联合制碱重碱过滤和离心分离(三)<br/>——重碱离心分离

联合制碱重碱过滤和离心分离(三)
——重碱离心分离

2016-12-20

纯碱工业 2016年4期

(大连化工研究设计院，辽宁大连 116023)

专论与综述

联合制碱重碱过滤和离心分离(三)
——重碱离心分离

(大连化工研究设计院，辽宁大连 116023)

重碱离心过滤的特点：重碱滤饼的高压缩性决定了必须使用双级或多级推料离心机，离心机筛网网隙小、开孔率高，离心过程中需加入洗水置换母液。介绍重碱离心分离的原理及工艺流程，比较重碱离心分离与真空过滤分离的不同点。举例介绍HR系列双级活塞推料离心机的参数。

离心分离；离心机；特点；工艺过程；推料式离心机

3 重碱离心分离

3.1 基本概念

3.1.1 离心机工作原理

多双级活塞推料离心机的工作原理见图8。

1.油压活塞 2.油压缸 3.推料轴 4.主轴 5.第一段篮筐 6.第一段滤网 7.第二段篮筐 8.第二段滤网 9.第三段篮筐 10.第三段滤网 11.第四段篮筐12.第四段滤网 13.给料管 14.滤饼洗涤管 15.溜槽 16.分料管 17.推料板 18.外壳 19.轴承图8 多级活塞推料离心机的工作原理

含有一定浓度结晶颗粒的悬浮液经过进料管进入离心机内腔，由与离心机转鼓相同角速度的布料盘和推料板达到Ⅰ级转鼓的筛网，依靠高速旋转的离心力作用，其中的液体迅速透过筛网上的缝隙，进入滤液箱排出，而结晶颗粒则被截留在筛网上形成滤饼，同时，按照图9中(i)～(vi)所描绘的过程，由液压系统驱动的推料轴和推料板(活塞)将Ⅰ级筛网上的滤饼退出并落至直径较大的Ⅱ级转鼓的筛网上，在更大的分离因数条件下继续脱水，并且按照与Ⅰ级转鼓上相同的推料速度，将Ⅱ级筛网上的滤饼推出至离心机前端的出料溜槽。

图9 推料离心机活塞推料动作图

离心机的过滤速度和分离效率与分离因数有关，分离因数α以下式表示：

(17)

式中，α——分离因数，—；w——转鼓角速度，r/min；R——转鼓半径，m；g——重力加速度，m/s2。

(18)

式中，n——转鼓转速，r/min。

推料离心机能够对滤饼进行有效的洗涤，洗水可以通过离心机前腔引入的洗水管直接喷洒于滤饼。

3.1.2 重碱离心分离的特点

纯碱生产的重碱离心分离具有如下特征：

1)重碱滤饼的高压缩性特点决定了必须使用双级或多级推料离心机。

纯碱生产碳化塔所制得的重碱结晶颗粒，大部分由2个或多个结晶黏结而成，结构疏松，而且多数晶形不规则，表面状况差，结晶密度小，在离心机筛网上形成的滤饼压缩性高，或者说滤饼易被压实，在推料过程中容易起“拱”(隆起)，难以推出，然后进料悬浮液会沿着固体物料出口方向，在滤饼上冲出一条深沟，于出料口排出浆液，发生“溢流”现象，俗称“拉稀”，同时伴随着离心机“震车”。

单级推料离心机的转鼓长度长，在分离重碱晶浆时更容易出现上述现象，于是出现了双级或多级离心机，以减小转鼓推料行程的办法保证正常的推料操作。即适应如同纯碱生产的重碱那样具有高压缩性滤饼特性的物料分离。但是，对于用传统的索尔维碳化塔生产的重碱结晶，使用双级推料离心机分离仍显困难，需要三级或多级离心机分离。

2)重碱结晶粒度及粒度分布决定了离心机筛网网隙很小以及大型机筛网制作困难的特点。

在现有碳化塔技术中，重碱结晶属于粒度细小的物料，即使不冷式碳化塔制造的所谓大颗粒结晶，小于100 μm的细小结晶仍有20%～30%之多，所以，为了避免离心机下料时滤液带晶过多，Ⅰ级网的网隙S不能大，以0.10～0.12 mm为宜，或者说不大于0.12 mm，这就要求铣制板网网条的背宽B做得比较小，否则筛网的开孔率k过小，离心机的分离能力太低。上世纪90年代以前，使用SUS316不锈钢，网条背宽B只能做到2.5～2.2 mm，相应的筛网开孔率只能达到5%左右。近年某制造厂用双相不锈钢制作板网，虽然背宽B可以做的1.4～1.3 mm，Ⅰ级网的开孔率k可以提高到8%左右，但与现代纯碱生产的大吨位相比仍显不足，这就要求重碱悬浮液的进料浓度必须稠厚到50%～60%(视V%)，甚至更高。

