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離心機(jī)分離效果不理想的原因分析及對(duì)策
腈綸廠回收車間現(xiàn)有離心機(jī)兩臺(tái)，均為臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，其中一臺(tái)是１９８８年開工時(shí)隨整套設(shè)備由日本引進(jìn)的，另一臺(tái)于２００１年５月由日本進(jìn)口，均為日本ＴＡＮＡＢＥ公司生產(chǎn)，主要技術(shù)依靠西德Ｆｌｏｆｆｗｅｇｗｅｒｋ公司的生產(chǎn)技術(shù)。
回收車間在整個(gè)腈綸廠的主要作用是對(duì)硫氰酸鈉系統(tǒng)中進(jìn)行除雜、提濃，最后將濃度達(dá)５６％的硫氰酸鈉溶液送往聚合車間以供配制紡絲原液。在整個(gè)腈綸裝置的物料循環(huán)中，硫酸鈉和硫氰酸鈉一起在其中流轉(zhuǎn)，近９０％的硫酸鈉在結(jié)晶分離這一步實(shí)現(xiàn)與硫氰酸鈉的分離，硫酸鈉的平衡都要靠離心機(jī)的分離作用來實(shí)現(xiàn)，所以在整個(gè)回收裝置中，離心機(jī)起著至關(guān)重要的作用，就如同人的腎臟一樣，排除雜質(zhì)，保證血液的清潔流轉(zhuǎn)，離心機(jī)的分離效果好壞，直接影響著全車間甚至全廠的平穩(wěn)生產(chǎn)和長周期運(yùn)行。
將硫酸鈉在結(jié)晶工序中進(jìn)行分離的原理是這樣的：因?yàn)榱蛩徕c在硫氰酸鈉溶液中溶解度很低，易生成晶體，故將提濃后的硫氰酸鈉液經(jīng)過沉降槽停留沉降，使硫酸鈉晶粒在沉降槽底部逐漸長大（硫酸鈉含量約為１３％～１５％），離心機(jī)的作用就是將底部溶液中的硫酸鈉晶體分離出去（其中僅有一小部分被打去蒸發(fā)五效做晶種），分離出的固相經(jīng)溶解罐溶解，打去延遲污水崗由樹脂進(jìn)行置換并吸附其中的硫氰酸鈉，廢液外排。若離心機(jī)的分離效果不好，固相分離物中硫氰酸鈉含量過高，超出污水樹脂的吸附能力，并且環(huán)保要求外排污水中硫氰酸鈉含量不得大于２００ｐｐｍ，車間不得不將含高濃度硫酸鈉的硫氰酸鈉倒入系統(tǒng)重新提濃回收，久而久之，硫酸鈉含量會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)越積越高，最后導(dǎo)致蒸發(fā)、結(jié)晶兩大系統(tǒng)的生產(chǎn)波動(dòng)，從而影響腈綸裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。
由以上分離原理可知，在回收裝置中，離心機(jī)分離效果注重的是固相的干燥度，即分離出的固相中含有的硫氰酸鈉越少則分離效果越好，下面，就從離心機(jī)的工作原理開始，對(duì)離心機(jī)分離效果不理想的原因進(jìn)行分析并尋找相應(yīng)的解決方案。
１）工作原理：臥式螺旋卸料離心機(jī)在回收裝置用于懸浮液的固相濃縮，為柱－錐組合型，由兩個(gè)獨(dú)立回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成，一個(gè)為圓柱－圓錐型無孔轉(zhuǎn)鼓，一個(gè)為帶有螺旋葉片的螺旋，二者同軸水平地套裝在一起。離心機(jī)的轉(zhuǎn)筒為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓與其內(nèi)的螺旋同心同向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓速度稍快于螺旋。當(dāng)懸浮液由進(jìn)料管導(dǎo)入螺旋內(nèi)腔，經(jīng)分配口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)（圓柱型部分），在離心力作用下，比重較大的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，被螺旋葉片推出沉降區(qū)，通過干燥區(qū)由轉(zhuǎn)鼓小端排出，被澄清的分離液沿螺旋葉片通道流向轉(zhuǎn)鼓的大端由溢流孔排出，懸浮液的固、液兩項(xiàng)由此得到分離。詳見下圖。
