|
采用兩級(jí)流化床生產(chǎn)的無水明礬的干燥工藝技術(shù)研究 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
摘要 在明礬熱解化學(xué)動(dòng)力學(xué)與熱平衡研究、試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用雙級(jí)流化床新工藝技術(shù)生產(chǎn)無水明礬，提高明礬綜合利用技術(shù)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞 兩級(jí) 明礬 流化床 干燥
THE REASER ON TWO-STAGE FLUID BED DRYING SYSTEM OF ALUMEN Wanghongyao Key words: Two-stage; Alumen; Fluid bed; Drying
明礬是硫酸鹽（復(fù)鹽）的水合結(jié)晶體，是一種傳統(tǒng)的化工產(chǎn)品，主要應(yīng)用于造紙、制藥、染料生產(chǎn)、食品加工等行業(yè)。脫水明礬在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中有廣泛的用途?，F(xiàn)有的無水明礬生產(chǎn)方法是將明礬在鋁板上用煤直接加熱，脫去結(jié)晶水后，經(jīng)冷卻、粉碎而獲得產(chǎn)品，其工藝技術(shù)落后，消耗定額高、環(huán)境污染嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)效益不顯著。因此，我們經(jīng)過試驗(yàn)研究，并經(jīng)過溫州礬礦5000噸/年工業(yè)裝置考察，采用兩級(jí)流化床新工藝技術(shù)生產(chǎn)無水明礬，取得成功，提高了明礬綜合利用技術(shù)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 1、 明礬結(jié)晶水脫除技術(shù)基礎(chǔ)研究 鉀明礬分子式為K2SO4·AI2(SO4)3·24H2O,分子量948.7，理論組成K2O9.93%，AI2O310.75%，SO333.78%,H2O45.54%,鉀明礬密度1.76g/cm³。 用差熱分析方法研究鉀明礬脫水、分解 ，取得采用流化床干燥機(jī)新工藝的應(yīng)用研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過試驗(yàn)室驗(yàn)證，^后確定生產(chǎn)工藝。 1.1 差熱分析表明，明礬于62.5℃開始脫水，92.5℃開始溶化在已脫除的結(jié)晶水中，140℃脫水峰值^大；170-300℃出現(xiàn)放熱峰，推測(cè)為脫水后的明礬伴隨著相變；在480℃和640℃出現(xiàn)小吸熱峰，推測(cè)為K2SO4·AI2（SO4）3產(chǎn)生結(jié)構(gòu)位錯(cuò)或晶格移動(dòng)；^后出現(xiàn)的吸熱峰是分解反應(yīng)，峰值溫度855℃?？梢?，明礬熱解過程是兩個(gè)相繼反應(yīng)的過程，即脫水反應(yīng)和分解反應(yīng)。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中加以控制，能夠保證無水明礬的產(chǎn)品質(zhì)量。 1.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程 根據(jù)Brido 理論，在熱重曲線（T-G）上分別求得明礬熱解過程兩個(gè)反應(yīng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表1。 表1 明礬熱解過程化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程
R 氣體常數(shù)（8.314J/mol.C） y=1-x; T ^溫度（K）； t 反應(yīng)時(shí)間（s）; X 明礬脫水率或分解率（%）； K 明礬脫水或分解反應(yīng)速度常數(shù) 存在t=-lny/k關(guān)系，表示在一定溫度下，脫水（分解）達(dá)到了一定百分率所需要的時(shí)間。 明礬脫水和分解均屬一級(jí)化學(xué)動(dòng)力反應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，若明礬脫水率達(dá)到95%，所 需溫度及相對(duì)應(yīng)時(shí)間為：100℃需1.11×10?S/150℃ 3.02×10³S/200℃ 7.94×10²S/250℃ 2.81×10²S/300℃ 1.16×10²S/400℃ 29.62S/500℃ 10.75S/而脫水溫度高達(dá)500℃，要使K2SO4·AI2（SO4）3分解1%，需要4.05×10? S（約1125h）。說明在300℃左右條件下，若明礬脫水率為95%，可以瞬間完成，而不發(fā)生明礬分解。因此，采用新的工藝技術(shù)及其設(shè)備裝置，只要能夠把明礬脫水所需熱量及時(shí)供應(yīng)上去，并及時(shí)帶出明礬脫除的水，使明礬不再溶化在其結(jié)晶水中（產(chǎn)生發(fā)泡產(chǎn)品），經(jīng)干燥就可以得到滿意的產(chǎn)品。 