聯(lián)合制堿重堿過濾和離心分離(三)
——重堿離心分離

(大連化工研究設(shè)計院，遼寧大連 116023)

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專論與綜述

聯(lián)合制堿重堿過濾和離心分離(三)
——重堿離心分離

(大連化工研究設(shè)計院，遼寧大連 116023)

重堿離心過濾的特點：重堿濾餅的高壓縮性決定了必須使用雙級或多級推料離心機，離心機篩網(wǎng)網(wǎng)隙小、開孔率高，離心過程中需加入洗水置換母液。介紹重堿離心分離的原理及工藝流程，比較重堿離心分離與真空過濾分離的不同點。舉例介紹HR系列雙級活塞推料離心機的參數(shù)。

離心分離；離心機；特點；工藝過程；推料式離心機

3 重堿離心分離

3.1 基本概念

3.1.1 離心機工作原理

多雙級活塞推料離心機的工作原理見圖8。

1.油壓活塞 2.油壓缸 3.推料軸 4.主軸 5.第一段籃筐 6.第一段濾網(wǎng) 7.第二段籃筐 8.第二段濾網(wǎng) 9.第三段籃筐 10.第三段濾網(wǎng) 11.第四段籃筐12.第四段濾網(wǎng) 13.給料管 14.濾餅洗滌管 15.溜槽 16.分料管 17.推料板 18.外殼 19.軸承圖8 多級活塞推料離心機的工作原理

含有一定濃度結(jié)晶顆粒的懸浮液經(jīng)過進料管進入離心機內(nèi)腔，由與離心機轉(zhuǎn)鼓相同角速度的布料盤和推料板達到Ⅰ級轉(zhuǎn)鼓的篩網(wǎng)，依靠高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用，其中的液體迅速透過篩網(wǎng)上的縫隙，進入濾液箱排出，而結(jié)晶顆粒則被截留在篩網(wǎng)上形成濾餅，同時，按照圖9中(i)～(vi)所描繪的過程，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動的推料軸和推料板(活塞)將Ⅰ級篩網(wǎng)上的濾餅退出并落至直徑較大的Ⅱ級轉(zhuǎn)鼓的篩網(wǎng)上，在更大的分離因數(shù)條件下繼續(xù)脫水，并且按照與Ⅰ級轉(zhuǎn)鼓上相同的推料速度，將Ⅱ級篩網(wǎng)上的濾餅推出至離心機前端的出料溜槽。

圖9 推料離心機活塞推料動作圖

離心機的過濾速度和分離效率與分離因數(shù)有關(guān)，分離因數(shù)α以下式表示：

(17)

式中，α——分離因數(shù)，—；w——轉(zhuǎn)鼓角速度，r/min；R——轉(zhuǎn)鼓半徑，m；g——重力加速度，m/s2。

(18)

式中，n——轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，r/min。

推料離心機能夠?qū)V餅進行有效的洗滌，洗水可以通過離心機前腔引入的洗水管直接噴灑于濾餅。

3.1.2 重堿離心分離的特點

純堿生產(chǎn)的重堿離心分離具有如下特征：

1)重堿濾餅的高壓縮性特點決定了必須使用雙級或多級推料離心機。

純堿生產(chǎn)碳化塔所制得的重堿結(jié)晶顆粒，大部分由2個或多個結(jié)晶黏結(jié)而成，結(jié)構(gòu)疏松，而且多數(shù)晶形不規(guī)則，表面狀況差，結(jié)晶密度小，在離心機篩網(wǎng)上形成的濾餅壓縮性高，或者說濾餅易被壓實，在推料過程中容易起“拱”(隆起)，難以推出，然后進料懸浮液會沿著固體物料出口方向，在濾餅上沖出一條深溝，于出料口排出漿液，發(fā)生“溢流”現(xiàn)象，俗稱“拉稀”，同時伴隨著離心機“震車”。

單級推料離心機的轉(zhuǎn)鼓長度長，在分離重堿晶漿時更容易出現(xiàn)上述現(xiàn)象，于是出現(xiàn)了雙級或多級離心機，以減小轉(zhuǎn)鼓推料行程的辦法保證正常的推料操作。即適應(yīng)如同純堿生產(chǎn)的重堿那樣具有高壓縮性濾餅特性的物料分離。但是，對于用傳統(tǒng)的索爾維碳化塔生產(chǎn)的重堿結(jié)晶，使用雙級推料離心機分離仍顯困難，需要三級或多級離心機分離。

