連續(xù)膜系統(tǒng)在堿液回收中的應(yīng)用

王婧

（唐山三友集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司，河北 唐山 063305）

1 概 況

隨著國內(nèi)外市場(chǎng)漿粕價(jià)格的持續(xù)攀升，使得粘膠纖維的生產(chǎn)成本大幅度提高。為了降低生產(chǎn)成本，低質(zhì)、低價(jià)漿粕的使用比例得以提升。

在粘膠纖維的生產(chǎn)過程中，需用一定濃度的NaOH 溶液來浸漬漿粕以生成堿纖維素，并溶出半纖等雜質(zhì)，產(chǎn)生出的大量含半纖的廢堿液，需先去除廢堿液中的半纖等雜質(zhì)，使堿液得到回收利用。

由于紙漿等低質(zhì)、低價(jià)漿粕中的半纖含量較高，導(dǎo)致粘膠纖維生產(chǎn)系統(tǒng)堿液中的半纖含量更高，嚴(yán)重影響了壓榨效果、粘膠成型及成品纖維的質(zhì)量，給粘膠纖維生產(chǎn)造成了困難。

目前，國內(nèi)粘膠短纖維生產(chǎn)企業(yè)在堿液處理過程中，普遍采用透析工藝或多級(jí)稀釋納濾膜工藝過濾去除堿壓榨液中的半纖維素，以降低半纖維素的含量，使堿壓榨液再次回收利用到生產(chǎn)系統(tǒng)中。

透析工藝是利用半滲透膜兩側(cè)液體濃度差作為動(dòng)力，不僅傳質(zhì)速率低，堿液回收率低（僅為20%），且水的消耗量大，設(shè)備占地面積大，故已逐漸被淘汰。多級(jí)稀釋納濾膜工藝采用納濾膜對(duì)堿液中的半纖維素進(jìn)行多級(jí)稀釋，階梯式回收堿液，回收率高達(dá)90%，已逐漸代替透析工藝用于粘膠生產(chǎn)行業(yè)的堿液回收。

傳統(tǒng)的納濾系統(tǒng)運(yùn)行方式為批量間歇運(yùn)行，可以通過膜通量衰減情況來確定清洗納濾膜的時(shí)機(jī)，增加清洗頻率，有利于延長(zhǎng)納濾膜的使用壽命，清洗劑選擇軟水或稀堿液均可。

清洗納濾膜時(shí)，先將納濾膜系統(tǒng)停機(jī)，由人工現(xiàn)場(chǎng)操作的方式進(jìn)行清洗，該方法不僅影響過濾效率，且人工手動(dòng)操作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。在實(shí)際生產(chǎn)中，每處理2 罐堿壓榨液就需停機(jī)清洗一次。由于此種運(yùn)行模式在開始階段凈液通量較大，而隨著半纖的濃縮，凈液通量降低，且納濾膜較易污堵，造成衰減，從而影響了過濾的效果。

為了解決以上難題，針對(duì)在粘膠短纖維生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)的批量間歇式處理堿壓榨液方法存在的缺點(diǎn)，在原有納濾操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合DCS 自動(dòng)化控制系統(tǒng)，經(jīng)過車間多次實(shí)驗(yàn)摸索，研究開發(fā)了一種操作簡(jiǎn)單，可有效提高納濾膜利用率，減少納濾膜清洗次數(shù)，延長(zhǎng)納濾膜使用壽命的堿壓榨液連續(xù)膜的處理方法。

2 連續(xù)膜系統(tǒng)在堿液回收中的工藝流程

堿壓榨液的連續(xù)膜處理系統(tǒng)是一套全自動(dòng)運(yùn)行、清洗的連續(xù)膜處理工藝，主要包括備料、進(jìn)料、系統(tǒng)運(yùn)行、清洗等過程。

連續(xù)膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 連續(xù)膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Continuous membrane system structure

3 備料過程

進(jìn)料前，進(jìn)料罐中應(yīng)有一定量的堿壓榨液的料液儲(chǔ)備，系統(tǒng)設(shè)定自動(dòng)加料。當(dāng)料液溫度低于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)料閥會(huì)自動(dòng)打開接收料液；當(dāng)儲(chǔ)罐液位達(dá)到設(shè)定的高液位時(shí)，進(jìn)料閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

一般情況下，可以設(shè)定補(bǔ)料位為20%，停止補(bǔ)料位為60%。補(bǔ)料的流量可以通過自動(dòng)或手動(dòng)來控制。

4 進(jìn)料過程

進(jìn)料罐中的堿壓榨液進(jìn)入納濾進(jìn)料泵，當(dāng)壓力達(dá)到0.4 MPa 時(shí)，進(jìn)入一級(jí)循環(huán)泵，間隔30 s 啟動(dòng)二級(jí)循環(huán)泵、三級(jí)循環(huán)泵、四級(jí)循環(huán)泵、五級(jí)循環(huán)泵、六級(jí)循環(huán)泵，三級(jí)循環(huán)泵啟動(dòng)30 s 后，高壓泵啟動(dòng)運(yùn)行。

