卧式螺旋过滤离心机在氯化聚乙烯生产中的应用

谢 滨，周文斌

(宁波镇洋化工发展有限公司，浙江 宁波 315204)

氯化聚乙烯是高密度聚乙烯(HDPE)与氯气通过取代反应制得的一种改性高聚物，根据聚乙烯相对分子质量及分布差异、氯化深度和氯化方法的不同，分为弹性体和塑性树脂两大类，产品具有优良的耐候性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能。氯化聚乙烯工业化生产通常采用水相悬浮法和酸相悬浮法，目前国内多数厂家都采用水相悬浮法生产工艺。水相悬浮法生产过程中氯化产物含质量分数5%～10%盐酸的CPE物料需滤去盐酸并用水洗涤，脱除残余的盐酸后进入下一步工序，目前含质量分数5%～10%盐酸的CPE物料过滤洗涤采用釜式间歇洗涤和水平真空带式过滤机[1-2]，釜式间歇洗涤存在盐酸无法全部回收、洗涤水和污水量大、劳动强度大、能耗高等缺点，而水平真空带式过滤机存在设备体积较大、敞口操作酸雾大、污水量大、使用维护麻烦等缺点。

为解决目前水相悬浮法含质量分数5%～10%盐酸的CPE物料过滤洗涤存在的不足之处，特别是要求降低过滤洗涤后CPE物料中的盐酸含量，本文针对含质量分数5～10%盐酸的CPE物料特性，参考其它工业项目中采用的卧式螺旋过滤离心机，设计制造了专用的卧式螺旋过滤离心机。该卧式螺旋过滤离心机具有过滤洗涤效率高、过滤洗涤后CPE物料的含湿率及盐酸含量低等优点，并且设备采用完全封闭的结构，较好地解决了水平真空带式过滤机敞口操作酸雾大的环保问题。

1 卧式螺旋过滤离心机的结构设计及材质选用

1.1 结构及工作原理

卧式螺旋过滤离心机是一种连续操作的过滤式离心机，由螺旋、转鼓、滤网、差速系统、机壳、循环润滑油系统、进料管、洗涤液系统、控制系统等组成，其结构简图如图1 所示。该离心机的主要技术参数为：转鼓大端内径：450 mm；转鼓锥角: 2×10°；转鼓转速：2000 r/min；分离因数：1187；差转速：5～40 r/min；摆线差速比：1∶43。

其工作原理：悬浮液从进料管进入螺旋内腔，并通过螺旋小头接近锥端底部的喷料口进入转鼓，在离心力场作用下料浆中的液相通过设置在转壁上的筛网被分离出去，固相颗粒则被截留在转鼓内；同时，转鼓内的固相颗粒在离心力和螺旋与转鼓之间的差速作用下从转鼓小端向转鼓大端运动，在此运动过程中，由于回转直径的加大，离心力得到快速递增，固相从初始进入时的高含湿量固相到排出转鼓时达到低含湿量固相，从而实现固液相自动、连续的分离。离心机和其他分离机械相比，不仅能得到含湿量低的固相和高纯度的液相而且具有节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件，并具有连续运转、自动控制、操作安全可靠和占地面积小等优点。

图1 卧式螺旋过滤离心机结构示意图

1.2 离心机部件材质选用

在水相悬浮法生产CPE过程中，高密度聚乙烯和氯气反应会产生5%～10%左右的稀盐酸，氯化反应后的稀盐酸和CPE混合物中含有20%～25%的CPE，因此卧式螺旋过滤离心机除了要求分离效率高、过滤后CPE含盐酸量少外，还要求离心机具有良好的耐高温盐酸腐蚀性能。盐酸是还原性强腐蚀性酸，目前金属材料中只有一些贵金属如钽、锆、铂、金、银等和少数合金如镍钼铁合金(哈氏合金B)和含钼高硅铁对盐酸有良好耐蚀性。钽、含钼高硅铁虽然耐酸腐蚀性能优异，但机械、加工性能不良。非金属材料中的合成橡胶和塑料对盐酸也有良好耐蚀性[3]。普通离心机由于转鼓、螺旋、滤网等主要零件可用碳钢或不锈钢制造，在酸性介质中，设备容易腐蚀，使用寿命很短。

