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離心機分離效果不理想的原因分析及對策

[2010/8/6]

離心機分離效果不理想的原因分析及對策
   
某公司腈綸廠回收車間現(xiàn)有離心機兩臺，均為臥式螺旋卸料沉降離心機，其中一臺是1998年開工時隨整套設備由日本引進的，另一臺于2001年5月由日本進口，均為日本TANABE公司生產(chǎn)，主要技術(shù)依靠西德 FIoffwegwerk公司的生產(chǎn)技術(shù)。

回收車間在整個腈綸廠的主要作用是對硫氰酸鈉系統(tǒng)中進行除雜、提濃，最后將濃度達５６％的硫氰酸鈉溶液送往聚合車間以供配制紡絲原液。在整個腈綸裝置的物料循環(huán)中，硫酸鈉和硫氰酸鈉一起在其中流轉(zhuǎn)，近９０％的硫酸鈉在結(jié)晶分離這一步實現(xiàn)與硫氰酸鈉的分離，硫酸鈉的平衡都要靠離心機的分離作用來實現(xiàn)，所以在整個回收裝置中，離心機起著至關(guān)重要的作用，就如同人的腎臟一樣，排除雜質(zhì)，保證血液的清潔流轉(zhuǎn)，離心機的分離效果好壞，直接影響著全車間甚至全廠的平穩(wěn)生產(chǎn)和長周期運行。

硫酸鈉在結(jié)晶工序中進行分離的原理是這樣的：因為硫酸鈉在硫氰酸鈉溶液中溶解度很低，易生成晶體，故將提濃后的硫氰酸鈉液經(jīng)過沉降槽停留沉降，使硫酸鈉晶粒在沉降槽底部逐漸長大（硫酸鈉含量約為１３％～１５％），離心機的作用就是將底部溶液中的硫酸鈉晶體分離出去（其中僅有一小部分被輸送到蒸發(fā)車間做晶種），分離出的固相經(jīng)溶解罐溶解，送入污水處理工序由樹脂進行置換并吸附其中的硫氰酸鈉，廢液外排。若離心機的分離效果不好，固相分離物中硫氰酸鈉含量過高，超出污水樹脂的吸附能力，并且環(huán)保要求外排污水中硫氰酸鈉含量不得大于200 ppm，車間不得不將含高濃度硫酸鈉的硫氰酸鈉倒入系統(tǒng)重新提濃回收，久而久之，硫酸鈉含量會在系統(tǒng)內(nèi)越積越高，最后導致蒸發(fā)、結(jié)晶兩大系統(tǒng)的生產(chǎn)波動，從而影響腈綸裝置的正常生產(chǎn)運行。

由以上分離原理可知，在回收裝置中，離心機分離效果注重的是固相的干燥度，即分離出的固相中含有的硫氰酸鈉越少則分離效果越好，下面，就從離心機的工作原理開始，對離心機分離效果不理想的原因進行分析并尋找相應的解決方案。

工作原理：臥式螺旋卸料離心機在回收裝置用于懸浮液的固相濃縮，為柱－錐組合型，由兩個獨立回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成，一個為圓柱－圓錐型無孔轉(zhuǎn)鼓，一個為帶有螺旋葉片的螺旋，二者同軸水平地套裝在一起。離心機的轉(zhuǎn)筒為逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓與其內(nèi)的螺旋同心同向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓速度稍快于螺旋。當懸浮液由進料管導入螺旋內(nèi)腔，經(jīng)分配口進入轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)（圓柱型部分），在離心力作用下，比重較大的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，被螺旋葉片推出沉降區(qū)，通過干燥區(qū)由轉(zhuǎn)鼓小端排出，被澄清的分離液沿螺旋葉片通道流向轉(zhuǎn)鼓的大端由溢流孔排出，懸浮液的固、液兩項由此得到分離。詳見下圖。 
                           

轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進行的是沉降分離，螺旋的功能是分配由進料管導入的懸浮液，并把積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相物送到轉(zhuǎn)鼓小端的固體排出口。螺旋筒內(nèi)設有一個懸浮液分配腔，四個懸浮液分配孔，并通過花鍵軸從齒輪箱獲得動力。下面根據(jù)上圖所示，對離心機分離未達到預期效果的原因進行分析并尋找相應的對策：
１、轉(zhuǎn)速：一般說來，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，則脫水效果越好，因為轉(zhuǎn)鼓及螺旋內(nèi)的物料在高速下旋轉(zhuǎn)，作用于固體顆粒上的沉降力能達到其重力的數(shù)千倍，可保證固體從懸浮液中完全分離。離心機的轉(zhuǎn)鼓繞其軸作等速旋轉(zhuǎn)，設轉(zhuǎn)鼓半徑為Ｒ ，轉(zhuǎn)速為ｎ（ｒ／ｍ），則轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)角速度ω與 ｎ 的關(guān)系為：
       ω＝π ｎ／３０； １／ｓ．　　　。ǎ保
轉(zhuǎn)鼓的圓周速度　
      ｖ＝ Ｒ ω； ｍ／ｓ． 　　　　　。ǎ玻
向心加速度為
      ａｎ ＝ －Ｒ ω； ｍ／ｓ２．　　。ǎ常
    若轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有質(zhì)量為 ｍ 的物料，旋轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生一個離心力 Ｆ 為：
     Ｆ ＝－ ｍａｎ ＝ ｍＲ ω２； Ｎ 　（４）
    被分離的物料在離心力場中所受的離心力與其重力之比值，被稱為分離因數(shù) Ｆ ｒ：
    Ｆ ＝Ｆ ／Ｇ ＝ｍＲ ω２／ｍｇ ＝Ｒ ω２／ｇ Ｎ ；。ǎ担

