聯合制堿重堿過濾和離心分離(三)
——重堿離心分離

(大連化工研究設計院，遼寧大連 116023)

?

專論與綜述

聯合制堿重堿過濾和離心分離(三)
——重堿離心分離

(大連化工研究設計院，遼寧大連 116023)

重堿離心過濾的特點：重堿濾餅的高壓縮性決定了必須使用雙級或多級推料離心機，離心機篩網網隙小、開孔率高，離心過程中需加入洗水置換母液。介紹重堿離心分離的原理及工藝流程，比較重堿離心分離與真空過濾分離的不同點。舉例介紹HR系列雙級活塞推料離心機的參數。

離心分離；離心機；特點；工藝過程；推料式離心機

3 重堿離心分離

3.1 基本概念

3.1.1 離心機工作原理

多雙級活塞推料離心機的工作原理見圖8。

1.油壓活塞 2.油壓缸 3.推料軸 4.主軸 5.第一段籃筐 6.第一段濾網 7.第二段籃筐 8.第二段濾網 9.第三段籃筐 10.第三段濾網 11.第四段籃筐12.第四段濾網 13.給料管 14.濾餅洗滌管 15.溜槽 16.分料管 17.推料板 18.外殼 19.軸承圖8 多級活塞推料離心機的工作原理

含有一定濃度結晶顆粒的懸浮液經過進料管進入離心機內腔，由與離心機轉鼓相同角速度的布料盤和推料板達到Ⅰ級轉鼓的篩網，依靠高速旋轉的離心力作用，其中的液體迅速透過篩網上的縫隙，進入濾液箱排出，而結晶顆粒則被截留在篩網上形成濾餅，同時，按照圖9中(i)～(vi)所描繪的過程，由液壓系統驅動的推料軸和推料板(活塞)將Ⅰ級篩網上的濾餅退出并落至直徑較大的Ⅱ級轉鼓的篩網上，在更大的分離因數條件下繼續脫水，并且按照與Ⅰ級轉鼓上相同的推料速度，將Ⅱ級篩網上的濾餅推出至離心機前端的出料溜槽。

圖9 推料離心機活塞推料動作圖

離心機的過濾速度和分離效率與分離因數有關，分離因數α以下式表示：

(17)

式中，α——分離因數，—；w——轉鼓角速度，r/min；R——轉鼓半徑，m；g——重力加速度，m/s2。

(18)

式中，n——轉鼓轉速，r/min。

推料離心機能夠對濾餅進行有效的洗滌，洗水可以通過離心機前腔引入的洗水管直接噴灑于濾餅。

3.1.2 重堿離心分離的特點

純堿生產的重堿離心分離具有如下特征：

1)重堿濾餅的高壓縮性特點決定了必須使用雙級或多級推料離心機。

純堿生產碳化塔所制得的重堿結晶顆粒，大部分由2個或多個結晶黏結而成，結構疏松，而且多數晶形不規則，表面狀況差，結晶密度小，在離心機篩網上形成的濾餅壓縮性高，或者說濾餅易被壓實，在推料過程中容易起“拱”(隆起)，難以推出，然后進料懸浮液會沿著固體物料出口方向，在濾餅上沖出一條深溝，于出料口排出漿液，發生“溢流”現象，俗稱“拉稀”，同時伴隨著離心機“震車”。

單級推料離心機的轉鼓長度長，在分離重堿晶漿時更容易出現上述現象，于是出現了雙級或多級離心機，以減小轉鼓推料行程的辦法保證正常的推料操作。即適應如同純堿生產的重堿那樣具有高壓縮性濾餅特性的物料分離。但是，對于用傳統的索爾維碳化塔生產的重堿結晶，使用雙級推料離心機分離仍顯困難，需要三級或多級離心機分離。

2)重堿結晶粒度及粒度分布決定了離心機篩網網隙很小以及大型機篩網制作困難的特點。

在現有碳化塔技術中，重堿結晶屬于粒度細小的物料，即使不冷式碳化塔制造的所謂大顆粒結晶，小于100 μm的細小結晶仍有20%～30%之多，所以，為了避免離心機下料時濾液帶晶過多，Ⅰ級網的網隙S不能大，以0.10～0.12 mm為宜，或者說不大于0.12 mm，這就要求銑制板網網條的背寬B做得比較小，否則篩網的開孔率k過小，離心機的分離能力太低。上世紀90年代以前，使用SUS316不銹鋼，網條背寬B只能做到2.5～2.2 mm，相應的篩網開孔率只能達到5%左右。近年某制造廠用雙相不銹鋼制作板網，雖然背寬B可以做的1.4～1.3 mm，Ⅰ級網的開孔率k可以提高到8%左右，但與現代純堿生產的大噸位相比仍顯不足，這就要求重堿懸浮液的進料濃度必須稠厚到50%～60%(視V%)，甚至更高。

3)純堿生產中重堿分離過程用當量洗水置換濾餅中母液的分離特性

純堿生產重堿分離過程中需要在濾餅上加入600～700 kg/t洗水，置換其中的母液以保證純堿產品質量，氨堿法生產的當量洗水是指使純堿產品達到優級品的最小洗水量，而聯合制堿法生產的當量洗水則為維持母液循環系統平衡的最大洗水量。這一點，在用真空過濾機過濾碳化取出液晶漿作業時是毋庸置疑的，也不會發生濾液大量帶晶的現象。但是，在使用連續推料離心機分離重堿料漿時，則由于當量洗水的加入，要求洗水加入位置的篩網網隙與離心機下料處的網隙一致，或者說要求洗水也加于Ⅰ級篩網的濾餅上，即加洗水位置的篩網網隙同樣不大于0.12 mm。不然，離心機分離濾液的含固量過高。

