氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)分析

白罡祖(蘭州金利化工毛紡有限公司，甘肅 蘭州 730060)

1 氰化鈉工藝概述

1.1 氰化鈉液體流程簡述

文章所述氰化鈉生產(chǎn)工藝為丙烯腈副產(chǎn)品法。原料為來自丙烯腈車間的99.6%氰化氫和來自酸堿站的30%離子膜液堿。通過PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤氰化氫流量，調(diào)節(jié)離子膜堿量配比，在反應(yīng)器中進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，生成氰化鈉溶液，在負(fù)壓條件下對氰化鈉溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，濃縮后將氰化鈉溶液在常壓下緩慢攪拌，在一定時(shí)間內(nèi)，緩慢富集生成氰化鈉晶粒，結(jié)晶濃度達(dá)到50%～70%時(shí)，再通過漿料泵輸送轉(zhuǎn)移至連續(xù)推進(jìn)式離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行分離，產(chǎn)出含水量約9%的氰化鈉粉料，形成初步的固態(tài)氰化鈉產(chǎn)品。

1.2 氰化鈉干燥流程簡述

干燥工序采用熱空氣干燥法。將含水量約9%的氰化鈉粉料，通過自身重力垂直落入螺旋輸送機(jī)錐形料斗，在螺旋輸送機(jī)的推動(dòng)下，均勻進(jìn)入干燥器底部傘形反射屏。在高速旋轉(zhuǎn)攪拌漿和旋渦氣流的作用下，氰化鈉粉料受到撞擊、摩擦及剪切力的作用，被充分打散，與鼓風(fēng)機(jī)送來的約280 ℃的熱空氣充分接觸、受熱后氰化鈉粉料被瞬間干燥，干燥后的氰化鈉粉料含水約1%。干燥后的氰化鈉粉料和熱風(fēng)一起，在引風(fēng)機(jī)的吸引下，經(jīng)干燥器頂部出口，通過密閉管路進(jìn)入兩級(jí)旋風(fēng)分離器。

分離器中氰化鈉粉料在風(fēng)的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將大顆粒粉料甩向一級(jí)旋風(fēng)分離器內(nèi)壁，通過內(nèi)壁向下的氣流將已分離的氰化鈉粉料帶到分離器出口。經(jīng)過一級(jí)旋風(fēng)分離器將大顆粒粉料進(jìn)行沉降收集，氰化鈉小顆粒再經(jīng)過二級(jí)旋風(fēng)分離擴(kuò)張器進(jìn)行二次沉降收集，兩次沉降的氰化鈉粉料，經(jīng)關(guān)風(fēng)器在密閉管中通過物料的重力跌落至成型機(jī)強(qiáng)制給料螺旋。經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器未能沉降的少量氰化鈉粉料，由引風(fēng)機(jī)送往洗滌塔水洗和堿洗塔脫氰處理后，進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放[1]。

1.3 氰化鈉成型、包裝流程簡述

進(jìn)入成型機(jī)強(qiáng)制給料螺旋的氰化鈉粉料溫度約150 ℃，利用氰化鈉的熱塑性，在強(qiáng)制給料螺旋預(yù)壓下，氰化鈉粉料均勻地進(jìn)入干法擠壓造粒機(jī)對輥擠壓，由加壓油站對成型機(jī)一側(cè)壓輥進(jìn)行加壓至0.7 MPa，使氰化鈉粉料產(chǎn)生塑性變形，氰化鈉粉料被擠壓成橢圓枕型狀，完成氰化鈉的制片，每片約14 g。再通過旋轉(zhuǎn)式篩分機(jī)篩除粉料，篩除的粉料利用料斗立式提升機(jī)再次送往強(qiáng)制給料螺旋進(jìn)行制片。篩除粉料的氰化鈉片劑下落至包裝秤進(jìn)行稱重計(jì)量，包裝在鋼桶或木箱中，完成生產(chǎn)流程。此時(shí)，鋼桶和木箱內(nèi)的氰化鈉片劑溫度約100 ℃[2]。

2 氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)

