导热油滚筒干燥聚合氯化铝新工艺的研究与应用.pdf

第 20 卷第 4 期 合 肥 工 业 大 学 学 报 (自然科学版 ) V 20 41997 年 8 月 F H V O F T Y A 1997导热油滚筒干燥聚合氯化铝新工艺的研究与应用周杰吴天星史成武蒯东山吴江(合肥工业大学 ) (合肥铁路净水剂厂 )摘要 介绍了自行研究开发的导热油滚筒干燥聚合氯化铝新工艺。该工艺具有系统运行压力低 , 操作安全性好 , 干燥滚筒使用寿命长 , 节约能源以及设备投资小等优点。生产的片状 的 A 含量为28% 31% , 盐基度 65% 85% , 饮用水处理加药量为 6 8kg k t 水 , 并具有优良的溶解性。关键词 净水剂 ; 混凝剂 ; 聚合氯化铝 ; 干燥工艺 ; 滚筒干燥机中图分类号 24. 42言聚合氯化铝 (简称 ) 属于无机阳离子型高分子混凝剂。由于净水效果优良 , 应用范围广泛 , 加上使用经济、方便 , 已成为我国应用最广 , 用量最大 , 综合技术经济指标最佳的净水剂产品。通常使用的商品 净水剂分为液体 和固体 两种类型。其中固体 具有质量稳定、运输经济、使用方便等特点 , 是商品 的主要发展方向。我国自 70 年代开始研制与应用 净水剂以来 , 已可采用多种原料和多种工艺方法进行生产。但迄今为止 , 国内外生产固体 的主要方法 , 大都是先生产出符合一定要求的液体 , 再通过适当的方式干燥 , 制得所需的固体产品。我国现行的干燥方法主要有两种 , 一是采用喷雾干燥塔进行喷雾干燥 ; 二是采用蒸汽滚筒干燥机进行薄膜干燥。其中喷雾干燥具有干燥速度快 , 操作方便 , 生产环境好等特点。制得的固体产品呈粉未状 , 使用时具有良好的分散性和溶解性。但喷雾干燥工艺设备投资大 , 运行费用高 , 故生产成本也相对高一些。因此 , 主要适合于生产规模较大 , 资金来源充足 , 且产品以出口为主的企业选用。1蒸汽滚筒干燥工艺及其不足蒸汽滚筒式干燥机干燥工艺主要是通过以蒸汽加热的滚筒式干燥设备来实现的 , 这种工艺的突出优点是干燥设备简单 , 投资少 , 生产费用低。已在众多中、小规模的内销产品a 收稿日期 : 1996211229生产厂得到广泛使用。但另一方面 , 这种工艺也存在许多不足之处。(1)热利用率不高。由于蒸汽间接加热属开放式加热系统 , 其疏水系统排出的热水和二次蒸汽的热能一般难以得到再利用 ; 加上疏水器漏汽现象的普遍存在 , 因此 , 蒸汽滚筒干燥工艺对热能的利用率难以提高。(2)带压运行 , 操作安全性差。由于该工艺中干燥滚筒内的加热蒸汽的压力一般需维持在 0. 5 0. 8M 右 , 因此 , 设备一直处于带压工作状态 , 一旦出现设备本身质量问题或操作使用不当等情况 , 容易造成安全事故。由于滚筒爆炸而造成设备毁坏和人员伤亡的事故已屡见不鲜。( 3) 滚筒使用寿命短。由于滚筒是在强腐蚀 (热盐酸 ) 和强磨损 (刮刀不停地磨损筒表 ) 的条件下运行 , 因此 , 对于常用材质 (如 16M 的滚筒 , 壁厚在使用过程中都会不断减薄。根据内压筒体的设计规范 , 在工作压力为 0. 6 0. 8M 条件下 , 5 1000右的静态筒体的完全壁厚约为 8考虑到滚筒为动态工作、滚筒壁厚在加工中形成的不均匀性以及筒壁的严重腐蚀等情况 , 则实际使用的安全壁厚需达 8 10句话说 ,当滚筒筒壁达到这一壁厚后 , 如不及时更换 , 则极易造成安全事故。为此 , 为了提高滚筒的使用寿命 , 目前生产加工的滚筒壁厚一般达 20右。但即便如此 , 滚筒壁厚的利用率也只有 50% 左右。这样既影响连续生产 , 也大大增加了设备费用所占的生产成本。(4)制得的片状 使用时 , 水中分散性和溶解性尚不及喷雾干燥的粉末状产品。对上述蒸汽滚筒干燥工艺的优缺点的产生原因进行分析后不难看出 , 该工艺之优点主要是滚筒设备结构简单 ; 而其不足之处则主要是由于采用了蒸汽加热方式而形成的。据此 , 为了充分发挥滚筒式干燥设备的优点 , 克服蒸汽加热带来的不足 , 我们结合 车间工艺设计的实际 , 研究开发出以导热油为加热载体的导热油滚筒干燥 新工艺及新装备 , 经过近两年的实际运行和完善 , 取得了明显的技术经济效果 , 经专家鉴定和查新检索属国内首创。