純堿生產(chǎn)中分離設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用

純堿生產(chǎn)中分離設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用

純堿行業(yè)是我國(guó)重要的基本產(chǎn)業(yè)之一。純堿生產(chǎn)分離設(shè)備是純堿生產(chǎn)的重要設(shè)備。目前，主要有真空鼓過(guò)濾技術(shù)、水平帶式真空過(guò)濾技術(shù)和雙電子鼓真空過(guò)濾機(jī)支持的重堿二次分離技術(shù)。文章針對(duì)以上幾種分離設(shè)備技術(shù)在純堿行業(yè)的應(yīng)用,做了一些比較分析,供行業(yè)同仁參考。技術(shù)水平比較見(jiàn)表1。1懸浮液的分離過(guò)濾技術(shù)的基本原理是利用多孔的過(guò)濾介質(zhì),通過(guò)真空、離心力或外加壓力,將濾液中的固體顆粒在過(guò)濾層上截留,而讓?xiě)腋∫褐械囊后w通過(guò),達(dá)到將固體與液體分離的目的。純堿工業(yè)中將懸浮液稱(chēng)為“濾液”,把截留在過(guò)濾層上的固體顆粒稱(chēng)為濾餅或堿餅,透過(guò)過(guò)濾層的液體稱(chēng)為濾液(純堿行業(yè)習(xí)慣稱(chēng)母液I)。2純堿生產(chǎn)中的真空鼓過(guò)濾技術(shù)2.1重堿與母液分離技術(shù)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾的原理,是利用真空機(jī)或真空泵等外部設(shè)備的作用,在過(guò)濾轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)內(nèi)部形成一定真空度的負(fù)壓,在過(guò)濾層兩面形成一定的壓力差,將純堿生產(chǎn)碳化工段碳化取出液中固相重堿結(jié)晶截留在真空過(guò)濾層上,而讓取出液中的液相母液通過(guò)過(guò)濾層,從而達(dá)到重堿與母液分離。真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù)是屬于成熟技術(shù),部分廠家與設(shè)備制造商也進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn),如對(duì)母液與洗后液分離技術(shù)、濾堿機(jī)錯(cuò)氣頭上進(jìn)行重新錯(cuò)氣分布,以便達(dá)到吹風(fēng)卸料功能、將錯(cuò)氣盤(pán)錯(cuò)氣分布進(jìn)行改造,解決真空與吹風(fēng)密封區(qū)域不足的技術(shù)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)大部分設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)規(guī)格為13.5m2、20m2、23m2等。真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù)可以說(shuō)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)較高的水平,無(wú)論在產(chǎn)能、產(chǎn)品質(zhì)量上提高的空間不是很大。2.2過(guò)濾機(jī)濾餅的密度(1)重堿結(jié)晶粒度對(duì)濾堿機(jī)過(guò)濾能力或速度具有決定性的影響。過(guò)濾速率公式:式中:C———過(guò)濾速度,單位時(shí)間、單位過(guò)濾面積的濾液量,m3/m2;△P———毛細(xì)管兩端壓力差,Pa;α———濾餅密度,t/m3;從式(1)中可以看出,過(guò)濾速度或過(guò)濾能力與碳化的重堿結(jié)晶質(zhì)量息息相關(guān),粒度粗壯均勻,重堿晶體規(guī)則等條件,有利于過(guò)濾能力提高。(2)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾的過(guò)濾速度或能力與過(guò)濾機(jī)過(guò)濾介質(zhì)與重堿濾餅形成過(guò)濾層兩側(cè)的真空壓差成正比關(guān)系,在純堿生產(chǎn)中維持較高的真空度,同時(shí)避免真空管路上無(wú)謂壓力損失至關(guān)重要。(3)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾的過(guò)濾速度或能力與取出液的粘度成反比。在純堿生產(chǎn)中,控制適宜出堿溫度、洗水溫度高等因素,會(huì)造成取出液的粘度相對(duì)較低,這樣可以提高濾堿機(jī)的能力。(4)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾速度或能力與濾餅厚度成反比。