基于兩級旋流+超濾膜組合法凈化工業氣體中超微細霧滴的研究

解清杰，劉佩錦，孟慶曦，周君立，卜睿祥，彭鴻彬

(1.江蘇大學 環境與安全工程學院，江蘇 鎮江 212013；2.鎮江江南化工有限公司，江蘇 鎮江 212013)

1 引言

在醫藥、化工、煉鋼、石化、發電等社會生產領域，如酸洗、電鍍、電解、制酸等過程中均會使用到硫酸、鹽酸、硝酸、有機溶劑等物質。生產后的氣相中一般會夾帶有一定數量、大小不一的液相霧滴，這對生產及環境都是有害的，需要設法將其除去[1]。霧滴主要是由于液體表面蒸發，與水凝結而形成，另外，在發生化學反應時，均有氣泡產生，氣泡上浮到液面后爆破，液滴也隨之而出。霧滴中會含有許多有毒有害的物質，其性質也各不相同，如含有酸液、堿液和有機溶劑等，會影響其反應過程，會腐蝕或堵塞設備及儀器等；如果未祛除直接排放，還會形成"白煙"，影響人們的視野，污染環境并影響人們的身體健康。

例如，有機硅材料生產過程中氯化氫原料的除雜問題，經二甲基二氯硅烷水解，氯化氫氣體中多含有粒徑不一的硅氧烷超微細霧滴，在設備隱患、產品質量和員工健康生產等多方面均存在較多問題。此外，超微細霧滴作為誘發“霧霾”的重要因素之一，其粒徑在0.1～100μm之間，肉眼難以看見。隨著社會對“霧霾”問題的愈發重視，國內外就除霧技術的研究亦不斷深入[2]。

2 方法介紹

結合圖1 所示 ：該新型超微細霧滴凈化工藝基于旋流分離結合氣態超濾膜凈化技術。選取了較大高徑比的旋流器及可更換多種膜材料的氣態超濾膜作為其中的主要處理單元，在基本保證不影響原始工業氣體原料的前提下，對超微細霧滴進行去除凈化。該工藝運作時，先將一定壓力的含霧氣流沿一級旋流器外筒體切線方向通入其中，旋流器底部以支架加緊固螺絲固定。所得氣流由出口排出，離心分離的霧滴顆粒沿筒壁滑向底部，經排污管流至儲罐收集。一級旋流器出口含霧氣流沿導流孔仍按切線方向進入后續二級旋流器，旋流器底部亦以支架加緊固螺絲固定。開展二次捕集，霧滴顆粒靠重力沿排污管經底部流入儲罐，氣流經兩級旋流器的下方出口排出。所排出的氣流進一步流過氣態超濾膜，持續過濾，排出凈化后的氣體，實現達標處理。當出現處理效率不佳時，則利用膜清洗裝置對前期使用過的氣態超濾膜進行清洗，排出清洗廢液，風干后進行再次利用。所述的膜清洗裝置與超濾膜頂部相接，實現整體流程的一體化。該工藝能高效去除工業企業生產過程中的超微細霧滴雜質，凈化效率好，能耗低，實施面積小，處理穩定、安全、廉價且便于操作。該工藝包括兩級旋流處理單元、氣態超濾膜單元與輔助系統；主要結構包括兩級旋流器、氣態超濾膜、膜清洗裝置和儲罐。

(1)在兩級旋流處理單元中，所選兩級旋流器的徑高比分別設置為1∶(5～7)和1∶(10～15)，超微細霧滴顆粒可在旋流離心力作用下有效地實現去除，且兩級旋流器所用的霧滴儲罐為同一儲罐。

(2)在氣態超濾膜單元中，氣態超濾膜材料應結合超微細霧滴的性質進行選取，包括無機膜材料、有機膜材料和無機-有機復合膜材料。

(3)在輔助系統中，主要包含膜清洗裝置和霧滴收集罐，所述的膜清洗裝置與超濾膜頂部相接，提供清洗液進行反沖洗。需強調的是所用的清洗液應結合氣流中超微細霧滴的性質進行選取：①選用(1%～2%)檸檬酸溶液或檸檬酸鈉溶液或(0.4%～0.5%)HCl溶液，對鐵鹽或碳酸鹽溶液霧滴進行清洗；②選用(0.1%～0.2%)NaClO+(0.1%～0.2%)NaOH溶液，清洗由有機物霧滴及活性生物溶液霧滴引起的超濾膜組件的污染；③選用(0.2%～0.3%)H2O2+(0.2%～0.3%)NaOH溶液，清洗由谷氨酸發酵液霧滴引起的超濾膜組件的污染；④選用(1%～1.5%)甲醛溶液，清洗由細菌溶液超微細霧滴導致的膜組件污染；⑤選用清洗液配方：(15%～20%)的Na2CO3、(5%～7%)的Na3PO4、(1%～3%)的NaOH、(0.3%～0.5%)的EDTA(乙二胺四乙酸)，清洗由膠體溶液霧滴造成的膜污染；⑥選用清洗液配方：(7%～10%)的十二烷基苯磺酸鈉、(6%～9%)的表面活性劑、(0.3%～0.5%)的NaOH、(0.1%～0.2%)的無水碳酸鈉、(9%～12%)的磷酸鈉、(8%～10%)10%的硅酸鈉，清洗時需注意控制pH值介于(5.5～8.5)，不宜過酸過堿，要慎重選擇，主要清洗含油廢水所造成的膜污染；⑦選用清洗液配方：(2%～4%)的H3PO4、(0.3%～0.6%)的乙二胺四乙酸二鈉、(0.3%～0.5%)的LBOW專用清洗劑，清洗蛋白質類和油脂類超微細霧滴造成的污染；⑧通常情況下，選用蒸餾水作為膜清洗液，清洗排出清洗廢液后風干即可。上述清洗過程完成后，排出清洗廢液后風干即可。

圖1 基于兩級旋流+超濾膜組合法凈化工業氣體中超微細霧滴的處理流程框圖

3 結語

本文介紹的超微細霧滴去除工藝基于一種旋流分離和氣態超濾膜組合技術，針對目前化工企業生產或解吸所得工業氣體中含有的超微細霧滴雜質的行業難題，該工藝可有效解決該行業因該技術短板而造成的產品質量下降、管線設備堵塞、開車時間短和運行裝置腐蝕等問題。改善我國酸洗、電鍍、電解、制酸等工業生產過程中超微細霧滴影響氣體原料及氣體產品質量等現狀。提供一種能夠吸附凈化直徑小至0.1μm的超微細霧滴的一體化氣液分離工藝，使得經過凈化后的工業氣體能夠達到較高要求的行業標準，由此滿足國內有關的企業生產與消費需求。