臥螺離心機(jī)在高濃度二氧化鈦分級中的應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡稱臥螺離心機(jī)）是一種利用離心力，對固-液、液-液和液-液-固非均相物系的分離旋轉(zhuǎn)機(jī)械。臥螺離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開。隨著超細(xì)粉體材料的飛速發(fā)展，臥螺離心機(jī)還可利用物料不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點(diǎn)，對固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級處理。本文將介紹一種專用的臥螺離心機(jī)在化纖高濃度二氧化鈦工業(yè)制備分級中的應(yīng)用。
1 高濃度二氧化鈦及其工藝介紹
二氧化鈦俗稱鈦白或者鈦白粉，是一種重要的無機(jī)化工原料，無毒、對健康無害，在涂料顏料、油墨、塑料、橡膠、造紙、化纖和日用化妝品等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。隨著化工市場需求，高濃度全消光的二氧化鈦?zhàn)鳛樘盍蟿┑男枨罅吭絹碓酱蟆?/span>
1.1 高濃度二氧化鈦漿料的特點(diǎn)
高濃度二氧化鈦是指二氧化鈦粉末與乙二醇溶劑配比后的濃度在20%～30%之間的漿料。（濃度=（溶液中固體的總重量/溶液的總重量）×100%）
高濃度的二氧化鈦漿料（濃度20%～30%）與低濃度的二氧化鈦漿料（濃度10%～15%）相比較具有不同的物料特性：懸浮液的密度大，超細(xì)分析比重較大，懸浮液的粘度大大增加。
1.2 高濃度二氧化鈦漿料的分級工藝
高濃度二氧化鈦漿料的分級工藝分為四個步驟：原料干粉打漿——研磨——分級——后續(xù)處理。
2 專用臥螺離心機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1 工作原理
高濃度二氧化鈦分級專用臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)主要由副電機(jī)、差速器、螺旋推料器、轉(zhuǎn)鼓、主軸承、機(jī)座、機(jī)罩、傳動裝置及主電機(jī)等組成。其工作原理是：懸浮液（高濃度二氧化鈦）經(jīng)進(jìn)料管和螺旋出料口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，不同粒徑的二氧化鈦顆粒在轉(zhuǎn)鼓徑向方向分層，形成多層同心顆粒圓環(huán)。粒徑相對較大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對運(yùn)動的螺旋葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的大粒徑固相顆粒刮下并推出排渣口。而粒徑小的二氧化鈦顆粒分層于靠近轉(zhuǎn)鼓中心圓環(huán)，通過排液口排出進(jìn)入半成品罐。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對運(yùn)動，也就是差轉(zhuǎn)速是通過差速器來實(shí)現(xiàn)的，其大小由副電機(jī)來控制。差速器的外殼與轉(zhuǎn)鼓相聯(lián)接，輸出軸與螺旋推料器相聯(lián)接，輸入軸與副電機(jī)相聯(lián)接。主電機(jī)帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的同時也帶動了差速器外殼的旋轉(zhuǎn)，副電機(jī)通過聯(lián)軸器的聯(lián)接來控制差速器輸入軸的轉(zhuǎn)速。使差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋推料器，從而實(shí)現(xiàn)了臥螺離心機(jī)對物料的連續(xù)分級過程。
2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
目前，國產(chǎn)的一般臥螺離心機(jī)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于低濃度的二氧化鈦分級處理。但是高濃度二氧化鈦的分級處理國內(nèi)均使用純進(jìn)口立式分離機(jī)設(shè)備。臥螺離心機(jī)應(yīng)用于高濃度二氧化鈦的分級處理未見文獻(xiàn)報道。
由于高濃度的二氧化鈦具有漿料密度大，超細(xì)粉體比重較大，粘度大的特點(diǎn)，所以其分離性能較差。采用一般的臥螺離心機(jī)進(jìn)行高濃度的二氧化鈦分級處理，處理量很小，分離效果差，經(jīng)常出現(xiàn)堵料的現(xiàn)象。而采用進(jìn)口立式分離機(jī)設(shè)備進(jìn)行高濃度的二氧化鈦分級處理，處理量小，需要間斷卸料，不能夠連續(xù)作業(yè)。
所以針對上述的高濃度二氧化鈦的物料特性和市場的需求，研發(fā)了一種專用臥螺離心機(jī)，成功應(yīng)用于高濃度二氧化鈦分級處理。
高濃度二氧化鈦分級處理的專用臥螺離心機(jī)具有如下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
