碳化取出液稠厚工藝及設備淺析

李幼文

(江蘇華爾潤集團有限責任公司 技術開發部,江蘇 張家港 215625)

碳化取出液稠厚工藝及設備淺析

李幼文

(江蘇華爾潤集團有限責任公司 技術開發部,江蘇 張家港 215625)

介紹了碳化取出液稠厚的目的與意義,稠厚的基本原理,我公司稠厚工藝流程及稠厚設備。

二級稠厚;重力稠厚;旋液稠厚;固液比

我公司采用變換氣外冷碳化制堿,碳化取出液視體積固液比23%～25%,若直接進真空過濾機,濾過效果差。我們采取碳化取出液兩級稠厚的方式,視體積固液比達到40%,真空過濾機濾餅厚度可達到或超過40 mm,這時洗水當量控制在680 kg/t左右就可以保證合格純堿產品含鹽分的質量要求。

1 碳化取出液稠厚的目的與意義

1)碳化取出液稠厚后晶漿固液比達到40%左右,真空過濾機濾餅相同厚度情況下,濾餅中的碳化母液量相對減少,用相同量的洗水,真空過濾機的洗滌效果增加,從而重堿含鹽分下降,最終降低純堿產品鹽分。由于洗水在真空過濾機濾餅內置換碳化母液過程中的混合和分子擴散作用,造成了濾餅表面和里層所含氯根的差異,所以真空過濾機濾餅適當厚度也有利于提高洗滌效果。所以增設碳化取出液稠厚設備,將進入真空過濾機的碳化取出液增稠,提高濾餅的形成速度和合適厚度,可以降低純堿產品的鹽分。重堿水分也會有一定程度的降低。

2)稠厚碳化取出液晶漿是離心機分離重堿的必要條件,為了降低重堿水分,降低純堿生產的能耗,行業一直在追求離心機替代真空過濾機分離重堿,但適用于純堿行業生產的連續推料離心機的篩網開孔率有限,僅6%～7%,大的也只能放大到8%～9%,因此,要求進入離心機的碳化取出液必須稠厚到較高的固液比。

3)重堿二次分離和洗滌工藝也需要對洗滌后的晶漿進行稠厚。重堿二次分離和洗滌技術可以比較徹底解決聯合制堿法純堿產品鹽分高的問題。

2 稠厚工藝原理

2.1 我公司流程簡介

碳化取出液通過旋液稠厚和重力稠厚兩級稠厚達到增稠的目的。各碳化塔出堿液經旋流器一級稠厚后,底流進入集合槽再經管道連接集中進入稠厚器中心導流筒。經過稠厚器二次稠厚后的晶漿進入真空過濾機。

2.2 稠厚原理

碳化取出液稠厚實質是一種沉降操作,是指依靠某種力的作用,利用分散物質與分散介質的密度差異,使之發生相對運動而分離的過程。用來實現這種過程的作用力可以是重力,也可以是慣性離心力。因此稠厚過程有離心稠厚(也稱旋液稠厚)與重力稠厚之分。

1)旋液稠厚原理:依靠慣性離心力作用而實現的固液分離,從而達到增稠的目的。當流體圍繞某一中心軸線做圓周運動時,便形成了慣性離心力場。慣性離心力場和重力場不同,重力場的強度,即重力加速度g,可視為常數,其方向指向地心,質量為 m的物體在重力場中受到的向下的力為:

慣性離心力場強度不是常數,它隨位置和轉速而變,在與轉軸的距離為 R、切向速度為UT的位置上,質量為m的物體所受到的慣性離心力為:同一顆粒所受離心力與重力之比,稱為離心分離因素,用 KC表示:

分離因素的大小是反映離心設備性能的重要指標。當旋轉半徑 R=0.4 m,切向線速度UT=20 m/s時,其分離因數為:

這表明,顆粒在上述條件下,離心沉降速度比重力沉降速度大102倍,離心沉降設備的分離效果遠比重力沉降設備要好,所以料漿通過旋液稠厚后可以大大減少重力稠厚器的體積,減少設備投資。