2导热油滚筒干燥工艺我们设计的以导热油为加热载体的滚筒式干燥机干燥 的工艺流程如图 1 所示。在本工艺中 , 供热系统中的导热油始终为液相 , 蒸汽压几乎为零 , 故热载体本身不产生输送驱动力 , 而是依靠热油泵输送至导热油加热炉中 , 并在加热炉的炉管中边流动边被加热升温 , 然后流向滚筒干燥机。在滚筒式干燥机中 , 高温导热油边流动边释放出部分热量 , 以使滚筒表面 液膜干燥。最后 , 这些已被降温的低温导热油又被热油泵强制循环至加热炉中再次加热升温。如此反复循环 , 周而复始 , 不断实现着工艺的供热过程。在滚筒式干燥机的工作过程中 , 滚筒边受热边作缓慢转动 , 通过热筒壁与液体 物料的接触使筒表粘附一层液体薄膜。液膜内的水分则随着筒内高温导热油的间接加热作用而迅速汽化 , 物料也就从液膜变成了固体薄壳。再由刮刀将其从筒表及时刮下 ,便可得到片状的固体 产品。流程中设置的蒸汽发生器用以产生饱和水蒸汽 , 以满足液体 生产车间的用汽要求和其它用汽要求。401 合肥工业大学学报 (自然科学版 ) 1997 年第 20 卷 (4)图 1导热油滚筒干燥 工艺流程图1. 加热炉 2. 热油泵 3. 低位槽 4. 油泵 5. 膨胀槽 6. 蒸汽发生器 7. 滚筒干燥机与蒸汽加热干燥相比 , 本工艺所采用的导热油加热干燥显示出明显的技术经济优势 :(1) 本供热系统为闭式热循环系统 , 不存在载热体的流失与排出而造成的热损失 , 热利用率高 , 节能效果显著。经初步估算 , 二者相比节煤率可达 30% 以上。(2) 本供热系统中热载体 (导热油 ) 不汽化、不产生压力 , 仅依靠热油泵的强制循环传递热量。因此 , 整个系统均处于低压运行状态 , 其中热油泵出口处压力 (等于加热炉、干燥机以及管线三者流体阻力之和 ) 最大 , 也仅为 0. 25 0. 35M 而干燥机内的工作压力则在 0. 08M 下。这样 , 整个系统的压力等级低 , 不仅节省造价和维护费用 , 也最大限度地减少了工艺上的不安全因素。(3) 由于滚筒式干燥机几乎在常压下工作 , 因此 , 一方面干燥机筒体可按常压设备加工 , 并消除了生产使用中的不安全因素 ; 另一方面滚筒的安全使用壁厚可降至 2 3从而将使用寿命提高近 80%。(4)系统温度稳定 , 便于自动控制。(5)系统的辅助设备减少 , 如省去了软水处理设备和排污设施等。简化了工艺 , 节省了设备投资。3主要工艺设备在导热油滚筒干燥 工艺中 , 主要设备是导热油加热炉和热油滚筒式干燥机。其中导热油加热炉在我国已有专业厂家生产系列定型产品 , 因此工艺设计的主要任务是选型。导热油滚筒式干燥机尚属首次试制 , 是自行设计制造的。3. 1导热油加热炉的选型导热油加热炉的选型 , 包括燃料种类、燃烧装置型式和炉型结构的选择以及供热能力(又称额定出力 )的确定等内容。根据供热能力必须与热负荷 (包括管线与设备的热损失 )相平衡的原则 , 在本工艺中干燥系统所需的供热能力可按如下方法进行设计计算。设干燥机生产固体 的总能力为 G (kg h) ;液体 原料中 A 的含量为 C l ( % ) ;501第 4 期周杰等 : 导热油滚筒干燥聚合氯化铝新工艺的研究与应用固体 产品中 A 的含量为 C s (% ) ;液体 在室温至 100时的平均比热为 ) ;液体 的原料温度为 T 0 ( ) ;水的汽化潜热为 C (;干燥工艺系统的综合热效率为 G (% ) ;干燥机的有效热负荷为 q (h) ;导热油炉的供热能力为 Q (h)。则根据传热学原理可得q = G C 00 - T 0) G (C ) C (1)Q = 2)在本工艺中可取C l = 11 C s = 28 4. 187T 0 = 10 C= 2257 G= 80 代入式 (1)、 (2)得q = 0. 444G (104(3)Q = 17. 53G (104(4)式 (4) 给出了按照热油滚筒式干燥机的总生产能力确定导热油炉供热能力的简易计算关系。