第９期　２０１１年９月　中国氯碱　

Ｃｈｉｎａ　Ｃｈｌｏｒ—Ａｌｋａｌｉ　Ｎｏ．９　

Ｓｅｔ）．。２０１　１　

离子膜法电解用盐水固液分离　

精制工艺技术比较及发展方向　

刘国桢　

（中国氯ｎ．ｚ－业协会烧碱专家委员会主任，沈阳化工集团公司，辽宁沈阳１１００２６）　

摘　要：分析了离子膜法电解用盐水各种固液分离精制工艺技术的优缺点。提出了盐水固液分离精制　

技术的发展方向。　关键词：盐水；固液分离；精制；发展方向　中Ｉｔｌｆｆ类号：ＴＱｌｌ４．２６　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－１７８５（２０１１）０９—０００１—０７　

Ｉｏｎ－ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｗｉｔｈ　ｓａｌｔ　ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　

￣ｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｕｒｉｔｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｎｎｏｌｏＲｙ　ｃｏｍｐａｒｅａ　ａｎ　ａｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　

ＬｉＵ　Ｇｕｏ－ｚｈｅｎ　（Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１００２６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｏｌｉｄ—－ｌｉｑｕｉｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｂｒｉｎｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ａｎｄ　

ｃｏｍｐａｒｅｄ，ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｂｒｉｎｅ　ｗａｓ　

ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｎｅ；ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　

随着离子膜法食盐电解技术的发展，特别是装　

置大型化、电解电流密度逐步提高和电槽膜极距的　普遍采用，对盐水质量的要求逐步提高，同时，随着　科技进步和各领域间的技术转移。也催生了多种新　

型盐水固液分离精制工艺技术，呈现出不同的工艺　

特点和优势。丰富了盐水精制技术内容和含量，给生　产提供了更多的选择空间。　１固液分离精制盐水的目的　

为更科学准确地反映盐水精制的工艺过程，从　

分离原理分类，对用化学法在盐水中形成固相，然后　用物理方法去除杂质的过程称之为固液分离精制：　

对采用离子交换方法除去杂质的过程称之为离子交　

换精制：对用纳滤膜法分离ＳＯ．￣－过程称之为纳滤膜　

法精制。　盐水经化盐饱和后。含有大量的可溶和不溶杂　

质，必须用有效方法稳定去除，达到离子交换精制的　

要求，即达到螯合树脂离子交换塔（树脂塔）的基本　要求。为稳定树脂塔操作、提高进槽盐水质量，进入　树脂塔的盐水杂质含量尽量低并保持稳定。固液分　离精制系统的进入盐水质量受原盐质量控制，出水　

