沉降离心机分离沉淀硫酸钡脱水机试验研究

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沉降离心机分离沉淀硫酸钡脱水机试验研究
我国生产硫酸钡的厂家目前大都采用所谓的“黑灰法”,即用芒硝和硫化钡水溶液通过均相沉淀生产沉
淀硫酸钡,同时副产硫化碱。其中在过滤分离工
序,目前在硫酸钡行业中对此工序采用真空叶片机或厢式压滤机来分离硫酸钡的工艺[2],此工艺在
实际使用过程中存在许多缺点:①分离设备结构复杂,占地面积大;②副产物硫化钠回收率差;③叶片机
分离时形成的滤饼不均匀,易出现沟流现象,导致过滤、洗涤周期长,软水消耗量大。虽然厢式过滤机分
离时形成滤饼均匀,但在洗涤时,洗涤水易发生短路,并且头、尾板受其结构的限制洗涤不充分。鉴于上
述原因,拟用卧式沉降离心机代替真空过滤机或厢式压滤机的工艺来过滤分离沉淀硫酸钡。
1卧式沉降离心机的工作原理
卧式沉降离心机主要是由机座、机壳、转鼓、螺旋推料器、差速器、电控柜等组成(图1),它的工作
原理是:当要分离的悬浮液进入离心机转鼓后,高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相
颗粒沉降到转鼓内壁,由于螺旋和转鼓的相对转速不同,二者存在有相对运动(即转速差),利用螺旋和转
鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推向转鼓小端出口处排出,分离后的清液从离心机另一端排出[3]。
我们采用卧式沉降离心机的主要参数:
转鼓直径:Φ420mm转鼓有效长度:1680mm
转鼓形式:圆柱-圆锥形转鼓锥角:2×8°
转鼓最高转速:3600r/min电机功率:22kW
2试验过程
卧式沉降离心机工艺参数优化包括它的转速、溢流直径、差转速等各方面因素,就生产工艺而言,侧
重于分离后硫化钠碱水的澄清度,即减少碱液中带有硫酸钡颗粒,因此我们对卧式沉降离心机的参数优化,
主要从分离出硫化钠碱水中含硫酸钡的百分数来考察。我
们结合实际选择确定考察的因素是:转速、溢流直径、差
转速,指标为满足生产要求的分离液澄清度和钡渣含湿量。根据我们小试和有关理论数据,确定各个因素
变化范围为:转速3000~3600r/min;溢流直径34~138mm;差转速30~50r/
min,每个因素取三个水平:转速3000、3200、3600r/min;溢流直径134、13
6、38cm;差转速30、40、50r/min。由于试验是3因素3水平,故可选正交表L9(3
4),做成试验方案。
根据上面的实验方案和按照图2的试验流程图,我们不断地调整卧式沉降离心机的转速、溢流直径和
差转速,在不同的工况下对化合完成液进行分离,在离心机出渣口和排液口分别取不同的样品。将从排液
口取得样品经万分之一级天平称重后,再用快速定量滤纸过滤滤液,滤纸连同滤出的固体和经万分之一级
天平称重后的从出渣口取得钡渣样品一起放入烘箱内,烘干温度保持在105℃,经1.5小时烘干后,
用万分之一级精密天平称重后,再放入烘箱中继续烘干,每隔0.5小时取出称重,直至恒重(二次称重
之差小于2mg),共作9次试验。
3试验结果与数据分析
按照GB10901—89的分析方法进行数据处理,实验的指标为钡渣出口钡饼含钡量(%)和排
液口碱水含钡量(%)。试验结果记录如表1。
从上表我们可以看出第6号试验条件A2B3C1的结果是最佳条件,即转速为3200r/min,
溢流半径为138mm,差转速为30r/min,在这三个水平下综合评分最高。
它是否为最好的搭配呢?我们通过计算各个因素在各个水平下的综合评分的平均值,找出该因素使综
合评分最高的水平来。从表1的计算结果可以看出,转速的综合评分和的平均值k3=76.7最高,相
应的转速为3600转/分;溢流直径以R=138mm为宜,而在三种差转速中以n=30r/min
时综合评分和的平均值最高。把这三个因素的最好水平组合起来,就得到了一个好的卧式沉降离心机的参
数,即A3B3C1。
但是这三个因素中哪个是主要的,哪个中次要的呢?我们通过计算各个因素的极差,利用极差的大小
来衡量因素对综合评分的影响。从表1中我们可以看出极差值最大为41.7,其次为28.4和10,
因此影响卧式沉降离心机处理效果的主要因素是溢流直径,其次为转鼓的转速和差转速。
由于主要因素的水平的变化对综合评分的影响较大,所以我们必须控制它在最好的水平上。而根据上
述的分析结果我们认为溢流半径为138mm,转速为3000r/min,差转速为30r/min是
最好的搭配,即A1B3C1。
由于方案A3B3C1和A1B3C1它并不在作过的9个试验中,因此我们必须与试验中的最佳试
验作对比,才能得出结论。试验对比结果
如表2。
从试验结果看出当采用A1B3C1试验条件来处理悬浮液的效果不如用A3B3C1、A2B3C
1试验条件来处理悬浮液的效果好,但是差别不大,并且卧式沉降离心机转鼓转速的提高,使机器的功耗
和磨损增加,寿命缩短。
4结论
卧式沉降离心机的工艺参数最佳结果是:转速3000r/min、溢流直径R=138mm、差转
速30r/min,在这种条件下,经过卧式沉降离心机分离后的硫化钠水溶液浓度为4.46%~5.3%,
硫酸钡钡饼含硫化钠碱液量为22%~25%,碱液回收率为>95%。
该设备用于沉淀硫酸钡生产中固液分离,完全能够满足工艺要求,对于保证产品质量,降低成本以及
治理“三废”、节约能源,都具有明显经济和社会效益,值得在沉淀硫酸钡行业推广使用。