PE微孔过滤器及在小苏打生产中的应用

牟灏文

（江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂，江苏 淮安 223200）

PE微孔过滤器及在小苏打生产中的应用

牟灏文

（江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂，江苏 淮安 223200）

本文介绍PE微孔过滤器的结构、工作原理、性能及在小苏打生产中过滤碱液的使用效果，并提出分析建议。

碱液；PE过滤器；原料精制；小苏打

江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂于2011年1月底建成投产，采用了井下循环、盐碱钙联合生产新工艺，得到同行和专家的首肯。在生产过程中，伴有富裕的热碱液、CO2生成，为更好地丰富产品种类与实现节能降耗，经过报批立项后决定新建一套3万吨/年小苏打装置，本系统工艺先进，设备管线配置合理（其中在原料液处理中使用了PE微孔过滤器），具有生产成本低、产品质量稳定等优势，并于2014年2月份通过了食品级验收。

随着市场竞争的日益激烈，质量已成为衡量一个企业是否具有市场竞争能力的前提条件。小苏打作为一种重要的化工原料，其质量指标也越来越被人们重视，特别是用于食品行业的小苏打，对质量要求更高。小苏打生产过程中碱液的过滤至关重要，滤液的质量直接影响着成品质量的优劣，还影响设备的运行情况。所以，始终要重视滤液过滤效果，并长期关注改进其工艺的问题。

1985年之前，小苏打原料液的净化一般采用沉降、板框压滤、刚玉过滤等方式，但因为装置体积大、强度差、设备易损坏、运行维护困难等，难于长期稳定使用，碱液过滤质量得不到保证，造成产品质量波动大，而不得不放弃。

PE微孔过滤器首先应用于污水处理中，过滤污水中的不溶物及其它杂质。随着生产技术的不断发展，这种过滤器以其过滤后滤液清澈度高、不溶物含量低、无毒、无害等优点而引进到其它行业，被越来越广泛地使用。

采用PE微孔过滤器过滤小苏打原料液后，滤液质量明显提高，澄清度与水不溶物指标进一步优化，滤液流量大幅度增长，为小苏打规模化生产提供了有力的保障。

1 PE微孔过滤器的结构、过滤原理及特点

PE微孔过滤器是由滤管、集液管盒、出液管、本体等组成，过滤器外壳均是立式圆柱型，材质为不锈钢、碳钢、搪玻璃等，壳体内安装微孔过滤管或微孔过滤板。PE烧结过滤管是采用低压超高分子聚乙烯（PE）材料经烧结而制成的微孔管，其管壁可视为像无数蜂窝一样堆砌而成，这些微孔起到了对过滤对象中超精度颗粒的截滤作用。从烧结工艺上控制（例如调节烧结温度）可得到不同孔径的烧结管，适用于不同过滤介质的需要。

PE过滤器的过滤为表面和深层截滤。悬浮液进入过滤器筒体后，在一定的压力下从过滤管外表面渗过过滤管上的微孔，经集液管盒流出，大于过滤精度要求的固体颗粒被截留在过滤管外表面，形成杂质滤层。随着运行时间的增加，杂质滤层会随之增厚，流量降低、压差增大，过滤工艺结束将转入反洗再生工艺流程，过滤管可以反复再生，长期使用。为防止滤层过于密实，滤层阻力降升高，要求运行时过滤器进出口压差不得超过0.2Mpa。PE过滤器的过滤方式为非恒流式过滤，流量在运行过程中随着时间的增加而逐渐减小。

PE微孔过滤器采用高分子材料制成过滤元件用于液固分离，其特点为：

（1）PE管由高分子材料（聚乙烯）烧结而成，属三维过滤，过滤管无毒、无味、无异物溶出，耐化学腐蚀、耐压高，不易损坏，广泛应用于电子、石油、化工、医药、食品等工业部门中水的预处理和后处理系统上。

（2）过滤精度高、过滤效果好，用于液固精密过滤，最小可过滤0.2μm的微细颗粒，过滤效率可大于99.9%。

（3）整机结构紧凑、体积小、过滤面积大，适用于工作场地狭小处。

（4）使用寿命长，用“气—水混合流体”快速反吹法，可对微孔管进行高效、简单的物理再生，微孔管可长期使用。

（5）压缩气体反吹法排渣操作便捷，启闭快速稳定可靠，减轻操作人员的劳动强度，生产场地清洁。

（6）根据工艺要求可在机外设保温夹套，机体内衬防腐材料涂层。

2 小苏打生产中应用概况

2.1 设备简介

淮安碱厂小苏打车间现有PE微孔过滤器4台，专门用于碱液过滤。过滤器型号：KK—1400；过滤面积：40m2；最高过滤温度：90℃；工作压力：0.2~0.6 Mpa；过滤能力：38 m3/h ；过滤精度：5μm ；设备材质：SUS304+ PE。

