国产隔膜压滤机代替真空叶滤机用于钛白粉生产一、二次水洗的可行性分析.doc

国产隔膜压滤机代替真空叶滤机用于钛白粉生产中一、二次水洗的可行性分析唐 建 中盐湖南株洲化工集团 （湖南株洲 412004）摘 要 硫酸法钛白粉生产工艺中水洗工序是影响钛白粉质量的关键岗位，传统钛白粉工艺一直采用真空叶滤机作为一、二次水洗设备。近年来随着引进几套钛白粉生产装置中进口隔膜压滤机的国内成功应用，使得国产隔膜压滤机生产厂商和钛白粉厂家一直在努力摸索使其试用。中盐株化是第一家在3.0万t/a扩改装置上全部用国产隔膜压滤设备代替真空叶滤机的钛白粉生产企业，通过二年多的改进和运行证明，完全可以用国产隔膜压滤设备作为钛白粉生产中的一、二次水洗。关键词 国产隔膜压滤机 真空叶滤机 钛白粉 可行性 0 前 言在硫酸法钛白粉生产工艺中，水解后的水合二氧化钛表面吸附着大量的游离酸，这些被吸附的游离酸中含有大量的硫酸亚铁以及铬、钒、锰、铜、铅等金属的硫酸盐，这些杂质的存在会严重影响钛白粉的光学性质和颜料性能。钛白粉生产工艺中常用水洗的方法来解决除杂质问题。水洗的目的是利用水合二氧化钛颗粒不溶于水，而一些低价金属杂质的硫酸盐溶于水的特点，通过水洗把吸附在水合二氧化钛表面上的游离酸、未水解的钛液以及以铁为主的可溶性杂质离子用水洗掉，从而达到净化水合二氧化钛的目的。传统的硫酸法钛白粉生产工艺中，水洗设备主要为真空叶滤机，它用来作为水合二氧化钛过滤和洗涤。在此生产工序中，洗涤比过滤更重要，因此选择一种合适的兼有充分洗涤功能的液固分离过程与洗涤设备是十分必要的。近年来随着几套钛白粉引进装置的投产，国外隔膜压滤技术开始替代传统的真空叶滤机用于水洗。由于进口设备操作难度大、造价高、加上专有技术的保密，隔膜压滤机一直未能在钛白粉行业水洗工序得到大规模推广和使用。中盐株化钛白粉厂在2005年1.5万t/a扩改到3.0万t/a钛白粉工程中，在国内率先全部采用河北景津集团生产的隔膜压滤机代替真空叶滤机用于钛白粉生产中一、二次水洗，经过二年多的操作条件、工艺路线摸索和部分设备的改进，可以证明：国产隔膜压滤机用在钛白粉生产中使用情况较好，可完全代替传统真空叶滤机用于一、二次水洗。1 传统的真空叶滤机使用状况传统的叶滤机，又称莫尔（Moor）式过滤机，从过滤推动力可分为加压和真空两种类型。钛白粉生产装置主要采用真空叶滤机作为一、二次水洗设备。该机的叶片呈长方形，每片过滤面积为38m2（两面），板上面开有拉槽和孔，开槽率一般不低于50%，每个叶片内部接有24根真空管，1030块叶滤片组成一组；每块叶片中的真空管与该组上部的真空总管相连接，每块叶片表面套有（或粘贴、嵌入）耐酸工业滤布；叶片的材质大多选用硬聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯、ABS、硬橡胶、木材等耐酸性能良好的材料制成。在进行偏钛酸（水合二氧化钛）水洗操作时，首先将真空叶滤机中叶片用桥式吊车吊入偏钛酸浆料槽中，该偏钛酸浆料应事先冷却至60以下，以免温度过高损坏叶片及浆料槽中内衬的耐腐蚀材料。待开启真空后，在负压的作用下，浆料中的滤液穿过滤布通过叶片中的集液管（真空管），抽至自动倒液罐，而偏钛酸颗粒截留在滤布上形成滤饼。在吸片时要不断添加浆料，保持叶片始终浸没在浆料中，当滤饼达到一定厚度后，在保持真空的情况下，将整组叶片吊起，稍许抽干放入一水洗池中，在不断添加清水，并保持叶片完全浸入水中的状态下，进行连续洗涤操作直至洗涤合格。