碳化取出液稠厚工藝及設(shè)備淺析

李幼文

(江蘇華爾潤集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)開發(fā)部,江蘇 張家港 215625)

碳化取出液稠厚工藝及設(shè)備淺析

李幼文

(江蘇華爾潤集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)開發(fā)部,江蘇 張家港 215625)

介紹了碳化取出液稠厚的目的與意義,稠厚的基本原理,我公司稠厚工藝流程及稠厚設(shè)備。

二級稠厚;重力稠厚;旋液稠厚;固液比

我公司采用變換氣外冷碳化制堿,碳化取出液視體積固液比23%～25%,若直接進(jìn)真空過濾機(jī),濾過效果差。我們采取碳化取出液兩級稠厚的方式,視體積固液比達(dá)到40%,真空過濾機(jī)濾餅厚度可達(dá)到或超過40 mm,這時洗水當(dāng)量控制在680 kg/t左右就可以保證合格純堿產(chǎn)品含鹽分的質(zhì)量要求。

1 碳化取出液稠厚的目的與意義

1)碳化取出液稠厚后晶漿固液比達(dá)到40%左右,真空過濾機(jī)濾餅相同厚度情況下,濾餅中的碳化母液量相對減少,用相同量的洗水,真空過濾機(jī)的洗滌效果增加,從而重堿含鹽分下降,最終降低純堿產(chǎn)品鹽分。由于洗水在真空過濾機(jī)濾餅內(nèi)置換碳化母液過程中的混合和分子擴(kuò)散作用,造成了濾餅表面和里層所含氯根的差異,所以真空過濾機(jī)濾餅適當(dāng)厚度也有利于提高洗滌效果。所以增設(shè)碳化取出液稠厚設(shè)備,將進(jìn)入真空過濾機(jī)的碳化取出液增稠,提高濾餅的形成速度和合適厚度,可以降低純堿產(chǎn)品的鹽分。重堿水分也會有一定程度的降低。

2)稠厚碳化取出液晶漿是離心機(jī)分離重堿的必要條件,為了降低重堿水分,降低純堿生產(chǎn)的能耗,行業(yè)一直在追求離心機(jī)替代真空過濾機(jī)分離重堿,但適用于純堿行業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)推料離心機(jī)的篩網(wǎng)開孔率有限,僅6%～7%,大的也只能放大到8%～9%,因此,要求進(jìn)入離心機(jī)的碳化取出液必須稠厚到較高的固液比。

3)重堿二次分離和洗滌工藝也需要對洗滌后的晶漿進(jìn)行稠厚。重堿二次分離和洗滌技術(shù)可以比較徹底解決聯(lián)合制堿法純堿產(chǎn)品鹽分高的問題。

2 稠厚工藝原理

2.1 我公司流程簡介

碳化取出液通過旋液稠厚和重力稠厚兩級稠厚達(dá)到增稠的目的。各碳化塔出堿液經(jīng)旋流器一級稠厚后,底流進(jìn)入集合槽再經(jīng)管道連接集中進(jìn)入稠厚器中心導(dǎo)流筒。經(jīng)過稠厚器二次稠厚后的晶漿進(jìn)入真空過濾機(jī)。

2.2 稠厚原理

碳化取出液稠厚實質(zhì)是一種沉降操作,是指依靠某種力的作用,利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異,使之發(fā)生相對運(yùn)動而分離的過程。用來實現(xiàn)這種過程的作用力可以是重力,也可以是慣性離心力。因此稠厚過程有離心稠厚(也稱旋液稠厚)與重力稠厚之分。

1)旋液稠厚原理:依靠慣性離心力作用而實現(xiàn)的固液分離,從而達(dá)到增稠的目的。當(dāng)流體圍繞某一中心軸線做圓周運(yùn)動時,便形成了慣性離心力場。慣性離心力場和重力場不同,重力場的強(qiáng)度,即重力加速度g,可視為常數(shù),其方向指向地心,質(zhì)量為 m的物體在重力場中受到的向下的力為:

慣性離心力場強(qiáng)度不是常數(shù),它隨位置和轉(zhuǎn)速而變,在與轉(zhuǎn)軸的距離為 R、切向速度為UT的位置上,質(zhì)量為m的物體所受到的慣性離心力為:同一顆粒所受離心力與重力之比,稱為離心分離因素,用 KC表示:

分離因素的大小是反映離心設(shè)備性能的重要指標(biāo)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑 R=0.4 m,切向線速度UT=20 m/s時,其分離因數(shù)為:

這表明,顆粒在上述條件下,離心沉降速度比重力沉降速度大102倍,離心沉降設(shè)備的分離效果遠(yuǎn)比重力沉降設(shè)備要好,所以料漿通過旋液稠厚后可以大大減少重力稠厚器的體積,減少設(shè)備投資。

