壓力過濾機在PTA裝置中的應用

李東輝

(中國石化儀征化纖有限責任公司PTA生產中心，江蘇儀征　211900)

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設備改造

壓力過濾機在PTA裝置中的應用

李東輝

(中國石化儀征化纖有限責任公司PTA生產中心，江蘇儀征211900)

摘要：筆者結合旋轉轉鼓式壓力過濾機結構和特點，介紹了精制單元壓力過濾機二步法改造工藝，并對該分離技術在PTA裝置上應用的實際效果和遇到的問題進行了分析和總結，同傳統的離心分離工藝相比，壓力過濾工藝具有設備簡單、運行費用低，設備購置及檢修費用便宜，能耗、物耗少等優點，是分離工藝技術的很大改進。

關鍵詞：PTA壓力過濾機分離

PTA裝置精制單元大多采用傳統的兩級分離技術，即壓力離心機+旋轉真空過濾機工藝[1]，如圖1所示。漿料由結晶器進入壓力離心機，被分成含水量15%的濾餅和母液，濾餅繼續打漿后進入旋轉真空過濾機，從旋轉真空過濾機出來的濾餅進入干燥機，經過干燥得到合格的PTA產品。

圖1　PTA分離單元工藝流程簡圖

隨著單線PTA裝置產能的擴大，壓力離心機的缺陷慢慢暴露出來：一方面，由于單機處理能力的限制，要擴大PTA裝置的產能，就必須通過增加在線離心機的設備數量，這樣不僅現場空間有限，同時投資也會增加；另一方面，由于壓力離心機主要是依靠轉鼓的高速旋轉產生的離心力作用來實現分離效果，對內轉鼓的平衡性、機械密封、軸承等的要求較高，一旦發生堵料就會對設備運行造成嚴重損害。因此對工藝操作的要求和對設備的日常運行維護要求也高。頻繁的設備故障導致運行維修成本居高不下，一臺離心機每半年檢修一次，一次的檢修費用就達到100萬元左右，對裝置的長周期穩定運行也構成了相當大的影響。

針對上述情況，近年來，國內外PTA專利商和生產廠家一直在尋找取代壓力離心機的辦法，替代的效果既要保證裝置的運行穩定性，又不增加運行成本。目前有兩種替代方案已經得以驗證和應用：一種是以壓力過濾機代替壓力離心機和真空過濾機；另一種是采用壓力過濾機代替壓力離心機，其他流程不變。本文對壓力過濾機代替壓力離心機的工藝進行闡述并對其實際運行過程中遇到的問題、解決辦法和經濟效益進行分析和總結。

1壓力過濾機結構及工作原理

壓力過濾機同傳統的壓力離心機相比，具有工藝設備簡單、流程短、運行費用低、設備購置費及設備檢修費用低，是傳統分離技術的很大改進。

1.1液壓式壓力過濾機

液壓式壓力過濾機是從19世紀50年代初期發明的一種連續運轉的轉鼓過濾機基礎上改進而來的，可以在加壓和負壓狀態下運行[2]，其結構如圖2所示。這種壓力過濾機能很好地完成PTA和母液的分離操作，操作流程變短，對PTA生產具有重要意義。

圖2　液壓式壓力過濾機工作簡圖

基本操作運行步驟如下：

在可調泵壓的作用下懸浮液在濾網上方被擠壓[2]，濾液穿過濾網進入濾液排放系統，截留的固體物料堆積于濾網上方，形成濾餅；隨著轉鼓的轉動，濾餅進入洗滌區，這一步屬于粗洗階段，洗滌液用來自于下一級的洗滌濾液；第三步，加入純凈的洗滌濾液，清洗濾餅，置換原濾餅中的濾液并收集供上一級洗滌使用；第四步，利用壓縮空氣進行加壓過濾干燥，壓縮氣體將濾餅中的濾液吹出經冷凝后收集到第一道工序中使用，排出的氣體進入洗氣裝置處理；第五步，從濾網的背面通入壓縮空氣，將濾餅從過濾框中吹出，直接進入干燥機進行干燥。1.2旋轉轉鼓式壓力過濾機

旋轉轉鼓式壓力過濾機是一種高效的連續式壓濾機，壓力過濾機大致由以下部件組成：殼體、轉鼓、中空系統、反吹系統組件、支撐組件、密封組件、以及傳動及底座組件。其結構和原理與真空過濾機一致，并由真空過濾機發展而來，將真空過濾機的常壓操作(轉鼓內部為真空負壓)發展改進為加壓操作，由于此類壓濾機可提高轉鼓內外壓差，所以在同等條件下，壓濾機比真空過濾機處理量更大(處理量是普通真空過濾機的4～10倍)[3]，濾餅濕含量更低。壓濾機結構如圖3所示。