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行的是沉降分離，螺旋的功能是分配由進(jìn)料管導(dǎo)入的懸浮液，并把積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相物送到轉(zhuǎn)鼓小端的固體排出口。螺旋筒內(nèi)設(shè)有一個(gè)懸浮液分配腔，四個(gè)懸浮液分配孔，并通過花鍵軸從齒輪箱獲得動(dòng)力。下面根據(jù)上圖所示，對(duì)離心機(jī)分離未達(dá)到預(yù)期效果的原因進(jìn)行分析并尋找相應(yīng)的對(duì)策：１轉(zhuǎn)速：一般說來，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，則脫水效果越好，因?yàn)檗D(zhuǎn)鼓及螺旋內(nèi)的物料在高速下旋轉(zhuǎn)，作用于固體顆粒上的沉降力能達(dá)到其重力的數(shù)千倍，可保證固體從懸浮液中完全分離。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓繞其軸作等速旋轉(zhuǎn)，設(shè)轉(zhuǎn)鼓半徑為Ｒ，轉(zhuǎn)速為ｎ（ｒ／ｍ），則轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)角速度ω與ｎ的關(guān)系為：
ω＝πｎ／３０；１／ｓ．　　　?。ǎ保?br/>轉(zhuǎn)鼓的圓周速度　
ｖ＝Ｒω；ｍ／ｓ．　　　　　?。ǎ玻?br/>向心加速度為
ａｎ＝－Ｒω；ｍ／ｓ２．　　?。ǎ常?br/>若轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有質(zhì)量為ｍ的物料，旋轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)離心力Ｆ為：
Ｆ＝－ｍａｎ＝ｍＲω２；Ｎ?。ǎ矗?br/>被分離的物料在離心力場中所受的離心力與其重力之比值，被稱為分離因數(shù)Ｆｒ：
Ｆ＝Ｆ／Ｇ＝ｍＲω２／ｍｇ＝Ｒω２／ｇＮ；?。ǎ担?br/>分離因數(shù)是表示離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo)，Ｆｒ越大物料受的沉降力越大，分離效果越好，因此，對(duì)固體顆粒小、液體粘度大的和難分離的懸浮液或乳濁液，要采用分離因數(shù)大（轉(zhuǎn)速高或直徑較大）的離心機(jī)。同時(shí)，我們從式（５）可知，用提高轉(zhuǎn)速的辦法比增加轉(zhuǎn)鼓直徑的方法更為直接有效（修改轉(zhuǎn)鼓直徑要修改一系列與之有關(guān)的配件尺寸）；又因?yàn)榉蛛x因數(shù)的提高是有限度的，Ｆｒ的極限值取決于轉(zhuǎn)鼓材料的強(qiáng)度和密度，所以提高轉(zhuǎn)速的方法在實(shí)際的應(yīng)用中相對(duì)更容易操作一些。但是，提高轉(zhuǎn)速也有它的不利之處，離心速度過高，會(huì)使得固相出料過于堅(jiān)硬而堵塞住螺旋，影響離心機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而不得不停下離心機(jī)進(jìn)行水洗以清除結(jié)塊的硫酸鈉。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的速度可通過調(diào)節(jié)皮帶輪的大小來實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際的操作中，要對(duì)料液的特性和轉(zhuǎn)鼓的直徑及材質(zhì)等各個(gè)方面周全考慮，精確地計(jì)算出轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的皮帶輪尺寸，才可進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)整。
２）排放時(shí)間：排放時(shí)間實(shí)際上是通過調(diào)整溢流堰的高度來調(diào)整液池深度。由圖中可知，當(dāng)液池的深度變大，則澄清液在螺旋內(nèi)停留時(shí)間較長，澄清液會(huì)更清，但澄清液也會(huì)竄入固相中而使固相中母液含量升高；反之，若液池的深度小，減少液池深度相當(dāng)于液相較容易從轉(zhuǎn)鼓內(nèi)溢流出來，而固相在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被沉降的時(shí)間延長，則固相出料時(shí)間被延長，有利于減少固相出料中母液的含量。在ＴＡＮＡＢＥ離心機(jī)中，澄清液的溢流半徑是可調(diào)的，溢流檔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮了合理的調(diào)節(jié)范圍，便于調(diào)節(jié)、拆裝。液池深度的調(diào)節(jié)是通過在轉(zhuǎn)鼓大端蓋上的溢流口設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的，可將用定位螺釘定位的溢流檔板作徑向移動(dòng)，從而改變液池的深度，這種調(diào)節(jié)方式需將離心機(jī)停車處理。