2)重力稠厚原理:依靠地球引力場的作用而發(fā)生的沉降從而達(dá)到固液分離即增稠的目的。

碳化取出液屬于非均物系,成分相對復(fù)雜,各顆粒的沉降會發(fā)生相互的干擾,沉降的速度遠(yuǎn)不如顆粒的自由沉降,所以沉降的速度也大大低于自由沉降速度。這也是碳化取出液稠厚器一般直徑和容積都設(shè)計較大的原因。

固體顆粒在液體中自由沉降的公式:

式中:u——沉降速度,m/s;

d——固體顆粒直徑,m;

ρs——固體顆粒密度,kg/m3;

ρ——液體密度,kg/m3;

g——重力加速度,m/s2;

η——液體黏度,m Pa·s。

從上式可知,固體顆粒的沉降速度跟固體顆粒直徑的平方成正比,跟液體的黏度成反比。

3 稠厚設(shè)備

3.1 旋液分離設(shè)備——旋流器

旋液分離器也稱旋流器,是用于固液分離的沉降設(shè)備,一般由進(jìn)料管、上圓筒、下部的圓錐筒、中央升液管組成。

碳化取出液從進(jìn)料管切向進(jìn)入,受圓筒壁的約束旋轉(zhuǎn),做向下螺旋運(yùn)動。重堿顆粒隨液相旋轉(zhuǎn)向下的同時,在離心力的作用下向器壁移動,并沿器壁向下做螺旋運(yùn)動至底流口,從錐底排出;液體(夾帶部分細(xì)小顆粒)旋轉(zhuǎn)向下到中心軸附近時轉(zhuǎn)入中心升液管旋轉(zhuǎn)向上,最后從頂部排出口排出,如圖1。

圖1 旋流器工作原理

旋流器正常操作的重要條件是:保證進(jìn)料量和壓力的恒定。料液濃度的變化對旋流器正常工作的影響不大,而僅僅改變下部增稠口排出料漿的濃度?？梢圆捎谜{(diào)整上部出口管上閥門排量的方法來獲得較高濃度的增稠液。

3.2 重力分離設(shè)備——稠厚器

稠厚器實際就是一個底部帶錐形的大直徑的淺槽,分為稠厚段、錐底、導(dǎo)流筒、攪拌框等,如圖2。

圖2 稠厚器

稠厚段:碳化塔取出液晶漿從集合槽進(jìn)入重堿稠厚器后分兩股物料流,一股為上升到上部澄清段的溢流清液,稱頂流;另一股是下降到底部較稠厚的晶漿流,亦稱底流。由于晶漿增稠,空隙率減小,晶漿沉降速度降低;欲使晶粒下沉,晶漿的上升速度必須低于晶粒的沉降速度才能實現(xiàn)。稠厚段的晶粒沉降屬于干擾沉降。

錐底:錐底設(shè)置框式攪拌裝置和下料管,水平夾角30°～45°。攪拌轉(zhuǎn)速約2 r/min,攪拌框頂端的線速度小于1 m/s。

導(dǎo)流筒:在稠厚器上部設(shè)計一與攪拌軸同心的導(dǎo)流筒,以避免進(jìn)料晶漿干擾澄清段操作。導(dǎo)流筒要設(shè)計得足夠大,使晶漿在其中緩慢穩(wěn)定下降,減輕對稠厚段的沖擊。導(dǎo)流筒的插入深度在連接段的下部,稠厚段的上方,以其下端筒外的環(huán)形截面積不小于稠厚段的截面積為宜,以免該處由于上升速度突然增高而產(chǎn)生渦流,影響過渡段的穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

進(jìn)入真空過濾機(jī)的碳化取出液固液比的高低對后續(xù)過濾、重堿煅燒工序至關(guān)重要,但也不一定都要進(jìn)行兩級稠厚,各公司可根據(jù)碳化取出液固液比、顆粒大小及黏度情況自行選擇一級稠厚或兩級稠厚、旋液稠厚或重力稠厚。如我公司1臺濃氣制堿塔取出液就是選用旋液分離一級稠厚。碳化取出堿液為非均相混合物,在帶有少量氣體的情況下,要完成好液固分離比較困難,所以控制好頂流閥穩(wěn)定旋流器內(nèi)部壓力很重要;旋流器底流與稠厚器存在較大壓差,液相中解析氣較多,所以旋液器底流不能直接進(jìn)入重力稠厚器,中間需增設(shè)集合槽,集合槽可做成封閉式、快開孔并集中自然排氣,亦可將此部分氣進(jìn)行回收利用;幾臺稠厚器的集合槽可留頭互串,便于稠厚器共用。

[1] 王 全.純堿制造技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010

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TQ 114.1;TQ 028.5

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1005-8370(2011)03-29-03

2011-04-07