例如取总生产能力为 G = 2 00kg h 固体 (约年产 1000t) , 则由式 (4)可得导热油炉的供热能力应略大于 110 104h。3. 2热油滚筒式干燥机本工艺中自行设计制造的热油滚筒式干燥机的结构如图 2 所示。主要由驱动电机 , 减图 2热油滚筒式干燥结构示意图1. 出油口 2 滚筒 3. 刮刀 4. 料槽 5. 机架6. 轴承、轴承座 7. 齿轮 8. 进油口 9. 减速器 10. 联轴器 11. 电机速机构 , 干燥滚筒 , 机架 , 进、出油口 , 刮刀 , 液料槽等组成。与蒸汽滚筒式干燥机相比 , 热油滚筒式干燥机在设计与制造时 , 主要应注意如下几点 : 滚筒材料的选择与壁厚的确定 ;601 合肥工业大学学报 (自然科学版 ) 1997 年第 20 卷 (4)热交换结构的设计与加工 ; 进、出油口的设置与密封 ; 高温轴承的选择与使用。4固体 的主要技术指标与使用效果表 1 是根据热油滚筒干燥工艺制定的固体 的主要技术指标。其中氧化铝含量大于 28% , 一般实际含量为 29% 31%。这一含量是比较高的 , 不仅要比蒸汽滚筒干燥产品略高一筹 , 就是与喷雾干燥产品相比 , 也不相上下。 的盐基度指标为 60% 90% , 一般实际测定值为 65% 85% , 较为适中 , 能够较好地保证混凝效果。其它指标也都能够较好地满足国家饮用水标准规定的要求。表 1固体 主要技术指标外观 A 含量 (% ) 盐基度 (% ) 铁 % ) 硫酸盐 ( (% ) 水不溶物 (% ) 有害杂质淡黄色片状固体 28 60 90 1. 0 7 3 合格采用本工艺生产的固体 具有良好的除浊效果 , 多家饮用水厂的使用结果表明 ,根据源水的浊度不同 , 其投药量一般为每千吨水 6 8例 在某水厂对其所用的长江源水进行混凝搅拌试验。(1)原水水温 24 , 6. 9, 浊度 340。(2)混凝剂 : 固体聚合氯化铝 , 氧化铝含量 29. 8% , 盐基度 67%(3)试验条件 : 搅拌 10m 沉淀 10m 4)试验结果见表 2。表 2固体 混凝搅拌试验结果混凝剂浓度 (m g l) 2 4 6 8 10余浊度 280 80 13 5 3最佳投药量 (kg k t 水 ) 7由此可见 , 在原水浊度达 340 时 , 每千吨水投药量仅需 7可使净化水的余浊度达到国家饮用水标准规定的指标。本工艺生产的片状 呈多孔显微结构 , 其密度仅为蒸汽干燥产品的 50% 60% ,使用时极易在水中分散和溶解 , 使用厂家一致反映使用效果完全可与粉末状 媲美。5结论(1) 与蒸汽滚筒干燥工艺相比 , 热油滚筒干燥工艺具有系统运行压力低 , 操作安全性好 , 滚筒使用寿命长 , 节约能源以及设备投资减少等优点 , 能够较好地应用于 的干燥生产。(2)采用热油滚筒干燥工艺生产的片状固体 产品 , 氧化铝含量高 (28% 31% ) ,盐基度适中 (60% 90% ) , 除浊效果好 , 用于饮用水的最佳投药量为 6 8kg k t 水。(3)该工艺生产的片状 呈显微多孔结构 , 在水中的分散性和溶解性好 , 可达到粉末状 的使用效果。701第 4 期周杰等 : 导热油滚筒干燥聚合氯化铝新工艺的研究与应用参 考 文 献1李润生 . 碱式氯化铝 . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 19802马紫峰 . 聚合氯化铝干燥过程设计参数的最优化 . 无机盐工业 , 1993 (5) : 27 29 Y N F W 2 R W u T S h i u(H ua i D W u J o A n p of A C w o il is In p m as er p of er co st in T A C p p by p 28% 31% )p 65% 85% ) , so in w T A C is in in w 8kg kt w fo r po w w po p 周杰 出生于 1958 年 2 月学位 硕士职称 副教授主要研究方向 无机非金属材料主要成果及获奖情况 主持的课题“溶剂 2热风