2)重堿結(jié)晶粒度及粒度分布決定了離心機篩網(wǎng)網(wǎng)隙很小以及大型機篩網(wǎng)制作困難的特點。

在現(xiàn)有碳化塔技術(shù)中，重堿結(jié)晶屬于粒度細小的物料，即使不冷式碳化塔制造的所謂大顆粒結(jié)晶，小于100 μm的細小結(jié)晶仍有20%～30%之多，所以，為了避免離心機下料時濾液帶晶過多，Ⅰ級網(wǎng)的網(wǎng)隙S不能大，以0.10～0.12 mm為宜，或者說不大于0.12 mm，這就要求銑制板網(wǎng)網(wǎng)條的背寬B做得比較小，否則篩網(wǎng)的開孔率k過小，離心機的分離能力太低。上世紀90年代以前，使用SUS316不銹鋼，網(wǎng)條背寬B只能做到2.5～2.2 mm，相應(yīng)的篩網(wǎng)開孔率只能達到5%左右。近年某制造廠用雙相不銹鋼制作板網(wǎng)，雖然背寬B可以做的1.4～1.3 mm，Ⅰ級網(wǎng)的開孔率k可以提高到8%左右，但與現(xiàn)代純堿生產(chǎn)的大噸位相比仍顯不足，這就要求重堿懸浮液的進料濃度必須稠厚到50%～60%(視V%)，甚至更高。

3)純堿生產(chǎn)中重堿分離過程用當量洗水置換濾餅中母液的分離特性

純堿生產(chǎn)重堿分離過程中需要在濾餅上加入600～700 kg/t洗水，置換其中的母液以保證純堿產(chǎn)品質(zhì)量，氨堿法生產(chǎn)的當量洗水是指使純堿產(chǎn)品達到優(yōu)級品的最小洗水量，而聯(lián)合制堿法生產(chǎn)的當量洗水則為維持母液循環(huán)系統(tǒng)平衡的最大洗水量。這一點，在用真空過濾機過濾碳化取出液晶漿作業(yè)時是毋庸置疑的，也不會發(fā)生濾液大量帶晶的現(xiàn)象。但是，在使用連續(xù)推料離心機分離重堿料漿時，則由于當量洗水的加入，要求洗水加入位置的篩網(wǎng)網(wǎng)隙與離心機下料處的網(wǎng)隙一致，或者說要求洗水也加于Ⅰ級篩網(wǎng)的濾餅上，即加洗水位置的篩網(wǎng)網(wǎng)隙同樣不大于0.12 mm。不然，離心機分離濾液的含固量過高。

3.2 工藝過程

3.2.1 物理化學(xué)過程

在離心機上發(fā)生如下物理化學(xué)過程

1)NaHCO3結(jié)晶溶解

NaHCO3在水中的溶解度見表5。

表5 NaHCO3在水中的溶解度

35～40 ℃洗水在離心機濾餅上置換其中母液的同時，溶解濾餅中的NaHCO3結(jié)晶：

NaHCO3(s)=NaHCO3(aq)

(19)

溶解于洗水中的NaHCO3(aq)一部分進入離心機濾液去母液Ⅰ沉降槽，另一部分則殘留于濕重堿去煅燒爐。

洗水在溶解NaHCO3結(jié)晶的同時，溶解其中夾雜的Na2CO3和NH4HCO3結(jié)晶，因其量少，在物料衡算時全部按溶解NaHCO3處理。

2)CO2解吸

CO2解吸主要按NH4HCO3分解方式進行：

NH4HCO3=NH3+CO2↑+H2O

(20)

CO2解吸也按下式進行：

2NH4HCO3=(NH4)2CO3+CO2↑+H2O

(21)

分離母液氨的平衡蒸汽分壓很低，解吸CO2放出的NH3大部分與H2O結(jié)合成NH4OH，只有少量NH3在分離過程中逸散損失。

3)NH4HCO3氨化

重堿分離過程中母液的溫度降低，其中的NH4HCO3被氨化：

NH4HCO3+NH4OH=NH4COONH2+2H2O

(22)