如果在某些情況下，改變速度對(duì)固相出料沒有明顯的影響時(shí)，就可以考慮調(diào)節(jié)液池深度來改變出料的狀態(tài)，通常情況下，這一方法較為有效，且簡單易于操作。需要特別注意的是，所有溢流擋板必須調(diào)整在相同的方位，否則將會(huì)導(dǎo)致不平衡。
３）轉(zhuǎn)速差：如原理圖所示，螺旋與轉(zhuǎn)鼓同心同向旋轉(zhuǎn)，但二者間有一個(gè)轉(zhuǎn)速差。若以ｎｂ表示轉(zhuǎn)鼓的絕對(duì)轉(zhuǎn)速，以ｎｓ表示螺旋的絕對(duì)轉(zhuǎn)速，△ｎ表示二者的差轉(zhuǎn)速，
則△ｎ＝ｎｓ－ｎｂ
我們已經(jīng)知道，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速快于螺旋，即ｎｓ＞ｎｓ，屬負(fù)差轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)速差的含義是差轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速之比：
轉(zhuǎn)差率ａ＝（△ｎ／ｎｂ）×１００％　
回收裝置結(jié)晶分離追求的是固相的干燥度，采用此類負(fù)轉(zhuǎn)差率，有利于沉渣的輸送，并且可以減少由減速器傳送的功率。可通過改變轉(zhuǎn)鼓與螺旋的差轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)差率，即改變轉(zhuǎn)子上皮帶輪的尺寸來改變轉(zhuǎn)差率，此方法在生產(chǎn)實(shí)際中操作性也較強(qiáng)。
另外，皮帶老化或皮帶松緊不均，也有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)速差發(fā)生變化而導(dǎo)致固相出料發(fā)生變化，這也是在分析離心機(jī)固相出料時(shí)要注意的一點(diǎn)。
４）螺旋輸送器：輸送器是一個(gè)主要部件，它的結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)直接關(guān)系到離心機(jī)的分離效果、生產(chǎn)能力及使用壽命。螺旋輸送器主要由螺旋葉片、螺旋筒體、進(jìn)料室組成。
①螺旋葉片：回收裝置的螺旋葉片為連續(xù)整體螺旋葉片，螺旋纏繞方向?yàn)橛倚?，葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓母線，等螺距排列。由于螺旋葉片直接與固相沉渣接觸，固相沉渣與葉片有對(duì)運(yùn)動(dòng)，若葉片在日常的使用中發(fā)生磨損，磨損后輸送沉渣能力下降，使沉渣的濕含量增加。在日常的檢維修工作中，要注意加強(qiáng)對(duì)螺旋葉片的檢查，維修人員只注重各轉(zhuǎn)動(dòng)部件的檢查而忽視螺旋葉片的情形也是時(shí)有發(fā)生的，若離心機(jī)螺旋有開焊、裂紋或嚴(yán)重磨損時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊，螺旋推料面補(bǔ)焊處應(yīng)打磨光滑，并對(duì)螺旋進(jìn)行找正，補(bǔ)焊面積較大時(shí)，還需焊后作消除應(yīng)力熱處理，操作難度較大，故在日常的使用時(shí)，著重加強(qiáng)對(duì)螺旋的保護(hù)就顯得更為重要。
②螺旋筒體：螺旋筒體也是錐－柱組合型，筒體內(nèi)腔即為進(jìn)料腔，在進(jìn)料腔內(nèi)有四個(gè)進(jìn)料分配孔。
