離子膜法電解用鹽水固液分離精制工藝技術比較及發展方向

劉國楨

（中國氯堿工業協會燒堿專家委員會主任，沈陽化工集團公司，遼寧 沈陽 110026）

離子膜法電解用鹽水固液分離精制工藝技術比較及發展方向

劉國楨

（中國氯堿工業協會燒堿專家委員會主任，沈陽化工集團公司，遼寧 沈陽 110026）

分析了離子膜法電解用鹽水各種固液分離精制工藝技術的優缺點。提出了鹽水固液分離精制技術的發展方向。

鹽水；固液分離；精制；發展方向

隨著離子膜法食鹽電解技術的發展，特別是裝置大型化、電解電流密度逐步提高和電槽膜極距的普遍采用，對鹽水質量的要求逐步提高，同時，隨著科技進步和各領域間的技術轉移，也催生了多種新型鹽水固液分離精制工藝技術，呈現出不同的工藝特點和優勢，豐富了鹽水精制技術內容和含量，給生產提供了更多的選擇空間。

1 固液分離精制鹽水的目的

為更科學準確地反映鹽水精制的工藝過程，從分離原理分類，對用化學法在鹽水中形成固相，然后用物理方法去除雜質的過程稱之為固液分離精制；對采用離子交換方法除去雜質的過程稱之為離子交換精制；對用納濾膜法分離SO2-.4過程稱之為納濾膜法精制。

鹽水經化鹽飽和后，含有大量的可溶和不溶雜質，必須用有效方法穩定去除，達到離子交換精制的要求，即達到螯合樹脂離子交換塔（樹脂塔）的基本要求。為穩定樹脂塔操作、提高進槽鹽水質量，進入樹脂塔的鹽水雜質含量盡量低并保持穩定。固液分離精制系統的進入鹽水質量受原鹽質量控制，出水質量受到樹脂塔性能制約。在約定鹽平均質量（NaCl=96% ，Ca2+=3% ，Mg2+=2% ，SO2-4=0.5% ，SS=1%）前提下，進入和排出鹽水固液分離精制系統的鹽水質量指標見表1。

表1 固液分離精制出入鹽水質量指標 10-6

2 固液分離精制的基本原理

鹽水固液分離精制的基本要求是盡可能使雜質形成固相大顆粒，可通過初步的重力分離去除大部分雜質或指定的部分成分，并最終通過精密過濾達到樹脂塔指標要求，因此，固液分離精制的工藝路線可分為2種：重力分離+過濾工藝和單純過濾工藝。

重力分離依據固液相的比重差，實現固液相間分離，根據分離對象不同，可分為沉降分離和浮上分離。沉降分離依據斯托克斯公式針對以鈣為主的混合固相分離效果較好，而浮上分離則依據溶氣析出附著原理對以鎂為主的固相分離效果較好，其優點是處理能力大，可以處理不易過濾物質缺點是對小顆粒精制效果差，對影響固液相比重差變化因素（如溫度、流量、鹽濃度等）敏感。

依照斯托克斯定律，固體懸浮粒子的沉降速度與懸浮粒子的直徑平方、固體懸浮粒子的比重與清液比重差成正比，與懸浮液黏度成反比。在實際生產中，向懸浮液中添加凝聚劑來增加懸浮粒子的直徑，提高懸浮液的溫度來降低懸浮液的黏度和比重，加速懸浮粒子的沉降速度并促使沉淀顆粒長大，以大角度傾斜壁（外壁和反應筒外壁）的方法減少顆粒下降距離從而提高顆粒聚集機率。

過濾分離依據過濾基本方程實現孔隙過濾，存在濾料（濾布）加濾餅雙重作用效果，但不同的過濾工藝，可根據主要過濾作用的濾層分為濾料過濾和表面膜孔隙過濾，即濾料過濾和表面過濾。過濾分離也可采用分級過濾工藝，即第1步用粗過濾去除大部分雜質，再用精過濾達到指標要求。過濾分離優點是過濾精度可調，對鹽水工藝參數差變化（如溫度、流量、鹽濃度等）不敏感，缺點是固相成分變化易影響濾層透過性使流量變化。

過濾的基本方程：[1]

