唐文騫   山東省化工規(guī)劃設(shè)計院  濟(jì)南  250013

摘要：敘述了國產(chǎn)和國外隔膜壓濾機(jī)的實驗情況 , 提出在生產(chǎn)應(yīng)用中可選用的范圍 , 并對隔膜壓濾 機(jī)技術(shù)特點做了具體分析。 

關(guān)鍵詞：隔膜壓濾機(jī) 葉濾機(jī) 工業(yè)實驗

1 、概述

20 世紀(jì) 90 年代以前 , 在硫酸法鈦白粉工業(yè) 生產(chǎn)中 , 水解后的偏鈦酸漿料進(jìn)行過濾和水洗 (簡稱為“一次水洗”) , 漂白后漿料的過濾和水 洗 (簡稱為“二次水洗”) , 包膜后的 TiO2 過濾 和洗滌 (簡稱為“三次水洗”) 等全部使用葉濾 機(jī)。鹽處理后進(jìn)轉(zhuǎn)窯前脫水 (簡稱“窯前脫水”) 使用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)。葉濾機(jī)應(yīng)用于過濾和水 洗 , 存在著占地面積大、水耗量大 ; 掛片槽、水 洗槽、打漿槽為大面積敞口式設(shè)備 , 產(chǎn)品易受大 氣中的風(fēng)沙、粉塵和有害物質(zhì)的污染 , 操作過程 繁雜、環(huán)境差等缺點 , 一直是困擾鈦白工業(yè)發(fā)展 的主要問題之一。

英國 TiOXide 集團(tuán)公司 1992 年曾在馬來西 亞家權(quán)州 HTM 公司建成投產(chǎn)一座 50kt/ a 大型硫 酸法鈦白粉廠 , 其中一洗、二洗 、三洗和窯前 脫水等摒棄了傳統(tǒng)的葉濾機(jī)和真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī) , 采用德國連恩舍 (Leser) 公司生產(chǎn)的隔膜壓濾 機(jī) , 取 得 了 良 好 的 效 果。嗣 后 美 國 杜 邦 (Dupont) 公司、芬蘭凱米拉 ( Kemira) 、美國 NL 公司和克朗諾斯 ( Kronos) 、德國薩其賓 (Sachtleben) 、拜耳 (Bayer) 等公司將隔膜壓濾 機(jī)應(yīng)用于鈦白生產(chǎn)。 

隔膜壓濾機(jī)在鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用 , 引起國內(nèi) 鈦白行業(yè)的關(guān)注。各廠反應(yīng)不一 , 有的廠采用引 進(jìn)國外壓濾機(jī)的技術(shù)和裝置 ; 有的廠探討國產(chǎn)化 的可行性 , 做國產(chǎn)隔膜壓濾機(jī)的實驗 ; 有的廠由 外商提供隔膜壓濾機(jī)做工業(yè)實驗。 

本文著重介紹國產(chǎn)隔膜壓濾機(jī)和德國連恩舍產(chǎn)的隔膜壓濾機(jī)在國內(nèi)進(jìn)行工業(yè)實驗的情況。 

2 、國產(chǎn)隔膜壓濾機(jī) 

2.1 實驗裝置 

國內(nèi)某壓濾機(jī)廠生產(chǎn)的 800mm ×800mm 濾 板 , 為 三 片 二 腔 室 , 腔 室 厚 度 為 310cm 和 215mm , 進(jìn)料用螺桿泵 , 水洗用隔膜泵 , 空氣壓 干用氣瓶內(nèi)的氣體 , 實驗地點在壓濾機(jī)廠 , 水溫 16 ℃。 

2.2 實驗內(nèi)容 

實驗物料 4 種 , 由國內(nèi)某鈦白粉廠運到現(xiàn)場 , 實驗內(nèi)容以下 : 

(1) 鹽處理后的偏鈦酸進(jìn)轉(zhuǎn)窯前的脫水實 驗。

(2) 水解后的偏鈦酸漿料壓濾和水洗實驗。 

(3) 漂洗處理后 , 鈦液漿料壓濾和水洗實 驗。

(4) 表面處理后漿料的壓濾和洗滌實驗。 

2.3 實驗結(jié)果 

(1) 鹽處理后的偏鈦酸脫水實驗 , 壓濾時間 為 15min , 壓干 5min , 壓濾壓力保持在 0125～ 013MPa 為宜 , 當(dāng)壓力達(dá)到 016MPa 時 , 濾液混 濁 , 發(fā)生穿濾現(xiàn)象。壓濾后濾餅含固量 43 % , 含水量 57 % , 優(yōu)于真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)的固含量。 

