凱膜及陶瓷膜技術(shù)應(yīng)用的比較

胡艷剛，鐘永鐸，劉進(jìn)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(yīng)用的比較

胡艷剛，鐘永鐸，劉進(jìn)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(yīng)用情況及陶瓷膜的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：鹽水精制；預(yù)處理；膜分離；膜過(guò)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(wù)是去除鹽水中的Ca2+、Mg2+、SO2-4、有機(jī)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(xué)和物理相結(jié)合的方法利用“預(yù)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(xiàng)新的鹽水過(guò)濾工藝技術(shù)。該技術(shù)利用了無(wú)機(jī)陶瓷膜獨(dú)有的物理化學(xué)特性，采用高效的“錯(cuò)流”過(guò)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(yīng)后生成懸浮粒子，直接送入膜過(guò)濾器進(jìn)行三段過(guò)濾分離，達(dá)到了鹽水精制的效果。相比有機(jī)膜過(guò)濾,省去了預(yù)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(shì)，是未來(lái)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(guò)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(diǎn)及流程

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

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

1.2 陶瓷膜的工藝特點(diǎn)及流程

陶瓷膜工藝是在凱膜工藝的基礎(chǔ)上省去了預(yù)處理器去除Mg2+這一環(huán)節(jié)，進(jìn)行三段過(guò)濾分離，實(shí)現(xiàn)了凱膜技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化。但對(duì)鹽水質(zhì)量和板框式壓濾機(jī)面積的要求較高。

2 膜的結(jié)構(gòu)

2.1 HVM凱膜過(guò)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(guò)濾膜孔徑小，只有0.22~ 0.5μm。過(guò)濾器為微孔膜筒式過(guò)濾器，膜上有分布均勻、開(kāi)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(qiáng)度和伸縮性，本身摩擦系數(shù)低，對(duì)濾餅有不粘性，表面易清理，但凱膜過(guò)濾技術(shù)對(duì)粗鹽水中Mg2+含量要求高，如果原鹽中Mg2+含量高時(shí)，預(yù)處理器能力不足，會(huì)造成凱膜運(yùn)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(xué)及物理性質(zhì)，是一種強(qiáng)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(xué)穩(wěn)定性和表面光滑的特點(diǎn)使過(guò)濾壓力極低，適用范圍極廣。膜的表面極易清理，可實(shí)現(xiàn)完全的表面過(guò)濾。凱膜具有獨(dú)特的管式整體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期使用，沒(méi)有膜剝離、撕裂、腐蝕等現(xiàn)象，高效長(zhǎng)壽，四平昊華化工有限公司已連續(xù)使用39個(gè)月。

2.2 陶瓷膜過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)

陶瓷膜是一種固態(tài)膜，由無(wú)機(jī)材料加工而成，強(qiáng)度高，陶瓷膜支撐體是采用高純度進(jìn)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(dá)400℃，最高可達(dá)800℃，其pH值適應(yīng)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(gè)或多個(gè)通道，每根膜管的通量很大。采用錯(cuò)流過(guò)濾方式操作，又稱(chēng)為切線流操作，與傳統(tǒng)的過(guò)濾方式（包括凱膜）比較，克服了濾餅層過(guò)濾的缺陷。這種方法對(duì)懸浮粒子的大小、密度、濃度的變化不敏感，即對(duì)鹽質(zhì)中Ca2+、Mg2+含量要求較寬，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)需頻繁進(jìn)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(lèi)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(jī)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(qiáng)度和伸縮性，采用的是垂直過(guò)濾。陶瓷膜屬于無(wú)機(jī)膜，是一種高強(qiáng)度膜，機(jī)械強(qiáng)度高，有良好的耐磨、耐沖刷性能及耐酸、堿、氧化、腐蝕性能。過(guò)濾方式采用錯(cuò)流過(guò)濾方式（又稱(chēng)為切線流過(guò)濾）。膜的材質(zhì)不同，會(huì)使設(shè)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(guò)濾方式的不同，會(huì)對(duì)過(guò)濾物分子大小和物質(zhì)黏度產(chǎn)生不同影響。過(guò)濾壓力也不同，凱膜孔徑為500～1 000 nm，過(guò)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(guò)濾，過(guò)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(zhǎng)期工作，特別是不會(huì)有因膜孔徑拉伸導(dǎo)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(guò)濾的工藝技術(shù)，鹽水循環(huán)泵的功率在陶瓷膜運(yùn)行成本中占很大部分。目前，國(guó)內(nèi)使用最廣的凱膜的鹽水強(qiáng)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(dāng)其含量高時(shí),不管是有機(jī)膜還是無(wú)機(jī)膜都會(huì)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(yù)處理器，同時(shí)，生產(chǎn)中需加入次氯酸鈉，以消除有機(jī)物對(duì)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(yù)處理器和加次氯酸鈉，則其投資費(fèi)用就不會(huì)有優(yōu)勢(shì)。

