包友興，夏文菊，楊 軍

（杭州龍山化工有限公司，浙江 杭州 311228）

世界上發(fā)達(dá)國家在純堿生產(chǎn)重堿過濾裝置中，基本上在本世紀(jì)初已采用水平帶式真空過濾機(jī)。目前，我國使用重堿轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)生產(chǎn)的純堿約占產(chǎn)能的90%；使用重堿水平帶式真空過濾機(jī)生產(chǎn)純堿約占產(chǎn)能的10%。在國內(nèi)，大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司和大化集團(tuán)大連化工股份有限公司在重堿水平帶式真空過濾機(jī)技術(shù)開發(fā)上走在全國純堿行業(yè)的前列。

我國純堿行業(yè)現(xiàn)有大型轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)20m2（φ2.6×2.5m），大型水平帶式真空過濾機(jī)過濾面積63m2（長×寬為21×3m）、81m2（長×寬為27×3m）及108m2（長×寬為27×4m）等三種規(guī)格定型機(jī)組。

1 水平帶式真空過濾機(jī)工作原理

水平帶式真空過濾機(jī)是一種水平放置固定帶式結(jié)構(gòu)真空過濾裝置。其工作原理是利用離心式真空機(jī)產(chǎn)生的真空度，在過濾介質(zhì)兩側(cè)產(chǎn)生推動力，以分離固液料漿。過濾介質(zhì)的托架是有足夠穿透空氣通道的橡膠皮帶，而且整個(gè)過濾過程是在水平運(yùn)行軌跡上完成的。該過濾分離過程包括濾餅形成、濾餅洗滌、濾餅脫水、卸料和濾布洗滌5個(gè)過程周而復(fù)始地連續(xù)循環(huán)操作工序。固液分離的動力來自于由離心式真空機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓，物料傳輸來自于驅(qū)動裝置控制下過濾介質(zhì)傳送帶的移動。

水平帶式真空過濾機(jī)為恒壓過濾，過濾速率方程可表示為：

式中：ΔP為過濾壓強(qiáng)差，Pa；

r為單位重量濾餅的平均質(zhì)量比阻，m／kg；

m為濾餅的干濕重量比；

V為過濾體積，m3；

t為過濾時(shí)間，s；

μ為濾液黏度，Pa·s；

ρ為濾液密度，kg／m3；

A為過濾面積，m2；

c為濾液中固體物質(zhì)的質(zhì)量分率。

過濾壓強(qiáng)差ΔP為濾餅上表面大氣壓與真空盒壓強(qiáng)（俗稱負(fù)壓）之差。在選定離心式真空機(jī)和帶式真空過濾機(jī)之后，在過濾系統(tǒng)中過濾壓強(qiáng)差ΔP是基本不變的，呈恒壓過濾。

對于一定的氨堿法或聯(lián)堿法生產(chǎn)過程的碳化塔出堿液即過濾漿液，其中r、μ、c、ρ均為常數(shù)，物料過濾和洗滌階段均可用公式（2）進(jìn)行分析，欲降低濾餅含水量就要加大過濾壓強(qiáng)或增長過濾時(shí)間。

帶濾機(jī)具有帶式結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，可以使干燥區(qū)隨皮帶的延長而增大，增加重堿在干燥段的停留時(shí)間，使之具有較大的過濾區(qū)域，濾餅?zāi)艿玫匠浞诌^濾，從而獲得低的含水量的重堿濾餅。

帶濾機(jī)的生產(chǎn)能力取決于過濾面積。它的有效過濾面積相對較大，其中吸收出堿液和排出濾液部分相對較短，且在瞬間完成吸收堿液，因此干燥區(qū)域可以相對增加；濾布沖洗再生過程是在非作業(yè)區(qū)域內(nèi)完成，因此不占用過濾面積。

相對于轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)，帶濾機(jī)在較大過濾面積和較長的過濾時(shí)間的有利條件下，正常生產(chǎn)中，可以做到重堿濾餅氯化鈉含量與洗水當(dāng)量之間的相互調(diào)節(jié)。即：當(dāng)需要重堿濾餅氯化鈉含量較低，用來加工低鹽純堿時(shí)，則可以加大洗水當(dāng)量達(dá)到降低產(chǎn)品鹽分的要求；當(dāng)聯(lián)堿生產(chǎn)需要系統(tǒng)母液收縮，又要確保產(chǎn)品質(zhì)量合格，則可以減少洗水用量來實(shí)現(xiàn)。

