無機陶瓷膜在氯化鈉（原料藥）生產(chǎn)中的應(yīng)用

孔凡軍，馬華興，范秀玉，付曉敏

（山東肥城精制鹽廠，山東 肥城 271600）

無機膜的研究始于1940年，20世紀(jì)80年代無機膜進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域；90年代，由于無機膜優(yōu)異的性能及材料科學(xué)的發(fā)展，新的膜材料、制膜技術(shù)日益成熟。特別是近年來，我國膜技術(shù)進(jìn)步顯著，2011~2014年，科技部及有關(guān)部委大力實施膜技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化，某些膜產(chǎn)品的技術(shù)研究已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

山東肥城精制鹽廠系山東省鹽務(wù)局（山東省鹽業(yè)集團(tuán)有限公司）直屬企業(yè)。針對鹽業(yè)市場改革的新形勢，該廠不斷加快轉(zhuǎn)型升級步伐，實施了2×3萬t氯化鈉（原料藥）搬遷節(jié)能技改項目，2014年12月取得新版GMP證書。在氯化鈉（原料藥）的生產(chǎn)中，原料鹵水必須進(jìn)行精制，以去除其中的Ca2+、Mg2+、SO42-和其他雜質(zhì)。該廠成功將江蘇久吾高科技股份有限公司的無機陶瓷膜技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，縮短了流程，提高了生產(chǎn)效率，保證了藥品生產(chǎn)原料的質(zhì)量，同時提升了生產(chǎn)自動化水平，為企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)方案與控制結(jié)構(gòu)

無機陶瓷膜由膜組件、泵、管道、閥門、流量計、壓力表、電氣控制等7部分組成，整體具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好、機械強度高、抗微生物性能好及使用壽命長等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于高溫、高壓、有機溶劑或腐蝕性體系，陶瓷膜的材質(zhì)為氧化鋯，孔徑為50 nm。無機陶瓷膜過濾器的操作全部通過DCS控制系統(tǒng)來完成，DCS控制系統(tǒng)中設(shè)置手動及PID操作程序和自動操作程序（包括分補液程序、反沖程序、粗過濾器反沖程序），由DCS操作員來處理一切與運行操作有關(guān)的人機界面。

3 具體應(yīng)用與范圍

3.1 無機陶瓷膜過濾精制的原理

3.1.1 除雜質(zhì)離子

將原料鹵水調(diào)至弱酸性，加入BaCl2，Ba2+與鹵水中SO42-反應(yīng)生成不溶性的BaSO4沉淀，其反應(yīng)式如下:

為了保證反應(yīng)完全并且無Ba2+殘留，BaCl2的加入量必須低于反應(yīng)式的理論需要量，本工藝控制BaCl2的加入量為理論量的85%左右。

在除SO42-后的精制鹵水中加入Na2CO3、NaOH，使其分別與鹵水中的Ca2+、Mg2+反應(yīng)，生成不溶性的CaCO3、Mg(OH)2沉淀，其反應(yīng)式如下：

為了保證反應(yīng)完全并將Ca2+、Mg2+除凈，Na2CO3、NaOH的加入量必須超過反應(yīng)式的理論需要量，本工藝控制Na2CO3過堿量在0.3~0.5 g/L，NaOH過堿量在0.1~0.3 g/L。

3.1.2 NaClO除去菌藻類及其他有機物

NaClO中的游離氯將鹵水中的菌藻類及其他有機物氧化分解成小分子有機物。

3.1.3 鹵水的過濾精制

原料鹵水加入精制劑進(jìn)行精制反應(yīng)后，通過粗過濾器分離出粒徑≥1 mm的機械雜物，進(jìn)入無機陶瓷膜過濾器，無機膜陶瓷膜過濾器采用陶瓷膜管（膜孔徑規(guī)格為50 nm,孔徑分布在30~50 nm，平均孔徑為40 nm）作為過濾元件、以“錯流”過濾的方式，過濾去除精制反應(yīng)之后生成的懸浮粒子，確保鹽水中的固體懸浮物（SS）量< 0.5×10-6，Ca2+、Mg2+的量 < 0.5×10-6，SO42-量 < 100×10-6。

無機膜過濾器過濾時流量的控制，是采用人工設(shè)定后，自動檢測過濾器1、2、3級組件各自的流量值，通過調(diào)節(jié)閥控制各組件流量，實現(xiàn)流量的自動控制，即無機膜過濾器1、2、3級組件出口電磁流量計變送器的信號接入控制器，控制器根據(jù)設(shè)定流量和檢測流量之間的變化，來分別控制1、2、3級組件出口調(diào)節(jié)閥門的開度，改變各級組件出口背壓，從而改變無機膜過濾器的出口流量。