2.3國(guó)外鼓粉過(guò)濾的技術(shù)分析(1)濾餅、轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)單機(jī)生產(chǎn)能力與設(shè)備的濾鼓直徑、寬度、刮刀刮下的濾餅厚度、濾鼓轉(zhuǎn)速、濾餅的密度及重堿燒成率等因素密切相關(guān),具體計(jì)算公式為:式中:P———單機(jī)生產(chǎn)能力,t堿/d·臺(tái);D———濾鼓直徑,m;δ———刮刀刮下的濾餅厚度,m;ρS———濾餅密度或容重,經(jīng)過(guò)壓輥后測(cè)得,t/m3。國(guó)內(nèi)真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī),可以根據(jù)不同負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié),操作負(fù)荷彈性在70%~110%之間。近幾年出現(xiàn)了大型的真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī),目前設(shè)備負(fù)荷在300t/d·臺(tái)~700t/d·臺(tái)。濾堿機(jī)生產(chǎn)強(qiáng)度(或稱(chēng)過(guò)濾機(jī)面積利用系數(shù)),是衡量單位工作面積的生產(chǎn)能力,在純堿上以LSM表示。即:LSM=P/πD·b,t堿/m2·d(3)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)高分離能力的濾堿機(jī),LSM可以達(dá)到40t堿/m2·d水平,高分離能力同時(shí)應(yīng)兼顧重堿水分含量,這樣可以在煅燒工序得到理想蒸汽消耗。(2)風(fēng)羅茨機(jī)能耗特性真空濾堿機(jī)技術(shù)的過(guò)濾系統(tǒng)耗電包括轉(zhuǎn)鼓及壓輥傳動(dòng),攪拌功率及真空泵、吹風(fēng)羅茨機(jī)耗電。目前國(guó)內(nèi)成熟的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)單位純堿耗電量在10kW·h/t堿~14kW·h/t堿;真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù)的噸堿蒸汽消耗在1200kg/t堿~1250kg/t堿。(3)風(fēng)力壓力測(cè)試國(guó)內(nèi)生產(chǎn)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)所需真空度47kPa(表),吹風(fēng)壓力60kPa(表);真空風(fēng)量消耗200m3/t堿~260m3/t堿,吹風(fēng)消耗量50m3/t堿~60m3/t堿。(4)重堿結(jié)晶率應(yīng)用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù),純堿產(chǎn)品多年基本穩(wěn)定,純堿鹽分在0.55%~0.8%之間(根據(jù)碳化結(jié)晶情況),過(guò)濾重堿水分基本在17.5%~20%,洗水當(dāng)量650m3/t堿~800m3/t堿之間,重堿燒成率在50%~52%。以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。3純堿生產(chǎn)中的水平帶真空過(guò)濾技術(shù)3.1微織構(gòu)出濾機(jī)工作原理水平帶式真空過(guò)濾技術(shù)最初應(yīng)用行業(yè)是鍋爐水處理,進(jìn)行灰渣分離。在純堿行業(yè)應(yīng)用時(shí)間較短,國(guó)內(nèi)大連化工股份有限公司最先引進(jìn)意大利艾法史密斯水平帶式真空過(guò)濾機(jī)。其采用橡膠脫水皮帶來(lái)收集堿液。水平帶式真空過(guò)濾機(jī)工作原理是利用系統(tǒng)真空度,在過(guò)濾層兩側(cè)產(chǎn)生推動(dòng)力,將純堿生產(chǎn)中母液I與重堿進(jìn)行分離。水平過(guò)濾分離過(guò)程包括濾餅形成、濾餅洗滌、濾餅脫水、卸料和濾布洗滌5個(gè)工藝過(guò)程,以上過(guò)程連續(xù)循環(huán)操作。水平過(guò)濾機(jī)濾餅兩側(cè)壓差基本恒定,水平真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾操作視為恒壓過(guò)濾系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)化工過(guò)濾資料,過(guò)濾速率方程可表示:對(duì)上式積分,得,式中:V———為過(guò)濾體積,m3;θ———為過(guò)濾時(shí)間,s;k———為表征過(guò)濾物料特性的常數(shù),m4/N·s或m2/Pa·s。