苛化白液精细过滤器的研发与应用

李建波 李录杰 辛 华 袁梦竹 孟令启

（汶瑞机械（山东）有限公司，山东安丘，262100）

在现代造纸厂的碱回收生产车间中，为减少生产系统结垢现象，需尽力提高苛化工段制得的白液澄清度。传统苛化工艺系统中的重力沉降式白液澄清器等设备制得的白液澄清度不能满足用户的需求，某公司根据原有管式白液压力过滤器的技术经验，研发设计了白液精细过滤器新设备，用于进一步过滤白液中的悬浮物，以提高白液的澄清度。

1 设备结构

白液精细过滤器的基本结构如图1 所示，外形为一个立式筒体，其内部被一个开有多个圆孔的管板分为上、下两部分，滤管、滤套组成的过滤元件穿过管板上的圆孔，并利用开孔的压板定位。

1.1 筒体

白液精细过滤器筒体是一个立式圆筒形容器，其工作压力为0.41 MPa，设计内、外压力分别为0.52 MPa和-0.10 MPa。因为工作时容器内部完全充满液体，没有气相空间，故不属于压力容器，但考虑到工作安全性，筒体参照压力容器标准进行设计和制造[1]。筒体与物料接触部分材质为304L 不锈钢；顶部为碟形封头，底部为锥形封头；安装座圈位于直筒段的中间部位。

图1 白液精细过滤器基本结构

图2 分腔隔板和滤管、滤套的固定示意图

在筒体内部中间偏上的位置设置1 个多孔的管板，管板下部为浊白液进料区，上部为过滤后的清白液区，过滤元件（滤管和滤套）固定在管板的管孔上，如图2 所示。为防止变形、保证管板的平整度，管板上方焊接加强筋板；管板上的圆孔直径比滤管和滤套的直径略大，以便滤管能穿过管板；管孔呈三角形排列，孔间距即为滤管间距，约为滤管直径2 倍；滤管之间的空隙作为过滤泥层的预留空间。

1.2 滤管

滤管是白液精细过滤器的核心部件，与滤套共同组成过滤元件，其外径为60 mm，材质为316L 不锈钢。滤管结构如图3 所示，由管头、管筒和管底3 部分组成，管头为旋压成型的零件，当滤管插入管板时，管头的翻边挡在管板上，使滤管得到固定；管筒由孔板卷制后焊接成形，滤孔呈三角形排列，其开孔率近40%；管底为冲压成形的零件，可为半球面形状或圆滑过度的“凹”字形结构，管底制备多个过滤孔，以增加有效过滤面积。

图3 滤管结构

1.3 滤套

滤套的外形如图4 所示，由口部密封圈和滤套主体组成。滤套安装在滤管外，与滤管一起组成过滤元件。滤套主体材质为聚丙烯织物，组物结构为针刺基布，后处理方式为压光处理。滤套的直径比滤管略大，这样既便于安装拆卸，又有利于反冲过程中形成较大的反冲力，将白泥从滤套上脱离。滤套的关键技术指标是透气量，即在一定气压下，单位时间内单位面积通过的空气量，采购或制作滤套时应将此指标作为重要技术标准。

图4 滤套外形图

1.4 压板

压板用于滤管和滤套的压紧固定，用螺柱和螺母安装在管板的上表面，其结构如图5所示。压板分割成多个板块，每一块质量不超过20 kg。为更换滤管和滤套以及安装拆卸时便于人工搬运，每块压板上焊接两个把手。压板上的开孔对应着各个滤管的位置，经滤套和滤管过滤后的白液从压板上的开孔流入过滤器的上部槽体中。

图5 压板结构

2 工作原理

精细过滤工艺主要包括过滤、反冲、水洗和酸洗4 个过程。过滤、反冲与水洗是顺控正常生产循环过程，酸洗是根据实际情况，临时停机进行的生产行为[2]。白液精细过滤器的工艺流程如图6所示。

图6 白液精细过滤器工艺流程

经过白液澄清器过滤后的白液，由进液泵泵送入白液精细过滤器底部，泵产生的正压作用使清白液通过滤套进入过滤器上部，并溢流到白液贮存槽，白液中的白泥通过滤套时被截留于滤套的表面。当白液精细过滤器上、下部压差大于设定的反冲压差时，进行反冲；当压差达到酸洗设定压差或反冲操作过于频繁时，进行酸洗。

2.1 过滤

如图6 所示，白液通过进口阀门“A”进入过滤器的下部，通过出口阀门“B”进入白液贮存槽，过滤后的白液浊度在20 mg/L 以下，进料白液的浊度对白液澄清度影响不大，但是会影响反冲循环的时间周期。为了防止出现虹吸现象，需保持白液贮存槽的出口不被淹没。

