新型离心加速盘在重碱离心机中的应用

陆斌

摘 要：重碱含水分的高低直接影响着煅烧工序装置的生产能力和蒸汽的消耗量，通过设计新型的离心加速盘降低了重碱二次脱水中碱的含湿率，大大的降低了碱厂的能耗使用。

关键词：离心机;重碱;创新;离心加速盘;物料

1.概述

随着国家不断的进步，各工业也向低能耗、低成本、高效率转型。碱厂是一个高能耗的生产工厂，降低重碱二次脱水中碱的含水率是一种有效的降低能耗的方法。国内制碱前辈付孟嘉早在50年代末在大化公司碱厂做过大胆尝试，写出过技术方案。由于当时受机械制造行业的限制和重碱稠厚器设计后原工业厂房的限制而未能如愿。70年代杭州龙山化工厂曾用颠动式离心机。焦作化工三厂与吉林化学公司化机研究所合作，用WHG-130虹吸刮刀离心机（仿克劳斯一马菲型）做分离重碱的工业试验，于1986年通过技术鉴定[1]。80年代冷水江制碱厂、江苏张家港碱厂曾用WG-800卧式刮刀卸料机做重碱分离的试验工作，均因其生产连续性差，生产能力低，不能满足生产规模，滤布及反冲洗不过关，微机控制系统腐蚀等原因，而不能为厂家所接受而实现工业化应用[2]。现今大多数碱厂在重碱的二次脱水重中使用的是推料离心机，在重碱二次脱水中降低碱的含水率已经达到一个瓶颈。我公司成功研究了一种新型的离心加速盘，使重碱的二次脱水中碱的含水滤再次下降1个百分点。

2.物料特性研究

重碱，即碳酸氢钠（NaHCO3），又称“小苏打”、“苏打粉”，白色细小晶体，在水中的溶解度小于碳酸钠。固体50℃以上开始逐渐分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，270℃时完全分解。碳酸氢钠是强碱与弱酸中和后生成的酸式盐，溶于水时呈现弱碱性。

3.离心加速盘在离心机中的作用

推料离心机是一种连续操作的高效过滤式离心机，需要分离的悬浮液经过进料管连续地喂入离心机，由离心加速盘加速，并均匀地撒在第一级转鼓内。固体部份被截留在筛网上形成环状滤饼，既作旋转又作往复运动的第一级转鼓在回程时，将这部分滤饼沿转鼓的轴向向前推进一段距离，在进程时，位于滤饼空出的筛网上，后续进来的物料又形成新的滤饼。随着第一级转鼓的往复运动，滤饼依次推进，当它们从第一级转鼓进入第二级转鼓时，滤饼不仅位置会产生翻动，而且因进入了更大直径的转鼓，故受到更强大的离心力作用，并且在两级转鼓内，滤饼有足够的停留时间，因此能达到很低的残余含湿率。在第一级转鼓的进程时，第二级转鼓内的滤饼，继续向前推进，经固体收集槽按指定方向排出机外。由于转鼓高速旋转产生强大的离心力，液体部分是透过滤饼与筛网得到过滤，并经液体收集槽排出机外。当对固体产品的纯度有要求时，可在转鼓内进行有效洗涤，母液与洗涤液还可以分别收集。

4.现有离心加速盘的弊端

在现有技术中，推料离心机的待分离悬浮液物料的供料分配系统，加速盘都采用平圆盘形或锥碟形，是靠摩擦力将物料加速，由于各种物料与加速盘的磨擦系数不同，因此加速度变化很难控制。在小直径处，因打滑，物料的旋转速度不能迅速提高，而到大直径处，物料的速度提高了，又要与安装的螺栓紧固件等发生撞击，物料的加速度与该物料距加速盘的距离有关，呈递减状。

由于加速度分配的不合理，使得物料在离开加速盘时，速度远未达到转鼓内对应筛网处的速度，造成物料剧烈撞击。这样各种物料中的晶粒也会被擦伤、磨毛、缺损，甚至破碎，降低了产品质量，加大了运行费用;且对于固体物料，原离心加速盘出现明显堵料现象。

5.新型离心加速盘

本设计的目的是为了解决推料离心机加速物料进入分离状态时，在加速度变化的状态下减小物料对筛网的冲击，有效提高产品完好率，减弱接触的零件磨损，以及固体物料进料不畅、不均匀的问题，提供一种结构合理的推料离心机离心加速盘结构，它是一种使物料平稳加速的加速盘，其独特的涡轮叶片能帮助由螺旋输送器供入的物料沿轴向方向前运动，顺利进入加速盘内，被涡轮叶片强制加速，此处直径设计较小，对物料的冲击较小;因叶片带动，能确保物料与加速盘同步，且叶片直径接近一级转鼓筛网内径，物料是在几乎在相同的速度下进入一级转鼓内的筛网，使物料与筛网冲击力几乎为零。

6.新型加速盘结构及有限元模拟

6.1结构

如图1、2

图1

图2

6.2工作原理

二次脱水的重碱含水率18-22%，几乎无流动性，所以进料需通过螺旋输送，当物料通过螺旋输送到达加速盘后，通过切向螺旋叶片3迅速进入离心加速盘，在叶片3的作用下，物料被强制加速.由于此时的物料处于较小直径位置，虽加速度较大，但线速度并不高，因此对物料的冲击也较小。叶片上的曲线使物料速度继续提高，并能确保物料与加速盘同步，当物料运动到加速盘的边缘处，不管物料与金属的磨擦系数是多少，也能保证物料已经达到该转速下的最高线速度离开加速盘，因为叶片的直径略小于一级转鼓内筛网内径，所以物料被加速到与转鼓筛网几乎相等的速度，因此实现了减小了物料对筛网的冲击力。由于叶片呈曲线形结构，迫使物料改变运动方向，并且以滑动形式代替冲击。

6.3有限元模拟分析

图3 加速盘三维简化模型

图4 加速盘网格划分

图5物料速度分布图

图6 压力分布图

通过有限元分析，不难看出物料靠近中心速度低，压力大、加速大，所以物料在中心部位运动慢，通过设计螺旋切向叶片使物料顺畅通过速度低的区域。物料速度随着叶片直径加大不断升高，通过设计大直径的叶片使物料速度加速到接近转鼓速度，以减小物料到达离心机转鼓后产生滑移。

7.结论

本设计通过在重碱二次脱水离心机中运行，发现物料比原先更容易进入离心机，物料不易堆积在加速盘上。物料到达转鼓上比原先更疏松，其含水率由原先的13%下降到12%，大大的减少了煅烧能量的使用。

参考文献：

[1]吉化公司机械厂.焦作化三联合试脸组.WHG1200型卧式虹吸刮刀离心机鉴定资料，1987，9

[2]郑州水晶股份有限公司.HR-sooAN双级活塞推料离心机的改进及分离重碱生产试验浅析.河南化工，1996，3