离心机分离效果不理想的原因分析及对策

摘要：离心机是回收装置中的重要生产设备，分离效果的好坏直接或间接地影响着整个腈纶厂的平稳生产，如果分离效果不好，应当查找原因并对其进行合理分析，寻找有效的解决方案，并据此指导日常的使用及维修工作，最大限度地发挥出设备本身的技术优势，充分为生产服务。
　　关键词：离心机　　固相分离　　干燥度　
　　中图分类号：Ｆ ４０７．６１    文献标识码： Ａ  文章编号：１６７２－３７９１（２００７）０２（ｃ）－００９２－０２
　　腈纶厂回收车间现有离心机两台，均为卧式螺旋卸料沉降离心机，其中一台是 １９８８年开工时随整套设备由日本引进的，另一台于２００１年 ５月由日本进口，均为日本 ＴＡＮ ＡＢＥ公司生产，主要技术依靠西德 Ｆ ｌｏｆｆｗｅｇｗｅｒｋ公司的生产技术。
　　回收车间在整个腈纶厂的主要作用是对硫氰酸钠系统中进行除杂、提浓，最后将浓度达 ５６％的硫氰酸钠溶液送往聚合车间以供配制纺丝原液。在整个腈纶装置的物料循环中，硫酸钠和硫氰酸钠一起在其中流转，近 ９０％的硫酸钠在结晶分离这一步实现与硫氰酸钠的分离，硫酸钠的平衡都要靠离心机的分离作用来实现，所以在整个回收装置中，离心机起着至关重要的作用，就如同人的肾脏一样，排除杂质，保证血液的清洁流转，离心机的分离效果好坏，直接影响着全车间甚至全厂的平稳生产和长周期运行。
　　将硫酸钠在结晶工序中进行分离的原理是这样的：因为硫酸钠在硫氰酸钠溶液中溶解度很低，易生成晶体，故将提浓后的硫氰酸钠液经过沉降槽停留沉降，使硫酸钠晶粒在沉降槽底部逐渐长大（硫酸钠含量约为１３％～１５％），离心机的作用就是将底部溶液中的硫酸钠晶体分离出去（其中仅有一小部分被打去蒸发五效做晶种），分离出的固相经溶解罐溶解，打去延迟污水岗由树脂进行置换并吸附其中的硫氰酸钠，废液外排。若离心机的分离效果不好，固相分离物中硫氰酸钠含量过高，超出污水树脂的吸附能力，并且环保要求外排污水中硫氰酸钠含量不得大于 ２００ｐｐｍ，车间不得不将含高浓度硫酸钠的硫氰酸钠倒入系统重新提浓回收，久而久之，硫酸钠含量会在系统内越积越高，最后导致蒸发、结晶两大系统的生产波动，从而影响腈纶装置的正常生产运行。
　　由以上分离原理可知，在回收装置中，离心机分离效果注重的是固相的干燥度，即分离出的固相中含有的硫氰酸钠越少则分离效果越好，下面，就从离心机的工作原理开始，对离心机分离效果不理想的原因进行分析并寻找相应的解决方案。
     １）工作原理：卧式螺旋卸料离心机在回收装置用于悬浮液的固相浓缩，为柱－锥组合型，由两个独立回转的转子组成，一个为圆柱－圆锥型无孔转鼓，一个为带有螺旋叶片的螺旋，二者同轴水平地套装在一起。离心机的转筒为逆时针旋转，转鼓与其内的螺旋同心同向旋转，转鼓速度稍快于螺旋。当悬浮液由进料管导入螺旋内腔，经分配口进入转鼓的沉降区（圆柱型部分），在离心力作用下，比重较大的固相物沉积在转鼓内壁，被螺旋叶片推出沉降区，通过干燥区由转鼓小端排出，被澄清的分离液沿螺旋叶片通道流向转鼓的大端由溢流孔排出，悬浮液的固、液两项由此得到分离。详见下图。
           
