臥式螺旋過濾離心機在氯化聚乙烯生產中的應用

謝 濱，周文斌

(寧波鎮洋化工發展有限公司，浙江 寧波 315204)

氯化聚乙烯是高密度聚乙烯(HDPE)與氯氣通過取代反應制得的一種改性高聚物，根據聚乙烯相對分子質量及分布差異、氯化深度和氯化方法的不同，分為彈性體和塑性樹脂兩大類，產品具有優良的耐候性、耐臭氧、耐化學藥品及耐老化性能。氯化聚乙烯工業化生產通常采用水相懸浮法和酸相懸浮法，目前國內多數廠家都采用水相懸浮法生產工藝。水相懸浮法生產過程中氯化產物含質量分數5%～10%鹽酸的CPE物料需濾去鹽酸并用水洗滌，脫除殘余的鹽酸后進入下一步工序，目前含質量分數5%～10%鹽酸的CPE物料過濾洗滌采用釜式間歇洗滌和水平真空帶式過濾機[1-2]，釜式間歇洗滌存在鹽酸無法全部回收、洗滌水和污水量大、勞動強度大、能耗高等缺點，而水平真空帶式過濾機存在設備體積較大、敞口操作酸霧大、污水量大、使用維護麻煩等缺點。

為解決目前水相懸浮法含質量分數5%～10%鹽酸的CPE物料過濾洗滌存在的不足之處，特別是要求降低過濾洗滌后CPE物料中的鹽酸含量，本文針對含質量分數5～10%鹽酸的CPE物料特性，參考其它工業項目中采用的臥式螺旋過濾離心機，設計制造了專用的臥式螺旋過濾離心機。該臥式螺旋過濾離心機具有過濾洗滌效率高、過濾洗滌后CPE物料的含濕率及鹽酸含量低等優點，并且設備采用完全封閉的結構，較好地解決了水平真空帶式過濾機敞口操作酸霧大的環保問題。

1 臥式螺旋過濾離心機的結構設計及材質選用

1.1 結構及工作原理

臥式螺旋過濾離心機是一種連續操作的過濾式離心機，由螺旋、轉鼓、濾網、差速系統、機殼、循環潤滑油系統、進料管、洗滌液系統、控制系統等組成，其結構簡圖如圖1 所示。該離心機的主要技術參數為：轉鼓大端內徑：450 mm；轉鼓錐角: 2×10°；轉鼓轉速：2000 r/min；分離因數：1187；差轉速：5～40 r/min；擺線差速比：1∶43。

其工作原理：懸浮液從進料管進入螺旋內腔，并通過螺旋小頭接近錐端底部的噴料口進入轉鼓，在離心力場作用下料漿中的液相通過設置在轉壁上的篩網被分離出去，固相顆粒則被截留在轉鼓內；同時，轉鼓內的固相顆粒在離心力和螺旋與轉鼓之間的差速作用下從轉鼓小端向轉鼓大端運動，在此運動過程中，由于回轉直徑的加大，離心力得到快速遞增，固相從初始進入時的高含濕量固相到排出轉鼓時達到低含濕量固相，從而實現固液相自動、連續的分離。離心機和其他分離機械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相而且具有節省勞力、減輕勞動強度、改善勞動條件，并具有連續運轉、自動控制、操作安全可靠和占地面積小等優點。

圖1 臥式螺旋過濾離心機結構示意圖

1.2 離心機部件材質選用

在水相懸浮法生產CPE過程中，高密度聚乙烯和氯氣反應會產生5%～10%左右的稀鹽酸，氯化反應后的稀鹽酸和CPE混合物中含有20%～25%的CPE，因此臥式螺旋過濾離心機除了要求分離效率高、過濾后CPE含鹽酸量少外，還要求離心機具有良好的耐高溫鹽酸腐蝕性能。鹽酸是還原性強腐蝕性酸，目前金屬材料中只有一些貴金屬如鉭、鋯、鉑、金、銀等和少數合金如鎳鉬鐵合金(哈氏合金B)和含鉬高硅鐵對鹽酸有良好耐蝕性。鉭、含鉬高硅鐵雖然耐酸腐蝕性能優異，但機械、加工性能不良。非金屬材料中的合成橡膠和塑料對鹽酸也有良好耐蝕性[3]。普通離心機由于轉鼓、螺旋、濾網等主要零件可用碳鋼或不銹鋼制造，在酸性介質中，設備容易腐蝕，使用壽命很短。

