新型離心加速盤在重堿離心機(jī)中的應(yīng)用

陸斌

摘?要：重堿含水分的高低直接影響著煅燒工序裝置的生產(chǎn)能力和蒸汽的消耗量，通過設(shè)計(jì)新型的離心加速盤降低了重堿二次脫水中堿的含濕率，大大的降低了堿廠的能耗使用。

關(guān)鍵詞：離心機(jī);重堿;創(chuàng)新;離心加速盤;物料

1.概述

隨著國家不斷的進(jìn)步，各工業(yè)也向低能耗、低成本、高效率轉(zhuǎn)型。堿廠是一個(gè)高能耗的生產(chǎn)工廠，降低重堿二次脫水中堿的含水率是一種有效的降低能耗的方法。國內(nèi)制堿前輩付孟嘉早在50年代末在大化公司堿廠做過大膽嘗試，寫出過技術(shù)方案。由于當(dāng)時(shí)受機(jī)械制造行業(yè)的限制和重堿稠厚器設(shè)計(jì)后原工業(yè)廠房的限制而未能如愿。70年代杭州龍山化工廠曾用顛動(dòng)式離心機(jī)。焦作化工三廠與吉林化學(xué)公司化機(jī)研究所合作，用WHG-130虹吸刮刀離心機(jī)（仿克勞斯一馬菲型）做分離重堿的工業(yè)試驗(yàn)，于1986年通過技術(shù)鑒定[1]。80年代冷水江制堿廠、江蘇張家港堿廠曾用WG-800臥式刮刀卸料機(jī)做重堿分離的試驗(yàn)工作，均因其生產(chǎn)連續(xù)性差，生產(chǎn)能力低，不能滿足生產(chǎn)規(guī)模，濾布及反沖洗不過關(guān)，微機(jī)控制系統(tǒng)腐蝕等原因，而不能為廠家所接受而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用[2]。現(xiàn)今大多數(shù)堿廠在重堿的二次脫水重中使用的是推料離心機(jī)，在重堿二次脫水中降低堿的含水率已經(jīng)達(dá)到一個(gè)瓶頸。我公司成功研究了一種新型的離心加速盤，使重堿的二次脫水中堿的含水濾再次下降1個(gè)百分點(diǎn)。

2.物料特性研究

重堿，即碳酸氫鈉（NaHCO3），又稱“小蘇打”、“蘇打粉”，白色細(xì)小晶體，在水中的溶解度小于碳酸鈉。固體50℃以上開始逐漸分解生成碳酸鈉、二氧化碳和水，270℃時(shí)完全分解。碳酸氫鈉是強(qiáng)堿與弱酸中和后生成的酸式鹽，溶于水時(shí)呈現(xiàn)弱堿性。

3.離心加速盤在離心機(jī)中的作用

推料離心機(jī)是一種連續(xù)操作的高效過濾式離心機(jī)，需要分離的懸浮液經(jīng)過進(jìn)料管連續(xù)地喂入離心機(jī)，由離心加速盤加速，并均勻地撒在第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。固體部份被截留在篩網(wǎng)上形成環(huán)狀濾餅，既作旋轉(zhuǎn)又作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓在回程時(shí)，將這部分濾餅沿轉(zhuǎn)鼓的軸向向前推進(jìn)一段距離，在進(jìn)程時(shí)，位于濾餅空出的篩網(wǎng)上，后續(xù)進(jìn)來的物料又形成新的濾餅。隨著第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，濾餅依次推進(jìn)，當(dāng)它們從第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓進(jìn)入第二級(jí)轉(zhuǎn)鼓時(shí)，濾餅不僅位置會(huì)產(chǎn)生翻動(dòng)，而且因進(jìn)入了更大直徑的轉(zhuǎn)鼓，故受到更強(qiáng)大的離心力作用，并且在兩級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，濾餅有足夠的停留時(shí)間，因此能達(dá)到很低的殘余含濕率。在第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓的進(jìn)程時(shí)，第二級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的濾餅，繼續(xù)向前推進(jìn)，經(jīng)固體收集槽按指定方向排出機(jī)外。由于轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，液體部分是透過濾餅與篩網(wǎng)得到過濾，并經(jīng)液體收集槽排出機(jī)外。當(dāng)對(duì)固體產(chǎn)品的純度有要求時(shí)，可在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行有效洗滌，母液與洗滌液還可以分別收集。

4.現(xiàn)有離心加速盤的弊端

在現(xiàn)有技術(shù)中，推料離心機(jī)的待分離懸浮液物料的供料分配系統(tǒng)，加速盤都采用平圓盤形或錐碟形，是靠摩擦力將物料加速，由于各種物料與加速盤的磨擦系數(shù)不同，因此加速度變化很難控制。在小直徑處，因打滑，物料的旋轉(zhuǎn)速度不能迅速提高，而到大直徑處，物料的速度提高了，又要與安裝的螺栓緊固件等發(fā)生撞擊，物料的加速度與該物料距加速盤的距離有關(guān)，呈遞減狀。

