謝 濱，周文斌

(寧波鎮(zhèn)洋化工發(fā)展有限公司，浙江 寧波 315204)

氯化聚乙烯是高密度聚乙烯(HDPE)與氯氣通過(guò)取代反應(yīng)制得的一種改性高聚物，根據(jù)聚乙烯相對(duì)分子質(zhì)量及分布差異、氯化深度和氯化方法的不同，分為彈性體和塑性樹脂兩大類，產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐候性、耐臭氧、耐化學(xué)藥品及耐老化性能。氯化聚乙烯工業(yè)化生產(chǎn)通常采用水相懸浮法和酸相懸浮法，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家都采用水相懸浮法生產(chǎn)工藝。水相懸浮法生產(chǎn)過(guò)程中氯化產(chǎn)物含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～10%鹽酸的CPE物料需濾去鹽酸并用水洗滌，脫除殘余的鹽酸后進(jìn)入下一步工序，目前含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～10%鹽酸的CPE物料過(guò)濾洗滌采用釜式間歇洗滌和水平真空帶式過(guò)濾機(jī)[1-2]，釜式間歇洗滌存在鹽酸無(wú)法全部回收、洗滌水和污水量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高等缺點(diǎn)，而水平真空帶式過(guò)濾機(jī)存在設(shè)備體積較大、敞口操作酸霧大、污水量大、使用維護(hù)麻煩等缺點(diǎn)。

為解決目前水相懸浮法含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～10%鹽酸的CPE物料過(guò)濾洗滌存在的不足之處，特別是要求降低過(guò)濾洗滌后CPE物料中的鹽酸含量，本文針對(duì)含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5～10%鹽酸的CPE物料特性，參考其它工業(yè)項(xiàng)目中采用的臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)，設(shè)計(jì)制造了專用的臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)。該臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)具有過(guò)濾洗滌效率高、過(guò)濾洗滌后CPE物料的含濕率及鹽酸含量低等優(yōu)點(diǎn)，并且設(shè)備采用完全封閉的結(jié)構(gòu)，較好地解決了水平真空帶式過(guò)濾機(jī)敞口操作酸霧大的環(huán)保問題。

1 臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材質(zhì)選用

1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)是一種連續(xù)操作的過(guò)濾式離心機(jī)，由螺旋、轉(zhuǎn)鼓、濾網(wǎng)、差速系統(tǒng)、機(jī)殼、循環(huán)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、進(jìn)料管、洗滌液系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。該離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)鼓大端內(nèi)徑：450 mm；轉(zhuǎn)鼓錐角: 2×10°；轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速：2000 r/min；分離因數(shù)：1187；差轉(zhuǎn)速：5～40 r/min；擺線差速比：1∶43。

其工作原理：懸浮液從進(jìn)料管進(jìn)入螺旋內(nèi)腔，并通過(guò)螺旋小頭接近錐端底部的噴料口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在離心力場(chǎng)作用下料漿中的液相通過(guò)設(shè)置在轉(zhuǎn)壁上的篩網(wǎng)被分離出去，固相顆粒則被截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)；同時(shí)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的固相顆粒在離心力和螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的差速作用下從轉(zhuǎn)鼓小端向轉(zhuǎn)鼓大端運(yùn)動(dòng)，在此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于回轉(zhuǎn)直徑的加大，離心力得到快速遞增，固相從初始進(jìn)入時(shí)的高含濕量固相到排出轉(zhuǎn)鼓時(shí)達(dá)到低含濕量固相，從而實(shí)現(xiàn)固液相自動(dòng)、連續(xù)的分離。離心機(jī)和其他分離機(jī)械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，并具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)控制、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 離心機(jī)部件材質(zhì)選用

在水相懸浮法生產(chǎn)CPE過(guò)程中，高密度聚乙烯和氯氣反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生5%～10%左右的稀鹽酸，氯化反應(yīng)后的稀鹽酸和CPE混合物中含有20%～25%的CPE，因此臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)除了要求分離效率高、過(guò)濾后CPE含鹽酸量少外，還要求離心機(jī)具有良好的耐高溫鹽酸腐蝕性能。鹽酸是還原性強(qiáng)腐蝕性酸，目前金屬材料中只有一些貴金屬如鉭、鋯、鉑、金、銀等和少數(shù)合金如鎳鉬鐵合金(哈氏合金B(yǎng))和含鉬高硅鐵對(duì)鹽酸有良好耐蝕性。鉭、含鉬高硅鐵雖然耐酸腐蝕性能優(yōu)異，但機(jī)械、加工性能不良。非金屬材料中的合成橡膠和塑料對(duì)鹽酸也有良好耐蝕性[3]。普通離心機(jī)由于轉(zhuǎn)鼓、螺旋、濾網(wǎng)等主要零件可用碳鋼或不銹鋼制造，在酸性介質(zhì)中，設(shè)備容易腐蝕，使用壽命很短。

由于離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓和螺旋在運(yùn)行過(guò)程中高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)要求濾網(wǎng)與螺旋之間的間隙盡可能的小，降低分離后CPE顆粒的含酸量，因此要求轉(zhuǎn)鼓和螺旋加工和安裝精度要高。當(dāng)螺旋和濾網(wǎng)采用TA9(鈀質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量在0.18%～0.20%)制造，轉(zhuǎn)鼓采用不銹鋼襯四氟，離心機(jī)投入運(yùn)行后在半個(gè)月內(nèi)就出現(xiàn)濾網(wǎng)磨損破裂導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)使用。分析其主要原因?yàn)椋郝然敢簻囟绕x要求值(離心機(jī)要求氯化母液溫度小于70℃，鹽酸濃度小于10%wt，實(shí)際母液溫度可能高于70℃)、氯化母液中含有較硬塊料磨損濾網(wǎng)、濾網(wǎng)裝配間隙不均、轉(zhuǎn)鼓襯四氟厚度不均磨損濾網(wǎng)，濾網(wǎng)可能存在材料耐酸性能差、材料脆性大、焊接缺陷等導(dǎo)致濾網(wǎng)腐蝕和破損現(xiàn)象的發(fā)生。

