0  問題的提出

    新型剛性高分子微孔精密過濾工藝具有過濾效率高、可反吹再生、操作簡單、使用壽命長的特點，是對傳統(tǒng)的精密過濾技術的重大革新，因而快速地在化工化肥、生化醫(yī)藥、食品輕工等行業(yè)獲得了大量的工業(yè)應用，解決了許多疑難的過濾需求，取得了良好的經濟效益。

    例如湖南金信化工有限公司，該公司年產合成氨180kt，其氣體凈化系統(tǒng)的脫碳工序采用改良DEA循環(huán)脫碳工藝。原裝置對于脫碳液吸收CO₂再生后的雜質精密過濾，采用傳統(tǒng)的活性炭介質吸附提純的工藝。它存在過濾效果不佳、效率較低；過濾質量不穩(wěn)定、易造成脫碳液發(fā)泡；1年左右就飽和失效、經濟性差；制約了凈化系統(tǒng)的氣體處理能力的現(xiàn)象。為解決活性炭法過濾的問題，2002年，金信公司經過技術招標，采用了溫州東甌微孔過濾有限公司提出的改造方案，以高分子微孔精密過濾工藝取代原活性炭過濾工藝。改造后過濾分離效果可達97％以上；系統(tǒng)生產穩(wěn)定、消除了脫碳液發(fā)泡現(xiàn)象；提高了系統(tǒng)氣體處理能力1％以上、年新增收益超過26萬元。與此同時，精密過濾機操作方便、微孔管再生簡單快楗，使用壽命較長(已運行5年無檢修)。

    同例，金信公司合成氨凈化系統(tǒng)銅洗工序的銅洗塔內循環(huán)工作的銅氨液，其吸收CO還原、再生后的雜質精密過濾，原來采用絲瓜絡作為過濾介質，也屬于分散型過濾介質的精密澄清過濾。它存在過濾效果較差、效率較低、不能適應銅洗塔內件由鮑爾環(huán)散堆填料改造成新型高效規(guī)整填料后更高的過濾質量要求；銅氨液容易發(fā)泡、易引發(fā)凈化氣帶液事故；易飽和失效、使用壽命較短(不到1年)；更換很不方便等弊端。為克服絲瓜絡過濾的嚴重不足，該公司2002年經過技術招標，也采用了溫州東甌微孔過濾有限公司提出的改造方案，將原絲瓜絡過濾器更換成高分子微孔精密過濾機。改造后銅過濾效果好、效率高、系統(tǒng)雜質含量下降明顯加快、滿足了規(guī)整填料銅洗塔對銅氨液的品質要求，該改造與銅洗塔規(guī)整填料改造同步竣工后，取得了顯著的節(jié)能降耗效益，每年直接效益達220萬元；出口銅氨液不發(fā)泡，消除了安全隱患；操作方便，系統(tǒng)生產的連續(xù)穩(wěn)定：銅氨液過濾機使用壽命長、主要易損件已運行5年尚未檢修。

    但是，根據(jù)了解，也有極少數(shù)用戶由于對高分子精密過濾機的過濾原理不了解，設備設計選型不妥當、開停車及正常運行時對設備的維護不周全，致使過濾機運行周期短、使用壽命低，造成非常被動的局面。

    本文值此對如何提高脫碳液、銅氨液高分子精密過濾機運行周期，提出一些意見，僅供各位參考。

1  了解高分子過濾機的工作原理

    高分子微孔精密過濾的核心元件——過濾介質，是一種以燒結聚乙烯為原料的高分子微孔管，經過活化、改性、復合等特殊工藝而制成，其管壁上充滿了毛細小孔，平均孔徑為2～140μm，過濾精度為0.5～1μm。微孔管具有剛性，可耐外壓0.2～0.3MPa，耐內壓0.4～1MPa。

    其過濾機的基本原理是：利用微孔管正向過濾，反向沖洗、再生(見圖1)。工作時，待過濾物流向微孔管，其中的固體雜質微粒被微孔管捕捉，在管外形成濾渣定期排出：過濾液穿越微孔管后，匯集到出料口流出，從而實現(xiàn)溶液的過濾分離。當微孔管堵塞嚴重時，可暫停過濾，從反向沖洗口或正向沖洗口通入清洗物，將其沖洗(反向沖洗為主)，微孔管再生后繼續(xù)過濾……。