2.2 纯碱原料液过滤工艺流程

纯碱中通常含有少量的Fe2O3、Al2O3、CaCO3、MgCO3等不溶杂质，其含量≤100mg/kg，而制成碱液后，一部分微溶无机盐被溶解，实际水不溶物远低于纯碱中的杂质含量。这些水不溶物的颗粒大小不一，较大的粒子可在澄清时沉降除去，较细的颗粒粒径≤20μm，不易用通常澄清方法除去，应采取微孔管过滤以确保产品质量符合要求。

由化碱岗位送来的碱液进入碱液澄清桶进行澄清，经溢流送入清碱液桶，再用泵送至PE过滤器。碱液温度80℃左右，浓度78~82tt（按Na2CO3计）。碱液由过滤器底部进入筒体，依靠清碱液泵的压力，渗入PE管内。按初始低压—形成杂质滤层—逐步加压—排渣的程序进行操作，初始压力应控制在0.1MPa以下，待滤液中的杂质在过滤管外壁上形成一层杂质滤层时，在泵的压力作用下，悬浮液中的微粒会在微孔道外迅速发生“架桥”现象，因而使部分直径小于微孔道的细小颗粒也被截住，滤液穿过杂质滤层进入滤盒，从出液管流出。过滤后的精制碱液进入精碱液桶，作为碳化用碱液储备，供碳化塔使用。

2.3 PE管再生处理

PE过滤器使用过程中，碱液中的固体物（包括未溶解或解析出的结晶）经常堵塞微孔，造成流量降低、压差增大，需定期进行PE管再生处理。PE管的再生方式有物理再生法（清水反洗、压缩空气反吹）和化学再生法。平时常采用前两种方法，当使用时间较长，用物理清洗方法效果不明显时，可以采用化学清洗，将过滤器内的PE管整组卸下，浸泡在浓度约10%的氢氧化钠溶液中48小时，然后用自来水冲洗干净，再浸泡在浓度约5%的稀盐酸溶液中4小时。完成后将过滤器组装好，用清水反洗一次，再用压缩空气反吹，即可转入正常过滤操作。但是，不主张使用化学清洗方法，主要是化学清洗后的冲洗水的处置是环保排放难题。对于零排放企业，酸碱水排放无法解决。

2.4 PE过滤器操作注意事项

（1）自选泵配套使用时，要注意水泵的流量、压力应与过滤器的流量、压力匹配。

（2）PE管过滤属精密过滤，在使用过程中，碱液中的固体物经常堵塞微孔、阻碍液体流量，需定期用冷凝水反洗和压缩空气冲堵，除去杂物，以保证过滤液质量。如原料液过脏应做预处理，以保证过滤工况，延长过滤作业周期。

（3）应按照“初始低压”的工艺操作规程操作，初滤时压力一般控制在0.1MPa以下，由于滤液中含有小于介质孔径的渣质，如果初始压力较高，一方面会造成过滤初始，滤液精度不符合要求；另一方面微孔会堵塞，造成流量很快降低，过滤周期较短。

（4）生产实践证明，用较低的压差可长期保持衰减较小的操作速率。

（5）PE过滤器可分组，每组过滤器为一开一备。过滤器正常运行、反洗或倒换操作，所有阀门操作必须缓慢，防止过滤器内部突然升压、破坏过滤器内部结构。过滤器停止使用必须将过滤器进口阀关闭。过滤器停用时应放光滤液，如果时间不长，可不必打开过滤器；若时间较长，或滤液不宜长时间存放，则要清洗过滤器。当过滤器进出口压力差到1倍的时候说明微孔孔隙大多已被堵塞，过滤器就需要反洗。

（6）清水反洗是原出口变进口，把反洗水反方向打进，为保证反洗再生效果，一方面反洗水的温度应不低于过滤操作温度，但不能超过PE管的耐温极限；另一方面反洗水的压力要略高于过滤压力。要注意关闭原液过滤管道，打开排污口，关闭全部过滤管，逐个进行反冲，清洗时间在15分钟左右，以保证冲洗干净。

2.5 应用效果

表1 食品添加剂碳酸氢钠分析报告单

（1）采用PE过滤器后，碱液过滤工况相当稳定，滤液无色透明、滤液的浊度≤30ppm。过滤器运行时间可达一周才清洗再生，小苏打生产稳定。同时产品的质量得到了保证，小苏打成品的总碱量、澄清度、白度始终稳定合格，铁含量控制在0.002%以下，不溶物含量一直保持在0.02%以下，已经达到食品级标准。食品添加剂碳酸氢钠分析报告如表1所示。

（2）合理利用小苏打生产中产生的一部分蒸汽冷凝水清洗过滤器，有利于小苏打系统的水平衡。

3 分析建议

（1）PE过滤器仅对废碱（次品碱、落地碱）制成的碱液进行二次过滤，应减少非过滤碱液走PE过滤流程，以降低PE过滤器的使用强度，提高过滤效果。用正品纯碱制成的碱液无需进行精密过滤（成品纯碱已经达到食品级标准）。

