增稠器搅拌系统优化设计

霍沛君 席金花 东 娟

（宝色特种设备有限公司)

0 前言

增稠器是一种利用重力沉降法原理，从低稠度半成品结晶溶液中分离出固体，用以增加物料稠度的初级晶液分离设备。在增稠器中，由于晶液之间存在着比重上的差别，故比重较大的结晶体缓缓沉降，清液及悬浮物徐徐上浮，从而实现晶体与液体的分离。沉至设备底部的晶体汇集成稠的晶浆从出料口排出，进入离心机进一步进行分离。晶浆在离心力的作用下除去母液后，再被输送至干燥器中进行干燥，直至形成最终产品。从增稠器上部溢出的上层清液同由离心机出来的母液汇流一起排入母液槽贮存，待继续复用。

本文介绍的增稠器是某公司沉锂酸化母液蒸发项目生产线上的在用设备。该增稠器其原搅拌系统为减速机电动结构，采用机械密封，但密封效果不佳，能耗较大，且不需要搅拌系统连续运转，故对其进行了结构上的改良设计，包括改用填料密封和手动搅拌。

1 设备介绍

1.1 设备基本设计参数

该增稠器的基本设计参数[1]如表1所示。其中，钛及钛合金板材符合GB/T 3621—2007，钛及钛合金管材符合GB/T 3624—1995，均为退火态[2]（即 M 态）。

表1 增稠器设计参数

1.2 增稠器的总体结构

增稠器的总体结构如图1所示。

图1 增稠器总体结构

（1）设备主体由内外两个槽体构成。内槽是供结晶溶液进行分离的工作槽，由锥体内部与下段锥壳 （包括由紧固件与锥壳相连接的底座）组成。在锥体的顶端沿着周边加工了一整圈高度相等的锯齿形槽口，使得与结晶体分离后上浮的清液能够均匀地向周边溢放。外槽是供收集内槽溢放液的受液槽，由锥体外部与上段锥壳组成。为使受液槽内清液能够较快地从溢流管口排放干净，溢流管位置应贴近锥体最下端，但溢流管最低点不得低于锥体与锥壳的焊点。考虑到锥体的刚性和稳定性，在其周围焊接三块拉筋，且拉筋也与锥壳相焊。

（2）为方便平时的小检修或定期观察设备内部的运行情况，在锥盖上开设了手孔。考虑到锥盖的刚性，在锥盖外表面焊了6块筋板。为节省制造成本，筋板材料选用TA2。筋板沿圆周均匀布置。同时，沿内伸管圆周也焊3块拉筋，以提高内伸管稳定性。

（3）为避免因沉积在底部的晶浆过稠而堵住排放口，设备下端 （排放口附近）设置有搅拌器。当排放口排料不畅时，可转动手把进行搅拌，防止晶浆结块堵塞排料口。

（4）考虑到搅拌轴可能出现偏摆和向下窜动，使搅拌器紧贴底盖，从而造成搅拌器转动阻力增大，搅拌困难，在机架底部装有轴承。

（5）由于氯化锂溶液具有较强的腐蚀性，所以该设备所有与氯化锂溶液接触的部分均采用TA10材料制作。

1.3 搅拌系统结构设计

1.3.1 填料密封

原来采用的是机械密封，存在料液泄漏情况，且机械密封检修、更换较不方便。现改用填料密封，采用10×10的条状聚四氟乙烯填料，这样在使用过程中有磨损也便于更换。此处采用的密封形式是最常见的压盖型填料密封。由于此处空间太小，考虑到运行过程中填料可能磨损，需要不时调整压紧，在机架上开了两个方形孔，以便于在运行过程中调节压紧螺栓，使填料一直保持一定的压紧量，进而保证密封效果。当然，也可以采用螺纹压盖结构，就是在填料压盖内壁上加工螺纹，靠调节螺纹来压紧填料。这种结构调节起来更为方便有效，但是需要在搅拌轴上加工一定长度的螺纹。

在装填料时，要求每装一层填料都要在轴上涂一次润滑油，且装好后用木短节轻敲填料，保证使其与轴线垂直。

1.3.2 传动部分设计

由于仅当排放口排放不畅时才需进行搅拌，平时不需要，因此减速机和电机的作用不大，且电机连续转动还会加剧搅拌轴与密封的相互磨损，故取消了减速机和电机，改用手动搅拌。具体措施就是在轴的端部采用螺纹连接两个把手，把手材料选用20钢。搅拌器采用直角框式搅拌器 （搅拌面积相对较大），搅拌器下端距离底盖15 mm，搅拌器外径距离圆筒内壁10 mm，尽量防止出现搅拌死区。因搅拌器距离底盖较近，在自重和料液的共同作用下，搅拌轴可能会向下窜动，如果下部没有支撑，搅拌器就会和底盖接触，增大搅拌摩擦阻力，使搅拌困难。此外，搅拌器距离圆筒内壁较近，若搅拌轴稍有偏摆，搅拌器就会和圆筒内壁接触，不仅造成搅拌困难还会刮伤圆筒内壁。为防止搅拌轴偏摆和向下窜动，在底盖上设置了机架，机架上安装了轴承座，使搅拌轴有支撑点，轴承座内配有防止搅拌轴向下窜动的推力轴承和防止搅拌轴偏摆的向心轴承。考虑到制造成本，机架及轴承座材料均选用Q235-B。

轴承压盖、机架与轴承座之间用双头螺柱连接，这样在机架里面和外面都可以通过调节螺母旋紧度来调节轴承。因为不是直接受力，而是通过机架传递力，所以装配时轴承的调节可能有点难度。为保证轴承的准确安装，对与机架相焊的法兰面有一定的平面度要求，且要求焊在底盖上的所有支撑块下表面必须在同一平面上。支撑块上面螺栓孔与机架法兰螺栓孔配钻，即焊完支撑块后再加工所有支撑块下表面和钻螺纹孔。

2 结束语

本文对增稠器搅拌系统的结构进行了优化改进，不仅改善了搅拌系统的密封形式，还根据实际需要改电动搅拌为手动搅拌，达到了节能降耗的目的。由于增稠器的设计温度为180℃，温度较高，填料部分在使用时可能会因高温而影响密封及搅拌效果，因此可在机架上部 （填料附近）加冷却水套。该搅拌系统外形虽小但结构复杂，且安装空间也较小，这就对制造提出了较高要求。若要将该搅拌系统用于对搅拌和密封要求更严格的地方，其结构还有待进一步优化和探讨。

[1] 国家技术监督局.钢制压力容器 [S].北京：中国标准出版社，1998.

[2] 国家经济贸易委员会.钛制焊接容器 [S].北京：中国标准出版社,2002.

[3] 左景伊.腐蚀数据手册 [M].北京：化学工业出版社，1982.

[4] 机械设计手册 [M].第2版.北京：化学工业出版社，1987.