由于离心机的转鼓和螺旋在运行过程中高速旋转，同时要求滤网与螺旋之间的间隙尽可能的小，降低分离后CPE颗粒的含酸量，因此要求转鼓和螺旋加工和安装精度要高。当螺旋和滤网采用TA9(钯质量分数含量在0.18%～0.20%)制造，转鼓采用不锈钢衬四氟，离心机投入运行后在半个月内就出现滤网磨损破裂导致无法继续使用。分析其主要原因为：氯化母液温度偏离要求值(离心机要求氯化母液温度小于70℃，盐酸浓度小于10%wt，实际母液温度可能高于70℃)、氯化母液中含有较硬块料磨损滤网、滤网装配间隙不均、转鼓衬四氟厚度不均磨损滤网，滤网可能存在材料耐酸性能差、材料脆性大、焊接缺陷等导致滤网腐蚀和破损现象的发生。

针对上述出现的问题，在材质的选择方面，经过反复选材发现锆及锆合金优良的耐盐酸材料，在沸点以下一切浓度和温度的盐酸中，不论酸中充气与否，腐蚀率都很低，约在0.01 mm/年以下。因此转鼓和滤网选用特殊的锆合金材质，而螺旋采用加工性能和耐酸腐蚀性能都较好的钛合金(钯质量分数含量在0.25%～0.30%)，同时通过改进滤网制备工艺和平整度、适当调节转鼓和螺旋间隙、提高滤网厚度和耐酸性能、把关滤网焊接质量等措施加以解决。

2 生产应用分析

2.1 过滤洗涤工艺流程

水相悬浮法生产氯化聚乙烯装置的过滤洗涤采用卧式螺旋过滤离心机，其工艺流程为：① 来自氯化反应釜的母液(液固比4～6∶1，液体含5%～10%(质量分数)盐酸)用泵输送进入离心机螺旋内腔；②离心分离出的5%～10%盐酸溶液直接排至盐酸储罐用于其他装置的氯化氢尾气吸收；③转鼓中的CPE颗粒经热水或后工序的碱水洗涤后排入下一工序的中和釜用碳酸钙处理。

2.2 生产运行参数的优化

(1)螺旋差速的设定。差速越小,CPE颗粒在离心机内停留时间长，分离出来的CPE颗粒含水量相对低,但离心机的生产负荷降低；反之，差速越大，分离出来的CPE颗粒含水量增高,但离心机的生产负荷增高。根据装置的生产负荷通过调试,调节差速30～35 r/min 可以分离得到含酸量小于30%的CPE颗粒,基本可满足下一工序的生产要求。

(2)滤网孔径的选择。滤网孔径太小，CPE颗粒易堵塞滤网孔道造成拉稀，CPE颗粒含酸量高；滤网孔径太大，CPE颗粒含酸量相对较低,但分离得到的5%～10%盐酸中含CPE细颗粒较多。对一般生产CPE135A装置,根据原料高密度聚乙烯的粒径分布，滤网孔径为0.7～1.2 mm较合适。

(3)滤网与螺旋间隙的调整。根据滤网品质和安装情况的,通过螺旋推料器调整垫片,滤网与螺旋间隙为0.8 mm较合适。

2.3 与带式过滤机运行技术经济比较

对比公司现有的带式过滤机和试运行的卧式螺旋过滤离心机运行工况，主要从脱酸洗涤效果、运行效率、运行维护费用、操作劳动强度、环保等几方面进行了比较分析，如表1所示。

表1 不同脱酸方式技术经济比较

从表1可看出，卧式螺旋过滤离心机与水平真空带式过滤机的吨CPE(干产品)脱酸运行时间相当，但其脱酸效果、碳酸钙和水耗、电耗、劳动强度、产品品质、环保等方面明显优于带式过滤机。吨CPE(干产品)的消耗节水约5t水/tCPE(干产品)、节电约25 kWh /tCPE(干产品)，以年产20000tCPE计，每年可节约90万元，并减少了后处理水洗脱酸时间、减轻了劳动强度、提升了现场环境。

3 结论

(1)卧式螺旋过滤离心机具有自动化程度高，过滤速度快，过滤洗涤效果好等特点，其运行主要指标为：过滤洗涤后物料含酸量<30%，吨CPE(干产品)的消耗节水约5t水/tCPE(干产品)、节电约25 kWh /tCPE(干产品)。

(2)与水平真空带式过滤机相比，卧式螺旋过滤离心机的进料、脱酸都是在密闭空间工作，运行时外泄的酸气、酸雾较少，且无酸水渗漏情况，改善工作环境。