分離因數(shù)是表示離心機分離能力的主要指標，Ｆｒ越大物料受的沉降力越大，分離效果越好，因此，對固體顆粒小、液體粘度大的和難分離的懸浮液或乳濁液，要采用分離因數(shù)大（轉(zhuǎn)速高或直徑較大）的離心機。同時，我們從式（５）可知，用提高轉(zhuǎn)速的辦法比增加轉(zhuǎn)鼓直徑的方法更為直接有效（修改轉(zhuǎn)鼓直徑要修改一系列與之有關(guān)的配件尺寸）；又因為分離因數(shù)的提高是有限度的，Ｆｒ的極限值取決于轉(zhuǎn)鼓材料的強度和密度，所以提高轉(zhuǎn)速的方法在實際的應用中相對更容易操作一些。但是，提高轉(zhuǎn)速也有它的不利之處，離心速度過高，會使得固相出料過于堅硬而堵塞住螺旋，影響離心機的運轉(zhuǎn)，從而不得不停下離心機進行水洗以清除結(jié)塊的硫酸鈉。離心機轉(zhuǎn)鼓的速度可通過調(diào)節(jié)皮帶輪的大小來實現(xiàn)，在實際的操作中，要對料液的特性和轉(zhuǎn)鼓的直徑及材質(zhì)等各個方面周全考慮，精確地計算出轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速及相應的皮帶輪尺寸，才可進行轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

２、排放時間：排放時間實際上是通過調(diào)整溢流堰的高度來調(diào)整液池深度。由圖中可知，當液池的深度變大，則澄清液在螺旋內(nèi)停留時間較長，澄清液會更清，但澄清液也會竄入固相中而使固相中母液含量升高；反之，若液池的深度小，減少液池深度相當于液相較容易從轉(zhuǎn)鼓內(nèi)溢流出來，而固相在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被沉降的時間延長，則固相出料時間被延長，有利于減少固相出料中母液的含量 。在TANABE離心機中，澄清液的溢流半徑是可調(diào)的，溢流檔板的結(jié)構(gòu)設計考慮了合理的調(diào)節(jié)范圍，便于調(diào)節(jié)、拆裝。液池深度的調(diào)節(jié)是通過在轉(zhuǎn)鼓大端蓋上的溢流口設置來實現(xiàn)的，可將用定位螺釘定位的溢流檔板作徑向移動，從而改變液池的深度，這種調(diào)節(jié)方式需將離心機停車處理。

如果在某些情況下，改變速度對固相出料沒有明顯的影響時，就可以考慮調(diào)節(jié)液池深度來改變出料的狀態(tài)，通常情況下，這一方法較為有效，且簡單易于操作。需要特別注意的是，所有溢流擋板必須調(diào)整在相同的方位，否則將會導致不平衡。

３、轉(zhuǎn)速差：如原理圖所示，螺旋與轉(zhuǎn)鼓同心同向旋轉(zhuǎn)，但二者間有一個轉(zhuǎn)速差。若以ｎｂ表示轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速，以ｎｓ表示螺旋的絕對轉(zhuǎn)速，△ ｎ 表示二者的差轉(zhuǎn)速，
    則△ｎ＝ｎｓ－ｎｂ
    我們已經(jīng)知道，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速快于螺旋，即 ｎｓ＞ ｎb，屬負差轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)速差的含義是差轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速之比：
    轉(zhuǎn)差率 ａ＝（△ ｎ／ｎｂ）× １００％　
    回收裝置結(jié)晶分離追求的是固相的干燥度，采用此類負轉(zhuǎn)差率，有利于沉渣的輸送，并且可以減少由減速器傳送的功率？赏ㄟ^改變轉(zhuǎn)鼓與螺旋的差轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)負轉(zhuǎn)差率，即改變轉(zhuǎn)子上皮帶輪的尺寸來改變轉(zhuǎn)差率，此方法在生產(chǎn)實際中操作性也較強。
    另外，皮帶老化或皮帶松緊不均，也有可能導致轉(zhuǎn)速差發(fā)生變化而導致固相出料發(fā)生變化，這也是在分析離心機固相出料時要注意的一點。

