旋液分離器在檸檬酸生產(chǎn)中的應(yīng)用

陸愛飛（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司化工研究院　新疆　石河子）

旋液分離器在檸檬酸生產(chǎn)中的應(yīng)用

陸愛飛
（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司化工研究院新疆石河子）

旋液分離器是一種高效的微細(xì)顆粒分級(jí)、固液分離裝置。旋液分離器篩選原理、組成和在檸檬酸生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

旋液分離器篩選檸檬酸

一、概述

旋液分離器又稱水力旋流器，是一種高效的微細(xì)顆粒分級(jí)、固液分離裝置。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、維修和調(diào)節(jié)方便，廣泛用于選煤、選礦過(guò)程中的分級(jí)，如脫泥、濃縮操作等。在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中能完成增稠、澄清、洗滌、細(xì)粉分級(jí)等多種液固系作業(yè)，具有設(shè)備小，效率高，能連續(xù)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)旋液分離器的優(yōu)點(diǎn)，石河子市長(zhǎng)運(yùn)生化公司根據(jù)物料性質(zhì)自行設(shè)計(jì)一臺(tái)旋液分離器，將其安裝于蒸發(fā)系統(tǒng)中用于調(diào)節(jié)分離粒度及產(chǎn)量分配，檸檬酸大顆粒直接進(jìn)入離心機(jī)包裝為成品，檸檬酸小顆粒進(jìn)入三效系統(tǒng)成長(zhǎng)為符合要求的大顆粒。成功地解決了檸檬酸大小顆粒的分級(jí)，有效提高了無(wú)水檸檬酸粗顆粒產(chǎn)量。經(jīng)多年使用，效果良好，現(xiàn)已在我國(guó)同行業(yè)全面推廣。

二、旋液分離器篩選原理

旋液分離器之所以能使流體物料按顆粒大小進(jìn)行分級(jí)，是因?yàn)橛旨?jí)流體的液固懸浮液以一定的壓力切向進(jìn)入分離器之后，由于高速渦旋運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力作用。根據(jù)斯托克斯沉降定律，在這離心力場(chǎng)中的大粒子所受的離心力大，足以克服液相介質(zhì)黏度所產(chǎn)生的黏性阻力，而被甩向分離器壁，并沿器壁旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)從底部排出，而細(xì)粒子所受離心力很小，不僅克服不了粘性阻力，反而在它的作用下趨向旋液分離器中心，從溢流口涌出，實(shí)現(xiàn)微細(xì)和超微細(xì)的分離。

圖1　旋液分離器示意圖

旋液分離器見圖1所示，由圓柱和圓錐兩部分組成，圓柱上部分圓周切向邊上有一進(jìn)料口，供懸浮液泵入，頂部有一溢流管，它從器內(nèi)伸向外部，供分離后的細(xì)料液流出。圓錐底部有一粗渣液流排放口。旋液分離器第一個(gè)作用，懸浮液由泵輸送，在一定的壓力下由切線方向進(jìn)入旋液分離器圓柱部分的上部。并產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋流，一方面旋轉(zhuǎn)，一方面使流向下運(yùn)動(dòng)，由于旋液分離器呈錐體，最外層的容積越小，懸浮液與粗渣相對(duì)離心力之差越來(lái)越大，使比重大的粗渣優(yōu)先集結(jié)占據(jù)了最外層。比重小的懸浮液被擠向內(nèi)層，空氣柱則在中心位置，粗渣比重雖比懸浮液比重大，它向中心移動(dòng)的速度滯后于懸浮液。這些旋液運(yùn)動(dòng)起到將懸浮液和粗渣的分層作用。

旋液分離器的第二個(gè)作用是將已分層的懸浮液和粗渣分別排出器外，現(xiàn)有的旋液分離器多數(shù)是在靠近進(jìn)料口直徑較大的一端的中心部位引走需要的懸浮液，而在直徑逐漸縮小的另一端從圓周壁部位排走粗渣，兩邊流道都暢通時(shí)，篩選過(guò)程就可連續(xù)進(jìn)行。

因此，旋液分離器的第一個(gè)作用即分層作用，主要取決于器體尺寸的變化和壓力差的大小。第一個(gè)作用為第二個(gè)作用創(chuàng)造了前提條件，但第二個(gè)作用還取決于排渣口的構(gòu)造尺寸和懸浮液出口的構(gòu)造和尺寸。