过滤周期取决于进料白液的浊度，通常为总运行时间的98%；反冲时间一般为1～5 min。过滤周期与浊度的关系如表1所示。

2.2 反冲

随着过滤器中白泥的增多，上、下部压差会升高，压差达到设定值便开始反冲循环。滤管、滤套的正常压差一般在70～140 kPa范围内，最高不超过210 kPa，否则会造成滤管严重变形。反冲可以通过时间控制器周期性开启。在反冲过程中，白液进料泵停止，阀门“A”和“B”关闭，阀门“C”和“D”打开，留在过滤器上部的清白液通过过滤管反流回过滤器的底部；阀门“D”打开，外界空气进入过滤器内部，滤套上的白泥沉降至过滤器底部，经反冲液冲洗后，通过阀门“C”排至放空槽内（见图6）。

表1 进料浊度与过滤周期关系表

2.3 水洗

当过滤器排空液体后，打开阀门“H”，用热水清洗容器5～10 min，将过滤器彻底清洗干净，清洗后的废水排到放空槽。当过滤器被排空后，阀门“C”关闭，过滤循环重复进行。

反冲和水洗过程中，从过滤器中排放出的白泥和白液进入放空槽。因为其中的白泥颗粒十分细小，如将其混入白液处理系统中，将导致白液澄清度的下降，因此一般不送入白液处理系统，而是将其泵送到绿泥贮存槽或原绿液稳定槽。实际工程中多设计为泵送到绿泥贮存槽，随绿泥一起过滤后排放。这部分白泥和白液中的碱浓度较高，当其混入绿泥中处理时，会导致排放绿泥的残碱值短时间内明显上升，但因反冲周期很长（1天至数天排放1次），这一影响实际可忽略。如将其泵送到原绿液稳定槽，混入原绿液中经过澄清器处理，则对系统的影响较小，是较为合理的选择[3]。

此外，如果苛化系统配置了两段白泥预挂过滤机，可考虑将白液精细过滤器反冲过程时排放的高浓度白泥和白液送入白泥贮存槽，进行两段过滤处理；再将水洗过程中排放的低浓度白液送入稀白液贮存槽，这种操作对控制要求相对较高。

2.4 酸洗

白液精细过滤器运行一段时间后，滤套逐渐被白泥堵塞，过滤压差逐渐升高。滤套堵塞通常表现为白液精细过滤器的过滤压差很快上升到其最大值，并且过滤器生产能力迅速下降，低于正常水平，即使清洗滤布也不能使其上升至正常水平。当压差达到210 kPa时，过滤器停止运行，开始进行滤套的酸洗处理；在酸洗前必须对滤套进行彻底的水洗，避免过滤器内残留的白泥和碱液混入酸液；一般根据实际情况来确定滤套的酸洗周期。

表2 白液精细过滤器规格及参数表

酸洗的具体步骤为：关闭所有阀门，打开阀门“E”和“F”，缓慢将酸液泵入过滤器内，使其充满管板，浸泡2～3 h 后，打开阀门“G”排出酸液；酸洗结束后需用热水冲洗过滤器内残留的酸液；根据过滤介质中的悬浮物比例，定期进行酸洗。

酸洗用酸为氨基磺酸（NH2NSO3H），浓度10%，温度75℃；配置酸液时要加入防腐剂以防护设备和管道腐蚀，如Armohib 18、Rodine 31A 和Norust HPE等。为避免安全隐患，酸液不能长时间保存，所以每次清洗时酸液需单独配置，且在清洗操作后从槽内迅速排出，排出前需用NaOH 中和；酸洗后，酸槽和管道需用水进行冲洗。

3 技术特征

白液精细过滤器作为新型的白液过滤设备，具有以下技术特点。

（1）设备完全密封，可有效防止白液氧化，避免降低活性碱浓度及硫化度。

（2）过滤作业在密封正压状态下进行，可有效防止白液热量散失。

（3）无臭气散发，工作环境清洁。

（4）无电机与减速机的传动结构，操作维护简单，能耗低。

（5）过滤后白液的澄清度高，悬浮物含量可小于20 mg/L。

4 应用案例

白液精细过滤器设备已成功应用于国内外多条制浆生产线的碱回收苛化工段中，其规格型号及技术参数如表2所示。

白液精细过滤器的反冲、洗涤周期为1～3天；酸洗周期为4～8 周；滤套使用寿命为6 个月至1 年；洗涤用水量为2～5 m3/d；每立方白液过滤耗电量约为0.15～0.25 kWh。

5 结 语

某公司研发制造的BYGⅡ系列白液精细过滤器，可应用于白液澄清器之后进一步提高白液澄清度，经其过滤后白液澄清度可低于20 mg/L，其制备技术成熟，使用效果稳定可靠。