李東輝

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征　211900)

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設(shè)備改造

壓力過(guò)濾機(jī)在PTA裝置中的應(yīng)用

李東輝

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征211900)

摘要：筆者結(jié)合旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓式壓力過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，介紹了精制單元壓力過(guò)濾機(jī)二步法改造工藝，并對(duì)該分離技術(shù)在PTA裝置上應(yīng)用的實(shí)際效果和遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，同傳統(tǒng)的離心分離工藝相比，壓力過(guò)濾工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，設(shè)備購(gòu)置及檢修費(fèi)用便宜，能耗、物耗少等優(yōu)點(diǎn)，是分離工藝技術(shù)的很大改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：PTA壓力過(guò)濾機(jī)分離

PTA裝置精制單元大多采用傳統(tǒng)的兩級(jí)分離技術(shù)，即壓力離心機(jī)+旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)工藝[1]，如圖1所示。漿料由結(jié)晶器進(jìn)入壓力離心機(jī)，被分成含水量15%的濾餅和母液，濾餅繼續(xù)打漿后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)，從旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)出來(lái)的濾餅進(jìn)入干燥機(jī)，經(jīng)過(guò)干燥得到合格的PTA產(chǎn)品。

圖1　PTA分離單元工藝流程簡(jiǎn)圖

隨著單線PTA裝置產(chǎn)能的擴(kuò)大，壓力離心機(jī)的缺陷慢慢暴露出來(lái)：一方面，由于單機(jī)處理能力的限制，要擴(kuò)大PTA裝置的產(chǎn)能，就必須通過(guò)增加在線離心機(jī)的設(shè)備數(shù)量，這樣不僅現(xiàn)場(chǎng)空間有限，同時(shí)投資也會(huì)增加；另一方面，由于壓力離心機(jī)主要是依靠轉(zhuǎn)鼓的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用來(lái)實(shí)現(xiàn)分離效果，對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)鼓的平衡性、機(jī)械密封、軸承等的要求較高，一旦發(fā)生堵料就會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成嚴(yán)重?fù)p害。因此對(duì)工藝操作的要求和對(duì)設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)要求也高。頻繁的設(shè)備故障導(dǎo)致運(yùn)行維修成本居高不下，一臺(tái)離心機(jī)每半年檢修一次，一次的檢修費(fèi)用就達(dá)到100萬(wàn)元左右，對(duì)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行也構(gòu)成了相當(dāng)大的影響。

針對(duì)上述情況，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外PTA專利商和生產(chǎn)廠家一直在尋找取代壓力離心機(jī)的辦法，替代的效果既要保證裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，又不增加運(yùn)行成本。目前有兩種替代方案已經(jīng)得以驗(yàn)證和應(yīng)用：一種是以壓力過(guò)濾機(jī)代替壓力離心機(jī)和真空過(guò)濾機(jī)；另一種是采用壓力過(guò)濾機(jī)代替壓力離心機(jī)，其他流程不變。本文對(duì)壓力過(guò)濾機(jī)代替壓力離心機(jī)的工藝進(jìn)行闡述并對(duì)其實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決辦法和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析和總結(jié)。

1壓力過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

壓力過(guò)濾機(jī)同傳統(tǒng)的壓力離心機(jī)相比，具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、流程短、運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)及設(shè)備檢修費(fèi)用低，是傳統(tǒng)分離技術(shù)的很大改進(jìn)。

1.1液壓式壓力過(guò)濾機(jī)

液壓式壓力過(guò)濾機(jī)是從19世紀(jì)50年代初期發(fā)明的一種連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，可以在加壓和負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行[2]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種壓力過(guò)濾機(jī)能很好地完成PTA和母液的分離操作，操作流程變短，對(duì)PTA生產(chǎn)具有重要意義。

圖2　液壓式壓力過(guò)濾機(jī)工作簡(jiǎn)圖

基本操作運(yùn)行步驟如下：

在可調(diào)泵壓的作用下懸浮液在濾網(wǎng)上方被擠壓[2]，濾液穿過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入濾液排放系統(tǒng)，截留的固體物料堆積于濾網(wǎng)上方，形成濾餅；隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，濾餅進(jìn)入洗滌區(qū)，這一步屬于粗洗階段，洗滌液用來(lái)自于下一級(jí)的洗滌濾液；第三步，加入純凈的洗滌濾液，清洗濾餅，置換原濾餅中的濾液并收集供上一級(jí)洗滌使用；第四步，利用壓縮空氣進(jìn)行加壓過(guò)濾干燥，壓縮氣體將濾餅中的濾液吹出經(jīng)冷凝后收集到第一道工序中使用，排出的氣體進(jìn)入洗氣裝置處理；第五步，從濾網(wǎng)的背面通入壓縮空氣，將濾餅從過(guò)濾框中吹出，直接進(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行干燥。1.2旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓式壓力過(guò)濾機(jī)

旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓式壓力過(guò)濾機(jī)是一種高效的連續(xù)式壓濾機(jī)，壓力過(guò)濾機(jī)大致由以下部件組成：殼體、轉(zhuǎn)鼓、中空系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)組件、支撐組件、密封組件、以及傳動(dòng)及底座組件。其結(jié)構(gòu)和原理與真空過(guò)濾機(jī)一致，并由真空過(guò)濾機(jī)發(fā)展而來(lái)，將真空過(guò)濾機(jī)的常壓操作(轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部為真空負(fù)壓)發(fā)展改進(jìn)為加壓操作，由于此類壓濾機(jī)可提高轉(zhuǎn)鼓內(nèi)外壓差，所以在同等條件下，壓濾機(jī)比真空過(guò)濾機(jī)處理量更大(處理量是普通真空過(guò)濾機(jī)的4～10倍)[3]，濾餅濕含量更低。壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓壓力過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

基本操作運(yùn)行步驟如下：

漿料進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，母液由自己的管路排出，濾餅隨著過(guò)濾機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)入壓濾清洗區(qū)，通過(guò)清洗將雜質(zhì)除去；然后進(jìn)入干燥區(qū)，由于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)外壓差，濾餅中的水分被壓入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)，濾餅得以干燥；最后純凈的濾餅由轉(zhuǎn)鼓內(nèi)氣體反吹進(jìn)入收集區(qū)，然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥減壓后可直接進(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行干燥。

旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓式壓力過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)形式、原理及濾布特性與旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)一致，其工藝簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4　旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓式壓濾機(jī)工藝簡(jiǎn)圖

2壓濾機(jī)二步法工藝在傳統(tǒng)PTA裝置的應(yīng)用

傳統(tǒng)的PTA精制單元離心分離工藝為滿足裝置產(chǎn)能需求，三臺(tái)壓力離心機(jī)均必須長(zhǎng)期在高負(fù)荷下運(yùn)行，從而導(dǎo)致其故障率逐年攀升，而一旦其中的某臺(tái)壓力離心機(jī)出現(xiàn)故障，為保證產(chǎn)能，必須立即投用備用離心機(jī)，由于壓力離心機(jī)為高能耗易損設(shè)備，一般情況下只能采用冷態(tài)備用，需要投用時(shí)，從冷態(tài)到熱態(tài)的投用過(guò)程至少需要約4h，無(wú)法做到及時(shí)投入生產(chǎn)。每次在壓力離心機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，切換過(guò)程中裝置都必須降負(fù)荷生產(chǎn)，嚴(yán)重影響了裝置產(chǎn)能。從壓力離心機(jī)運(yùn)行情況看，由于長(zhǎng)期高負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力離心機(jī)運(yùn)行狀況不平穩(wěn)，檢修頻率比較高，檢修周期長(zhǎng)，給裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響。鑒于上述種種原因一些PTA裝置進(jìn)行壓濾機(jī)二步法改造。

2.1PTA裝置離心分離工藝流程

精制第五結(jié)晶器的PTA漿料送往壓力離心機(jī)，PTA濾餅進(jìn)入再打漿罐中打漿，然后進(jìn)入真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)料罐，經(jīng)過(guò)真空過(guò)濾機(jī)固液分離后，進(jìn)入干燥系統(tǒng)干燥后得到產(chǎn)品。

2.2PTA裝置壓力過(guò)濾二步法工藝流程

來(lái)自PTA第五結(jié)晶器的PTA漿料送往壓力過(guò)濾機(jī)進(jìn)料罐，然后再由壓濾機(jī)進(jìn)料泵連續(xù)送往壓濾機(jī)，PTA濾餅進(jìn)入再打漿罐中，然后進(jìn)入真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)料罐，經(jīng)過(guò)真空過(guò)濾機(jī)分離后，進(jìn)入干燥系統(tǒng)干燥后得到產(chǎn)品。

壓力過(guò)濾二步法工藝流程如圖5所示。

圖5　二步法工藝流程圖

2.3壓力過(guò)濾機(jī)投用問(wèn)題及工藝優(yōu)化

裝置采用壓濾機(jī)工藝后，電耗、脫鹽水消耗大大降低，同時(shí)保證了精制高負(fù)荷運(yùn)行，但也帶來(lái)了精制產(chǎn)品粒徑過(guò)大、系統(tǒng)堿洗周期短等諸如此類的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題PTA裝置進(jìn)行了相應(yīng)的工藝操作優(yōu)化、工藝參數(shù)的調(diào)整，以便滿足裝置需要。

