純堿生產(chǎn)中分離設備技術的應用

純堿生產(chǎn)中分離設備技術的應用

純堿行業(yè)是我國重要的基本產(chǎn)業(yè)之一。純堿生產(chǎn)分離設備是純堿生產(chǎn)的重要設備。目前，主要有真空鼓過濾技術、水平帶式真空過濾技術和雙電子鼓真空過濾機支持的重堿二次分離技術。文章針對以上幾種分離設備技術在純堿行業(yè)的應用,做了一些比較分析,供行業(yè)同仁參考。技術水平比較見表1。1懸浮液的分離過濾技術的基本原理是利用多孔的過濾介質,通過真空、離心力或外加壓力,將濾液中的固體顆粒在過濾層上截留,而讓懸浮液中的液體通過,達到將固體與液體分離的目的。純堿工業(yè)中將懸浮液稱為“濾液”,把截留在過濾層上的固體顆粒稱為濾餅或堿餅,透過過濾層的液體稱為濾液(純堿行業(yè)習慣稱母液I)。2純堿生產(chǎn)中的真空鼓過濾技術2.1重堿與母液分離技術轉鼓真空過濾的原理,是利用真空機或真空泵等外部設備的作用,在過濾轉鼓真空過濾機內部形成一定真空度的負壓,在過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晶截留在真空過濾層上,而讓取出液中的液相母液通過過濾層,從而達到重堿與母液分離。真空轉鼓過濾技術是屬于成熟技術,部分廠家與設備制造商也進行相關的改進,如對母液與洗后液分離技術、濾堿機錯氣頭上進行重新錯氣分布,以便達到吹風卸料功能、將錯氣盤錯氣分布進行改造,解決真空與吹風密封區(qū)域不足的技術問題。國內大部分設備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的真空轉鼓濾堿機規(guī)格為13.5m2、20m2、23m2等。真空轉鼓過濾技術可以說已經(jīng)發(fā)展到一個較高的水平,無論在產(chǎn)能、產(chǎn)品質量上提高的空間不是很大。2.2過濾機濾餅的密度(1)重堿結晶粒度對濾堿機過濾能力或速度具有決定性的影響。過濾速率公式:式中:C———過濾速度,單位時間、單位過濾面積的濾液量,m3/m2;△P———毛細管兩端壓力差,Pa;α———濾餅密度,t/m3;從式(1)中可以看出,過濾速度或過濾能力與碳化的重堿結晶質量息息相關,粒度粗壯均勻,重堿晶體規(guī)則等條件,有利于過濾能力提高。(2)真空轉鼓過濾的過濾速度或能力與過濾機過濾介質與重堿濾餅形成過濾層兩側的真空壓差成正比關系,在純堿生產(chǎn)中維持較高的真空度,同時避免真空管路上無謂壓力損失至關重要。(3)真空轉鼓過濾的過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,會造成取出液的粘度相對較低,這樣可以提高濾堿機的能力。(4)真空轉鼓過濾機的過濾速度或能力與濾餅厚度成反比。2.3國外鼓粉過濾的技術分析(1)濾餅、轉鼓濾堿機單機生產(chǎn)能力與設備的濾鼓直徑、寬度、刮刀刮下的濾餅厚度、濾鼓轉速、濾餅的密度及重堿燒成率等因素密切相關,具體計算公式為:式中:P———單機生產(chǎn)能力,t堿/d·臺;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)過壓輥后測得,t/m3。國內真空轉鼓濾堿機,可以根據(jù)不同負荷進行調節(jié),操作負荷彈性在70%~110%之間。近幾年出現(xiàn)了大型的真空轉鼓濾堿機,目前設備負荷在300t/d·臺~700t/d·臺。濾堿機生產(chǎn)強度(或稱過濾機面積利用系數(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)國內出現(xiàn)高分離能力的濾堿機,LSM可以達到40t堿/m2·d水平,高分離能力同時應兼顧重堿水分含量,這樣可以在煅燒工序得到理想蒸汽消耗。(2)風羅茨機能耗特性真空濾堿機技術的過濾系統(tǒng)耗電包括轉鼓及壓輥傳動,攪拌功率及真空泵、吹風羅茨機耗電。目前國內成熟的轉鼓真空過濾機單位純堿耗電量在10kW·h/t堿~14kW·h/t堿;真空轉鼓過濾技術的噸堿蒸汽消耗在1200kg/t堿~1250kg/t堿。(3)風力壓力測試國內生產(chǎn)真空轉鼓過濾機所需真空度47kPa(表),吹風壓力60kPa(表);真空風量消耗200m3/t堿~260m3/t堿,吹風消耗量50m3/t堿~60m3/t堿。