預(yù)灰桶攪拌裝置改造

肖燕軍，董志軍

(江西晶昊鹽化有限公司，江西 樟樹(shù) 331200)

我公司純堿裝置采用氨堿法純堿工藝，一期為30萬(wàn)t/a，于2018年建成并投產(chǎn)。蒸餾工序配備兩臺(tái)固定銨蒸餾塔，對(duì)應(yīng)配備有兩臺(tái)預(yù)灰桶設(shè)備，預(yù)灰桶主要作用是將碳濾工序送來(lái)的經(jīng)加熱器加熱至87 ℃的預(yù)熱母液與石灰工序送來(lái)的石灰乳，經(jīng)攪拌混合反應(yīng)，分解母液中的固定銨，分解后的調(diào)和液從預(yù)灰桶底部自壓入固定銨塔第15圈，自上而下經(jīng)塔板與蒸汽逆流接觸換熱，蒸出其中的游離氨，氨氣經(jīng)冷卻后去吸收工序。

預(yù)灰桶是本工序關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行狀況的好壞直接決定著本工序生產(chǎn)能否穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

蒸餾塔配套的預(yù)灰桶直徑為5.0 m，全高22.8 m，全容積為447 m3，有效容積426 m3，攪拌為吊鏈框式攪拌，轉(zhuǎn)速為6.25 r/min，桶頂設(shè)有氨氣出口，預(yù)熱母液及灰乳通過(guò)預(yù)熱母液、石灰乳混合器由桶壁進(jìn)入預(yù)灰桶內(nèi)通過(guò)鏈條式攪拌進(jìn)行攪拌混合反應(yīng)(見(jiàn)圖1)。

圖1 預(yù)灰桶吊鏈攪拌示意圖

2 預(yù)灰桶攪拌存在問(wèn)題及原因分析

2.1 預(yù)灰桶攪拌存在問(wèn)題

蒸餾工序自投入運(yùn)行以來(lái)，預(yù)灰桶就暴露出諸多問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：

1)桶內(nèi)預(yù)熱母液與石灰乳混合不均勻，預(yù)熱母液中氯化銨與石灰乳不能充分接觸，影響反應(yīng)速度，預(yù)灰液過(guò)?；逸^高。

2)石灰乳在預(yù)灰桶內(nèi)沒(méi)有充分反應(yīng)，隨預(yù)灰液進(jìn)入蒸餾塔容易堵塞篩板、降液管。

3)預(yù)熱母液中部分硫酸根在蒸餾塔內(nèi)與鈣離子反應(yīng)，易于在塔內(nèi)形成硫酸鈣結(jié)疤。

4)因桶內(nèi)灰乳與母液混合不勻，伴有石灰乳直接進(jìn)入預(yù)灰液管線(xiàn)，因石灰乳流動(dòng)性差，預(yù)灰液流量波動(dòng)大，從而造成蒸餾塔塔壓波動(dòng)較大，不僅影響蒸餾廢液含氨指標(biāo)，同時(shí)造成蒸餾堵塔，影響蒸餾塔長(zhǎng)周期運(yùn)行。蒸餾塔最長(zhǎng)使用周期僅1個(gè)月左右，蒸餾塔頻繁進(jìn)行停塔清掃，影響生產(chǎn)。

預(yù)灰桶內(nèi)預(yù)熱母液與石灰乳是否混合均勻且充分反應(yīng)，成為制約蒸餾系統(tǒng)平穩(wěn)生產(chǎn)的“瓶頸”。

2.2 原因分析

1)預(yù)灰桶內(nèi)吊鏈?zhǔn)綌嚢璧臄嚢杷俣确植疾痪鶆?，在吊鏈?zhǔn)綌嚢铇浇黧w運(yùn)動(dòng)速度最大，最大速度為1.72 m/s；中心速度最慢，幾乎為零(見(jiàn)圖2)，流體圍繞預(yù)灰桶中心形成明顯的切向流動(dòng)，沒(méi)有形成循環(huán)流，攪拌效果不佳；

2)吊鏈?zhǔn)綌嚢铇募羟行Ч麑?duì)流體攪拌貢獻(xiàn)微弱，不能增強(qiáng)預(yù)灰桶內(nèi)氨氣生成與逸出過(guò)程；

3)吊鏈?zhǔn)綌嚢枨邢蛄鲃?dòng)明顯，切向流是流體被攪拌槳裹攜，與攪拌槳運(yùn)動(dòng)方向一致，形成的圓周形流動(dòng)，其混合效果差；

4)攪拌轉(zhuǎn)速慢，攪拌強(qiáng)度不夠。

要達(dá)到石灰乳和預(yù)熱母液內(nèi)氯化銨較好的混合效果，必須對(duì)攪拌型式進(jìn)行改造。

圖2 吊鏈?zhǔn)綌嚢栎S截面H/3處速度和剪切速率分布圖

3 改造方案

考慮到此次攪拌裝置技術(shù)改造為初步摸索性研究，為慎重起見(jiàn)，我們利用純堿二期接口停產(chǎn)大修的機(jī)會(huì)對(duì)設(shè)備本身需要修理的1#預(yù)灰桶進(jìn)行改造，待設(shè)備投入運(yùn)行后觀(guān)察實(shí)際改造效果。