式中：V—濾液體積，m3

τ—過濾時間，s

S—過濾面積，m2

△P—濾餅兩側壓差，N/m2

μ—濾液黏度，Ns/m2

r'—單位壓力差下濾餅的比阻，1/m2

v—過濾出單體積的濾液時生成的濾餅的體積，m3/m3

Ve—過濾介質的當量濾液體積，m3

s—濾餅的壓縮系數，0≤s≤1，對于不可壓縮濾餅s=0

從過濾的基本方程可以看出，過濾速度與過濾面積的平方和濾餅壓差成正比，與濾液黏度、濾餅單位比阻成反比，與濾液體積加上過濾介質當量濾液體積成反比。

該基本方程假設過濾介質為含過濾餅的一定當量的濾液，以計算過濾介質對過濾速度的影響。如果以濾餅為主要阻力的過濾，則濾液體積（V）大于過濾介質的當量濾液體積（Ve），如果以過濾介質為主要阻力的過濾，則反之。

為有利于提高過濾液質量和減小過程對過濾質量的影響，提高過濾速度，設計中要提高Ve，減小V，這就是很多過濾過程中采用頻繁反沖和定期反洗的原因。

為保證系統鹽水流量穩定供應，采用的都是恒速過濾。

在恒速過濾中，如果濾餅不會被壓縮，則壓力升高與時間呈線性正比關系。而實際情況是，由于濾餅可以被壓縮，壓力升高要快于理想狀況。

各種固液分離精制的單元操作應用見表2。

表2 各種固液分離精制單元應用一覽表

3 各種典型固液分離鹽水精制工藝技術

中國近年經過快速發展，目前，已基本形成幾種典型的鹽水精制工藝路線，代表著鹽水精制的技術前沿狀況，且每種工藝各有特點。主要可以分為傳統工藝和新式工藝。傳統工藝是以比重差分離為主，結合2步過濾分離，先在高分子絮凝劑參與下進行絮凝共沉降，然后進行粗細雙級過濾；新式工藝分為比重差分離+過濾分離和單步過濾精制。西恩過濾的過程是在一個過濾器中組合了吸附沉淀分離與過濾分離2種過程和原理，精制工藝簡單化。不同工藝分類情況見表3。

3.1 碳素管固液分離精制工藝

從化鹽桶頂部溢流出的近飽和狀態鹽水，經折流槽進入鹽水反應器。在折流槽的一定位置相繼加入純堿、氫氧化鈉，進入鹽水反應桶，經充分反應后的鹽水再經折流槽進入澄清筒，在鹽水進入澄清設備前，加入助沉劑（通常使用聚丙烯酸鈉高分子聚凝劑）。澄清后的鹽水直接進入砂濾器，出鹽水再經過碳素燒結管過濾器以進一步除去鹽水中的懸浮物，使鹽水中的懸浮物含量達到1×10-6以下。

表3 各種鹽水精制典型工藝分類情況表

3.1.1 第1工藝單元—重力分離

比重差法固液分離是根據重力作用的原理，即懸浮于鹽水中的固體粒子與鹽水的比重差別，比鹽水比重大的固體粒子在重力的作用下自由沉降，使雜質粒子與清液分離。目前，該工藝普遍采用反應式澄清桶。其結構由中心錐形帶6層攪拌的反應區和外錐形主體組成，粗鹽水先從上部進入反應區，經充分反應并停留足夠的時間，然后，自下而上通過倒錐形變速率上升澄清區，經上部溢流管的側孔匯集到中心溢流堰后經排出管排出。

其特點是中心反應區體積大；鹽水上升分布均勻；澄清變速率流動，對溫差、濃差等比重差變化敏感度低；澄清區內壁和外壁有斜板效應，鹽水上升速度較大，變速澄清使小顆粒在下部相互碰撞結合成大顆粒沉降。

反應式澄清桶顆粒運動原理是，顆粒重力減去浮力合力（b）要大于流體運動阻力（a），但矢量合力（c）要遠大于a-b，這樣，顆粒可以快速向側壁移動，同時移動較短距離后即可沿側壁下降，使清液上升速度可以大于直筒形澄清桶的清液上升速度。桶下部流速大，上部流速小，可以使小顆粒在下部相互碰撞團聚。因此，反應式澄清桶比直筒形澄清桶更有優勢。

3.1.2 第2工藝單元—粗過濾分離

虹吸式過濾器是由過濾器本體、進水分配箱、水封槽、虹吸系統、過濾層等構成。過濾器被中間隔板分為濾料層及洗水儲槽2部分。過濾層底部設有百葉式濾閥作為鹽水透過通道，其上鋪有各種直徑的石英砂或其他材質濾料，頂部和下部的人孔用來裝卸濾料和檢修。

