直立螺旋離心機(jī)分離效果分析及提高.pdf

濟(jì)南紡織化纖科技2 0 0 6 年第2 期37 直立懸掛螺旋沉降離心機(jī)是國(guó)內(nèi) P T A （精對(duì) 本二甲酸） 行業(yè)中必備設(shè)備之一， 該設(shè)備因結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、 精度高、 使用環(huán)境苛刻等原因， 現(xiàn)全部采用進(jìn) 口產(chǎn)品（每臺(tái)價(jià)格人民幣5 0 0 萬元） 。本廠P T A 精 制單元第一級(jí)離心機(jī)采用P - 6 1 0 0 型處理干料能力 為1 6 t / h ， 此離心機(jī)對(duì)精制單元物料分離、 驅(qū)除雜 質(zhì)（雜質(zhì)溶于水，隨液相排走）起關(guān)鍵作用。改造 前我廠 P T A 產(chǎn)品雜質(zhì)含量經(jīng)常超標(biāo)，所以對(duì)此離 心機(jī)的分離效果進(jìn)行分析并通過改造提高其分離 效果。 1 P - 6 1 0 0 離心機(jī)主要性能參數(shù)及原理簡(jiǎn)介 1 . 1 主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)鼓直徑6 3 5 m m 轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度1 7 3 2 m m 轉(zhuǎn)鼓錐角2 1 0 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2 1 0 0 r / m i n 差轉(zhuǎn)速4 7 . 5 r / m i n 分離因數(shù)1 5 5 8 （r 2 / g ） 螺旋頭數(shù)2 螺距1 0 8 （導(dǎo)程 2 1 6 m m ） 主電機(jī)功率1 5 0 K W 操作壓力0 . 4 M P a 操作溫度1 5 0 1 . 2 工作原理簡(jiǎn)介 如圖一所示，該離心機(jī)主要由電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入 ( 濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司 濟(jì)南 2 5 0 1 0 0 ) 摘 要： 介紹直立懸掛螺旋沉降離心機(jī)工作原理，分析影響分離效果的因素。改造離心機(jī)螺旋輸 料器，延長(zhǎng)沉渣在脫水區(qū)停留時(shí)間，以及在脫水區(qū)加純凈水對(duì)沉渣再?zèng)_洗，以提高離心機(jī)的分離效果。 關(guān)鍵詞： P T A 離心機(jī) 分離 懸浮液 再?zèng)_洗 直立螺旋離心機(jī)分離效果分析及提高 蔣國(guó)光 作者單位：濟(jì)南正昊化纖新材料有限公司 PTA項(xiàng)目建設(shè)指揮部 正常工作。 2 減壓閥在安裝使用時(shí)，若沒有安裝汽水分 離器， 則應(yīng)先把旁通路上的截止閥打開， 排除管路 中的冷凝水和汽水混合物，以防減壓閥開啟時(shí)產(chǎn) 生水擊現(xiàn)象損壞減壓閥。 當(dāng)無異?，F(xiàn)象后， 按順時(shí) 針方向緩慢旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，將出口壓力調(diào)至所需 要的壓力（以閥后表壓為準(zhǔn)） ，調(diào)整好后，將鎖緊 螺母背緊，擰上防護(hù)罩。 3 、 如果出口壓力高于所需壓力， 需重新設(shè)定。 方法如下： 應(yīng)先將關(guān)閉上游截止閥。再把出口壓力泄掉。 然后將導(dǎo)閥調(diào)節(jié)螺釘逆時(shí)針旋松，使調(diào)節(jié)彈簧處 于自由狀態(tài)， 慢慢開啟前截止閥至全開， 順時(shí)針慢 慢向下擰緊導(dǎo)閥調(diào)節(jié)螺釘，出口壓力將逐步升高， 直到設(shè)定值時(shí)，將調(diào)節(jié)螺釘鎖緊。如果調(diào)壓過頭， 需從第一部重新調(diào)壓，并且只能從低壓往高壓調(diào)。 總之， 為改善蒸汽硫化體系的供汽質(zhì)量， 穩(wěn)定 生產(chǎn)工藝和橡膠制品的質(zhì)量，采用并優(yōu)化其減壓 系統(tǒng)是必要的。 