由于加速度分配的不合理，使得物料在離開加速盤時(shí)，速度遠(yuǎn)未達(dá)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)對(duì)應(yīng)篩網(wǎng)處的速度，造成物料劇烈撞擊。這樣各種物料中的晶粒也會(huì)被擦傷、磨毛、缺損，甚至破碎，降低了產(chǎn)品質(zhì)量，加大了運(yùn)行費(fèi)用;且對(duì)于固體物料，原離心加速盤出現(xiàn)明顯堵料現(xiàn)象。

5.新型離心加速盤

本設(shè)計(jì)的目的是為了解決推料離心機(jī)加速物料進(jìn)入分離狀態(tài)時(shí)，在加速度變化的狀態(tài)下減小物料對(duì)篩網(wǎng)的沖擊，有效提高產(chǎn)品完好率，減弱接觸的零件磨損，以及固體物料進(jìn)料不暢、不均勻的問題，提供一種結(jié)構(gòu)合理的推料離心機(jī)離心加速盤結(jié)構(gòu)，它是一種使物料平穩(wěn)加速的加速盤，其獨(dú)特的渦輪葉片能幫助由螺旋輸送器供入的物料沿軸向方向前運(yùn)動(dòng)，順利進(jìn)入加速盤內(nèi)，被渦輪葉片強(qiáng)制加速，此處直徑設(shè)計(jì)較小，對(duì)物料的沖擊較小;因葉片帶動(dòng)，能確保物料與加速盤同步，且葉片直徑接近一級(jí)轉(zhuǎn)鼓篩網(wǎng)內(nèi)徑，物料是在幾乎在相同的速度下進(jìn)入一級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的篩網(wǎng)，使物料與篩網(wǎng)沖擊力幾乎為零。

6.新型加速盤結(jié)構(gòu)及有限元模擬

6.1結(jié)構(gòu)

如圖1、2

圖1

圖2

6.2工作原理

二次脫水的重堿含水率18-22%，幾乎無流動(dòng)性，所以進(jìn)料需通過螺旋輸送，當(dāng)物料通過螺旋輸送到達(dá)加速盤后，通過切向螺旋葉片3迅速進(jìn)入離心加速盤，在葉片3的作用下，物料被強(qiáng)制加速.由于此時(shí)的物料處于較小直徑位置，雖加速度較大，但線速度并不高，因此對(duì)物料的沖擊也較小。葉片上的曲線使物料速度繼續(xù)提高，并能確保物料與加速盤同步，當(dāng)物料運(yùn)動(dòng)到加速盤的邊緣處，不管物料與金屬的磨擦系數(shù)是多少，也能保證物料已經(jīng)達(dá)到該轉(zhuǎn)速下的最高線速度離開加速盤，因?yàn)槿~片的直徑略小于一級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)篩網(wǎng)內(nèi)徑，所以物料被加速到與轉(zhuǎn)鼓篩網(wǎng)幾乎相等的速度，因此實(shí)現(xiàn)了減小了物料對(duì)篩網(wǎng)的沖擊力。由于葉片呈曲線形結(jié)構(gòu)，迫使物料改變運(yùn)動(dòng)方向，并且以滑動(dòng)形式代替沖擊。

6.3有限元模擬分析

圖3?加速盤三維簡(jiǎn)化模型

圖4?加速盤網(wǎng)格劃分

圖5物料速度分布圖

圖6?壓力分布圖

通過有限元分析，不難看出物料靠近中心速度低，壓力大、加速大，所以物料在中心部位運(yùn)動(dòng)慢，通過設(shè)計(jì)螺旋切向葉片使物料順暢通過速度低的區(qū)域。物料速度隨著葉片直徑加大不斷升高，通過設(shè)計(jì)大直徑的葉片使物料速度加速到接近轉(zhuǎn)鼓速度，以減小物料到達(dá)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后產(chǎn)生滑移。

7.結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過在重堿二次脫水離心機(jī)中運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)物料比原先更容易進(jìn)入離心機(jī)，物料不易堆積在加速盤上。物料到達(dá)轉(zhuǎn)鼓上比原先更疏松，其含水率由原先的13%下降到12%，大大的減少了煅燒能量的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吉化公司機(jī)械廠.焦作化三聯(lián)合試臉組.WHG1200型臥式虹吸刮刀離心機(jī)鑒定資料，1987，9

[2]鄭州水晶股份有限公司.HR-sooAN雙級(jí)活塞推料離心機(jī)的改進(jìn)及分離重堿生產(chǎn)試驗(yàn)淺析.河南化工，1996，3