 

2  把握高分子精密過濾機的正確選型

2.1  過濾裝置需要的主要硬件

    微米級高分子微孔精密過濾裝置的硬件包括：高分子微孔精密過濾機(內裝高分子微孔過濾管)、輔助裝置(小型空壓機、儲氣罐與物料輸送泵等)、工藝管道及其相應的連接、控制設施。

2.1.1  高分子微孔精密過濾機

    微孔精密過濾機是過濾工程的最主要硬件。目前，廣泛應用的PG型高分子精密過濾機已按照工業(yè)精密過濾的各種特點、不同需要開發(fā)為多系列產品供選，其外殼材料有不銹鋼(304L或316L)、碳鋼或碳鋼內襯防腐層(橡膠、塑料或其他防腐材料)；微孔管材料有PE(耐溫不超過80℃)、PA型(耐溫不超過120℃)；機殼工作壓力從0.2～1.0MPa。按照過濾機的過濾面積、用途、結構區(qū)分，主要包括以下系列：

    (1)PGR系列。過濾面積1～150 m²，用于含固體很少的液體精密澄清過濾。結構為圓柱形殼體內垂直安裝一系列微孔管，過濾機底部有小直徑氣缸操作的排渣底蓋。

    (2)PGK系列。過濾面積5～300 m²，用于含固量較多且需較干濾餅的液體精密濾餅過濾。結構為圓柱形殼體內垂直安裝一系列微孔管或由微孔管組裝成的過濾管排，過濾機底部是由氣缸傳動或油缸傳動的直徑400～1200mm的快開底蓋。

    (3)PGH系列。過濾面積3～200 m²，用于含固量較多，每批物料要全部濾完、無剩料回流、上下批料不混批，需要較干濾餅的液體精密濾餅過濾，也可用于含固量很少、要求上下批不混批的液體精密澄清過濾。結構為圓柱形殼體內垂直或水平安裝微孔管，底部為氣缸或油缸操作的大排渣底蓋，底蓋上安裝過濾介質。

    (4)PGP系列。過濾面積0.2～100m²，用于液體總量較少而固體濃度很高的液體精密濾餅過濾，如細結晶體的過濾及濾餅的洗滌。結構為圓柱形殼體，底部安裝微孔過濾板。如上頂蓋為快開蓋，卸濾餅時簡體向下翻轉。如底蓋為快開底蓋，卸濾餅時筒體不動，底蓋打開從下部卸濾餅。

    (5)PGX系列。內裝攪拌葉，主要用于處理量大并對濾餅進行攪拌打漿洗滌，最后排出干濾餅的精密濾餅過濾。

    (6)PGW系列。類似管道過濾器結構，主要用于含固量很少，總過濾量也很少的液體精密濾餅過濾或液體精密澄清過濾。

2.1.2  微孔精密過濾輔助裝置

    (1)過濾物料輸送裝置。常用泵(離心泵、膠管泵或隔膜泵)或氣壓或真空料漿輸送裝置。

    (2)氣體反吹系統(tǒng)。由空壓機和儲氣罐及管路組成，用于反吹排濾餅與反吹再生微孔管。

    (3)化學再生系統(tǒng)。被過濾的固體微粒如能用化學物質溶解或降解的，應備有化學再生系統(tǒng)，包括再生液儲罐和再生液循環(huán)泵。

2.2  高分子精密過濾工藝的兩種基本流程

    根據(jù)工業(yè)化生產的特點和需要，物料的精密過濾有兩種形式供選擇，即物料全部過濾和物料部份過濾。

    物料全部過濾工藝流程見圖2。待過濾物料從生產系統(tǒng)的上道工序通過管道全部輸送到高分子精密過濾機(其輸送的壓力源來自系統(tǒng)余壓或本裝置輔設的物料輸送泵)，過濾合格后進入下道工序。該流程適合于物料必須一次性全部過濾合格的要求，特別是適合產品的最終過濾。