砂濾器流程是澄清后的清鹽水從澄清桶上部溢流進入分水箱，平均流入各過濾器，然后，經排氣槽進入濾料過濾層，鹽水自上而下經過濾層后，所夾帶的懸浮物顆粒大部分被截留下來，清水通過聯通管進入上部洗水貯槽，再由出口管溢流出。隨著過濾時間的延長，濾料截污越來越多，其阻力越來越大，虹吸管液位不斷上升，當達到虹吸輔助管高度后，通過虹吸輔助管和水力真空泵形成虹吸作用，用貯水箱中的過濾后鹽水對濾料進行反洗。當反洗水貯槽液面下降到虹吸破壞管低位后，空氣從虹吸破壞管中進入虹吸管，虹吸終止，反洗停止，過濾自動進入下一過濾周期。出過濾器后的清鹽水作為過濾鹽水。但是離子膜精鹽水使用此過濾器存在硅與鋁離子的影響，應使用高純石英砂或其他材質濾料。

砂濾器基本過濾介質為顆粒砂層，鹽水中的濾渣形成后續濾層，但過濾主體為砂層，屬重力小壓差濾料過濾，過濾精度受砂顆粒直徑和填料高度控制，過濾精度有限，但操作簡單處理能力大。

3.1.3 第3工藝單元—精密過濾

過濾元件為碳素燒結管，具有較好的耐腐化學性能，除不可用于強氧化劑外，在溫度≤200℃的酸性、堿性溶液中均可使用。通常，碳素管過濾器的容器以及部件采用鋼襯低鈣鎂膠。中間設置有鋼襯低鈣鎂橡膠或襯PO的花板，在花板上固定有碳素管過濾元件。

使用碳素管過濾器前先用泵將鹽水和α-纖維素配制成的懸浮液循環送入過濾器中，使燒結碳素管表面涂上一層均勻的α-纖維素 （助濾劑）預涂層，目的是形成初始濾層，作為基本濾層，同時避免碳素管被鎂鈣堵塞，然后把澄清鹽水送入過濾器，用定量泵把與鹽水中SS質量成比例的α-纖維素與澄清鹽水一起送入過濾器，其目的是在過濾過程中生成的泥餅有一個適當的骨架，增大過濾流量，在返洗時易碎成小塊剝落。

碳素管過濾器的基本濾層為預涂α-纖維素（助濾劑）預涂層，碳素管只起到基礎骨架作用，過濾精度和流量受α-纖維素粒徑、厚度以及預涂均勻性的影響，過濾精度受到一定限制，屬大壓差過濾，從原理上看預涂α-纖維素與本體給料α-纖維素最好不是同一規格，本體α-纖維素粒徑應更大，但實際操作為方便起見采用同一規格產品。

該過濾工藝技術成熟可靠，但操作繁瑣，過濾精度受預涂α-纖維素質量和操作影響較大。

3.2 白煤過濾固液分離精制工藝

白煤過濾固液分離精制工藝與碳素管過濾工藝類似，只是用白煤過濾器代替碳素管過濾器。該裝置采用馬來西亞椰殼生產的活性炭（白煤）做為過濾介質，具有長周期高效率的運轉性能和良好的耐腐蝕特點，也可除去鹽水中微量游離氯且運行成本很低。

白煤過濾器是重力式小壓差過濾器，過濾原理除與砂濾器基本相同外，還有吸附懸浮物和去除游離氯的作用，同時不增加鹽水中硅的含量，它主要是由過濾器本體、擋圈、白煤層等構成。過濾器內上部有溢流堰，用來分配進料鹽水以及收集洗水，擋圈防止濾液短路。過濾器底層鋪有直徑為5~20 mm的白煤，厚度為700~900 mm，其上部為直徑1.0~2.0 mm白煤，厚度約為2 500 mm，頂部和下部的人孔用來裝卸填料和檢修，上部人孔蓋上有平衡管用于排除空氣。

鹽水中的固體顆粒不斷堵塞填料床，造成過濾器液壓升高，液位也因此上升，當液位上升至允許最高限時，過濾器就要反清洗。采用空氣反吹將堵塞和吸附在活性炭填料床的固體顆粒和懸浮物吹出，然后用過濾后鹽水通過反洗泵在相當強度條件下，將反洗懸浮物一并帶走，達到反洗再生的目的。