當(dāng)然， 無論蒸汽減壓系統(tǒng)的設(shè)置多 么合理， 所選減壓閥等元件多么可靠， 都應(yīng)對(duì)其做 好正確的安裝維護(hù)、 定期檢查保養(yǎng)， 以保持最佳的 工作狀態(tài)， 否則會(huì)因不恰當(dāng)使用， 產(chǎn)生故障， 而導(dǎo) 致設(shè)備效率和使用壽命降低，進(jìn)而影響硫化制品 的硫化質(zhì)量。 濟(jì)南紡織化纖科技2 0 0 6 年第2 期38 及支撐系統(tǒng)、差速器、離心分離轉(zhuǎn)子等幾部分組 成。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2 1 0 0 r / m i n ，差速器為二級(jí)行星齒 輪結(jié)構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速為2 0 5 2 . 5 r / m i n ，并帶動(dòng)螺旋送 料器旋轉(zhuǎn)， 由于螺旋送料器與轉(zhuǎn)鼓有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 就 產(chǎn)生了螺旋送料器相對(duì)于轉(zhuǎn)鼓連續(xù)下旋的推料效 果。 懸浮液通過下部殼體進(jìn)入離心機(jī)，注入螺旋 送料器組裝體內(nèi)，并從進(jìn)料管的出料孔噴到螺旋 送料器內(nèi)的喂料錐上，物料沿喂料錐向外被送到 高速旋轉(zhuǎn)的送料器內(nèi)壁上并產(chǎn)生聚集，由于離心 力的作用，物料通過送料器的孔被甩到轉(zhuǎn)鼓壁上， 并均勻地分布于整個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的表面上，隨著物 料的連續(xù)加入，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的料層的厚度逐步增加， 直到轉(zhuǎn)鼓頂端的出液孔排出離心機(jī)。懸浮液從送 料器出料孔被送到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上并排出離心機(jī)的過 程就是懸浮液中固相在液相沉降的過程，在這個(gè) 過程中， 懸浮液中固相的密度大于液相的密度， 因 而固相所受的離心力大于液相所受的離心力，因 此固相在物料排出離心機(jī)的過程中逐步沉降到料 層的外層，物料層中的液相在內(nèi)層并隨著層厚的 不斷加大而排出離心機(jī)；物料層中的固體顆粒在 螺旋送料器下旋的作用下被推向轉(zhuǎn)鼓的下端，經(jīng) 過轉(zhuǎn)鼓錐體的擠壓脫水后由轉(zhuǎn)鼓上的固體排出口 排出。 2 P - 6 1 0 0 離心機(jī)分離效果分析 如圖二所示，固體沉渣自離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓頂部到 底部被排出離心機(jī)共經(jīng)歷三個(gè)階段：沉降區(qū)、 過渡 區(qū)、 脫水區(qū)， 固體沉渣在螺旋的作用下從沉降區(qū)進(jìn) 入過渡區(qū)時(shí)， 受到錐形轉(zhuǎn)鼓的阻滯而受壓， 沉渣中 的液體由于受沉渣的擠壓而流向沉渣表面，隨后 在沉渣表面沿螺旋通道回到沉降區(qū)。因此沉渣在 過渡區(qū)及脫水區(qū)滯留的時(shí)間長(zhǎng)短直接關(guān)系到固體 沉渣含濕量的多少。另外在過渡區(qū)及脫水區(qū)對(duì)沉 渣加入純凈水進(jìn)行再?zèng)_洗，將沉渣進(jìn)行清洗并置 換出原懸浮液中的液體，也是提高分離效果的有 效途徑。 沉渣在脫水區(qū)停留時(shí)間對(duì)沉渣最終含濕量有 直接的影響，沉渣在脫水區(qū)停留時(shí)間計(jì)算式為： t = 3 0 ( c t g + c t g 1) / s i n / ( n ) l n ( r 1 / r 2 ) 此式為一積分結(jié)果 式中： 螺旋錐段平均螺旋升角7 . 1 螺旋錐段平均 直徑 D = 5 5 1 . 5 m m 螺旋錐角 （1 0 ） n 差轉(zhuǎn)速 （4 7 . 5 r / m i n ） r 1 自由液面半徑、出液口外徑（2 7 0 m m ） r 1 M a x = 2 9 0 m m r 2 排渣口半徑（2 3 0 m m ） 1 沉渣實(shí)際移動(dòng)方向與螺旋軸線垂面的夾 角， 1= c o s - 1 t g s i n ( 2+ ) / t g 1 - ( 2+ ) 其中 f 1t g 1 f 2t g 2 式中的f 1 、1 、f 2 、2分別為沉渣與轉(zhuǎn)鼓內(nèi) 壁的摩擦系數(shù)和摩擦角、沉渣與螺旋葉面的摩擦 圖二 圖一 濟(jì)南紡織化纖科技2 0 0 6 年第2 期39 形成湍流混合。