臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)用于化纖用二氧化鈦的分級(jí)試驗(yàn)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“臥螺離心機(jī)”）普遍被用來(lái)澄清懸浮液、回收晶體和聚合物等，也被用作礦漿或其它漿料的脫水，近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于城市和工業(yè)污泥的脫水。隨著超細(xì)粉體材料科學(xué)的飛速發(fā)展，臥螺離心機(jī)也被用來(lái)進(jìn)行顆粒的分級(jí)，如淀粉、氧化鋯等。本文將介紹臥螺離心機(jī)在化纖用二氧化鈦工業(yè)制備分級(jí)中的應(yīng)用。
化纖用二氧化鈦的制備分兩步：原料制備和表面處理。表面處理步驟為：原料干粉→打漿→濕磨→分級(jí)→表面處理→成品。
分級(jí)就是將粒徑大于5μm的粗粒子從漿料中分離出來(lái)，返回打漿槽，細(xì)料用來(lái)做后序加工，細(xì)料中的粗粒子要求小于5個(gè)/5.5×10-4cm3。
1 臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
臥螺離心機(jī)型號(hào)為WL220，主要部件為轉(zhuǎn)鼓和螺旋推料器。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑為220mm，長(zhǎng)度為930mm，其中圓筒部分（沉降區(qū)）長(zhǎng)度700mm，圓錐部分（干燥區(qū)）長(zhǎng)度230mm，長(zhǎng)徑比為4.23，錐角10°。螺旋推料器的外徑為218mm，長(zhǎng)度和錐角與轉(zhuǎn)鼓相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器的間隙為1mm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速為4800r/min，即臥螺離心機(jī)的分離因素為2524。螺旋推料器與轉(zhuǎn)鼓的速度差稱為差速，差速是通過(guò)減速機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，差速有10、20、30r/min三檔可調(diào)節(jié)。臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過(guò)變頻器在0～4800r/min間任意調(diào)節(jié)。液面在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的高度可通過(guò)擋板的尺寸來(lái)調(diào)節(jié)，擋板尺寸是指環(huán)形擋板內(nèi)環(huán)的直徑，擋板尺寸有φ133mm、φ135mm、φ137mm、φ140mm、φ145mm。臥螺離心機(jī)的進(jìn)料速度由螺桿進(jìn)料泵的轉(zhuǎn)速來(lái)決定，進(jìn)料管在沉降區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)度為460mm。
物料從進(jìn)料管進(jìn)入至沉降區(qū)2/3處，很快獲得近似于轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度，并沿轉(zhuǎn)鼓壁向溢流擋板方向流動(dòng)。顆粒在離心力的作用下，向轉(zhuǎn)鼓壁方向沉降，大顆粒的沉降速度比小顆粒沉降速度快。在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成的液體層中，大顆?？拷D(zhuǎn)鼓壁，小顆粒離轉(zhuǎn)鼓壁較遠(yuǎn)，在溢流擋板的作用下，小顆粒溢流出轉(zhuǎn)鼓，大顆粒留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，而被推料螺旋不斷地往干燥區(qū)方向推，被推出轉(zhuǎn)鼓，使大、小顆粒得以分離。
2 臥螺離心機(jī)各參數(shù)對(duì)分級(jí)效果的影響
本次工業(yè)制備的分級(jí)能力為300t/a二氧化鈦，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)料濃度、進(jìn)料速度、轉(zhuǎn)速、擋板尺寸、差速等來(lái)得到較佳的分級(jí)效果。
2.1 進(jìn)料濃度
進(jìn)料濃度對(duì)分級(jí)效果的影響如下；
進(jìn)料濃度（g/L） | 粗粒子數(shù)（個(gè)/5.5×10-4cm3 | 粗組分濃度（g/L） | 細(xì)組分濃度（g/L） | 粗細(xì)比（重量） |
182.0 | 5 | 430.0 | 115.9 | 0.99:1 |
141.7 | 2 | - | 92.4 | - |
123.5 | 1 | 253.3 | 78.5 | 1.09:1 |
試驗(yàn)條件：差速10r/min，擋板φ135mm，變頻器頻率40Hz（轉(zhuǎn)速3840r/min），進(jìn)料速度680L/h。
