離心機直接用于碳化取出液固液分離的技術(shù)探討
技術(shù)支持
目前國內(nèi)純堿生產(chǎn)廠家，不論是聯(lián)堿法、氨堿法和天然堿生產(chǎn)的過程中，都要進(jìn)行對結(jié)晶后的取出液進(jìn)行固液分離，脫水后的濕重堿送煅燒工序進(jìn)行加熱分解得到純堿Na2CO3，過濾后濾液回收再利用。這個過程在純堿生產(chǎn)工序中一般稱為濾過工序或者濾過工段。在國內(nèi)近幾十年的純堿生產(chǎn)歷程中，基本都是采用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機，在真空的作用下，進(jìn)行固液分離，2000年后，逐步引進(jìn)兩級推料離心機進(jìn)行濕重堿的二次脫水；2010年后，隨著帶式濾堿機的技術(shù)不斷完善，它逐步取代轉(zhuǎn)鼓濾堿機，并不斷推廣。
在近幾年碳化取出液的固液分離技術(shù)討論中，不斷提高“將離心機直接用于堿液的固液分離”這個課題，中間取消轉(zhuǎn)鼓濾堿機或帶式濾堿機，雖然目前國內(nèi)還沒有成功的經(jīng)驗，但是這個技術(shù)非常具有挑戰(zhàn)性和實用性，如果能夠成功，必將是國內(nèi)純堿生產(chǎn)的又一大技術(shù)進(jìn)步。本文以氨堿法和聯(lián)堿法的濾過工序為例，將離心機和濾堿機相關(guān)的工作過程進(jìn)行對比，希望能為該項技術(shù)的順利實施起到推動作用。
1 幾種濾堿機和離心機的參數(shù)
為了探討離心機直接應(yīng)用于濕重堿脫水工序中，就需要將目前在用的轉(zhuǎn)鼓濾堿機、帶式濾堿機和二次脫水兩級推料離心機的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，具體數(shù)據(jù)如下：
1.1 真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機（Φ2600×2450）
主要由機槽、濾鼓、錯氣頭、刮刀、灑水槽、攪拌器等部分組成。
外形尺寸：5740×3934×3500mm
過濾面積：20m2
真空度：-46～-60kPa
吹風(fēng)壓力：22～39kPa
操作溫度：32℃
真空抽氣量：11500m3/h
生產(chǎn)能力：500t/d·臺
過濾介質(zhì)：由針刺尼濾網(wǎng)改為不銹鋼濾網(wǎng)
1.2 真空帶式濾堿機（WG/80m2/3000)
規(guī)格：32825×8588×4875mm
真空度：-45～-50kPa
操作溫度：30～40℃
材質(zhì)：不銹鋼、橡膠、尼龍及其它碳鋼件
純堿鹽分（以NaCl計）：0.30%～0.70%
重堿鹽分（以NaCl計）：≤0.13%～0.28%
重堿損失率：≤2.5%
重堿水分：≤18.5%
濾過洗水：FNH3≤20tt，TCl≤0.1tt
1.3 二級推料離心機（SZ1000/2-12/4-K10）
主電機：P=75kW，n=1500r/min
液壓電機：P=45kW，n=1500r/min
螺旋給料機：P=4kW，n=1500r/min
出離心機重堿水分：≤15%
軸振幅：≥17μm/s（報警）
油溫：≤60℃
篩網(wǎng)間隙：0.15～0.22mm
2 直接使用離心機脫水面臨的難題
2.1 碳化取出液中固體結(jié)晶的損失
在重堿的濾過工序中，使用離心機直接對碳化取出液進(jìn)行固液分離的問題就是要解決堿液中固體結(jié)晶的損失，這就首先看碳化取出液的數(shù)據(jù)。
碳化取出液數(shù)據(jù)如下表所示：
物料密度（kg/m3） | 物料溫度（℃） | 結(jié)晶粒度 （μm） | 出堿液固液比（體積比） | 洗水溫度（℃） | |
聯(lián)堿 | 1150～1250 | 35～45 | 100～120 | ≥20% | ＜45 |