质量受到树脂塔性能制约。在约定盐平均质量　

（ＮａＣ１＝９６％。Ｃａ２　＝３％，Ｕｇ　＝２％，ＳＯ　＝０．５％，ＳＳ＝　ｌ％）前提下，进入和排出盐水固液分离精制系统的　

盐水质量指标见表１。　表１　固液分离精制出入盐水质量指标　１Ｏ’６　项目　入固液分离系统盐水出固液分离系统盐水　

２固液分离精制的基本原理　

盐水固液分离精制的基本要求是尽可能使杂质　

形成固相大颗粒．可通过初步的重力分离去除大部　分杂质或指定的部分成分，并最终通过精密过滤达　

到树脂塔指标要求，因此，固液分离精制的工艺路线　可分为２种：重力分离＋过滤工艺和单纯过滤工艺。

　２　中国氯碱　２０１１年第９期　

重力分离依据固液相的比重差．实现固液相间　

分离，根据分离对象不同，可分为沉降分离和浮上分　

离。沉降分离依据斯托克斯公式针对以钙为主的混　合固相分离效果较好，而浮上分离则依据溶气析出　

附着原理对以镁为主的固相分离效果较好。其优点　是处理能力大．可以处理不易过滤物质缺点是对小　

颗粒精制效果差，对影响固液相比重差变化因素（如　

温度、流量、盐浓度等）敏感。　依照斯托克斯定律。固体悬浮粒子的沉降速度　与悬浮粒子的直径平方、固体悬浮粒子的比重与清　

液比重差成正比。与悬浮液黏度成反比。在实际生产　中。向悬浮液中添加凝聚剂来增加悬浮粒子的直径，　

提高悬浮液的温度来降低悬浮液的黏度和比重，加　速悬浮粒子的沉降速度并促使沉淀颗粒长大，以大　

角度倾斜壁（外壁和反应筒外壁）的方法减少颗粒下　降距离从而提高颗粒聚集机率。　

过滤分离依据过滤基本方程实现孔隙过滤，存　在滤料（滤布）加滤饼双重作用效果，但不同的过滤　

工艺。可根据主要过滤作用的滤层分为滤料过滤和　表面膜孔隙过滤。即滤料过滤和表面过滤。过滤分离　也可采用分级过滤工艺，即第１步用粗过滤去除大　

部分杂质，再用精过滤达到指标要求。过滤分离优点　是过滤精度可调，对盐水工艺参数差变化（如温度、　

流量、盐浓度等）不敏感，缺点是固相成分变化易影　响滤层透过性使流量变化。　

过滤的基本方程：【　】　

ｄＶ—Ｓ２ＡＰ　ｄ＇ｒ　Ｉ￣ｒ＇ｖ（Ｖ＋Ｖｅ）　式中：Ｖ一滤液体积，ｍｓ　

Ｔ一过滤时间，Ｓ　Ｓ一过滤面积，ｍ　

△Ｐ一滤饼两侧压差。Ｎ／ｍ２　

一滤液黏度，Ｎｓ／ｍ　ｒ一单位压力差下滤饼的比阻，１／ｍ　

ｖ一过滤出单体积的滤液时生成的滤饼的体　

积．ｍ３／ｍ　Ｖｅ一过滤介质的当量滤液体积，ｍ　

ｓ一滤饼的压缩系数，Ｏ≤Ｓ≤１，对于不可压缩　滤饼ｓ＝０　从过滤的基本方程可以看出，过滤速度与过滤　

面积的平方和滤饼压差成正比。与滤液黏度、滤饼单　位比阻成反比。与滤液体积加上过滤介质当量滤液　

体积成反比。　该基本方程假设过滤介质为含过滤饼的一定当　量的滤液，以计算过滤介质对过滤速度的影响。如果　以滤饼为主要阻力的过滤，则滤液体积（Ｖ）大于过　

滤介质的当量滤液体积（Ｖｅ）。如果以过滤介质为主　要阻力的过滤，则反之。　为有利于提高过滤液质量和减小过程对过滤质　

量的影响，提高过滤速度，设计中要提高Ｖｅ，减ｄｘＶ，　

这就是很多过滤过程中采用频繁反冲和定期反洗的　原因。　为保证系统盐水流量稳定供应，采用的都是恒　速过滤。　在恒速过滤中，如果滤饼不会被压缩，则压力升　高与时间呈线性正比关系。而实际情况是，由于滤饼　

可以被压缩．压力升高要快于理想状况。　各种固液分离精制的单元操作应用见表２。　

表２各种固液分离糟制单元应用一览裹　分离方法　分离设备　分离物质　

．．．．　。浮上桶（连续溶气浮上法）　Ｍｓ（ＯＨ）２ｘＣａＣ０３、ＳＳ　比重差分离　澄清桶（连续沉淀法）　ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＳＳ、ＢａＳ０４　砂滤器　ＳＳ　白煤过滤器　ＳＳ　ＣＮ过滤器　ＣａＣＯ３、Ｍｓ（ＯＨ）２、ＳＳ、ＢａＳＯ４　过滤分离　碳素管过滤器　ｓｓ　陶瓷膜过滤器　ＣａＣＯ　、Ｍｓ（ＯＨ）２、ＳＳ　四氟膜过滤器　ＣａＣＯ３、ＳＳ　

