國產(chǎn)真空過濾機(jī)在PTA裝置中的應(yīng)用
0 前言
近年來隨著國產(chǎn)真空過濾機(jī)技術(shù)的日趨成熟,為PTA裝置運(yùn)用此項分離技術(shù)提供了技術(shù)保證,在2001年7月?lián)P子PTA裝置精制單元對常壓離心機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了重大改造,拆除了從1989年P(guān)TA裝置投產(chǎn)就運(yùn)行的5臺常壓離心機(jī),在原基礎(chǔ)上增設(shè)了國產(chǎn)真空過濾機(jī)系統(tǒng),并在當(dāng)年大檢修后正式投用,從2001年8月運(yùn)行至今,運(yùn)行情況良好,取得了預(yù)期效果。
1 常壓離心機(jī)改造
1. 1 常壓離心機(jī)的運(yùn)行狀況
原設(shè)計PTA裝置常壓離心機(jī)用于精制單元二級分離。PTA漿料經(jīng)過壓力離心機(jī)分離后用新鮮無離子水(WD I)配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的漿料。該漿料閃蒸后,壓力降到常壓,經(jīng)控制閥進(jìn)入供料罐,然后由供料泵把質(zhì)量分?jǐn)?shù)約39%的漿料送到常壓離心機(jī)(JM-402)進(jìn)行分離,其主要目的是將經(jīng)過一級分離的濾餅進(jìn)一步打漿洗滌,溶解濾餅中的雜質(zhì)(主要是PT酸) ,再通過離心分離得到合格的PTA產(chǎn)品。
常壓離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓經(jīng)長期高速運(yùn)行,設(shè)備磨損嚴(yán)重,故障率高。由于受到原設(shè)計轉(zhuǎn)鼓直徑較小的制約,單臺處理量小,產(chǎn)能低,雖然有5臺常壓離心機(jī),仍然不能滿足高負(fù)荷生產(chǎn)的需要。
1. 2 國產(chǎn)真空過濾機(jī)的應(yīng)用
1. 2. 1 分離原理
國產(chǎn)真空過濾機(jī)為轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī),其特點是把過濾、洗滌、吹干、卸料和清洗濾布等幾個階段的操作在轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)過程中完成,轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周,過濾機(jī)完成一個循環(huán)周期。過濾機(jī)是以真空為推動力,過濾時,真空過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒外為常壓,轉(zhuǎn)筒內(nèi)在真空泵的作用下產(chǎn)生一定的真空,濾液由轉(zhuǎn)筒隔層小孔通過,濾餅吸附在濾布上,從而達(dá)到固液分離。
國產(chǎn)真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,轉(zhuǎn)速范圍大,由于轉(zhuǎn)筒面積大,單臺處理能力大,能夠滿足PTA裝置高負(fù)荷生產(chǎn)的需要。
1. 2. 2 過濾數(shù)學(xué)模型
PTA裝置用的轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)的過濾屬于非一元過濾,對于非一元過濾,可以看成對一元過濾方程的過濾面積進(jìn)行修正后得到的。也就是說,只要引入有效面積的系數(shù),則非一元過濾就可以用一元過濾的方程來處理。
(1)根據(jù)達(dá)西(Darcy)過濾基本方程[ 1 ] :
式中: u 為瞬時過濾速度,m / s; V 為濾液體積,m3 ; A為過濾面積,m2 ; t為過濾時間, s;Δp為濾餅與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)降,即過濾壓差, Pa;μ為濾液黏度, Pa·s ;Rm 為過濾介質(zhì)阻力;m- 1 ; Rc 為濾餅阻力,m- 1。
(2)過濾面積A采用有效過濾面積Ae 代替,Ae =J11A。J 11為有效過濾面積系數(shù),可由試驗數(shù)據(jù)推得。
(3)過濾介質(zhì)阻力Rm 可以看作常數(shù)。根據(jù)試驗數(shù)據(jù),可以取Rm = 2 ×109 m- 1。
(4)濾餅阻力Rc =La。a為Lewis濾餅平均比阻(1 /m2 ) ,其中濾餅平均厚度:
式中: L 為濾餅平均厚度, m; ρs 為濾餅的真密度,kg / m3 ; m 為單位過濾介質(zhì)面積上的濾餅質(zhì)量,kg / m2 ; ε為濾餅的平均空隙率,m3 / m3。
濾餅平均比阻a與物性參數(shù)、操作參數(shù)和轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。a的計算可以根據(jù)經(jīng)驗表達(dá)式得出:
式中: Eu為歐拉準(zhǔn)數(shù); Re為雷諾準(zhǔn)數(shù); N c為相對濃度準(zhǔn)數(shù)。濾餅平均比阻的模型數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)間的偏差小于10%。
以上所得到的濾餅平均比阻a數(shù)據(jù)模型就是PTA裝置PTA單元所用國產(chǎn)轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)的過濾數(shù)學(xué)模型。
1. 2. 3 生產(chǎn)能力
根據(jù)達(dá)西(Darcy)過濾基本方程推導(dǎo)出轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)一元過濾方程式為:
式中:α為Ruth濾餅平均比阻,m /kg; C為獲取單位體積濾液而產(chǎn)生的濾餅質(zhì)量, kg/ m3。