2 帶濾機(jī)物料計(jì)算

表1 RPA－81m2水平帶式真空過濾機(jī)技術(shù)參數(shù)（聯(lián)堿法）

1）重堿當(dāng)量

1噸純堿×（1＋損失率）÷燒成率＝1 000×（1＋2%）÷53%＝1 924.53kg／t純堿

2）濾液當(dāng)量（聯(lián)堿法）

碳化取出液當(dāng)量×碳化取出液密度－重堿量

＝9.5m3／t×1 210kg／m3－1 924.53

＝9 570.47kg／t純堿

碳化取出液密度1 210kg／m3。

3）單位過濾面積能力（過濾性“F”值）

4）循環(huán)時(shí)間S

S＝濾餅形成時(shí)間＋沖洗時(shí)間＋脫水時(shí)間

3 濾餅洗滌過程計(jì)算

水平真空帶濾機(jī)最大優(yōu)點(diǎn)是可以將洗水分離并進(jìn)行二次利用，這就可以降低洗滌水用量，即降低洗水當(dāng)量，這對聯(lián)堿生產(chǎn)特別有意義。它將促進(jìn)聯(lián)堿生產(chǎn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)。

在洗水分離罐中分離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；用軟水沖洗濾布和橡皮膠帶后，把洗滌水收集到濾布洗水槽，用二次洗水泵送入二次洗水桶，作二次洗水使用；補(bǔ)充軟水或爐氣洗滌水或淡液蒸餾廢液到軟水洗水槽，作三次洗水使用。見圖1，圖中B1、B2、B3分別為一次、二次、三次洗水。

過濾和洗滌過程存在下列過濾母液、洗滌液、真空氣體等三個(gè)關(guān)系：

3.1 過濾母液

m2＝m1＋B2＋B3

B1、B2、B3分別為一次、二次、三次洗水量，kg／h或kg（m3）／t純堿；

m1為濾液流量，kg／h或kg／t純堿；

m2為過濾過程中進(jìn)入濾液桶的稀濾液總流量，即包括濾液量和洗水加入量，kg／h或kg／t純堿；

m3為洗滌過程中洗滌液夾帶的母液量，kg／h或kg／t純堿。

為分析過濾和洗滌過程的各種物料中的濾液流量關(guān)系，我們把過濾和洗滌過程微小化，設(shè)第一個(gè)過濾＋洗滌過程中：

m1－1＝m2－1＋m3－1

第二個(gè)過濾＋洗滌過程中：

m2－2＝m2－1＋m3－1－m3－2

第三個(gè)過濾＋洗滌過程中：

m2－3＝m2－1＋m3－2－m3－3

第n個(gè)過濾＋洗滌過程中：

m2－n＝m2－1＋m3－n－1－m3－n

在穩(wěn)定過濾和洗滌過程中，B2、B3基本不變，m1也不變，則m3基本不會變化，則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。說明濾液流量與洗滌次數(shù)無關(guān)，只與碳化出堿液流量及重堿量有關(guān)。

圖1 RPA－81m2水平帶式真空過濾工序流程

3.2 洗滌液

B1＝B2＋B3＋m3

從氨堿帶濾機(jī)查定數(shù)據(jù)、聯(lián)堿帶濾機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)及RPA聯(lián)堿帶濾機(jī)技術(shù)保證指標(biāo)等資料綜合分析及計(jì)算，聯(lián)堿帶濾機(jī)過濾過程洗滌階段數(shù)據(jù)為：

B1＝0.729m3／t純堿，為100%；

B2＝0.365m3／t純堿，占B1的50.06%；

B3＝0.255m3／t純堿，占B1的34.98%；

m3＝0.109m3／t純堿，占B1的15.01%。

我們再分析第二道和第三道洗水用量，B2、B3之和為0.62m3／t純堿，比例為B2∶B3＝58.87%∶41.17%，B2＞B3。B3是軟水，用于濾餅側(cè)洗水、濾布逆流側(cè)洗水、橡膠皮帶沖洗水、真空盒耐磨帶潤滑水、皮帶支撐耐磨沖洗水、皮帶支撐耐磨潤滑水等，收集匯總后作第二道洗水B2。

第一道洗水是第二、第三道洗水及干燥區(qū)回收的洗水，此部分洗水經(jīng)一次洗水泵加壓后再回到帶濾機(jī)重復(fù)利用。此部分洗水含有鹽分多少與碳化出堿液全氯離子含量、生產(chǎn)負(fù)荷等工藝條件有關(guān)，經(jīng)測定洗水含有鹽分在10tt左右。盡管洗水含有一定的鹽分，但是對于降低濾餅鹽分，作用仍是非常明顯的。其主要作用是置換濾餅中的殘留母液，與殘留母液（即為碳化取出液）相比，這部分洗水含Cl－要低得很多。