2.2.1 擁有專用的螺旋設(shè)計結(jié)構(gòu)
（1）臥螺離心機(jī)螺旋進(jìn)料區(qū)域采用“雙S”型結(jié)構(gòu)，符合流體力學(xué)的流線型設(shè)計，使得物料出料順暢。并且“雙S”型結(jié)構(gòu)出料表面內(nèi)部鑲嵌有若干耐磨棒，防止物料的磨損。
（2）螺旋采用變螺距和葉片開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高設(shè)備的處理能力。
（3）螺旋葉片采用犁形硬質(zhì)合金片，減少推料扭矩，確保粘度較高物料的排料順暢。
（4）螺旋的錐段采用方孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，消除螺旋內(nèi)部積料，改善了螺旋錐段軸承的使用環(huán)境，提高了軸承的使用壽命。
2.2.2 排渣口“馬鞍型”結(jié)構(gòu)
臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓采用“馬鞍型”出渣口，使得出料順暢，無死角積料現(xiàn)象。且轉(zhuǎn)鼓出渣口鑲嵌有可更換的硬質(zhì)合金瓦，耐磨且易于維修。
2.2.3 配置適當(dāng)?shù)母彪姍C(jī)和差速器
根據(jù)高濃度二氧化鈦的物料特性，臥螺離心機(jī)選用額定扭矩比較大的副電機(jī)。同時選取能夠?qū)崿F(xiàn)大差速和大扭矩傳遞的二級行星齒輪差速器。
2.2.4 自動沖洗功能
由于高濃度的二氧化鈦分級處理需要分批次進(jìn)行，所以臥螺離心機(jī)在兩批次分級處理之間需要對設(shè)備進(jìn)行完全清洗，以便能夠在下次的分級處理中獲得極佳的分級效果。臥螺離心機(jī)設(shè)計具有自動沖洗的結(jié)構(gòu)和程序，能夠?qū)C(jī)罩、轉(zhuǎn)鼓內(nèi)外和螺旋部件進(jìn)行完全的自動沖洗。
2.2.5 先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)設(shè)計采用先進(jìn)的雙電機(jī)雙變頻控制方式，即主電機(jī)和副電機(jī)均用變頻控制。同時控制系統(tǒng)采用共直流母線技術(shù)，通過主變頻器對副變頻器實(shí)現(xiàn)供電，不再單獨(dú)對副變頻器供電。在設(shè)備運(yùn)行工作中，副電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，副變頻器將一部分電能反饋給主變頻器使用，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計。另外，電氣控制的操作界面采用觸摸屏技術(shù)，符合現(xiàn)代操作簡易、功能集成的設(shè)計理念。
2.2.6 一機(jī)多用功能
專用臥螺離心機(jī)實(shí)現(xiàn)了高濃度二氧化鈦的分級處理，同時也可用于低濃度二氧化鈦的分級處理，實(shí)現(xiàn)高低濃度二氧化鈦分級處理一機(jī)多用。
3 高濃度二氧化鈦分級專用臥螺離心機(jī)的應(yīng)用
采用臥螺離心機(jī)在某化纖公司進(jìn)行高濃度二氧化鈦分級處理試驗。
3.1 進(jìn)料條件
試驗用高濃度二氧化鈦漿料采用進(jìn)口日本富士TiO2原料粉體與乙二醇進(jìn)行配比混合，形成進(jìn)料濃度為25%的原漿，經(jīng)過研磨后的5μm真空過濾量500～600ml，進(jìn)料溫度50℃～60℃。
3.2 專用臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
LW430DB專用臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑（mm） | 430 |
長徑比 | 3.7 |
錐角 | 小錐角 |
轉(zhuǎn)速（r/min） | 3200 |
分離因數(shù) | 2466 |
主電機(jī)功率（kW） | 30 |
副電機(jī)功率（kW） | 7.5 |
3.3 專用臥螺離心機(jī)工藝參數(shù)對分級效果的影響
本次采用LW430DB專用臥螺離心機(jī)對高濃度二氧化鈦的分級處理，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、液層深度、差轉(zhuǎn)速等來得到極佳的分級效果。
3.3.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的影響
對專用臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得如下的工藝參數(shù)。
序號 | 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 | 取樣次數(shù) | 1μm過濾量（合格600ml） | 主機(jī)電流（A） | 扭矩（N·m) |
1 | 2600 | 6 | 1100～1400 | 24～25 | 3～5 |
2 | 2700 | 6 | 1200～1500 | 24～25 | 3～4 |
3 | 2800 | 6 | 600～800 | 28～29 | 3～5 |
4 | 2900 | 6 | 300～500 | 30～31 | 5～6 |
