離心機在化工領域中的應用

樓輝陽

（海申機電總廠（象山）)

1 臥式螺旋卸料沉降離心機的結構及工作原理

離心機結構如圖1所示，主要由副電機、差速器、螺旋體、轉鼓、主軸承、機座、機罩、傳動裝置、潤滑裝置和主電機等組成。

該離心機工作原理是：懸浮液 （物料）經(jīng)進料管和螺旋出料口進入轉鼓，在高速旋轉產(chǎn)生的離心力作用下，比重較大的固相顆粒沉積在轉鼓內壁上，與轉鼓作相對運動的螺旋葉片不斷地將沉積在轉鼓內壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口。分離后的清液經(jīng)液層調節(jié)板開口流出轉鼓。螺旋與轉鼓之間的相對運動，也就是差轉速是通過差速器來實現(xiàn)的，其大小由副電機來控制。差速器的外殼與轉鼓相連接，輸出軸與螺旋體相連接，輸入軸與副電機相連接。主電機在帶動轉鼓旋轉的同時也帶動差速器外殼的旋轉，副電機通過聯(lián)軸器來控制差速器輸入軸的轉速。使差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋，從而實現(xiàn)離心機對物料的連續(xù)分離過程。

圖1 臥式螺旋卸料沉降離心機結構

2 離心機與傳統(tǒng)過濾型設備的比較

目前比較常見和常用的過濾型設備主要為板框壓濾機、帶式壓濾機和吊袋式過濾機等。板框壓濾機是通過液壓缸對板框擠壓，使物料中的水通過濾布排出，達到脫水的目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動-氣動閉合系統(tǒng)、測板懸掛系統(tǒng)、濾板振動系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側光電保護裝置等構成。帶式壓濾機是由兩條無端濾帶纏繞在一系列順序排列、大小不等的輥輪上，利用濾帶間的擠壓和剪切作用脫除料漿中水分的一種過濾設備，脫水處理過程包括預處理階段、重力脫水階段、楔形預壓脫水階段以及壓榨脫水階段。離心機、板框壓濾機和帶式壓濾機的性能比較如表1所示。

3 離心機在諸多領域中的應用

早在19世紀離心機就在工業(yè)生產(chǎn)中取得了應用。起先，離心機應用于牛奶分離、紡織品脫水和制糖廠結晶砂糖的脫水。目前，離心機已廣泛應用于化工、石油、冶金和水處理等眾多領域。離心機的傳動方式經(jīng)歷了從手搖式到電動式、機械變速、油壓氣壓為動力的機械變速直至當今的變頻電機變速的過程。耐磨技術的不斷取得突破，如硬質合金、陶瓷的廣泛應用，也推動著離心機的應用領域快速拓展。

3.1 在聚合樹脂領域

在處理聚氯乙烯 （PVC）過程中，離心機的處理能力最大可達到15～18 t/h（以干粉計），分離后的清液中固體含量≤100×10-6，分離后的渣含液量低于23%。

在處理聚乙烯、聚丙烯、精對苯二甲酸 （簡稱PTA）類物料時，由于其介質為易燃易爆的烷類有機物，因而必須采用以惰性氣體進行保護的隔爆型離心機，使現(xiàn)場以及離心機內部的氧氣含量控制在易燃范圍以外，從而可避免由于設備和操作出現(xiàn)意外而導致的事故發(fā)生。

經(jīng)離心機分離后的固相可通過有軸螺旋輸送器送入氣流式干燥塔或沸騰床進行干燥處理。

3.2 在煤化工領域

在焦炭生產(chǎn)過程中，伴隨有焦油、焦爐氣、焦渣粉塵等的產(chǎn)生。焦爐氣經(jīng)過去硫和去氨后，可用作煉鋼燃料。對于煤焦爐內的焦油等，采用氨水噴射洗滌的方式處理，將焦油和焦渣粉塵予以回收。收集的煤焦油和粗氨水經(jīng)過斜板刮板機濃縮后進離心機進行處理。由于煤焦油回收液中存在著三相物質 （分別是氨水、煤焦油以及焦渣），因此采用三相離心機予以處理。物料在溫度為80℃時，經(jīng)離心機分離后，出料焦油中氨水含量＜2%，焦渣中固體含量＞45%，焦油中固體含量 （d＞100 μm） ＜0.3%。

