PE微孔過濾器及在小蘇打生產中的應用

牟灝文

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

PE微孔過濾器及在小蘇打生產中的應用

牟灝文

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

本文介紹PE微孔過濾器的結構、工作原理、性能及在小蘇打生產中過濾堿液的使用效果，并提出分析建議。

堿液；PE過濾器；原料精制；小蘇打

江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠于2011年1月底建成投產，采用了井下循環、鹽堿鈣聯合生產新工藝，得到同行和專家的首肯。在生產過程中，伴有富裕的熱堿液、CO2生成，為更好地豐富產品種類與實現節能降耗，經過報批立項后決定新建一套3萬噸/年小蘇打裝置，本系統工藝先進，設備管線配置合理（其中在原料液處理中使用了PE微孔過濾器），具有生產成本低、產品質量穩定等優勢，并于2014年2月份通過了食品級驗收。

隨著市場競爭的日益激烈，質量已成為衡量一個企業是否具有市場競爭能力的前提條件。小蘇打作為一種重要的化工原料，其質量指標也越來越被人們重視，特別是用于食品行業的小蘇打，對質量要求更高。小蘇打生產過程中堿液的過濾至關重要，濾液的質量直接影響著成品質量的優劣，還影響設備的運行情況。所以，始終要重視濾液過濾效果，并長期關注改進其工藝的問題。

1985年之前，小蘇打原料液的凈化一般采用沉降、板框壓濾、剛玉過濾等方式，但因為裝置體積大、強度差、設備易損壞、運行維護困難等，難于長期穩定使用，堿液過濾質量得不到保證，造成產品質量波動大，而不得不放棄。

PE微孔過濾器首先應用于污水處理中，過濾污水中的不溶物及其它雜質。隨著生產技術的不斷發展，這種過濾器以其過濾后濾液清澈度高、不溶物含量低、無毒、無害等優點而引進到其它行業，被越來越廣泛地使用。

采用PE微孔過濾器過濾小蘇打原料液后，濾液質量明顯提高，澄清度與水不溶物指標進一步優化，濾液流量大幅度增長，為小蘇打規模化生產提供了有力的保障。

1 PE微孔過濾器的結構、過濾原理及特點

PE微孔過濾器是由濾管、集液管盒、出液管、本體等組成，過濾器外殼均是立式圓柱型，材質為不銹鋼、碳鋼、搪玻璃等，殼體內安裝微孔過濾管或微孔過濾板。PE燒結過濾管是采用低壓超高分子聚乙烯（PE）材料經燒結而制成的微孔管，其管壁可視為像無數蜂窩一樣堆砌而成，這些微孔起到了對過濾對象中超精度顆粒的截濾作用。從燒結工藝上控制（例如調節燒結溫度）可得到不同孔徑的燒結管，適用于不同過濾介質的需要。

PE過濾器的過濾為表面和深層截濾。懸浮液進入過濾器筒體后，在一定的壓力下從過濾管外表面滲過過濾管上的微孔，經集液管盒流出，大于過濾精度要求的固體顆粒被截留在過濾管外表面，形成雜質濾層。隨著運行時間的增加，雜質濾層會隨之增厚，流量降低、壓差增大，過濾工藝結束將轉入反洗再生工藝流程，過濾管可以反復再生，長期使用。為防止濾層過于密實，濾層阻力降升高，要求運行時過濾器進出口壓差不得超過0.2Mpa。PE過濾器的過濾方式為非恒流式過濾，流量在運行過程中隨著時間的增加而逐漸減小。

PE微孔過濾器采用高分子材料制成過濾元件用于液固分離，其特點為：

（1）PE管由高分子材料（聚乙烯）燒結而成，屬三維過濾，過濾管無毒、無味、無異物溶出，耐化學腐蝕、耐壓高，不易損壞，廣泛應用于電子、石油、化工、醫藥、食品等工業部門中水的預處理和后處理系統上。

（2）過濾精度高、過濾效果好，用于液固精密過濾，最小可過濾0.2μm的微細顆粒，過濾效率可大于99.9%。

（3）整機結構緊湊、體積小、過濾面積大，適用于工作場地狹小處。

（4）使用壽命長，用“氣—水混合流體”快速反吹法，可對微孔管進行高效、簡單的物理再生，微孔管可長期使用。

（5）壓縮氣體反吹法排渣操作便捷，啟閉快速穩定可靠，減輕操作人員的勞動強度，生產場地清潔。

（6）根據工藝要求可在機外設保溫夾套，機體內襯防腐材料涂層。

2 小蘇打生產中應用概況

2.1 設備簡介

淮安堿廠小蘇打車間現有PE微孔過濾器4臺，專門用于堿液過濾。過濾器型號：KK—1400；過濾面積：40m2；最高過濾溫度：90℃；工作壓力：0.2~0.6 Mpa；過濾能力：38 m3/h ；過濾精度：5μm ；設備材質：SUS304+ PE。