(2) 水解后偏鈦酸漿料的壓濾和水洗實驗 , 進(jìn)料時間為 18min , 壓干 5min , 水洗 196min , 卸料 20min , 共計約 4h , 壓濾、水洗 壓 力 為 0125～0135MPa , 經(jīng)分析濾餅中 Fe + + 的含量約 250ppm , 用水量比葉濾機(jī)多 10 %。

(3) 漂白后鈦液壓濾和水洗實驗 , 進(jìn)料時間 為 22min , 壓 干 5min , 水洗 120min , 卸 料 20min , 共計約 3h , 洗滌后濾餅中Fe + + 含量約 65ppm , 用水量比葉濾機(jī)要多 10 %。 

(4) 表面處理后漿料的壓濾和洗滌實驗 , 進(jìn) 料 22min , 水洗 30min , 壓干7min , 卸料20min , 共計79min。壓濾、洗滌壓力為013MPa , 經(jīng)洗 滌后的濾餅符合工藝指標(biāo)要求 , 用水量僅為葉濾 機(jī)洗滌水用量的 3516 %。 

2.4 初步結(jié)論 

國產(chǎn)壓濾機(jī)可成功地替代原有真空轉(zhuǎn)鼓過濾 機(jī)和葉濾機(jī) , 進(jìn)行窯前脫水和三洗。窯前脫水和 干燥前脫水 , 因濾餅含固量比真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)高 , 含水量較低 , 有利于提高轉(zhuǎn)窯和鈦白干燥設(shè)備的生產(chǎn)能力和降低能量的消耗 , 效果較好。 

但對于一洗和二洗 , 洗滌結(jié)果經(jīng)分析 Fe + + 指標(biāo)不理想 , 水洗時間過長 , 用水量較大 , 距工業(yè)應(yīng)用的要求還有一段距離 , 如隔膜壓濾板、工藝流程和操作方法以及自動控制等方面還有待改進(jìn)。

3、 連恩舍產(chǎn)隔膜壓濾機(jī) 

3.1 實驗裝置 

德國連恩舍公司產(chǎn)隔膜壓濾機(jī) , 內(nèi)有壓濾板 1000mm ×1000mm , 6 個腔室 , 以一洗為例 , 采 用中心洗、預(yù)壓榨、角洗、角吹氣、卸料等過 程。壓濾機(jī)安裝在國內(nèi)某鈦白粉生產(chǎn)現(xiàn)場 , 用現(xiàn) 場的物料 , 水洗用熱水 , 壓榨吹氣用壓縮空氣。 

3.2 實驗內(nèi)容 

水解后偏鈦酸的壓濾和水洗實驗 (即“一次 水洗”) 。 

3.3 結(jié)果 

水解后偏鈦酸的壓濾和水洗實驗 , 進(jìn)料 18min , 中心水洗 20min , 預(yù)壓干 5min , 角洗 11min , 中 心 吹 氣 和 角 吹 氣 約 6min , 共 計 60min。進(jìn) 料 壓 力 為 0138MPa , 水 洗 壓 力 為 014MPa , 經(jīng)幾次實驗 , 濾餅測定平均 Fe + +的含 量為 153ppm , 濾餅含固量為 50 %～55 % , 每噸 干鈦白粉水洗用水量 17～19t 。 

314 初步結(jié)論 一洗物料是鈦白粉生產(chǎn)較難洗滌的物料。針 對一洗來說 , 連恩舍產(chǎn)隔膜壓濾機(jī)在國內(nèi)實驗結(jié)果是好的 , 由于現(xiàn)場條件所限未能進(jìn)行二洗 、 三洗和窯前脫水三項實驗 , 但可以相信連恩舍產(chǎn) 的壓濾機(jī)對于上述 3 個生產(chǎn)過程都不會有問題。 

4、 隔膜壓濾機(jī)應(yīng)用的技術(shù)特點 

4.1 節(jié)約水洗用水 

因水解后偏鈦酸漿料進(jìn)隔膜壓濾機(jī) , 壓濾機(jī) 內(nèi)濾餅固含量比用葉濾機(jī)濾餅固含量高 , 加上壓濾機(jī)在壓力 0135～0145MPa 下洗滌 , 比用葉濾機(jī)在真空抽吸的效率高 , 故洗滌用水量少 , 據(jù)國 外某公司的報告 , 折算噸干鈦白粉用水量為 1215m3 , 我國一洗用葉濾機(jī) , 各廠統(tǒng)計不太完 善 , 在 20～40m3 , 故節(jié)約用水量很明顯。據(jù)介 紹 , 二次水洗、三次水洗連恩舍隔膜壓濾機(jī)用水 量分別為 515m3/ t干品 和 215m3/ t干品 , 比葉濾機(jī) 用水量要小得多。 