2.3.1壓力過(guò)濾機(jī)噴淋水控制

壓力過(guò)濾機(jī)噴淋水的作用是洗去壓力過(guò)濾機(jī)濾餅中的PT酸，在壓力過(guò)濾機(jī)濾餅厚度一定的情況下，增大噴淋水流量則洗滌效果較好，濾餅中的PT酸含量低，但是濾餅的含濕量會(huì)高，影響了精制干燥機(jī)的干燥效果，消耗了大量的蒸汽，增加了能耗，反之降低噴淋水流量則洗滌效果差，濾餅中的PT酸含量高，影響了PTA產(chǎn)品的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)調(diào)優(yōu)控制壓力過(guò)濾機(jī)噴淋水流量在20 000kg/h；PT酸溶解度隨著溫度升高而增大，適當(dāng)提高壓力過(guò)濾機(jī)噴淋水溫度可以洗去更多的PT酸，但噴淋水溫度過(guò)高則易閃蒸，適得其反，經(jīng)過(guò)操作優(yōu)化，控制壓力過(guò)濾機(jī)噴淋水溫度在160 ℃左右。

2.3.2壓力過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)速控制

在一定的濾餅厚度和噴淋水流量下，如果壓力過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)速太快，則壓力過(guò)濾機(jī)濾餅的含濕量會(huì)相應(yīng)升高，會(huì)多消耗干燥機(jī)的加熱蒸汽，增加了能耗，壓力過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)速太慢則影響了裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作摸索，壓力過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)速控制在5.5～7.5r/min之間比較合適。

2.3.3第一結(jié)晶器液位的調(diào)節(jié)

離心分離與過(guò)濾的工作方式不同使得經(jīng)過(guò)壓力過(guò)濾后的濾餅含濕量降低至10%，低于離心分離后濾餅的含濕量15%，PT酸的含量下降了10%左右，其中灰份、4-CBA的品質(zhì)指標(biāo)基本變化不大，使用壓力過(guò)濾機(jī)后因?yàn)闆](méi)有了離心機(jī)內(nèi)螺旋對(duì)PTA晶體的破碎作用使得產(chǎn)品的粒徑較使用離心機(jī)偏大，平均粒徑達(dá)到了135μm。為了能夠保證下游聚酯的正常生產(chǎn)，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，調(diào)整精制第一結(jié)晶器液位(由35%調(diào)整至26%)，降低停留時(shí)間，減少晶體生長(zhǎng)時(shí)間，降低了PTA產(chǎn)品的粒徑，粒徑可以恢復(fù)到正常值120μm左右。通過(guò)表1可以看到調(diào)整前后產(chǎn)品質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比，調(diào)整后產(chǎn)品灰分、4-CBA、PT酸變化不大，粒徑變小，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求。

表1　調(diào)優(yōu)前后精制產(chǎn)品質(zhì)量的變化情況

2.3.4優(yōu)化第五結(jié)晶器的操作壓力

降低第五結(jié)晶器的壓力，讓漿料提前在第五結(jié)晶器中閃蒸，降低了PT酸等雜質(zhì)在濾布上閃蒸的幾率，避免壓濾機(jī)濾布短時(shí)間堵塞，可以提高壓濾機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。

2.3.5調(diào)整反吹鞋與壓濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓的間隙

壓濾機(jī)投用初期會(huì)出現(xiàn)下料情況不好，無(wú)法滿足裝置正常生產(chǎn)的現(xiàn)象，針對(duì)此問(wèn)題可以將反吹鞋與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)圈的間隙調(diào)小，減少了反吹氣的泄漏，提高了反吹卸料的效果。

2.3.6壓力過(guò)濾機(jī)定期水洗的工藝操作優(yōu)化

壓濾機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，濾布會(huì)發(fā)生堵塞，影響裝置負(fù)荷和產(chǎn)品質(zhì)量，需要進(jìn)行堿洗，堿洗作業(yè)不僅會(huì)造成系統(tǒng)波動(dòng)、增加操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還會(huì)增加污水處理負(fù)擔(dān)，因此必須減少壓濾機(jī)堿洗頻次，提高壓濾機(jī)在線率。經(jīng)過(guò)對(duì)噴淋水溫度、流量、水洗方法的嘗試和對(duì)比，摸索出一套合理的水洗方法，即由現(xiàn)場(chǎng)配合中控在線水洗，水洗前破壓濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)外壓差，全開噴淋水進(jìn)行濾布正向清洗，按照標(biāo)準(zhǔn)程序每8h對(duì)壓濾機(jī)進(jìn)行一次水洗。經(jīng)驗(yàn)證此在線水洗操作方法效果很好，表2是壓濾機(jī)不同水洗操作條件下壓濾機(jī)運(yùn)行時(shí)間對(duì)比表，通過(guò)表中數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)過(guò)優(yōu)化后壓濾機(jī)運(yùn)行周期變化明顯，由最短7天延長(zhǎng)至45天，滿足了生產(chǎn)需要。