該過濾工藝過濾精度受白煤粒徑和填充高度控制，過濾精度有限，但省去碳素管流程中的α-纖維素消耗和復雜操作，同時，有消除微量游離氯保護樹脂塔的作用，成為老工藝改造的較便利選擇。

3.3 四氟膜過濾固液分離精制工藝

該工藝是將膨體聚四氟乙烯技術應用于鹽水過濾，是根據膜的性質和鹽水特點，不斷探索形成的全新工藝方法。

在飽和鹽水中加入NaOH、NaClO，經前反應桶反應后，用加壓泵送加壓溶氣罐，再進入預處理器（浮上筒），并在預處理器前的文丘里混合器中加入助沉劑原料FeCl3，用空氣浮上法除去Mg2+、菌藻類等雜質。鹽水從預處理器溢流入折流槽，在此加Na2CO3、Na2SO3進入后反應桶和中間桶，然后藉位差進入膜過濾器。

鹽水進入過濾器，經過純聚四氟乙烯管式濾管進行過濾，清液經過濾管進入上腔（清液腔）通過溢流管排出，濾液中的固體物質被濾管截留在過濾管外表面。過濾一段時間后，濾管上的濾渣達到一定的厚度，過濾器自動進入反沖清膜狀態，使濾渣脫離濾管表面沉降到過濾器的錐形底部，過濾器自動進入下一個過濾、反沖、沉降周期。當過濾器錐形底部的濾渣達到一定量時，過濾器自動打開排泥閥排除泥渣，然后進入下一個運行周期。當過濾器運行一段時間后，用15%鹽酸洗膜。

由化鹽桶來的粗鹽水加入NaOH，過堿量為200 mg/L，鎂雜質形成絮狀固體 Mg（OH）2，再加入10%的NaClO，用以破壞天然有機物，控制粗鹽水中游離氯含量為1~3 mg/L，在浮上筒入口加入FeCl3作為絮凝劑原料，并發生如下反應：

Fe（OH）3為絮狀物，溶度積很小，反應快速徹底，并很快與Mg（OH）2結合成大顆粒，鎂鹽泥在浮上式澄清桶預處理器中通過氣浮作用從桶上排出，加氣壓力0.20~0.30 MPa，加氣量與鹽水的比例為每立方米鹽水5 L壓縮空氣，汽包的釋放在浮上桶下部，其中有一部分氣體會形成大汽包損失掉，FeCl3的加入量一般與鹽水比例為3×10-6~5×10-6，但實際加入量根據上浮鹽泥顏色調整，控制為淺肉紅色。浮上澄清出來的澄清鹽水中加入純堿進入塔式后反應器，使鈣離子與其反應生成碳酸鈣沉淀，然后流入高位槽，該碳酸鈣沉淀物再用四氟膜精密過濾。

粗鹽水在一定壓力下通過孔徑為0.22~0.50 μm的四氟膜管，雜質被阻隔，從而得到純凈的精鹽水。通過PLC對整個過濾系統進行自動控制，根據預處理后鹽水的質量設定凱膜過濾器的運行參數為過濾循環時間1 300 s，最大反沖時間30 s，沉降時間60 s，排渣時間15 s，酸洗周期為10 d左右（或過濾壓力高于0.05 MPa）。過濾器鹽泥部分可再返回預處理器入口，即富鈣鹽泥循環，特別適合于高鎂鹽的處理，泥漿送至板框壓濾機。

四氟膜的過濾流量選擇0.5 m3/（m2h）較好。在正常生產中，過濾壓力最好控制為0.030~0.055 MPa。

3.4 陶瓷膜精制工藝

陶瓷膜精制采用一步精密過濾精制，即鹽水經一步精密錯流過濾后成為產品，流程簡單。陶瓷過濾材料是由無機材料加工而成固態膜。陶瓷膜具有自然多孔的陶瓷外層，此層作為附著在膜管內壁膜層的支撐體。一般構成膜層的材料有Al2O3、TiO2、ZRO2或SiC等。膜孔通過加工工藝高溫燒結而成。根據用途的要求，陶瓷膜的孔徑一般為0.05～1.20 μm。為了使每根膜管得到最大的膜通量，將膜管制造成1個或多個通道。處理液的成分與過濾工藝決定合適的膜孔徑，而液體的黏性是選擇膜通道孔徑及膜管類型的決定因素。