４、螺旋輸送器：輸送器是一個主要部件，它的結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)直接關(guān)系到離心機的分離效果、生產(chǎn)能力及使用壽命。螺旋輸送器主要由螺旋葉片、螺旋筒體、進料室組成。
    ①螺旋葉片：回收裝置的螺旋葉片為連續(xù)整體螺旋葉片，螺旋纏繞方向為右旋，葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓母線，等螺距排列。由于螺旋葉片直接與固相沉渣接觸，固相沉渣與葉片有對運動，若葉片在日常的使用中發(fā)生磨損，磨損后輸送沉渣能力下降，使沉渣的濕含量增加。在日常的檢維修工作中，要注意加強對螺旋葉片的檢查，維修人員只注重各轉(zhuǎn)動部件的檢查而忽視螺旋葉片的情形也是時有發(fā)生的，若離心機螺旋有開焊、裂紋或嚴重磨損時，應及時進行補焊，螺旋推料面補焊處應打磨光滑，并對螺旋進行動平衡校正，補焊面積較大時，還需焊后作消除應力熱處理，操作難度較大，故在日常的使用時，著重加強對螺旋的保護就顯得更為重要。
    ②螺旋筒體：螺旋筒體也是錐－柱組合型，筒體內(nèi)腔即為進料腔，在進料腔內(nèi)有四個進料分配孔。
    ③進料位置：在生產(chǎn)中，加料點離溶液出口越近，很小的粒子越?jīng)]有機會沉積下來而隨離心液一起排出。溶液中的硫酸鈉晶體有時會比較細碎，廠家在生產(chǎn)離心機時重點考慮到這一點，將常規(guī)中設置在螺旋小端的加料點經(jīng)過精密計算，設定在螺旋的柱體中部及后部，這就相當于將干燥區(qū)延長，固相料液所受離心分離的時間也相應延長，保證了固相出料的干燥度。我車間離心機出料孔位置是不可調(diào)節(jié)的，故不能通過調(diào)節(jié)出料位置或加料管來改善固相干燥度。
    ④工藝條件：離心機的生產(chǎn)能力取決于固、液相密度差及沉降區(qū)長度，固、液兩相密度差越相近，也就是進料的漿液粘度越大，則分離沉降就越難以進行。在實際的生產(chǎn)當中，工藝條件影響離心機分離效果的因素主要有三個：進料溫度、進料速率、異常工藝條件。
     ａ．進料溫度：漿液的溫度，可以直接影響母液的粘度，通常來說，溶液溫度越高，則粘度越低，固相上的液膜就越簿，細小粒子越容易沉降，毛細孔中所含液體越少，對于追求固相干燥度的離心機來說分離效果就會越好。
     ｂ．進料速率：有時，過大的進料量會導致不好的分離效果，主要是因為粒子在轉(zhuǎn)筒中的沉降時間不夠。達到離心機設計的分離條件的前提是：固相粒子沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上時間必須小于顆粒在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間，也就是說，必須保證待分離漿液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的有效停留時間，使得固相粒子有足夠的時間沉降出來。在我們的實際經(jīng)驗中，一樣的物料，進料量為1m3/h 時，分離效果不好，但當進料量為0.5m3/h時，分離效果就非常理想，原因就在這里。
    ｃ．異常工藝條件：主要是指進料漿液中晶體含量不足或晶體不結(jié)晶而呈絮狀，這對離心機來說，得到理想的分離效果是非常困難的。回收裝置曾經(jīng)經(jīng)歷過一次這樣的事件，整個硫氰酸鈉系統(tǒng)中由于外部原因積聚了較多的甲酸鈉，造成硫酸鈉在硫氰酸鈉溶液中產(chǎn)生晶粒，加入晶種后仍呈現(xiàn)比較散碎的情況，離心機的任何一種參數(shù)調(diào)整對這種狀況都是無能為力的，加給離心機物料的物理特性與分離效果有著直接聯(lián)系。
    對于較難分離的物料，一個好的辦法是經(jīng)常對離心機進行清洗，用高于料液溫度的熱水或冷凝液來對離心機沖洗，可以替換較粘的母液，也能將堵塞在螺旋中較硬的固相出料置換出。正常時離心機每天清洗兩次，但是當生產(chǎn)異常尤其是料液較為異常而又無法停下離心機時，相對于離心機而言，根據(jù)需要隨時進行清洗也不失為一個好的處理方法。

由上述可見，離心機對回收裝置而言，是一臺非常重要的設備，在日常的使用維護中，有一些經(jīng)驗還需進一步挖掘總結(jié)，相信對于勤奮而智慧的勞動者來說，離心機的分離效果應該能夠達到可以控制、易于調(diào)節(jié)的程度，最大限度地發(fā)揮設備本身的技術(shù)優(yōu)勢，更好地為生產(chǎn)服務。