孟慶華，李 磊，徐興祥，楊 樂

(1.連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042；2.連云港福源德邦科技發(fā)展有限公司，江蘇 連云港 222000；3.江蘇海洋大學(xué)，江蘇 連云港 222000)

目前國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)廠家，不論是聯(lián)堿法、氨堿法和天然堿生產(chǎn)的過(guò)程中，都要進(jìn)行對(duì)結(jié)晶后的取出液進(jìn)行固液分離，脫水后的濕重堿送煅燒工序進(jìn)行加熱分解得到純堿Na2CO3，過(guò)濾后濾液回收再利用。這個(gè)過(guò)程在純堿生產(chǎn)工序中一般稱為濾過(guò)工序或者濾過(guò)工段。在國(guó)內(nèi)近幾十年的純堿生產(chǎn)歷程中，基本都是采用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)，在真空的作用下，進(jìn)行固液分離，2000年后，逐步引進(jìn)兩級(jí)推料離心機(jī)進(jìn)行濕重堿的二次脫水；2010年后，隨著帶式濾堿機(jī)的技術(shù)不斷完善，它逐步取代轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)，并不斷推廣。

在近幾年碳化取出液的固液分離技術(shù)討論中，不斷提到“將離心機(jī)直接用于堿液的固液分離”這個(gè)課題，中間取消轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)或帶式濾堿機(jī)，雖然目前國(guó)內(nèi)還沒有成功的經(jīng)驗(yàn)，但是這個(gè)技術(shù)非常具有挑戰(zhàn)性和實(shí)用性，如果能夠成功，必將是國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)的又一大技術(shù)進(jìn)步。本文以氨堿法和聯(lián)堿法的濾過(guò)工序?yàn)槔瑢㈦x心機(jī)和濾堿機(jī)相關(guān)的工作過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，希望能為該項(xiàng)技術(shù)的順利實(shí)施起到推動(dòng)作用。

1 幾種濾堿機(jī)和離心機(jī)的參數(shù)

為了探討離心機(jī)直接應(yīng)用于濕重堿脫水工序中，就需要將目前在用的轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)、帶式濾堿機(jī)和二次脫水兩級(jí)推料離心機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，具體數(shù)據(jù)如下：

1.1 真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)(φ2600×2450)

主要由機(jī)槽、濾鼓、錯(cuò)氣頭、刮刀、灑水槽、攪拌器等部分組成

外形尺寸：5 740×3 934×3 500 mm

過(guò)濾面積：20 m2，

真空度：-46～-60 kPa

吹風(fēng)壓力：22～39 kPa

操作溫度：32 ℃

真空抽氣量：11 500 m3/h

生產(chǎn)能力：500 t/d·臺(tái)

過(guò)濾介質(zhì)：由針刺尼濾網(wǎng)改為不銹鋼濾網(wǎng)

1.2 真空帶式濾堿機(jī)(WG/80m2/3000)

規(guī)格：32 825×8 588×4 875 mm

真空度：-45～-50 kPa

操作溫度：30～40 ℃

材質(zhì)：不銹鋼、橡膠、尼龍及其它碳鋼件

純堿鹽分(以NaCl計(jì))：0.30%～0.70%

重堿鹽分( 以NaCl計(jì))：≤0.13%～0.28%

重堿損失率：≤2.5%

重堿水分：≤18.5%

濾過(guò)洗水：FNH3≤20 tt，TCl≤0.1 tt

1.3 二級(jí)推料離心機(jī)(SZ1000/2-12/4-K10)

主電機(jī)：P=75 kW，n=1 500 r/min

液壓電機(jī)：P=45 kW，n=1 500 r/min

螺旋給料機(jī)：P=4 kW，n=1 500 r/min

出離心機(jī)重堿水分：≤15%

軸振幅：≥17 μm/s(報(bào)警)

油溫：≤60 ℃

篩網(wǎng)間隙:0.15～0.22 mm

2 直接使用離心機(jī)脫水面臨的難題

2.1 碳化取出液中固體結(jié)晶的損失

在重堿的濾過(guò)工序中，使用離心機(jī)直接對(duì)碳化取出液進(jìn)行固液分離最大的問題就是要解決堿液中固體結(jié)晶的損失，這就首先看碳化取出液的數(shù)據(jù)。

表1 碳化取出液數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)與帶式濾堿機(jī)使用的濾布孔徑在35 μm左右。

