隔膜壓濾機在鈦白粉后處理中應用

2022/05/15 分類:技術文獻 571

引言

隔膜壓濾機濾板是隔膜壓濾機的核心部件，濾板的發展主要經歷了兩次技術改進。從第一代的過濾板框至第二代的廂式濾板的過渡，其主要技術改進使壓濾機的半自動化卸餅成為可能，同時由于減少了濾框，因此提高了過濾壓力并改善了過濾效果；從第二代廂式濾板至第三代的隔膜濾板的飛躍相對于第一次產品升級來說：隔膜濾板以低壓過濾中壓水洗高壓壓榨為過濾理念，由此而產生了濾餅干度大大提高，過濾周期縮短，處理量增加。

隔膜壓濾機在鈦白粉后處理中應用-板框廂式隔膜壓濾機

隔膜壓濾機系統在后處理工藝中的作用

隔膜壓濾機的作用是固液分離、洗滌、脫水。其中過濾洗滌工序雖然是鈦白粉生產后處理的一道中間工序，但其對整個工藝的產品質量、產能、能耗指標以及對下道工序的設備選型影響都很大，是后處理的一個瓶頸日J。過濾是固液分離的一種最基本形式，一般利用過濾介質截留漿料中難溶的固體顆粒。過濾時，先由濾布的表面截留懸浮顆粒，而后由逐漸增厚的濾餅繼續截留顆粒。濾餅的內部總會滯留一部分母液，母液在濾餅中的含量習慣稱為濾餅的含濕量，用第二種液體從濾餅中置換出母液的操作稱為濾餅洗滌。濾餅脫水又稱濾餅脫液、脫干或干燥，是指對濾餅施加去飽和力使濾餅空隙內捕捉的濾液被置換的過程。機械壓榨脫水和氣體置換脫水是最常用的兩種脫水方式。

國內隔膜壓濾機的現狀

過濾洗滌工序主要是將包膜后的TiO₂：中含有鹽類雜質用除鹽水洗滌除去，目前新項目大部分采用隔膜壓濾機配閃蒸干燥。隔膜壓濾機最大的優點是能將洗滌好的濾餅含濕量降低到40％以下，有利于后續的干燥工序降低能耗。其特點還有過濾壓力高，單機過濾面積大，洗滌水耗量低；濾板重量輕，彈性好，耐腐蝕，適用性廣；運轉費用低；自動化程度高；洗滌效果好。但目前國內鈦白粉生產中所用隔膜壓濾機的效果不是很理想，主要體現在：生產周期長，產能小；洗滌效果不好，耗水量大；濾餅的含濕量高；產品質量一般。國內現階段在鈦自粉行業中使用的隔膜壓濾機和經改進后的新型隔膜壓濾機。

壓濾機系統的工藝操作改進

在鈦白粉生產過程中，經過表面處理后的二氧化鈦漿料又重新變成絮凝狀態，而且還含有許多水溶性鹽類，這些鹽類中，特別是氯化物鹽類的氯根若不除去，將會影響產品涂料的應用性能，氯根還容易使產品變黃，白度下降，離子在電泳涂漆過程中也顯示出很大的危害性，所以必須采用過濾和多次水洗將這些鹽類除去舊。國內原有隔膜壓濾機的操作工藝和改進后壓濾機的操作工藝有很大的不同，主要體現在工藝參數的不同；進料方式的不同；洗滌方式的不同；耗時不同；用水量的不同。進后的隔膜壓濾機操作工藝主要包括以下幾個過程：漿料填充和過濾，建立均勻濾餅、一次洗滌是以單人口方式進行洗滌、預壓榨、二次洗滌是以板板洗滌方式進行洗滌、壓榨、吹干、卸料、濾布洗滌等幾個階段。

改進后隔膜壓濾機的特點

建立均勻濾餅建立均勻濾餅的目的是便于過濾，為洗滌創造條件，提高洗滌效率，在最短的時間內將定量的漿料過濾完，將腔室充滿，形成厚薄均勻的濾餅。具體的步驟包括啟動及進料前準備、循環給料填充腔室、循環返回漿料、填充腔室、過濾階段和沖洗給料管道。懸浮液通過濾布過濾初期的一段時間內，濾液的流速是恒定的，這是由于濾布在初期起著決定性作用，它直接影響著濾餅的結構。隨著濾餅層的增厚，形成的濾餅層同時也在起過濾介質的作用，即所謂濾餅過濾。由于濾餅本身也引起壓降，所以導致流速隨濾餅的增厚和時間增長而降低。當腔室濾餅充滿，壓降達到最大值或進完固定的進料量或流速達到規定的最小值，可停止進料。通過快速進料到壓濾機形成厚度均勻的濾餅，漿料給料速率可根據工藝情況進行調節，可通過變頻器控制泵的頻率實現。鈦白粉漿料從進料口進人腔室，填充腔室并在濾布上形成濾餅，濾液通過隔膜板上的濾布、腔室側面膜片上的溝槽匯集到排液口流出。隔膜板只有一個排泄點，廂式板有兩個排放口。由于排泄口的數量、尺寸是經過特殊設計，隔膜板和廂式板的排放區是一樣的，液體的均勻分配通過濾板或隔膜表面的設計在腔室內實現。在過濾期間，濾液從廂式板和隔膜板側面均勻排出，均勻的濾餅在濾板腔室兩側形成。在過濾階段進料的后期由于過濾壓力升高和流動方向發生變弱，濾布表面的部分濾餅會變硬，但是中間的濾餅仍然保持泥的狀態，從而形成均勻濾餅。進料時間一般為9—12min，進料壓力最大值為0.7MPa。

