离心机直接用于碳化取出液固液分离的技术探讨

孟庆华，李 磊，徐兴祥，杨 乐

(1.连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042；
2.连云港福源德邦科技发展有限公司，江苏 连云港 222000；
3.江苏海洋大学，江苏 连云港 222000)

目前国内纯碱生产厂家，不论是联碱法、氨碱法和天然碱生产的过程中，都要进行对结晶后的取出液进行固液分离，脱水后的湿重碱送煅烧工序进行加热分解得到纯碱Na2CO3，过滤后滤液回收再利用。这个过程在纯碱生产工序中一般称为滤过工序或者滤过工段。在国内近几十年的纯碱生产历程中，基本都是采用真空转鼓过滤机，在真空的作用下，进行固液分离，2000年后，逐步引进两级推料离心机进行湿重碱的二次脱水；
2010年后，随着带式滤碱机的技术不断完善，它逐步取代转鼓滤碱机，并不断推广。

在近几年碳化取出液的固液分离技术讨论中，不断提到“将离心机直接用于碱液的固液分离”这个课题，中间取消转鼓滤碱机或带式滤碱机，虽然目前国内还没有成功的经验，但是这个技术非常具有挑战性和实用性，如果能够成功，必将是国内纯碱生产的又一大技术进步。本文以氨碱法和联碱法的滤过工序为例，将离心机和滤碱机相关的工作过程进行对比，希望能为该项技术的顺利实施起到推动作用。

为了探讨离心机直接应用于湿重碱脱水工序中，就需要将目前在用的转鼓滤碱机、带式滤碱机和二次脱水两级推料离心机的相关数据进行比较分析，具体数据如下：

1.1 真空转鼓滤碱机(φ2600×2450)

主要由机槽、滤鼓、错气头、刮刀、洒水槽、搅拌器等部分组成

外形尺寸：5 740×3 934×3 500 mm

过滤面积：20 m2，

真空度：-46～-60 kPa

吹风压力：22～39 kPa

操作温度：32 ℃

真空抽气量：11 500 m3/h

生产能力：500 t/d·台

过滤介质：由针刺尼滤网改为不锈钢滤网

1.2 真空带式滤碱机(WG/80m2/3000)

规格：32 825×8 588×4 875 mm

真空度：-45～-50 kPa

操作温度：30～40 ℃

材质：不锈钢、橡胶、尼龙及其它碳钢件

纯碱盐分(以NaCl计)：0.30%～0.70%

重碱盐分( 以NaCl计)：≤0.13%～0.28%

重碱损失率：≤2.5%

重碱水分：≤18.5%

滤过洗水：FNH3≤20 tt，TCl≤0.1 tt

1.3 二级推料离心机(SZ1000/2-12/4-K10)

主电机：P=75 kW，n=1 500 r/min

液压电机：P=45 kW，n=1 500 r/min

螺旋给料机：P=4 kW，n=1 500 r/min

出离心机重碱水分：≤15%

轴振幅：≥17 μm/s(报警)

油温：≤60 ℃

筛网间隙:0.15～0.22 mm

2.1 碳化取出液中固体结晶的损失

在重碱的滤过工序中，使用离心机直接对碳化取出液进行固液分离最大的问题就是要解决碱液中固体结晶的损失，这就首先看碳化取出液的数据。

表1 碳化取出液数据

转鼓滤碱机与带式滤碱机使用的滤布孔径在35 μm左右。

目前各碱厂用于湿重碱二次脱水的两级推料离心机筛网截面为锥形条状，筛网条的间距为150～220 μm，与取出液结晶粒度相比并不匹配，所以现用的推料离心机机型无法直接用于碳化取出液的固液分离。

如果要实现离心机直接分离，一是缩小离心机筛网条的间距，或者是使用网状筛网，如果不改变碳化结晶的工艺条件，孔径应该也在35 μm左右；
二是改变碳化结晶的工艺条件，将固体结晶的粒度变大，直径大于200 μm，这样才能保证有效的固液分离。

如果不能实现有效的固液分离，小颗粒的结晶随着滤液从筛网间隙漏出，再次回到工艺过程，细晶在系统中循环是不利于纯碱生产的。

2.2 滤液的回收

滤液回收包涵三个方面的问题：第一个问题，由于离心机于筛网的网距较大，在进行固液分离时，小的颗粒随着滤液再次进入工艺过程，在这种情况下，固体颗粒量非常大，导致滤液量大幅增加，对后续系统造成的影响非常大。第二个问题，在离心机固液分离过程中，为了降低湿重碱的盐分，离心机内部增设了洗水装置，洗水也造成滤液量的加大。第三个问题，离心机的结构决定了它工作一段时间后，需要进行停车清洗，有时也要一边生产，一边冲洗离心机篮筐的夹层和后背，这些洗水一般都是进入滤液管线，同时也造成了滤液的增加。