衡量旋液分離器的優(yōu)劣，主要取決于第二個(gè)作用。當(dāng)然還有進(jìn)口壓力，進(jìn)口懸浮液濃度、溫度、進(jìn)料顆粒度組成等因素以及分離器內(nèi)表面光滑度和安裝諸因素的影響。

三、旋液分離器的組成

旋液分離器分為3個(gè)部分組成，中間是旋液內(nèi)主體部分，它的進(jìn)口是長(zhǎng)邊平行于軸的長(zhǎng)方形，進(jìn)口頂部與圓柱頂在同一水平上，可以減少短路現(xiàn)象，進(jìn)口管內(nèi)寬度可有3擋調(diào)節(jié)，錐體部分有支座，可用于固定，錐度20°。溢流口也有3擋可供選擇，上部是溢流導(dǎo)管，用法蘭與本體相聯(lián)，下部是底出渣口，用螺絲與本體相聯(lián)。底出口直徑根據(jù)分離的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。長(zhǎng)運(yùn)生化公司自行設(shè)計(jì)的旋液分離器見圖2。公司使用的旋液分離器是直徑200 mm規(guī)格，屬于顆粒分級(jí)型，在HCJ40晶漿泵給料情況下，進(jìn)口壓力0.02 MPa（2 kg/cm2）。

圖2　自行設(shè)計(jì)的旋液分離器

四、旋液分離器在檸檬酸生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前公司無(wú)水檸檬酸蒸發(fā)結(jié)晶工藝，是采用三效蒸發(fā)工藝，將經(jīng)過(guò)提純后的檸檬酸溶液，通過(guò)三效蒸發(fā)工藝進(jìn)行水分蒸發(fā)，并結(jié)晶得到檸檬酸晶漿液（含有檸檬酸顆粒及檸檬酸溶液的過(guò)飽和溶液）。由于現(xiàn)檸檬酸銷售市場(chǎng)對(duì)檸檬酸粗顆粒（顆粒度為12～24目）的需求量越來(lái)越大，現(xiàn)有的無(wú)水蒸發(fā)系統(tǒng)無(wú)法滿足增加粗顆粒的需求，因此，需要提高無(wú)水蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程中粗顆粒的含量。

公司在現(xiàn)有無(wú)水蒸發(fā)系統(tǒng)中物料分離工序上制作安裝了一套旋液分離器，安裝在離心機(jī)上方，經(jīng)蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮結(jié)晶，固體顆粒含量為45%～65%的晶漿液通過(guò)旋液分離器旋流分離后，一部分大顆粒物料進(jìn)入離心機(jī)，另一部分物料通過(guò)回流管線回至蒸發(fā)器，該旋液分離器投入使用后，通過(guò)在使用中對(duì)旋液分離器及操作方法的改進(jìn)，達(dá)到理想使用效果。

實(shí)驗(yàn)前后無(wú)水細(xì)顆粒成品顆粒度對(duì)比（表1）。對(duì)使用前全年無(wú)水細(xì)顆粒成品顆粒度與安裝旋液分離器使用后無(wú)水細(xì)顆粒成品顆粒度進(jìn)行平均分析，旋液分離器安裝使用后，無(wú)水細(xì)顆粒中的大顆粒（24～40目）比例從35%增加至50%，效果明顯。

表1　無(wú)水細(xì)顆粒成品顆粒度對(duì)比

實(shí)驗(yàn)后無(wú)水檸檬酸粗顆粒產(chǎn)量比例（表2）。對(duì)使用前全年每天的粗、細(xì)顆粒平均產(chǎn)量及使用旋液分離器后全年每天的粗、細(xì)顆粒平均產(chǎn)量進(jìn)行分析對(duì)比，使用旋液分離器后，粗顆粒產(chǎn)量明顯提高，平均每班粗顆粒比例為從49.29%增加到58.06%。

表2　無(wú)水檸檬酸粗顆粒產(chǎn)量比例

五、結(jié)論

通過(guò)安裝旋液分離器，無(wú)水檸檬酸粗顆粒產(chǎn)量比例明顯提高。全年平均多生產(chǎn)無(wú)水檸檬酸粗顆粒1154 t，滿足了客戶需求。使用旋液分離器后無(wú)水檸檬酸細(xì)顆粒中大顆粒比例增加，緩解了無(wú)水細(xì)顆粒產(chǎn)品因顆粒小，容易結(jié)塊的現(xiàn)象，同時(shí)保證了產(chǎn)品質(zhì)量而且可以通過(guò)操作方法的改變，實(shí)現(xiàn)無(wú)水檸檬酸成品粗、細(xì)比例的調(diào)整。

〔編輯利文〕

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