隔膜压滤机的工业实验和工程应用分析

唐文骞   山东省化工规划设计院  济南  250013

摘要：叙述了国产和国外隔膜压滤机的实验情况 , 提出在生产应用中可选用的范围 , 并对隔膜压滤 机技术特点做了具体分析。 

关键词：隔膜压滤机 叶滤机 工业实验

1 、概述

20 世纪 90 年代以前 , 在硫酸法钛白粉工业 生产中 , 水解后的偏钛酸浆料进行过滤和水洗 (简称为“一次水洗”) , 漂白后浆料的过滤和水 洗 (简称为“二次水洗”) , 包膜后的 TiO2 过滤 和洗涤 (简称为“三次水洗”) 等全部使用叶滤 机。盐处理后进转窑前脱水 (简称“窑前脱水”) 使用真空转鼓过滤机。叶滤机应用于过滤和水 洗 , 存在着占地面积大、水耗量大 ; 挂片槽、水 洗槽、打浆槽为大面积敞口式设备 , 产品易受大 气中的风沙、粉尘和有害物质的污染 , 操作过程 繁杂、环境差等缺点 , 一直是困扰钛白工业发展 的主要问题之一。

英国 TiOXide 集团公司 1992 年曾在马来西 亚家权州 HTM 公司建成投产一座 50kt/ a 大型硫 酸法钛白粉厂 , 其中一洗、二洗 、三洗和窑前 脱水等摒弃了传统的叶滤机和真空转鼓过滤机 , 采用德国连恩舍 (Leser) 公司生产的隔膜压滤 机 , 取 得 了 良 好 的 效 果。嗣 后 美 国 杜 邦 (Dupont) 公司、芬兰凯米拉 ( Kemira) 、美国 NL 公司和克朗诺斯 ( Kronos) 、德国萨其宾 (Sachtleben) 、拜耳 (Bayer) 等公司将隔膜压滤 机应用于钛白生产。 

隔膜压滤机在钛白生产中的应用 , 引起国内 钛白行业的关注。各厂反应不一 , 有的厂采用引 进国外压滤机的技术和装置 ; 有的厂探讨国产化 的可行性 , 做国产隔膜压滤机的实验 ; 有的厂由 外商提供隔膜压滤机做工业实验。 

本文着重介绍国产隔膜压滤机和德国连恩舍产的隔膜压滤机在国内进行工业实验的情况。 

2 、国产隔膜压滤机 

2.1 实验装置 

国内某压滤机厂生产的 800mm ×800mm 滤 板 , 为 三 片 二 腔 室 , 腔 室 厚 度 为 310cm 和 215mm , 进料用螺杆泵 , 水洗用隔膜泵 , 空气压 干用气瓶内的气体 , 实验地点在压滤机厂 , 水温 16 ℃。 

2.2 实验内容 

实验物料 4 种 , 由国内某钛白粉厂运到现场 , 实验内容以下 : 

(1) 盐处理后的偏钛酸进转窑前的脱水实 验。

(2) 水解后的偏钛酸浆料压滤和水洗实验。 

(3) 漂洗处理后 , 钛液浆料压滤和水洗实 验。

(4) 表面处理后浆料的压滤和洗涤实验。 

2.3 实验结果 

(1) 盐处理后的偏钛酸脱水实验 , 压滤时间 为 15min , 压干 5min , 压滤压力保持在 0125～ 013MPa 为宜 , 当压力达到 016MPa 时 , 滤液混 浊 , 发生穿滤现象。压滤后滤饼含固量 43 % , 含水量 57 % , 优于真空转鼓过滤机的固含量。 

(2) 水解后偏钛酸浆料的压滤和水洗实验 , 进料时间为 18min , 压干 5min , 水洗 196min , 卸料 20min , 共计约 4h , 压滤、水洗 压 力 为 0125～0135MPa , 经分析滤饼中 Fe + + 的含量约 250ppm , 用水量比叶滤机多 10 %。

(3) 漂白后钛液压滤和水洗实验 , 进料时间 为 22min , 压 干 5min , 水洗 120min , 卸 料 20min , 共计约 3h , 洗涤后滤饼中Fe + + 含量约 65ppm , 用水量比叶滤机要多 10 %。 

(4) 表面处理后浆料的压滤和洗涤实验 , 进 料 22min , 水洗 30min , 压干7min , 卸料20min , 共计79min。压滤、洗涤压力为013MPa , 经洗 涤后的滤饼符合工艺指标要求 , 用水量仅为叶滤 机洗涤水用量的 3516 %。 

2.4 初步结论 

国产压滤机可成功地替代原有真空转鼓过滤 机和叶滤机 , 进行窑前脱水和三洗。窑前脱水和 干燥前脱水 , 因滤饼含固量比真空转鼓过滤机高 , 含水量较低 , 有利于提高转窑和钛白干燥设备的生产能力和降低能量的消耗 , 效果较好。 