*離心機(jī)的差轉(zhuǎn)速28r/min，溢流半徑136mm，處理量3.5～4m3/h。
轉(zhuǎn)速的增加，細(xì)組分的粗粒子減少，有利于分級。但是轉(zhuǎn)速太高，離心力太大，粗組分緊貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，螺旋推料器負(fù)荷增加，推料困難，影響后續(xù)的進(jìn)料分級過程，不利于分級效果的提高。
3.3.2 液層深度的影響
對專用臥螺離心機(jī)的液層深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得如下的工藝參數(shù)。
序號 | 溢流半徑（mm） | 取樣次數(shù) | 1μm過濾量（合格600ml） | 主機(jī)電流（A） | 扭矩（N·m) |
1 | 128 | 6 | 1200～1500 | 25～26 | 3～5 |
2 | 135 | 6 | 1100～1400 | 24～25 | 3～5 |
3 | 136 | 6 | 1200～1500 | 24～25 | 3～4 |
4 | 140 | 6 | 400～600 | 30～31 | 5～6 |
*離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2700r/min，差轉(zhuǎn)速28r/min，處理量3.5～4m3/h。
隨著液層深度的增加，臥螺離心機(jī)的澄清段增長，有利于提高離心機(jī)分級效果。采用溢流半徑為R128mm的液層片規(guī)格時，雖然得到了合格的清液相，但是由于液層太深，導(dǎo)致分離后的殘渣數(shù)量過多，不滿足工藝要求。
3.3.3 差轉(zhuǎn)速的影響
對專用臥螺離心機(jī)的差轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得如下的工藝參數(shù)。
序號 | 差轉(zhuǎn)速 | 取樣次數(shù) | 1μm過濾量（合格600ml） | 主機(jī)電流（A） | 扭矩（N·m) |
1 | 24 | 6 | 300～400 | 30～31 | 10～11 |
2 | 26 | 6 | 800～900 | 26～28 | 6～8 |
3 | 27 | 6 | 1100～1300 | 24～25 | 4～5 |
4 | 28 | 6 | 1200～1500 | 24～25 | 3～4 |
*離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2700r/min，溢流半徑136min，處理量3.5～4m3/h。
隨著差轉(zhuǎn)速的增加，有利于提高離心機(jī)分級效果。因為高濃度二氧化鈦的粘度比較大，所以差轉(zhuǎn)速的增加造成的對物料的攪動沒有影響到物料的分級效果。隨著差轉(zhuǎn)速的降低，臥螺離心機(jī)的推料力矩增大，出料困難，影響物料的分級效果。
3.3.4 進(jìn)料濃度的分級處理
對專用臥螺離心機(jī)的進(jìn)料濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得如下的工藝參數(shù)。
序號 | 進(jìn)料濃度 | 取樣次數(shù) | 1μm過濾量（10%時合格為2000ml；25%時合格為600ml） | 主機(jī)電流（A） | 扭矩（N·m) |
1 | 10% | 6 | ≥2400 | 24～25 | 10～11 |
2 | 25% | 6 | 1200～1500 | 24～25 | 3～4 |
*進(jìn)料濃度10%時，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2700r/min，差轉(zhuǎn)速24r/min，處理量6～8m3/h。
進(jìn)料濃度25%時，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2700r/min，差轉(zhuǎn)速24r/min，處理量3.5～4m3/h。
LW430DB專用臥螺離心機(jī)實(shí)現(xiàn)了高濃度二氧化鈦的分級處理，同時也可用于低濃度二氧化鈦的分級處理，實(shí)現(xiàn)高低濃度二氧化鈦分級處理一機(jī)多用。
4 結(jié)束語
通過工業(yè)現(xiàn)場試驗，結(jié)果表明LW430DB專用臥螺離心機(jī)成功應(yīng)用于高濃度的二氧化鈦分級處理。同時也積累了高濃度二氧化鈦分級處理的工藝參數(shù)和調(diào)試經(jīng)驗。
臥螺離心機(jī)的各個工藝參數(shù)之間是相互聯(lián)系的，必須根據(jù)物料的性質(zhì)和對產(chǎn)品的粒徑的要求來調(diào)節(jié)各個工藝參數(shù)，使其發(fā)揮極佳的分級效果和較高的生產(chǎn)能力，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。
專用臥螺離心機(jī)的分級效果佳，同時實(shí)現(xiàn)了高低濃度二氧化鈦分級處理一機(jī)多用。當(dāng)進(jìn)料濃度25%時，1μm的真空過濾量≥1200ml（合格為600ml）。當(dāng)進(jìn)料濃度10%時，1μm的真空過濾量≥2400ml（合格為2000ml）。