1.3 由差熱分析熱重曲線（T-G）表明：其理論上生成無水物的溫度為200℃左右，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)尾氣排放溫度>200℃，而且，其脫水過程明顯地分為兩段90℃及200℃，為了提高-熱效率，決定采用兩級(jí)流化床串聯(lián)的工藝，將其結(jié)晶水脫除分為兩級(jí)，（中溫段及高溫段）。后經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)證明，^后排氣溫度為90℃。 細(xì)顆粒明礬（≤1.65mm,含表面水約1.2%）在20kg無水明礬/h流化床干燥機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置（床層溫度230℃左右，物料平均停留時(shí)間5—10min）獲得無水明礬，其外觀白色、顆粒狀，含水量小于0.5%。 2、 5000噸/年脫水明礬熱量衡算及動(dòng)力工況計(jì)算 2.1 無水明礬產(chǎn)量700kg/h；明礬用量1285.2kg/h（1.83kg 明礬/kg無水明礬）；脫水量585.2kg/h(0.836kg 水/kg無水明礬)。 2.2 工業(yè)裝置工藝技術(shù) 采用兩級(jí)流化床串聯(lián)，進(jìn)風(fēng)溫度350℃，第二級(jí)高溫流化床尾氣溫度200℃左右，引入第一級(jí)流化床，^后尾氣經(jīng)凈化后溫度80℃左右，整機(jī)熱效率達(dá)65%—70%。表明采用流化床干燥設(shè)備生產(chǎn)無水明礬，工藝可行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 2.3 干燥所需熱量 按熱平衡方法計(jì)算 Q=相變熱+水潛熱+水汽化熱+產(chǎn)品顯熱 =1410613.5KJ/h 式中明礬結(jié)晶水相變熱89.24KJ/KG;結(jié)晶水顯熱溫升120℃；水的比熱4.18KJ/KG℃；水的汽化熱2405.8KJ/KG；產(chǎn)品比熱1.255KJ/KG.℃。 2.4 干燥所需風(fēng)量和供熱量 輸出熱量Q=風(fēng)量W×體積比熱Cp×溫差△T 所需風(fēng)量W=Q/（Cp×△T）=7808m³/h. 需供熱Q=197.55×10? KJ/H 3、 設(shè)備選型 3.1 燃煤熱風(fēng)爐 WRF系列臥式燃煤熱風(fēng)爐，集燃燒與換熱于一體，熱效率高、溫升快、安裝方便，輸出熱風(fēng)溫度60—350℃，換熱管內(nèi)設(shè)有強(qiáng)化傳熱的插件，熱性能穩(wěn)定。 年產(chǎn)5000t無水明礬需供熱量約為197.55×10? kj/h，輸出風(fēng)量約7808m³/h，選擇WRF-90型高溫燃煤熱風(fēng)可以滿足要求。 4、 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析 新工藝與現(xiàn)有工藝技術(shù)比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）降低原料、能源消耗。按每噸無水明礬，節(jié)約明礬40kg、煤350kg、電增加36Kw·h,合計(jì)每噸無水明礬節(jié)約148.9元。按年產(chǎn)5000噸無水明礬，每噸無水明礬價(jià)格3300元計(jì)算，產(chǎn)值660萬元，全年節(jié)約即新增加利潤74.45萬元（表2）。原料、能源成本每噸無水明礬從2506.5元下降到2357.6元，提高了資源、能源的利用率，經(jīng)濟(jì)效益明顯。 表2 流化床新工藝技術(shù)生產(chǎn)無水明礬經(jīng)濟(jì)效益分析
全年節(jié)約（新增加利潤）74.48萬元 （2）改善了勞動(dòng)條件，降低環(huán)境污染，減輕工人的勞動(dòng)生產(chǎn)強(qiáng)度，提高全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，社會(huì)、環(huán)境效益顯著。 （3）提高了產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)有工藝技術(shù)用煤燃燒直接加熱使明礬脫水、煤的粉末容易落在無水明礬上，而且脫水明礬呈膏狀、粘性大、脫水不均等因素都影響產(chǎn)品質(zhì)量。 （4）投資省、建設(shè)周期短、資金回收快。 （5）提高了明礬綜合利用的技術(shù)水平。 （6）為無機(jī)產(chǎn)品的中、高溫煅燒的新工藝提供了新的選擇。 參考文獻(xiàn) 1、 楊世銘《傳熱學(xué)》北京 高等教育出版社，1980 2、馮伯華等，《化學(xué)工程手冊(cè)》 北京 化學(xué)工業(yè)出版社，1989 常州科茂干燥設(shè)備有限公司 地址：江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)鄭陸鎮(zhèn)焦溪糧莊工業(yè)園區(qū) 聯(lián)系人：顧新中(總經(jīng)理)/13961401388 銷售熱線：0519-88910230；88902383 傳真號(hào)碼：0519-88901800 售后服務(wù)熱線：13861278006 郵政編碼：213116 E_mail: [email protected] |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