3)纯碱生产中重碱分离过程用当量洗水置换滤饼中母液的分离特性

纯碱生产重碱分离过程中需要在滤饼上加入600～700 kg/t洗水，置换其中的母液以保证纯碱产品质量，氨碱法生产的当量洗水是指使纯碱产品达到优级品的最小洗水量，而联合制碱法生产的当量洗水则为维持母液循环系统平衡的最大洗水量。这一点，在用真空过滤机过滤碳化取出液晶浆作业时是毋庸置疑的，也不会发生滤液大量带晶的现象。但是，在使用连续推料离心机分离重碱料浆时，则由于当量洗水的加入，要求洗水加入位置的筛网网隙与离心机下料处的网隙一致，或者说要求洗水也加于Ⅰ级筛网的滤饼上，即加洗水位置的筛网网隙同样不大于0.12 mm。不然，离心机分离滤液的含固量过高。

3.2 工艺过程

3.2.1 物理化学过程

在离心机上发生如下物理化学过程

1)NaHCO3结晶溶解

NaHCO3在水中的溶解度见表5。

表5 NaHCO3在水中的溶解度

35～40 ℃洗水在离心机滤饼上置换其中母液的同时，溶解滤饼中的NaHCO3结晶：

NaHCO3(s)=NaHCO3(aq)

(19)

溶解于洗水中的NaHCO3(aq)一部分进入离心机滤液去母液Ⅰ沉降槽，另一部分则残留于湿重碱去煅烧炉。

洗水在溶解NaHCO3结晶的同时，溶解其中夹杂的Na2CO3和NH4HCO3结晶，因其量少，在物料衡算时全部按溶解NaHCO3处理。

2)CO2解吸

CO2解吸主要按NH4HCO3分解方式进行：

NH4HCO3=NH3+CO2↑+H2O

(20)

CO2解吸也按下式进行：

2NH4HCO3=(NH4)2CO3+CO2↑+H2O

(21)

分离母液氨的平衡蒸汽分压很低，解吸CO2放出的NH3大部分与H2O结合成NH4OH，只有少量NH3在分离过程中逸散损失。

3)NH4HCO3氨化

重碱分离过程中母液的温度降低，其中的NH4HCO3被氨化：

NH4HCO3+NH4OH=NH4COONH2+2H2O

(22)

4)NH4COONH2平衡移动

母液温度降低使NH4COONH2和(NH4)2CO3的平衡反应向生成(NH4)2CO3方向移动：

NH4COONH2+H2O=(NH4)2CO3

(23)

3.2.2 工艺流程

重碱离心分离工艺流程见图10。

1.脱气罐 2.稠厚器 3.离心机 4.皮带 5.沉降槽 6.沉淀泵 7.洗水桶 8.母Ⅰ桶 9.母Ⅰ泵 10.流量计图10 重碱离心分离工艺流程

碳化取出液经脱气罐1进入重碱稠厚器2的中心筒，顶流清液由上部溢流口去母液Ⅰ沉降槽；底部稠厚晶浆去重碱离心机3分离，并加入由洗水桶7和流量计10来的洗水，置换滤饼中的母液，湿重碱通过置于离心机前端的下料溜槽下到重碱皮带输送机4，送至煅烧工序制成纯碱。离心机滤液去母液Ⅰ沉降槽5，上部清母液Ⅰ溢流至母液Ⅰ桶；底部沉淀用沉淀泵6打回稠厚器，或者去稠厚器底部下料喷嘴调节下料固液比。母液Ⅰ桶8中的清母液Ⅰ用母液Ⅰ泵9送出，去母液Ⅰ吸氨器吸氨，部分母液Ⅰ也可以去稠厚器底部的下料喷嘴调节稠厚器下料固液比。

3.2.3 工艺流程特点

与真空过滤机比较具有如下主要特点：

1)工艺流程简单，不需要附设真空泵、吹风机、气液分离器和净氨塔等真空过滤机的辅助设备，可比设备少，设备购置费略省。

2)两者用电负荷相当，但离心分离重碱可以将真空过滤机湿重碱的水分18%～20%降低到10%左右，能够节省3.0 MPa、233 ℃等级煅烧用中压蒸汽309 kg/t，节能0.55 GJ/t。

300 kt/a规模离心机分离重碱和真空过滤可比设备及其用电负荷比较列于表6。

3.3 推料式离心机

推料式离心机主要由主机驱动、油泵组合、推料机构、转鼓、筛网、布料盘、进料管和洗水管、滤液箱、下料溜子、前盖、机座和抗震块等部件组成。

HR系列部分型号双级推料离心机和HS1000-NA三级推料离心机的主要技术参数列于表7。