凱膜及陶瓷膜技術(shù)應用的比較

胡艷剛，鐘永鐸，劉進波

（四平昊華化工有限公司，吉林四平136001）

凱膜及陶瓷膜技術(shù)應用的比較

胡艷剛，鐘永鐸，劉進波

（四平昊華化工有限公司，吉林四平136001）

介紹了凱膜技術(shù)、陶瓷膜技術(shù)在一次鹽水精制中的應用情況及陶瓷膜的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：鹽水精制；預處理；膜分離；膜過濾技術(shù)；凱膜；陶瓷膜

鹽水精制是氯堿生產(chǎn)的第一道工序,其主要任務是去除鹽水中的Ca2+、Mg2+、SO2-4、有機物、水不溶物及其他懸浮物等雜質(zhì),制成精鹽水供離子膜燒堿生產(chǎn)使用。通常采用化學和物理相結(jié)合的方法利用“預處理+膜分離”去除上述雜質(zhì)。

陶瓷膜工藝處理一次鹽水是一項新的鹽水過濾工藝技術(shù)。該技術(shù)利用了無機陶瓷膜獨有的物理化學特性，采用高效的“錯流”過濾方式，使原鹽經(jīng)化鹽溶解和加入精制劑純堿、燒堿并充分反應后生成懸浮粒子，直接送入膜過濾器進行三段過濾分離，達到了鹽水精制的效果。相比有機膜過濾,省去了預處理器去除Mg2+的工藝，具有工藝流程短、占地面積小和投資省等優(yōu)勢，是未來一次鹽水處理技術(shù)的發(fā)展方向。但因目前氯堿企業(yè)所用原鹽中Mg2+含量過高，影響其使用壽命，這又制約了陶瓷膜在氯堿行業(yè)中的發(fā)展。

1 凱膜及陶瓷膜的工藝流程比較

1.1 凱膜技術(shù)的工藝特點及流程

HVM膜鹽水精制工藝是通過對粗鹽水的預處理和一次膜分離后得到合格的精鹽水。在精制工藝過程中，固液分離一次完成，無需砂濾器、精濾器，省去了纖維素預涂工序，也避免了硅的二次污染。同時，HVM膜過濾器過濾精度高、鹽水質(zhì)量穩(wěn)定，處理能力大，是鹽水精制膜過濾工藝的最大保障。

淡鹽水加氯化鋇與工藝水配水后進入化鹽桶化鹽，飽和食鹽水進入折流槽，在槽中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉后，粗鹽水進入反應槽，打入加壓溶氣罐溶氣后加入三氯化鐵，再進入預處理器去除鎂和有機物，預處理后，其粗鹽水中加入碳酸鈉，進入反應槽。反應后的鹽水溢流進入HVM凱膜過濾器，精鹽水通過凱膜自過濾器清液腔排出，加入適量亞硫酸鈉除凈游離氯即可進入螯合樹脂塔。

1.2 陶瓷膜的工藝特點及流程

陶瓷膜工藝是在凱膜工藝的基礎(chǔ)上省去了預處理器去除Mg2+這一環(huán)節(jié)，進行三段過濾分離，實現(xiàn)了凱膜技術(shù)的進一步優(yōu)化。但對鹽水質(zhì)量和板框式壓濾機面積的要求較高。

2 膜的結(jié)構(gòu)

2.1 HVM凱膜過濾器的結(jié)構(gòu)

凱膜技術(shù)源自于人造血管技術(shù)，凱膜是膨化聚四氟乙烯管式多孔膜，該過濾膜孔徑小，只有0.22~ 0.5μm。過濾器為微孔膜筒式過濾器，膜上有分布均勻、開孔率極高的微孔，濾膜具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐熱性，具有較高的強度和伸縮性，本身摩擦系數(shù)低，對濾餅有不粘性，表面易清理，但凱膜過濾技術(shù)對粗鹽水中Mg2+含量要求高，如果原鹽中Mg2+含量高時，預處理器能力不足，會造成凱膜運行不正常。