3.1 采用雙層斜葉式攪拌槳葉

預(yù)灰桶液位高度約17 m，采用10 m長(zhǎng)攪拌軸，攪拌混合區(qū)域約占預(yù)灰桶高度的40%～47%。綜合考慮能量消耗、速度分布、流型等因素，結(jié)合流體力學(xué)原理將槳葉設(shè)計(jì)為斜葉式槳葉，雙層斜葉式攪拌槳剪切速率較大，且能量消耗最少，單位功率產(chǎn)生的速度、湍流耗散率、湍流動(dòng)能最高。

攪拌槳主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：

攪拌功率：37 kW

轉(zhuǎn)速：28 r/min

槳葉形式：雙層斜葉式，每層2葉

軸長(zhǎng)度：10 000 mm

改造后預(yù)灰桶運(yùn)行參數(shù)：

攪拌雷諾數(shù)：3.4×105

攪拌流量：420 m3/min

槳葉線(xiàn)速度：3.3 m/s

攪拌有效混合區(qū)域：～47%

軸底端安裝有固定底座，底座支撐固定在桶壁上，底座作用是防止攪拌軸擺動(dòng)量過(guò)大，保證攪拌裝置運(yùn)行平穩(wěn)。桶壁攪拌葉處安裝有均布的回流板，破壞液體形成的同心圓，提高母液與石灰乳的混合效率。電機(jī)保持現(xiàn)有37 kW電機(jī)不變，重新設(shè)計(jì)減速機(jī)，提高轉(zhuǎn)速，以達(dá)到較好的混合效果。

1.傳動(dòng)裝置 2.轉(zhuǎn)動(dòng)軸 3.攪拌槳葉 4.擋板 5.預(yù)灰桶桶體圖3 改造后預(yù)灰桶攪拌結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 增設(shè)預(yù)灰桶軸流泵及高位提升罐

圖4 高位提升罐方案示意圖

采用高位提升罐方案，一方面可以形成強(qiáng)制穩(wěn)定循環(huán)，增加預(yù)灰液緩沖量，有利于預(yù)灰液流量穩(wěn)定，防止進(jìn)塔預(yù)灰液流量波動(dòng)，堵塞蒸餾塔降液管；另一方面可以適當(dāng)提升預(yù)灰桶液位高度，為攪拌高效穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。高位提升罐采取現(xiàn)場(chǎng)就地取材，利用大直徑管道制作，提升罐出口接入蒸餾塔15圈。另外，為防止桶底廢砂堆積，安裝軸流泵循環(huán)排沙。

3.3 桶底沖洗裝置

考慮到預(yù)灰桶桶體較高，底部為攪拌盲區(qū)，預(yù)灰液中砂泥易沉積堵塞底部預(yù)灰液出口，在桶底部增加四點(diǎn)式斜流沖洗裝置，依靠預(yù)灰液泵出口自身流體壓力沖洗桶底泥沙，防止沙泥沉積。

4 改造后效果

蒸餾塔預(yù)灰桶攪拌2021年改造前后各項(xiàng)參數(shù)與指標(biāo)比較：

表1 蒸餾塔預(yù)灰桶改造前后運(yùn)行指標(biāo)

通過(guò)以上指標(biāo)分析，預(yù)灰桶改造后效果明顯：

1)廢液過(guò)?；?、廢液含氨較低；

2)蒸餾塔塔壓低，蒸量增大，預(yù)灰液流量波動(dòng)范圍小，較為穩(wěn)定；

3)蒸餾塔生產(chǎn)能力增大，使用周期增長(zhǎng)(目前最長(zhǎng)運(yùn)行周期已超70天，且蒸量穩(wěn)定在170 m3/h左右)，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)較正常；

4)攪拌電機(jī)、減速機(jī)等運(yùn)行正常,運(yùn)行電流相比改造前明顯下降，且密封效果好。

5 需要完善之處

根據(jù)1#預(yù)灰桶改造運(yùn)行情況，基本達(dá)到了改造前預(yù)期效果，根據(jù)此次改造實(shí)際運(yùn)行情況下一步將進(jìn)行完善，主要改造方向有：

1)適當(dāng)增加攪拌軸長(zhǎng)度，攪拌型式可以采取2葉3層，增加攪拌混合區(qū)域體積；

2)攪拌軸底座需改為活動(dòng)式，易于拆裝檢修更換易損件；

3)桶底積砂沖洗裝置需進(jìn)一步改進(jìn)，增多沖洗點(diǎn)，調(diào)整沖洗角度，并對(duì)沖洗噴頭進(jìn)行改造，提高沖洗水噴水壓力，減少桶底廢砂堆積量和降低堆積速度。