目前各堿廠用于濕重堿二次脫水的兩級(jí)推料離心機(jī)篩網(wǎng)截面為錐形條狀，篩網(wǎng)條的間距為150～220 μm，與取出液結(jié)晶粒度相比并不匹配，所以現(xiàn)用的推料離心機(jī)機(jī)型無(wú)法直接用于碳化取出液的固液分離。

如果要實(shí)現(xiàn)離心機(jī)直接分離，一是縮小離心機(jī)篩網(wǎng)條的間距，或者是使用網(wǎng)狀篩網(wǎng)，如果不改變碳化結(jié)晶的工藝條件，孔徑應(yīng)該也在35 μm左右；二是改變碳化結(jié)晶的工藝條件，將固體結(jié)晶的粒度變大，直徑大于200 μm，這樣才能保證有效的固液分離。

如果不能實(shí)現(xiàn)有效的固液分離，小顆粒的結(jié)晶隨著濾液從篩網(wǎng)間隙漏出，再次回到工藝過(guò)程，細(xì)晶在系統(tǒng)中循環(huán)是不利于純堿生產(chǎn)的。

2.2 濾液的回收

濾液回收包涵三個(gè)方面的問題：第一個(gè)問題，由于離心機(jī)于篩網(wǎng)的網(wǎng)距較大，在進(jìn)行固液分離時(shí)，小的顆粒隨著濾液再次進(jìn)入工藝過(guò)程，在這種情況下，固體顆粒量非常大，導(dǎo)致濾液量大幅增加，對(duì)后續(xù)系統(tǒng)造成的影響非常大。第二個(gè)問題，在離心機(jī)固液分離過(guò)程中，為了降低濕重堿的鹽分，離心機(jī)內(nèi)部增設(shè)了洗水裝置，洗水也造成濾液量的加大。第三個(gè)問題，離心機(jī)的結(jié)構(gòu)決定了它工作一段時(shí)間后，需要進(jìn)行停車清洗，有時(shí)也要一邊生產(chǎn)，一邊沖洗離心機(jī)籃筐的夾層和后背，這些洗水一般都是進(jìn)入濾液管線，同時(shí)也造成了濾液的增加。

濾液的回收問題不僅僅是濾液量的增加，還存在濾液管線堵塞、濾液桶沉淀結(jié)疤等一系列的問題，這些在使用的前期都需要統(tǒng)籌考慮。

2.3 推料困難

目前純堿行業(yè)使用的離心機(jī)最為成熟的是推料式離心機(jī)，不論兩級(jí)還是三級(jí)，原理相同。離心機(jī)工作時(shí)，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)籃筐等部件進(jìn)行離心脫水；液壓油泵將離心機(jī)的推料軸進(jìn)行前后推動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了把物料推離脫水區(qū)。

在前期使用推料式離心機(jī)對(duì)濕重堿進(jìn)行二次脫水的過(guò)程中，多次遇到離心機(jī)推料困難的問題，導(dǎo)致這個(gè)問題產(chǎn)生的直接原因是物料發(fā)黏。推料式離心機(jī)特別適合進(jìn)行松散狀、砂糖狀物料的處理，特別那種流動(dòng)性好的物料，工作起來(lái)非常流暢。純堿的取出液在使用濾堿機(jī)進(jìn)行固液分離時(shí)，都是采用刮刀進(jìn)行清理，否則很容易粘在濾布上。在完全使用離心機(jī)進(jìn)行固液分離時(shí)，以三級(jí)推料為例，一級(jí)和二級(jí)轉(zhuǎn)鼓上有推料環(huán)形刮刀，但是在第三級(jí)(出口)轉(zhuǎn)鼓上，完全靠自身的離心力和二級(jí)物料的自身推力，這種情況下，為了適應(yīng)取出液顆粒的需要，必須改變?yōu)V網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，所以在第三級(jí)轉(zhuǎn)鼓中，由于濾網(wǎng)的表面結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致表面摩擦力變大，這使得物料流動(dòng)性大大的降低，在第三級(jí)籃筐出口處堆積，越堆積越多導(dǎo)致生產(chǎn)的中斷。

所以在改進(jìn)離心機(jī)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，如何卸料順暢也是要一并考慮的。