4 在使用中存在的問(wèn)題及處理方法

4.1 凱膜過(guò)濾器

4.1.1 凱膜過(guò)濾器不反沖

凱膜過(guò)濾器控制柜程序經(jīng)過(guò)泄壓后直接跳過(guò)反沖進(jìn)入沉降，可能是液位開(kāi)關(guān)被結(jié)晶鹽卡住，不能靈活上下，液位開(kāi)關(guān)一直處于低位，導(dǎo)致其不反沖。

解決方法是，將去配水桶的閥門(mén)打開(kāi)，使液面降低，用手上下活動(dòng)液位開(kāi)關(guān)浮球，使其靈活，然后，關(guān)閉去配水桶的閥門(mén)?？梢栽赑LC控制面板上按FUNC2，再上下?lián)軇?dòng)浮球，觀察指示燈是否動(dòng)作，浮球在高位時(shí)，燈滅；低位時(shí)，燈亮。

4.1.2 過(guò)濾壓力過(guò)高

通常，凱膜壓力升到0.06MPa，水量就很小了。（正常的過(guò)濾壓力為0.01MPa），這種情況可能是采購(gòu)的原鹽出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致有機(jī)物含量高，直接把凱膜堵死，此時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)液高位槽液位一直是滿的，膜通量減少，導(dǎo)致氣動(dòng)閥內(nèi)膽破損。

檢查是氫氧化鎂還是有機(jī)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(shè)定時(shí)間的地方顯示Er01，此現(xiàn)象說(shuō)明反沖時(shí)間超過(guò)設(shè)定值。

首先，檢查液位開(kāi)關(guān)浮球是否靈活、正常動(dòng)作。正常情況下，當(dāng)液面下降導(dǎo)致浮球在低位的信號(hào)傳來(lái)后，反沖應(yīng)停止。但在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)發(fā)生意外現(xiàn)象，就是浮球到低位，但是指示燈沒(méi)有亮，一直在反沖。

這種情況一般是氣動(dòng)閥的快速排氣閥出現(xiàn)問(wèn)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(duì)朝廷軍隊(duì)發(fā)動(dòng)了猛烈攻擊，東漢政權(quán)因而分崩離析、名存實(shí)亡，這就是著名的“黃巾起義”。在鎮(zhèn)壓黃巾起義的過(guò)程中，各地州郡的官吏、地主豪強(qiáng)紛紛組織軍隊(duì)爭(zhēng)奪地盤(pán)，形成大大小小的割據(jù)勢(shì)力。這些勢(shì)力彼此之間爭(zhēng)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(shì)力逐步壯大起來(lái)。

4.1.4 顯示Er02

出現(xiàn)此錯(cuò)誤，是因?yàn)檫^(guò)濾壓力高，設(shè)備會(huì)停機(jī)。直接表現(xiàn)，為進(jìn)液高位槽液位迅速上升并裝滿，隨后導(dǎo)致預(yù)處理器液位上漲，導(dǎo)致自動(dòng)上排泥，以致渣池液位滿。

一般而言，只要認(rèn)真觀察上述問(wèn)題是不會(huì)發(fā)生的。很多時(shí)候過(guò)濾壓力并不高，主要是線路出現(xiàn)問(wèn)題。需要檢查電接點(diǎn)壓力表的接線是否靈活，現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致大量氣泡

