超聲波防粘結技術在氯化鎂脫水過程中應用

張孝亮

(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816009)

青海察爾汗鹽湖鎂資源綜合利用采用水氯鎂石（MgCL2·6H2O·10H2O）脫水電解鎂技術。其氯化氫氣體保護下氯化鎂脫水是破解此項生產(chǎn)技術世界性難題的關鍵。生產(chǎn)中，氯化鎂濕顆粒干燥脫水時，在空氣干燥塔和氯化氫干燥塔會經(jīng)常性出現(xiàn)熔化、結塊（垢）、沸騰狀態(tài)不良等問題，極大影響無水氯化鎂的穩(wěn)定生產(chǎn)。超聲波是指振動頻率較高的物體在介質(zhì)中所產(chǎn)生的頻率高于20kHz的彈性波，具有波長較短，能量集中的特點。將超聲波技術應用到氯化鎂脫水生產(chǎn)中，解決生產(chǎn)中熔化、粘結（垢）現(xiàn)象是一種創(chuàng)新嘗試?？蔀橐?guī)?；娊怄V生產(chǎn)提供穩(wěn)定氯化鎂原料，解決企業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保等問題，節(jié)約大量資金和人力。

1 超聲波防粘結技術應用工作機理及優(yōu)點

超聲波傳播時，會使媒質(zhì)產(chǎn)生振動。當聲波機械能振動使媒質(zhì)中的粒子加速度達到一定數(shù)值時，會在媒質(zhì)中產(chǎn)生一系列的物理和化學效應。主要有：高速微渦效應、微沖性剪切效應、超聲震蕩效應。聲波在氯化鎂干燥塔應用主要是利用微沖性剪切效應。超聲波在已結垢的設備金屬表面?zhèn)鞑r，會引起設備金屬表面板結的物質(zhì)隨著設備金屬一同震動。由于聲波在不同媒質(zhì)中傳播速度、媒質(zhì)性態(tài)和彈性阻抗等不同，在相互界面間形成細微的沖性剪切應力作用，導致板結在金屬表面的垢質(zhì)層疲勞、裂紋、疏松，進而破碎、脫落，起到分離作用。超聲波防粘結技術優(yōu)點是其應用對媒介物理、化學性質(zhì)及其工作參數(shù)等無特殊要求，不需添加任何化學藥品，對設備無污染及腐蝕,適用性范圍極廣。①防粘結、除垢，范圍不受限制，解決設備粘結、帶垢作業(yè)問題；②聲波可強化傳熱效果，無論有無垢質(zhì)，能提高傳熱效率；③不改變工藝條件，在線維護，不需停機，不影響生產(chǎn)；④純物理方法，不腐蝕設備，無污染；⑤適用各種流體介質(zhì)。上述特點適合氯化鎂顆粒干燥的生產(chǎn)。

2 應用背景

氯化鎂脫水要經(jīng)過兩層塔盤空氣干燥塔和十層塔盤氯化氫干燥塔。干燥過程中，由于氯化鎂特性和豎式干燥設備結構特點，常在干燥塔內(nèi)出現(xiàn)物料沸騰不良，塔盤層差過高，物料流動性差等現(xiàn)象，造成無法生產(chǎn)，影響著合格氯化鎂穩(wěn)定產(chǎn)出。原因分析：①干燥前氯化鎂濕顆粒轉(zhuǎn)運時，吸附空氣中少量水分，表面微量水解，0.5mm～1mm粒徑顆粒表面粉化；②輸送和沸騰干燥時，粒子間碰撞形成少量細小氯化鎂顆粒；③沸騰干燥時，會因氣流分布和料層厚度等諸多因素，產(chǎn)生的細小顆粒狀氯化鎂會在塔盤表面上或雙層塔盤空隙間熔化粘結，經(jīng)不斷地熔化粘結，晶體形成較大固狀塊，零散無規(guī)律分布；④塔盤上死角部位，更易產(chǎn)生熔化粘結塊，并逐步蔓延；⑤干燥氣體溫度和壓力及物料進料量失控，物料大面積熔化粘結。產(chǎn)生熔化粘結干燥塔盤，塔盤間壓差大，上下塔盤間顆粒物料無法沸騰，塔盤無法進料，生產(chǎn)無法持續(xù)，干燥被迫停車清理。處理此類問題時間很長，影響損失十分巨大，是目前生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。生產(chǎn)中，在線處理類似生產(chǎn)問題主要手段是加大干燥通風量，減少受阻塔盤間料層厚度，降低壓差阻力，使干燥氣體順利通過堆有顆粒物料塔盤，迅速形成有效沸騰狀態(tài)。但在實際中，效果非常不理想，往往早期顆粒物料沸騰狀態(tài)不佳時，上述措施有效。在壓差較大時，無效果和作用，只能停產(chǎn)進行塔盤清料和水洗處理。

3 氯化鎂熔化粘結后的影響

氯化鎂熔化粘結塔盤、沸騰不良帶來影響：①每條干燥線年累計停機時間約40天，年損失氯化鎂產(chǎn)量約9000噸；②清理塔盤時，閉合管道、人孔法蘭、更換密封墊片等，需花費大量人工時。③清理前，塔體內(nèi)氯化氫氣體需要吸收、處理；漂浮散落氯化鎂粉塵，嚴重影響設備安全；④浪費氯化鎂料約70噸/次。

