己二酸結(jié)晶攪拌器密封裝置技術(shù)改造

孫浩杰 ， 劉會(huì)議 ， 安戰(zhàn)強(qiáng) ， 王永雷 ， 呂自豪 ， 董菲菲

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ， 河南 平頂山 467013)

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己二酸結(jié)晶攪拌器密封裝置技術(shù)改造

孫浩杰 ， 劉會(huì)議 ， 安戰(zhàn)強(qiáng) ， 王永雷 ， 呂自豪 ， 董菲菲

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ， 河南 平頂山 467013)

針對(duì)己二酸工業(yè)生產(chǎn)核心設(shè)備中結(jié)晶器出現(xiàn)的密封水耗和蒸汽耗量劇增的異?，F(xiàn)狀,分析了攪拌器密封結(jié)構(gòu)對(duì)操作工況的影響因素，采用雙端面密封方式,將三六瓣填料密封改為機(jī)械密封，大大降低了高純水和蒸汽消耗，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

己二酸 ； 攪拌器 ； 密封形式 ； 三六瓣密封 ； 機(jī)械密封

0 前言

河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司的己二酸生產(chǎn)裝置，以銅、釩為催化劑，用硝酸作氧化劑，在常溫常壓下采用環(huán)己醇氧化法制備己二酸,經(jīng)結(jié)晶分離后得到工業(yè)級(jí)己二酸，再經(jīng)活性炭脫色、重結(jié)晶、干燥等工藝過(guò)程制得精己二酸。由于己二酸在水中的溶解度隨溫度變化較大，當(dāng)溶液溫度由28 ℃升至78 ℃時(shí)，其溶解度可增大20倍，因此，選擇冷卻結(jié)晶方法可以得到高純度己二酸晶體。目前，己二酸生產(chǎn)裝置的結(jié)晶工段，采用真空絕熱蒸發(fā)工藝，在多個(gè)連續(xù)隔室并帶有攪拌器的結(jié)晶器中進(jìn)行，即在攪拌條件下，己二酸溶液連續(xù)經(jīng)過(guò)不同負(fù)壓的隔室進(jìn)行減壓蒸發(fā)，當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)析出己二酸結(jié)晶。

1 己二酸結(jié)晶機(jī)理

己二酸結(jié)晶過(guò)程可分為晶核形成和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)階段，攪拌器的攪拌作用對(duì)己二酸晶核形成的速度和晶體生長(zhǎng)影響很大。在溶液的性質(zhì)、純度、溫度、操作條件及溶液的過(guò)飽和度等條件維持不變的情況下，攪拌器轉(zhuǎn)速高，己二酸分子間碰撞、摩擦越劇烈晶核形成速度越快，從而產(chǎn)生大量的晶核，生成的己二酸結(jié)晶顆粒較小，隨著攪拌器葉輪直徑增加作用愈明顯。由于結(jié)晶顆粒越大，比表面積越小，顆粒表面附著的雜質(zhì)就越少；反之，結(jié)晶顆粒越小，其表面附著的雜質(zhì)就越多，晶體顆粒度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，因此攪拌器的選型以及運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)結(jié)晶過(guò)程至關(guān)重要。

2 己二酸結(jié)晶攪拌器密封裝置存在的問(wèn)題

根據(jù)己二酸的物化特性和結(jié)晶機(jī)理，確定了攪拌器的扭矩、葉輪形式、材質(zhì)、轉(zhuǎn)速和功率等主要參數(shù)，對(duì)攪拌器的密封形式，原裝置采用了三六瓣填料密封，如圖1所示。

圖1 三六瓣密封結(jié)構(gòu)圖

該密封結(jié)構(gòu)以循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，使用高純水作為密封劑。隨著己二酸溶液逐步濃縮，結(jié)晶器內(nèi)壁己二酸結(jié)晶的不斷附著，其隔室的容積不斷縮??；同時(shí)攪拌器上也會(huì)附著己二酸結(jié)晶塊，引起攪拌軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中由于受力不均勻而產(chǎn)生晃動(dòng)，造成密封水泄漏，這就需要定期停車(chē)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)壁上和攪拌器的己二酸結(jié)晶進(jìn)行溶解去除，這種時(shí)間間隔也稱(chēng)之為結(jié)晶器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)，己二酸蒸發(fā)單耗成本中蒸汽出現(xiàn)了周期性的上升，并且與結(jié)晶器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期相同，這說(shuō)明攪拌器密封水泄漏，并進(jìn)入攪拌結(jié)晶器，使得己二酸溶液水分增加，造成蒸汽單耗成本劇增。此時(shí)由于結(jié)晶器內(nèi)壁上結(jié)晶的不斷附著，各結(jié)晶隔室容積逐漸變小，己二酸溶液翻騰飛濺，攪拌軸上出現(xiàn)結(jié)晶塊，攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡產(chǎn)生晃動(dòng)，使得三六瓣密封填料與攪拌軸的間隙變大，加之結(jié)晶器在真空條件下運(yùn)行，造成密封水進(jìn)入結(jié)晶器。結(jié)晶裝置用高純水耗量每小時(shí)由4 mL增加到300 L，蒸汽耗量每小時(shí)也增加了0.3 t。