洗滌

洗滌的目的是洗滌濾餅中的液體雜質，提高濾餅中固體組分的純凈度。一般采用置換洗滌，用洗滌液洗滌濾餅表面，然后洗滌液穿過濾餅進行置換與傳質。為了達到洗滌目的，對洗滌液有如下要求：

①不含雜質或接近于不含雜質；

②能與濾餅中殘存母液良好親和，進行置換；

③能夠溶解需要消除的可溶性雜質，而不能溶解濾渣；

④洗滌后，洗滌與濾餅或洗液與溶質容易分離；

⑤黏度低；

⑥使用經濟，符合安全要求。影響濾餅洗滌的因素很多，主要是洗滌液是否均勻洗滌濾餅，洗滌濾餅時不能產生死角，避免洗滌時濾餅開裂或短路；還有就是洗滌方法和洗滌液的選擇、洗滌時間、洗滌液用量、洗滌效率及洗滌效果等重要要素。

典型的洗滌曲線將洗滌分為3個階段：

①置換階段，即洗滌初期，洗滌液可能以液體活塞的形式將空隙中的殘存濾液推出，形成置換。此時，洗滌出口排液的質量濃度與濾餅中殘存濾液濃度相同。此階段大約可排出殘存濾液的50％～90％。

②中間階段：在這個階段仍然存在流體置換，從濾餅中較小的孔隙中移出一定量的溶質，且小液流在擴散時被從較大孔隙中流出的液流所稀釋，而流過較大孔隙的液流速度大大超過了置換速度，此階段洗滌出口排液質量濃度持續下降。

③傳質階段：經過以上兩個階段后，仍有少量濾液滯留在濾餅中最細的孔隙里面，且在顆粒表面形成一層膜而沒有被移出，還有一些溶質藏在顆粒本體的縫隙中…。在這一階段要靠一種或幾種傳質機制，將被顆粒捕獲的溶質傳輸到洗滌液流中。該階段洗滌出口排液質量濃度繼續下降，且浸出速度逐漸放緩，因此傳質階段是控制洗滌時間和洗滌液用量的關鍵階段。該工藝的洗滌包含一次洗滌、預壓榨和二次洗滌。

一次洗滌

一洗是以單人口洗滌方式進行，洗滌液從漿料角進料口進入濾室，滲透人濾餅，將濾餅中殘存母液以活塞形式從孔隙中推出，然后通過濾布從廂式板的兩個下角、隔膜板的上角排出。采用單人口洗滌方式時，過濾完后進料口內不能集料，腔室內仍需留一個小空間。如果濾室內填滿了濾餅，進料口有漿料沉積，洗滌液很難進入腔室或進人腔室會沖出溝道，導致洗滌不均勻，洗滌效果下降。但壓濾機在設計時已考慮到該因素，在廂式板的進料口設有分料環，在隔膜板的進料口設有支撐環以解決進料口集料的問題，同時解決了腔室與腔室進料量均勻的問題。濾室的填充率是靠一套靈敏的控制系統來達到85％一90％。洗滌開始時，由于濾餅的狀態為濾布表面的部分濾餅變硬，但是中間的濾餅仍然保持泥狀。洗滌液進入腔室后，首先是從壓力小，泥狀的地方即濾餅中心走，由于一次洗滌水泵的壓力大于進料泵的壓力，所以殘存的母液被濾液從中心向兩側濾布方向推出，實現置換洗滌的目的。從一次洗滌水槽來的洗滌水從進料口進入，洗滌水在腔室內流動，由于濾餅中心為泥濘狀態，洗滌水幾乎分配進全部濾餅而不是濾餅兩側。優點是由于過濾洗滌經過整個過濾區域和薄濾餅約1／2腔室深度，洗滌水的進料率較高，洗滌效果較好。

預壓榨預壓榨的目的是

首先是為減少含濕量，一次洗滌后，大部分可溶性鹽已被洗出，含固量減少，含濕量增加；其次是為防止二次洗滌時濾餅的短路和開裂；再次是為傳質階段的洗滌做準備，對濾餅施加去飽和力，使濾餅孔隙內捕足的濾液被置換的過程，為濾餅洗滌創造有利條件。該工藝采用隔膜預壓榨，隔膜壓榨是用有撓性的隔膜使腔室容積變小，對濾餅施加機械壓榨力，但推動膜片變形的力不是機械力，而是流體壓力。一次預壓榨最大壓力0.6MPa，時間2—3min，不能用太大的壓力，否則，二次洗滌液難以滲透到濾餅中，且該壓力不能泄壓，需保壓進行二次洗滌。

