催化劑稠化器
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1.概述
  催化劑稠化器(又名增稠器或浓缩器),是苯胺、TDI、MDI、BDO等很多化工原料生产流程中的主要设备之一,应用十分广泛。其主要功能是将昂贵的催化剂固态颗粒从苯胺等化工产品中分离出来,使其重新进入到反应釜中继续參与反应,催化劑稠化器设备输出不含催化剂固态颗粒的化工产品纯净液,其输出的纯净液含固量可达到0.001%以下。其过滤基理为一种新型的过滤形式,原理上接近于错流过滤和滤饼过滤的结合,属动态连续过滤范畴,原料进入催化劑稠化器后,一部分经过高精度的滤饼过滤后输出产品的纯净液,另一部分得到浓缩后的浓缩液需返回到生产环节中继续參与反应。
  本公司在充分消化吸收国外同类设备技术精华的基础上,自主创新开发出具有先进水平的新一代催化劑稠化器设备,本公司生产的催化劑稠化器一般采用下置防爆电动机驱动形式(也可根据客户需求生产上置防爆电动机驱动形式),电动机通过减速机直联带动设备主轴旋转,防爆电动机采用先进的变频调速系统进行无级调速控制。此项创新设计与传统的液压驱动方式相比具有传动效率高、噪声低、可靠性好、无故障运行时间及使用寿命长等众多优点,节能效果可达40%以上,噪音可控制到85分贝以下,符合国家噪音环保要求,主轴转速可与上位机DCS实现远程调节与控制。特制的机械密封冲洗隔离液泵站可对机械密封装置进行很好润滑与降温,使其工作在理想的工作工况下,能有效地延长机械密封装置的无故障运行周期,同时泵站对每个机械密封装置的冲洗隔离液系统进行单独的流量、压力和温度的实时监控,能在第一时间发现机械密封装置可能出现的问题并发出预警,使操作者能及时地发现和排除故障,防止问题扩大化,有效地降低运行风险和成本。另外本公司生产的稠化器设备可根据用户需求增加用清水冲洗滤盘的冲洗系统及其附属的脱盐水清洗管路系统。滤饼在长期过滤中逐渐增密,使进/出液之间的压差逐渐增大,当压差达到生产工艺要求上限时,可手动或自动通过变频调速系统增加设备主轴转速至130 rpm左右,巨大的离心力将滤盘上的滤饼甩出,从而降低进/出液的压差。当增加主轴转速进行甩盘操作仍不能有效降低滤盘压差时,可通过清水冲洗系统(选配)对设备内的滤盘进行清洗操作,此时可将脱盐水(或其它用于冲洗的液体)加压输送至滤盘中间的冲洗喷头上,对设备内的滤盘冲洗喷淋,达到不拆卸设备对滤盘进行清洗的目的,延长滤盘在不拆卸设备状态下的使用周期(如图五、图六所示)。
2.設備選型及主要技術參數
 

 

 

 

ZY-CHQ10 ZY-CHQ15 ZY-CHQ18 ZY-CHQ22 ZY-CHQ25 ZY-CHQ29 ZY-CHQ36
滤盘數量 10 15 18 22 25 29 36
过滤面积(M 2) 14.0 21.0 25.2 30.8 35.0 40.6 50.4
容器容积(M 3) 1.25 1.62 1.85 2.14 2.37 2.66 3.18
設計壓力(MPa) 2.0
設計溫度(℃) 190
主軸電機功率 
(KW)
15 22 22 30 30 30 37
主軸轉速(r/min) 10 ~ 140 
(變頻無級調速,變頻器客戶自備)
總功率(KW) 18 25 25 33 33 33 40
設備長度×寬度(M) 2.6×2.0
設備 
高度 
(M)
上置電機 4.50 5.35 5.15 5.90 6.10 6.36 6.85
下置電機 3.75 4.04 4.24 4.50 4.70 4.95 5.45
  客户可根据自己的实际情况和生产的工艺數据选用上述规格的催化劑稠化器设备,本公司还可根据客户具体需求设计生产其它特殊规格的催化劑稠化器设备。
3.設備構造及原理

  催化劑稠化器设备主要由耐压容器、滤盘、刮刀、集装式双端面机械密封、减速机、防爆电机、隔离液泵站、底架等组成。设备采用下置防爆电动机通过减速机直联传动的工作方式(如图一所示),

图一  下置電機(带PLC现场控制)稠化器结构图

也可根據用戶需求設計生産頂置電機通過減速機直聯傳動的工作方式(如圖二所示)。防爆電機將通過專用變頻器進行調速,使輸出轉速(主軸轉速)可以在10~140轉/分鍾之間任意無級調速,變頻器還可以預置電機的加速時間以均恒其負載,

 

图二  顶置电机稠化器结构图
避免産生大的沖擊。電機直聯傳動方式比液壓驅動方式具有傳動效率高、噪聲低、可靠性好、無故障運行時間長及使用壽命長等優點,並且更容易實現遠程調速功能。設備的核心部件濾盤爲本公司的拳頭産品(如圖三所示),