可以看出，在其它條件不變的情況下，進(jìn)料濃度增加，細(xì)組分中的粗粒子會(huì)增加，粗細(xì)組分的濃度也會(huì)增加。進(jìn)料濃度降低，臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能力會(huì)降低。對(duì)于濃度為182.0g/L的漿料，只要將變頻器頻率提至42Hz時(shí)（轉(zhuǎn)速4032r/min），細(xì)組分中的粗粒子數(shù)可降至1個(gè)。所以進(jìn)料濃度一般控制在160～180g/L較合理。
2.2 進(jìn)料速度
進(jìn)料速度對(duì)分級(jí)效果的影響如下：
進(jìn)料速度（L/h） | 粗粒子數(shù)（個(gè)/5.5×10-4cm3 | 粗組分濃度（g/L） | 細(xì)組分濃度（g/L） | 粗細(xì)比（重量） |
820 | 11 | - | 134.6 | - |
680 | 5 | 430.0 | 115.9 | 0.99:1 |
580 | 2 | 458.7 | 123.6 | 0.78:1 |
試驗(yàn)條件：差速10r/min，擋板φ135mm，變頻器頻率40Hz（轉(zhuǎn)速3840r/min），進(jìn)料濃度182.0g/L。
在其它條件不變的情況下，進(jìn)料速度減小，細(xì)組分中的粗粒子減少，粗組分濃度增加，流動(dòng)性變差，粗組分的量減少，生產(chǎn)能力降低。反之，進(jìn)料速度增大，分級(jí)效果變差，細(xì)組分中的粗粒子增加，粗組分濃度降低。對(duì)應(yīng)于一定的物料有一個(gè)較佳的進(jìn)料速度，較佳進(jìn)料速度與物料的粗粒子數(shù)及臥螺離心機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力有關(guān)。
2.3 轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速對(duì)分級(jí)效果的影響如下：
| 頻率（Hz） | 轉(zhuǎn)速（r/min） | 粗粒子數(shù)（個(gè)/5.5×10-4cm3） | 粗組分濃度（g/L） | 細(xì)組分濃度（g/L） | 粗細(xì)比（重量） |
40 | 3840 | 5 | 430.0 | 115.9 | 0.87:1 |
41 | 3936 | 2 | 434.7 | 104.7 | 1.12:1 |
42 | 4032 | 1 | - | 101.4 | 1.25:1 |
試驗(yàn)條件：差速10r/min，擋板φ135mm，進(jìn)料速度680L/h，進(jìn)料濃度182.0g/L。
轉(zhuǎn)速增加，細(xì)組分的粗粒子減少，有利于分級(jí)。但轉(zhuǎn)速增加，粗組分濃度增加，流量也增加，細(xì)組分濃度降低，流量減小，粗細(xì)比增加，臥螺離心機(jī)的工作效率降低。轉(zhuǎn)速太高也能使粗組分緊貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，螺旋推料器負(fù)荷增加，容易造成臥螺離心機(jī)損壞，所以只要能達(dá)到所需要的分級(jí)效果，就不要將轉(zhuǎn)速調(diào)得過(guò)高。
2.4 擋板尺寸
擋板尺寸對(duì)分級(jí)效果的影響如下：
| 擋板尺寸（mm） | 進(jìn)料濃度（g/L） | 變頻器頻率（Hz） | 粗粒子數(shù)（個(gè)/5.5×10-4cm3） | 粗組分濃度（g/L） | 粗細(xì)比（重量） |
Φ133 | 182.0 | 40 | 1 | 326.5 | 1.83:1 |
Φ135 | 182.0 | 42 | 1 | 409.0 | 1.25:1 |
Φ140 | 163.6 | 50 | ＞100 | 膏狀1320.0 | |
Φ145 | 163.6 | 50 | ＞100 | 膏狀1320.0 |
試驗(yàn)條件：差速10r/min，進(jìn)料速度800L/h。
擋板尺寸增加，臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沉降區(qū)域縮短，干燥區(qū)域增長(zhǎng)，粗組分濃度增加，流動(dòng)性變差，細(xì)組分中的粗粒子增多，分級(jí)效果變差。反之，擋板尺寸減小，有利于分級(jí)，但擋板尺寸也不可降得太小。降得太小，細(xì)組分的總量會(huì)大大下降，粗細(xì)比大，雖然分級(jí)效果較好，但效率太低。所以必須適當(dāng)選擇臥螺離心機(jī)的擋板高度。
2.5 差速
差速增加有利于粗組分的出料，但粗組分的濃度會(huì)有所降低，粗組分的流量會(huì)增加，粗細(xì)比增大，同時(shí)細(xì)組分中的粗粒子數(shù)也會(huì)增加。因?yàn)椴钏僭黾釉斐膳P螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液面的擾動(dòng)增加，因此影響分級(jí)。所以在粗組分濃度不是很高、流動(dòng)性不是很差的情況下，差速還是低于一些有利于臥螺離心機(jī)的分級(jí)。如果粗組分的濃度太高流不出來(lái)，則必須增加差速，但也要以細(xì)組分中的粗粒子數(shù)合格為前提。
2.6 不同物料
不同的物料，要達(dá)到所要求的分級(jí)效果，必須對(duì)臥螺離心機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，用于不同物料分級(jí)的臥螺離心機(jī)的參數(shù)如下：
| 物料 | 擋板尺寸（mm） | 差速（r/min） | 變頻器頻率（Hz） | 進(jìn)料速度（L/h） | 粗粒子數(shù)（個(gè)/5.5×10-4cm3） |