3 結(jié)晶攪拌器密封裝置改造

針對(duì)己二酸結(jié)晶器出現(xiàn)的密封用高純水和蒸汽耗量大的異常情況，分析了攪拌器密封結(jié)構(gòu)對(duì)操作工況的影響因素，將攪拌器的密封結(jié)構(gòu)由三六瓣形填料密封改為雙端面機(jī)械密封(見(jiàn)圖2)。

1.靜環(huán)防轉(zhuǎn)銷(xiāo) 2.介質(zhì)側(cè)靜環(huán) 3.介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán) 4、7.動(dòng)環(huán)彈簧 5.內(nèi)置泵效環(huán) 6.軸套 8.機(jī)械密封腔外套 9.大氣閥動(dòng)環(huán) 10.“O”形密封圈 11.大氣側(cè)靜環(huán) 12.軸套定位套

與三六瓣形填料密封相比，雙端面機(jī)械密封的密封性能更好，可適用于強(qiáng)腐蝕、高溫和懸浮顆粒存在的高真空條件；密封劑分布在兩端可以合理提高密封的工作壓力范圍，從密封機(jī)構(gòu)分析，雙端面機(jī)械密封可有效降低軸封端面的機(jī)械摩擦，控制軸封介質(zhì)的泄漏量，提高工作效率和密封的使用壽命。

同時(shí)，采取的技改措施如下：①對(duì)結(jié)晶器的內(nèi)壁和攪拌器的攪拌軸進(jìn)行細(xì)加工和拋光，避免己二酸結(jié)晶的附著。②對(duì)結(jié)晶器各隔室內(nèi)壁在線進(jìn)行定時(shí)沖洗，防止己二酸結(jié)晶富集。③調(diào)整結(jié)晶器各隔室的負(fù)壓量，使各隔室負(fù)壓呈現(xiàn)合理的梯度化，減少各隔室負(fù)壓不均衡造成的隔室內(nèi)結(jié)晶。

在己二酸正常結(jié)晶過(guò)程的工況條件下，機(jī)械密封的泄漏量為3～5 mL/h，而填料密封的泄漏量高達(dá)90～300 L/h，因此，采用雙端面機(jī)械密封不僅降低了水耗和蒸汽消耗，而且可以保障己二酸生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)結(jié)晶器攪拌器密封形式的技術(shù)改造，大大降低了高純水的消耗量，實(shí)現(xiàn)了己二酸裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。改造前后的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 密封形式改造前后對(duì)比

由于減少了進(jìn)入己二酸蒸發(fā)系統(tǒng)的密封水量，降低了蒸汽的消耗和生產(chǎn)成本。投資成本與收益如下：攪拌器結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用18萬(wàn)元，機(jī)械密封及備件費(fèi)用8萬(wàn)元，一臺(tái)結(jié)晶器配12臺(tái)攪拌器，機(jī)械密封備件為4套，費(fèi)用共計(jì)26萬(wàn)元。收益：高純水節(jié)省量2 400 t/a，單價(jià)7.5元/t，金額1.8萬(wàn)元，低壓蒸汽節(jié)省量2 400 t/a，單價(jià)105元/t，金額25.2萬(wàn)元，每年按8 000 h運(yùn)行時(shí)間，蒸汽與水的消耗比約1∶1計(jì)算，共計(jì)27萬(wàn)元。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)己二酸結(jié)晶裝置和攪拌器的持續(xù)性在線運(yùn)行工況分析，實(shí)施技術(shù)改造措施后，實(shí)現(xiàn)了己二酸生產(chǎn)工藝的長(zhǎng)周期安全控制，大幅度降低了蒸汽消耗和生產(chǎn)成本，對(duì)己二酸生產(chǎn)過(guò)程中特殊工況條件下的操作有了更清晰的認(rèn)識(shí)，在同類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備的選型和工藝流程設(shè)計(jì)上，更加嚴(yán)謹(jǐn)合理，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備與工況條件的完美匹配，保證整套系統(tǒng)的滿負(fù)荷高效、安全、經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也為其他化工生產(chǎn)企業(yè)類(lèi)似工況條件下的設(shè)備改造提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。

2017-03-21

孫浩杰(1975-)，男，工程師，從事己二酸工業(yè)生產(chǎn)管理工作，電話：13781089215；聯(lián)系人：董菲菲(1983-)，男，工程師，從事己二酸生產(chǎn)裝置的技改工作，電話：15238212321。

TQ050.2

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1003-3467(2017)06-0049-02