針對(duì)上述出現(xiàn)的問題，在材質(zhì)的選擇方面，經(jīng)過(guò)反復(fù)選材發(fā)現(xiàn)鋯及鋯合金優(yōu)良的耐鹽酸材料，在沸點(diǎn)以下一切濃度和溫度的鹽酸中，不論酸中充氣與否，腐蝕率都很低，約在0.01 mm/年以下。因此轉(zhuǎn)鼓和濾網(wǎng)選用特殊的鋯合金材質(zhì)，而螺旋采用加工性能和耐酸腐蝕性能都較好的鈦合金(鈀質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量在0.25%～0.30%)，同時(shí)通過(guò)改進(jìn)濾網(wǎng)制備工藝和平整度、適當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓和螺旋間隙、提高濾網(wǎng)厚度和耐酸性能、把關(guān)濾網(wǎng)焊接質(zhì)量等措施加以解決。

2 生產(chǎn)應(yīng)用分析

2.1 過(guò)濾洗滌工藝流程

水相懸浮法生產(chǎn)氯化聚乙烯裝置的過(guò)濾洗滌采用臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)，其工藝流程為：① 來(lái)自氯化反應(yīng)釜的母液(液固比4～6∶1，液體含5%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸)用泵輸送進(jìn)入離心機(jī)螺旋內(nèi)腔；②離心分離出的5%～10%鹽酸溶液直接排至鹽酸儲(chǔ)罐用于其他裝置的氯化氫尾氣吸收；③轉(zhuǎn)鼓中的CPE顆粒經(jīng)熱水或后工序的堿水洗滌后排入下一工序的中和釜用碳酸鈣處理。

2.2 生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化

(1)螺旋差速的設(shè)定。差速越小,CPE顆粒在離心機(jī)內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，分離出來(lái)的CPE顆粒含水量相對(duì)低,但離心機(jī)的生產(chǎn)負(fù)荷降低；反之，差速越大，分離出來(lái)的CPE顆粒含水量增高,但離心機(jī)的生產(chǎn)負(fù)荷增高。根據(jù)裝置的生產(chǎn)負(fù)荷通過(guò)調(diào)試,調(diào)節(jié)差速30～35 r/min 可以分離得到含酸量小于30%的CPE顆粒,基本可滿足下一工序的生產(chǎn)要求。

(2)濾網(wǎng)孔徑的選擇。濾網(wǎng)孔徑太小，CPE顆粒易堵塞濾網(wǎng)孔道造成拉稀，CPE顆粒含酸量高；濾網(wǎng)孔徑太大，CPE顆粒含酸量相對(duì)較低,但分離得到的5%～10%鹽酸中含CPE細(xì)顆粒較多。對(duì)一般生產(chǎn)CPE135A裝置,根據(jù)原料高密度聚乙烯的粒徑分布，濾網(wǎng)孔徑為0.7～1.2 mm較合適。

(3)濾網(wǎng)與螺旋間隙的調(diào)整。根據(jù)濾網(wǎng)品質(zhì)和安裝情況的,通過(guò)螺旋推料器調(diào)整墊片,濾網(wǎng)與螺旋間隙為0.8 mm較合適。

2.3 與帶式過(guò)濾機(jī)運(yùn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)比公司現(xiàn)有的帶式過(guò)濾機(jī)和試運(yùn)行的臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)運(yùn)行工況，主要從脫酸洗滌效果、運(yùn)行效率、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、操作勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)保等幾方面進(jìn)行了比較分析，如表1所示。

表1 不同脫酸方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

從表1可看出，臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)與水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的噸CPE(干產(chǎn)品)脫酸運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)，但其脫酸效果、碳酸鈣和水耗、電耗、勞動(dòng)強(qiáng)度、產(chǎn)品品質(zhì)、環(huán)保等方面明顯優(yōu)于帶式過(guò)濾機(jī)。噸CPE(干產(chǎn)品)的消耗節(jié)水約5t水/tCPE(干產(chǎn)品)、節(jié)電約25 kWh /tCPE(干產(chǎn)品)，以年產(chǎn)20000tCPE計(jì)，每年可節(jié)約90萬(wàn)元，并減少了后處理水洗脫酸時(shí)間、減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、提升了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

3 結(jié)論

(1)臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)具有自動(dòng)化程度高，過(guò)濾速度快，過(guò)濾洗滌效果好等特點(diǎn)，其運(yùn)行主要指標(biāo)為：過(guò)濾洗滌后物料含酸量<30%，噸CPE(干產(chǎn)品)的消耗節(jié)水約5t水/tCPE(干產(chǎn)品)、節(jié)電約25 kWh /tCPE(干產(chǎn)品)。

(2)與水平真空帶式過(guò)濾機(jī)相比，臥式螺旋過(guò)濾離心機(jī)的進(jìn)料、脫酸都是在密閉空間工作，運(yùn)行時(shí)外泄的酸氣、酸霧較少，且無(wú)酸水滲漏情況，改善工作環(huán)境。