2.1 冷卻系統(tǒng)技改前現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)生產(chǎn)氰化鈉的企業(yè)分布在安徽安慶、河北、重慶，山西晉城等地，生產(chǎn)技術(shù)方面各企業(yè)都采取技術(shù)保密措施，氰化鈉片劑冷卻方面沒有技術(shù)資料可以參考。據(jù)了解，有的企業(yè)采取錐形料倉抽風(fēng)冷卻的方式，此冷卻方式雖然比自然降溫冷卻時(shí)間短，但是需要一次投入多個(gè)冷卻倉和配套的抽風(fēng)設(shè)施。這種冷卻方式在冷卻過程中，倉壁容易形成凝液，冷卻效果十分不理想，并且環(huán)保設(shè)施投入大，不利于連續(xù)生產(chǎn)。因此，這種錐形料倉抽風(fēng)冷卻方式不適合公司生產(chǎn)裝置人員配置和現(xiàn)場設(shè)備布置。

2.2 氰化鈉片劑冷卻分析

根據(jù)熱量傳遞過程規(guī)律，熱量由高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移形成穩(wěn)定的熱量，溫差則是熱量傳遞進(jìn)行的必要條件，只有溫差存在時(shí)，才能產(chǎn)生片劑內(nèi)熱量的快速傳遞。原氰化鈉片劑靜置自然冷卻中，在包裝鋼桶或木箱內(nèi)的氰化鈉片劑上部分由于和空氣直接接觸冷卻時(shí)間較快，中部和下部又要通過層層向上熱傳遞來進(jìn)行散熱，冷卻到室溫所需的時(shí)間達(dá)到24 h甚至更長。為解決該問題，本文通過資料查找、借鑒相關(guān)產(chǎn)品冷卻方式的方法，經(jīng)實(shí)際測算和可行性分析，參考加工飼料干燥器的工作原理，結(jié)合氰化鈉物料特性，確定改進(jìn)氰化鈉片劑冷卻的技術(shù)方式。

2.3 氰化鈉片劑冷卻方式

改進(jìn)自然冷卻為強(qiáng)制風(fēng)冷，即采用和室溫一樣的強(qiáng)制送風(fēng)對氰化鈉片劑進(jìn)行冷卻，將100 ℃左右的氰化鈉片劑，經(jīng)強(qiáng)制風(fēng)冷卻至40 ℃左右，以解決產(chǎn)品擠壓成型后溫度高、內(nèi)襯袋熱塑變形、操作人員易灼傷的問題。結(jié)合氰化鈉裝置生產(chǎn)工藝流程和現(xiàn)場設(shè)備布置情況，經(jīng)技術(shù)小組討論分析，在固體工藝流程旋轉(zhuǎn)式篩分機(jī)和計(jì)量包裝秤之間，增加一套冷卻設(shè)備和旋風(fēng)收集設(shè)施，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。冷卻設(shè)備包括主設(shè)備冷卻器、鼓風(fēng)機(jī)、一級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器、引風(fēng)機(jī)及物料和風(fēng)密閉管道。在冷卻過程中，冷卻器將氰化鈉片劑均勻布置在內(nèi)部孔板上與強(qiáng)制送來的冷卻風(fēng)進(jìn)行熱交換；鼓風(fēng)機(jī)用于給冷卻器提供強(qiáng)制冷風(fēng)；一、二級(jí)旋風(fēng)分離器用于收集、沉降冷卻風(fēng)中的微小氰化鈉顆粒物；引風(fēng)機(jī)給一、二級(jí)旋風(fēng)分離器提供輸送引力，帶出冷卻器內(nèi)的潮氣和熱量。

