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采用兩級流化床生產的無水明礬的干燥工藝技術研究 |
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摘要 在明礬熱解化學動力學與熱平衡研究、試驗基礎上，采用雙級流化床新工藝技術生產無水明礬，提高明礬綜合利用技術水平和社會經濟效益。 關鍵詞 兩級 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（復鹽）的水合結晶體，是一種傳統的化工產品，主要應用于造紙、制藥、染料生產、食品加工等行業(yè)。脫水明礬在工農業(yè)生產和人民生活中有廣泛的用途。現有的無水明礬生產方法是將明礬在鋁板上用煤直接加熱，脫去結晶水后，經冷卻、粉碎而獲得產品，其工藝技術落后，消耗定額高、環(huán)境污染嚴重、經濟效益不顯著。因此，我們經過試驗研究，并經過溫州礬礦5000噸/年工業(yè)裝置考察，采用兩級流化床新工藝技術生產無水明礬，取得成功，提高了明礬綜合利用技術水平和社會經濟效益。 1、 明礬結晶水脫除技術基礎研究 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新工藝的應用研究基礎數據，并通過試驗室驗證，^后確定生產工藝。 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晶水中，140℃脫水峰值^大；170-300℃出現放熱峰，推測為脫水后的明礬伴隨著相變；在480℃和640℃出現小吸熱峰，推測為K2SO4·AI2（SO4）3產生結構位錯或晶格移動；^后出現的吸熱峰是分解反應，峰值溫度855℃?？梢?，明礬熱解過程是兩個相繼反應的過程，即脫水反應和分解反應。因此，在工業(yè)生產中加以控制，能夠保證無水明礬的產品質量。 1.2 化學動力學方程 根據Brido 理論，在熱重曲線（T-G）上分別求得明礬熱解過程兩個反應化學動力學參數見表1。 表1 明礬熱解過程化學動力學方程
R 氣體常數（8.314J/mol.C） y=1-x; T ^溫度（K）； t 反應時間（s）; X 明礬脫水率或分解率（%）； K 明礬脫水或分解反應速度常數 存在t=-lny/k關系，表示在一定溫度下，脫水（分解）達到了一定百分率所需要的時間。 明礬脫水和分解均屬一級化學動力反應。計算結果表明，若明礬脫水率達到95%，所 需溫度及相對應時間為：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，采用新的工藝技術及其設備裝置，只要能夠把明礬脫水所需熱量及時供應上去，并及時帶出明礬脫除的水，使明礬不再溶化在其結晶水中（產生發(fā)泡產品），經干燥就可以得到滿意的產品。 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，根據工程經驗，此時尾氣排放溫度>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，決定采用兩級流化床串聯的工藝，將其結晶水脫除分為兩級，（中溫段及高溫段）。后經過工業(yè)生產證明，^后排氣溫度為90℃。 細顆粒明礬（≤1.65mm,含表面水約1.2%）在20kg無水明礬/h流化床干燥機實驗裝置（床層溫度230℃左右，物料平均停留時間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力工況計算 2.1 無水明礬產量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 采用兩級流化床串聯，進風溫度350℃，第二級高溫流化床尾氣溫度200℃左右，引入第一級流化床，^后尾氣經凈化后溫度80℃左右，整機熱效率達65%—70%。表明采用流化床干燥設備生產無水明礬，工藝可行，產品質量穩(wěn)定。 2.3 干燥所需熱量 按熱平衡方法計算 Q=相變熱+水潛熱+水汽化熱+產品顯熱 =1410613.5KJ/h 式中明礬結晶水相變熱89.24KJ/KG;結晶水顯熱溫升120℃；水的比熱4.18KJ/KG℃；水的汽化熱2405.8KJ/KG；產品比熱1.255KJ/KG.℃。 2.4 干燥所需風量和供熱量 輸出熱量Q=風量W×體積比熱Cp×溫差△T 所需風量W=Q/（Cp×△T）=7808m³/h. 需供熱Q=197.55×10? KJ/H 3、 設備選型 3.1 燃煤熱風爐 WRF系列臥式燃煤熱風爐，集燃燒與換熱于一體，熱效率高、溫升快、安裝方便，輸出熱風溫度60—350℃，換熱管內設有強化傳熱的插件，熱性能穩(wěn)定。 年產5000t無水明礬需供熱量約為197.55×10? kj/h，輸出風量約7808m³/h，選擇WRF-90型高溫燃煤熱風可以滿足要求。 4、 經濟效益和社會效益分析 新工藝與現有工藝技術比較，具有以下優(yōu)點： （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,合計每噸無水明礬節(jié)約148.9元。按年產5000噸無水明礬，每噸無水明礬價格3300元計算，產值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，經濟效益明顯。 表2 流化床新工藝技術生產無水明礬經濟效益分析
全年節(jié)約（新增加利潤）74.48萬元 （2）改善了勞動條件，降低環(huán)境污染，減輕工人的勞動生產強度，提高全員勞動生產率，社會、環(huán)境效益顯著。 （3）提高了產品質量?，F有工藝技術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品質量。 （4）投資省、建設周期短、資金回收快。 （5）提高了明礬綜合利用的技術水平。 （6）為無機產品的中、高溫煅燒的新工藝提供了新的選擇。 參考文獻 1、 楊世銘《傳熱學》北京 高等教育出版社，1980 2、馮伯華等，《化學工程手冊》 北京 化學工業(yè)出版社，1989 常州科茂干燥設備有限公司 地址：江蘇省常州市武進區(qū)鄭陸鎮(zhèn)焦溪糧莊工業(yè)園區(qū) 聯系人：顧新中(總經理)/13961401388 銷售熱線：0519-88910230；88902383 傳真號碼：0519-88901800 售后服務熱線：13861278006 郵政編碼：213116 E_mail: km@kmdry.com Msn:km_dry@msn.com |
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