陶瓷膜過濾的操作方式為錯流操作，又稱切線流操作，對懸浮粒子的大小、密度及濃度的變化不敏感，其過濾器屬內壓式過濾器，為動態過濾，其特點為原料液從管內壓入，為減少膜的污染，料液在膜表面以一定的速度流動經過膜面，并離開過濾器，滲透液依靠膜面的壓差滲透，在過濾周期內，膜表面不會形成濾餅，但原料中的含固量會增加。操作時，采用連續或間斷的板框過濾方法將固體物排出，使含固量控制在一定的濃度范圍內，同時，需要空氣脈沖反沖。由于膜表面不形成厚濾餅層，過濾過程中可以長時間保持過濾壓力和過濾通量。

陶瓷膜鹽水精制工藝，是通過化學反應，使粗鹽水中含有的鈣鎂等混合固體，采用錯流過濾方式進行膜分離過濾，得到要求的一次精制鹽水。該工藝鹽水只通過精濾器，鹽泥通過板框粗過濾排出系統。

50～65℃的粗鹽水從化鹽池進入鹽水池，加入Na2CO3和 NaOH，過堿量控制為 NaOH 0.1～0.3 g／L、Na2CO30.2～0.5 g／L。然后，粗鹽水進入帶攪拌的鹽水反應桶，反應時間控制為0.8～1.0 h。經充分反應的粗鹽水經篩網過濾自流至中間槽，再加入次氯酸鈉，控制過量游離氯為10×10-6，再由供料泵送至循環泵，進入陶瓷膜過濾器，控制過濾器進口壓力為0.30~0.42 MPa。過濾清液經亞硫酸鈉還原后即為合格的一次鹽水并流至一次鹽水緩沖槽。根據固液比，過濾器濃縮液一部分進入循環泵進口繼續循環過濾，一部分流至鹽泥槽，經初步沉淀分離后，用泵送入壓濾機進行壓濾，濾液自流回中間槽，濾餅送出界區。

在過濾過程中，隨著時間的延長，粗鹽水中雜質懸浮物、膠體粒子或溶質大分子等在膜表面及膜孔內吸附、沉積，從而造成膜孔徑變小或堵塞，使膜通量不斷下降，需要進行反沖再生。

陶瓷膜過濾器在工作一定時間后，由于碳酸鈣的結晶和有機物的污染，導致過濾能力下降，需對膜表面進行化學清洗使其再生，使膜通量得到恢復、過濾能力達到起始狀態。清洗時停止過濾供料泵，過濾器排空，用工業水漂洗后，再用小流量的清洗泵向過濾器注入鹽酸進行清洗。

陶瓷膜過濾器濃縮液固液比（質量比）控制指標為5%~10%，固液比低時，需要增加后處理板框壓濾機的面積過高時影響過濾精鹽水流量。在粗鹽水溫度為65℃、過濾壓力為0.36 MPa、固液比控制為5%~10%時，新過濾器平均精鹽水流量為750～800 L/（m2·h）。

固液比、過濾壓力等其他運行條件一定時，陶瓷膜過濾精鹽水通量隨著粗鹽水的溫度升高而增加，粗鹽水溫度由60℃提高到70℃，單臺過濾器精鹽水流量相應增加6%~8%。

反沖周期根據固液比、膜過濾器精鹽水流量衰減速度、粗鹽水有機物含量綜合確定。一般情況，反沖時間為5~10 s，反沖周期為10~60 min，正常控制為20~30 min。

陶瓷膜過濾器每臺由多個組件組成，一般采用三級過濾形式，每級的組件數量不同。過濾器設計了反沖和清洗程序，根據壓力變化自動進行在線反沖。三級連續過濾是指粗鹽水用泵打入第一級陶瓷膜組件后，產出部分精鹽水，被濃縮的粗鹽水繼續進入第2級陶瓷膜組件，產水濃縮后再進入第3級陶瓷膜組件，再次產水濃縮，鹽泥從第3級出口排出。三級產水的總和即為設備總產水量，各級組件的膜面積依次減少，以保證粗鹽水在陶瓷膜表面有基本相同的流速即膜面流速。