    物料部分過濾的工藝流程見圖3。來自生產系統(tǒng)上道工序的物料，輸送到本過濾裝置時一分為二，一部分通過管道泵進入高分子精密過濾機(管道泵的作用是克服過濾機的阻力，防止物料走“短路”)，過濾合格后，與另一部分未經過濾的物料匯合，再進入下一道工序。該流程也稱為旁路過濾，它適合于物料不必一次性全部過濾合格的場合，即生產系統(tǒng)的物料維持“過濾一工作一再生一過濾”的循環(huán)流程，只需要對物料工作時新增的雜質過濾，并能使系統(tǒng)物料的雜質維持在一定的水平即可。由于旁路過濾只實現(xiàn)了系統(tǒng)的部分物料過濾，因此過濾面積可減少，投資相對較低。

 

 

    本文開頭所述的脫碳液、銅氨液高分子精密過濾機，即采用了旁路過濾的工藝流程。

2.3  過濾機的設計選型要點

    為了在生產應用中充分發(fā)揮新型高分子精密過濾的優(yōu)越性能，在選用前必須對要過濾的物料進行嚴格的過濾性能參數(shù)的測定與平均濾速的計算，按照計算結果正確選擇微孔精密過濾機的結構型號與規(guī)格。

2.3.1  物料過濾性能測試、濾速計算及過濾機選型

    物料過濾性能測試與物料平均濾速的計算。按照上海東甌微孔過濾研究開發(fā)中心宋顯洪教授等提出的計算公式，計算方法如下：

    (1)液體精密濾餅過濾的平均濾速按公式(1)-(3)計算：

   

 

    求得平均濾速W，再根據(jù)生產系統(tǒng)所需的過濾液流量，即可算出所需的過濾面積。由濾液流量、過濾面積、最大濾餅厚度等即可確定微孔精密濾餅過濾機的各種參數(shù)及相關尺寸。

    (2)液體精密澄清過濾的平均濾速按公式(4)計算：

    W=b／(t－a)    (4)

式中：t——每1周期內的過濾時間，s；

      a、b——與物料內微粒性質、濃度及t值有關的參數(shù)，可通過小型試驗測定。

    同理(1)，得出物料平均濾速后，即可由流量計算所需過濾面積，再選取合適的微孔精密澄清過濾機相應的規(guī)格參數(shù)。

2.3.2  輔助設備的選型

    (1)高分子微孔精密過濾裝置輔助設備的選型設計，最主要、也是最重要的是物料輸送泵的選擇，即選擇合適的物料壓力問題。曾經有一些用戶，在進行過濾設計選型時，因為物料壓力問題沒有處理好，產生了諸多不必要的麻煩和問題。

    從前述的高分子微孔精密過濾的原理可知，一方面，要使物料穿過剛性高分子微孔管，必須提供一定的動力以克服其阻力：另一方面，隨著過濾雜質的不斷累積于微孔管外壁，其過濾阻力必然逐步增大。所以要達到維持過濾機的正常工作，必須為微孔管提供適當?shù)膬韧鈮毫Σ?外壓力)。目前，剛性高分子微孔管設計的許可外壓力為0.15～0.20 MPa，也就是說，當微孔管內、外壓差達到0.15～0.20 MPa時，微孔管必須進行反向(正向)沖洗、再生，以保持過濾效率，并保護微孔管，延長使用壽命。因此根據(jù)過濾機的微孔管技術特性，過濾物料的壓力選擇，以能夠提供微孔管最大內、外壓力差0.15～0.20MPa為基本設計原則。

    對于圖2所示的物料全過濾流程，由于出過濾機的物料壓力接近0，因此只要保證進入過濾機的最大物料壓力為0.15～0.20MPa即可。如果進入本工序的物料尚保持有0.15～0.20 MPa的余壓，則不必輔設物料輸送泵；否則，應酌情配設適當揚程的輸送泵，以確保物料輸出總壓力最大為0。15～0.20MPa。此時，過濾機的外殼工作壓力(內壓)也為0.15～0.20MPa。

