離心機分離效果不理想的原因分析及對策
   
某公司腈綸廠回收車間現有離心機兩臺，均為臥式螺旋卸料沉降離心機，其中一臺是1998年開工時隨整套設備由日本引進的，另一臺于2001年5月由日本進口，均為日本TANABE公司生產，主要技術依靠西德 FIoffwegwerk公司的生產技術。

回收車間在整個腈綸廠的主要作用是對硫氰酸鈉系統中進行除雜、提濃，后將濃度達５６％的硫氰酸鈉溶液送往聚合車間以供配制紡絲原液。在整個腈綸裝置的物料循環中，硫酸鈉和硫氰酸鈉一起在其中流轉，近９０％的硫酸鈉在結晶分離這一步實現與硫氰酸鈉的分離，硫酸鈉的平衡都要靠離心機的分離作用來實現，所以在整個回收裝置中，離心機起著至關重要的作用，就如同人的腎臟一樣，排除雜質，血液的清潔流轉，離心機的分離效果好壞，直接影響著全車間甚至全廠的平穩生產和長周期運行。

硫酸鈉在結晶工序中進行分離的原理是這樣的：因為硫酸鈉在硫氰酸鈉溶液中溶解度很低，易生成晶體，故將提濃后的硫氰酸鈉液經過沉降槽停留沉降，使硫酸鈉晶粒在沉降槽底部逐漸長大（硫酸鈉含量約為１３％～１５％），離心機的作用就是將底部溶液中的硫酸鈉晶體分離出去（其中僅有一小部分被輸送到蒸發車間做晶種），分離出的固相經溶解罐溶解，送入污水處理工序由樹脂進行置換并吸附其中的硫氰酸鈉，廢液外排。若離心機的分離效果不好，固相分離物中硫氰酸鈉含量過高，超出污水樹脂的吸附能力，并且環保要求外排污水中硫氰酸鈉含量不得大于200 ppm，車間不得不將含高濃度硫酸鈉的硫氰酸鈉倒入系統重新提濃回收，久而久之，硫酸鈉含量會在系統內越積越高，后導致蒸發、結晶兩大系統的生產波動，從而影響腈綸裝置的正常生產運行。

由以上分離原理可知，在回收裝置中，離心機分離效果注重的是固相的干燥度，即分離出的固相中含有的硫氰酸鈉越少則分離效果越好，下面，就從離心機的工作原理開始，對離心機分離效果不理想的原因進行分析并尋找相應的解決方案。

工作原理：臥式螺旋卸料離心機在回收裝置用于懸浮液的固相濃縮，為柱－錐組合型，由兩個獨立回轉的轉子組成，一個為圓柱－圓錐型無孔轉鼓，一個為帶有螺旋葉片的螺旋，二者同軸水平地套裝在一起。離心機的轉筒為逆時針旋轉，轉鼓與其內的螺旋同心同向旋轉，轉鼓速度稍快于螺旋。當懸浮液由進料管導入螺旋內腔，經分配口進入轉鼓的沉降區（圓柱型部分），在離心力作用下，比重較大的固相物沉積在轉鼓內壁，被螺旋葉片推出沉降區，通過干燥區由轉鼓小端排出，被澄清的分離液沿螺旋葉片通道流向轉鼓的大端由溢流孔排出，懸浮液的固、液兩項由此得到分離。詳見下圖。 
                           

轉鼓內進行的是沉降分離，螺旋的功能是分配由進料管導入的懸浮液，并把積聚在轉鼓內壁的固相物送到轉鼓小端的固體排出口。螺旋筒內設有一個懸浮液分配腔，四個懸浮液分配孔，并通過花鍵軸從齒輪箱獲得動力。下面根據上圖所示，對離心機分離未達到預期效果的原因進行分析并尋找相應的對策：
１、轉速：一般說來，轉鼓轉速越高，則脫水效果越好，因為轉鼓及螺旋內的物料在高速下旋轉，作用于固體顆粒上的沉降力能達到其重力的數千倍，可固體從懸浮液中分離。離心機的轉鼓繞其軸作等速旋轉，設轉鼓半徑為Ｒ ，轉速為ｎ（ｒ／ｍ），則轉鼓的回轉角速度ω與 ｎ 的關系為：
       ω＝π ｎ／３０； １／ｓ．　　　　（１）
轉鼓的圓周速度　
      ｖ＝ Ｒ ω； ｍ／ｓ． 　　　　　　（２）
向心加速度為
      ａｎ ＝ －Ｒ ω； ｍ／ｓ２．　　　（３）
    若轉鼓內裝有質量為 ｍ 的物料，旋轉時將產生一個離心力 Ｆ 為：
     Ｆ ＝－ ｍａｎ ＝ ｍＲ ω２； Ｎ 　（４）
    被分離的物料在離心力場中所受的離心力與其重力之比值，被稱為分離因數 Ｆ ｒ：
    Ｆ ＝Ｆ ／Ｇ ＝ｍＲ ω２／ｍｇ ＝Ｒ ω２／ｇ Ｎ ；　（５）