2)重力稠厚原理:依靠地球引力場的作用而發生的沉降從而達到固液分離即增稠的目的。

碳化取出液屬于非均物系,成分相對復雜,各顆粒的沉降會發生相互的干擾,沉降的速度遠不如顆粒的自由沉降,所以沉降的速度也大大低于自由沉降速度。這也是碳化取出液稠厚器一般直徑和容積都設計較大的原因。

固體顆粒在液體中自由沉降的公式:

式中:u——沉降速度,m/s;

d——固體顆粒直徑,m;

ρs——固體顆粒密度,kg/m3;

ρ——液體密度,kg/m3;

g——重力加速度,m/s2;

η——液體黏度,m Pa·s。

從上式可知,固體顆粒的沉降速度跟固體顆粒直徑的平方成正比,跟液體的黏度成反比。

3 稠厚設備

3.1 旋液分離設備——旋流器

旋液分離器也稱旋流器,是用于固液分離的沉降設備,一般由進料管、上圓筒、下部的圓錐筒、中央升液管組成。

碳化取出液從進料管切向進入,受圓筒壁的約束旋轉,做向下螺旋運動。重堿顆粒隨液相旋轉向下的同時,在離心力的作用下向器壁移動,并沿器壁向下做螺旋運動至底流口,從錐底排出;液體(夾帶部分細小顆粒)旋轉向下到中心軸附近時轉入中心升液管旋轉向上,最后從頂部排出口排出,如圖1。

圖1 旋流器工作原理

旋流器正常操作的重要條件是:保證進料量和壓力的恒定。料液濃度的變化對旋流器正常工作的影響不大,而僅僅改變下部增稠口排出料漿的濃度。可以采用調整上部出口管上閥門排量的方法來獲得較高濃度的增稠液。

3.2 重力分離設備——稠厚器

稠厚器實際就是一個底部帶錐形的大直徑的淺槽,分為稠厚段、錐底、導流筒、攪拌框等,如圖2。

圖2 稠厚器

稠厚段:碳化塔取出液晶漿從集合槽進入重堿稠厚器后分兩股物料流,一股為上升到上部澄清段的溢流清液,稱頂流;另一股是下降到底部較稠厚的晶漿流,亦稱底流。由于晶漿增稠,空隙率減小,晶漿沉降速度降低;欲使晶粒下沉,晶漿的上升速度必須低于晶粒的沉降速度才能實現。稠厚段的晶粒沉降屬于干擾沉降。

錐底:錐底設置框式攪拌裝置和下料管,水平夾角30°～45°。攪拌轉速約2 r/min,攪拌框頂端的線速度小于1 m/s。

導流筒:在稠厚器上部設計一與攪拌軸同心的導流筒,以避免進料晶漿干擾澄清段操作。導流筒要設計得足夠大,使晶漿在其中緩慢穩定下降,減輕對稠厚段的沖擊。導流筒的插入深度在連接段的下部,稠厚段的上方,以其下端筒外的環形截面積不小于稠厚段的截面積為宜,以免該處由于上升速度突然增高而產生渦流,影響過渡段的穩定。

4 結 語

進入真空過濾機的碳化取出液固液比的高低對后續過濾、重堿煅燒工序至關重要,但也不一定都要進行兩級稠厚,各公司可根據碳化取出液固液比、顆粒大小及黏度情況自行選擇一級稠厚或兩級稠厚、旋液稠厚或重力稠厚。如我公司1臺濃氣制堿塔取出液就是選用旋液分離一級稠厚。碳化取出堿液為非均相混合物,在帶有少量氣體的情況下,要完成好液固分離比較困難,所以控制好頂流閥穩定旋流器內部壓力很重要;旋流器底流與稠厚器存在較大壓差,液相中解析氣較多,所以旋液器底流不能直接進入重力稠厚器,中間需增設集合槽,集合槽可做成封閉式、快開孔并集中自然排氣,亦可將此部分氣進行回收利用;幾臺稠厚器的集合槽可留頭互串,便于稠厚器共用。

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TQ 114.1;TQ 028.5

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1005-8370(2011)03-29-03

2011-04-07