（2）要确定PE过滤器的规格型号，一般视待处理的碱液质量情况（欲截留去除的最小颗粒尺寸）选择合适的PE滤管目数。PE滤管不能选择过大的目数，如选择滤管目数过大，过滤精度过高，将使操作压力即输入过滤器的碱液压力提高，较高的压差容易造成PE管的微孔过快堵塞，或是将滤渣层压实，造成过滤速率衰减，过滤器反吹再生频繁，再生周期和再生效率均会下降。

（3）要选好PE过滤器的过滤面积，根据我厂使用经验，清碱液流量在20~50 m3/h时，选用过滤面积为40m2的过滤器共四台分为两组，每组过滤器为一开一备，反洗再生周期可保证为一周。

（4）要达到精滤的目的，前期必须用预过滤设备（例如碱液工艺过滤处理第一步用澄清桶改善碱液质量），再用PE过滤器。

（5）可以在每台过滤器出液管线上安装取样口，每小时对滤液做水不溶物和铁含量分析，确保滤液工艺指标合格。同时能逐台判断过滤效果，如发现滤液指标不合格可及时关闭该过滤器，使其停止运行。

（6）小苏打生产过程中，母液是循环使用的。由于产品带水和蒸发等原因，母液量会逐渐减少，需要补充水来维持系统的水平衡。但是，生产中的补水量根据生产需要往往大大多于水的减少量，所以水平衡控制显得格外重要。小苏打生产过程中，系统的补充水主要来自两个方面：塔处理系统和洗涤处理过程。因此，水平衡控制也主要从这两个方面进行。用清水及压缩空气清洗PE过滤器，对于冲洗水的控制及其循环利用必须与小苏打系统补充水实现平衡。因此洗水罐的配置及冲洗水流程对于小苏打工艺是非常重要的。

（7）PE微孔过滤器的定期清理会产生红色（含铁）碱性废液，应通过工艺流程的改进安装碱液回收装置。

（8）PE微孔管使用一定时间后，微孔管会堵塞，由于碱液的温度较高（80℃左右）和强酸强碱化学再生对PE管的老化有影响，使得PE管变硬发脆，在化学清洗再生过程中极易断裂脱落，且再生一次需将设备内的滤盒提出，比较麻烦。频繁地化学清洗从其经济性和安全性考虑应该尽量避免。PE管的使用寿命在一年半左右，每次更换滤管费用较高。今后针对PE管的材质问题还应进行实验研究及完善，以尽量减少PE管化学清洗次数，延长PE管使用寿命。

（9）铁离子无法通过PE过滤器进行过滤，而热碱液在循环喷淋中对炉气管道的冲刷腐蚀并被氧化成氧化铁的微粒，PE过滤器是有效的。对于热碱液应配置单独的送入小苏打系统的热碱液PE过滤器，仅对氧化铁进行过滤。精滤后的热碱液可以直接送至成品精碱液桶使用。

（10）小苏打化碱工序应严格控制碱液浓度。按78tt碱液浓度下限控制，不仅有利于小苏打结晶质量控制，更可避免因碱液浓度过高而产生Na2CO3·H2O结晶，堵塞PE过滤器，影响过滤器的使用周期。

4 结语

本装置投入生产后，运行稳定、过滤效果好，解决了碱液精制难的问题，使小苏打产品的质量上了一个新的台阶，具有很好的应用推广价值。希望广大实际操作人员能够在使用中积累更多的经验以促进这项工艺水平的不断提高，过滤器生产厂家能够根据设备使用上的不足进行积极地改进，降低PE管的生产成本，以利推广。此外，PE微孔过滤器适用于医药、化工、食品、轻工、纺织、机电、船舶等工业生产及“三废”处理的固液分离，可装在其他过滤精度较低的传统过滤机（如板框压滤机、离心机、叶片过滤机、转鼓式过滤机等以滤布为过滤介质的过滤机）后进行精密复滤，提高产品收率，也是取代传统固液分离设备的一种理想选择。

[1] 中昊（大连）化工研究设计院有限公司.纯碱工学(第三版)[M]. 北京：化学工业出版社，2014(5).

[2] 李国庆. PE管过滤器及在小苏打原料液处理中的应用[J].无机盐工业，1994 (5):33-34.

[3] 徐秋兰. PE及PEC烧结管式过滤器及其应用[J].无机盐工业，1995 (4):40-42.

[4] 丁喜梅. PE微孔过滤器在天然碱加工工业中的应用[J].纯碱工业，1996(5):22-25.

PE Microporous Filter and Its Application in the Production of Baking Soda

MOU Haowen
(Jiangsu Jingshen Salt Limited by Share Ltd Huai'an soda plant, Huai'an 223200 , China)

In this paper by PE microporous filter structure, working principle, performance and in the production of baking soda and filtering effect of the use of lye, suggestion is proposed and analyzed.

Lye; PE Filter; Raw Material; Baking Soda

牟灏文（1982- ），助理工程师，毕业于北京化工大学化学工程与工艺专业,淮安碱厂生产技术部。