氨堿 | 1300 | 35～45 | 120～150 | ≥35% | ＜45 |
轉(zhuǎn)鼓濾堿機與帶式濾堿機使用的濾布孔徑在35μm左右。
目前各堿廠用于濕重堿二次脫水的兩級推料離心機篩網(wǎng)截面為錐形條狀，篩網(wǎng)條的間距為150～220μm，與取出液結(jié)晶粒度相比并不匹配，所以現(xiàn)用的推料離心機機型無法直接用于碳化取出液的固液分離。
如果要實現(xiàn)離心機直接分離，一是縮小離心機篩網(wǎng)條的間距，或者是使用網(wǎng)狀篩網(wǎng)，如果不改變碳化結(jié)晶的工藝條件，孔徑應(yīng)該也在35μm左右；二是改變碳化結(jié)晶的工藝條件，將固體結(jié)晶的粒度變大，直徑大于200μm，這樣才能保證有效的固液分離。
如果不能實現(xiàn)有效的固液分離，小顆粒的結(jié)晶隨著濾液從篩網(wǎng)間隙漏出，再次回到工藝過程，細(xì)晶在系統(tǒng)中循環(huán)是不利于純堿生產(chǎn)的。
2.2 濾液的回收
濾液回收包含三個方面的問題： 個問題，由于離心機于篩網(wǎng)的網(wǎng)距較大，在進(jìn)行固液分離時，小的顆粒隨著濾液再次進(jìn)入工藝過程，在這種情況下，固體顆粒量非常大，導(dǎo)致濾液量大幅增加，對后續(xù)系統(tǒng)造成的影響非常大。第二個問題，在離心機固液分離過程中，為了降低濕重堿的鹽分，離心機內(nèi)部增設(shè)了洗水裝置，洗水也造成濾液量的加大。第三個問題，離心機的結(jié)構(gòu)決定了它工作一段時間后，需要進(jìn)行停車清洗，有時也要一邊生產(chǎn)，一邊沖洗離心機籃筐的夾層和后背，這些洗水一般都是進(jìn)入濾液管線，同時也造成了濾液的增加。
濾液的回收問題不僅僅是濾液量的增加，還存在濾液管線堵塞、濾液桶沉淀結(jié)疤等一系列的問題，這些在使用的前期都需要統(tǒng)籌考慮。
2.3 推料困難
目前純堿行業(yè)使用的離心機較為成熟的是推料式離心機，不論兩級還是三級，原理相同。離心機工作時，主電機驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，帶動籃筐等部件進(jìn)行離心脫水；液壓油泵將離心機的推料軸進(jìn)行前后推動，從而實現(xiàn)了把物料推離脫水區(qū)。
在前期使用推料式離心機對濕重堿進(jìn)行二次脫水的過程中，多次遇到離心機推料困難的問題，導(dǎo)致這個問題產(chǎn)生的直接原因是物料發(fā)黏。推料式離心機特別適合進(jìn)行松散狀、砂糖狀物料的處理，特別那種流動性好的物料，工作起來非常順暢。純堿的取出液在使用濾堿機進(jìn)行固液分離時，都是采用刮刀進(jìn)行清理，否則很容易粘在濾布上。在完全使用離心機進(jìn)行固液分離時，以三級推料為例，一級和二級轉(zhuǎn)鼓上有推料環(huán)形刮刀，但是在第三級（出口）轉(zhuǎn)鼓上，完全靠自身的離心力和二級物料的自身推力，這種情況下，為了適應(yīng)取出液顆粒的需要，必須改變?yōu)V網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，所以在第三級轉(zhuǎn)鼓中，由于濾網(wǎng)的表面結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致表面摩擦力變大，這使得物料流動性大大的降低，在第三級籃筐出口處堆積，越堆積越多導(dǎo)致生產(chǎn)的中斷。
所以在改進(jìn)離心機濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同時，如何卸料順暢也是要一并考慮的。
2.4 綜合能耗