二次洗滌

二次洗滌采用的是板一板洗滌方式，該方式洗滌比其他洗滌方式大約可節約洗滌用水的60％，節能效果非常明顯，而且洗滌也很徹底。但用板一板洗滌方式要求腔室內必須全部充滿濾餅，否則會出現短路。所以二次洗滌前必須經過預壓榨，使濾餅全部充滿腔室。板一板洗滌方式洗滌面積比過濾面積減少一半，特別是在恒壓洗滌時，洗液速率將減少到最終過濾速率的四分之一，該壓濾機的設計壓力為30MPa，所以可增大洗滌壓力，將二次洗滌壓力提高到1.2～1.6MPa。板一板過濾方式是洗滌液從隔膜板的一個下角進入，穿過一側的濾布和濾室從另一側的上下角排出。洗滌水進入壓濾機隔膜側面的通道，并在壓力下穿過濾布，滲入濾餅，到達腔室的另一側面，洗滌濾液離開腔室穿過濾布進入濾液通道。在洗滌期間預壓榨仍保持，目的是防止濾餅裂縫的形成，并且增強洗滌的效果。

脫水

該處所謂濾餅脫水是指濾餅卸除前的脫水處理，是指對濾餅施加去飽和力，使濾餅孔隙內捕促的濾液被置換的過程，這些去飽和力是流體動力和氮氣置換。濾餅脫水的目的是：可降低濾餅水分，減少進一步脫水費用，節省能源；還能減少濾餅的毛體積，節省輸送費和少占儲存場地…；同時保證卸料時，使濾布和濾餅的輕松剝離創造條件。該工藝機械壓榨脫水和氮氣置換脫水兩種并用，這樣能夠取得更好的脫水效果。但是無論采用何種脫液方式，無論壓力梯度有多大，濾餅層中總會有毛細力與排液力達到平衡的時候，這時脫水就會停止。因此采用常規的濾餅脫液方式，不可能將濾餅中殘存的液體全部排出，殘存液體使濾餅具有一個“剩余飽和度”。脫水方法的選擇主要取決于過濾方法和物料的性質，其中物料的粒度又起著決定性作用…而濾餅的最終含濕量取決于脫水過程、液體性質和濾餅結構等因素。

壓榨

機械壓榨脫水是一種常用的能耗低而又有效的濾餅脫水方法。濾餅的壓榨脫水過程一般分為兩個階段，第一階段為壓榨脫水階段，第二階段為靠濾餅的蠕變脫水階段。隔膜壓榨脫水是用有撓性的隔膜使濾室容積變小，對濾餅施加機械壓榨力。但推動隔膜變形的力不是機械力，而是流體力，即用壓力來推動隔膜變形實施擠壓。隔膜壓榨力一般為0.6—2.0MPa，壓榨力太低則不能充分發揮壓榨作用，壓榨力過高勢必要增加機械強度、質量乃至于造價，還會使濾布和壓榨隔膜的壽命降低。本工藝采用水壓榨，壓榨水能循環使用。壓榨結束后，正常由1.2—1.6MPa的壓力泄壓至高于吹掃壓力0.1MPa。采用隔膜壓榨脫水的優點是：壓榨壓力高，脫水效果好，可得到含水較低的濾餅；能耗少，時間短，效率高；節省干燥能耗；有利于卸餅。

吹掃

吹掃的作用：一是脫水；二是使濾布再生；三是為了使濾布和濾餅容易剝離。吹掃也稱為氣體置換脫水，氣體置換脫水是指濾餅保持原有形狀，以氣體驅替置換出濾餅中的液體。它包括真空抽吸和壓氣吹除兩種方式。影響氣體置換脫水的因素有很多，如濾餅的性質、兩流體的物理性質、流體界面的性質和溫度、壓力梯度等。該工藝采用壓氣吹除，壓氣吹除是采用壓力氣體穿過濾餅層，將液體吹出帶走的一種脫水方式，壓氣吹除必須用密閉的腔室…。該工藝采用的氣體為氮氣，濾餅吹干和進料孑L吹掃壓力0.7MPa，時間2—3min，每批氣量200—300m3。使用氮氣對濾餅吹干應注意防止濾餅開裂，以免造成風量大量損失，影響干燥效果。

卸料

以上程序完后，進行壓濾機泄壓、壓榨水排放、液壓系統將濾板松開、打開導料斗門、液壓系統將濾板拉開，卸下濾餅進入導料斗。卸完料后，漏斗門關閉。每天進行2—3次的濾布洗滌。

壓濾效果

經過濾、洗滌、脫水工序處理，洗滌后濾餅電導率可達1mS／cm，固含量可達60％～65％，降低干燥能耗，同時縮短洗滌周期，提高濾餅產能，其每周期的時間為90min以內，每天可生產14—15批料，每臺壓濾機產能可達30000t／a以上。洗滌水耗量為15m3／t產品。現場生產環境好，勞動強度低。可產出高檔鈦白粉。