真空叶滤机是一种较古老的间隙过滤操作设备，在钛白粉生产中一直作为一、二次水洗关键设备。真空叶滤机的结构虽然简单，但是它的排液系统还是比较复杂，排液系统性能的好坏直接影响水洗过程的平稳操作和物料回收。我国目前钛白粉企业大多使用的排液设备有两种：小型企业一段仍用自动倒液罐，大中型企业多采用卧式自动连续排液系统。由于它结构简单、造价较低、生产能力很大、没有任何传动部件、维修保养较方便；并同时具备过滤与水洗的功能，特别是对滤饼的洗涤很充分，加上它在水洗操作时整个叶片浸没在水中操作，可以防止滤饼（偏钛酸）接触空气，避免滤饼中的低价铁（硫酸亚铁）等离子在空气中被氧化成高价状态而无法洗掉，因此在国内外钛白粉行业中得到广泛使用。但真空叶滤机主要缺点是耗水量较大、劳动强度高、属于间断生产，不易实现自控状况，同时设备占地较多、一次投资费用较高等。2 国产隔膜压滤机在我厂使用情况从2005年开始，中盐株化在3.0万t/a钛白粉扩改工程中首次全部使用国产隔膜压滤机作为钛白粉生产的一次、二次水洗设备。我们是在无任何技术资料的情况下，进行试车、生产摸索操作条件。但因设计上的缺陷和部分辅助设备的选型等问题，在试生产阶段隔膜压滤机的生产能力、工艺质量控制合格率一直较低，很难达到设计能力。主要表现在：试车阶段隔膜压滤机的进料泵扬程偏高、流量小，造成启泵压力偏大，极易炸、爆输送管道；为保证管道安全，只好片面开大回流，以用来降低进料压力来调整进料流量，这样又造成进料时间长，且进料不稳定，前后滤饼厚度不均匀，所以洗涤时间偏长。洗水泵与进料泵情况也相似，片面降低泵出口压力，造成水量较小，洗涤困难且合格率偏低。洗涤工艺采用的是边洗：即先进行1#、3#角洗后再改为2#、4#角洗，使用的是中心孔用压缩空气反吹工艺，很难将中心孔内的偏钛酸反吹出去，造成中心孔物料无法洗涤，以致卸片时中心孔内的偏钛酸一起进入打浆槽内，较大地污染了洗涤好的物料，最终是Fe含量一直居高不下，产量提不上来的被动局面。从进料、洗涤到卸料整个生产周期超过了5个小时。滤布选择不合理，造成穿滤现象严重。部分设备问题故障频繁，造成水洗出现短路现象，洗涤很难合格，特别表现在一次水洗。经过近一年多的技术、工艺改造和操作条件摸索，2007年初我厂基本能达到了隔膜压滤机的设计要求：生产能力和质量稳定。从进料、洗涤到卸料整个生产周期控制在33.5h，一台隔膜压滤机每班可以生产2机，产量约为一次水洗300350kg/机，二次水洗400450kg/机。主要在以下方面进行了技术改造：对隔膜压滤机的尾板改造，尾板上的进料、洗水管及板面材质均改为耐腐蚀不锈钢，来代替原来插入的PVC管，大大地减少尾板进料凸面密封不好漏料所造成的二次污染；改型进料泵：由高扬程（50m）、低流量（30m3/h）改为低扬程（40m) 、大流量（50m3/h）的工程塑料耐腐蚀泵。改型洗水泵：与进料泵一样，选择低扬程、大流量泵。洗涤工艺改进：先进行中心洗涤2030分钟后，再进行对角洗涤，即2#、3#角洗直至洗涤合格。2005年试车时和2007年我厂国产隔膜压滤机在一二次水洗使用情况对比表（见表一）20052007年国产隔膜压滤机使用情况技术指标对比表表一：进料压力（Mpa）进料时间（分钟）中心洗涤洗涤工艺洗水温度（）洗涤水压力（Mpa）洗涤时间（ h ）一次水洗物料Fe含量（ppm）二次水洗物料Fe含量（ppm）压榨压力（Mpa）产量（kg/机）一次二次试车时2005年0.4560无边洗600.50.55430001000.6300350350400改进后2007年0.4545有2#、3#角对角洗45500.45 0.5315002000800.63504004005003 两种水洗方式设备投资对比分析我厂现有的30万t/a硫酸法钛白粉生产装置中，有一套1.5万t/a装置水洗部分采用真空叶滤机，2005年扩改的1.5万t/a新装置水洗部分全部采用了国产隔膜压滤机作为水洗设备。