碟式離心機(jī)的分離影響因素及模型淺析
技術(shù)支持
由于碟式分離機(jī)分離因數(shù)高，生產(chǎn)能力大，常用于分離高度分散的物系，如密度相近的液體所組成的乳濁液以及高粘度液相中含細(xì)小顆粒所組成的液-固二相懸浮液等，因此在化工、醫(yī)藥、石油、交通、食品、輕工以及生物工程等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用?；ば袠I(yè)如PTA工藝中，由于母液催化劑回收單元含有大量草酸鹽沉淀，就是利用碟片式離心機(jī)加以分離回收的。本文對(duì)化工單元噴嘴碟式離心機(jī)進(jìn)行液固分離過(guò)程分析并建立工藝流程模型，同時(shí)對(duì)不同轉(zhuǎn)速下離心機(jī)內(nèi)部流體的流速進(jìn)行分析研究。
1 碟式離心機(jī)分離影響因素淺析
1.1 碟式離心機(jī)分離基理
離心澄清是在高度分散的懸浮液中，將極細(xì)的固體顆粒從液相中分離的沉降過(guò)程。
1.2 碟式離心機(jī)分離影響因素
臨界粒徑與進(jìn)料量、漿料粘度、旋轉(zhuǎn)速度以及碟片的結(jié)構(gòu)參數(shù)等有關(guān)，因此在不改變離心機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件下，轉(zhuǎn)速、漿料粘度、進(jìn)料量以及碟片數(shù)都是影響分離效率的主要因素。增加轉(zhuǎn)速可以使臨界粒徑減小，提高分離效果，還可以減小臨界粒徑，提高分離效率；降低懸浮液的粘度同樣可以降低臨界粒徑，增大分離效率。
針對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，有研究指出，并不是轉(zhuǎn)速越快，分離效率越高，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速非常高時(shí)，離心機(jī)內(nèi)部在靠近碟片處的高的流體速度所形成的對(duì)流可能對(duì)碟片上分離的固體顆粒造成沖擊，離心效果反而下降。
隨著轉(zhuǎn)速的增加，碟片內(nèi)流體徑向速度方向隨轉(zhuǎn)速增大逐漸好轉(zhuǎn)，周向速度則隨轉(zhuǎn)速增大而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=3000和n=3300時(shí)，其流體徑向速度向下，說(shuō)明流體對(duì)顆粒產(chǎn)生向下作用，利用顆粒沿碟片向下分離至噴嘴處，轉(zhuǎn)速越高，流體向下的徑向和周向速度越大，分離效果越好。
2 碟式離心機(jī)工藝流程模型建立
2.1 工作原理
碟式離心機(jī)中具有再循環(huán)裝置，由噴嘴出來(lái)的一部分濃縮物料被排走，一部分再循環(huán)至轉(zhuǎn)鼓底部，再循環(huán)流不進(jìn)入碟片進(jìn)行分離，只是進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓底部特殊的分布器，再通過(guò)再循環(huán)管送到噴嘴附近。進(jìn)料則是通過(guò)頂部進(jìn)料管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓底部的分布器，并通過(guò)碟片上的進(jìn)流孔進(jìn)入碟片進(jìn)行分離，因此被送到噴嘴處的再循環(huán)物料不會(huì)干擾進(jìn)料的離心分離，進(jìn)料在進(jìn)入碟片分離后，被分離固體經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)，沿著碟片向下分離至噴嘴處，與循環(huán)回來(lái)的物料在噴嘴處匯合，而澄清的分離液則向上溢流進(jìn)入出料管，從離心機(jī)頂部出料。離心機(jī)通過(guò)不斷的循環(huán)回流使得底流的固含量達(dá)到平衡。在實(shí)際操作過(guò)程中，底部常會(huì)有可降低噴嘴處固含量的一股補(bǔ)充酸。
2.2 ASPENPLUS工藝模型建立
根據(jù)離心機(jī)內(nèi)部物料工藝流動(dòng)過(guò)程，可利用ASPENPLUS軟件建立工藝模擬流程。
模擬流程主要由兩個(gè)模塊組成，Split分離模塊和Mixer混合器模塊。其中Fin為離心機(jī)進(jìn)料流量；Fdown為離心機(jī)底部出料流量；Fup為頂部溢流量；Fmakeup為底部補(bǔ)充流量。物性方法則根據(jù)所模擬物料性質(zhì)來(lái)確定，流體分級(jí)定義為MIXCISLD。
其中Split1（B1）模塊的分離比率主要體現(xiàn)在固體經(jīng)碟片分離后的比率，MIX模塊體現(xiàn)了在噴嘴處的混合作用，Split2（B2）模塊主要體現(xiàn)從噴嘴出來(lái)的流體的循環(huán)比率，因此應(yīng)用該離心機(jī)ASPENPLUS流程模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析模擬時(shí)需采集現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)流股的進(jìn)出流量、組分以及溫度、壓力數(shù)據(jù)對(duì)其模型進(jìn)行靜態(tài)模擬，計(jì)算出不同工況下的固體分離率。如正常操作工況、進(jìn)料流量不同工況、進(jìn)料固含量（分離固體組分）不同工況、影響粘度的不同溫度工況、離心機(jī)不同轉(zhuǎn)速工況、不同碟片數(shù)安裝工況、不同底部流量等，得到不同工況下Split（B1）固體分離的分離效率，給實(shí)際離心機(jī)的操作提供參考意見(jiàn)。
在應(yīng)用模型對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況改變模型參數(shù)，并與實(shí)際情況相結(jié)合，達(dá)到診斷“瓶頸”的作用。以改變離心機(jī)進(jìn)料固含量為例，模型Split模塊中輸入的分離效率如果不變，而實(shí)際工程操作分析值大部分時(shí)間情況下低于該模型計(jì)算的底部固含量模擬值，這說(shuō)明離心機(jī)進(jìn)料固含量增高會(huì)造成碟式離心機(jī)分離效率降低。
3 結(jié)論
（1）轉(zhuǎn)速、漿料粘度、進(jìn)料量以及碟片數(shù)都是影響分離效率的主要因素，另外，在增加碟式離心機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，還應(yīng)考慮碟片間流態(tài)對(duì)顆粒分離造成的影響。
（2）通過(guò)碟式離心機(jī)的工作原理分析建立ASPENPLUS工藝流程模擬模型，在模型應(yīng)用過(guò)程中，需針對(duì)工藝工程中的實(shí)際工況，與模型進(jìn)行結(jié)合，主要通過(guò)調(diào)節(jié)Split模塊來(lái)分析判斷離心機(jī)分離影響因素，以達(dá)到診斷“瓶頸”的作用。