3.2 工藝過程

3.2.1 物理化學過程

在離心機上發生如下物理化學過程

1)NaHCO3結晶溶解

NaHCO3在水中的溶解度見表5。

表5 NaHCO3在水中的溶解度

35～40 ℃洗水在離心機濾餅上置換其中母液的同時，溶解濾餅中的NaHCO3結晶：

NaHCO3(s)=NaHCO3(aq)

(19)

溶解于洗水中的NaHCO3(aq)一部分進入離心機濾液去母液Ⅰ沉降槽，另一部分則殘留于濕重堿去煅燒爐。

洗水在溶解NaHCO3結晶的同時，溶解其中夾雜的Na2CO3和NH4HCO3結晶，因其量少，在物料衡算時全部按溶解NaHCO3處理。

2)CO2解吸

CO2解吸主要按NH4HCO3分解方式進行：

NH4HCO3=NH3+CO2↑+H2O

(20)

CO2解吸也按下式進行：

2NH4HCO3=(NH4)2CO3+CO2↑+H2O

(21)

分離母液氨的平衡蒸汽分壓很低，解吸CO2放出的NH3大部分與H2O結合成NH4OH，只有少量NH3在分離過程中逸散損失。

3)NH4HCO3氨化

重堿分離過程中母液的溫度降低，其中的NH4HCO3被氨化：

NH4HCO3+NH4OH=NH4COONH2+2H2O

(22)

4)NH4COONH2平衡移動

母液溫度降低使NH4COONH2和(NH4)2CO3的平衡反應向生成(NH4)2CO3方向移動：

NH4COONH2+H2O=(NH4)2CO3

(23)

3.2.2 工藝流程

重堿離心分離工藝流程見圖10。

1.脫氣罐 2.稠厚器 3.離心機 4.皮帶 5.沉降槽 6.沉淀泵 7.洗水桶 8.母Ⅰ桶 9.母Ⅰ泵 10.流量計圖10 重堿離心分離工藝流程

碳化取出液經脫氣罐1進入重堿稠厚器2的中心筒，頂流清液由上部溢流口去母液Ⅰ沉降槽；底部稠厚晶漿去重堿離心機3分離，并加入由洗水桶7和流量計10來的洗水，置換濾餅中的母液，濕重堿通過置于離心機前端的下料溜槽下到重堿皮帶輸送機4，送至煅燒工序制成純堿。離心機濾液去母液Ⅰ沉降槽5，上部清母液Ⅰ溢流至母液Ⅰ桶；底部沉淀用沉淀泵6打回稠厚器，或者去稠厚器底部下料噴嘴調節下料固液比。母液Ⅰ桶8中的清母液Ⅰ用母液Ⅰ泵9送出，去母液Ⅰ吸氨器吸氨，部分母液Ⅰ也可以去稠厚器底部的下料噴嘴調節稠厚器下料固液比。

3.2.3 工藝流程特點

與真空過濾機比較具有如下主要特點：

1)工藝流程簡單，不需要附設真空泵、吹風機、氣液分離器和凈氨塔等真空過濾機的輔助設備，可比設備少，設備購置費略省。

2)兩者用電負荷相當，但離心分離重堿可以將真空過濾機濕重堿的水分18%～20%降低到10%左右，能夠節省3.0 MPa、233 ℃等級煅燒用中壓蒸汽309 kg/t，節能0.55 GJ/t。

300 kt/a規模離心機分離重堿和真空過濾可比設備及其用電負荷比較列于表6。

3.3 推料式離心機

推料式離心機主要由主機驅動、油泵組合、推料機構、轉鼓、篩網、布料盤、進料管和洗水管、濾液箱、下料溜子、前蓋、機座和抗震塊等部件組成。

HR系列部分型號雙級推料離心機和HS1000-NA三級推料離心機的主要技術參數列于表7。

表6 300 kt/a裝置過濾機和離心機可比設備

表7 部分活塞推料離心機技術參數

*：HS1000-NA用作重堿二次分離時的生產能力。

適合于重堿離心分離的推料式離心機，國內市場尚有使用蘇爾壽技術生產的P系列推料離心機、克勞斯·瑪菲推料式離心機等。

不冷碳化聯合制堿生產重堿離心分離使用的HR1000-N雙級活塞推料離心機及其板網主要參數：

1)板網：

材質 雙相不銹鋼，銑制

網隙SⅠ級網0.10～0.12 mm，

Ⅱ級網≤0.15 mm

網條背寬BⅠ級網1.3～1.4 mm，

Ⅱ級網≤2.3 mm

開孔率kⅠ級網7%～8%，Ⅱ級網≥6%

2)離心機：

轉速n1 100 rpm

分離因數α622/676

推料行程 60 mm

推料次數 60 min-1

篩網開孔率k按下式計算：

(24)

式中，k——篩網開孔率，%；S——板網縫隙，mm；B——板網網條背寬，mm。

(未完待續)

TQ114.162

C

1005-8370(2016)04-03-04

2014-12-31