    转鼓内进行的是沉降分离，螺旋的功能是分配由进料管导入的悬浮液，并把积聚在转鼓内壁的固相物送到转鼓小端的固体排出口。螺旋筒内设有一个悬浮液分配腔，四个悬浮液分配孔，并通过花键轴从齿轮箱获得动力 。下面根据上图所示，对离心机分离未达到预期效果的原因进行分析并寻找相应的对策：１转速：一般说来，转鼓转速越高，则脱水效果越好，因为转鼓及螺旋内的物料在高速下旋转，作用于固体颗粒上的沉降力能达到其重力的数千倍，可保证固体从悬浮液中完全分离。离心机的转鼓绕其轴作等速旋转，设转鼓半径为Ｒ ，转速为ｎ（ｒ／ｍ），则转鼓的回转角速度ω与 ｎ 的关系为：
       ω＝π ｎ／３０； １／ｓ．　　　　（１）
转鼓的圆周速度　
      ｖ＝ Ｒ ω； ｍ／ｓ． 　　　　　　（２）
向心加速度为
      ａｎ ＝ －Ｒ ω； ｍ／ｓ２．　　　（３）
    若转鼓内装有质量为 ｍ 的物料，旋转时将产生一个离心力 Ｆ 为：
     Ｆ ＝－ ｍａｎ ＝ ｍＲ ω２； Ｎ 　（４）
    被分离的物料在离心力场中所受的离心力与其重力之比值，被称为分离因数 Ｆ ｒ：
    Ｆ ＝Ｆ ／Ｇ ＝ｍＲ ω２／ｍｇ ＝Ｒ ω２／ｇ Ｎ ；　（５）
    分离因数是表示离心机分离能力的主要指标，Ｆ ｒ越大物料受的沉降力越大，分离效果越好，因此，对固体颗粒小、液体粘度大的和难分离的悬浮液或乳浊液，要采用分离因数大（转速高或直径较大）的离心机。同时，我们从式（５）可知，用提高转 速的办法比增加转鼓直径的方法更为直接有效（修改转鼓直径要修改一系列与之有关的配件尺寸）；又因为分离因数的提高是有限度的，Ｆ ｒ的极限值取决于转鼓材料的强度和密度，所以提高转速的方法在实际的应用中相对更容易操作一些。但是，提高转速也有它的不利之处，离心速度过高，会使得固相出料过于坚硬而堵塞住螺旋，影响离心机的运转，从而不得不停下离心机进行水洗以清除结块的硫酸钠。离心机转鼓的速度可通过调节皮带轮的大小来实现，在实际的操作中，要对料液的特性和转鼓的直径及材质等各个方面周全考虑，精确地计算出转鼓的转速及相应的皮带轮尺寸，才可进行转速的调整。
     ２）排放时间：排放时间实际上是通过调整溢流堰的高度来调整液池深度。由图中可知，当液池的深度变大，则澄清液在螺旋内停留时间较长，澄清液会更清，但澄清液也会窜入固相中而使固相中母液含量升高；反之，若液池的深度小，减少液池深度相当于液相较容易从转鼓内溢流出来，而固相在转鼓内被沉降的时间延长，则固相出料时间被延长，有利于减少固相出料中母液的含量 。在ＴＡＮ ＡＢＥ 离心机中，澄清液的溢流半径是可调的，溢流档板的结构设计考虑了合理的调节范围，便于调节、拆装。液池深度的调节是通过在转鼓大端盖上的溢流口设置来实现的，可将用定位螺钉定位的溢流档板作径向移动，从而改变液池的深度，这种调节方式需将离心机停车处理。
    如果在某些情况下，改变速度对固相出料没有明显的影响时，就可以考虑调节液池深度来改变出料的状态，通常情况下，这一方法较为有效，且简单易于操作。需要特别注意的是，所有溢流挡板必须调整在相同的方位，否则将会导致不平衡。
   ３）转速差：如原理图所示，螺旋与转鼓同心同向旋转，但二者间有一个转速差。若以ｎｂ表示转鼓的绝对转速，以ｎｓ表示螺旋的绝对转速，△ ｎ 表示二者的差转速，
    则△ｎ＝ｎｓ－ｎｂ
    我们已经知道，转鼓的转速快于螺旋，即 ｎｓ＞ ｎｓ，属负差转速，而转速差的含义是差转速与转鼓转速之比：
    转差率 ａ＝（△ ｎ／ｎｂ）× １００％