4 干燥塔盤上超聲波技術的應用

超聲波在固體中用縱波和橫波兩種形式傳播，這兩種波的波速也不相同。不銹鋼中，縱波速度是5790米/秒，橫波速度是3100米/秒。氣體中一般取340m/s。

氯化鎂干燥塔塔體材質(zhì)全部為Inconel600合金，氯化氫干燥氣體為高溫腐蝕刺激性。超聲波防粘結技術應用時需將聲波換能器硬性連接干燥塔塔盤上，使聲波無衰減傳播。用微處理器和軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對超聲震蕩的發(fā)生、頻率、振幅、脈沖周期、脈沖寬度、加速度等參數(shù)實現(xiàn)實時調(diào)測和控制，將產(chǎn)生功率一定的聲波，經(jīng)磁致伸縮材料電/機能量轉(zhuǎn)換模式，直接作用于干燥塔塔盤上。換能器產(chǎn)生2萬次/秒微振動傳導致堵塞的干燥塔盤上，塔盤產(chǎn)生微振動，達到篩板孔疏通作用。

當細小狀物料熔化粘結在剛性塔盤媒質(zhì)表面上時，由于聲波在不同媒質(zhì)中傳播速度差，利用微沖性剪切效應，其縱波和橫波會在兩種不同媒質(zhì)間接觸面產(chǎn)生機械剪切力，熔化粘結在傳播速度快、機械強度高的塔盤媒質(zhì)上的氯化鎂粒子會被剪切、粉碎、剝離、脫落，達到疏通的效果。當熔化粘結成大塊狀氯化鎂產(chǎn)生并附著在干燥塔塔盤上時，經(jīng)聲波傳播，先利用剪切力將大塊狀的氯化鎂粘結塊從塔盤上剝離，再經(jīng)聲波進一步傳遞，在毗鄰塔盤的氯化鎂塊狀料一側(cè)，超聲震蕩效應和微沖性剪切效應作用下，不斷崩塌，粉碎，剝離。塊狀氯化鎂體積不斷縮小，達到一定的臨界粒徑時，微沖性剪切效應將變得不再重要，粉碎主要依靠粒徑高速碰撞摩擦進行，這過程要持續(xù)一定時間才能完成，從而解決塊狀物料影響沸騰問題。所以在氯化鎂干燥過程中，由于處理時間長，應盡量避免較大塊狀的熔化粘結物料產(chǎn)生。對于雙層塔盤中間產(chǎn)生的熔化氯化鎂物料堵塞，由于上下層空間較小，熔化粘結物料會很嚴重，經(jīng)聲波作用，會經(jīng)前述的兩組聲波狀態(tài)加以解決，同時已粉碎顆粒會被氯化氫氣體吹出雙層塔盤間。另一方面聲波在金屬中傳輸，塔盤表面呈高速微幅度震動狀態(tài)，會產(chǎn)生一定滑膩效果，可有效預防顆粒物料在塔盤上熔化吸附或沉積，利于塔盤疏通，物料沸騰。在氯化氫干燥塔盤上金屬材質(zhì)中，施加聲波，可有效的防止熔化的氯化鎂粘結，保持氣體通過順暢，作用顯著。該項技術的應用，其在線清理特性，是一種環(huán)境友好、新穎高效的新技術。在可持續(xù)發(fā)展今天，更具經(jīng)濟、環(huán)保、低碳等強大競爭力。

5 超聲波裝置安裝與運行

干燥塔運行時，連續(xù)性多次在不同層數(shù)塔盤上出現(xiàn)熔化粘結，根據(jù)塔結構、運行參數(shù)及介質(zhì)等因素，超聲波裝置需每層安裝，每層至少6個聲波傳導點，可控200m2的面積（干燥塔每層塔盤面積約45m2），其中二個聲波傳播點需布置在進、出料口附近，可預防、疏通進、出料管堵塞。聲波換能器須安裝在干燥塔外，通過波導將聲波傳至塔盤篩網(wǎng)上。波導與干燥塔壁之間采用迷宮式填料函設計，吸震材料密封隔離，杜絕聲波能量損失，防止高溫氯化氫泄漏?？刂品矫嬉擞肞LC自動控制，十層塔盤分組先后按順序間隔自動循環(huán)運行。①實現(xiàn)塔盤孔無堵塞，熔化粘結細小氯化鎂脫落。②避免聲波長時工作，減少顆粒破損和粉料量。③降低塔盤部件機械疲勞。

6 結語

超聲波產(chǎn)生的微沖性剪切效應和超聲非線性振動阻止氯化鎂顆粒物料熔化粘結作用顯而易見。通過實施，氯化鎂脫水生產(chǎn)技術中干燥塔塔盤上氯化鎂顆粒物料熔化粘結堵塞現(xiàn)象可以在線得到有效遏制，有力攻克脫水生產(chǎn)穩(wěn)定性的一個難題。超聲波其獨特優(yōu)點，使它在各行各業(yè)的應用越來越廣泛，其應用潛力巨大，前景廣闊，是今后研究的重點和方向，值得嘗試。

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