蒸餾系統(tǒng)預灰桶槳葉式攪拌器的改造

孫 振

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

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蒸餾系統(tǒng)預灰桶槳葉式攪拌器的改造

孫 振

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

干法加灰蒸餾工藝，是新節(jié)能蒸餾技術，預灰桶是蒸餾系統(tǒng)的主要設備，直接影響著整個蒸餾系統(tǒng)的正常生產。本文講述了通過對預灰桶攪拌裝置的改造，提高了攪拌效果，延長了設備的使用周期，保證了整個蒸餾系統(tǒng)的正常運行。

結合銨；干法蒸餾；預灰桶；攪拌；耐磨材質；改造

干法加灰蒸餾技術，是在氨堿法純堿制造蒸餾氨回收的工藝操作中，利用生石灰粉替代傳統(tǒng)的石灰乳進行反應。將生石灰磨制成粉，在真空狀態(tài)下將生石灰粉直接加入預灰桶內，以生石灰粉來分解結合銨，此技術既可回收利用反應熱，又能減少蒸餾廢液的排放量，達到回收利用節(jié)能減排的目的。

預灰桶是蒸餾系統(tǒng)的主要附屬設備之一，蒸餾塔主要任務是蒸出游離氨，而預灰桶主要用來把結合銨變成游離氨，再送入蒸餾塔中蒸餾。生石灰粉通過絞龍送入預灰桶，在預灰桶內，灰粉與母液充分接觸，反應才能完全，最大限度的把結合銨變成游離氨。因此，預灰桶內都要裝有一個攪拌裝置，通過不斷攪拌讓兩種介質充分混合反應，攪拌裝置的攪拌效果好壞將直接影響到生產的連續(xù)經濟運行。

1 攪拌器的介紹

1.1 攪拌器的特點

攪拌器是一種使液體、氣體介質強迫對流并均勻混合的器件。攪拌器的類型、尺寸及轉速，對攪拌功率在總體流動和湍流脈動之間的分配都有影響。一般說來，對于同一類型的攪拌器來說，在功率消耗相同的條件下，大直徑、低轉速的攪拌器，功率主要消耗于總體流動，有利于宏觀混合。小直徑、高轉速的攪拌器，功率主要消耗于湍流脈動，有利于微觀混合。

1.2 槳葉式攪拌器結構形式

我公司槳葉式攪拌采用偏心式結構，將攪拌器安裝在預灰桶的偏心位置，這種安裝形式能防止液體在攪拌器附近產生渦流回轉區(qū)域，其效果與安裝擋板相近似。其機構示意及攪拌過程產生的流動情況(見圖1)。這種攪拌軸中心線偏離預灰桶軸線，會使液流在各點處壓力分布不同，加強了液層間的相對運動，從而增強了液層間的湍動，使攪拌效果得到明顯的改善。

圖1 偏心結構攪拌的流動情況

2 改造前攪拌狀況

2.1 槳葉式攪拌結構形式

我車間預灰桶為蒸餾系統(tǒng)主要設備，直徑6 m，高約11 m。預灰桶攪拌裝置是由一臺37 kW電動機和行星擺線減速機為動力驅動，攪拌器采用偏心布置，攪拌軸中心距預灰桶中心軸偏離1 m，設計選用單支點機架，通過機架的軸承裝置與頂灰桶底部的底軸承組成了單跨度攪拌軸。

攪拌軸分為三段軸，用夾殼聯(lián)軸器連接，利用兩個沿軸向剖分的夾殼，用螺栓夾緊以實現(xiàn)兩軸聯(lián)接，靠兩半聯(lián)軸器表面間的摩擦力傳遞轉矩，利用平鍵作輔助聯(lián)接。攪拌形式為槳葉式，為六片長方形板式葉片圓周均布設計形式，葉片距離預灰桶底部約2.5 m。攪拌軸底部為定位軸承裝置，設計為底軸、軸套、銷軸、底軸卡、夾殼聯(lián)軸器組合結構(如圖2)底座為三點固定式結構。軸套固定在底部一套夾殼聯(lián)軸器內孔中，與攪拌軸方軸頭連接在一起，為防止方軸頭與夾殼聯(lián)軸器脫落，用一根銷軸起安全定位作用。與軸套配合的軸，固定在底軸卡內，底軸卡用螺栓緊固在底座上，底軸與軸套之間為間隙配合。

圖2 槳葉式攪拌結構

2.2 攪拌裝置試運行

預灰桶及其攪拌裝置，是由制造廠家負責安裝完成的，設備試運行時，攪拌減速機電流較高，超過額定電流，運行不正常。經過分析，認為6片槳葉旋轉時阻力較大，導致電流較高，于是將攪拌器槳葉對角位置去掉兩片，試車后電動機電流顯示正常狀態(tài)，設備投入運行。