圖3　旋轉轉鼓壓力過濾機結構簡圖

基本操作運行步驟如下：

漿料進入壓濾機進行過濾，母液由自己的管路排出，濾餅隨著過濾機的旋轉進入壓濾清洗區，通過清洗將雜質除去；然后進入干燥區，由于轉鼓內外壓差，濾餅中的水分被壓入轉鼓內側，濾餅得以干燥；最后純凈的濾餅由轉鼓內氣體反吹進入收集區，然后經旋轉閥減壓后可直接進入干燥機進行干燥。

旋轉轉鼓式壓力過濾機結構形式、原理及濾布特性與旋轉真空過濾機一致，其工藝簡圖如圖4所示。

圖4　旋轉轉鼓式壓濾機工藝簡圖

2壓濾機二步法工藝在傳統PTA裝置的應用

傳統的PTA精制單元離心分離工藝為滿足裝置產能需求，三臺壓力離心機均必須長期在高負荷下運行，從而導致其故障率逐年攀升，而一旦其中的某臺壓力離心機出現故障，為保證產能，必須立即投用備用離心機，由于壓力離心機為高能耗易損設備，一般情況下只能采用冷態備用，需要投用時，從冷態到熱態的投用過程至少需要約4h，無法做到及時投入生產。每次在壓力離心機出現故障時，切換過程中裝置都必須降負荷生產，嚴重影響了裝置產能。從壓力離心機運行情況看，由于長期高負荷的連續運轉，壓力離心機運行狀況不平穩，檢修頻率比較高，檢修周期長，給裝置的安全穩定運行造成了嚴重的影響。鑒于上述種種原因一些PTA裝置進行壓濾機二步法改造。

2.1PTA裝置離心分離工藝流程

精制第五結晶器的PTA漿料送往壓力離心機，PTA濾餅進入再打漿罐中打漿，然后進入真空過濾機進料罐，經過真空過濾機固液分離后，進入干燥系統干燥后得到產品。

2.2PTA裝置壓力過濾二步法工藝流程

來自PTA第五結晶器的PTA漿料送往壓力過濾機進料罐，然后再由壓濾機進料泵連續送往壓濾機，PTA濾餅進入再打漿罐中，然后進入真空過濾機進料罐，經過真空過濾機分離后，進入干燥系統干燥后得到產品。

壓力過濾二步法工藝流程如圖5所示。

圖5　二步法工藝流程圖

2.3壓力過濾機投用問題及工藝優化

裝置采用壓濾機工藝后，電耗、脫鹽水消耗大大降低，同時保證了精制高負荷運行，但也帶來了精制產品粒徑過大、系統堿洗周期短等諸如此類的問題，針對這些問題PTA裝置進行了相應的工藝操作優化、工藝參數的調整，以便滿足裝置需要。

2.3.1壓力過濾機噴淋水控制

壓力過濾機噴淋水的作用是洗去壓力過濾機濾餅中的PT酸，在壓力過濾機濾餅厚度一定的情況下，增大噴淋水流量則洗滌效果較好，濾餅中的PT酸含量低，但是濾餅的含濕量會高，影響了精制干燥機的干燥效果，消耗了大量的蒸汽，增加了能耗，反之降低噴淋水流量則洗滌效果差，濾餅中的PT酸含量高，影響了PTA產品的質量，經過調優控制壓力過濾機噴淋水流量在20 000kg/h；PT酸溶解度隨著溫度升高而增大，適當提高壓力過濾機噴淋水溫度可以洗去更多的PT酸，但噴淋水溫度過高則易閃蒸，適得其反，經過操作優化，控制壓力過濾機噴淋水溫度在160 ℃左右。

2.3.2壓力過濾機轉速控制

在一定的濾餅厚度和噴淋水流量下，如果壓力過濾機轉速太快，則壓力過濾機濾餅的含濕量會相應升高，會多消耗干燥機的加熱蒸汽，增加了能耗，壓力過濾機轉速太慢則影響了裝置的生產負荷，經過實際操作摸索，壓力過濾機轉速控制在5.5～7.5r/min之間比較合適。

2.3.3第一結晶器液位的調節

離心分離與過濾的工作方式不同使得經過壓力過濾后的濾餅含濕量降低至10%，低于離心分離后濾餅的含濕量15%，PT酸的含量下降了10%左右，其中灰份、4-CBA的品質指標基本變化不大，使用壓力過濾機后因為沒有了離心機內螺旋對PTA晶體的破碎作用使得產品的粒徑較使用離心機偏大，平均粒徑達到了135μm。為了能夠保證下游聚酯的正常生產，穩定產品質量，調整精制第一結晶器液位(由35%調整至26%)，降低停留時間，減少晶體生長時間，降低了PTA產品的粒徑，粒徑可以恢復到正常值120μm左右。通過表1可以看到調整前后產品質量各項指標的對比，調整后產品灰分、4-CBA、PT酸變化不大，粒徑變小，滿足了產品質量要求。

