苛化白液精細過濾器的研發(fā)與應用

李建波 李錄杰 辛 華 袁夢竹 孟令啟

（汶瑞機械（山東）有限公司，山東安丘，262100）

在現(xiàn)代造紙廠的堿回收生產(chǎn)車間中，為減少生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象，需盡力提高苛化工段制得的白液澄清度。傳統(tǒng)苛化工藝系統(tǒng)中的重力沉降式白液澄清器等設備制得的白液澄清度不能滿足用戶的需求，某公司根據(jù)原有管式白液壓力過濾器的技術經(jīng)驗，研發(fā)設計了白液精細過濾器新設備，用于進一步過濾白液中的懸浮物，以提高白液的澄清度。

1 設備結(jié)構(gòu)

白液精細過濾器的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示，外形為一個立式筒體，其內(nèi)部被一個開有多個圓孔的管板分為上、下兩部分，濾管、濾套組成的過濾元件穿過管板上的圓孔，并利用開孔的壓板定位。

1.1 筒體

白液精細過濾器筒體是一個立式圓筒形容器，其工作壓力為0.41 MPa，設計內(nèi)、外壓力分別為0.52 MPa和-0.10 MPa。因為工作時容器內(nèi)部完全充滿液體，沒有氣相空間，故不屬于壓力容器，但考慮到工作安全性，筒體參照壓力容器標準進行設計和制造[1]。筒體與物料接觸部分材質(zhì)為304L 不銹鋼；頂部為碟形封頭，底部為錐形封頭；安裝座圈位于直筒段的中間部位。

圖1 白液精細過濾器基本結(jié)構(gòu)

圖2 分腔隔板和濾管、濾套的固定示意圖

在筒體內(nèi)部中間偏上的位置設置1 個多孔的管板，管板下部為濁白液進料區(qū)，上部為過濾后的清白液區(qū)，過濾元件（濾管和濾套）固定在管板的管孔上，如圖2 所示。為防止變形、保證管板的平整度，管板上方焊接加強筋板；管板上的圓孔直徑比濾管和濾套的直徑略大，以便濾管能穿過管板；管孔呈三角形排列，孔間距即為濾管間距，約為濾管直徑2 倍；濾管之間的空隙作為過濾泥層的預留空間。

1.2 濾管

濾管是白液精細過濾器的核心部件，與濾套共同組成過濾元件，其外徑為60 mm，材質(zhì)為316L 不銹鋼。濾管結(jié)構(gòu)如圖3 所示，由管頭、管筒和管底3 部分組成，管頭為旋壓成型的零件，當濾管插入管板時，管頭的翻邊擋在管板上，使濾管得到固定；管筒由孔板卷制后焊接成形，濾孔呈三角形排列，其開孔率近40%；管底為沖壓成形的零件，可為半球面形狀或圓滑過度的“凹”字形結(jié)構(gòu)，管底制備多個過濾孔，以增加有效過濾面積。

圖3 濾管結(jié)構(gòu)

1.3 濾套

濾套的外形如圖4 所示，由口部密封圈和濾套主體組成。濾套安裝在濾管外，與濾管一起組成過濾元件。濾套主體材質(zhì)為聚丙烯織物，組物結(jié)構(gòu)為針刺基布，后處理方式為壓光處理。濾套的直徑比濾管略大，這樣既便于安裝拆卸，又有利于反沖過程中形成較大的反沖力，將白泥從濾套上脫離。濾套的關鍵技術指標是透氣量，即在一定氣壓下，單位時間內(nèi)單位面積通過的空氣量，采購或制作濾套時應將此指標作為重要技術標準。

圖4 濾套外形圖

1.4 壓板

壓板用于濾管和濾套的壓緊固定，用螺柱和螺母安裝在管板的上表面，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。壓板分割成多個板塊，每一塊質(zhì)量不超過20 kg。為更換濾管和濾套以及安裝拆卸時便于人工搬運，每塊壓板上焊接兩個把手。壓板上的開孔對應著各個濾管的位置，經(jīng)濾套和濾管過濾后的白液從壓板上的開孔流入過濾器的上部槽體中。

圖5 壓板結(jié)構(gòu)

2 工作原理

精細過濾工藝主要包括過濾、反沖、水洗和酸洗4 個過程。過濾、反沖與水洗是順控正常生產(chǎn)循環(huán)過程，酸洗是根據(jù)實際情況，臨時停機進行的生產(chǎn)行為[2]。白液精細過濾器的工藝流程如圖6所示。

圖6 白液精細過濾器工藝流程

經(jīng)過白液澄清器過濾后的白液，由進液泵泵送入白液精細過濾器底部，泵產(chǎn)生的正壓作用使清白液通過濾套進入過濾器上部，并溢流到白液貯存槽，白液中的白泥通過濾套時被截留于濾套的表面。當白液精細過濾器上、下部壓差大于設定的反沖壓差時，進行反沖；當壓差達到酸洗設定壓差或反沖操作過于頻繁時，進行酸洗。

2.1 過濾

如圖6 所示，白液通過進口閥門“A”進入過濾器的下部，通過出口閥門“B”進入白液貯存槽，過濾后的白液濁度在20 mg/L 以下，進料白液的濁度對白液澄清度影響不大，但是會影響反沖循環(huán)的時間周期。為了防止出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，需保持白液貯存槽的出口不被淹沒。