图三  催化劑稠化器滤盘

本公司的濾盤與美國PALL公司新型稠化器濾盤安裝尺寸一致,可以做到互換。另外,本公司的濾盤是在充分消化吸收國外産品技術精華的基礎上經過技術創新研制而成的具有自主知識産權精品,與國內同類産品相比具有平面平整度好、過濾效率高、使用壽命長等衆多優點,在國內同行業中具有領導地位,在國內的國産産品市場中占有率達90%以上。

  因容器內的工作介質爲苯胺等化工産品和催化劑固態顆粒的懸浮液,苯胺屬高度危害物質,不允許有任何泄漏,因此,在工作介質可能外泄的部位進行了精心的設計,傳動主軸的上端、中段和最下端均采用釜用集裝式雙端面機械密封裝置進行密封,機械密封裝置的兩個密封端面之間通入乙二醇溶液作爲密封隔離液,此隔離液的壓力將高于容器內工作壓力約0.1~0.15MPa,起封閉隔離容器內介質、冷卻和潤滑機械密封裝置的作用,爲使機械密封裝置工作在較好的工況下,提高其工作壽命,該隔離液泵站爲每個機械密封置提供潤滑、冷卻的隔離液,每個機械密封裝置的供液量不小于0.5M3/h,同時在線實時檢測每個機械密封裝置回液的溫度、流量和壓力值,當機械密封裝置工作異常時,其端面的摩擦使溫度異常升高,溫度檢測裝置可在第一時間發現其異常並發出報警,同時當機械密封裝置發生超出正常範圍的泄漏時,其流量和壓力值也將會發生變化,壓力和流量檢測裝置能在第一時間發現其異常並發出報警,使操作者能及時采取措施避免問題擴大化。同時爲了避免懸浮液介質的固態顆粒進入到機械密封裝置的密封端面,延長機械密封的使用壽命,在承壓容器與機械密封裝置之間設置了一個隔離腔,並在隔離腔內引入本設備輸出的純淨液(或脫鹽水等可與介質兼容的液體),並使這個返注液的壓力高于容器內壓力約0.05~0.10MPa。

  隔離液泵站的原理如圖四所示,爲提高工作可靠性,該泵站采用雙泵互爲備份形式,當一台不鏽鋼多級離心泵出現故障需要修理時,另一台泵可正常工作,不影響整套設備的正常運行。壓力調節閥6控制系統的最高工作壓力。隔離液分爲三路分別進入到三個雙端面機械密封中,

图四  隔离液泵站系统原理图

其每路的冲洗液流量和压力都可通过前后两个不锈钢截止阀10进行调节,当机械密封出现故障时,必然在压力和流量或温度參數中产生变化,监控这些參數的变化可第一时间对机械密封中出现的问题进行报警,以避免出现泄漏事故的发生。视液镜11可对隔离液进行清洁程度的观察,以观察机械密封的密封环是否出现不正常的磨损。液控单向阀7的作用是当设备停车时,封闭机械密封中的隔离液,不使其流出,并在蓄能器9的作用保持双端面机械密封装置内隔离液的压力,避免容器内介质发生任何可能的外漏。液控单向阀在正常工作时,通过控制路的压力使其打开,保证冲洗道路的畅通。回液过虑器15是过滤隔离液从机械密封中带出的杂质,保证冲洗液的清洁。散热器16是将冲洗液从机械密封中带出热量进行冷却,冷却水由防爆电磁阀17进行自动控制,当储液箱中温度高于45℃时,自动控制PLC系统将打开防爆电磁阀17进行冷却。这个隔离液泵站可根据用户要求选配防爆的现场PLC控制系统(如图一所示),由这个现场PLC控制系统实现对隔离液泵站及机封的工作情况进行实时监控及报警,同时将监控结果和报警记录通过RS485通讯传送至上位DCS系统, DCS系统可对现场PLC系统的各控制參數进行修改和设定。

  带自清洗系统的催化劑稠化器设备是在进料管组件旁边增加了一套清洗液进液管系统(如图五所示)。

图五  自清洗喷淋系统结构

當增加主軸轉速進行甩盤操作仍不能有效降低濾盤壓差時,可通過清水沖洗系統(選配)對設備內的濾盤進行清洗操作,此時可將脫鹽水(或其它用于沖洗的液體)加壓輸送至濾盤中間的沖洗噴頭上,對設備內的濾盤沖洗噴淋,達到不拆卸設備對濾盤進行清洗的目的,延長濾盤在不拆卸設備狀態下的使用周期。自清洗噴淋的外接管路系統可從本公司訂制,也可由用戶自行設計制造。

4.設備在化工生産系統中的流程控制

  催化劑稠化器设备在化工生产中的參考流程控制如图六所示。其中催化劑稠化器设备只包含主机(含主轴电机)及隔离液泵站部分,滤盘冲洗系统和现场PLC控制系统为选配件。变频器及其它管路及其控制系统由用户自行配置。

图六  參考生产流程图(稠化器部分)

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