2.4 主設(shè)備冷卻器概述

確定冷卻器為圓柱形主體結(jié)構(gòu)，頂部為錐形結(jié)構(gòu)有利于粉塵、潮氣和熱量的收集排出。冷卻器內(nèi)設(shè)三層環(huán)狀孔板組成主機(jī)體，兩臺(tái)同步振動(dòng)電機(jī)交叉布置在主機(jī)體下部，主機(jī)體上部錐形一側(cè)設(shè)有進(jìn)料口，頂部中心的出風(fēng)口，出料口和進(jìn)風(fēng)口分別位于主機(jī)體側(cè)下方，主機(jī)體用彈簧支撐于機(jī)架上。安裝在主機(jī)體下方的兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)同步反向旋轉(zhuǎn)，使主機(jī)體產(chǎn)生垂直振動(dòng)與扭振，從而使進(jìn)入冷卻器的氰化鈉片劑，沿水平環(huán)狀孔板自上而下連續(xù)跳躍向前運(yùn)動(dòng)，與鼓風(fēng)機(jī)送來的由下至上層層穿過孔板的冷風(fēng)充分接觸進(jìn)行換熱，帶出氰化鈉片劑熱量，使氰化鈉片劑由100 ℃左右冷卻至40 ℃左右。

2.5 氰化鈉片劑冷卻原理

氰化鈉片劑冷卻器在振動(dòng)的作用下，均勻進(jìn)行自上而下跳躍運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)送來的冷卻風(fēng)自下而上穿過氰化鈉片劑物料層由錐形口排出，冷卻風(fēng)和氰化鈉片劑充分接觸進(jìn)行熱量傳遞，實(shí)現(xiàn)對氰化鈉片劑的降溫。降溫后氰化鈉片劑溫度約40 ℃，通過密閉管路跌落至計(jì)量包裝秤進(jìn)行計(jì)量包裝。熱交換后的含氰化鈉粉料氣體，在引風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入兩級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)行粉料分離、沉降，由螺旋輸送機(jī)送往成型機(jī)強(qiáng)制給料螺旋，與來自干燥器約150 ℃熱氰化鈉粉料充分混合后繼續(xù)制片。由引風(fēng)機(jī)從一、二級(jí)旋風(fēng)分離器吸出的含有微量氰化鈉顆粒物的氣體，送往粉塵洗滌塔進(jìn)行水洗，再進(jìn)入堿洗塔進(jìn)行脫氰處理。

2.6 冷卻系統(tǒng)尾氣處理

氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)含粉塵尾氣處理。由引風(fēng)機(jī)送來的攜帶微量氰化鈉粉塵的氣體，在現(xiàn)有設(shè)備粉塵洗滌塔中經(jīng)過塔內(nèi)填料均勻布置，噴淋液將尾氣中的少量氰化鈉粉塵進(jìn)行洗滌去除，含氰化氫的尾氣再經(jīng)過堿洗塔二次洗滌進(jìn)行脫氰處理，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后，通過排氣筒進(jìn)行有組織的排放。

3 片劑冷卻系統(tǒng)投入前后對比分析

3.1 冷卻系統(tǒng)投入前后溫度對比

對冷卻系統(tǒng)投用前后，包裝鋼桶或木箱內(nèi)的氰化鈉片劑進(jìn)行隨機(jī)抽取測溫統(tǒng)計(jì)。

如表1所示，冷卻系統(tǒng)投入使用后，包裝鋼桶或木箱內(nèi)的氰化鈉片劑溫度比投用前降低了約60 ℃。從包裝內(nèi)襯袋環(huán)節(jié)來看，沒有出現(xiàn)包裝鋼桶或木箱內(nèi)襯袋熱塑損壞的現(xiàn)象，更大程度地提高防止氰化鈉溢出的第一道安全防線的標(biāo)準(zhǔn)。冷卻系統(tǒng)投用后，崗位人員操作便利，極大降低了人員灼傷的風(fēng)險(xiǎn)，減少氰化鈉片劑的吸潮結(jié)塊，提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量的同時(shí)滿足了客戶的使用需求。

表1 冷卻系統(tǒng)投用前后氰化鈉片劑溫度對比數(shù)據(jù)

3.2 冷卻系統(tǒng)投用前后成品質(zhì)量對比

對冷卻系統(tǒng)投用前后，包裝鋼桶內(nèi)氰化鈉片劑粉料進(jìn)行隨機(jī)抽取，篩分后對氰化鈉粉料進(jìn)行稱重統(tǒng)計(jì)。

如表2所示的對比，冷卻系統(tǒng)投入使用后，每50 kg氰化鈉片劑成品含粉量由原來1.5 kg左右，下降至0.8 kg左右。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是：一方面氰化鈉片劑在冷卻過程中，冷卻風(fēng)帶走了部分氰化鈉片劑中的粉料；另一方面氰化鈉在熱塑制片沒有冷卻設(shè)施時(shí)，片劑的強(qiáng)度較弱，在輸送過程中容易相互碰撞，產(chǎn)生碎片和粉料。氰化鈉片劑經(jīng)過冷卻后，產(chǎn)品片劑強(qiáng)度增加，產(chǎn)生的碎片和粉料相對減少。