但对于一洗和二洗 , 洗涤结果经分析 Fe + + 指标不理想 , 水洗时间过长 , 用水量较大 , 距工业应用的要求还有一段距离 , 如隔膜压滤板、工艺流程和操作方法以及自动控制等方面还有待改进。

3、 连恩舍产隔膜压滤机 

3.1 实验装置 

德国连恩舍公司产隔膜压滤机 , 内有压滤板 1000mm ×1000mm , 6 个腔室 , 以一洗为例 , 采 用中心洗、预压榨、角洗、角吹气、卸料等过 程。压滤机安装在国内某钛白粉生产现场 , 用现 场的物料 , 水洗用热水 , 压榨吹气用压缩空气。 

3.2 实验内容 

水解后偏钛酸的压滤和水洗实验 (即“一次 水洗”) 。 

3.3 结果 

水解后偏钛酸的压滤和水洗实验 , 进料 18min , 中心水洗 20min , 预压干 5min , 角洗 11min , 中 心 吹 气 和 角 吹 气 约 6min , 共 计 60min。进 料 压 力 为 0138MPa , 水 洗 压 力 为 014MPa , 经几次实验 , 滤饼测定平均 Fe + +的含 量为 153ppm , 滤饼含固量为 50 %～55 % , 每吨 干钛白粉水洗用水量 17～19t 。 

314 初步结论 一洗物料是钛白粉生产较难洗涤的物料。针 对一洗来说 , 连恩舍产隔膜压滤机在国内实验结果是好的 , 由于现场条件所限未能进行二洗 、 三洗和窑前脱水三项实验 , 但可以相信连恩舍产 的压滤机对于上述 3 个生产过程都不会有问题。 

4、 隔膜压滤机应用的技术特点 

4.1 节约水洗用水 

因水解后偏钛酸浆料进隔膜压滤机 , 压滤机 内滤饼固含量比用叶滤机滤饼固含量高 , 加上压滤机在压力 0135～0145MPa 下洗涤 , 比用叶滤机在真空抽吸的效率高 , 故洗涤用水量少 , 据国 外某公司的报告 , 折算吨干钛白粉用水量为 1215m3 , 我国一洗用叶滤机 , 各厂统计不太完 善 , 在 20～40m3 , 故节约用水量很明显。据介 绍 , 二次水洗、三次水洗连恩舍隔膜压滤机用水 量分别为 515m3/ t干品 和 215m3/ t干品 , 比叶滤机 用水量要小得多。 

4.2 提高洗涤质量 

一次水洗 , 叶滤 机一般可洗到Fe++<500ppm , 压滤机一次水洗后 , 滤饼的 Fe + + < 200ppm , 甚至可达 Fe + + < 100ppm , 有利于提 高洗涤质量 , 减少漂白工序的负荷。 

4.3 用电分析 

以 15kt～20kt/ a 钛白粉生产装置为例 , 窑前脱水、一洗、二洗、三洗用真空转鼓过滤机 — 叶滤机与隔膜压滤机的用电量进行综合比较如 下 : 

4.3.1 真空转鼓过滤机 —叶滤机 

(1) 窑前脱水用真空转鼓过滤机 2 台 (1 开 1 备) 主电机 715kW , 搅拌电机 515kW , (715 + 515) ×2 = 26kW 

(2) 干燥前脱水用真空转鼓过滤机 1 台 , 主电机 515kW , 搅拌电机 515kW , (515 + 515) ×2 = 22kW 

(3) 一、二、三洗真空泵 2 台 , 2 ×110 = 220kW 

(4) 窑前脱水和干燥脱水用真空泵3台 , 3×110 = 330kW 

(5) 3台桥式吊车桥吊30kW , 行车15kW , 3× (30 + 15) = 135kW

上述几项总装机容量 26 + 22 + 220 + 330 + 135 = 733kW。 

运转用电量计算以 310d/ a 计 , 则 

(13 + 11 + 220 + 220 + 3 ×45 ×015) ×24 × 310 = 39514 万 kWh/ a 

4.3.2 隔膜压滤机 

(1) 隔膜压滤机本身用电 

一洗压滤机 2 台 6187 ×2 = 13174kW 二洗压滤机 2 台 6187 ×2 = 13174kW 三洗压滤机 2 台 3 ×2 = 6kW 窑前脱水压滤机 1 台 3kW 

(2) 其他泵类用电量计算 

一洗进料泵 2 台 45 ×2 = 90kW 一洗水洗泵 2 台 37 ×2 = 74kW 二洗进料泵 2 台 45 ×2 = 90kW 二洗水洗泵 2 台 30 ×2 = 60kW 窑前进料泵 1 台 55 ×1 = 55kW 三洗进料泵 2 台 45 ×2 = 90kW 三洗水洗泵 2 台 30 ×2 = 60kW 高压洗滤布泵 1 台 100kW 空压机 1 台 65kW 上述总装机容量为 720148kW 