陶瓷膜過濾器由3~12個組件串聯和并聯而成，每個組件內的膜管數量也可以分別為19、37、61支，所以，陶瓷膜過濾器可以很靈活，適應不同水量的鹽水精制需求。具體選型原則如下：

（1）每個項目選擇2臺或以上的九思陶瓷膜過濾器，以便在單臺設備酸洗或檢修時保證離子膜連續生產。但對于小于3萬t/a的項目，建議選擇1臺過濾器，增大配水桶和精鹽水貯槽的容積；

（2）鹽水量按離子膜正常鹽水需求的120%設計，配水桶和精鹽水貯槽按4 h鹽水量設計；

（3）10萬t/a離子膜燒堿項目建議選擇 2臺100 m2的陶瓷膜過濾器 （每臺過濾器由12個37芯鈦組件組成），30萬t/a離子膜燒堿項目建議選擇3臺165 m2的陶瓷膜過濾器 （每臺過濾器由12個61芯鈦組件組成）。

陶瓷膜通過錯流過濾實現鹽水的精密過濾，但固液分離靠板框過濾分離，板框過濾雖可替代鹽泥過濾，但過濾面積和處理量較大。陶瓷精密過濾器過濾精度受陶瓷管表面孔徑和濾層厚度影響，含泥量很低的鹽水通過陶瓷管可以達到過濾精度要求，因此，過濾操作對過濾精度沒有影響，但對過濾流量有影響屬高壓差薄濾層過濾分離，其特點是混合固相精密過濾分離，不需要重力分離和沉淀助劑，投資和鹽水質量都有優勢。

3.5 西恩鹽水固液分離精制工藝

CN過濾器是集重力分離精制、過濾精制和吸附精制于一體的新型精制工藝，即在重力澄清的基礎上，增加了吸附和過濾填料，為提高效果采用2級串聯吸附分離，使簡單的重力澄清單元兼具過濾吸附功能，達到精簡工藝提高效率的目的。工藝過程為混合沉淀反應—重力+吸附分離，即1個反應單元、2個重力吸附分離單元。CN過濾器對懸浮物去除率高，保證了一次精制鹽水的質量。

CN過濾器采用懸浮介質層的吸附+過濾原理進行固液分離，能夠除去鹽水中的懸浮物質。CN過濾器對原鹽的種類無要求（海鹽、礦鹽、鹵水或混合鹽均可），對粗鹽水中的懸浮物適應范圍廣（0~16 g/L）。粗鹽水加兩堿后，流入混合反應槽，停留1 h，經充分反應后，進CN過濾器吸附過濾后出水中SS含量不大于1 mg/L。整套工藝采用PLC自動控制系統，清洗再生采用自身反沖洗，只需每年補充少量過濾介質。

將粗鹽水加入折流槽，投加藥劑BaCl2、NaOH和 Na2CO3， 使、Mg2+、Ca2+生成 BaSO4、Mg（OH）2和CaCO3，進入混合反應槽充分反應停留1 h后，用泵將粗鹽水打入CN過濾器進行固液分離，粗鹽水從過濾器的下部進入，經布水板將粗鹽水進行均勻分布后，進入懸浮的過濾層。過濾層的濾料是直徑1.0~2.0 mm、密度約為水的10%左右的高分子球形材料，它在過濾器中懸浮在鹽水的表層，濾層高度為0.5~1.0 m。當粗鹽水從下部進入濾層后，懸浮物在濾層的下方被截留，當達到一定程度后，大塊的懸浮物就自然脫離濾層，下沉到過濾器底部，清液從上方流出。

因濾料堆積密度較高、均勻性較好，且有靜電吸附功能，可保證成品鹽水中SS小于1×10-6的要求。運行一段時間后，用PLC主動控制系統打開排泥閥，將聚集在過濾器底部的鹽泥排出。在排泥的同時，過濾器上部清液液位迅速下降，下行的清鹽水迅速通過過濾層，達到對其反清洗的目的，在排泥期間，系統可保持連續運行。

CN鹽水精制工藝設備以2個單元為一組，分前后2級，第1級設備的直徑×高度為6.0 m×3.3 m；第2級設備為4.0 m×3.3 m。此設備為定型設備，每組鹽水的過濾能力為30 m3/h。所以，使用該設備不需要復雜的計算，只要根據生產規模計算出鹽水用量即可選取過濾器的組數。