現(xiàn)在的帶式濾堿機基本能做到脫水后的物料水分在15%左右，這個水分的濕重堿不需要進(jìn)行二次脫水，可以直接進(jìn)入煅燒工序。部分濾堿機脫水效果在18%左右的，一般還要進(jìn)行離心機的二次脫水。如果采用濾堿機+二次脫水離心機的模式，那么綜合能耗的降低是顯而易見的；但是如果單純采用離心機的模式，需要考慮綜合能耗，因為離心機比帶濾機的能耗高出好多。
2.5 尾氣的處理
濕重堿脫水過程必然產(chǎn)生大量的含氨氣體，隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)格，這種氣體一般會要求凈化回收處理。
濾堿機的工作原理是真空負(fù)壓的狀態(tài)下，將濾液抽走，同時也將取出液中外溢的氨氣一并回收，很多堿廠為了防止氨氣外溢，在濾堿機的外部裝上隔離罩，進(jìn)行尾氣回收。同時濾堿機，特別是帶式濾堿機的工作過程中，物料移動緩慢，固體物料內(nèi)的氨氣相對來說不太容易外溢，加上系統(tǒng)內(nèi)部真空的抽吸，整體的尾氣處理比較容易。
離心機工作中，由于是高速旋轉(zhuǎn)運動，物料在脫水過程中，特別是脫離離心機外籃筐的時候，處于一個高速運動，濕重堿內(nèi)部的游離氨外溢的程度非常大，導(dǎo)致離心機的工作廠房內(nèi)氨味特別濃，尤其是夏季高溫期間。所以使用離心機脫水，一定要提前考慮好尾氣的處理。
2.6 日常維護(hù)
離心機屬于三維運動的動態(tài)設(shè)備，轉(zhuǎn)速高，存在的故障點也多；而帶濾機運行緩慢，相對比較平穩(wěn)，故障率低，所以在日常維護(hù)方面，也要綜合考慮。這就要求離心機的設(shè)計、制造和維護(hù)必須完全國產(chǎn)化，如果采用進(jìn)口離心機，日常維護(hù)費用是非常巨大的。
3 直接使用離心機脫水的好處
雖然在第二部分的技術(shù)分析中提到了直接使用離心機進(jìn)行取出液的固液分離的過程中存在很多的問題，但是如果實現(xiàn)了此方法，整體效果是非常明顯，也是國內(nèi)純堿生產(chǎn)中非常重要的技術(shù)進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）可以減少中間環(huán)節(jié)，縮短工藝流程。
現(xiàn)在的濾過工序，很多廠家都是采用濾堿機+離心機二次脫水的模式，如果該技術(shù)得以實現(xiàn)，那么可以直接實現(xiàn)一次性完成碳化取出液的脫水工作，同時離心機對于濕重堿的水分處理可以降低到10%～12%，遠(yuǎn)低于目前在用的任何濾堿機。
（2）可以降低濕重堿的鹽分，提高純堿產(chǎn)品質(zhì)量。
離心機的工作過程中，可以加洗水對于濕重堿鹽分進(jìn)行處理，生產(chǎn)出低鹽堿，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
（3）占地空間小，實現(xiàn)集約化生產(chǎn)。
離心機的整體體積較小，與傳統(tǒng)的真空濾堿機模式相比，可以節(jié)約大量的廠房，實現(xiàn)集約化的生產(chǎn)模式。
4 結(jié)語
離心機直接用于碳化取出液進(jìn)行固液分離技術(shù)應(yīng)用的前提，是離心機制造技術(shù)的突破，或者能夠?qū)崿F(xiàn)碳化生產(chǎn)大顆粒結(jié)晶的技術(shù)完善，從而解決取出液結(jié)晶的損失、離心機推料困難、濾液回收及日常維護(hù)等難題。純堿行業(yè)對技術(shù)的進(jìn)步一直處于積極探索的態(tài)度和不斷的嘗試，對于使用離心機直接脫水也是高度重視，并不斷試驗和總結(jié)經(jīng)驗，本文的提出希望能夠拋磚引玉，集思廣益，早日完成該項技術(shù)在國內(nèi)純堿行業(yè)的實現(xiàn)和推廣應(yīng)用。