３各种典型固液分离盐水精制工艺技术　

中国近年经过快速发展，目前，已基本形成几种　

典型的盐水精制工艺路线，代表着盐水精制的技术　前沿状况。且每种工艺各有特点。主要可以分为传统　

工艺和新式工艺。传统工艺是以比重差分离为主，结　合２步过滤分离。先在高分子絮凝剂参与下进行絮　

凝共沉降，然后进行粗细双级过滤；新式工艺分为比　重差分离＋过滤分离和单步过滤精制。西恩过滤的　

过程是在一个过滤器中组合了吸附沉淀分离与过滤　分离２种过程和原理，精制工艺简单化。不同工艺分　

类情况见表３。　３．１　碳素管固液分离精制工艺　从化盐桶顶部溢流出的近饱和状态盐水，经折　

流槽进入盐水反应器。在折流槽的一定位置相继加　人纯碱、氢氧化钠，进入盐水反应桶，经充分反应后　

的盐水再经折流槽进入澄清筒。在盐水进入澄清设　

备前，加入助沉剂（通常使用聚丙烯酸钠高分子聚凝　

剂）。澄清后的盐水直接进入砂滤器。出盐水再经过　碳素烧结管过滤器以进一步除去盐水中的悬浮物，　

使盐水中的悬浮物含量达到ｌｘｌ０　以下。

　第９期　刘国桢：离子膜法电解用盐水固液分离精制工艺技术比较及发展方向　３　

３．１．１　第１工艺单元一重力分离　比重差法固液分离是根据重力作用的原理。即　

悬浮于盐水中的固体粒子与盐水的比重差别，比盐　水比重大的固体粒子在重力的作用下自由沉降。使　

杂质粒子与清液分离。目前。该工艺普遍采用反应式　

澄清桶。其结构由中心锥形带６层搅拌的反应区和　外锥形主体组成，粗盐水先从上部进入反应区，经充　分反应并停留足够的时间，然后。自下而上通过倒锥　

形变速率上升澄清区，经上部溢流管的侧孑Ｌ汇集到　中心溢流堰后经排出管排出。　

其特点是中心反应区体积大：盐水上升分布均　匀；澄清变速率流动。对温差、浓差等比重差变化敏　

感度低；澄清区内壁和外壁有斜板效应，盐水上升速　度较大．变速澄清使小颗粒在下部相互碰撞结合成　大颗粒沉降。　

反应式澄清桶颗粒运动原理是。颗粒重力减去　

浮力合力（ｂ）要大于流体运动阻力（ａ），但矢量合力　（ｃ）要远大于ａ—ｂ，这样，颗粒可以快速向侧壁移动，　同时移动较短距离后即可沿侧壁下降。使清液上升　

速度可以大于直筒形澄清桶的清液上升速度。桶下　部流速大，上部流速小，可以使小颗粒在下部相互　

碰撞团聚。因此，反应式澄清桶比直筒形澄清桶更有　优势。　

３．１．２第２工艺单元一粗过滤分离　虹吸式过滤器是由过滤器本体、进水分配箱、水　封槽、虹吸系统、过滤层等构成。过滤器被中间隔板　

分为滤料层及洗水储槽２部分　。过滤层底部设有百　

叶式滤阀作为盐水透过通道。其上铺有各种直径的　石英砂或其他材质滤料，顶部和下部的人孔用来装　卸滤料和检修。　砂滤器流程是澄清后的清盐水从澄清桶上部溢　流进入分水箱，平均流入各过滤器，然后，经排气槽　

进入滤料过滤层，盐水自上而下经过滤层后，所夹　

带的悬浮物颗粒大部分被截留下来。清水通过联通　管进入上部洗水贮槽，再由出口管溢流出。随着过滤　

时间的延长，滤料截污越来越多，其阻力越来越大，　虹吸管液位不断上升，当达到虹吸辅助管高度后，通　

过虹吸辅助管和水力真空泵形成虹吸作用，用贮水　箱中的过滤后盐水对滤料进行反洗。当反洗水贮槽　

液面下降到虹吸破坏管低位后．空气从虹吸破坏管　中进入虹吸管，虹吸终止，反洗停止，过滤自动进入　下一过滤周期。出过滤器后的清盐水作为过滤盐水。　

但是离子膜精盐水使用此过滤器存在硅与铝离子的　

影响，应使用高纯石英砂或其他材质滤料。　砂滤器基本过滤介质为颗粒砂层。盐水中的滤　

渣形成后续滤层。但过滤主体为砂层，属重力小压差　滤料过滤，过滤精度受砂颗粒直径和填料高度控制，　过滤精度有限，但操作简单处理能力大。　

３．１．３　第３工艺单元一精密过滤　过滤元件为碳素烧结管．具有较好的耐腐化学　性能，除不可用于强氧化剂外，在温度￣＜２００　ｏＣ的酸　

性、碱性溶液中均可使用。通常，碳素管过滤器的容　器以及部件采用钢衬低钙镁胶。中间设置有钢衬低　

钙镁橡胶或衬ＰＯ的花板．在花板上固定有碳素管　

过滤元件。　

使用碳素管过滤器前先用泵将盐水和仪一纤维　素配制成的悬浮液循环送人过滤器中，使烧结碳素　

管表面涂上一层均匀的仅一纤维素

（助滤剂）预涂