烧碱生产工艺中对振动喷流造粒技术的应用

[摘 要]随着技术的发展，化工生产工艺也不断进行更新换代。在烧碱生产中，传统的造粒技术正逐步被振动喷流造粒技术所取代，这是科技水平发展的结果，也是环境保护的现实需要。

[关键词]烧碱生产工艺；振动喷流造粒技术

中图分类号：TQ114.268 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）18-0379-01

振动喷流技术是一种新的造粒技术，广泛应用在烧碱生产。本文首先分析了应用振动喷流造粒技术的关键，接着进行实例分析，并对其特点进行了介绍。

1.应用振动喷流造粒的关键

滴流、平滑流、波状流和喷雾流是射流的四种状态。射流的状态取决于气体介质的流速，呈现滴流状态时，气体介质的流速最低，随着流速的增加以此呈现出平滑流、波状流和喷雾流的状态。滴流状态的射流会在小孔或喷嘴处形成液滴，表面张力不足以承载液滴重量后脱落。平滑流状态的射流在扰动的影响下会形成液滴，扰动频率的控制是关键，最小要大于表面张力使射流断裂，适当的扰动频率能形成均匀的液滴[1]。波状流或喷雾流状态的射流断裂形成的液滴分布在较大粒度范围内。

当流速U=1.91m/s，对射流施加不同频率的扰动，其断裂情况如图1所示。

由图1可知，当扰动频率为180、220Hz时，射流可以断裂成细小液滴，但并不均匀；当扰动频率为600、650 Hz时，射流断裂成的液滴出现了合并的现象；当扰动频率为250、300、350 Hz时，射流断裂成均匀的液滴，且每扰动一次产生一个液滴。说明扰动频率会影响液滴是否均匀，大小是否适中。

液滴直径D=[3Ud2/（2f）]1/3。

当扰动频率为300Hz，不同流速（0.71、0.87、1.91、2.30、2.87、3.03、3.22m/s）射流的断裂情况如图2所示。

由图2可知，当流速为0.71 m/s时，射流可以断裂成液滴，但液滴较大，且大小不一，不均匀；当流速为3.03、3.22 m/s时，射流断裂成的液滴会出现严重的合并现象；当流速为0.87、1.91、2.30、2.87 m/s时，射流断裂成的液滴较为均匀，且大小适中。说明流速能影响液滴是否均匀，大小是否适中。

从以上的论述中，我们可以得出这样的结论：烧碱生产应用振动喷流造粒技术的关键是熔融物料从喷嘴中喷射速度和扰动频率的控制，扰动频率可选择250、300、350 Hz，喷射速度可选择.87、1.91、2.30、2.87 m/s。扰动频率与喷射速度的最佳组合能使得液滴均匀，大小适中，确保其在下落的过程中结晶固化，进而形成球形颗粒[2]。

2.应用振动喷流造粒技术的实例分析

为了进一步论证振动喷流造粒技术在烧碱生产中的应用，本文建立了3 kt/a烧碱造粒工业实验装置。烧碱生产分为熔融碱输送、造粒塔和冷却包装，具体流程如下：碱液先储存在熔融碱液储槽中，然后由碱泵注入高位槽。在高位槽中，熔融碱液会被施加较大的氮气或干空气密封压力，经造粒分散装置形成均匀的液滴，并进入造粒塔。在造粒塔中，液滴状态的碱液会有一个下落的过程，在这个过程中，碱液会被寒冷干燥的逆流空气吹干，继而形成固体粒碱，并最终落入造粒塔下方的粒碱收集漏斗。在粒碱收集漏斗中，粒碱会经粒碱冷却器进一步冷却干燥，然后装袋包装[3]。

对粒碱的化学质量进行检验，发现振动喷流造粒技术并不会影响产品的质量。粒碱与片碱具有相同的化学成分，只有形状的差别。抽取样品，对样品的粒度分布进行统计，并制成表 1。

由表1可知，运用振动喷流造粒技术生产的粒碱粒度均匀，1.0-20mm间颗粒85.4%，2.0-2.5间颗粒11.4%，也就说绝大多数粒碱的粒径在1.0-2.5mm之间。

3.振动喷流造粒技术的特点

采用振动喷流技术，可对粒度进行调节，生产的粒碱粒度均匀，没有返料，无需人工分拣，可直接装袋包装。

采用振动喷流技术后，由于碱液成滴，可使用较大的孔径的喷孔，这样的好处是不易堵塞。且外加的横向震动也会防止熔融的碱液凝固在喷孔，使得喷孔更不易堵塞，能长时间的运行，减少了传统造粒工艺的定期维护的需要。

普通的喷淋造粒，液滴分布不均，颗粒大小不一，为了使较大颗粒的液滴有足够的时间冷却、固化，造粒塔通常建的非常高。在采用振动喷流技术后，液滴的分布均匀，颗粒大小适中，非常容易冷却、固化，造粒塔通不用太高。

采用传统的造粒工艺，喷头在造粒过程会产生大量的烧碱细粉，这些细粉不仅会污染工作环境，还会粘壁吸潮，进而腐蚀设备。产生的细粉也会导致产品损失。采用振动喷流技术后，喷头几乎不会产生细粉，很好地规避了上述问题，也大大减少了生产流程。

结束语

通过本文的论述，我们不难发现，振动喷流造粒技术具有工艺简单、可控性强、节能环保的优势，很好地解决了传统造粒技术粒度不均匀、流动性差、易产生细粉的问题，对生产企业经济效益的提升、生产工艺的更新换代意义重大，具有较高的应用价值。

参考文献

[1] Sakai T，Koshino N. Production of Uniform Droplets byLongitudinal Vibration of Audio Frequency[J]. J Chem Eng Japan，1980，13：267.

[2] Paul A Hass. Formation of Uniform Liquid Drops by Ap-plication of Vibration Larainar Jets[J]. Ind Eng Chem，1992，31：959-967.

[3] 陈松，康仕芳，等.振动喷射造粒工程中均匀液滴的形成[J].化学反应工程与工艺，1999，15（3）：295-300.