超聲波防粘結(jié)技術(shù)在氯化鎂脫水過程中應(yīng)用

張孝亮

(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816009)

青海察爾汗鹽湖鎂資源綜合利用采用水氯鎂石（MgCL2·6H2O·10H2O）脫水電解鎂技術(shù)。其氯化氫氣體保護下氯化鎂脫水是破解此項生產(chǎn)技術(shù)世界性難題的關(guān)鍵。生產(chǎn)中，氯化鎂濕顆粒干燥脫水時，在空氣干燥塔和氯化氫干燥塔會經(jīng)常性出現(xiàn)熔化、結(jié)塊（垢）、沸騰狀態(tài)不良等問題，極大影響無水氯化鎂的穩(wěn)定生產(chǎn)。超聲波是指振動頻率較高的物體在介質(zhì)中所產(chǎn)生的頻率高于20kHz的彈性波，具有波長較短，能量集中的特點。將超聲波技術(shù)應(yīng)用到氯化鎂脫水生產(chǎn)中，解決生產(chǎn)中熔化、粘結(jié)（垢）現(xiàn)象是一種創(chuàng)新嘗試?？蔀橐?guī)?；娊怄V生產(chǎn)提供穩(wěn)定氯化鎂原料，解決企業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保等問題，節(jié)約大量資金和人力。

1 超聲波防粘結(jié)技術(shù)應(yīng)用工作機理及優(yōu)點

超聲波傳播時，會使媒質(zhì)產(chǎn)生振動。當聲波機械能振動使媒質(zhì)中的粒子加速度達到一定數(shù)值時，會在媒質(zhì)中產(chǎn)生一系列的物理和化學效應(yīng)。主要有：高速微渦效應(yīng)、微沖性剪切效應(yīng)、超聲震蕩效應(yīng)。聲波在氯化鎂干燥塔應(yīng)用主要是利用微沖性剪切效應(yīng)。超聲波在已結(jié)垢的設(shè)備金屬表面?zhèn)鞑r，會引起設(shè)備金屬表面板結(jié)的物質(zhì)隨著設(shè)備金屬一同震動。由于聲波在不同媒質(zhì)中傳播速度、媒質(zhì)性態(tài)和彈性阻抗等不同，在相互界面間形成細微的沖性剪切應(yīng)力作用，導(dǎo)致板結(jié)在金屬表面的垢質(zhì)層疲勞、裂紋、疏松，進而破碎、脫落，起到分離作用。超聲波防粘結(jié)技術(shù)優(yōu)點是其應(yīng)用對媒介物理、化學性質(zhì)及其工作參數(shù)等無特殊要求，不需添加任何化學藥品，對設(shè)備無污染及腐蝕,適用性范圍極廣。①防粘結(jié)、除垢，范圍不受限制，解決設(shè)備粘結(jié)、帶垢作業(yè)問題；②聲波可強化傳熱效果，無論有無垢質(zhì)，能提高傳熱效率；③不改變工藝條件，在線維護，不需停機，不影響生產(chǎn)；④純物理方法，不腐蝕設(shè)備，無污染；⑤適用各種流體介質(zhì)。上述特點適合氯化鎂顆粒干燥的生產(chǎn)。

2 應(yīng)用背景

氯化鎂脫水要經(jīng)過兩層塔盤空氣干燥塔和十層塔盤氯化氫干燥塔。干燥過程中，由于氯化鎂特性和豎式干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，常在干燥塔內(nèi)出現(xiàn)物料沸騰不良，塔盤層差過高，物料流動性差等現(xiàn)象，造成無法生產(chǎn)，影響著合格氯化鎂穩(wěn)定產(chǎn)出。原因分析：①干燥前氯化鎂濕顆粒轉(zhuǎn)運時，吸附空氣中少量水分，表面微量水解，0.5mm～1mm粒徑顆粒表面粉化；②輸送和沸騰干燥時，粒子間碰撞形成少量細小氯化鎂顆粒；③沸騰干燥時，會因氣流分布和料層厚度等諸多因素，產(chǎn)生的細小顆粒狀氯化鎂會在塔盤表面上或雙層塔盤空隙間熔化粘結(jié)，經(jīng)不斷地熔化粘結(jié)，晶體形成較大固狀塊，零散無規(guī)律分布；④塔盤上死角部位，更易產(chǎn)生熔化粘結(jié)塊，并逐步蔓延；⑤干燥氣體溫度和壓力及物料進料量失控，物料大面積熔化粘結(jié)。產(chǎn)生熔化粘結(jié)干燥塔盤，塔盤間壓差大，上下塔盤間顆粒物料無法沸騰，塔盤無法進料，生產(chǎn)無法持續(xù)，干燥被迫停車清理。處理此類問題時間很長，影響損失十分巨大，是目前生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。生產(chǎn)中，在線處理類似生產(chǎn)問題主要手段是加大干燥通風量，減少受阻塔盤間料層厚度，降低壓差阻力，使干燥氣體順利通過堆有顆粒物料塔盤，迅速形成有效沸騰狀態(tài)。但在實際中，效果非常不理想，往往早期顆粒物料沸騰狀態(tài)不佳時，上述措施有效。在壓差較大時，無效果和作用，只能停產(chǎn)進行塔盤清料和水洗處理。

3 氯化鎂熔化粘結(jié)后的影響

氯化鎂熔化粘結(jié)塔盤、沸騰不良帶來影響：①每條干燥線年累計停機時間約40天，年損失氯化鎂產(chǎn)量約9000噸；②清理塔盤時，閉合管道、人孔法蘭、更換密封墊片等，需花費大量人工時。③清理前，塔體內(nèi)氯化氫氣體需要吸收、處理；漂浮散落氯化鎂粉塵，嚴重影響設(shè)備安全；④浪費氯化鎂料約70噸/次。