表2　壓濾機(jī)不同水洗操作條件下的運(yùn)行周期

3效益分析

1) 每臺(tái)壓力離心機(jī)更換一次機(jī)封、軸承，費(fèi)用超過(guò)200萬(wàn)元，三臺(tái)壓力離心機(jī)更換一次機(jī)封，軸承固定的檢修費(fèi)用就超過(guò)600萬(wàn)元，壓力過(guò)濾機(jī)增加前，三臺(tái)壓力離心機(jī)每四年需要更換一次機(jī)封，每年需檢修費(fèi)用約150萬(wàn)元；壓力過(guò)濾機(jī)增加前，由于工藝需要三臺(tái)壓力離心機(jī)均處于熱備用狀態(tài)，每臺(tái)壓力離心機(jī)盤車聯(lián)軸節(jié)，齒輪箱每年需檢修一次，檢修費(fèi)用約6萬(wàn)元，三臺(tái)壓力離心機(jī)的盤車檢修費(fèi)用每年約為18萬(wàn)元；壓力過(guò)濾機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，投用后兩年需大修一次，更換濾布、填料、軸承，檢修費(fèi)用每年約20萬(wàn)元，同常壓離心機(jī)相比每年節(jié)約檢修費(fèi)用148萬(wàn)元。

2) 三臺(tái)壓力離心機(jī)的電能消耗為1 050kW，壓力過(guò)濾機(jī)系統(tǒng)電能消耗為175kW，按每度電0.4元單價(jià)計(jì)算，每年可以節(jié)約費(fèi)用約280萬(wàn)元；三臺(tái)壓力離心機(jī)脫鹽水消耗量為110t/h，壓力過(guò)濾機(jī)脫鹽水消耗量為90t/h，脫鹽水單價(jià)按3元/t，每年可以節(jié)約費(fèi)用約48萬(wàn)元。能耗、物耗降低共計(jì)約328萬(wàn)元/年。

壓力過(guò)濾機(jī)增加后節(jié)約檢修費(fèi)用約148萬(wàn)元/年，降低能耗、物耗約328萬(wàn)元/年，總計(jì)約476萬(wàn)元/年，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4結(jié)論

從上述綜合分析情況看，壓力過(guò)濾機(jī)在替代投用初期遇到的一些問(wèn)題，通過(guò)后期的工藝調(diào)整優(yōu)化，完全達(dá)到了替代的目的。既保證了壓力過(guò)濾機(jī)高效運(yùn)行的特點(diǎn)，在產(chǎn)品質(zhì)量保證方面和裝置產(chǎn)能調(diào)節(jié)方面顯得尤為可靠。特別是同傳統(tǒng)的壓力離心機(jī)工藝相比，壓力過(guò)濾機(jī)工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作彈性大，故障率低。從替代前后的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算情況看，壓力過(guò)濾機(jī)由于故障率低，不僅日常維護(hù)檢修費(fèi)用明顯下降，在能耗物耗方面也有明顯降低，更符合綠色低碳要求，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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Application of pressure filter on PTA industry

LiDonghui

(PTA Producting Center of Sinopec Yizheng Chemical Fibre L.L.C., Yizheng Jiangsu 211900，China)

Abstract:With the process improvement of two steps pressure filter for the refining unit in PTA plant, the structure and characteristics of the rotary drum type pressure filter were described. The problems encountered in the process of modification and final effect of the improvement were also analyzed and summarized. Comparing with the traditional centrifugal filter separation technology, the new pressure filtration had simpler equipment purchasing and maintenance cost, lower operating cost, lower energy consumption and lower material loss. Therefore, the modification was a great progress for separation technology.

Key words:PTA; pressure filter ; separation

收稿日期：2016-01-12

作者簡(jiǎn)介：李東輝 (1983-),河北靈壽人，工程師，主要從事PTA工藝管理工作。

中圖分類號(hào)：TQ136

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-334X(2016)02-0052-04