分離因數是表示離心機分離能力的主要指標，Ｆｒ越大物料受的沉降力越大，分離效果越好，因此，對固體顆粒小、液體粘度大的和難分離的懸浮液或乳濁液，要采用分離因數大（轉速高或直徑較大）的離心機。同時，我們從式（５）可知，用提高轉速的辦法比增加轉鼓直徑的方法更為直接有效（修改轉鼓直徑要修改一系列與之有關的配件尺寸）；又因為分離因數的提高是有限度的，Ｆｒ的極限值取決于轉鼓材料的強度和密度，所以提高轉速的方法在實際的應用中相對更容易操作一些。但是，提高轉速也有它的不利之處，離心速度過高，會使得固相出料過于堅硬而堵塞住螺旋，影響離心機的運轉，從而不得不停下離心機進行水洗以清除結塊的硫酸鈉。離心機轉鼓的速度可通過調節皮帶輪的大小來實現，在實際的操作中，要對料液的特性和轉鼓的直徑及材質等各個方面周全考慮，地計算出轉鼓的轉速及相應的皮帶輪尺寸，才可進行轉速的調整。

２、排放時間：排放時間實際上是通過調整溢流堰的高度來調整液池深度。由圖中可知，當液池的深度變大，則澄清液在螺旋內停留時間較長，澄清液會更清，但澄清液也會竄入固相中而使固相中母液含量升高；反之，若液池的深度小，減少液池深度相當于液相較容易從轉鼓內溢流出來，而固相在轉鼓內被沉降的時間延長，則固相出料時間被延長，有利于減少固相出料中母液的含量 。在TANABE離心機中，澄清液的溢流半徑是可調的，溢流檔板的結構設計考慮了合理的調節范圍，便于調節、拆裝。液池深度的調節是通過在轉鼓大端蓋上的溢流口設置來實現的，可將用定位螺釘定位的溢流檔板作徑向移動，從而改變液池的深度，這種調節方式需將離心機停車處理。

如果在某些情況下，改變速度對固相出料沒有明顯的影響時，就可以考慮調節液池深度來改變出料的狀態，通常情況下，這一方法較為有效，且簡單易于操作。需要特別注意的是，所有溢流擋板必須調整在相同的方位，否則將會導致不平衡。

３、轉速差：如原理圖所示，螺旋與轉鼓同心同向旋轉，但二者間有一個轉速差。若以ｎｂ表示轉鼓的轉速，以ｎｓ表示螺旋的轉速，△ ｎ 表示二者的差轉速，
    則△ｎ＝ｎｓ－ｎｂ
    我們已經知道，轉鼓的轉速快于螺旋，即 ｎｓ＞ ｎb，屬負差轉速，而轉速差的含義是差轉速與轉鼓轉速之比：
    轉差率 ａ＝（△ ｎ／ｎｂ）× １００％　
    回收裝置結晶分離追求的是固相的干燥度，采用此類負轉差率，有利于沉渣的輸送，并且可以減少由減速器傳送的功率。可通過改變轉鼓與螺旋的差轉速來實現負轉差率，即改變轉子上皮帶輪的尺寸來改變轉差率，此方法在生產實際中操作性也較強。
    另外，皮帶老化或皮帶松緊不均，也有可能導致轉速差發生變化而導致固相出料發生變化，這也是在分析離心機固相出料時要注意的一點。