(3) 隔膜压滤机的操作及运行分析 

隔膜压滤机操作以一洗为例 , 有进料过滤、 中心水洗、预压榨、去压榨、打开压滤机、关闭 压滤机等过程 , 另外还有正常维修、洗滤布等 , 总时间约 84min。二次水洗总时间约 85min。三 洗总时间为 66～86min , 窑前脱水每个周期总时 间为 2115min , 上述 4 种压滤机的电耗分别计算 如下 :

一次水洗压滤和水洗用电量 : 

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

式中 , 一次水洗的压滤和水洗占总时间的 81 %。 其中 , 压滤占压滤和水洗时间的 26 % , 水洗占 压滤和水洗时间的 74 %。 

二次水洗压滤和水洗用电量 : 

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

式中 , 二次水洗的压滤和水洗占总量时间的 8117 %。其中 , 压滤占压滤和水洗时间的 13 % ; 水洗占压滤和水洗时间的 87 %。 

三次水洗压滤和水洗用电量 : 

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

式中 , 三次水洗的压滤和水洗占总时间的 78 %。 其中 : 压滤占压滤和水洗时间的 25 % ; 水洗占 压滤和水洗时间的 75 % 

窑前脱水用电量 : 

55 ×21 % = 11155kW 

式中 , 窑前脱水压滤占总时间的 21 %。 

上述四项用电量为 : 179172kW 

179172kW ×24 ×310 = 13317 万 kWh/ a 

空压机用电量 , 运行率 67 % 

65kW ×24 ×0167 ×310 = 3214 万 kWh/ a 

高压水洗用电量 , 一天运行 515h 

100kW ×515 ×310 = 17105 万 kWh 一洗、二洗、三洗、窑前脱水压滤机机体用 电负荷 : 

13174 + 13174 + 3 + 6 = 36148kW 

用电量 36148 ×24 + 310 = 27114 万 kWh/ a 

上述四项共计用电量为 

13317 + 3214 + 17105 + 27114 = 210125 万 kWh/ a

隔膜压滤机比叶滤机 —真空转鼓过滤机用于 一洗、二洗、三洗和窑前脱水节省电量为 : 

39514 - 210135 = 185115 万 kWh/ a 

若每度电按 014 元计 , 每年节省电费为 : 

185115 ×014 = 74106 万元 

4.4 减少能耗 , 提高产品质量 

原叶滤机操作过程有挂片、洗涤、打浆等过 程 , 采用挂片槽、水洗槽、打浆槽 , 这些槽均为 大面积敞口式 , 大气中的风沙、粉尘及其气相中 的有害物质都会影响钛白粉的质量。在冬季由于 这些槽的散热面积大 , 需要增加加热热水所用蒸 汽量 , 且叶滤机大 , 厂房环境温度高 , 湿度大 , 操作环境差。 

改为隔膜压滤机后 , 应用于一洗、二洗、三洗工艺中 , 压滤机为全封闭操作 , 不受大气风沙 粉尘的影响 , 可提高产品质量 , 节省加热水的蒸 汽用量 ,也改善操作环境 。压滤机全系统使用PLC 控制或 DCS 控制 , 自动化水平高 , 可降低 劳动强度 , 减少操作工人数。 

4.5 节省占地面积 

以 15kt/ a 钛白粉装置为例 , 隔膜压滤机比 叶滤机可节省建筑面积 40 % , 约 540m2 。 

4.6 投资比较 

据称国外隔膜压滤机比叶滤机造价低约 20 %。如今国产隔膜压滤机的性能暂时还赶不上 德国连恩舍隔膜压滤机 , 还需要引进或部份引进 国外设备 , 在配置上可有不同的选择。第一种全 套引进 , 但价格昂贵 ; 第二种一洗、二洗滤板和 机架全部引进 , 三洗和窑前过滤用国产设备 ; 第 三种一洗、二洗滤板和机架全部引进 , 三洗和窑前采用国外滤板 , 配国产机架等。 上述三种配置组合总体造价要高于配置国产 叶滤机 , 视配置的组合不同 , 约增加投资量 30 %～40 % , 第三种配置组合技术稳妥 , 投资相对较省。 

5、 结语

钛白工业生产中 , 曾在窑前脱水、一洗、二洗使用过技术落后的压滤机 , 后来窑前压滤机被真空转鼓过滤机取代 , 一洗、二洗的压滤机被叶 滤机取代。后来压滤机通过自身的改进 , 开发出隔膜压滤机 , 加上计算机模拟技术的应用 , 改变了滤板流体分布的状态 , 提高了洗涤效果 , 节省洗涤水量 , 缩短洗涤周期 , 节约占地面积 , 改变操作环境 , 自动化水平高及滤饼固含量高等。 

虽然隔膜压滤机国产化已取得了初步的成 效 , 但国产压滤机在一洗、二洗、废酸浓缩后的压滤方面 , 一些技术难题需要解决。

*唐文骞 : 副总工程师 , 高级工程师 , 1963 年毕业于福州大学化学工程系。长期从事化肥设计工作 , 曾获省、部级优秀工程勘察设计一、二、三等奖。