凱膜完全以純聚四氟乙烯為原材料，具備了聚四氟乙烯的化學及物理性質(zhì)，是一種強度很高的材料，濾料壽命大大高于常規(guī)濾料。質(zhì)密、多孔、光滑的膨化聚四氟乙烯膜使固體顆粒的穿透接近零，低摩擦系數(shù)，化學穩(wěn)定性和表面光滑的特點使過濾壓力極低，適用范圍極廣。膜的表面極易清理，可實現(xiàn)完全的表面過濾。凱膜具有獨特的管式整體結(jié)構(gòu)，長期使用，沒有膜剝離、撕裂、腐蝕等現(xiàn)象，高效長壽，四平昊華化工有限公司已連續(xù)使用39個月。

2.2 陶瓷膜過濾器的結(jié)構(gòu)

陶瓷膜是一種固態(tài)膜，由無機材料加工而成，強度高，陶瓷膜支撐體是采用高純度進口材料在1600℃以上的高溫下燒結(jié)而成，其使用溫度一般可達400℃，最高可達800℃，其pH值適應范圍為0~14，不受酸、堿、氧化劑影響。在氯堿行業(yè)，一般采用50mm孔徑的陶瓷超濾膜，飽和氯化鈉鹽水通量大于800 L/m2·h。膜管上有1個或多個通道，每根膜管的通量很大。采用錯流過濾方式操作，又稱為切線流操作，與傳統(tǒng)的過濾方式（包括凱膜）比較，克服了濾餅層過濾的缺陷。這種方法對懸浮粒子的大小、密度、濃度的變化不敏感，即對鹽質(zhì)中Ca2+、Mg2+含量要求較寬，系統(tǒng)運行時間長，無需頻繁進行反沖洗及排出渣料。

2.3 2種膜結(jié)構(gòu)的比較

2種膜外形類似，都具有管式結(jié)構(gòu)，但二者存在本質(zhì)區(qū)別。（1）材質(zhì)不同。凱膜是一種有機膜，屬于軟性材料，濾膜具有優(yōu)良的耐酸、堿腐蝕性和耐熱性能，具有較高的強度和伸縮性，采用的是垂直過濾。陶瓷膜屬于無機膜，是一種高強度膜，機械強度高，有良好的耐磨、耐沖刷性能及耐酸、堿、氧化、腐蝕性能。過濾方式采用錯流過濾方式（又稱為切線流過濾）。膜的材質(zhì)不同，會使設備的耐腐蝕性及使用壽命有所區(qū)別，凱膜的使用壽命一般為3.5年，陶瓷膜的使用壽命為5年以上。

（2）孔徑不同。微孔徑的區(qū)別及過濾方式的不同，會對過濾物分子大小和物質(zhì)黏度產(chǎn)生不同影響。過濾壓力也不同，凱膜孔徑為500～1 000 nm，過濾壓力為0.05～0.10 MPa，陶瓷膜孔徑≤50 nm（平均40 nm），采用低壓過濾，過濾壓力為0.15～0.30MPa，最大工作壓力為1MPa，在1MPa的工作壓力下長期工作，特別是不會有因膜孔徑拉伸導致鹽水質(zhì)量下降等現(xiàn)象發(fā)生。

3 成本分析

由于陶瓷膜的處理工藝主要是以大部分鹽水循環(huán)過濾的工藝技術(shù)，鹽水循環(huán)泵的功率在陶瓷膜運行成本中占很大部分。目前，國內(nèi)使用最廣的凱膜的鹽水強循泵功率配備與流量的比值大約為1/2∶1；而陶瓷膜的鹽水循環(huán)泵功率配備與流量的比值為1∶1左右。

一般氯堿企業(yè)所用原鹽中Mg2+含量都高出陶瓷膜工藝承受的最高限度。氫氧化鎂是絮狀物,當其含量高時,不管是有機膜還是無機膜都會被堵塞膜孔，影響膜的使用壽命，因此，離子膜燒堿裝置的一次鹽水陶瓷膜工藝需要配備預處理器，同時，生產(chǎn)中需加入次氯酸鈉，以消除有機物對膜使用性能的影響。

基于以上分析，如果陶瓷膜工藝也要有預處理器和加次氯酸鈉，則其投資費用就不會有優(yōu)勢。

4 在使用中存在的問題及處理方法

4.1 凱膜過濾器

4.1.1 凱膜過濾器不反沖

凱膜過濾器控制柜程序經(jīng)過泄壓后直接跳過反沖進入沉降，可能是液位開關(guān)被結(jié)晶鹽卡住，不能靈活上下，液位開關(guān)一直處于低位，導致其不反沖。