(4)重堿結晶率應用真空轉鼓過濾技術,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)碳化結晶情況),過濾重堿水分基本在17.5%~20%,洗水當量650m3/t堿~800m3/t堿之間,重堿燒成率在50%~52%。以上經(jīng)濟技術參數(shù)數(shù)據(jù)見表2。3純堿生產(chǎn)中的水平帶真空過濾技術3.1微織構出濾機工作原理水平帶式真空過濾技術最初應用行業(yè)是鍋爐水處理,進行灰渣分離。在純堿行業(yè)應用時間較短,國內大連化工股份有限公司最先引進意大利艾法史密斯水平帶式真空過濾機。其采用橡膠脫水皮帶來收集堿液。水平帶式真空過濾機工作原理是利用系統(tǒng)真空度,在過濾層兩側產(chǎn)生推動力,將純堿生產(chǎn)中母液I與重堿進行分離。水平過濾分離過程包括濾餅形成、濾餅洗滌、濾餅脫水、卸料和濾布洗滌5個工藝過程,以上過程連續(xù)循環(huán)操作。水平過濾機濾餅兩側壓差基本恒定,水平真空過濾機過濾操作視為恒壓過濾系統(tǒng)。根據(jù)相關化工過濾資料,過濾速率方程可表示:對上式積分,得,式中:V———為過濾體積,m3;θ———為過濾時間,s;k———為表征過濾物料特性的常數(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———濾餅體積與相應濾液體積之比,m3/m3;3.2真空濾帶過濾水平真空過濾技術影響因素包括濾餅上表面大氣壓與真空盒壓強差、碳化取出懸浮液重堿結晶粒度、取出液粘度、取出液固液比、過濾設備過濾面積、濾帶質量、濾帶運行速度等。3.3調整分級回收濾帶,實現(xiàn)較低鹽份重堿(1)設備可以實現(xiàn)大型化平穩(wěn)運行,同時可以結合DCS技術實現(xiàn)遠程自動控制。(2)真空過濾機濾帶可以實現(xiàn)各功能區(qū)劃分,長度可以做出相應調整,能實現(xiàn)濾液分級回收逐級使用,可以得到較低鹽份重堿半成品,讓聯(lián)堿行業(yè)實現(xiàn)低鹽純堿成為現(xiàn)實。(3)水平真空過濾技術濾帶狹長,重堿水份可以降的更低,國內引進水平帶式過濾機重堿可以做到低至14%水分含量,降低蒸汽消耗。(4)可以優(yōu)化洗水流程,降低噸堿洗水當量,解決聯(lián)堿系統(tǒng)母液膨脹問題,降低噸堿綜合能耗。(5)濾帶使用周期較長(國內使用最長時間在6個月),大大降低設備檢修工作,提高設備利用率。3.4水平真空過濾的技術分析(1)水平式過濾機純堿行業(yè)主要有意大利艾法史密斯水平帶式真空過濾機及法國RPA公司水平帶式過濾機。意大利艾法史密斯水平帶式真空過濾機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)格機組,目前生產(chǎn)能力在40t堿/h,日產(chǎn)能在960t堿/d,生產(chǎn)強度在15.2t堿/m2·d;天津堿廠(聯(lián)堿)引進的也是意大利的艾法史密斯水平帶式過濾機過濾面積為81m2(27m×3m),生產(chǎn)能力在50t堿/h,日產(chǎn)能在1200t堿/d,生產(chǎn)強度在14.8t堿/m2·d;法國的RPA公司使用廠家江蘇井神公司(氨堿)是兩臺54m2規(guī)格,生產(chǎn)能力37.5t堿/h,日產(chǎn)能在900t堿/d,生產(chǎn)強度16.7t堿/m2·d;南方堿業(yè)公司(氨堿)也是引進RPA公司108m2水平帶式過濾機,生產(chǎn)能力75t堿/h,日產(chǎn)能在1800t堿/d,生產(chǎn)強度在16.7t堿/m2·d;中鹽昆山公司(聯(lián)堿)目前訂購的是RPA公司81m2水平帶式過濾機,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)強度在13t堿/m2·d;由上可以看出,無論是意大利艾法史密斯水平帶式真空過濾機,還是RPA公司水平帶式過濾機,基本定型機組為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)使用相對低一些(噸堿母液當量差異);同時還可以看出,生產(chǎn)強度不高,基本在13t堿/m2·d~16.7t堿/m2·d。