重碱水平带式真空过滤机工艺计算

2013-09-15包友兴夏文菊

纯碱工业 2013年4期

包友兴，夏文菊，杨军

（杭州龙山化工有限公司，浙江杭州 311228）

世界上发达国家在纯碱生产重碱过滤装置中，基本上在本世纪初已采用水平带式真空过滤机。目前，我国使用重碱转鼓真空过滤机生产的纯碱约占产能的90%；使用重碱水平带式真空过滤机生产纯碱约占产能的10%。在国内，大连大化工程设计有限公司和大化集团大连化工股份有限公司在重碱水平带式真空过滤机技术开发上走在全国纯碱行业的前列。

我国纯碱行业现有大型转鼓真空过滤机20m2（φ2.6×2.5m），大型水平带式真空过滤机过滤面积63m2（长×宽为21×3m）、81m2（长×宽为27×3m）及108m2（长×宽为27×4m）等三种规格定型机组。

1 水平带式真空过滤机工作原理

水平带式真空过滤机是一种水平放置固定带式结构真空过滤装置。其工作原理是利用离心式真空机产生的真空度，在过滤介质两侧产生推动力，以分离固液料浆。过滤介质的托架是有足够穿透空气通道的橡胶皮带，而且整个过滤过程是在水平运行轨迹上完成的。该过滤分离过程包括滤饼形成、滤饼洗涤、滤饼脱水、卸料和滤布洗涤5个过程周而复始地连续循环操作工序。固液分离的动力来自于由离心式真空机产生的负压，物料传输来自于驱动装置控制下过滤介质传送带的移动。

水平带式真空过滤机为恒压过滤，过滤速率方程可表示为：

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为过滤体积，m3；

t为过滤时间，s；

μ为滤液黏度，Pa·s；

ρ为滤液密度，kg／m3；

A为过滤面积，m2；

c为滤液中固体物质的质量分率。

过滤压强差ΔP为滤饼上表面大气压与真空盒压强（俗称负压）之差。在选定离心式真空机和带式真空过滤机之后，在过滤系统中过滤压强差ΔP是基本不变的，呈恒压过滤。

对于一定的氨碱法或联碱法生产过程的碳化塔出碱液即过滤浆液，其中r、μ、c、ρ均为常数，物料过滤和洗涤阶段均可用公式（2）进行分析，欲降低滤饼含水量就要加大过滤压强或增长过滤时间。

带滤机具有带式结构优势，可以使干燥区随皮带的延长而增大，增加重碱在干燥段的停留时间，使之具有较大的过滤区域，滤饼能得到充分过滤，从而获得低的含水量的重碱滤饼。

带滤机的生产能力取决于过滤面积。它的有效过滤面积相对较大，其中吸收出碱液和排出滤液部分相对较短，且在瞬间完成吸收碱液，因此干燥区域可以相对增加；滤布冲洗再生过程是在非作业区域内完成，因此不占用过滤面积。

相对于转鼓过滤机，带滤机在较大过滤面积和较长的过滤时间的有利条件下，正常生产中，可以做到重碱滤饼氯化钠含量与洗水当量之间的相互调节。即：当需要重碱滤饼氯化钠含量较低，用来加工低盐纯碱时，则可以加大洗水当量达到降低产品盐分的要求；当联碱生产需要系统母液收缩，又要确保产品质量合格，则可以减少洗水用量来实现。

2 带滤机物料计算

表1 RPA－81m2水平带式真空过滤机技术参数（联碱法）

1）重碱当量

1吨纯碱×（1＋损失率）÷烧成率＝1 000×（1＋2%）÷53%＝1 924.53kg／t纯碱

2）滤液当量（联碱法）

碳化取出液当量×碳化取出液密度－重碱量

＝9.5m3／t×1 210kg／m3－1 924.53

＝9 570.47kg／t纯碱

碳化取出液密度1 210kg／m3。

3）单位过滤面积能力（过滤性“F”值）

4）循环时间S

S＝滤饼形成时间＋冲洗时间＋脱水时间

3 滤饼洗涤过程计算

水平真空带滤机最大优点是可以将洗水分离并进行二次利用，这就可以降低洗涤水用量，即降低洗水当量，这对联碱生产特别有意义。它将促进联碱生产节能减排、清洁生产。

在洗水分离罐中分离出的洗水液依靠其位差流入洗水回收桶，由一次洗水泵送入一次洗水桶，作一次洗水使用；用软水冲洗滤布和橡皮胶带后，把洗涤水收集到滤布洗水槽，用二次洗水泵送入二次洗水桶，作二次洗水使用；补充软水或炉气洗涤水或淡液蒸馏废液到软水洗水槽，作三次洗水使用。见图1，图中B1、B2、B3分别为一次、二次、三次洗水。