各級(jí)膜組件運(yùn)行采用串聯(lián)模式運(yùn)行：

（1） 料液首先進(jìn)入一級(jí)膜組件，經(jīng)過一級(jí)膜內(nèi)循環(huán)處理后，過濾出的濃縮液輸送至二級(jí)膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐中。

（2） 經(jīng)過二級(jí)膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至三級(jí)膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐中。

（3） 經(jīng)過三級(jí)膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至四級(jí)膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐。

（4） 經(jīng)過四級(jí)膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至五級(jí)膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐。

（5） 經(jīng)過五級(jí)膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至六級(jí)膜組件，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐。

（6） 經(jīng)過六級(jí)膜內(nèi)循環(huán)處理后的濃縮液輸送至濃縮液罐中，用于調(diào)配溶解堿，產(chǎn)生的凈液輸送至凈液緩沖罐中。

（7） 再將凈液經(jīng)凈液輸送泵輸送至凈液罐中，重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)用于調(diào)配浸漬堿。

由于料液經(jīng)過各級(jí)納濾膜組件循環(huán)過濾濃縮后進(jìn)入下一級(jí)膜系統(tǒng)時(shí)，濃縮液中的半纖含量逐漸提高，一至四級(jí)膜組件中安裝的是單只處理面積較大的MPS34 窄通道規(guī)格納濾膜（一級(jí)、二級(jí)膜組件分別配備12 支膜殼、每支膜殼裝有36 支窄通道納濾膜；三級(jí)膜組件配備10 支膜殼、每支膜殼裝有30 支窄通道納濾膜；四級(jí)膜組件配備8 支膜殼、每支膜殼裝有24 支窄通道納濾膜），膜總面積大，料液流量大，處理效率高，每一級(jí)膜組件內(nèi)產(chǎn)生的濃縮液比上一級(jí)膜組件產(chǎn)生的濃縮液的半纖含量提高1.2 倍。

由于五、六級(jí)膜組件內(nèi)運(yùn)行的料液半纖含量較高，易污染堵塞納濾膜，所以，五至六級(jí)膜組件中安裝MPS74 寬通道納濾膜（五、六級(jí)膜組件分別配備6 支膜殼、每支膜殼裝有12 支寬通道納濾膜），可有效降低濃縮液對(duì)納濾膜的污堵，延長(zhǎng)納濾膜的使用壽命，五至六級(jí)膜組件內(nèi)產(chǎn)生的濃縮液比上一級(jí)膜組件產(chǎn)生的濃縮液的半纖含量提高0.65倍。在系統(tǒng)啟動(dòng)前，應(yīng)確保整個(gè)系統(tǒng)充滿220 g 的應(yīng)堿，溫度不低于進(jìn)料溫度。

5 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行過程

所有泵啟動(dòng)后，堿壓榨液進(jìn)料調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定的濃縮倍數(shù)進(jìn)行流量調(diào)整，使納濾膜系統(tǒng)進(jìn)料流量與濃縮液流量的比值達(dá)到設(shè)定的濃縮倍數(shù)（濃縮倍數(shù)=進(jìn)料流量/濃縮液流量）。

同時(shí)，高壓泵會(huì)根據(jù)設(shè)定的壓力值自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率（開機(jī)啟動(dòng)時(shí)設(shè)定0.6 MPa，待系統(tǒng)穩(wěn)定后根據(jù)處理量可設(shè)定范圍1.0 ～2.0 MPa），根據(jù)六級(jí)納濾膜的壓力調(diào)整6 個(gè)循環(huán)泵的運(yùn)行頻率（30 ～45 Hz），控制單支膜的進(jìn)出口壓差≤0.1 MPa。

系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，根據(jù)納濾系統(tǒng)的進(jìn)液、濾液、濃縮液的堿含量及半纖含量，適當(dāng)調(diào)整濃縮倍數(shù)。一般情況下，系統(tǒng)進(jìn)料半纖濃度為35 ～45 g/L，在此基礎(chǔ)上的濃縮液半纖控制濃度為110 g/L，凈液半纖濃度＜5 g/L。

因此，系統(tǒng)處理時(shí)，會(huì)因?yàn)檫M(jìn)料半纖濃度的變化導(dǎo)致濃縮液半纖濃度的變化。若進(jìn)料半纖濃度呈上升趨勢(shì)，應(yīng)適當(dāng)降低濃縮倍數(shù)；若進(jìn)料半纖濃度呈下降趨勢(shì)，可適當(dāng)提高濃縮倍數(shù)。

經(jīng)過連續(xù)膜處理后產(chǎn)生的凈液回到生產(chǎn)系統(tǒng)中，用于調(diào)配浸漬堿液；產(chǎn)生的濃縮液回到生產(chǎn)系統(tǒng)中，用于調(diào)配溶解堿。