由于離心機的轉鼓和螺旋在運行過程中高速旋轉，同時要求濾網與螺旋之間的間隙盡可能的小，降低分離后CPE顆粒的含酸量，因此要求轉鼓和螺旋加工和安裝精度要高。當螺旋和濾網采用TA9(鈀質量分數含量在0.18%～0.20%)制造，轉鼓采用不銹鋼襯四氟，離心機投入運行后在半個月內就出現濾網磨損破裂導致無法繼續使用。分析其主要原因為：氯化母液溫度偏離要求值(離心機要求氯化母液溫度小于70℃，鹽酸濃度小于10%wt，實際母液溫度可能高于70℃)、氯化母液中含有較硬塊料磨損濾網、濾網裝配間隙不均、轉鼓襯四氟厚度不均磨損濾網，濾網可能存在材料耐酸性能差、材料脆性大、焊接缺陷等導致濾網腐蝕和破損現象的發生。

針對上述出現的問題，在材質的選擇方面，經過反復選材發現鋯及鋯合金優良的耐鹽酸材料，在沸點以下一切濃度和溫度的鹽酸中，不論酸中充氣與否，腐蝕率都很低，約在0.01 mm/年以下。因此轉鼓和濾網選用特殊的鋯合金材質，而螺旋采用加工性能和耐酸腐蝕性能都較好的鈦合金(鈀質量分數含量在0.25%～0.30%)，同時通過改進濾網制備工藝和平整度、適當調節轉鼓和螺旋間隙、提高濾網厚度和耐酸性能、把關濾網焊接質量等措施加以解決。

2 生產應用分析

2.1 過濾洗滌工藝流程

水相懸浮法生產氯化聚乙烯裝置的過濾洗滌采用臥式螺旋過濾離心機，其工藝流程為：① 來自氯化反應釜的母液(液固比4～6∶1，液體含5%～10%(質量分數)鹽酸)用泵輸送進入離心機螺旋內腔；②離心分離出的5%～10%鹽酸溶液直接排至鹽酸儲罐用于其他裝置的氯化氫尾氣吸收；③轉鼓中的CPE顆粒經熱水或后工序的堿水洗滌后排入下一工序的中和釜用碳酸鈣處理。

2.2 生產運行參數的優化

(1)螺旋差速的設定。差速越小,CPE顆粒在離心機內停留時間長，分離出來的CPE顆粒含水量相對低,但離心機的生產負荷降低；反之，差速越大，分離出來的CPE顆粒含水量增高,但離心機的生產負荷增高。根據裝置的生產負荷通過調試,調節差速30～35 r/min 可以分離得到含酸量小于30%的CPE顆粒,基本可滿足下一工序的生產要求。

(2)濾網孔徑的選擇。濾網孔徑太小，CPE顆粒易堵塞濾網孔道造成拉稀，CPE顆粒含酸量高；濾網孔徑太大，CPE顆粒含酸量相對較低,但分離得到的5%～10%鹽酸中含CPE細顆粒較多。對一般生產CPE135A裝置,根據原料高密度聚乙烯的粒徑分布，濾網孔徑為0.7～1.2 mm較合適。

(3)濾網與螺旋間隙的調整。根據濾網品質和安裝情況的,通過螺旋推料器調整墊片,濾網與螺旋間隙為0.8 mm較合適。

2.3 與帶式過濾機運行技術經濟比較

對比公司現有的帶式過濾機和試運行的臥式螺旋過濾離心機運行工況，主要從脫酸洗滌效果、運行效率、運行維護費用、操作勞動強度、環保等幾方面進行了比較分析，如表1所示。

表1 不同脫酸方式技術經濟比較

從表1可看出，臥式螺旋過濾離心機與水平真空帶式過濾機的噸CPE(干產品)脫酸運行時間相當，但其脫酸效果、碳酸鈣和水耗、電耗、勞動強度、產品品質、環保等方面明顯優于帶式過濾機。噸CPE(干產品)的消耗節水約5t水/tCPE(干產品)、節電約25 kWh /tCPE(干產品)，以年產20000tCPE計，每年可節約90萬元，并減少了后處理水洗脫酸時間、減輕了勞動強度、提升了現場環境。

3 結論

(1)臥式螺旋過濾離心機具有自動化程度高，過濾速度快，過濾洗滌效果好等特點，其運行主要指標為：過濾洗滌后物料含酸量<30%，噸CPE(干產品)的消耗節水約5t水/tCPE(干產品)、節電約25 kWh /tCPE(干產品)。

(2)與水平真空帶式過濾機相比，臥式螺旋過濾離心機的進料、脫酸都是在密閉空間工作，運行時外泄的酸氣、酸霧較少，且無酸水滲漏情況，改善工作環境。