4)NH4COONH2平衡移動

母液溫度降低使NH4COONH2和(NH4)2CO3的平衡反應(yīng)向生成(NH4)2CO3方向移動：

NH4COONH2+H2O=(NH4)2CO3

(23)

3.2.2 工藝流程

重堿離心分離工藝流程見圖10。

1.脫氣罐 2.稠厚器 3.離心機 4.皮帶 5.沉降槽 6.沉淀泵 7.洗水桶 8.母Ⅰ桶 9.母Ⅰ泵 10.流量計圖10 重堿離心分離工藝流程

碳化取出液經(jīng)脫氣罐1進入重堿稠厚器2的中心筒，頂流清液由上部溢流口去母液Ⅰ沉降槽；底部稠厚晶漿去重堿離心機3分離，并加入由洗水桶7和流量計10來的洗水，置換濾餅中的母液，濕重堿通過置于離心機前端的下料溜槽下到重堿皮帶輸送機4，送至煅燒工序制成純堿。離心機濾液去母液Ⅰ沉降槽5，上部清母液Ⅰ溢流至母液Ⅰ桶；底部沉淀用沉淀泵6打回稠厚器，或者去稠厚器底部下料噴嘴調(diào)節(jié)下料固液比。母液Ⅰ桶8中的清母液Ⅰ用母液Ⅰ泵9送出，去母液Ⅰ吸氨器吸氨，部分母液Ⅰ也可以去稠厚器底部的下料噴嘴調(diào)節(jié)稠厚器下料固液比。

3.2.3 工藝流程特點

與真空過濾機比較具有如下主要特點：

1)工藝流程簡單，不需要附設(shè)真空泵、吹風機、氣液分離器和凈氨塔等真空過濾機的輔助設(shè)備，可比設(shè)備少，設(shè)備購置費略省。

2)兩者用電負荷相當，但離心分離重堿可以將真空過濾機濕重堿的水分18%～20%降低到10%左右，能夠節(jié)省3.0 MPa、233 ℃等級煅燒用中壓蒸汽309 kg/t，節(jié)能0.55 GJ/t。

300 kt/a規(guī)模離心機分離重堿和真空過濾可比設(shè)備及其用電負荷比較列于表6。

3.3 推料式離心機

推料式離心機主要由主機驅(qū)動、油泵組合、推料機構(gòu)、轉(zhuǎn)鼓、篩網(wǎng)、布料盤、進料管和洗水管、濾液箱、下料溜子、前蓋、機座和抗震塊等部件組成。

HR系列部分型號雙級推料離心機和HS1000-NA三級推料離心機的主要技術(shù)參數(shù)列于表7。

表6 300 kt/a裝置過濾機和離心機可比設(shè)備

表7 部分活塞推料離心機技術(shù)參數(shù)

*：HS1000-NA用作重堿二次分離時的生產(chǎn)能力。

適合于重堿離心分離的推料式離心機，國內(nèi)市場尚有使用蘇爾壽技術(shù)生產(chǎn)的P系列推料離心機、克勞斯·瑪菲推料式離心機等。

不冷碳化聯(lián)合制堿生產(chǎn)重堿離心分離使用的HR1000-N雙級活塞推料離心機及其板網(wǎng)主要參數(shù)：

1)板網(wǎng)：

材質(zhì) 雙相不銹鋼，銑制

網(wǎng)隙SⅠ級網(wǎng)0.10～0.12 mm，

Ⅱ級網(wǎng)≤0.15 mm

網(wǎng)條背寬BⅠ級網(wǎng)1.3～1.4 mm，

Ⅱ級網(wǎng)≤2.3 mm

開孔率kⅠ級網(wǎng)7%～8%，Ⅱ級網(wǎng)≥6%

2)離心機：

轉(zhuǎn)速n1 100 rpm

分離因數(shù)α622/676

推料行程 60 mm

推料次數(shù) 60 min-1

篩網(wǎng)開孔率k按下式計算：

(24)

式中，k——篩網(wǎng)開孔率，%；S——板網(wǎng)縫隙，mm；B——板網(wǎng)網(wǎng)條背寬，mm。

(未完待續(xù))

TQ114.162

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1005-8370(2016)04-03-04

2014-12-31