旋液分離器在檸檬酸生產中的應用

陸愛飛（新疆天業（集團）有限公司化工研究院　新疆　石河子）

旋液分離器在檸檬酸生產中的應用

陸愛飛
（新疆天業（集團）有限公司化工研究院新疆石河子）

旋液分離器是一種高效的微細顆粒分級、固液分離裝置。旋液分離器篩選原理、組成和在檸檬酸生產中的應用情況。

旋液分離器篩選檸檬酸

一、概述

旋液分離器又稱水力旋流器，是一種高效的微細顆粒分級、固液分離裝置。由于結構簡單、投資少、維修和調節方便，廣泛用于選煤、選礦過程中的分級，如脫泥、濃縮操作等。在化工、輕工、食品、醫藥等工業中能完成增稠、澄清、洗滌、細粉分級等多種液固系作業，具有設備小，效率高，能連續化生產的優點。根據旋液分離器的優點，石河子市長運生化公司根據物料性質自行設計一臺旋液分離器，將其安裝于蒸發系統中用于調節分離粒度及產量分配，檸檬酸大顆粒直接進入離心機包裝為成品，檸檬酸小顆粒進入三效系統成長為符合要求的大顆粒。成功地解決了檸檬酸大小顆粒的分級，有效提高了無水檸檬酸粗顆粒產量。經多年使用，效果良好，現已在我國同行業全面推廣。

二、旋液分離器篩選原理

旋液分離器之所以能使流體物料按顆粒大小進行分級，是因為欲分級流體的液固懸浮液以一定的壓力切向進入分離器之后，由于高速渦旋運動中產生強大的離心力作用。根據斯托克斯沉降定律，在這離心力場中的大粒子所受的離心力大，足以克服液相介質黏度所產生的黏性阻力，而被甩向分離器壁，并沿器壁旋轉向下運動從底部排出，而細粒子所受離心力很小，不僅克服不了粘性阻力，反而在它的作用下趨向旋液分離器中心，從溢流口涌出，實現微細和超微細的分離。

圖1　旋液分離器示意圖

旋液分離器見圖1所示，由圓柱和圓錐兩部分組成，圓柱上部分圓周切向邊上有一進料口，供懸浮液泵入，頂部有一溢流管，它從器內伸向外部，供分離后的細料液流出。圓錐底部有一粗渣液流排放口。旋液分離器第一個作用，懸浮液由泵輸送，在一定的壓力下由切線方向進入旋液分離器圓柱部分的上部。并產生強烈的旋流，一方面旋轉，一方面使流向下運動，由于旋液分離器呈錐體，最外層的容積越小，懸浮液與粗渣相對離心力之差越來越大，使比重大的粗渣優先集結占據了最外層。比重小的懸浮液被擠向內層，空氣柱則在中心位置，粗渣比重雖比懸浮液比重大，它向中心移動的速度滯后于懸浮液。這些旋液運動起到將懸浮液和粗渣的分層作用。

旋液分離器的第二個作用是將已分層的懸浮液和粗渣分別排出器外，現有的旋液分離器多數是在靠近進料口直徑較大的一端的中心部位引走需要的懸浮液，而在直徑逐漸縮小的另一端從圓周壁部位排走粗渣，兩邊流道都暢通時，篩選過程就可連續進行。

因此，旋液分離器的第一個作用即分層作用，主要取決于器體尺寸的變化和壓力差的大小。第一個作用為第二個作用創造了前提條件，但第二個作用還取決于排渣口的構造尺寸和懸浮液出口的構造和尺寸。

衡量旋液分離器的優劣，主要取決于第二個作用。當然還有進口壓力，進口懸浮液濃度、溫度、進料顆粒度組成等因素以及分離器內表面光滑度和安裝諸因素的影響。

三、旋液分離器的組成

旋液分離器分為3個部分組成，中間是旋液內主體部分，它的進口是長邊平行于軸的長方形，進口頂部與圓柱頂在同一水平上，可以減少短路現象，進口管內寬度可有3擋調節，錐體部分有支座，可用于固定，錐度20°。溢流口也有3擋可供選擇，上部是溢流導管，用法蘭與本體相聯，下部是底出渣口，用螺絲與本體相聯。底出口直徑根據分離的要求進行調節。長運生化公司自行設計的旋液分離器見圖2。公司使用的旋液分離器是直徑200 mm規格，屬于顆粒分級型，在HCJ40晶漿泵給料情況下，進口壓力0.02 MPa（2 kg/cm2）。

圖2　自行設計的旋液分離器

四、旋液分離器在檸檬酸生產中的應用

目前公司無水檸檬酸蒸發結晶工藝，是采用三效蒸發工藝，將經過提純后的檸檬酸溶液，通過三效蒸發工藝進行水分蒸發，并結晶得到檸檬酸晶漿液（含有檸檬酸顆粒及檸檬酸溶液的過飽和溶液）。由于現檸檬酸銷售市場對檸檬酸粗顆粒（顆粒度為12～24目）的需求量越來越大，現有的無水蒸發系統無法滿足增加粗顆粒的需求，因此，需要提高無水蒸發結晶過程中粗顆粒的含量。

公司在現有無水蒸發系統中物料分離工序上制作安裝了一套旋液分離器，安裝在離心機上方，經蒸發系統濃縮結晶，固體顆粒含量為45%～65%的晶漿液通過旋液分離器旋流分離后，一部分大顆粒物料進入離心機，另一部分物料通過回流管線回至蒸發器，該旋液分離器投入使用后，通過在使用中對旋液分離器及操作方法的改進，達到理想使用效果。

實驗前后無水細顆粒成品顆粒度對比（表1）。對使用前全年無水細顆粒成品顆粒度與安裝旋液分離器使用后無水細顆粒成品顆粒度進行平均分析，旋液分離器安裝使用后，無水細顆粒中的大顆粒（24～40目）比例從35%增加至50%，效果明顯。

表1　無水細顆粒成品顆粒度對比

實驗后無水檸檬酸粗顆粒產量比例（表2）。對使用前全年每天的粗、細顆粒平均產量及使用旋液分離器后全年每天的粗、細顆粒平均產量進行分析對比，使用旋液分離器后，粗顆粒產量明顯提高，平均每班粗顆粒比例為從49.29%增加到58.06%。

表2　無水檸檬酸粗顆粒產量比例

五、結論

通過安裝旋液分離器，無水檸檬酸粗顆粒產量比例明顯提高。全年平均多生產無水檸檬酸粗顆粒1154 t，滿足了客戶需求。使用旋液分離器后無水檸檬酸細顆粒中大顆粒比例增加，緩解了無水細顆粒產品因顆粒小，容易結塊的現象，同時保證了產品質量而且可以通過操作方法的改變，實現無水檸檬酸成品粗、細比例的調整。

〔編輯利文〕

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