解決方法是，將去配水桶的閥門打開，使液面降低，用手上下活動液位開關(guān)浮球，使其靈活，然后，關(guān)閉去配水桶的閥門。可以在PLC控制面板上按FUNC2，再上下?lián)軇痈∏颍^察指示燈是否動作，浮球在高位時，燈滅；低位時，燈亮。

4.1.2 過濾壓力過高

通常，凱膜壓力升到0.06MPa，水量就很小了。（正常的過濾壓力為0.01MPa），這種情況可能是采購的原鹽出現(xiàn)問題，導致有機物含量高，直接把凱膜堵死，此時，會發(fā)現(xiàn)進液高位槽液位一直是滿的，膜通量減少，導致氣動閥內(nèi)膽破損。

檢查是氫氧化鎂還是有機物堵膜，一般加少量的FeCI3或NaClO，則可以解決。

4.1.3 顯示Er01

直接表現(xiàn)為面板上顯示設定時間的地方顯示Er01，此現(xiàn)象說明反沖時間超過設定值。

首先，檢查液位開關(guān)浮球是否靈活、正常動作。正常情況下，當液面下降導致浮球在低位的信號傳來后，反沖應停止。但在實際運行中，會發(fā)生意外現(xiàn)象，就是浮球到低位，但是指示燈沒有亮，一直在反沖。

這種情況一般是氣動閥的快速排氣閥出現(xiàn)問題。

東漢末年，朝廷腐敗，戰(zhàn)亂頻繁，貧苦農(nóng)民紛紛揭竿而起，他們頭扎黃巾，對朝廷軍隊發(fā)動了猛烈攻擊，東漢政權(quán)因而分崩離析、名存實亡，這就是著名的“黃巾起義”。在鎮(zhèn)壓黃巾起義的過程中，各地州郡的官吏、地主豪強紛紛組織軍隊爭奪地盤，形成大大小小的割據(jù)勢力。這些勢力彼此之間爭權(quán)奪利、互相兼并，形成群雄并起的局面。連年征戰(zhàn)中，袁紹、曹操兩大勢力逐步壯大起來。

4.1.4 顯示Er02

出現(xiàn)此錯誤，是因為過濾壓力高，設備會停機。直接表現(xiàn)，為進液高位槽液位迅速上升并裝滿，隨后導致預處理器液位上漲，導致自動上排泥，以致渣池液位滿。

一般而言，只要認真觀察上述問題是不會發(fā)生的。很多時候過濾壓力并不高，主要是線路出現(xiàn)問題。需要檢查電接點壓力表的接線是否靈活，現(xiàn)場人員要注意觀察RUN和STOP指示燈是否正常。

4.1.5 膜管破損導致大量氣泡

正常運行時，出現(xiàn)一些小氣泡問題不大，當然最好是沒有氣泡，但出現(xiàn)大量氣泡時，則需要更換膜管。更換膜管的難點在于確定破損的膜管，一般是把上面的孔蓋拿下，進行進液觀測，觀察那個孔冒泡大。一般，酸洗后會有這種情況發(fā)生，因此，酸洗時，壓縮空氣不要開太大。

4.2 陶瓷膜過濾器

4.2.1 陶瓷膜工藝的安全性和可靠性問題

目前,陶瓷膜工藝還不完全成熟，有待完善,是否加預處理器和藥劑,要看鹽水的條件。在決定是否使用之前,要先慎重核實本企業(yè)鹽水的條件及未來鹽水的變化情況。

4.2.2 需要明確陶瓷膜的使用壽命

陶瓷膜過濾管中真正起過濾作用的部件是燒結(jié)在陶瓷管壁上的氧化鋯，其使用壽命直接影響陶瓷膜管的壽命。氧化鋯層會隨著不斷的酸洗、反沖以及鹽水沖刷而逐漸變薄甚至脫落。有氯堿廠家反映膜使用不久就有被劃破的現(xiàn)象，在這一點上，設備生產(chǎn)廠家保證膜的使用壽命為5年。