表1 離心機、板框壓濾機和帶式壓濾機性能比較

從鼓風工段來的50～55℃的煤氣，首先進入直冷式預冷塔，在此用23℃的循環(huán)水直接將其冷卻到30℃左右，然后進入輕瓷填料脫硫塔，與塔頂噴淋的脫硫液逆向接觸，煤氣中的H2S、HCN等被脫硫液吸收后，煤氣由脫硫塔頂部排出。從脫硫塔塔底排出的脫硫液，由循環(huán)泵經(jīng)預混噴嘴送入再生塔。在再生塔底部由預混噴嘴鼓入壓縮空氣，使溶液在塔內得以再生，上浮于再生塔擴大部分的硫磺泡沫經(jīng)泡沫泵送入離心機進行分離。分離后的效果可以達到固體 （硫膏）含水率≤30%～32%，清液硫含量≤0.1%。

另外，焦化廢水、化學污泥等也均可采用離心機進行處理。

3.3 在非金屬礦領域

該離心機可用于二氧化鈦 （TiO2）分級處理行業(yè)。二氧化鈦為白色粉末，俗稱鈦白，常用作聚酯生產(chǎn)中的添加劑。海申機電總廠經(jīng)過多年的研究和技術改進，生產(chǎn)的離心機不僅可用于低濃度10%左右的二氧化鈦處理，也適用于濃度高達25%的二氧化鈦處理，這在國內外離心機中屬于首創(chuàng)。目前，該離心機已在儀征化纖投入了工業(yè)化生產(chǎn)。

另外，該離心機還可用于高嶺土、碳酸鈣、硼潤土、白瓷土、珍珠粉以及珠光粉等的分級處理。

3.4 在石油領域

固液分離的難題一直困擾著石油行業(yè)，如鉆井泥漿、油田的落地油泥、油氣站的罐底油泥、煉油廠的罐底油泥以及三泥的分離等。石油行業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水和廢油往往含有一定量的原油，如果采用傳統(tǒng)的過濾型設備來處理，其濾布或濾帶會因堵塞而無法實現(xiàn)再生，使用壽命非常短暫，造成后續(xù)的運行費用很高。此外，更換濾布很費工費時，因而無法保證設備的連續(xù)正常運行。

而采用離心機進行處理，由于其結構的特殊性，在與其他少量設備配套 （旋流器、振動篩、加熱器等）的情況下即可輕松地實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定運行。對脫水脫油的渣相以加熱的方式就可對原油進行回收，實現(xiàn)無害化處理。離心機及其輔助設備可采用撬塊模式予以安裝，可在流動性較強的油田現(xiàn)場實現(xiàn)快速轉移和快速生產(chǎn)。

3.5 在鋼鐵領域

在鋼鐵領域離心機的應用非常廣闊，如冷軋、熱軋鋼產(chǎn)生的廢水處理，煉鋼轉爐和高爐的廢水處理，以及特種鋼煉制過程中洗滌液的處理等。

3.6 工業(yè)生產(chǎn)過程中的廢水處理

對于工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的堿性或酸性廢水，常采用加酸性或堿性物質予以中和。中和反應過程中產(chǎn)生的廢水往往含有固形物，處理該類廢水時可添加適量的絮凝劑 （PAM）或助凝劑 (PAC)，實現(xiàn)固液分離后，可獲得中水直接回用或使廢水達到排放標準。

4 離心機的發(fā)展和未來

目前，我國的離心分離行業(yè)尚處于快速發(fā)展階段，總體水平經(jīng)過近20年的努力得到了很大的提高。隨著國內基礎工業(yè)的進步和發(fā)展，人們對環(huán)保、能源以及裝備品質的認識和重視，同時通過國外技術交流和合作以及成套項目的引進、消化與吸收，促進了我國離心機分離技術的迅速發(fā)展。我國的臥螺離心機已經(jīng)基本形成了科研、設計和制造體系。在分離領域也有一些學術組織，進行著基礎理論與應用方面的研究，并取得了可喜的成果。

未來我國臥螺離心機的發(fā)展方向，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是離心機朝著高速化方向發(fā)展。為了適應不斷提高的工藝要求，未來的離心機一個主要研究方向就是高速離心機。二是離心機朝著大型化方向發(fā)展。離心機高參數(shù)化、大容量化是國內外離心機追求的一個目標。三是離心機理論研究更加深入，包括離心機的參數(shù)選擇和優(yōu)化設計集成系統(tǒng)。四是離心機技術參數(shù)不斷提高，新機型不斷問世。五是新材料不斷地應用于離心機行業(yè)。六是更加強化動態(tài)監(jiān)測和自動化。許多先進的自控手段被引入，并對離心機運行中的各項參數(shù)，如溫度、流量、速度、振動和噪音等進行全方位的監(jiān)測，通過傳感器將收集到的信息輸入計算機進行處理，以便于及時了解各參數(shù)的變化，及時采取相應的措施。七是各種組合機和專用新機型不斷被開發(fā)出來。