(2)空過濾機單位純堿能耗水平真空過濾技術過濾系統(tǒng)耗電包括濾帶及壓輥傳動,及真空泵等耗電。水平真空過濾機單位純堿耗電量較轉鼓式稍高基本在25kW·h/t堿~30kW·h/t堿,耗氣量較大是其主要原因;水平真空過濾技術的噸堿蒸汽消耗在1150kg/t堿~1200kg/t堿。(3)真空度要求由于過濾面積較大,故造成水平過濾機所需真空度要求較高在為-67kPa(表),干燥區(qū)無需吹風;真空消耗當量在1000m3/t堿。(4)堿土和堿土水平真空轉鼓過濾技術純堿鹽分在0.15%~0.6%之間(可以根據(jù)母液情況調節(jié)),過濾重堿水份在14%~16%,洗水當量550m3/t堿~650m3/t堿之間,重堿燒成率在52%~54%左右。以上經(jīng)濟技術參數(shù)數(shù)據(jù)見表2。4純堿生產(chǎn)離心分離技術4.1采用采用有機重堿回收重堿包括硬堿或串聯(lián)于真空過濾機后,以考察重堿中帶堿的活性、干酵母液和洗水液純堿行業(yè)還存在采用真空轉鼓過濾結合重堿離心二次分離技術。單純采用真空過濾機會受真空度的限制,最終重堿的水分很難進一步降低,基本維持在18%左右。近年來國內部分公司采用蘇爾壽公司或克勞斯馬菲公司生產(chǎn)的臥式雙級活塞推料離心機,串聯(lián)于真空過濾機之后,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)濟效果。德邦公司采用SZ1000/2定型設備,單臺處理能力在30萬t/a,取得比較理想的技術經(jīng)濟效果。4.2提高重堿爐生產(chǎn)能力(1)真空轉鼓結合重堿離心分離技術可降低純堿中鹽份,降低純堿鹽分,提高產(chǎn)品質量。(2)降低重堿水分含量,節(jié)省噸堿蒸汽消耗。采用一般真空轉鼓過濾技術的重堿,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年引進德國克勞斯馬菲公司兩臺SZ1000/2雙級推料離心機,將重堿水份由原來的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(1)離心分離技術生產(chǎn)能力及生產(chǎn)強度。純堿生產(chǎn)采用單一離心分離技術情況很少,只有日本旭硝子公司采用月島機械公司產(chǎn)品離心機(瑞士愛斯卡威斯工程公司專利)應用于純堿生產(chǎn)。分離系統(tǒng)產(chǎn)能與生產(chǎn)強度基本與采用單一真空轉鼓過濾機技術一致。(2)離心分離技術單位產(chǎn)品電耗、汽耗。采用離心機進行重堿二次分離的系統(tǒng)電耗較真空轉鼓的系統(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,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)離心分離技術其他參數(shù)。真空轉鼓過濾技術結合離心分離技術能夠達到節(jié)能目的,目前在國內有部分公司已經(jīng)采用。生產(chǎn)純堿鹽分在0.5%~0.65%之間,過濾重堿水分基本在12%~14%,洗水當量650m3/t堿~800m3/t堿,重堿燒成率較真空轉鼓高,基本在53%~55%之間。5真空過濾技術的經(jīng)濟技術參數(shù)十八屆三中全會后的國家宏觀調控政策成為我國今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,節(jié)能減排、升級改造被提上議事日程。針對純堿行業(yè)現(xiàn)今產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀,采用高效節(jié)能大型設備,降低能源消耗和成本,是行業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的關鍵。重堿過濾技術是純堿生產(chǎn)的重要技術,是影響產(chǎn)品成本、質量等關鍵因素。過濾技術是降低重堿水份、降低洗水當量,生產(chǎn)出低鹽分