旋液分离器在柠檬酸生产中的应用

2015-08-19陆爱飞新疆天业集团有限公司化工研究院新疆石河子

设备管理与维修 2015年7期

关键词：离心力悬浮液柠檬酸

陆爱飞（新疆天业（集团）有限公司化工研究院　新疆　石河子）

旋液分离器在柠檬酸生产中的应用

陆爱飞
（新疆天业（集团）有限公司化工研究院新疆石河子）

旋液分离器是一种高效的微细颗粒分级、固液分离装置。旋液分离器筛选原理、组成和在柠檬酸生产中的应用情况。

旋液分离器筛选柠檬酸

一、概述

旋液分离器又称水力旋流器，是一种高效的微细颗粒分级、固液分离装置。由于结构简单、投资少、维修和调节方便，广泛用于选煤、选矿过程中的分级，如脱泥、浓缩操作等。在化工、轻工、食品、医药等工业中能完成增稠、澄清、洗涤、细粉分级等多种液固系作业，具有设备小，效率高，能连续化生产的优点。根据旋液分离器的优点，石河子市长运生化公司根据物料性质自行设计一台旋液分离器，将其安装于蒸发系统中用于调节分离粒度及产量分配，柠檬酸大颗粒直接进入离心机包装为成品，柠檬酸小颗粒进入三效系统成长为符合要求的大颗粒。成功地解决了柠檬酸大小颗粒的分级，有效提高了无水柠檬酸粗颗粒产量。经多年使用，效果良好，现已在我国同行业全面推广。

二、旋液分离器筛选原理

旋液分离器之所以能使流体物料按颗粒大小进行分级，是因为欲分级流体的液固悬浮液以一定的压力切向进入分离器之后，由于高速涡旋运动中产生强大的离心力作用。根据斯托克斯沉降定律，在这离心力场中的大粒子所受的离心力大，足以克服液相介质黏度所产生的黏性阻力，而被甩向分离器壁，并沿器壁旋转向下运动从底部排出，而细粒子所受离心力很小，不仅克服不了粘性阻力，反而在它的作用下趋向旋液分离器中心，从溢流口涌出，实现微细和超微细的分离。

图1　旋液分离器示意图

旋液分离器见图1所示，由圆柱和圆锥两部分组成，圆柱上部分圆周切向边上有一进料口，供悬浮液泵入，顶部有一溢流管，它从器内伸向外部，供分离后的细料液流出。圆锥底部有一粗渣液流排放口。旋液分离器第一个作用，悬浮液由泵输送，在一定的压力下由切线方向进入旋液分离器圆柱部分的上部。并产生强烈的旋流，一方面旋转，一方面使流向下运动，由于旋液分离器呈锥体，最外层的容积越小，悬浮液与粗渣相对离心力之差越来越大，使比重大的粗渣优先集结占据了最外层。比重小的悬浮液被挤向内层，空气柱则在中心位置，粗渣比重虽比悬浮液比重大，它向中心移动的速度滞后于悬浮液。这些旋液运动起到将悬浮液和粗渣的分层作用。

旋液分离器的第二个作用是将已分层的悬浮液和粗渣分别排出器外，现有的旋液分离器多数是在靠近进料口直径较大的一端的中心部位引走需要的悬浮液，而在直径逐渐缩小的另一端从圆周壁部位排走粗渣，两边流道都畅通时，筛选过程就可连续进行。

因此，旋液分离器的第一个作用即分层作用，主要取决于器体尺寸的变化和压力差的大小。第一个作用为第二个作用创造了前提条件，但第二个作用还取决于排渣口的构造尺寸和悬浮液出口的构造和尺寸。

衡量旋液分离器的优劣，主要取决于第二个作用。当然还有进口压力，进口悬浮液浓度、温度、进料颗粒度组成等因素以及分离器内表面光滑度和安装诸因素的影响。

三、旋液分离器的组成

旋液分离器分为3个部分组成，中间是旋液内主体部分，它的进口是长边平行于轴的长方形，进口顶部与圆柱顶在同一水平上，可以减少短路现象，进口管内宽度可有3挡调节，锥体部分有支座，可用于固定，锥度20°。溢流口也有3挡可供选择，上部是溢流导管，用法兰与本体相联，下部是底出渣口，用螺丝与本体相联。底出口直径根据分离的要求进行调节。长运生化公司自行设计的旋液分离器见图2。公司使用的旋液分离器是直径200 mm规格，属于颗粒分级型，在HCJ40晶浆泵给料情况下，进口压力0.02 MPa（2 kg/cm2）。

图2　自行设计的旋液分离器

四、旋液分离器在柠檬酸生产中的应用

目前公司无水柠檬酸蒸发结晶工艺，是采用三效蒸发工艺，将经过提纯后的柠檬酸溶液，通过三效蒸发工艺进行水分蒸发，并结晶得到柠檬酸晶浆液（含有柠檬酸颗粒及柠檬酸溶液的过饱和溶液）。由于现柠檬酸销售市场对柠檬酸粗颗粒（颗粒度为12～24目）的需求量越来越大，现有的无水蒸发系统无法满足增加粗颗粒的需求，因此，需要提高无水蒸发结晶过程中粗颗粒的含量。

公司在现有无水蒸发系统中物料分离工序上制作安装了一套旋液分离器，安装在离心机上方，经蒸发系统浓缩结晶，固体颗粒含量为45%～65%的晶浆液通过旋液分离器旋流分离后，一部分大颗粒物料进入离心机，另一部分物料通过回流管线回至蒸发器，该旋液分离器投入使用后，通过在使用中对旋液分离器及操作方法的改进，达到理想使用效果。

实验前后无水细颗粒成品颗粒度对比（表1）。对使用前全年无水细颗粒成品颗粒度与安装旋液分离器使用后无水细颗粒成品颗粒度进行平均分析，旋液分离器安装使用后，无水细颗粒中的大颗粒（24～40目）比例从35%增加至50%，效果明显。