表1　調優前后精制產品質量的變化情況

2.3.4優化第五結晶器的操作壓力

降低第五結晶器的壓力，讓漿料提前在第五結晶器中閃蒸，降低了PT酸等雜質在濾布上閃蒸的幾率，避免壓濾機濾布短時間堵塞，可以提高壓濾機連續運行時間。

2.3.5調整反吹鞋與壓濾機轉鼓的間隙

壓濾機投用初期會出現下料情況不好，無法滿足裝置正常生產的現象，針對此問題可以將反吹鞋與轉鼓內圈的間隙調小，減少了反吹氣的泄漏，提高了反吹卸料的效果。

2.3.6壓力過濾機定期水洗的工藝操作優化

壓濾機運行一段時間后，濾布會發生堵塞，影響裝置負荷和產品質量，需要進行堿洗，堿洗作業不僅會造成系統波動、增加操作人員勞動強度，而且還會增加污水處理負擔，因此必須減少壓濾機堿洗頻次，提高壓濾機在線率。經過對噴淋水溫度、流量、水洗方法的嘗試和對比，摸索出一套合理的水洗方法，即由現場配合中控在線水洗，水洗前破壓濾機轉鼓內外壓差，全開噴淋水進行濾布正向清洗，按照標準程序每8h對壓濾機進行一次水洗。經驗證此在線水洗操作方法效果很好，表2是壓濾機不同水洗操作條件下壓濾機運行時間對比表，通過表中數據可以看出經過優化后壓濾機運行周期變化明顯，由最短7天延長至45天，滿足了生產需要。

表2　壓濾機不同水洗操作條件下的運行周期

3效益分析

1) 每臺壓力離心機更換一次機封、軸承，費用超過200萬元，三臺壓力離心機更換一次機封，軸承固定的檢修費用就超過600萬元，壓力過濾機增加前，三臺壓力離心機每四年需要更換一次機封，每年需檢修費用約150萬元；壓力過濾機增加前，由于工藝需要三臺壓力離心機均處于熱備用狀態，每臺壓力離心機盤車聯軸節，齒輪箱每年需檢修一次，檢修費用約6萬元，三臺壓力離心機的盤車檢修費用每年約為18萬元；壓力過濾機設備簡單，運行平穩，投用后兩年需大修一次，更換濾布、填料、軸承，檢修費用每年約20萬元，同常壓離心機相比每年節約檢修費用148萬元。

2) 三臺壓力離心機的電能消耗為1 050kW，壓力過濾機系統電能消耗為175kW，按每度電0.4元單價計算，每年可以節約費用約280萬元；三臺壓力離心機脫鹽水消耗量為110t/h，壓力過濾機脫鹽水消耗量為90t/h，脫鹽水單價按3元/t，每年可以節約費用約48萬元。能耗、物耗降低共計約328萬元/年。

壓力過濾機增加后節約檢修費用約148萬元/年，降低能耗、物耗約328萬元/年，總計約476萬元/年，經濟效益顯著。

4結論

從上述綜合分析情況看，壓力過濾機在替代投用初期遇到的一些問題，通過后期的工藝調整優化，完全達到了替代的目的。既保證了壓力過濾機高效運行的特點，在產品質量保證方面和裝置產能調節方面顯得尤為可靠。特別是同傳統的壓力離心機工藝相比，壓力過濾機工藝設備簡單，操作彈性大，故障率低。從替代前后的經濟性測算情況看，壓力過濾機由于故障率低，不僅日常維護檢修費用明顯下降，在能耗物耗方面也有明顯降低，更符合綠色低碳要求，具有一定的推廣價值。

參考文獻：

[1]鄭曉靜.壓力過濾機在PTA生產中的應用[J].聚酯工業，2012，25(3)：15-16.

[2]蔣國光，王瑛，張春先.壓濾機在PTA行業中的應用分析[J].聚酯工業，2006，19(5)：32-34.

[3]周季乾.分離設備在PTA生產中的應用.第十屆全國非均相分離學術交流會暨非均相分離新型技術設備推廣會，2010．

Application of pressure filter on PTA industry

LiDonghui

(PTA Producting Center of Sinopec Yizheng Chemical Fibre L.L.C., Yizheng Jiangsu 211900，China)

Abstract:With the process improvement of two steps pressure filter for the refining unit in PTA plant, the structure and characteristics of the rotary drum type pressure filter were described. The problems encountered in the process of modification and final effect of the improvement were also analyzed and summarized. Comparing with the traditional centrifugal filter separation technology, the new pressure filtration had simpler equipment purchasing and maintenance cost, lower operating cost, lower energy consumption and lower material loss. Therefore, the modification was a great progress for separation technology.

Key words:PTA; pressure filter ; separation

收稿日期：2016-01-12

作者簡介：李東輝 (1983-),河北靈壽人，工程師，主要從事PTA工藝管理工作。

中圖分類號：TQ136

文獻標識碼：B

文章編號：1006-334X(2016)02-0052-04