2.4 綜合能耗

現(xiàn)在的帶式濾堿機(jī)基本能做到脫水后的物料水分在15%左右，這個(gè)水分的濕重堿不需要進(jìn)行二次脫水，可以直接進(jìn)入煅燒工序。部分濾堿機(jī)脫水效果在18%左右的，一般還要進(jìn)行離心機(jī)的二次脫水。如果采用濾堿機(jī)+二次脫水離心機(jī)的模式，那么綜合能耗的降低是顯而易見的；但是如果單純采用離心機(jī)的模式，需要考慮綜合能耗，因?yàn)殡x心機(jī)比帶濾機(jī)的能耗高出好多。

2.5 尾氣的處理

濕重堿脫水過(guò)程必然產(chǎn)生大量的含氨氣體，隨著環(huán)保要求的越來(lái)越嚴(yán)格，這種氣體一般會(huì)要求凈化回收處理。

濾堿機(jī)的工作原理是真空負(fù)壓的狀態(tài)下，將濾液抽走，同時(shí)也將取出液中外溢的氨氣一并回收，很多堿廠為了防止氨氣外溢，在濾堿機(jī)的外部裝上隔離罩，進(jìn)行尾氣回收。同時(shí)濾堿機(jī)，特別是帶式濾堿機(jī)的工作過(guò)程中，物料移動(dòng)緩慢，固體物料內(nèi)的氨氣相對(duì)來(lái)說(shuō)不太容易外溢，加上系統(tǒng)內(nèi)部真空的抽吸，整體的尾氣處理比較容易。

離心機(jī)工作中，由于是高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料在脫水過(guò)程中，特別是脫離離心機(jī)外籃筐的時(shí)候，處于一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)，濕重堿內(nèi)部的游離氨外溢的程度非常大，導(dǎo)致離心機(jī)的工作廠房?jī)?nèi)氨味特別濃，尤其是夏季高溫期間。所以使用離心機(jī)脫水，一定要提前考慮好尾氣的處理。

2.6 日常維護(hù)

離心機(jī)屬于三維運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)設(shè)備，轉(zhuǎn)速高，存在的故障點(diǎn)也多；而帶濾機(jī)運(yùn)行緩慢，相對(duì)比較平穩(wěn)，故障率低，所以在日常維護(hù)方面，也要綜合考慮的。這就要求離心機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)必須完全國(guó)產(chǎn)化，如果采用進(jìn)口離心機(jī)，日常維護(hù)費(fèi)用是非常巨大的。

3 直接使用離心機(jī)脫水的好處

雖然在第二部分的技術(shù)分析中提到了直接使用離心機(jī)進(jìn)行取出液的固液分離的過(guò)程中存在很多的問題，但是如果實(shí)現(xiàn)了此方法，整體效果是非常明顯，也是國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)中非常重要的技術(shù)進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)可以減少中間環(huán)節(jié)，縮短工藝流程。

現(xiàn)在的濾過(guò)工序，很多廠家都是采用濾堿機(jī)+離心機(jī)二次脫水的模式，如果該技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，那么可以直接實(shí)現(xiàn)一次性完成碳化取出液的脫水工作，同時(shí)離心機(jī)對(duì)于濕重堿的水分處理可以降低到10%～12%，遠(yuǎn)低于目前在用的任何濾堿機(jī)。

2)可以降低濕重堿的鹽分，提高純堿產(chǎn)品質(zhì)量。

離心機(jī)的工作過(guò)程中，可以加洗水對(duì)于濕重堿鹽分進(jìn)行處理，生產(chǎn)出低鹽堿，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

3)占地空間小，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)。

離心機(jī)的整體體積較小，與傳統(tǒng)的真空濾堿機(jī)模式相比，可以節(jié)約大量的廠房，實(shí)現(xiàn)集約化的生產(chǎn)模式。

4 結(jié) 語(yǔ)

離心機(jī)直接用于碳化取出液進(jìn)行固液分離技術(shù)應(yīng)用的前提，是離心機(jī)制造技術(shù)的突破，或者能夠?qū)崿F(xiàn)碳化生產(chǎn)大顆粒結(jié)晶的技術(shù)完善，從而解決取出液結(jié)晶的損失、離心機(jī)推料困難、濾液回收及日常維護(hù)等難題。純堿行業(yè)對(duì)技術(shù)的進(jìn)步一直處于積極探索的態(tài)度和不斷的嘗試，對(duì)于使用離心機(jī)直接脫水也是高度重視，并不斷試驗(yàn)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，本文的提出希望能夠拋磚引玉，集思廣益，早日完成該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)的實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。