重碱过滤技术的应用及发展方向

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摘 要：重碱过滤技术是纯碱生产核心技术之一，该技术直接关系到纯碱产品质量、产能以及企业节能减排水平高低。本文基于纯碱行业现状及未来发展趋势，对重碱过滤技术应用情况以及新技术发展趋势进行阐述。

关键词：重碱过滤 水平真空带式过滤机 节能减排

一、重碱过滤技术发展及应用情况

滤碱机用于滤碱工序，其作用系将固体重碱从母液分离出来以送至煅烧工序生产纯碱。滤碱机的技术性能直接关系到纯碱生产的产量、质量、能源消耗、工艺指标、煅烧工序的生产能力以及企业清洁生产水平。特别是在联碱工艺中，滤碱机洗水当量直接影响母液的平衡，从而影响整个联碱工艺的运行以及生产废水的排放。

多年来我国大、中型碱厂重碱过滤主要采用真空转鼓过滤机。然而由于真空转鼓滤碱机为圆筒结构，转鼓直径受限，影响了其单机产量的提高，限制了滤饼洗涤和过滤时间，容易造成纯碱产量和品质不高、母液膨胀等问题。索尔维公司在上个世纪80年代开始在氨碱装置重碱过滤采用水平带式真空过滤机，该设备在布料、过滤、洗涤、干燥和卸料等方面比传统的转鼓真空过滤机具有无法比拟的优越性，并且具有集成化、自动化、大型化、高效率等特性与一身，逐渐取代了之前普遍采用的转鼓真空过滤机。

鉴于水平带式真空过滤机的优越性，在20世纪初期，我国碱厂开始尝试将水平真空带式过滤机用于重碱过滤。国内纯碱行业最早将水平真空带式过滤机用于生产的是中州铝厂。但由于没有针对过滤介质的物料特性和过滤性能进行系统考虑，以致应用效果不理想，各项指标不如转鼓真空过滤机。2005年，大化集团在60万吨/年联碱装置搬迁改造项目中，大胆引进了国外水平真空带式过滤机用于重碱过滤。实践证明，水平带式真空过滤机性能优异，洗水当量较小，既保证母液平衡或收缩，又能获得较高的重碱/纯碱质量。2012年，大连化工股份有限公司成功将水平带式真空过滤机国产化，一次开车成功。水平带式真空过滤机的国产化将推动其在纯碱行业的应用和普及，有望取代转鼓真空过滤机。

二、重碱过滤工作原理以及技术水平

1.重碱过滤工作原理

真空转鼓过滤技术和水平带式真空过滤技术的工作原理均系借真空泵的作用在滤碱机内抽成负压，形成过滤介质（滤网）两面压力差，将悬浮液中的液体抽走，固体颗粒留在滤网上，从而使固液体分离，同时将固体颗粒洗涤吸干，使其盐份和水份达到指标。

重碱过滤可用经典的过滤方程式（1）进行分析：

（1）

式中：Δp为过滤压强差，Pa；r为单位重量滤饼的平均质量比阻，m/kg；m为滤饼的干湿重量比；V为滤液体积，m3；t为过滤时间，s；μ为滤液粘度，Pa·s；ρ为滤液的密度，kg/m3；A为过滤面积，m2；c为滤浆中固体物质的质量分率。

当物料母液粘度及固体颗粒大小相同或不变的情况下，且过滤介质的阻力也处于相接近的状态下，那么任何一种真空过滤机的生产强度必然正比于真空过滤机的的过滤介质和滤饼两侧压力降推动力（俗称真空度的大小）。同时，过滤时间也是影响滤饼含水量的因素之一，增加滤碱机干燥段长度，能有效降低滤饼含水量。