    對于圖3所示的旁路過濾流程，由于進、出過濾機的物料壓力相等，因此必須增設管道泵，為微孔管工作時提供過濾壓差。其管道泵的揚程通常為15000～20000mmH₂O，以確保過濾機工作時，能提供給微孔管最大過濾外壓力差0.15～0.20MPa。揚程過小，壓差小，影響過濾機的過濾效率與能力的發(fā)揮；揚程過大，則壓差大，操作管理不慎，極易使微孔管超壓工作而損壞，常造成微孔管沖洗再生周期縮短、再生效果越來越差、堵塞頻繁、使用壽命較短的現(xiàn)象。

    值得特別注意的是，旁路過濾流程的過濾機外殼的最大工作壓力是系統(tǒng)物料壓力與管道泵的揚程壓力的總和，由于有時物料系統(tǒng)壓力較高，其工作壓力值遠遠超過全過濾時的0.15～0.20MPa。因此，必須相應提高過濾機的壓力級別的選擇，以確保過濾機的安全、穩(wěn)定、長周期工作。

    (2)為確保微孔管的有效工作，供氣體反吹用空壓機最好用無油空壓機，壓力為0.7 MPa，排氣量視每臺過濾機的過濾面積而定。儲氣罐耐壓1.0MPa，容積視每臺過濾機的過濾面積而定。多臺安在同一場所的過濾機可共用1套氣體反吹裝置。

    (3)再生液儲罐不需耐壓，容積視每臺過濾機的體積而定，材質視再生液性質而定，一般需防腐。再生液循環(huán)泵為離心泵，揚程與流量視過濾機的容積而定。固體微粒不能用化學方法清除時，不必設化學再生系統(tǒng)。

3  制定科學的過濾機管理與操作規(guī)范，并確保有效執(zhí)行

    剛性高分子微孔過濾裝置最大的“弱點”是：機內的微孔管承受外壓的能力有限，必須小心操作，以保護微孔管，提高過濾機的使用壽命。因此，在操作管理上，必須制訂嚴格的操作管理規(guī)程，以“呵護”微孔管過濾機的“壓力”不發(fā)生問題。其操作要點主要包括：

    (1)過濾機操作的核心要點是，在開停車、操作、微孔管再生的任何工況下，確保高分子微孔管承受的最大外壓差必須不高于設計規(guī)定的0.15～0.20MPa。這種要求對于圖3所示的旁路過濾工藝尤其重要，因為其過濾機出口壓力有發(fā)生迅速降低或接近0的工況，此時微孔管的外壓差可能遠遠超過規(guī)定而失去保護。因此，相應地，為了方便操作管理有效，在過濾工程設計時，對于旁路過濾的流程，除在過濾機頂部設置壓力指示外，還必須在過濾機出口增設壓力指示，以便對比觀察微孔管外壓差。

    (2)過濾操作管理的另外一個重要原則是，微孔管承受外壓力差不能發(fā)生突變，只能漸進式增長，以利保護微孔管。這在開停車、反(正)向沖洗時必須特別注意。

    (3)過濾操作管理中還有一個值得注意的問題是，當微孔管工作一段時間后，隨著阻力的增加，壓差達到0.15～0.20 MPa的最大設計外壓差時，應及早再生微孔管。由于過濾工程設計時，選擇了合適的物料輸送泵揚程，故壓差不會再上漲，有些用戶則聽之任之保持過濾機的這種“安全”工作狀態(tài)，只有當生產系統(tǒng)分析檢測到過濾效果“較差”時才停車再生處理。

    筆者認為這種微孔管長期“滿負荷”工作，也將直接影響微孔管的再生效果及相應的使用壽命。

4  結語

    只要了解了高分子微孔精密過濾機的過濾原理，正確把握了過濾機及其輔助設備的選型，并在運行過程中嚴格按規(guī)范操作，那么，提高高分子精密過濾機的使用壽命就不成問題。湖南金信化工有限公司的脫碳液、銅氨液過濾機運行5年無檢修，就是一個范例。