岳亮

【摘 要】本試驗(yàn)首先對(duì)沉降式離心機(jī)進(jìn)行空載、水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)，在運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定的基礎(chǔ)上選用氧化鋁（剛玉粉磨料）作為料液的不溶懸浮固體，以硝酸鍶調(diào)節(jié)液相比重和粘度構(gòu)成Al2O3-Sr（NO3）2水模擬體系，進(jìn)行沉降式離心機(jī)的模擬料液負(fù)載工藝性能驗(yàn)證試驗(yàn)，從而基本確定了本沉降式離心機(jī)的運(yùn)行工況。

【關(guān)鍵詞】沉降式離心機(jī)；模擬料液；轉(zhuǎn)速；振幅

中圖分類(lèi)號(hào)： TH244 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）03-0121-005

Degradation centrifuge simulation material process performance verification test

YUE Liang

（China Nuclear Industry Corporation No. 404 Factory Third Branch， Lanzhou Gansu 732850， China）

【Abstract】In this experiment， the centrifuge was set up to carry out no-load and water-load test to verify the stability of the operation. Alumina （corundum abrasive） was chosen as the insoluble suspended solids in the feed solution. Strontium nitrate was used to adjust the liquid specific gravity And the viscosity of the Al2O3-Sr （NO3） 2 water system were simulated， and the performance of the centrifuge was simulated to simulate the loading process performance of the liquid. The operating conditions of the decanter centrifuge were basically determined.

【Key words】Decanter centrifuge； Simulation feed； Speed； Amplitude

沉降式離心機(jī)是后處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備，其工作原理是：依靠懸浮液中固相和液相重度的不同而實(shí)現(xiàn)料液分離，常用于固相比液相重度差較大而固相顆粒較小、含固量較低的懸浮液。因此，沉降式離心機(jī)較適合我們后處理工藝的需求?，F(xiàn)用此離心機(jī)的主要作用是去除溶解液中的不溶殘?jiān)?，為后續(xù)萃取工藝提供保障。

本次沉降式離心機(jī)負(fù)載工藝性能驗(yàn)證試驗(yàn)，其目的是：通過(guò)對(duì)沉降式離心機(jī)空載和模擬料液沉降離心分離，摸索出沉降式離心機(jī)的基本操作方法及運(yùn)行參數(shù)，了解沉降式離心機(jī)的工作性能，從而驗(yàn)證其設(shè)計(jì)和加工制造的合理性、實(shí)用性。

1 試驗(yàn)體系

1.1 模擬原料的選擇

試驗(yàn)選用氧化鋁（剛玉粉磨料）作為料液的不溶懸浮固體，以硝酸鍶調(diào)節(jié)液相比重和粘度構(gòu)成Al2O3-Sr（NO3）2水模擬體系。

1.2 模擬料液的配制

1.2.1 所需試劑

a）Sr（NO3）2 化學(xué)純

b）Al2O3固體微粒，規(guī)格：4.5μm和9μm

c）濃硝酸：分析純或化學(xué)純

d）氫氧化鈉：5mol/L和1mol/L

1.2.2 配制過(guò)程

向無(wú)離子水中加人Sr（NO3）2，調(diào)節(jié)料液密度后加入Al2O3微粉調(diào)節(jié)溶液的粒徑，微粉濃度為300mg/L，粒度為4.5μ（95﹪）+9μ（5﹪）。每批料液需配制1000L。具體模擬料液配制參數(shù)見(jiàn)表1。

配制過(guò)程：

a）向配制槽中加入850L的無(wú)離子水，邊攪拌邊緩慢加入616mL的濃硝酸，調(diào)節(jié)酸度pH≈2.0。

b）邊攪拌邊向配制槽中加入預(yù)先稱(chēng)好562.5㎏的Sr（NO3）2固體（每次加入量小于5㎏），直至所有固體物完全溶解，此時(shí)溶液酸度pH≈1.8。

c）分別用5 mol/L和1mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)Sr（NO3）2溶液的酸度至pH≈2.35。

d）將預(yù)先稱(chēng)好的211g 4.5μm和14g 9μm的 Al2O3固體緩慢加入，攪拌至固體微粒完全分散，取樣分析合格后即可作為模擬料液使用。