3.1.4 無機膜過濾器的反沖采用DCS自動控制

無機膜過濾器在長時間的運行后，因膜表面的污染可能會導(dǎo)致通量的變化、過濾能力下降，需對膜表面進(jìn)行再生，使膜通量得到恢復(fù)、過濾能力達(dá)到起始狀態(tài)。再生的方式有物理反沖和化學(xué)清洗。物理反沖是采用過濾后的精制鹵水在反沖罐由壓縮空氣加壓后對膜表面進(jìn)行瞬間反向沖洗，將膜面附著的污染物清除，過濾能力得到恢復(fù)；化學(xué)清洗是采用10%~15%的鹽酸對膜面進(jìn)行化學(xué)清洗，使膜面徹底清潔，完全恢復(fù)過濾通量。

4 工藝條件及操作程序

4.1 原、輔材料標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格

原料鹵水規(guī)格見表1。

表1 原料鹵水規(guī)格

化學(xué)品規(guī)格見表2。

表2 化學(xué)品規(guī)格

工藝及操作指標(biāo)見表3。

表3 工藝及操作指標(biāo)

4.2 操作程序

（1）原鹵通過板式換熱器預(yù)熱，使進(jìn)反應(yīng)罐鹵水溫度達(dá)到（60±5） ℃。

（2）經(jīng)過預(yù)熱的鹵水進(jìn)入一段反應(yīng)罐，當(dāng)液位達(dá)到1/4時開啟攪拌，罐內(nèi)液位以DCS系統(tǒng)控制在88%時為準(zhǔn)，每罐容積為70 m3鹵水。攪拌均勻后，取樣送質(zhì)檢科檢驗，質(zhì)檢員根據(jù)鹵水中SO42-的質(zhì)量濃度計算出BaCl2加入量，填寫配料單，書面通知鹵水處理操作工。由鹵水處理操作工稱取并雙人復(fù)核，嚴(yán)格按照配料單的數(shù)量準(zhǔn)確投料，處理SO42-，將BaCl2加入一段反應(yīng)罐內(nèi)使其充分反應(yīng)，攪拌40 min后，取樣送質(zhì)檢科檢驗合格后，通過一段過濾器過濾，清液進(jìn)入二段反應(yīng)罐，當(dāng)液位達(dá)到1/4時開啟攪拌，罐內(nèi)液位以DCS系統(tǒng)控制在88%時為準(zhǔn)，每罐容積為70 m3鹵水。攪拌均勻后，取樣送質(zhì)檢科檢驗，質(zhì)檢員根據(jù)鹵水中Ca2+、Mg2+的質(zhì)量濃度計算出Na2CO3、NaOH的加入量，填寫配料單，書面通知鹵水處理操作工。由鹵水處理操作工稱取并雙人復(fù)核，將Na2CO3、NaOH加入二段反應(yīng)罐內(nèi)使其充分反應(yīng)，攪拌40 min，取樣送質(zhì)檢科，檢驗合格后，經(jīng)過二段過濾器過濾，濾后清液加鹽酸通過靜態(tài)混合器調(diào)整pH為4~5，打入精鹵貯罐內(nèi)。

（3）一段陶瓷膜鹽水過濾器過濾后的鋇泥經(jīng)板框壓濾機壓濾后清液進(jìn)入一段濾液貯存罐，再通過一段陶瓷膜鹽水過濾器過濾進(jìn)入二段反應(yīng)罐內(nèi)，鋇泥外銷。

（4）二段陶瓷膜鹽水過濾器過濾后的鈣鎂泥經(jīng)板框壓濾機壓濾后清液進(jìn)入二段濾液貯存罐，再通過二段陶瓷膜鹽水過濾器過濾清液通過靜態(tài)混合器調(diào)pH為4~5，進(jìn)入精鹵罐，鈣、鎂泥外銷。

5 工藝過程的實現(xiàn)與運行效果

鹵水凈化根據(jù)其工藝將流程圖畫面分為:一段、二段、精密過濾（包括靜態(tài)混合調(diào)酸）3幅工藝流程圖畫面，在畫面中該廠制作了鹵水體積動態(tài)顯示、溫度自動控制、精鹵濁度監(jiān)控、酸度自動調(diào)節(jié)等畫面。為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面里制作了動態(tài)軟開關(guān)，水的動態(tài)流動等在畫面中用軟件邏輯控制，可由操作工根據(jù)需要控制。

6 成效

通過幾個月來的試運行，該系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，流程簡短，能夠連續(xù)穩(wěn)定地提供符合藥品生產(chǎn)的一次精制鹵水，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計，效果明顯。