6 系統(tǒng)清洗

一級(jí)納濾膜組件從納濾膜系統(tǒng)中切換出來進(jìn)行清洗，其他的納濾膜組件正常運(yùn)行，堿壓榨液或上一級(jí)納濾膜組件產(chǎn)生的濃縮液跳過正在清洗的納濾膜組件通入下一級(jí)納濾膜組件或濃縮液罐中。清洗結(jié)束后，該納濾膜組件重新串聯(lián)到納濾膜系統(tǒng)中。以此類推，分別對(duì)各級(jí)納濾膜組件進(jìn)行清洗。

6.1 清洗劑

一級(jí)納濾套膜系統(tǒng)清洗需要的清洗劑為軟水，每天清洗一次即可。清洗前，應(yīng)將清洗罐中灌滿清洗液，設(shè)定清洗罐的收集液位為60%的液位值。

6.2 控 溫

系統(tǒng)的運(yùn)行溫度為50 ℃，膜清洗溫度比進(jìn)料溫度高5 ℃。在使用前，需用換熱器將溫度升高5℃。清洗液通過循環(huán)泵、換熱器循環(huán)，當(dāng)溫度達(dá)到55 ℃時(shí)，換熱停止，蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，延遲30 s關(guān)閉循環(huán)泵。

由于換熱器管道太長(zhǎng)，保溫不好會(huì)導(dǎo)致管道里積存大量的冷凝水。所以，每天第一次使用時(shí)，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)將疏水閥的旁通開啟，將冷凝水排放干凈后，再關(guān)閉旁通，使用疏水閥排水。

6.3 停 機(jī)

整個(gè)系統(tǒng)包括6 套納濾膜裝置，分別有運(yùn)行管道和清洗管道連接各級(jí)膜組件，且運(yùn)行管道和清洗管道進(jìn)出口都安裝開關(guān)調(diào)節(jié)自控閥和旁通自控閥，用于控制各管道的開關(guān)狀態(tài)。清洗時(shí)，可通過電腦操控自控閥，單獨(dú)切出一套進(jìn)行清洗，其他5 套處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)其中一套需要清洗時(shí)，該系統(tǒng)的循環(huán)泵停止，停止進(jìn)料。

6.4 頂 料

裝置停機(jī)后，管路里殘留了母液。通過電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)操控濃縮液回流旁通自控閥，使用清洗液將該殘留母液頂洗到進(jìn)料罐中，同時(shí)，濾液被頂回到清洗罐中，頂洗時(shí)間設(shè)置為5 min，可將物料全部頂出。

6.5 清 洗

將管道中的料液沖洗干凈后，啟動(dòng)清洗程序。清洗泵開啟后，循環(huán)泵延遲30 s 開啟循環(huán)。循環(huán)時(shí)間設(shè)定為50 min。清洗結(jié)束，先停循環(huán)泵，之后，再停清洗泵，其余閥門關(guān)閉。

6.6 排 料

清洗結(jié)束后，清洗罐中的料液通過清洗泵輸送至凈液罐中。

7 連續(xù)膜的控制方式

為了提高工作效率，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，降低用工成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，連續(xù)膜過濾技術(shù)采用了DCS（Distributed Control System） 控制系統(tǒng)，所有閥門均采用自控閥，反饋信號(hào)直接傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的電腦中，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)操作系統(tǒng)開停車、正常運(yùn)行、清洗過程等一系列操作的全自動(dòng)運(yùn)行。

8 結(jié) 語

采用堿壓榨液的連續(xù)膜處理方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)間歇式過濾方法后，半纖處理效果穩(wěn)定。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐和改進(jìn)，堿壓榨液的連續(xù)膜處理方法已投入穩(wěn)定運(yùn)行。由于連續(xù)膜系統(tǒng)采用DCS 全自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了工作效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，車間每班組可減少1 名操作工，顯著節(jié)約了生產(chǎn)成本和人工費(fèi)用。粘膠生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的半纖含量為30 ～40 g/L的堿壓榨液經(jīng)過六級(jí)膜組件處理后，產(chǎn)生的凈液半纖含量≤5 g/L，產(chǎn)生的濃縮液半纖含量為70 ～75 g/L，達(dá)到了最佳半纖控制范圍。

連續(xù)膜系統(tǒng)產(chǎn)生的凈液可回收到生產(chǎn)系統(tǒng)中用于調(diào)配浸漬堿，產(chǎn)生的濃縮液可回收到生產(chǎn)系統(tǒng)中用于調(diào)配溶解堿，實(shí)現(xiàn)了堿壓榨液的循環(huán)利用，避免了由于堿壓榨液外排而造成的環(huán)境污染。

對(duì)比傳統(tǒng)的間歇式運(yùn)行方式，連續(xù)膜系統(tǒng)每天清洗次數(shù)可以減少2～3 次，單只納濾膜的處理量提升1.2 倍，有效提高了納濾膜的利用率，減少了納濾膜的清洗次數(shù)，延長(zhǎng)了納濾膜的使用壽命，連續(xù)膜系統(tǒng)處理堿壓榨液具有良好的使用效果和應(yīng)用前景。