（2 ） 減小螺旋送料器下部錐體部分 （脫水區(qū)）的螺旋螺距以減小螺旋角?；谶@兩 點(diǎn)提出了對(duì)螺旋送料器的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì), 我們將螺旋送料器如下圖進(jìn)行改造（如圖三） 。 1 . 對(duì)轉(zhuǎn)子的脫水區(qū)進(jìn)行改造， 增加沖洗水、 內(nèi) 部增壓葉片及專用噴頭，把螺旋葉片螺距改為 9 6 m m ， 導(dǎo)程改為1 9 2 m m ， 則平均螺旋角6 . 3 。 2 . 保留整個(gè)轉(zhuǎn)子的沉降區(qū)， 將過渡區(qū)及脫水區(qū) 切除重新制作， 保證軸線與原軸線一致、 各安裝尺 寸及定位基準(zhǔn)不變；轉(zhuǎn)子材質(zhì)為：S U S 3 0 4 L ( 日本 J I S 標(biāo)準(zhǔn)) ， 相當(dāng)于中國(guó)G B 標(biāo)準(zhǔn)的0 0 C r 1 7 N i 1 4 , 超低 碳奧氏體不銹鋼，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)件制作采用離心澆鑄、 鍛造、 固溶處理， 采用同等或高一等級(jí)材質(zhì)焊絲及 焊條進(jìn)行小電流慢速圓周對(duì)稱的施焊工藝，以防 止焊接變形、裂紋以及奧氏體不銹鋼焊接高溫脫 碳的產(chǎn)生， 葉片與結(jié)構(gòu)件之間、 增壓葉片與結(jié)構(gòu)件 之間全部氬氣保護(hù)焊，結(jié)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)件之間氬氣 保護(hù)焊打底、手弧焊焊接。 3 . 制作完畢螺旋葉片工作面進(jìn)行拋光處理； 為滿足離心機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)要求，以轉(zhuǎn)子上下定位基 準(zhǔn)為支撐進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)及調(diào)試，直到達(dá)到比原 設(shè)計(jì)G 6 . 3 高一個(gè)等級(jí)的動(dòng)平衡精度，即G 2 . 5 ，在 轉(zhuǎn)子上下各1 5 0 m m 處的螺旋葉片的背面上進(jìn)行平 衡質(zhì)量的增減。 4 . 轉(zhuǎn)子內(nèi)部增加1 2 片縱向長(zhǎng)3 3 0 m m （中心對(duì) 應(yīng)到過渡區(qū)下端） 徑向強(qiáng)后彎的水輪式葉片， 每一 個(gè)葉片設(shè)一個(gè)帶噴嘴的出口，噴嘴的結(jié)構(gòu)及安裝 位置方向要保證沖洗水由噴嘴噴出的速度6 . 5 m / s ， 以合適的角度沖進(jìn)沉渣壓縮區(qū)，將1 2 只噴嘴按圓 周方向均勻分布到一個(gè)螺距上；噴嘴的沖洗位置 應(yīng)放置于過渡區(qū)的下端，如沖洗位置往上則沖洗 水噴進(jìn)懸浮液的液相中稀釋母液，無法保證對(duì)沉 系數(shù)和摩擦角。 一般取f 1f20 . 3 ， 則2 1 6 . 7 。 經(jīng)計(jì)算 t 1 . 6 3（秒） 在脫水區(qū)以一定的速度均勻加入純凈水，使 沖洗水與沉渣形成湍流混合，并在脫水區(qū)進(jìn)一步 沉降、 將水?dāng)D壓到沉渣表面， 并依靠離心力的作用 回到沉降區(qū)排出離心機(jī)。理論上，在沉降區(qū)加入 1 3 % 殘留溶液的1 5 0 的純凈水將殘留溶液全部稀 釋， 沉渣以含濕量1 3 （與離心機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn) 鼓直徑、 沉渣與水的親和程度有關(guān)） 的干燥程度排 出， 那么最終沉渣排出離心機(jī)時(shí)原溶液減少了6 0 ， 相當(dāng)于將沉渣含濕量下降到1 3 4 0 5 . 2 ， 對(duì)減少產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量起到了積極的作用。 該離心機(jī)原設(shè)計(jì)的分離能力為1 6 t / h ( 干料) ， 懸浮液濃度為3 8 左右，則該離心機(jī)的分離能力 4 2 t / h ， 沉渣含濕量為1 3 。 