滤液的回收问题不仅仅是滤液量的增加，还存在滤液管线堵塞、滤液桶沉淀结疤等一系列的问题，这些在使用的前期都需要统筹考虑。

2.3 推料困难

目前纯碱行业使用的离心机最为成熟的是推料式离心机，不论两级还是三级，原理相同。离心机工作时，主电机驱动主轴旋转，带动篮筐等部件进行离心脱水；
液压油泵将离心机的推料轴进行前后推动，从而实现了把物料推离脱水区。

在前期使用推料式离心机对湿重碱进行二次脱水的过程中，多次遇到离心机推料困难的问题，导致这个问题产生的直接原因是物料发黏。推料式离心机特别适合进行松散状、砂糖状物料的处理，特别那种流动性好的物料，工作起来非常流畅。纯碱的取出液在使用滤碱机进行固液分离时，都是采用刮刀进行清理，否则很容易粘在滤布上。在完全使用离心机进行固液分离时，以三级推料为例，一级和二级转鼓上有推料环形刮刀，但是在第三级(出口)转鼓上，完全靠自身的离心力和二级物料的自身推力，这种情况下，为了适应取出液颗粒的需要，必须改变滤网的结构，所以在第三级转鼓中，由于滤网的表面结构的改变，导致表面摩擦力变大，这使得物料流动性大大的降低，在第三级篮筐出口处堆积，越堆积越多导致生产的中断。

所以在改进离心机滤网结构的同时，如何卸料顺畅也是要一并考虑的。

2.4 综合能耗

现在的带式滤碱机基本能做到脱水后的物料水分在15%左右，这个水分的湿重碱不需要进行二次脱水，可以直接进入煅烧工序。部分滤碱机脱水效果在18%左右的，一般还要进行离心机的二次脱水。如果采用滤碱机+二次脱水离心机的模式，那么综合能耗的降低是显而易见的；
但是如果单纯采用离心机的模式，需要考虑综合能耗，因为离心机比带滤机的能耗高出好多。

2.5 尾气的处理

湿重碱脱水过程必然产生大量的含氨气体，随着环保要求的越来越严格，这种气体一般会要求净化回收处理。

滤碱机的工作原理是真空负压的状态下，将滤液抽走，同时也将取出液中外溢的氨气一并回收，很多碱厂为了防止氨气外溢，在滤碱机的外部装上隔离罩，进行尾气回收。同时滤碱机，特别是带式滤碱机的工作过程中，物料移动缓慢，固体物料内的氨气相对来说不太容易外溢，加上系统内部真空的抽吸，整体的尾气处理比较容易。

离心机工作中，由于是高速旋转运动，物料在脱水过程中，特别是脱离离心机外篮筐的时候，处于一个高速运动，湿重碱内部的游离氨外溢的程度非常大，导致离心机的工作厂房内氨味特别浓，尤其是夏季高温期间。所以使用离心机脱水，一定要提前考虑好尾气的处理。

2.6 日常维护

离心机属于三维运动的动态设备，转速高，存在的故障点也多；
而带滤机运行缓慢，相对比较平稳，故障率低，所以在日常维护方面，也要综合考虑的。这就要求离心机的设计、制造和维护必须完全国产化，如果采用进口离心机，日常维护费用是非常巨大的。

虽然在第二部分的技术分析中提到了直接使用离心机进行取出液的固液分离的过程中存在很多的问题，但是如果实现了此方法，整体效果是非常明显，也是国内纯碱生产中非常重要的技术进步，主要体现在以下几个方面。

1)可以减少中间环节，缩短工艺流程。

现在的滤过工序，很多厂家都是采用滤碱机+离心机二次脱水的模式，如果该技术得以实现，那么可以直接实现一次性完成碳化取出液的脱水工作，同时离心机对于湿重碱的水分处理可以降低到10%～12%，远低于目前在用的任何滤碱机。

2)可以降低湿重碱的盐分，提高纯碱产品质量。

离心机的工作过程中，可以加洗水对于湿重碱盐分进行处理，生产出低盐碱，有利于提高产品的质量。

3)占地空间小，实现集约化生产。

离心机的整体体积较小，与传统的真空滤碱机模式相比，可以节约大量的厂房，实现集约化的生产模式。

离心机直接用于碳化取出液进行固液分离技术应用的前提，是离心机制造技术的突破，或者能够实现碳化生产大颗粒结晶的技术完善，从而解决取出液结晶的损失、离心机推料困难、滤液回收及日常维护等难题。纯碱行业对技术的进步一直处于积极探索的态度和不断的尝试，对于使用离心机直接脱水也是高度重视，并不断试验和总结经验，本文的提出希望能够抛砖引玉，集思广益，早日完成该项技术在国内纯碱行业的实现和推广应用。