由一元過濾方程推導(dǎo)而得的轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)的單位時間生產(chǎn)量W 計算式為:
式中:W 為單位時間生產(chǎn)量, kg/ s; Vf 為單位時間濾液體積量,m3 / s; n為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速, r /min;θ為轉(zhuǎn)鼓的浸液角,弧度。
通過將國產(chǎn)轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)代入上公式測算出的生產(chǎn)量能夠滿足PTA裝置年產(chǎn)72 萬t生產(chǎn)需要。
1. 2. 4 主要尺寸和工藝參數(shù)
轉(zhuǎn)鼓尺寸: D 1 700 mm ×L 1 800 mm,過濾面積近10 m2 ;轉(zhuǎn)速: 2. 4 ～6 r /min; 壓力: 50 ～65 kPa;PTA干料處理量Q ≥45 t/h (一開一備) ; w (H2O)≤12%;濾布更換周期不小于4個月。
2 常壓離心機(jī)改國產(chǎn)真空過濾機(jī)
根據(jù)PTA裝置的運(yùn)行情況,并參照國內(nèi)外新建PTA裝置的情況,用2臺國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)替代現(xiàn)有的5臺常壓離心機(jī),并增加與之相配套的設(shè)備,原裝置中除常壓離心機(jī)和2個螺旋輸送器外,其余的均留用。原有的公用工程和電量可以滿足要求。
工藝設(shè)計由揚(yáng)子設(shè)計院自行設(shè)計, 裝置改造施工前期作業(yè)采取邊生產(chǎn)邊施工的方案,并由化工廠原機(jī)修車間承擔(dān)主體施工任務(wù),實現(xiàn)了邊生產(chǎn)邊改造的最優(yōu)施工方案。
真空過濾機(jī)運(yùn)行方式是一開一備,也可2臺同時運(yùn)行, 2套真空系統(tǒng)可以互為備用,這種運(yùn)行方式保證了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。改造后的工藝流程圖見圖1。
從進(jìn)料緩沖罐JD2405來的漿料,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43. 8% ,溫度為100 ℃的漿料,注入27 ℃的脫離子水,使?jié){料冷卻到90 ℃,質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為37. 8% ,經(jīng)漿料泵JG2402A /B 和LV22412 送至過濾機(jī)進(jìn)料緩沖罐JD2415, 再經(jīng)G2415A /B /C 漿料泵, 由FV22404 /2405控制進(jìn)入旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)JM2402A /B,過濾后濾餅經(jīng)螺旋輸送器P2405A /B、JP2402A /B送入干燥系統(tǒng)。母液進(jìn)入母液罐JD2416A /B,再經(jīng)母液泵JG2416A /B送至原再循環(huán)溶劑罐JD2501,母液罐分離出的氣相組分經(jīng)過濾機(jī)氣相冷凝器JE2416A /B冷凝后輸入真空泵JC2402A /B,排出物送入密封液罐JD2417A /B進(jìn)行氣液分離,罐頂氣相經(jīng)補(bǔ)充低壓氮后送入旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)作反吹氣,以便卸下濾餅。液相出料分2 股,一股經(jīng)密封冷卻器JE2417A /B冷卻后作真空泵的密封液用,另一股進(jìn)入再循環(huán)溶劑罐JD2501。
3 改造后的效果
由于旋轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,除濾布定期更換外,其它可2 a一修,大大降低了檢修成本, 1 a可節(jié)約檢修費300萬元。
由于設(shè)備故障導(dǎo)致生產(chǎn)負(fù)荷降低, 1 a按多產(chǎn)PTA 5 000 t計,每t PTA利潤按300元計,可創(chuàng)利150萬元,兩項共可創(chuàng)利450萬元。另外,由于過濾機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,避免了該系統(tǒng)的停車或減負(fù)荷,保證了PTA裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行,間接經(jīng)濟(jì)效益尤為顯著。除經(jīng)濟(jì)效益外,社會效益同樣較大,更換過濾機(jī)后可大大減少跑、冒、滴、漏,減少了污染,保護(hù)了環(huán)境。
真空過濾機(jī)自2001年8月1日正式投入生產(chǎn)運(yùn)行至今,真空過濾機(jī)、真空泵等主要設(shè)備沒有因故障而檢修,運(yùn)行情況良好,電儀等系統(tǒng)控制平穩(wěn),工藝運(yùn)行狀況平穩(wěn),未出現(xiàn)因真空過濾機(jī)系統(tǒng)波動而造成生產(chǎn)負(fù)荷波動,有力地保證了精制單元高負(fù)荷運(yùn)行,實現(xiàn)了裝置重大改造一次投用成功。由于真空過濾機(jī)可再次通過噴淋洗滌除去產(chǎn)品中的PT酸,能有效降低PTA產(chǎn)品中的PT2酸,真空過濾機(jī)投用后, PTA產(chǎn)品中的PT酸含量得到了有效控制,不僅解決二線精制中PT2酸含量波動幅度大的難題,而且PT2酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的值也從139 ×10- 6降至130 ×10- 6。
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