2 試驗(yàn)設(shè)備的主要技術(shù)特性

3 試驗(yàn)流程

設(shè)置模擬料液配制槽，料液經(jīng)取樣合格后使其進(jìn)入料液槽中，在0.18MPa的壓空攪拌情況下模擬料液經(jīng)一級(jí)空氣提升（用浮子流量計(jì)控制流量）到恒液位前置罐，再由二級(jí)空氣提升（通過(guò)質(zhì)量流量控制器控制流量）輸送至沉降式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)分離后的清液自流入清液槽，來(lái)不及沉降分離的料液回流入料液槽。沖渣時(shí)用螺桿泵將無(wú)離子水升壓至1.4MPa后進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行高壓沖洗。為便于模擬料液的循環(huán)使用，高壓沖渣時(shí)將渣水排至廢液槽，并將清液槽內(nèi)的模擬料液通過(guò)空氣提升（用浮子流量計(jì)控制流量）輸送至有人孔的調(diào)料槽（0139V），最后用不銹鋼潛水泵分別將廢液接收槽和調(diào)料槽內(nèi)的料液輸送至模擬料液配制槽中進(jìn)行再利用。

模擬料液循環(huán)使用流程：模擬料液配制合格后→料液槽→恒液位前置罐→沉降式離心機(jī)→清液槽→廢液槽→潛水泵→模擬料液配制槽→進(jìn)行分析和調(diào)料（補(bǔ)充Al2O3微粉）。

4 試驗(yàn)方法

4.1 空載驗(yàn)證試驗(yàn)

啟動(dòng)離心機(jī)，依次調(diào)整轉(zhuǎn)速為：20 rpm、1200 rpm、2000 rpm、2500 rpm，各轉(zhuǎn)速狀態(tài)下至少運(yùn)行5分鐘，正常后再依次下調(diào)直至停車(chē)。

4.2 水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)

用無(wú)離子水作為物料介質(zhì)，先將沉降式離心機(jī)升速至500 rpm運(yùn)行5分鐘，無(wú)異常后升速至1200rpm運(yùn)行5分鐘，無(wú)異常后通知量槽間和主控室在保證料液槽一級(jí)空氣提升至恒液位前置罐液位達(dá)到滿溢流狀態(tài)下，按沉降式離心機(jī)生產(chǎn)能力500 L/h的上料流量，開(kāi)啟二級(jí)空氣提升。待離心機(jī)清液口開(kāi)始出水且上料運(yùn)行正常的前提下，升速至2000rpm，進(jìn)行高速沉降分離，當(dāng)一批料被處理完畢后降速至1200rpm，待清液口不再出水、料液槽不再有回流、離心機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)后降速至500rpm，此時(shí)認(rèn)真觀察并記錄離心機(jī)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的最大振幅及運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，待清液口不再出水、料液槽不再有回流后降速至20 rpm，直至停車(chē)。

由于水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)的工作介質(zhì)為無(wú)離子水，而無(wú)離子水中不含有大量顆粒物，因此在進(jìn)行此項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)只為驗(yàn)證離心機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的承載能力，不進(jìn)行取樣?；趯?duì)離心機(jī)模擬料液排渣時(shí)的安全性考慮，水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行沖渣，在離心機(jī)20 rpm下用高壓水沖洗10分鐘，驗(yàn)證離心機(jī)沖渣時(shí)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.3 模擬料液負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)

該項(xiàng)試驗(yàn)與水負(fù)載試驗(yàn)程序基本相同，首先開(kāi)啟沉降式離心機(jī)至500rpm運(yùn)行5分鐘，若無(wú)異常后升速至1200rpm再運(yùn)行5分鐘，若仍無(wú)異常后再按照二級(jí)上料流量試驗(yàn)條件（流量： 300L/h、500L/h）開(kāi)始上料。待離心機(jī)清液口開(kāi)始出料，且上料運(yùn)轉(zhuǎn)正常、取樣完畢的前提下，升速至分離轉(zhuǎn)速2500 rpm，每隔30分鐘取樣一次，待一批料處理完畢后同水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)降速程序，依次降速直至停車(chē)。

5 結(jié)果與討論

5.1 空載驗(yàn)證試驗(yàn)

離心機(jī)的整個(gè)空載驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)明顯震動(dòng)及機(jī)械碰撞聲。

由圖3、表2可以看出：軸承溫升最高達(dá)到84℃，通入A3壓空進(jìn)行強(qiáng)行冷卻后最高49.5℃，整個(gè)過(guò)程電機(jī)、上軸承、下軸承等離心機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)部件均運(yùn)行正常；1200rpm降速直至停車(chē)過(guò)程中，最大電流達(dá)到54.2A，但離心機(jī)就地控制盤(pán)柜內(nèi)未發(fā)生異?，F(xiàn)象。由此證明：離心機(jī)在20rpm、1200rpm、2000rpm、2500rpm空載工況下運(yùn)行正常。

5.2 水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)