CN鹽水精制工藝的操作較為簡單，與傳統工藝的操作控制基本相同，需要注意以下幾個問題。

（1）雜質離子的沉淀反應必須充分；

（2）鹽水流量要相對穩定；

（3）在系統排渣后，過濾器的出水在二三分鐘內SS會偏高，該時段的鹽水要返回前系統；

（4）經常觀察過濾器的出水情況，防止過濾器濾冒出現問題，造成鹽水SS超標。

該工藝屬上浮式濾料過濾分離，兼有吸附作用，濾料下部形成濾餅層，濾餅層過厚時，下沉排出，由于濾料直徑的限制和濾料非固定性，對鹽水流量波動要求嚴格，過濾精度受濾餅厚度影響，對操作要求較高。該工藝流程簡單，主要設備單一，具有投資和操作優勢。

4 各種鹽水固液分離精制工藝技術對比

各種鹽水固液分離精制工藝對比如表4所示。

從表4看出，各分離單元效率分配比較合理的是四氟膜和陶瓷膜，四氟膜工藝為重力分離去除50%的雜質，四氟膜去除剩余的50%；陶瓷膜過濾99.9%雜質再由板框去除。其他幾種工藝中第1分離單元效率較高，第2和第3分離單元效率較低，浪費了單元操作資源。

各種鹽水固液分離精制工藝的工藝參考數對比情況見表5。

綜合對比評價各種工藝技術的優勢和劣勢是很復雜的工作，側重點不同，評估結果也不盡相同。為簡化評估，假設對鹽水質量、投資、工藝簡潔性、原鹽適應性、操作和自動化程度及技術成熟度等6個方面進行評估，平等各項重要性原則，每項按10分計，性能越好分值越高，綜合評分表見表6。

通過以上分析可以看出，CN過濾器工藝最簡單；從鹽水質量上，四氟膜和陶瓷膜法有明顯優勢。如追求質量和節約投資，可選陶瓷膜過濾；如需要單套大能力和質量保證，可選擇四氟膜工藝；如擬投資少、工藝簡單，可選擇CN或白煤過濾工藝，如果選擇工藝成熟，可選擇碳素管工藝。

從現在國內裝置大型化、行業集中度快速提高趨勢看，鹽水系統越來越成為安全生產的關鍵裝置。10萬t/a與40萬t/a燒堿裝置對比，如果因為鹽水質量影響致使膜運行壽命從3 a減少到2.5 a，損失將分別達到約95萬元和380萬元，因此，小型裝置對投資更敏感，大型裝置對質量和操作穩定性要求更高，對投資相對不敏感。

表4 固液分離精制工藝對比表

表5 各種工藝參數比較

表6 各典型過濾工藝技術評估表（每項按10分計，滿分60分）

5 鹽水固液分離精制技術發展方向

鹽水精制工藝的發展是固液分離單元技術發展的必然結果，也是與電解對鹽水質量日益提高的要求相適應的，其突出特點是新技術不斷采用和創新；鹽水質量穩定性提高和工藝簡單化；對鹽質量的適應能力進一步增強；單套能力和自動化水平大幅度提高。因此，固液分離采用膜法最終過濾是發展方向，而混合固相一次過濾分離，也是今后研究的重點。

鹽水固液分離精制的發展方向，是單套裝置大型化；自動化水平提高；鹽水質量逐步提高，穩定性增強；工藝流程簡化；操作簡單便捷；助劑量減少；適應不同鹽質量；節省投資；不同領域的技術相互融合轉移加快；單位占地面積減少。

未來有在如下工藝方面進行交叉技術創新的可能：三相流技術與陶瓷膜結合創新；CN技術與反應澄清桶結合（濾球外排洗滌回充）創新；自動反洗砂濾器填充白煤創新；α纖維素預涂、本體給料與四氟膜法結合創新；超聲波反沖與四氟膜或陶瓷膜結合創新。

［1］上海化工學院等.化學工程（第一冊）.化學工業出版社，1980.

Ion-exchange membrane electrolysis with salt solid-liquid separation and purification technology compared and development

LIU Guo-zhen
(Shenyang Chemical Group Co.,Ltd.,Shenyang 110026,China)

The solid-liquid separation and purification technology with various brine were analysed and compared,and development of solid-liquid separation and purification technology with various brine was proposed.

brine;solid-liquid separation;purification;development

TQ114.26+1

A

1009－1785(2011)09-0001-07

2011-05-22