③進(jìn)料位置：在生產(chǎn)中，加料點(diǎn)離溶液出口越近，很小的粒子越?jīng)]有機(jī)會(huì)沉積下來而隨離心液一起排出。溶液中的硫酸鈉晶體有時(shí)會(huì)比較細(xì)碎，廠家在生產(chǎn)離心機(jī)時(shí)重點(diǎn)考慮到這一點(diǎn)，將常規(guī)中設(shè)置在螺旋小端的加料點(diǎn)經(jīng)過精密計(jì)算，設(shè)定在螺旋的柱體中部及后部，這就相當(dāng)于將干燥區(qū)延長，固相料液所受離心分離的時(shí)間也相應(yīng)延長，保證了固相出料的干燥度。我車間離心機(jī)出料孔位置是不可調(diào)節(jié)的，故不能通過調(diào)節(jié)出料位置或加料管來改善固相干燥度。
④工藝條件：查閱有關(guān)的參考文獻(xiàn)得知離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于固、液相密度差及沉降區(qū)長度，固、液兩相密度差越相近，也就是進(jìn)料的漿液粘度越大，則分離沉降就越難以進(jìn)行。在實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中，工藝條件影響離心機(jī)分離效果的因素主要有三個(gè)：進(jìn)料溫度、進(jìn)料速率、異常工藝條件。
ａ．進(jìn)料溫度：漿液的溫度，可以直接影響母液的粘度，通常來說，溶液溫度越高，則粘度越低，固相上的液膜就越簿，細(xì)小粒子越容易沉降，毛細(xì)孔中所含液體越少，對(duì)于追求固相干燥度的離心機(jī)來說分離效果就會(huì)越好。
ｂ．進(jìn)料速率：有時(shí)，過大的進(jìn)料量會(huì)導(dǎo)致不好的分離效果，主要是因?yàn)榱Ｗ釉谵D(zhuǎn)筒中的沉降時(shí)間不夠。達(dá)到離心機(jī)設(shè)計(jì)的分離條件的前提是：固相粒子沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上時(shí)間必須小于顆粒在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，也就是說，必須保證待分離漿液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的有效停留時(shí)間，使得固相粒子有足夠的時(shí)間沉降出來。在我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，一樣的物料，進(jìn)料量為１Ｍ３／Ｈ時(shí)，分離效果不好，但當(dāng)進(jìn)料量為０．５Ｍ３／Ｈ時(shí)，分離效果就非常理想，原因就在這里。
ｃ．異常工藝條件：主要是指進(jìn)料漿液中晶體含量不足或晶體不結(jié)晶而呈絮狀，這對(duì)離心機(jī)來說，得到理想的分離效果是非常困難的。回收裝置曾經(jīng)經(jīng)歷過一次這樣的事件，整個(gè)硫氰酸鈉系統(tǒng)中由于外部原因積聚了較多的甲酸鈉，造成硫酸鈉在硫氰酸鈉溶液中產(chǎn)生晶粒，加入晶種后仍呈現(xiàn)比較散碎的情況，離心機(jī)的任何一種參數(shù)調(diào)整對(duì)這種狀況都是無能為力的，加給離心機(jī)物料的物理特性與分離效果有著直接聯(lián)系。
對(duì)于較難分離的物料，一個(gè)好的辦法是經(jīng)常對(duì)離心機(jī)進(jìn)行清洗，用高于料液溫度的熱水或冷凝液來對(duì)離心機(jī)沖洗，可以替換較粘的母液，也能將堵塞在螺旋中較硬的固相出料置換出。正常時(shí)離心機(jī)每天清洗兩次，但是當(dāng)生產(chǎn)異常尤其是料液較為異常而又無法停下離心機(jī)時(shí)，相對(duì)于離心機(jī)而言，根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行清洗也不失為一個(gè)好的處理方法。
由上述可見，離心機(jī)對(duì)回收裝置而言，是一臺(tái)非常重要的設(shè)備，在日常的使用維護(hù)中，有一些經(jīng)驗(yàn)還需進(jìn)一步挖掘總結(jié)，相信對(duì)于充分動(dòng)用頭腦和智慧的勞動(dòng)者來說，離心機(jī)的分離效果應(yīng)該能夠達(dá)到可以控制、易于調(diào)節(jié)的程度，最大限度地發(fā)揮設(shè)備本身的技術(shù)優(yōu)勢，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

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