袁红林,张天国
(新疆华泰重化工有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 830019)
在离子膜制碱工艺中,一次盐水的质量直接影响产品质量及离子膜的使用寿命,因而,要确保一次盐水质量稳定,工艺指标合乎要求。在实际生产中,浮上桶出现的一系列问题阻碍生产的安全平稳运行,尤其在浮上桶长时间运行过程中,中心桶结盐泥较多而无法清理,甚至结的盐泥过多导致浮上桶坍塌。为此,新疆华泰重化工公司进行了改进,有效地解决了因浮上桶中心桶内部结泥过多造成压垮支撑的问题,使装置稳定、高效运行。
浮上澄清的原理是使空气溶解在经过除Ca2+Mg2+的粗盐水里,然后将加压的粗盐水突然减压,致使溶解在盐水中的空气形成微小的气泡释放出来,并在絮凝剂的作用下与热水中的杂质颗粒附着在一起。附着气泡的杂质颗粒的假比重降低很大,在盐水中所受的浮力能克服其本身的重力和液体摩擦力,以一定的速度向上浮起,从上部排出,少量的盐泥则沉积于桶底,从底部排出[1]。
总的来说,加压浮上法澄清的效果,主要取决于杂质颗粒同气泡的附着情况,而气泡与颗粒的附着情况是由精制反应、加压溶解、减压释放和附着凝聚4个阶段来决定。同时,定时排泥也是影响效果的重要因素。
(1)精制反应。Ca2+和Mg2+是盐水中的主要杂质,通过和烧碱、纯碱进行反应生成沉淀而达到去除的目的,精制反应须在盐水进入浮上桶之前完成,若在盐水进入浮上桶以后,还继续发生该反应,势必降低生产能力。要使精制反应完全,需满足以下2个条件:盐水应有适当过量的烧碱和纯碱,一般,NaOH过量 0.2~0.5 g/L,Na2CO3过量 0.3~0.8 g/L;应有充分反应时间和温度,反应时间为30 min以上,反应温度为45℃以上[2]。
(2)加压溶解。空气在盐水中的溶解度较低,在0.35 MPa时,仅为5 L/m3左右,因而必须使空气充分溶解,因此,要求气液相有足够大的接触面。在加压溶气罐设计有盐水喷射器,盐水以5~15 m/s的速度通过喷射器,吹入后的的空气被高速盐水流高度粉碎,从而获得较小的气泡直径和较大的接触时间。
(3)减压释放。把溶于盐水中的空气在盐水离开加压溶气罐前全部释放出来,否则,盐水离开加压溶气罐折流向下,因受静压力越来越大,气泡就越难释放,这样,除浪费这部分空气外,还影响了澄清效果。经减压后的浑盐水中的空气,以气泡的形式大量逸出,气泡直径仅为30~120 μm,气泡直径越小,越容易钻进絮状悬浮物的空隙中,对浮上澄清越有利。
(4)附着、凝聚。杂质颗粒是否能和释放出来的气泡吸附在一起,是决定浮上效果的关键。因此必须做到,一方面,加入絮凝剂,以使杂质颗粒增大,形成疏松的絮状物,以利附着微小气泡;另一方面,必须使空气泡的释放同杂质颗粒的凝聚过程同时发生,控制杂质的凝聚时间为20~40 s,盐水在加压溶气罐中停留时间以6~9 min为宜。
(5)沉降与排泥。及时的排出沉泥和浮泥对保证浮上桶正常运转,提高浮上速度,有重要意义。如不及时排出浮泥,已附着在絮状物上的气泡会逐渐破裂和逸出,会使浮泥下沉,如不及时排出,沉泥会逐渐堆积,封住盐水通路,影响盐水质量[3]。
把一组平行板相互平行重叠,使之与水平面成一定的角度,(斜板倾角一般采用60°)称为斜板型沉降设备,如果是桶型的,则称为斜板式澄清桶。
斜板澄清桶的设计必须满足在单位容积设备内,有效澄清面积尽可能大,沉降距离要小,液流呈稳定层流,分离出来的固相易于连续排除等条件。
式中:η-沉降效率,%;
A-沉降面积,m2;
V-颗粒的沉降速度,m/s;
Q-流量,m3/s。
可知,澄清桶在一定的流量和一定的颗粒沉降速度下,其沉降效率与桶的沉降面积成正比。
如果澄清桶增设几层平行的隔板,在理论上,可提高几倍的效率,但是平行板排泥困难,所以将平行板改为斜板。斜板澄清桶就是根据这一原理设计的[4]。
2005年,该公司米东工业园离子膜电解一期项目开车,截至目前,4条线50万t/a离子膜已全部满负荷运行,在其一次盐水精制过程中使用的就是斜板澄清桶。斜板澄清桶处理量大、效果好,但其浮上桶进液区的中心桶结的盐泥较多而无法清理,对安全生产造成了极大的隐患。后对浮上桶进行了部分改进,彻底解决了浮上桶的结泥问题,保证了生产的安全平稳运行。
浮上桶改造前后对比情况见图1。
图1 浮上桶改造前后对比
图1中改造内容为,进液区的中心桶底部由圆柱体改为圆锥体,进液管由圆柱的中部改为圆锥的侧壁;在中心桶底部增加1条排泥管线和浮上桶的下排泥管线相连,并加装气动阀。
由图1可以看出,从加压溶气罐来的盐水进入中心桶,中心桶呈喇叭状,随着盐水的上升,盐水流速越来越小,密度较大的沉淀物会在盐水上升过程中下沉,进而沉积到中心桶壁,时间越长,中心桶结的盐泥就越多,其浮上的效果就越差,甚至在检修浮上桶排盐水过程中,稍微不慎,就可能导致中心桶坍塌。改进后,明显克服了这一缺点,其中心桶为椎体结构,粗盐水经加入助沉剂后,切线进入椎体后,沿着椎体螺旋上升。盐水由下向上旋转运动,同时,流速从下向上逐渐降低,形成涡流,促使颗粒增大。这部份流速要求平稳。流速逐渐减少,可保持已凝聚颗粒不受破坏,达到较高的沉降速度。肉眼观察到出椎体后的盐水,颗粒大,界面清楚。在这区间,若受冲击,颗粒被破坏,就会产生不沉也不浮的胶体及细小颗粒而影响其效果。
由于改进后的浮上桶中心桶底部增加1条排泥管线,定时对中心桶排泥,这样,即使在涡流状态下,中心桶内结的盐泥也会随着排泥而排出。
[1]魏丽波.澄清桶返浑的原因及处理办法.中国氯碱,2001(1):9-10.
[2]皮现玉,梁成雪.提高精制盐水质量的措施.中国氯碱,1999(4):27-28.
[3]尚泽民,杨占营,赵兵兵.盐水澄清技术的开发.中国氯碱,2004,(11):9-10.
[4]潘照英.改良型道尔澄清桶最佳运行状态的探讨.氯碱工业,2003,(9):7-10.