4.2 提高洗滌質(zhì)量 

一次水洗 , 葉濾 機(jī)一般可洗到Fe++<500ppm , 壓濾機(jī)一次水洗后 , 濾餅的 Fe + + < 200ppm , 甚至可達(dá) Fe + + < 100ppm , 有利于提 高洗滌質(zhì)量 , 減少漂白工序的負(fù)荷。 

4.3 用電分析 

以 15kt～20kt/ a 鈦白粉生產(chǎn)裝置為例 , 窯前脫水、一洗、二洗、三洗用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī) — 葉濾機(jī)與隔膜壓濾機(jī)的用電量進(jìn)行綜合比較如 下 : 

4.3.1 真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī) —葉濾機(jī) 

(1) 窯前脫水用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī) 2 臺 (1 開 1 備) 主電機(jī) 715kW , 攪拌電機(jī) 515kW , (715 + 515) ×2 = 26kW 

(2) 干燥前脫水用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī) 1 臺 , 主電機(jī) 515kW , 攪拌電機(jī) 515kW , (515 + 515) ×2 = 22kW 

(3) 一、二、三洗真空泵 2 臺 , 2 ×110 = 220kW 

(4) 窯前脫水和干燥脫水用真空泵3臺 , 3×110 = 330kW 

(5) 3臺橋式吊車橋吊30kW , 行車15kW , 3× (30 + 15) = 135kW

上述幾項總裝機(jī)容量 26 + 22 + 220 + 330 + 135 = 733kW。 

運轉(zhuǎn)用電量計算以 310d/ a 計 , 則 

(13 + 11 + 220 + 220 + 3 ×45 ×015) ×24 × 310 = 39514 萬 kWh/ a 

4.3.2 隔膜壓濾機(jī) 

(1) 隔膜壓濾機(jī)本身用電 

一洗壓濾機(jī) 2 臺 6187 ×2 = 13174kW 二洗壓濾機(jī) 2 臺 6187 ×2 = 13174kW 三洗壓濾機(jī) 2 臺 3 ×2 = 6kW 窯前脫水壓濾機(jī) 1 臺 3kW 

(2) 其他泵類用電量計算 

一洗進(jìn)料泵 2 臺 45 ×2 = 90kW 一洗水洗泵 2 臺 37 ×2 = 74kW 二洗進(jìn)料泵 2 臺 45 ×2 = 90kW 二洗水洗泵 2 臺 30 ×2 = 60kW 窯前進(jìn)料泵 1 臺 55 ×1 = 55kW 三洗進(jìn)料泵 2 臺 45 ×2 = 90kW 三洗水洗泵 2 臺 30 ×2 = 60kW 高壓洗濾布泵 1 臺 100kW 空壓機(jī) 1 臺 65kW 上述總裝機(jī)容量為 720148kW 

(3) 隔膜壓濾機(jī)的操作及運行分析 

隔膜壓濾機(jī)操作以一洗為例 , 有進(jìn)料過濾、 中心水洗、預(yù)壓榨、去壓榨、打開壓濾機(jī)、關(guān)閉 壓濾機(jī)等過程 , 另外還有正常維修、洗濾布等 , 總時間約 84min。二次水洗總時間約 85min。三 洗總時間為 66～86min , 窯前脫水每個周期總時 間為 2115min , 上述 4 種壓濾機(jī)的電耗分別計算 如下 :

一次水洗壓濾和水洗用電量 : 

2 ×45 ×26 % ×81 % + 2 ×37 ×74 % ×81 % = 63131kW 

式中 , 一次水洗的壓濾和水洗占總時間的 81 %。 其中 , 壓濾占壓濾和水洗時間的 26 % , 水洗占 壓濾和水洗時間的 74 %。 

二次水洗壓濾和水洗用電量 : 

2 ×45 ×13 % ×8117 % + 2 ×30 ×87 % × 8117 % = 52121kW 

式中 , 二次水洗的壓濾和水洗占總量時間的 8117 %。其中 , 壓濾占壓濾和水洗時間的 13 % ; 水洗占壓濾和水洗時間的 87 %。 

三次水洗壓濾和水洗用電量 : 

2 ×45 ×25 % ×78 % + 2 ×30 ×75 % ×78 % = 52165kW 

式中 , 三次水洗的壓濾和水洗占總時間的 78 %。 其中 : 壓濾占壓濾和水洗時間的 25 % ; 水洗占 壓濾和水洗時間的 75 % 

窯前脫水用電量 : 