2.3 預灰桶攪拌存在的問題

投入生產后，經過一段時間運轉，預灰桶攪拌電動機電流異常上升，攪拌減速機振動較大，如不及時停車會造成機架軸承和減速機軸承的損壞。停車后檢查發(fā)現(xiàn)，攪拌底軸與軸套磨損嚴重，間隙過大，造成攪拌軸振動，需要更換底軸和軸套。因為底部軸套固定在夾殼聯(lián)軸器內，更換時需要將夾殼聯(lián)軸器解體后才能取出，由于夾殼聯(lián)軸器重量較大，位置較高，拆卸非常不便。而且底軸下部為方形，固定在底軸卡中，因為砂泥進入軸縫隙中，底軸拆卸也較費力，致使檢修時間延長，勞動強度增加。

2.4 分析原因

經過仔細分析，我們得出如下結論：①預灰桶攪拌裝置在預灰桶內為偏心安裝，本身容易引起振動。②原槳葉結構形式為六片槳葉均勻布置，因為去掉了其中的兩片，使原來的槳葉失去了動平衡，攪拌的振動加大。③軸材質選用45，軸套材質選用MT-4，本身耐磨性不強，因介質中含有大量的砂粒，進入軸與軸套之間，加快了攪拌底軸和軸套的磨損。

如攪拌運行中底軸定位失效，振動加大，不及時處理，將導致葉輪及長軸脫落，發(fā)生重大事故，后果嚴重。因此，無論從檢修成本還是安全生產來講，都急需進行改造，從而節(jié)約成本，便于維護，保證正常連續(xù)生產。

3 改進的方案

3.1 底部定位結構改造

先考慮到攪拌裝置底部夾殼聯(lián)軸器，因夾殼聯(lián)軸器重量較大(重150 kg)，安裝時兩半聯(lián)軸器要同時組合在一起，由于位置較高，又沒有可利用的平臺，檢修非常不方便。根據設備的現(xiàn)狀，首先考慮的是將夾殼聯(lián)軸器去除，更換為重量較輕的備件，采用合理的結構，既不影響正常的生產，又便于檢修。

經過認真考慮，決定將原結構改為法蘭連接形式，法蘭盤用加強筋加固，嚴格保證法蘭盤與攪拌軸的垂直度，否則正常運行時，將影響到攪拌軸的旋轉精度。法蘭盤下端連接兩套短軸，都為凹凸面連接形式，用螺栓緊固在一起，保證定位精度。短軸上安裝耐磨套，各有一套定位座，定位座與短軸耐磨套留有適合的間隙，保證攪拌軸的旋轉靈活性。上定位座用兩塊鋼板與預灰桶底部三點固定式底座焊接連接在一起，作為保護定位作用。下定位座緊固在底座上，設備檢修時可更換。(見圖3)

圖3 底部定位結構改造

3.2 耐磨材料的選用

在耐磨材料的選用上，比較了幾種材料：

MT-4為鑄鐵的一種，耐磨鑄鐵，材質相對較軟，適于切削。Mn含量0.6%～0.9%，用于制作一般耐磨零件。

45是高強度中碳調質鋼，Mn含量0.5%～0.8%，具有一定的塑性和韌性，較高的強度，切削性能良好，適用于較高強度的運動零件，耐磨性差。

ZGMn13屬于高錳鋼，Mn含量11%～14%，具有高的抗拉強度、塑性和韌性，用于鑄造各種耐沖擊的磨損件，重要特點是在強烈的沖擊、擠壓下，表層迅速發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑形的同時，硬化層具有良好的耐磨性能，能承受較大的沖擊載荷而不致破裂。

經過對幾種材料特性的比較，我們決定選用ZGMn13作為軸套的材質。

3.3 槳葉結構的改型

由于原攪拌器槳葉被改為不對稱4葉片形式(如圖4)，失去了原來6片槳葉的動平衡，從而影響了其旋轉精度，容易產生振動。我們決定將槳葉改為4片均布形式(如圖5)，葉片尺寸及角度不變?？紤]到安裝的方便性及運送空間的大小，將槳葉改為對稱分體式結構，使用沉頭螺栓連接固定，圓錐形銷軸定位，保證安裝后槳葉保持原有的整體平衡性。

圖4 4片槳葉不對稱形式

圖5 4片槳葉均布形式

4 結 語

槳葉式攪拌經過改進后，預灰桶運行正常平穩(wěn)，攪拌效果良好，使用周期比原來提高了2倍以上，降低了檢修頻次，保證了生產的安全穩(wěn)定連續(xù)性?，F(xiàn)在，我們又將這種耐磨材料，應用到了其他預灰桶尖底軸套，均取得了良好的效果。

[1] 機械設計手冊聯(lián)合編寫組.機械設計手冊(上冊)第二版[M].北京： 化學工業(yè)出版社，1987

[2] 曲文海.壓力容器與化工設備使用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社,1990

[3] 楊鵬飛.蒸氨塔預灰桶底軸承的改進[J].石油和化工設備,2008(5)

TQ114.15

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1005-8370(2016)03-32-03

2016-01-11

孫振(1975—)，2016年畢業(yè)于唐山學院機械設計制造及其自動化專業(yè)，本科?，F(xiàn)任唐山三友化工股份有限公司重堿車間工程師。