水負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)過(guò)程中離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)明顯震動(dòng)及機(jī)械碰撞聲。

由圖4、表3可以看出：離心機(jī)在1200rpm以200L/h的流量開(kāi)始上水后，振幅最大達(dá)到82.9μm，降速至500rpm過(guò)程中，振幅最大達(dá)到64.8μm，有輕微振動(dòng)。由此證明用無(wú)離子水進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)時(shí)離心機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。

5.3 模擬料液負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)

5.3.1 二級(jí)上料流量：500L/h

由圖5可以看出： 16：11分時(shí)離心機(jī)在1200rpm以500L/h的流量開(kāi)始上料后，振幅最大達(dá)到263.1μm，18：03分時(shí)離心機(jī)降速至500rpm過(guò)程中，振幅最大達(dá)到413.2μm，且振動(dòng)強(qiáng)烈，由此證明生產(chǎn)能力完全可達(dá)到300L/h。5.3.2 二級(jí)上料流量：300L/h

5.3.2.1 轉(zhuǎn)速與振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖6可以看出： 11：35分時(shí)離心機(jī)在2000rpm以300L/h的流量開(kāi)始上料后，振幅最大達(dá)到63.1μm，14：40分時(shí)離心機(jī)降速至500rpm過(guò)程中，振幅最大達(dá)到409μm ，未發(fā)生明顯振動(dòng)，由此證明本離心機(jī)在二級(jí)上料流量為300L/h的工況下運(yùn)行正常。

5.3.2.2 軸承溫升、電流分別與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系

由圖7可以看出：在通入A3壓空進(jìn)行強(qiáng)行冷卻后，軸承溫升最高達(dá)到68.58℃，整個(gè)過(guò)程電機(jī)、上軸承、下軸承等離心機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)部件均運(yùn)行正常；1200rpm降速直至停車(chē)過(guò)程中，最大電流達(dá)到58.3A，但離心機(jī)就地控制盤(pán)柜內(nèi)未發(fā)生異?，F(xiàn)象。

5.3.2.3 轉(zhuǎn)速對(duì)清液中含固量及不溶物截留粒徑的影響

由圖8可以看出：自2500rpm降速至1200rpm過(guò)程中，清液中含固量逐漸增多至1250mg/L左右，對(duì)分離越不利；在分離轉(zhuǎn)速2500rpm狀態(tài)下分離時(shí)間越長(zhǎng)清液中不溶物截留粒徑越大，對(duì)分離越有利。

5.3.2.4 二級(jí)上料流量對(duì)清液中含固量及不溶物截留粒徑的影響

由圖9可以看出：在二級(jí)上料流量為200L/h～350L/h的狀態(tài)下，清液中含固量保持在0～10mg/L，當(dāng)二級(jí)上料流量為400L/h時(shí)，清液中含固量出現(xiàn)最大值1300mg/L左右；在二級(jí)上料流量為200L/h～500L/h的狀態(tài)下清液中不溶物截留粒徑基本保持不變。由此證明：二級(jí)上料流量應(yīng)考慮200L/h～350L/h，若再考慮一批料液的處理時(shí)間問(wèn)題，應(yīng)選取二級(jí)上料流量為350L/h。

5.3.2.5 二級(jí)上料流量、轉(zhuǎn)速分別對(duì)分離效率的影響圖10 模擬料液負(fù)載試驗(yàn)時(shí)二級(jí)上料流量、轉(zhuǎn)速分別對(duì)分離效率的影響

由圖10可以看出：在分離轉(zhuǎn)速為2500rpm、二級(jí)上料流量為200L/h～400L/h的狀態(tài)下，離心機(jī)的分離效率基本可保持在較高水平99.85%左右。

5.3.3 模擬料液負(fù)載驗(yàn)證試驗(yàn)參數(shù)

6 結(jié)論

對(duì)沉降式離心機(jī)進(jìn)行空載、水負(fù)載、模擬料液負(fù)載工藝性能驗(yàn)證，其結(jié)果表明：

a）生產(chǎn)能力可達(dá)到300L/h；

b）在高速分離時(shí)，離心機(jī)下軸通入A3軸封壓空狀態(tài)下，軸承溫度最高到68.15℃；

c）降速至500rpm過(guò)程中，振幅最大達(dá)到409μm ，表明本離心機(jī)在二級(jí)上料流量為300L/h的工況下運(yùn)行正常、穩(wěn)定；

d）在Al2O3-Sr（NO3）2水模擬體系下，離心機(jī)對(duì)清液中不溶物截留粒徑和含固量滿足工藝設(shè)計(jì)要求，分離效率達(dá)到96﹪以上。