55 ×21 % = 11155kW 

式中 , 窯前脫水壓濾占總時間的 21 %。 

上述四項用電量為 : 179172kW 

179172kW ×24 ×310 = 13317 萬 kWh/ a 

空壓機(jī)用電量 , 運行率 67 % 

65kW ×24 ×0167 ×310 = 3214 萬 kWh/ a 

高壓水洗用電量 , 一天運行 515h 

100kW ×515 ×310 = 17105 萬 kWh 一洗、二洗、三洗、窯前脫水壓濾機(jī)機(jī)體用 電負(fù)荷 : 

13174 + 13174 + 3 + 6 = 36148kW 

用電量 36148 ×24 + 310 = 27114 萬 kWh/ a 

上述四項共計用電量為 

13317 + 3214 + 17105 + 27114 = 210125 萬 kWh/ a

隔膜壓濾機(jī)比葉濾機(jī) —真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)用于 一洗、二洗、三洗和窯前脫水節(jié)省電量為 : 

39514 - 210135 = 185115 萬 kWh/ a 

若每度電按 014 元計 , 每年節(jié)省電費為 : 

185115 ×014 = 74106 萬元 

4.4 減少能耗 , 提高產(chǎn)品質(zhì)量 

原葉濾機(jī)操作過程有掛片、洗滌、打漿等過 程 , 采用掛片槽、水洗槽、打漿槽 , 這些槽均為 大面積敞口式 , 大氣中的風(fēng)沙、粉塵及其氣相中 的有害物質(zhì)都會影響鈦白粉的質(zhì)量。在冬季由于 這些槽的散熱面積大 , 需要增加加熱熱水所用蒸 汽量 , 且葉濾機(jī)大 , 廠房環(huán)境溫度高 , 濕度大 , 操作環(huán)境差。 

改為隔膜壓濾機(jī)后 , 應(yīng)用于一洗、二洗、三洗工藝中 , 壓濾機(jī)為全封閉操作 , 不受大氣風(fēng)沙 粉塵的影響 , 可提高產(chǎn)品質(zhì)量 , 節(jié)省加熱水的蒸 汽用量 ,也改善操作環(huán)境 。壓濾機(jī)全系統(tǒng)使用PLC 控制或 DCS 控制 , 自動化水平高 , 可降低 勞動強度 , 減少操作工人數(shù)。 

4.5 節(jié)省占地面積 

以 15kt/ a 鈦白粉裝置為例 , 隔膜壓濾機(jī)比 葉濾機(jī)可節(jié)省建筑面積 40 % , 約 540m2 。 

4.6 投資比較 

據(jù)稱國外隔膜壓濾機(jī)比葉濾機(jī)造價低約 20 %。如今國產(chǎn)隔膜壓濾機(jī)的性能暫時還趕不上 德國連恩舍隔膜壓濾機(jī) , 還需要引進(jìn)或部份引進(jìn) 國外設(shè)備 , 在配置上可有不同的選擇。第一種全 套引進(jìn) , 但價格昂貴 ; 第二種一洗、二洗濾板和 機(jī)架全部引進(jìn) , 三洗和窯前過濾用國產(chǎn)設(shè)備 ; 第 三種一洗、二洗濾板和機(jī)架全部引進(jìn) , 三洗和窯前采用國外濾板 , 配國產(chǎn)機(jī)架等。 上述三種配置組合總體造價要高于配置國產(chǎn) 葉濾機(jī) , 視配置的組合不同 , 約增加投資量 30 %～40 % , 第三種配置組合技術(shù)穩(wěn)妥 , 投資相對較省。 

5、 結(jié)語

鈦白工業(yè)生產(chǎn)中 , 曾在窯前脫水、一洗、二洗使用過技術(shù)落后的壓濾機(jī) , 后來窯前壓濾機(jī)被真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)取代 , 一洗、二洗的壓濾機(jī)被葉 濾機(jī)取代。后來壓濾機(jī)通過自身的改進(jìn) , 開發(fā)出隔膜壓濾機(jī) , 加上計算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用 , 改變了濾板流體分布的狀態(tài) , 提高了洗滌效果 , 節(jié)省洗滌水量 , 縮短洗滌周期 , 節(jié)約占地面積 , 改變操作環(huán)境 , 自動化水平高及濾餅固含量高等。 

雖然隔膜壓濾機(jī)國產(chǎn)化已取得了初步的成 效 , 但國產(chǎn)壓濾機(jī)在一洗、二洗、廢酸濃縮后的壓濾方面 , 一些技術(shù)難題需要解決。

*唐文騫 : 副總工程師 , 高級工程師 , 1963 年畢業(yè)于福州大學(xué)化學(xué)工程系。長期從事化肥設(shè)計工作 , 曾獲省、部級優(yōu)秀工程勘察設(shè)計一、二、三等獎。