2.滤碱机技术水平因素分析

从过滤速度方程分析，提高过滤效果、降低滤饼含水量就要加大过滤压强或增长过滤时间。但延伸到实际生产之中，过滤效果仅是衡量重碱过滤技术水平高低的因素之一，还需考虑设备投资成本、运行维护费用、清洁生产水平等。水平带式真空过滤机设备性能较高，能极大的改善了纯碱生产工艺条件，节能减排效果较好。采用水平带式真空过滤机，纯碱盐分下降到0.2%以下，有利于纯碱品质的提高；重碱水分降低到16%以下，有效节约了蒸汽用量；洗水当量较低，小于0.6m3/t碱，使得联碱系统母液收缩，可实现联碱装置特定洗盐工艺条件下的洗盐膨胀卤水回用。在企业投资成本、运行维护费用方面，高性能过滤设备的国产化程度成为关键，这是因为进口设备价格高、损坏后修复难度大，维修时若更换进口件，采购时间长，费用高，若更换国产件，加工精度达不到原始要求，以致使用寿命短，安全性差，这将给企业生产带来较大负担。另外，设备大型化、自动化也将成为降低投资成本和维护费用的有效途径。

三、重碱过滤新技术发展趋势

纵观目前重碱过滤新技术，主要有提高滤碱机性能、重碱二次分离技术、助滤技术等几个方面：

1.提高滤碱机性能

1.1真空转鼓过滤机升级换代。由成都天宝公司生产的转鼓过滤机已经退出了高性能的第五代产品，规格有13.5m2、20m2和23m2，该产品主体材料采用超低碳不锈钢，喷嘴喷淋洗涤装置、压辊结构、搅拌装置、分配头、错气盘等关键部位都进行了改进，对降低制碱原材料消耗及提高纯碱成品品质起到了一定的推动作用。

1.2研制高性能国产水平真空带式过滤机。由大连大化设计公司与大化集团大连化工股份公司联合开发制造的纯碱专用真空水平带式滤碱机，于2012年8月份通过了中国石油和化工联合会组织的科技成果鉴定，产品质量和性能指标达到国际先进水平。国产化带滤机的研制迎合了纯碱产能的增加，节能减排要求以及设备大型化趋势，在纯碱行业应用前景广阔。

1.3提升装置自动化水平。山东海化公司开发了纯碱装置先进控制系统，实现了自动化控制和优化生产，解决了常规控制中不易解决的多种难题，在能满足人们对生产过程的安全、高效、优质和低耗的要求，取得了可观的经济效益。但是，相较于国外，国内在此领域做出的研究还远远不够，而未来的滤碱机势必应对分离条件具有智能化响应，具有自动适应分离条件改变的能力。

2.重碱二次分离技术

为降低重碱水份和盐份，提高产品质量，节约能源，提高煅烧炉能力，先后有多家纯碱企业分别引进离心分离机进行重碱二次分离[1]，重碱水份可降低至15%以下，同时重碱盐份也有所降低。然而采用离心机降低重碱水份时，因离心机筛蓝带风量大，增加了氨的暴空损失，恶化了环境。同时，增设离心机将加大企业投资，增加电耗，产期运行又存在能力衰减问题。因此从长远来看，建议将离心机更新为高校节能设备[2]。

3.助滤技术应用

近年，在重碱洗水中加助滤剂已经在碱行业中得到应用[3]。由大连化工研究设计院研制开发的系列ZL助滤剂，专用于纯碱制造过程的重碱过滤，已有多家纯碱厂应用，现已由单一品种发展为适合不同纯碱生产厂操作工况的系列产品。经不断改进，该产品及应用技术已实现更新换代，可实现降低重碱水份3%，提高烧成率2%，节省洗水量，对纯碱成品无不良影响。

四、结束语

我国纯碱产能过剩，行业低迷，采用高效节能大型设备，降低能源消耗和成本，成为行业今后可持续发展的关键。滤碱机作为纯碱生产关键设备之一，其大型化、自动化、国产化将成为重碱过滤技术的发展趋势。企业在推广重碱过滤新技术、新设备的同时，要强化过滤操作，有效的发挥设备性能，达到提高产品质量、降低生产成本、提升经济效益的目的。

参考文献

[1] 刘彬，陈勇虎，曹学臣. 重碱二次分离技术的应用， 纯碱工业， 2011，1：39-41.

[2] 刘晓莉，刘鹏. 重碱离心和加助滤剂对降低重碱水份的查定分析， 纯碱工业， 2008，3： 21-26.

[3] 赵一宁，郭美凤. 纯碱助滤剂的改进及应用， 大化科技， 2008：9～10.