0# | Φ135 | 10 | 41 | 700 | ＜5 |
1# | Φ135 | 20 | 40 | 700 | ＜5 |
3# | Φ135 | 15 | 44 | 840 | ＜5 |
不同物料由于水分散性、粗粒子數(shù)等性質(zhì)上存在差異，必須要對(duì)臥螺離心機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足所需要的分級(jí)效果。
3 臥螺離心機(jī)各參數(shù)對(duì)分級(jí)影響的分析
3.1 進(jìn)料濃度的影響
物料進(jìn)入離心機(jī)后，大顆粒在離心力的作用下，會(huì)在小顆粒和分散介質(zhì)中作沉降運(yùn)動(dòng)，這一相對(duì)運(yùn)動(dòng)也可以看作是分散介質(zhì)夾帶著小顆粒在大顆粒間隙中運(yùn)動(dòng)，物料濃度越大，顆粒間間隙就越小，分散介質(zhì)和小顆粒在大顆粒間隙中運(yùn)動(dòng)的阻力就會(huì)增加。相反，物料濃度越低，分散介質(zhì)和小顆粒在大顆粒的間隙中運(yùn)動(dòng)的阻力就越小，所以物料濃度越高，越不利于物料的分級(jí)。但物料的濃度也不可過(guò)低，物料濃度過(guò)低，分離效果雖然較好，但臥螺離心機(jī)的產(chǎn)量會(huì)大大降低，所以必須選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料濃度。
3.2 進(jìn)料速度的影響
進(jìn)料速度直接影響到物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，在擋板高度等其它條件不變的情況下，進(jìn)料速度大，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間則短，大顆粒還沒有來(lái)得及沉降就隨小顆粒一起流出轉(zhuǎn)鼓，使大顆粒與小顆粒分離不開。物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間也不可過(guò)長(zhǎng)，停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，粗組分的濃度增加，流動(dòng)性變差，不利于出料，所以要選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料速度。
3.3 轉(zhuǎn)速的影響
根據(jù)Stokes定律可知，顆粒的沉降速度與離心加速度成正比，轉(zhuǎn)速越高，離心加速度就越大，顆粒的沉降速度也越大，這樣就容易使大顆粒與小顆粒分離。但轉(zhuǎn)速太高也會(huì)使大顆粒沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，并粘附在內(nèi)壁上，使螺旋推料器的負(fù)荷加大，容易造成臥螺離心機(jī)保護(hù)銷折斷，所以只要達(dá)到所要求的分離效果，轉(zhuǎn)速還是低一些好。
擋板尺寸減小，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液面厚度增加，沉降區(qū)增加，干燥區(qū)縮小，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料的總體積增加，在進(jìn)料速度不變的情況下，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間增加，有利于粒子的分級(jí)。反之，則沉降區(qū)縮小，干燥區(qū)增加，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間減少，不利于粒子的分級(jí)。
3.4 差速的影響
差速增加表示螺旋推料器相對(duì)轉(zhuǎn)鼓的運(yùn)動(dòng)速度增加，螺旋推料器不斷地把物料推向干燥區(qū)，使粗組分的濃度得以下降，有利于出料。螺旋出料器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增加也使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液面擾動(dòng)增加，干擾了粗細(xì)顆粒的分級(jí)，所以只要在粗組分流動(dòng)性還可以的情況下，盡量選擇較低的差速有利于粒子的分級(jí)。
4 結(jié)束語(yǔ)
臥螺離心機(jī)的各參數(shù)之間是相互聯(lián)系的，必須根據(jù)物料的性質(zhì)和產(chǎn)品的粒度的要求來(lái)調(diào)節(jié)各個(gè)參數(shù)，使其發(fā)揮較佳的分級(jí)效果和較高的生產(chǎn)能力，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。
從本次試驗(yàn)的情況來(lái)看，臥螺離心機(jī)是化纖用二氧化鈦生產(chǎn)中不可缺少的分級(jí)工具。只要二氧化鈦原料煅燒完全，臥螺離心機(jī)就不會(huì)出現(xiàn)因物料粘壁而發(fā)生堵料現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)，臥螺離心機(jī)就會(huì)發(fā)揮很好的粗粒子把關(guān)作用。相信隨著超細(xì)粉體材料工業(yè)的發(fā)展，臥螺離心機(jī)將會(huì)越來(lái)越廣泛地用于粒子的分級(jí)。