過濾周期取決于進料白液的濁度，通常為總運行時間的98%；反沖時間一般為1～5 min。過濾周期與濁度的關系如表1所示。

2.2 反沖

隨著過濾器中白泥的增多，上、下部壓差會升高，壓差達到設定值便開始反沖循環(huán)。濾管、濾套的正常壓差一般在70～140 kPa范圍內(nèi)，最高不超過210 kPa，否則會造成濾管嚴重變形。反沖可以通過時間控制器周期性開啟。在反沖過程中，白液進料泵停止，閥門“A”和“B”關閉，閥門“C”和“D”打開，留在過濾器上部的清白液通過過濾管反流回過濾器的底部；閥門“D”打開，外界空氣進入過濾器內(nèi)部，濾套上的白泥沉降至過濾器底部，經(jīng)反沖液沖洗后，通過閥門“C”排至放空槽內(nèi)（見圖6）。

表1 進料濁度與過濾周期關系表

2.3 水洗

當過濾器排空液體后，打開閥門“H”，用熱水清洗容器5～10 min，將過濾器徹底清洗干凈，清洗后的廢水排到放空槽。當過濾器被排空后，閥門“C”關閉，過濾循環(huán)重復進行。

反沖和水洗過程中，從過濾器中排放出的白泥和白液進入放空槽。因為其中的白泥顆粒十分細小，如將其混入白液處理系統(tǒng)中，將導致白液澄清度的下降，因此一般不送入白液處理系統(tǒng)，而是將其泵送到綠泥貯存槽或原綠液穩(wěn)定槽。實際工程中多設計為泵送到綠泥貯存槽，隨綠泥一起過濾后排放。這部分白泥和白液中的堿濃度較高，當其混入綠泥中處理時，會導致排放綠泥的殘堿值短時間內(nèi)明顯上升，但因反沖周期很長（1天至數(shù)天排放1次），這一影響實際可忽略。如將其泵送到原綠液穩(wěn)定槽，混入原綠液中經(jīng)過澄清器處理，則對系統(tǒng)的影響較小，是較為合理的選擇[3]。

此外，如果苛化系統(tǒng)配置了兩段白泥預掛過濾機，可考慮將白液精細過濾器反沖過程時排放的高濃度白泥和白液送入白泥貯存槽，進行兩段過濾處理；再將水洗過程中排放的低濃度白液送入稀白液貯存槽，這種操作對控制要求相對較高。

2.4 酸洗

白液精細過濾器運行一段時間后，濾套逐漸被白泥堵塞，過濾壓差逐漸升高。濾套堵塞通常表現(xiàn)為白液精細過濾器的過濾壓差很快上升到其最大值，并且過濾器生產(chǎn)能力迅速下降，低于正常水平，即使清洗濾布也不能使其上升至正常水平。當壓差達到210 kPa時，過濾器停止運行，開始進行濾套的酸洗處理；在酸洗前必須對濾套進行徹底的水洗，避免過濾器內(nèi)殘留的白泥和堿液混入酸液；一般根據(jù)實際情況來確定濾套的酸洗周期。

表2 白液精細過濾器規(guī)格及參數(shù)表

酸洗的具體步驟為：關閉所有閥門，打開閥門“E”和“F”，緩慢將酸液泵入過濾器內(nèi)，使其充滿管板，浸泡2～3 h 后，打開閥門“G”排出酸液；酸洗結(jié)束后需用熱水沖洗過濾器內(nèi)殘留的酸液；根據(jù)過濾介質(zhì)中的懸浮物比例，定期進行酸洗。

酸洗用酸為氨基磺酸（NH2NSO3H），濃度10%，溫度75℃；配置酸液時要加入防腐劑以防護設備和管道腐蝕，如Armohib 18、Rodine 31A 和Norust HPE等。為避免安全隱患，酸液不能長時間保存，所以每次清洗時酸液需單獨配置，且在清洗操作后從槽內(nèi)迅速排出，排出前需用NaOH 中和；酸洗后，酸槽和管道需用水進行沖洗。

3 技術特征

白液精細過濾器作為新型的白液過濾設備，具有以下技術特點。

（1）設備完全密封，可有效防止白液氧化，避免降低活性堿濃度及硫化度。

（2）過濾作業(yè)在密封正壓狀態(tài)下進行，可有效防止白液熱量散失。

（3）無臭氣散發(fā)，工作環(huán)境清潔。

（4）無電機與減速機的傳動結(jié)構(gòu)，操作維護簡單，能耗低。

（5）過濾后白液的澄清度高，懸浮物含量可小于20 mg/L。

4 應用案例

白液精細過濾器設備已成功應用于國內(nèi)外多條制漿生產(chǎn)線的堿回收苛化工段中，其規(guī)格型號及技術參數(shù)如表2所示。

白液精細過濾器的反沖、洗滌周期為1～3天；酸洗周期為4～8 周；濾套使用壽命為6 個月至1 年；洗滌用水量為2～5 m3/d；每立方白液過濾耗電量約為0.15～0.25 kWh。

5 結(jié) 語

某公司研發(fā)制造的BYGⅡ系列白液精細過濾器，可應用于白液澄清器之后進一步提高白液澄清度，經(jīng)其過濾后白液澄清度可低于20 mg/L，其制備技術成熟，使用效果穩(wěn)定可靠。