表2 冷卻系統(tǒng)投用前后成品粉料對比數(shù)據(jù)

氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)在降溫的同時(shí)，也起到了降低成品含粉量的作用。綜合這兩項(xiàng)作用，冷卻系統(tǒng)提高了氰化鈉片劑成品質(zhì)量。

4 冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式分析

投入25 萬余元技改的氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)的振動(dòng)式水平圓冷卻器調(diào)節(jié)方式如下。

(1)冷卻器振幅的調(diào)節(jié)?？梢哉{(diào)節(jié)主機(jī)體下方的兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)的振幅大小，改變垂直振動(dòng)與扭振力，使進(jìn)入冷卻器孔板上的氰化鈉片劑在振幅的作用下，改變片劑的位置、跳躍速度，以此來調(diào)節(jié)冷風(fēng)和氰化鈉片劑的接觸時(shí)間，來實(shí)現(xiàn)對冷卻器出口氰化鈉片劑溫度的控制。

(2)冷卻器風(fēng)量的調(diào)節(jié)?？梢哉{(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來改變冷卻器內(nèi)冷卻風(fēng)量的大小。在冷卻器振幅一定的情況下，通過調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，適當(dāng)加大冷卻風(fēng)量，冷卻器內(nèi)的氰化鈉片劑熱量能夠快速逸出，加快氰化鈉片劑的冷卻速率。

5 冷卻系統(tǒng)操作注意事項(xiàng)

(1)在操作過程中可通過變頻器的調(diào)節(jié)，來控制引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到工藝要求的冷卻風(fēng)量，使其在冷卻器內(nèi)部形成微負(fù)壓的狀態(tài)。

(2)在冷卻過程中，氰化鈉粉料易粘附在冷卻器內(nèi)孔板上，容易造成孔板氣孔堵塞，影響冷卻效果。為避免影響冷卻效果，需在每班生產(chǎn)結(jié)束后，將片劑冷卻系統(tǒng)的引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和冷卻器空負(fù)荷運(yùn)行10～15 min，通過振動(dòng)清理孔板上的粘附物料。根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷，在連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行30 天后，將冷卻器內(nèi)三層孔板用清水進(jìn)行一次清洗，以達(dá)到理想冷卻效果。

(3)粉塵洗滌塔洗滌尾氣過程中，當(dāng)洗滌塔中洗滌水的氰化鈉含量達(dá)到1%時(shí)，將洗滌液體排放至裝置事故槽。如洗滌水中氰化鈉含量超過1%，會(huì)直接影響洗滌塔尾氣中氰化鈉粉塵的洗滌效果。

6 結(jié)語

本文所述氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)，首先參考了畜牧行業(yè)飼料干燥機(jī)的工作原理，其次參考了旋風(fēng)分離的除塵、降塵原理。將干燥器的干燥熱風(fēng)變?yōu)槔鋮s風(fēng)用于氰化鈉片劑進(jìn)行冷卻，選用分離器用于沉降冷卻風(fēng)中攜帶的氰化鈉粉塵，實(shí)現(xiàn)氰化鈉片劑的冷卻。新上氰化鈉片劑冷卻系統(tǒng)運(yùn)行后，經(jīng)跟蹤統(tǒng)計(jì)未出現(xiàn)內(nèi)襯袋熱塑損壞，經(jīng)客戶反饋產(chǎn)品結(jié)塊的現(xiàn)象大大減少。從包裝工序來看，減少了氰化鈉長時(shí)間暴露于環(huán)境的情況，有利于員工身體健康和安全管理。同時(shí)，冷卻系統(tǒng)提高了氰化鈉產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期的目的。