此設(shè)計(jì)是保證沉渣在 沉降區(qū)能夠完全沉降、母液澄清且螺旋葉片間堆 積系數(shù) 0 . 8 、不堵塞?，F(xiàn)P - 6 1 0 0 型離心機(jī)分離能 力為1 2 . 5 t / h ( 干料) ， 懸浮液流量為3 3 t / h ， 即使加 上沉渣含濕量的1 5 0 ， 即1 . 5 1 2 . 5 （1 1 3 ） 0 . 1 3 2 . 8 t / h 沖洗水， 那么總的處理能力為 ： 3 3 2 . 8 3 5 . 8 t / h 4 2 t / h ， 所以對(duì)此離心機(jī)來講分 離能力能夠滿足要求。且原設(shè)計(jì)中在進(jìn)料管上帶 有夾層通入沖洗液，可以利用，無需另設(shè)管線。 3 提高 P - 6 1 0 0 離心機(jī)分離效果的改造 此類離心機(jī)脫水區(qū)對(duì)分離效果起決定性作用， 所以沉渣在脫水區(qū)的滯留時(shí)間起關(guān)鍵性因素，從 分析沉渣在脫水區(qū)的滯留時(shí)間計(jì)算式可知 t = 3 0 ( c t g + c t g 1) / s i n / ( n ) l n ( r 1 / r 2 ) 因?yàn)檗D(zhuǎn)鼓錐角、差轉(zhuǎn)速n 、排渣口半徑r 2 不能改動(dòng)或改動(dòng)費(fèi)用太高不易實(shí)施，所以減小螺 旋角、 增大出液口外徑r 1 不失為增加滯留時(shí)間的 一個(gè)良好途徑。 在脫水區(qū)對(duì)沉渣加入純凈水進(jìn)行再?zèng)_洗也是 一個(gè)提高分離效果的有效途徑，但必須對(duì)螺旋送 料器進(jìn)行改造： （1 ）在螺旋送料器內(nèi)部加入葉片， 將進(jìn)料管夾層噴出的純凈水進(jìn)行增壓并通過專用 的噴頭噴出，以一定的速度噴進(jìn)沉渣內(nèi)部與沉渣 圖三 濟(jì)南紡織化纖科技2 0 0 6 年第2 期40 渣的沖洗；如沖洗位置接近于底部，則沖洗水與 沉渣形成湍流混合以后無法形成二次沉降即被排 出離心機(jī)。 5 . 為了適應(yīng)新轉(zhuǎn)子的增壓沖洗的要求， 進(jìn)料管 夾層液體出口的方位及孔徑必須進(jìn)行改造：將原 有的1 6 2 m m 的小孔堵上，在對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子葉片的 位置重新開孔，因?yàn)闆_洗水是垂直于葉片的方向 進(jìn)入轉(zhuǎn)子，為保證轉(zhuǎn)子葉片的工作面對(duì)進(jìn)入轉(zhuǎn)子 的沖洗水進(jìn)行有效作功，必須控制沖洗水噴出進(jìn) 料管夾層的速度，即： （r 3 r 4 ） / 6 0 / 1 2 （n n ） 式中 r 3 葉片的外徑 r 4 葉片的內(nèi)徑 葉片的重合度， 即兩葉片實(shí)際占有 圓周空間與理論占有圓周空間之比。 n 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 n 差轉(zhuǎn)速 確定出沖洗水噴出進(jìn)料管夾層的速度后，根 據(jù)沖洗水的流量、前后壓差以及伯努利方程確定 進(jìn)料管出水口的孔徑。 6 . 離心機(jī)出液孔上端有一園環(huán)壓蓋 （擋液環(huán)） 將離心機(jī)出液孔一部分蓋住，園環(huán)壓蓋的內(nèi)徑即 為r 1 ： 自由液面半徑、 出液口外徑， 可以通過車削 的方法增大r 1的尺寸，最大為：r1 M a x = 2 9 0 m m 。 通過對(duì)螺旋送料轉(zhuǎn)子、擋液環(huán)、進(jìn)料管的改 造， 離心機(jī)的許多參數(shù)發(fā)生變化：平均螺旋角由 7 . 1 6 變?yōu)?6 . 3 ，脫水區(qū)及過渡區(qū)螺旋導(dǎo)程 2 1 6 m m 變?yōu)?1 9 2 m m ，自由液面半徑、出液口外徑 r 1 2 7 0 m m 變?yōu)? 9 0 m m ，則沉渣在脫水區(qū)的停留時(shí)間 由1 . 6 3 S 增大為2 . 6 8 S ，對(duì)分離效果的提高起到了 積極的作用。底部增加的1 2 只沖洗噴頭經(jīng)過多次 試驗(yàn)調(diào)整， 最終找到比較合適的角度和方向， 并通 入2 . 5 3 t / h 的沖洗水對(duì)脫水區(qū)的沉渣進(jìn)行沖洗效 果較好。 此螺旋送料轉(zhuǎn)