2.2 純堿原料液過濾工藝流程

純堿中通常含有少量的Fe2O3、Al2O3、CaCO3、MgCO3等不溶雜質，其含量≤100mg/kg，而制成堿液后，一部分微溶無機鹽被溶解，實際水不溶物遠低于純堿中的雜質含量。這些水不溶物的顆粒大小不一，較大的粒子可在澄清時沉降除去，較細的顆粒粒徑≤20μm，不易用通常澄清方法除去，應采取微孔管過濾以確保產品質量符合要求。

由化堿崗位送來的堿液進入堿液澄清桶進行澄清，經溢流送入清堿液桶，再用泵送至PE過濾器。堿液溫度80℃左右，濃度78~82tt（按Na2CO3計）。堿液由過濾器底部進入筒體，依靠清堿液泵的壓力，滲入PE管內。按初始低壓—形成雜質濾層—逐步加壓—排渣的程序進行操作，初始壓力應控制在0.1MPa以下，待濾液中的雜質在過濾管外壁上形成一層雜質濾層時，在泵的壓力作用下，懸浮液中的微粒會在微孔道外迅速發生“架橋”現象，因而使部分直徑小于微孔道的細小顆粒也被截住，濾液穿過雜質濾層進入濾盒，從出液管流出。過濾后的精制堿液進入精堿液桶，作為碳化用堿液儲備，供碳化塔使用。

2.3 PE管再生處理

PE過濾器使用過程中，堿液中的固體物（包括未溶解或解析出的結晶）經常堵塞微孔，造成流量降低、壓差增大，需定期進行PE管再生處理。PE管的再生方式有物理再生法（清水反洗、壓縮空氣反吹）和化學再生法。平時常采用前兩種方法，當使用時間較長，用物理清洗方法效果不明顯時，可以采用化學清洗，將過濾器內的PE管整組卸下，浸泡在濃度約10%的氫氧化鈉溶液中48小時，然后用自來水沖洗干凈，再浸泡在濃度約5%的稀鹽酸溶液中4小時。完成后將過濾器組裝好，用清水反洗一次，再用壓縮空氣反吹，即可轉入正常過濾操作。但是，不主張使用化學清洗方法，主要是化學清洗后的沖洗水的處置是環保排放難題。對于零排放企業，酸堿水排放無法解決。

2.4 PE過濾器操作注意事項

（1）自選泵配套使用時，要注意水泵的流量、壓力應與過濾器的流量、壓力匹配。

（2）PE管過濾屬精密過濾，在使用過程中，堿液中的固體物經常堵塞微孔、阻礙液體流量，需定期用冷凝水反洗和壓縮空氣沖堵，除去雜物，以保證過濾液質量。如原料液過臟應做預處理，以保證過濾工況，延長過濾作業周期。

（3）應按照“初始低壓”的工藝操作規程操作，初濾時壓力一般控制在0.1MPa以下，由于濾液中含有小于介質孔徑的渣質，如果初始壓力較高，一方面會造成過濾初始，濾液精度不符合要求；另一方面微孔會堵塞，造成流量很快降低，過濾周期較短。

（4）生產實踐證明，用較低的壓差可長期保持衰減較小的操作速率。

（5）PE過濾器可分組，每組過濾器為一開一備。過濾器正常運行、反洗或倒換操作，所有閥門操作必須緩慢，防止過濾器內部突然升壓、破壞過濾器內部結構。過濾器停止使用必須將過濾器進口閥關閉。過濾器停用時應放光濾液，如果時間不長，可不必打開過濾器；若時間較長，或濾液不宜長時間存放，則要清洗過濾器。當過濾器進出口壓力差到1倍的時候說明微孔孔隙大多已被堵塞，過濾器就需要反洗。

（6）清水反洗是原出口變進口，把反洗水反方向打進，為保證反洗再生效果，一方面反洗水的溫度應不低于過濾操作溫度，但不能超過PE管的耐溫極限；另一方面反洗水的壓力要略高于過濾壓力。要注意關閉原液過濾管道，打開排污口，關閉全部過濾管，逐個進行反沖，清洗時間在15分鐘左右，以保證沖洗干凈。

2.5 應用效果

表1 食品添加劑碳酸氫鈉分析報告單

（1）采用PE過濾器后，堿液過濾工況相當穩定，濾液無色透明、濾液的濁度≤30ppm。過濾器運行時間可達一周才清洗再生，小蘇打生產穩定。同時產品的質量得到了保證，小蘇打成品的總堿量、澄清度、白度始終穩定合格，鐵含量控制在0.002%以下，不溶物含量一直保持在0.02%以下，已經達到食品級標準。食品添加劑碳酸氫鈉分析報告如表1所示。

（2）合理利用小蘇打生產中產生的一部分蒸汽冷凝水清洗過濾器，有利于小蘇打系統的水平衡。

3 分析建議

（1）PE過濾器僅對廢堿（次品堿、落地堿）制成的堿液進行二次過濾，應減少非過濾堿液走PE過濾流程，以降低PE過濾器的使用強度，提高過濾效果。用正品純堿制成的堿液無需進行精密過濾（成品純堿已經達到食品級標準）。