k=1/μrνμ———為濾液粘度,kg·s/m2;r———單位重量濾餅的平均比阻,m/kg;ν———濾餅體積與相應(yīng)濾液體積之比,m3/m3;3.2真空濾帶過(guò)濾水平真空過(guò)濾技術(shù)影響因素包括濾餅上表面大氣壓與真空盒壓強(qiáng)差、碳化取出懸浮液重堿結(jié)晶粒度、取出液粘度、取出液固液比、過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾面積、濾帶質(zhì)量、濾帶運(yùn)行速度等。3.3調(diào)整分級(jí)回收濾帶,實(shí)現(xiàn)較低鹽份重堿(1)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)大型化平穩(wěn)運(yùn)行,同時(shí)可以結(jié)合DCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。(2)真空過(guò)濾機(jī)濾帶可以實(shí)現(xiàn)各功能區(qū)劃分,長(zhǎng)度可以做出相應(yīng)調(diào)整,能實(shí)現(xiàn)濾液分級(jí)回收逐級(jí)使用,可以得到較低鹽份重堿半成品,讓聯(lián)堿行業(yè)實(shí)現(xiàn)低鹽純堿成為現(xiàn)實(shí)。(3)水平真空過(guò)濾技術(shù)濾帶狹長(zhǎng),重堿水份可以降的更低,國(guó)內(nèi)引進(jìn)水平帶式過(guò)濾機(jī)重堿可以做到低至14%水分含量,降低蒸汽消耗。(4)可以?xún)?yōu)化洗水流程,降低噸堿洗水當(dāng)量,解決聯(lián)堿系統(tǒng)母液膨脹問(wèn)題,降低噸堿綜合能耗。(5)濾帶使用周期較長(zhǎng)(國(guó)內(nèi)使用最長(zhǎng)時(shí)間在6個(gè)月),大大降低設(shè)備檢修工作,提高設(shè)備利用率。3.4水平真空過(guò)濾的技術(shù)分析(1)水平式過(guò)濾機(jī)純堿行業(yè)主要有意大利艾法史密斯水平帶式真空過(guò)濾機(jī)及法國(guó)RPA公司水平帶式過(guò)濾機(jī)。意大利艾法史密斯水平帶式真空過(guò)濾機(jī)主要使用廠家是大連化工股份有限公司(聯(lián)堿)的65m2(21m×3m)規(guī)格機(jī)組,目前生產(chǎn)能力在40t堿/h,日產(chǎn)能在960t堿/d,生產(chǎn)強(qiáng)度在15.2t堿/m2·d;天津堿廠(聯(lián)堿)引進(jìn)的也是意大利的艾法史密斯水平帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾面積為81m2(27m×3m),生產(chǎn)能力在50t堿/h,日產(chǎn)能在1200t堿/d,生產(chǎn)強(qiáng)度在14.8t堿/m2·d;法國(guó)的RPA公司使用廠家江蘇井神公司(氨堿)是兩臺(tái)54m2規(guī)格,生產(chǎn)能力37.5t堿/h,日產(chǎn)能在900t堿/d,生產(chǎn)強(qiáng)度16.7t堿/m2·d;南方堿業(yè)公司(氨堿)也是引進(jìn)RPA公司108m2水平帶式過(guò)濾機(jī),生產(chǎn)能力75t堿/h,日產(chǎn)能在1800t堿/d,生產(chǎn)強(qiáng)度在16.7t堿/m2·d;中鹽昆山公司(聯(lián)堿)目前訂購(gòu)的是RPA公司81m2水平帶式過(guò)濾機(jī),據(jù)RPA公司介紹生產(chǎn)能力43.75t堿/h,日產(chǎn)能在1050t堿/d,生產(chǎn)強(qiáng)度在13t堿/m2·d;由上可以看出,無(wú)論是意大利艾法史密斯水平帶式真空過(guò)濾機(jī),還是RPA公司水平帶式過(guò)濾機(jī),基本定型機(jī)組為54m2、63m2、81m2、108m2幾種規(guī)格,各產(chǎn)能均較高,基本在900t堿/d~1800t堿/d,氨堿行業(yè)使用產(chǎn)能較大,聯(lián)堿行業(yè)使用相對(duì)低一些(噸堿母液當(dāng)量差異);同時(shí)還可以看出,生產(chǎn)強(qiáng)度不高,基本在13t堿/m2·d~16.7t堿/m2·d。(2)空過(guò)濾機(jī)單位純堿能耗水平真空過(guò)濾技術(shù)過(guò)濾系統(tǒng)耗電包括濾帶及壓輥傳動(dòng),及真空泵等耗電。水平真空過(guò)濾機(jī)單位純堿耗電量較轉(zhuǎn)鼓式稍高基本在25kW·h/t堿~30kW·h/t堿,耗氣量較大是其主要原因;水平真空過(guò)濾技術(shù)的噸堿蒸汽消耗在1150kg/t堿~1200kg/t堿。(3)真空度要求由于過(guò)濾面積較大,故造成水平過(guò)濾機(jī)所需真空度要求較高在為-67kPa(表),干燥區(qū)無(wú)需吹風(fēng);真空消耗當(dāng)量在1000m3/t堿。(4)堿土和堿土水平真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù)純堿鹽分在0.15%~0.6%之間(可以根據(jù)母液情況調(diào)節(jié)),過(guò)濾重堿水份在14%~16%,洗水當(dāng)量550m3/t堿~650m3/t堿之間,重堿燒成率在52%~54%左右。