4.2.3 及時發(fā)現(xiàn)膜斷裂并處理

在陶瓷膜使用過程中，均發(fā)生過膜斷裂，甚至出現(xiàn)1臺過濾管中只剩一兩根膜管沒有斷裂的現(xiàn)象。目前，主要是通過在清液出口安裝濁度儀監(jiān)測來判斷是否發(fā)生膜管斷裂。對于出現(xiàn)大面積膜管斷裂的現(xiàn)象，陶瓷膜廠家的解釋是，膜管與過濾管中花板連接處使用2個密封圈密封，當有1根膜管斷裂后，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)大流量流入過濾器中，造成膜管在過濾管中晃動，將相鄰的膜管敲斷，這樣1根敲斷2根、2根敲斷4根，膜管將全部損壞。因此，及時發(fā)現(xiàn)斷膜和處理對膜管和系統(tǒng)的安全具有很重要的作用。

4.2.4 對鹽泥液的處理

目前使用陶瓷膜的廠家中，對板框壓濾機的要求很高，有的廠家將板框壓濾機安裝在主流程上，作為主要設備。因此，陶瓷膜工藝與板框壓濾機的面積匹配，也是需要解決的問題。

4.2.5 膜管的運輸問題

陶瓷膜廠家供應成套設備時，均是在該廠安裝好后運輸?shù)绞褂脧S家，在運輸過程中，難免會造成膜管的損壞。因此，建議能做到現(xiàn)場安裝過濾膜管。

造成膜斷裂的原因主要是，由于閥門故障或操作不當產(chǎn)生氣錘現(xiàn)象；因為先期裝置的外殼主要采用鋼襯PO為主，由于襯PO與外殼膨脹系數(shù)不一致，在50~60℃的運行溫度下產(chǎn)生鼓泡，將附近的膜管漲裂。對于上述引起膜斷裂的原因，陶瓷膜生產(chǎn)廠家已采取一定措施解決，如加入程控閥和連鎖控制防止產(chǎn)生氣錘現(xiàn)象。在山東恒通，已將1套裝置外殼改為全鈦。由于改裝后的運行時間不長，具體的效果還不能下結(jié)論，不過改裝過后的裝置沒有發(fā)生過膜斷裂現(xiàn)象。

5 關(guān)于凱膜過濾器與預處理器的問題

凱膜工藝確實可以不使用預處理器，但其前提是在鹽水中的鎂含量相當?shù)突蚪茷榱愕那闆r下。個別氯堿生產(chǎn)企業(yè)所使用的是真空制鹽，鹽的品質(zhì)是沒有問題，完全可以不使用預處理器而采用凱膜工藝，但是一旦用鹽發(fā)生變化，就會出現(xiàn)問題。另外，真空制鹽的成本相相當高，如果在真空制鹽的價格上漲，迫于成本的壓力而使用其他鹽種時，這時沒有預處理器的系統(tǒng)將無法運行。

6 結(jié)論

目前，HVM凱膜技術(shù)在越來越多的實際生產(chǎn)裝置中投入運行,帶來了顯著的經(jīng)濟效益，而陶瓷膜過濾工藝新技術(shù)的出現(xiàn)，為氯堿行業(yè)提供了全新的鹽水精制技術(shù)，從理論和測試結(jié)果看，陶瓷膜工藝確實具有一定的優(yōu)勢，建議結(jié)合原鹽質(zhì)量在大規(guī)模生產(chǎn)中應用，并注意不斷完善工藝，使陶瓷膜技術(shù)為企業(yè)帶來更為顯著的經(jīng)濟效益。

Technology com parison of HVM and ceram icmembrane

HU Yan-gang,ZHONGYong-duo,LIU Jin-bo
(Siping Haohua ChemicalCo.,Ltd.,Siping136001,China)

The application and development prospect of HVM membrane and ceramicmembrane technology in primary brinewere introduced.

brine refining;pretreatment;membrane separation;membrane filtration technology;HVM membrane;ceramicmembrane

book=9,ebook=54

TQ114.26+1

B

1009－1785(2012)06-0009-03

2011-12-21

胡艷剛，1996年畢業(yè)于吉林化工學校，化工機械專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)工作在四平昊華化工有限公司氯堿二廠，設備廠長。