４、螺旋輸送器：輸送器是一個主要部件，它的結構、材料和參數直接關系到離心機的分離效果、生產能力及使用壽命。螺旋輸送器主要由螺旋葉片、螺旋筒體、進料室組成。
    ①螺旋葉片：回收裝置的螺旋葉片為連續整體螺旋葉片，螺旋纏繞方向為右旋，葉片垂直于轉鼓母線，等螺距排列。由于螺旋葉片直接與固相沉渣接觸，固相沉渣與葉片有對運動，若葉片在日常的使用中發生磨損，磨損后輸送沉渣能力下降，使沉渣的濕含量增加。在日常的檢維修工作中，要注意加強對螺旋葉片的檢查，維修人員只注重各轉動部件的檢查而忽視螺旋葉片的情形也是時有發生的，若離心機螺旋有開焊、裂紋或嚴重磨損時，應及時進行補焊，螺旋推料面補焊處應打磨光滑，并對螺旋進行動平衡校正，補焊面積較大時，還需焊后作消除應力熱處理，操作難度較大，故在日常的使用時，著重加強對螺旋的保護就顯得更為重要。
    ②螺旋筒體：螺旋筒體也是錐－柱組合型，筒體內腔即為進料腔，在進料腔內有四個進料分配孔。
    ③進料位置：在生產中，加料點離溶液出口越近，很小的粒子越沒有機會沉積下來而隨離心液一起排出。溶液中的硫酸鈉晶體有時會比較細碎，廠家在生產離心機時重點考慮到這一點，將常規中設置在螺旋小端的加料點經過精密計算，設定在螺旋的柱體中部及后部，這就相當于將干燥區延長，固相料液所受離心分離的時間也相應延長，了固相出料的干燥度。我車間離心機出料孔位置是不可調節的，故不能通過調節出料位置或加料管來改善固相干燥度。
    ④工藝條件：離心機的生產能力取決于固、液相密度差及沉降區長度，固、液兩相密度差越相近，也就是進料的漿液粘度越大，則分離沉降就越難以進行。在實際的生產當中，工藝條件影響離心機分離效果的因素主要有三個：進料溫度、進料速率、異常工藝條件。
     ａ．進料溫度：漿液的溫度，可以直接影響母液的粘度，通常來說，溶液溫度越高，則粘度越低，固相上的液膜就越簿，細小粒子越容易沉降，毛細孔中所含液體越少，對于追求固相干燥度的離心機來說分離效果就會越好。
     ｂ．進料速率：有時，過大的進料量會導致不好的分離效果，主要是因為粒子在轉筒中的沉降時間不夠。達到離心機設計的分離條件的前提是：固相粒子沉降到轉鼓壁上時間必須小于顆粒在轉鼓內的停留時間，也就是說，必須待分離漿液在轉鼓內的有效停留時間，使得固相粒子有足夠的時間沉降出來。在我們的實際經驗中，一樣的物料，進料量為1m3/h 時，分離效果不好，但當進料量為0.5m3/h時，分離效果就非常理想，原因就在這里。
    ｃ．異常工藝條件：主要是指進料漿液中晶體含量不足或晶體不結晶而呈絮狀，這對離心機來說，得到理想的分離效果是非常困難的。回收裝置曾經經歷過一次這樣的事件，整個硫氰酸鈉系統中由于外部原因積聚了較多的甲酸鈉，造成硫酸鈉在硫氰酸鈉溶液中產生晶粒，加入晶種后仍呈現比較散碎的情況，離心機的任何一種參數調整對這種狀況都是無能為力的，加給離心機物料的物理特性與分離效果有著直接。
    對于較難分離的物料，一個好的辦法是經常對離心機進行清洗，用高于料液溫度的熱水或冷凝液來對離心機沖洗，可以替換較粘的母液，也能將堵塞在螺旋中較硬的固相出料置換出。正常時離心機每天清洗兩次，但是當生產異常尤其是料液較為異常而又無法停下離心機時，相對于離心機而言，根據需要隨時進行清洗也不失為一個好的處理方法。

由上述可見，離心機對回收裝置而言，是一臺非常重要的設備，在日常的使用維護中，有一些經驗還需進一步挖掘總結，相信對于勤奮而智慧的勞動者來說，離心機的分離效果應該能夠達到可以控制、易于調節的程度，大限度地發揮設備本身的技術優勢，更好地為生產服務。