过滤和洗涤过程存在下列过滤母液、洗涤液、真空气体等三个关系：

3.1 过滤母液

m2＝m1＋B2＋B3

B1、B2、B3分别为一次、二次、三次洗水量，kg／h或kg（m3）／t纯碱；

m1为滤液流量，kg／h或kg／t纯碱；

m2为过滤过程中进入滤液桶的稀滤液总流量，即包括滤液量和洗水加入量，kg／h或kg／t纯碱；

m3为洗涤过程中洗涤液夹带的母液量，kg／h或kg／t纯碱。

为分析过滤和洗涤过程的各种物料中的滤液流量关系，我们把过滤和洗涤过程微小化，设第一个过滤＋洗涤过程中：

m1－1＝m2－1＋m3－1

第二个过滤＋洗涤过程中：

m2－2＝m2－1＋m3－1－m3－2

第三个过滤＋洗涤过程中：

m2－3＝m2－1＋m3－2－m3－3

第n个过滤＋洗涤过程中：

m2－n＝m2－1＋m3－n－1－m3－n

在稳定过滤和洗涤过程中，B2、B3基本不变，m1也不变，则m3基本不会变化，则m3－1＝m3－2＝m3－3……＝m3－n，所以，m2－2＝m2－3＝……＝m2－n，即等于：m2－2＝m2－3＝……＝m2－n＝m1。说明滤液流量与洗涤次数无关，只与碳化出碱液流量及重碱量有关。

图1 RPA－81m2水平带式真空过滤工序流程

3.2 洗涤液

B1＝B2＋B3＋m3

从氨碱带滤机查定数据、联碱带滤机运行数据及RPA联碱带滤机技术保证指标等资料综合分析及计算，联碱带滤机过滤过程洗涤阶段数据为：

B1＝0.729m3／t纯碱，为100%；

B2＝0.365m3／t纯碱，占B1的50.06%；

B3＝0.255m3／t纯碱，占B1的34.98%；

m3＝0.109m3／t纯碱，占B1的15.01%。

我们再分析第二道和第三道洗水用量，B2、B3之和为0.62m3／t纯碱，比例为B2∶B3＝58.87%∶41.17%，B2＞B3。B3是软水，用于滤饼侧洗水、滤布逆流侧洗水、橡胶皮带冲洗水、真空盒耐磨带润滑水、皮带支撑耐磨冲洗水、皮带支撑耐磨润滑水等，收集汇总后作第二道洗水B2。

第一道洗水是第二、第三道洗水及干燥区回收的洗水，此部分洗水经一次洗水泵加压后再回到带滤机重复利用。此部分洗水含有盐分多少与碳化出碱液全氯离子含量、生产负荷等工艺条件有关，经测定洗水含有盐分在10tt左右。尽管洗水含有一定的盐分，但是对于降低滤饼盐分，作用仍是非常明显的。其主要作用是置换滤饼中的残留母液，与残留母液（即为碳化取出液）相比，这部分洗水含Cl－要低得很多。

第二道洗水是滤布再生的冲洗水。一方面对滤布实现再生，另一方面回收皮带、滤布上残留的重碱。这部分洗水盐分很低，洗涤效果好，因洗水中含有一定浓度的重碱，洗涤重碱滤饼时降低溶解损失。冲洗滤布的洗水收到滤布水收集槽，由二次洗水泵送到带滤机第二洗水槽。通常对滤布洗水量设定为恒定量，约为洗水补充量的60%左右，因此这部分洗水基本不予调节。

第三道洗水经常采用煅烧炉气洗涤水等含Cl－很低的淡液，尽可能减少软水补充。第三道洗水是控制产品盐分最终调节方法。