4 干燥塔盤上超聲波技術(shù)的應(yīng)用

超聲波在固體中用縱波和橫波兩種形式傳播，這兩種波的波速也不相同。不銹鋼中，縱波速度是5790米/秒，橫波速度是3100米/秒。氣體中一般取340m/s。

氯化鎂干燥塔塔體材質(zhì)全部為Inconel600合金，氯化氫干燥氣體為高溫腐蝕刺激性。超聲波防粘結(jié)技術(shù)應(yīng)用時需將聲波換能器硬性連接干燥塔塔盤上，使聲波無衰減傳播。用微處理器和軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對超聲震蕩的發(fā)生、頻率、振幅、脈沖周期、脈沖寬度、加速度等參數(shù)實現(xiàn)實時調(diào)測和控制，將產(chǎn)生功率一定的聲波，經(jīng)磁致伸縮材料電/機能量轉(zhuǎn)換模式，直接作用于干燥塔塔盤上。換能器產(chǎn)生2萬次/秒微振動傳導(dǎo)致堵塞的干燥塔盤上，塔盤產(chǎn)生微振動，達到篩板孔疏通作用。

當細小狀物料熔化粘結(jié)在剛性塔盤媒質(zhì)表面上時，由于聲波在不同媒質(zhì)中傳播速度差，利用微沖性剪切效應(yīng)，其縱波和橫波會在兩種不同媒質(zhì)間接觸面產(chǎn)生機械剪切力，熔化粘結(jié)在傳播速度快、機械強度高的塔盤媒質(zhì)上的氯化鎂粒子會被剪切、粉碎、剝離、脫落，達到疏通的效果。當熔化粘結(jié)成大塊狀氯化鎂產(chǎn)生并附著在干燥塔塔盤上時，經(jīng)聲波傳播，先利用剪切力將大塊狀的氯化鎂粘結(jié)塊從塔盤上剝離，再經(jīng)聲波進一步傳遞，在毗鄰塔盤的氯化鎂塊狀料一側(cè)，超聲震蕩效應(yīng)和微沖性剪切效應(yīng)作用下，不斷崩塌，粉碎，剝離。塊狀氯化鎂體積不斷縮小，達到一定的臨界粒徑時，微沖性剪切效應(yīng)將變得不再重要，粉碎主要依靠粒徑高速碰撞摩擦進行，這過程要持續(xù)一定時間才能完成，從而解決塊狀物料影響沸騰問題。所以在氯化鎂干燥過程中，由于處理時間長，應(yīng)盡量避免較大塊狀的熔化粘結(jié)物料產(chǎn)生。對于雙層塔盤中間產(chǎn)生的熔化氯化鎂物料堵塞，由于上下層空間較小，熔化粘結(jié)物料會很嚴重，經(jīng)聲波作用，會經(jīng)前述的兩組聲波狀態(tài)加以解決，同時已粉碎顆粒會被氯化氫氣體吹出雙層塔盤間。另一方面聲波在金屬中傳輸，塔盤表面呈高速微幅度震動狀態(tài)，會產(chǎn)生一定滑膩效果，可有效預(yù)防顆粒物料在塔盤上熔化吸附或沉積，利于塔盤疏通，物料沸騰。在氯化氫干燥塔盤上金屬材質(zhì)中，施加聲波，可有效的防止熔化的氯化鎂粘結(jié)，保持氣體通過順暢，作用顯著。該項技術(shù)的應(yīng)用，其在線清理特性，是一種環(huán)境友好、新穎高效的新技術(shù)。在可持續(xù)發(fā)展今天，更具經(jīng)濟、環(huán)保、低碳等強大競爭力。

5 超聲波裝置安裝與運行

干燥塔運行時，連續(xù)性多次在不同層數(shù)塔盤上出現(xiàn)熔化粘結(jié)，根據(jù)塔結(jié)構(gòu)、運行參數(shù)及介質(zhì)等因素，超聲波裝置需每層安裝，每層至少6個聲波傳導(dǎo)點，可控200m2的面積（干燥塔每層塔盤面積約45m2），其中二個聲波傳播點需布置在進、出料口附近，可預(yù)防、疏通進、出料管堵塞。聲波換能器須安裝在干燥塔外，通過波導(dǎo)將聲波傳至塔盤篩網(wǎng)上。波導(dǎo)與干燥塔壁之間采用迷宮式填料函設(shè)計，吸震材料密封隔離，杜絕聲波能量損失，防止高溫氯化氫泄漏?？刂品矫嬉擞肞LC自動控制，十層塔盤分組先后按順序間隔自動循環(huán)運行。①實現(xiàn)塔盤孔無堵塞，熔化粘結(jié)細小氯化鎂脫落。②避免聲波長時工作，減少顆粒破損和粉料量。③降低塔盤部件機械疲勞。

6 結(jié)語

超聲波產(chǎn)生的微沖性剪切效應(yīng)和超聲非線性振動阻止氯化鎂顆粒物料熔化粘結(jié)作用顯而易見。通過實施，氯化鎂脫水生產(chǎn)技術(shù)中干燥塔塔盤上氯化鎂顆粒物料熔化粘結(jié)堵塞現(xiàn)象可以在線得到有效遏制，有力攻克脫水生產(chǎn)穩(wěn)定性的一個難題。超聲波其獨特優(yōu)點，使它在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用潛力巨大，前景廣闊，是今后研究的重點和方向，值得嘗試。

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