以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。4純堿生產(chǎn)離心分離技術(shù)4.1采用采用有機(jī)重堿回收重堿包括硬堿或串聯(lián)于真空過(guò)濾機(jī)后,以考察重堿中帶堿的活性、干酵母液和洗水液純堿行業(yè)還存在采用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾結(jié)合重堿離心二次分離技術(shù)。單純采用真空過(guò)濾機(jī)會(huì)受真空度的限制,最終重堿的水分很難進(jìn)一步降低,基本維持在18%左右。近年來(lái)國(guó)內(nèi)部分公司采用蘇爾壽公司或克勞斯馬菲公司生產(chǎn)的臥式雙級(jí)活塞推料離心機(jī),串聯(lián)于真空過(guò)濾機(jī)之后,二次分離重堿中夾帶的母液和洗水,使重堿水分下降到12%~14%,可獲得比較理想的經(jīng)濟(jì)效果。德邦公司采用SZ1000/2定型設(shè)備,單臺(tái)處理能力在30萬(wàn)t/a,取得比較理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。4.2提高重堿爐生產(chǎn)能力(1)真空轉(zhuǎn)鼓結(jié)合重堿離心分離技術(shù)可降低純堿中鹽份,降低純堿鹽分,提高產(chǎn)品質(zhì)量。(2)降低重堿水分含量,節(jié)省噸堿蒸汽消耗。采用一般真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù)的重堿,每噸純堿蒸汽消耗的能量約為260×104kJ,重堿水分蒸發(fā)所消耗能量就占1/3以上,另外由于水分大,導(dǎo)致返堿量和爐氣量也隨著增加,從而使返堿熱損失和爐氣帶出的熱量也就相應(yīng)地增加。德邦公司采用重堿二次離心分離后,重堿水分為13%,每噸純堿蒸汽能耗約為210×104kJ,每噸純堿可節(jié)省蒸汽近200kg。(3)提高煅燒爐生產(chǎn)能力。德邦公司于2003年引進(jìn)德國(guó)克勞斯馬菲公司兩臺(tái)SZ1000/2雙級(jí)推料離心機(jī),將重堿水份由原來(lái)的18%左右降低到13%,降低幅度近5%。蒸汽煅燒爐的生產(chǎn)能力提高20%左右。4.4離心分離技術(shù)(1)離心分離技術(shù)生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強(qiáng)度。純堿生產(chǎn)采用單一離心分離技術(shù)情況很少,只有日本旭硝子公司采用月島機(jī)械公司產(chǎn)品離心機(jī)(瑞士愛(ài)斯卡威斯工程公司專(zhuān)利)應(yīng)用于純堿生產(chǎn)。分離系統(tǒng)產(chǎn)能與生產(chǎn)強(qiáng)度基本與采用單一真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)技術(shù)一致。(2)離心分離技術(shù)單位產(chǎn)品電耗、汽耗。采用離心機(jī)進(jìn)行重堿二次分離的系統(tǒng)電耗較真空轉(zhuǎn)鼓的系統(tǒng)電耗稍高,每噸純堿的用電量要多消耗6kW·h~9kW·h,基本電耗在16kW·h/t堿~23kW·h/t堿;采用重堿二次分離技術(shù),降低系統(tǒng)蒸汽單耗約200kg/t堿,噸堿汽耗在1100kg/t堿~1150kg/t堿。(3)離心分離技術(shù)其他參數(shù)。真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾技術(shù)結(jié)合離心分離技術(shù)能夠達(dá)到節(jié)能目的,目前在國(guó)內(nèi)有部分公司已經(jīng)采用。生產(chǎn)純堿鹽分在0.5%~0.65%之間,過(guò)濾重堿水分基本在12%~14%,洗水當(dāng)量650m3/t堿~800m3/t堿,重堿燒成率較真空轉(zhuǎn)鼓高,基本在53%~55%之間。5真空過(guò)濾技術(shù)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)十八屆三中全會(huì)后的國(guó)家宏觀調(diào)控政策成為我國(guó)今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,節(jié)能減排、升級(jí)改造被提上議事日程。針對(duì)純堿行業(yè)現(xiàn)今產(chǎn)能過(guò)剩的現(xiàn)狀,采用高效節(jié)能大型設(shè)備,降低能源消耗和成本,是行業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。重堿過(guò)濾技術(shù)是純堿生產(chǎn)的重要技術(shù),是影響產(chǎn)品成本、質(zhì)量等關(guān)鍵因素。過(guò)濾技術(shù)是降低重堿水份、降低洗水當(dāng)量,生產(chǎn)出低鹽分