现将两种工艺设备投资情况作对比分析,具体如下：31 真空叶滤机用于水洗工艺投资及运行费用估算3.1.1 设备部分： （按年产1.5万t计）序号主要设备名称规格型号单位数量单价（万元）总价（万元）备注1一次水洗部分真空叶滤机F=100m2台81080抽滤池V=25m3个21020水洗池V=25m3个81080助滤剂池V=25m3个11010打浆槽V=30m3个21020卧式倒水罐V=10m3个3515桥式吊车W=5/5t台22040真空泵SK-2台2816倒液泵IHF65-50-160台60.63.6浆料泵80FUB-32台20.81.6回收系统套13030电器、仪表费用15管道费用202二次水洗部分真空叶滤机F=80m2台61060抽滤池V=25m3个11010水洗池V=25m3个51050打浆槽V=30m3个21020卧式倒水罐V=10m3个2510桥式吊车W=5/5t台22040真空泵SK-2台2816倒液泵IHF65-50-160台40.62.4浆料泵80FUB-32台20.81.6回收系统套130电器、仪表费用15管道费用20合 计 630万元3.1.2 土建部分 1.5万t/a钛白粉水洗工序(含一、二次水洗)总建筑面积约为3500m2，造价以2005年物价水平计约为1000元/ m2，水洗工序土建总费用约为350万元。1.5万t/a钛白粉项目用真空叶滤机作水洗设备，固定资产投资约为980万元。3.1.3 运行费用 （1）电耗：每吨钛白粉水洗工序电耗约为80kwh/t，电价按0.5元/kwh计，年产1.5万t钛白粉水洗工序耗电费用：800.51.5=60(万元)（2）水耗：每吨钛白粉水洗工序水耗约为45m3/t，水价按2.0元/m3计,年产1.5万t钛白粉水洗工序耗水费用:4521.5=135(万元)（3）辅材：每吨钛白粉水洗工序辅材消耗按200元/t计，年产1.5万t钛白粉水洗工序辅材消耗为：2001.5=300(万元)（4）人工成本：每吨钛白粉水洗工序人工成本按50元/t计， 年产1.5万t钛白粉水洗工序人工成本：501.5=75(万元)（5）维修费用：每吨钛白粉水洗工序维修费用按250元/t计， 年产1.5万t钛白粉水洗工序维修费用： 2501.5=375(万元) 以上合计：年运行费用为：60+135+300+75+375=945（万元）32 隔膜压滤机用于水洗工艺投资及运行费用估算321 设备部分（按年产1.5万t计）序号主要设备名称规格型号单位数量单价（万元）总价（万元）备注1一次水洗部分隔膜压滤机F=355m2台340120卸片槽台3515打浆槽V=50m3台31030电动葫芦CD110-12台166浆料泵100FUB-38台20.81.6空气压缩机系统套14040回收系统套15050电器、仪表费用10管道费用102二次水洗部分隔膜压滤机F=355m2台340120卸片槽台3515打浆槽V=50m3台31030电动葫芦CD110-12台166浆料泵100FUB-38台20.81.6空气压缩机系统套14040回收系统套15050电器、仪表费用10管道费用10合 计 565.2万元3.2.2 土建部分 1.5万t/a钛白粉水洗工序(含一、二次水洗)总建筑面积约为2500m2，造价以2005年价格水平计约1000元/m2，水洗工序土建总费用约为250万元。 