正常運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)一些小氣泡問(wèn)題不大，當(dāng)然最好是沒(méi)有氣泡，但出現(xiàn)大量氣泡時(shí)，則需要更換膜管。更換膜管的難點(diǎn)在于確定破損的膜管，一般是把上面的孔蓋拿下，進(jìn)行進(jìn)液觀測(cè)，觀察那個(gè)孔冒泡大。一般，酸洗后會(huì)有這種情況發(fā)生，因此，酸洗時(shí)，壓縮空氣不要開(kāi)太大。

4.2 陶瓷膜過(guò)濾器

4.2.1 陶瓷膜工藝的安全性和可靠性問(wèn)題

目前,陶瓷膜工藝還不完全成熟，有待完善,是否加預(yù)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(shí)本企業(yè)鹽水的條件及未來(lái)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(guò)濾管中真正起過(guò)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(huì)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(diǎn)上，設(shè)備生產(chǎn)廠家保證膜的使用壽命為5年。

4.2.3 及時(shí)發(fā)現(xiàn)膜斷裂并處理

在陶瓷膜使用過(guò)程中，均發(fā)生過(guò)膜斷裂，甚至出現(xiàn)1臺(tái)過(guò)濾管中只剩一兩根膜管沒(méi)有斷裂的現(xiàn)象。目前，主要是通過(guò)在清液出口安裝濁度儀監(jiān)測(cè)來(lái)判斷是否發(fā)生膜管斷裂。對(duì)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(guò)濾管中花板連接處使用2個(gè)密封圈密封，當(dāng)有1根膜管斷裂后，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)大流量流入過(guò)濾器中，造成膜管在過(guò)濾管中晃動(dòng)，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(shí)發(fā)現(xiàn)斷膜和處理對(duì)膜管和系統(tǒng)的安全具有很重要的作用。

4.2.4 對(duì)鹽泥液的處理

目前使用陶瓷膜的廠家中，對(duì)板框壓濾機(jī)的要求很高，有的廠家將板框壓濾機(jī)安裝在主流程上，作為主要設(shè)備。因此，陶瓷膜工藝與板框壓濾機(jī)的面積匹配，也是需要解決的問(wèn)題。

4.2.5 膜管的運(yùn)輸問(wèn)題

陶瓷膜廠家供應(yīng)成套設(shè)備時(shí)，均是在該廠安裝好后運(yùn)輸?shù)绞褂脧S家，在運(yùn)輸過(guò)程中，難免會(huì)造成膜管的損壞。因此，建議能做到現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)濾膜管。

造成膜斷裂的原因主要是，由于閥門(mén)故障或操作不當(dāng)產(chǎn)生氣錘現(xiàn)象；因?yàn)橄绕谘b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(yùn)行溫度下產(chǎn)生鼓泡，將附近的膜管漲裂。對(duì)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(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，具體的效果還不能下結(jié)論，不過(guò)改裝過(guò)后的裝置沒(méi)有發(fā)生過(guò)膜斷裂現(xiàn)象。

5 關(guān)于凱膜過(guò)濾器與預(yù)處理器的問(wèn)題

凱膜工藝確實(shí)可以不使用預(yù)處理器，但其前提是在鹽水中的鎂含量相當(dāng)?shù)突蚪茷榱愕那闆r下。個(gè)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(méi)有問(wèn)題，完全可以不使用預(yù)處理器而采用凱膜工藝，但是一旦用鹽發(fā)生變化，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。另外，真空制鹽的成本相相當(dāng)高，如果在真空制鹽的價(jià)格上漲，迫于成本的壓力而使用其他鹽種時(shí)，這時(shí)沒(méi)有預(yù)處理器的系統(tǒng)將無(wú)法運(yùn)行。

6 結(jié)論

目前，HVM凱膜技術(shù)在越來(lái)越多的實(shí)際生產(chǎn)裝置中投入運(yùn)行,帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而陶瓷膜過(guò)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(cè)試結(jié)果看，陶瓷膜工藝確實(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)，建議結(jié)合原鹽質(zhì)量在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用，并注意不斷完善工藝，使陶瓷膜技術(shù)為企業(yè)帶來(lái)更為顯著的經(jīng)濟(jì)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(xué)校，化工機(jī)械專(zhuān)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(shè)備廠長(zhǎng)。