新型離心加速盤在重堿離心機中的應用

陸斌

摘?要：重堿含水分的高低直接影響著煅燒工序裝置的生產能力和蒸汽的消耗量，通過設計新型的離心加速盤降低了重堿二次脫水中堿的含濕率，大大的降低了堿廠的能耗使用。

關鍵詞：離心機;重堿;創(chuàng)新;離心加速盤;物料

1.概述

隨著國家不斷的進步，各工業(yè)也向低能耗、低成本、高效率轉型。堿廠是一個高能耗的生產工廠，降低重堿二次脫水中堿的含水率是一種有效的降低能耗的方法。國內制堿前輩付孟嘉早在50年代末在大化公司堿廠做過大膽嘗試，寫出過技術方案。由于當時受機械制造行業(yè)的限制和重堿稠厚器設計后原工業(yè)廠房的限制而未能如愿。70年代杭州龍山化工廠曾用顛動式離心機。焦作化工三廠與吉林化學公司化機研究所合作，用WHG-130虹吸刮刀離心機（仿克勞斯一馬菲型）做分離重堿的工業(yè)試驗，于1986年通過技術鑒定[1]。80年代冷水江制堿廠、江蘇張家港堿廠曾用WG-800臥式刮刀卸料機做重堿分離的試驗工作，均因其生產連續(xù)性差，生產能力低，不能滿足生產規(guī)模，濾布及反沖洗不過關，微機控制系統(tǒng)腐蝕等原因，而不能為廠家所接受而實現(xiàn)工業(yè)化應用[2]。現(xiàn)今大多數(shù)堿廠在重堿的二次脫水重中使用的是推料離心機，在重堿二次脫水中降低堿的含水率已經達到一個瓶頸。我公司成功研究了一種新型的離心加速盤，使重堿的二次脫水中堿的含水濾再次下降1個百分點。

2.物料特性研究

重堿，即碳酸氫鈉（NaHCO3），又稱“小蘇打”、“蘇打粉”，白色細小晶體，在水中的溶解度小于碳酸鈉。固體50℃以上開始逐漸分解生成碳酸鈉、二氧化碳和水，270℃時完全分解。碳酸氫鈉是強堿與弱酸中和后生成的酸式鹽，溶于水時呈現(xiàn)弱堿性。

3.離心加速盤在離心機中的作用

推料離心機是一種連續(xù)操作的高效過濾式離心機，需要分離的懸浮液經過進料管連續(xù)地喂入離心機，由離心加速盤加速，并均勻地撒在第一級轉鼓內。固體部份被截留在篩網上形成環(huán)狀濾餅，既作旋轉又作往復運動的第一級轉鼓在回程時，將這部分濾餅沿轉鼓的軸向向前推進一段距離，在進程時，位于濾餅空出的篩網上，后續(xù)進來的物料又形成新的濾餅。隨著第一級轉鼓的往復運動，濾餅依次推進，當它們從第一級轉鼓進入第二級轉鼓時，濾餅不僅位置會產生翻動，而且因進入了更大直徑的轉鼓，故受到更強大的離心力作用，并且在兩級轉鼓內，濾餅有足夠的停留時間，因此能達到很低的殘余含濕率。在第一級轉鼓的進程時，第二級轉鼓內的濾餅，繼續(xù)向前推進，經固體收集槽按指定方向排出機外。由于轉鼓高速旋轉產生強大的離心力，液體部分是透過濾餅與篩網得到過濾，并經液體收集槽排出機外。當對固體產品的純度有要求時，可在轉鼓內進行有效洗滌，母液與洗滌液還可以分別收集。

4.現(xiàn)有離心加速盤的弊端

在現(xiàn)有技術中，推料離心機的待分離懸浮液物料的供料分配系統(tǒng)，加速盤都采用平圓盤形或錐碟形，是靠摩擦力將物料加速，由于各種物料與加速盤的磨擦系數(shù)不同，因此加速度變化很難控制。在小直徑處，因打滑，物料的旋轉速度不能迅速提高，而到大直徑處，物料的速度提高了，又要與安裝的螺栓緊固件等發(fā)生撞擊，物料的加速度與該物料距加速盤的距離有關，呈遞減狀。

由于加速度分配的不合理，使得物料在離開加速盤時，速度遠未達到轉鼓內對應篩網處的速度，造成物料劇烈撞擊。這樣各種物料中的晶粒也會被擦傷、磨毛、缺損，甚至破碎，降低了產品質量，加大了運行費用;且對于固體物料，原離心加速盤出現(xiàn)明顯堵料現(xiàn)象。

5.新型離心加速盤

本設計的目的是為了解決推料離心機加速物料進入分離狀態(tài)時，在加速度變化的狀態(tài)下減小物料對篩網的沖擊，有效提高產品完好率，減弱接觸的零件磨損，以及固體物料進料不暢、不均勻的問題，提供一種結構合理的推料離心機離心加速盤結構，它是一種使物料平穩(wěn)加速的加速盤，其獨特的渦輪葉片能幫助由螺旋輸送器供入的物料沿軸向方向前運動，順利進入加速盤內，被渦輪葉片強制加速，此處直徑設計較小，對物料的沖擊較小;因葉片帶動，能確保物料與加速盤同步，且葉片直徑接近一級轉鼓篩網內徑，物料是在幾乎在相同的速度下進入一級轉鼓內的篩網，使物料與篩網沖擊力幾乎為零。

6.新型加速盤結構及有限元模擬

6.1結構

如圖1、2

圖1

圖2

6.2工作原理

二次脫水的重堿含水率18-22%，幾乎無流動性，所以進料需通過螺旋輸送，當物料通過螺旋輸送到達加速盤后，通過切向螺旋葉片3迅速進入離心加速盤，在葉片3的作用下，物料被強制加速.由于此時的物料處于較小直徑位置，雖加速度較大，但線速度并不高，因此對物料的沖擊也較小。葉片上的曲線使物料速度繼續(xù)提高，并能確保物料與加速盤同步，當物料運動到加速盤的邊緣處，不管物料與金屬的磨擦系數(shù)是多少，也能保證物料已經達到該轉速下的最高線速度離開加速盤，因為葉片的直徑略小于一級轉鼓內篩網內徑，所以物料被加速到與轉鼓篩網幾乎相等的速度，因此實現(xiàn)了減小了物料對篩網的沖擊力。由于葉片呈曲線形結構，迫使物料改變運動方向，并且以滑動形式代替沖擊。

6.3有限元模擬分析

圖3?加速盤三維簡化模型

圖4?加速盤網格劃分

圖5物料速度分布圖

圖6?壓力分布圖

通過有限元分析，不難看出物料靠近中心速度低，壓力大、加速大，所以物料在中心部位運動慢，通過設計螺旋切向葉片使物料順暢通過速度低的區(qū)域。物料速度隨著葉片直徑加大不斷升高，通過設計大直徑的葉片使物料速度加速到接近轉鼓速度，以減小物料到達離心機轉鼓后產生滑移。

7.結論

本設計通過在重堿二次脫水離心機中運行，發(fā)現(xiàn)物料比原先更容易進入離心機，物料不易堆積在加速盤上。物料到達轉鼓上比原先更疏松，其含水率由原先的13%下降到12%，大大的減少了煅燒能量的使用。

參考文獻：

[1]吉化公司機械廠.焦作化三聯(lián)合試臉組.WHG1200型臥式虹吸刮刀離心機鑒定資料，1987，9

[2]鄭州水晶股份有限公司.HR-sooAN雙級活塞推料離心機的改進及分離重堿生產試驗淺析.河南化工，1996，3