15万t/a钛白粉项目用隔膜压滤机作为水洗设备固定资产投资约为815万元。323 运行费用： （1）电耗：每吨钛白粉水洗工序电耗约为60kw/h，电价按0.5元/kwh计，年产1.5万t钛白粉水洗工序耗电费用：600.51.5=45(万元)（2）水耗：每吨钛白粉水洗工序水耗约为20m3/t，水价按2.0元/m3计,年产1.5万t钛白粉水洗工序耗水费用:20201.5=60(万元)（3）辅材：每吨钛白粉水洗工序辅材消耗按150元/t计，年产1.5万t钛白粉水洗工序辅材消耗为：1501.5=225(万元)（4）人工成本：每吨钛白粉水洗工序人工成本按35元/t计， 年产1.5万t钛白粉水洗工序人工成本：351.5=52.5(万元)（5）维修费用：每吨钛白粉水洗工序维修费用按200元/t计， 年产1.5万t钛白粉水洗工序维修费用： 2001.5=300(万元) 以上合计：年运行费用为：45+60+225+52.5+300=682.5（万元）通过以上分析，用隔膜压滤机代替真空叶滤机用于钛白粉生产水洗工序从固定资产投资和运行费用都有较大的成本优势。两种水洗生产设备投资及运行费用对照表（见表二）表二 单位:万元项目真空叶滤机工艺隔膜压滤机工序设备投资630565.2土建投资350250运行费用945682.5注: 以1.5万t/a钛白粉规模估算。4 国产隔膜压滤机用于钛白粉水洗生产中的几个需注意的问题4.1 水解物料对一次水洗的隔膜压滤机的影响由于偏钛酸水解后，水合二氧化钛的粒度与粒度分布是影响水洗进度和水洗质量的主要内容，也是国产隔膜压滤机用于一次水洗不成功造成水洗时间过长的重要原因之一。控制好水合二氧化钛粒子大小，避免粒子过细堵塞滤布和粒子过粗颗粒不容易洗净，是水解工序质量控制最重要环节。一般情况下，水解过程在适当时候要停止蒸汽加热和停止搅拌的目的，都是让水解生成的水合二氧化钛晶体在一个比较好的条件下缓慢增长，以达到最适合水洗洗涤工序的最佳粒度和粒度分布。42 进料对水洗隔膜压滤机的影响偏钛酸浆料通过泵进入隔膜压滤机隔膜腔室，刚开始由于进料压力较低，物料填充腔室较快，大约56分钟后压力越来越高，物料在腔室形成了一定厚度的滤饼。若滤饼太薄水洗时容易造成短路，影响水洗效果；若滤饼太厚造成洗涤困难、水洗时间拉长，影响水洗速度。一般情况下，应选择大流量、低扬程进料泵；一次水洗滤饼应控制在2030mm，二次水洗滤饼厚度应控制2535mm较合适。43 水洗温度和酸度对水洗隔膜压滤机的影响由于偏钛酸水洗主要是洗去游离酸和以铁为主的金属硫酸盐，温度和酸度直接影响铁盐和其它金属离子硫酸盐在水中溶解度和水解生成氢氧化物沉淀时的PH值，所以控制隔膜压滤机进水洗涤的温度和酸度是加快水洗速度，提高水洗质量主要措施之一。一般水温控制5060，PH控制在12较合适。44 洗涤方式对水洗隔膜压滤机的影响通过大量对比、摸索操作条件，隔膜压滤机用于水洗的较佳的洗涤方式是：先中心洗涤再对角洗涤，这样比先中心洗涤再交叉洗涤的洗涤效果、消耗水量和洗涤时间均有明显的优势。在先中心洗涤，再对角洗涤时间分配上，通过多次条件对比和选优，选择中心洗涤时间控制在2030分钟，对角洗涤时间控制在7080分钟，总洗涤时间大约为100120分钟比较适宜。45 滤布对水洗隔膜压滤机的影响在洗涤条件和方式相对固定下，合理选择滤布将成为影响水洗效果的关键。由于水洗过程处于酸性较高环境，所以首先滤布必须耐酸，一般可用涤纶、丙纶等