第二道洗水是濾布再生的沖洗水。一方面對濾布實(shí)現(xiàn)再生，另一方面回收皮帶、濾布上殘留的重堿。這部分洗水鹽分很低，洗滌效果好，因洗水中含有一定濃度的重堿，洗滌重堿濾餅時(shí)降低溶解損失。沖洗濾布的洗水收到濾布水收集槽，由二次洗水泵送到帶濾機(jī)第二洗水槽。通常對濾布洗水量設(shè)定為恒定量，約為洗水補(bǔ)充量的60%左右，因此這部分洗水基本不予調(diào)節(jié)。

第三道洗水經(jīng)常采用煅燒爐氣洗滌水等含Cl－很低的淡液，盡可能減少軟水補(bǔ)充。第三道洗水是控制產(chǎn)品鹽分最終調(diào)節(jié)方法。

3.3 真空氣體

與帶濾機(jī)配套的抽真空系統(tǒng)是過濾過程的動力源。目前基本上都用離心式真空機(jī)產(chǎn)生真空度，推動整個(gè)過濾過程。過濾真空系統(tǒng)真空氣體流量存在下列關(guān)系：

Q＝Q1＋Q2

Q為離心式真空機(jī)抽氣量，m3／h或 m3／t純堿；

Q1為過濾段真空抽氣量，m3／h或 m3／t純堿；

Q2為洗滌和干燥段真空抽氣量，m3／h或m3／t純堿。

RPA－81m2帶濾機(jī)有25根DN150真空支管，真空支管再匯集到真空總管。真空總管上設(shè)置分段隔離盲板，以分隔過濾段真空管線與洗滌段真空管線，過濾段真空管線與濾液分離罐相連接，洗滌段真空管線與洗滌液分離罐相連接，達(dá)到分別回收過濾液與洗滌液的目的。

真空總管上，從過濾段開始第7根支管至第10根支管之間，設(shè)置多對法蘭。因過濾的對象工藝條件如：母液當(dāng)量（氨堿與聯(lián)堿）、碳化出堿液流量（生產(chǎn)負(fù)荷）等發(fā)生較大變化時(shí)，利用真空管上設(shè)置多對法蘭，將分段隔離盲板在真空管上的位置進(jìn)行調(diào)整移動，以適應(yīng)變化的工藝條件。

RPA－81m2帶濾機(jī)配置真空抽氣量Q＝45 000m3／h，生產(chǎn)能力為43.75t純堿／h（1 050t純堿／d·臺），真空當(dāng)量約1 030m3／t純堿。濾液密度1 130kg／m3。

1）真空支管濾液流速

濾液流量m1＝9 570.47÷1 130kg／m3＝8.47 m3／t純堿

稀濾液總流量m2＝m1＋B2＋B3＝8.47＋0.365＋0.255＝9.09m3／t純堿，即398m3／h。

RPA－81m2帶濾機(jī)真空總管的分段隔離盲板設(shè)置在第8根支管與第9支根之間。前置8根支管為過濾段真空管線。每根支管濾液平均流量為：398 m3／h÷8＝49.75m3／h。

真空支管平均濾液流速為V濾液＝Q／F＝49.75／（3 600×0.152×3.14／4）＝0.78m／s，實(shí)際過程是與抽真空氣相混合，濾液流速要增大。

2）真空支管空氣流速

每根真空支管平均空氣量為：45 000m3／h÷25＝1 800m3／h，空氣平均流速為：V空氣＝Q／F＝1 800／（3 600×0.152×3.14／4）＝28.3m／s

進(jìn)入濾液分離罐真空氣量Q1為：1 800×8＝1 4400m3／h

進(jìn)入洗滌液分離罐真空氣量Q2為：1 800×17＝30 600m3／h

3）洗滌真空管線洗滌液平均流速

一次洗滌液流量B1×43.75t／h＝0.729×43.75＝32m3／h

洗滌段共17根真空管線，每根真空管洗滌液平均流量：32／17＝1.88m3／h

洗滌真空管線洗滌液平均流速V洗滌液＝Q／F＝1.88／（3 600×0.152×3.14／4）＝0.03m／s

［1］ 丁超然.從真空帶濾機(jī)結(jié)構(gòu)特性分析其應(yīng)用優(yōu)勢［J］.純堿工業(yè)，2010（3）

［2］ 王遠(yuǎn).真空水平帶式濾堿機(jī)的應(yīng)用及技術(shù)分析［J］.純堿工業(yè)，2013（1）

［3］ 杜維剛.聯(lián)堿用帶濾機(jī)的研制和應(yīng)用［C］／／中國化工學(xué)會無機(jī)酸堿鹽專業(yè)委員會.第十五屆純堿學(xué)術(shù)年會論文集.2012