（2）要確定PE過濾器的規格型號，一般視待處理的堿液質量情況（欲截留去除的最小顆粒尺寸）選擇合適的PE濾管目數。PE濾管不能選擇過大的目數，如選擇濾管目數過大，過濾精度過高，將使操作壓力即輸入過濾器的堿液壓力提高，較高的壓差容易造成PE管的微孔過快堵塞，或是將濾渣層壓實，造成過濾速率衰減，過濾器反吹再生頻繁，再生周期和再生效率均會下降。

（3）要選好PE過濾器的過濾面積，根據我廠使用經驗，清堿液流量在20~50 m3/h時，選用過濾面積為40m2的過濾器共四臺分為兩組，每組過濾器為一開一備，反洗再生周期可保證為一周。

（4）要達到精濾的目的，前期必須用預過濾設備（例如堿液工藝過濾處理第一步用澄清桶改善堿液質量），再用PE過濾器。

（5）可以在每臺過濾器出液管線上安裝取樣口，每小時對濾液做水不溶物和鐵含量分析，確保濾液工藝指標合格。同時能逐臺判斷過濾效果，如發現濾液指標不合格可及時關閉該過濾器，使其停止運行。

（6）小蘇打生產過程中，母液是循環使用的。由于產品帶水和蒸發等原因，母液量會逐漸減少，需要補充水來維持系統的水平衡。但是，生產中的補水量根據生產需要往往大大多于水的減少量，所以水平衡控制顯得格外重要。小蘇打生產過程中，系統的補充水主要來自兩個方面：塔處理系統和洗滌處理過程。因此，水平衡控制也主要從這兩個方面進行。用清水及壓縮空氣清洗PE過濾器，對于沖洗水的控制及其循環利用必須與小蘇打系統補充水實現平衡。因此洗水罐的配置及沖洗水流程對于小蘇打工藝是非常重要的。

（7）PE微孔過濾器的定期清理會產生紅色（含鐵）堿性廢液，應通過工藝流程的改進安裝堿液回收裝置。

（8）PE微孔管使用一定時間后，微孔管會堵塞，由于堿液的溫度較高（80℃左右）和強酸強堿化學再生對PE管的老化有影響，使得PE管變硬發脆，在化學清洗再生過程中極易斷裂脫落，且再生一次需將設備內的濾盒提出，比較麻煩。頻繁地化學清洗從其經濟性和安全性考慮應該盡量避免。PE管的使用壽命在一年半左右，每次更換濾管費用較高。今后針對PE管的材質問題還應進行實驗研究及完善，以盡量減少PE管化學清洗次數，延長PE管使用壽命。

（9）鐵離子無法通過PE過濾器進行過濾，而熱堿液在循環噴淋中對爐氣管道的沖刷腐蝕并被氧化成氧化鐵的微粒，PE過濾器是有效的。對于熱堿液應配置單獨的送入小蘇打系統的熱堿液PE過濾器，僅對氧化鐵進行過濾。精濾后的熱堿液可以直接送至成品精堿液桶使用。

（10）小蘇打化堿工序應嚴格控制堿液濃度。按78tt堿液濃度下限控制，不僅有利于小蘇打結晶質量控制，更可避免因堿液濃度過高而產生Na2CO3·H2O結晶，堵塞PE過濾器，影響過濾器的使用周期。

4 結語

本裝置投入生產后，運行穩定、過濾效果好，解決了堿液精制難的問題，使小蘇打產品的質量上了一個新的臺階，具有很好的應用推廣價值。希望廣大實際操作人員能夠在使用中積累更多的經驗以促進這項工藝水平的不斷提高，過濾器生產廠家能夠根據設備使用上的不足進行積極地改進，降低PE管的生產成本，以利推廣。此外，PE微孔過濾器適用于醫藥、化工、食品、輕工、紡織、機電、船舶等工業生產及“三廢”處理的固液分離，可裝在其他過濾精度較低的傳統過濾機（如板框壓濾機、離心機、葉片過濾機、轉鼓式過濾機等以濾布為過濾介質的過濾機）后進行精密復濾，提高產品收率，也是取代傳統固液分離設備的一種理想選擇。

[1] 中昊（大連）化工研究設計院有限公司.純堿工學(第三版)[M]. 北京：化學工業出版社，2014(5).

[2] 李國慶. PE管過濾器及在小蘇打原料液處理中的應用[J].無機鹽工業，1994 (5):33-34.

[3] 徐秋蘭. PE及PEC燒結管式過濾器及其應用[J].無機鹽工業，1995 (4):40-42.

[4] 丁喜梅. PE微孔過濾器在天然堿加工工業中的應用[J].純堿工業，1996(5):22-25.

PE Microporous Filter and Its Application in the Production of Baking Soda

MOU Haowen
(Jiangsu Jingshen Salt Limited by Share Ltd Huai'an soda plant, Huai'an 223200 , China)

In this paper by PE microporous filter structure, working principle, performance and in the production of baking soda and filtering effect of the use of lye, suggestion is proposed and analyzed.

Lye; PE Filter; Raw Material; Baking Soda

牟灝文（1982- ），助理工程師，畢業于北京化工大學化學工程與工藝專業,淮安堿廠生產技術部。