论文氯化镁液体一步法制取轻质氧化镁工艺及设备.doc

氯化镁液体一步法制取轻质氧化镁工艺及设备张国臣（焦作市络德化工机械有限公司）摘要： MgCl2溶液在浓缩干燥一体机和化工分解炉的组合作用下，一步法完成高纯轻质氧化镁副产无水氯化钙的工艺过程。关键词：浓缩干燥一体机：化工分解炉：一、 引言 氧化镁在自然界大量存在于海水、盐湖水、地下盐矿等处，多以氯化镁水溶液形式存在。氯化镁水溶液中可以结晶出2、4、6、8、12个结晶水的水合物，其高水合物受热分解生成低水合物。在3.4116.7度温度范围内六水合物是稳定的。超过118度时失去结晶水，同时放出氯化氢气体，生成氧化镁。氯化镁不仅储量大，而且分布广泛，沿海各省市盐场副产大量卤水、海湾地区地下盐卤十分丰富，内陆盐湖及地下卤水也十分丰富。氯化镁本身不仅有广泛用途，也是制取氧化镁、轻质碳酸镁、氢氧化镁等系列产品的十分重要的原料。目前，以氯化镁为原料生产氧化镁的工艺方法多采用碳酸法、碳化法和碱式法，将氯化镁转化成碳酸镁或氢氧化镁，然后再煅烧生产氧化镁。本文主要介绍用氯化镁直接生产氧化镁的设备组合及工艺。二、 用氯化镁溶液直接生产氧化镁的原理及工艺 将精制氯化镁溶液浓缩干燥为碱式氯化镁，碱式氯化镁煅烧分解为氧化镁，放出氯化氢气体，经吸收为盐酸或直接转化为氯化钙等产品。 MgCl2H2O MgO + 2HCl2HCl + Ga(OH)2 GaCl2 + 2H2O 本工艺采用焦作市络德化工机械有限公司研发生产的浓缩干燥一体机将精制的低浓度氯化镁液体喷雾浓缩干燥为碱式氯化镁，然后直接进入化工分解炉，将碱式氯化镁分解为氧化镁，高温氯化氢气体用于干燥、浓缩氯化镁液体，经高压引风机排入高效吸收塔，吸收为氯化钙液体(也可吸收成盐酸作为成品直接市售)，再经络德公司喷雾煅烧得到成品无水氯化钙，完成整个工艺过程。氯化镁一步法生产轻质氧化镁工艺流程图高温关风机高效收粉器化工分解炉煅烧室高压泵浓缩塔高效冷却机干燥塔成品氧化镁高效收粉器连续关风机高压引风机高效吸收塔尾气排空高压泵氯化镁储罐可燃气体高压泵化工灰吸收后储罐过滤机过滤后储罐高压泵收粉器高温热源喷雾干燥塔成品无水氯化钙三 、浓缩干燥一体机和化工分解炉的原理及特点1、浓缩干燥一体机的的基本原理干燥浓缩一体机是高效浓缩、喷雾干燥、悬浮煅烧和流体力学原理的最新科学应用成果，可将多种化工工艺中的浓缩与干燥等集于一体，极大地缩短工艺流程、提高了产品质量、减少占地面积、提高设备利用率、改善工人劳动条件和操作环境、解决多种常规工艺的污染问题，是高效节能的化工模块集成设备。在化工工艺过程中浓缩、干燥是两个重要的环节。目前国内现有的浓缩装置根据被冷却介质的种类不同，可分为两大类蒸发器：(1)列管式蒸发器:可分为单效、双效、多效等，该装置是液体顺管道壁以以膜的形式下流，管道外壁是高温热源，通过冷热交换使液体中的水以蒸气形式脱除。(2)真空减压浓缩器:在负压条件下采用抽滤的方式将液体中的水以蒸气形式去除。上述两种蒸发形式都是被蒸发介质与容器直接接触进行热能交换，在物料蒸发的过程中由于液体升温，粒子运动加速，因离子具有极性首先会被吸附于容器器壁表面，不同的物料会形成不同的结垢现象，必然会影响传热效率，这种现象是目前蒸发装置不可克服的难题。干燥方法目前有多种形式：如喷雾干燥、流化床干燥、回转炉、箱式干燥器等。根据不同的物料采取不同的干燥方式。多种化工产品在合成时常会有几种物料并存，根据各种物料溶解度的不同进行物料分离和提纯，最后得到可溶性物料的浓度都非常低，由于极低的浓度造成干燥工艺采用多台浓缩蒸发装置串联使用，使设备占地面积大、工艺流程冗长、设备动力配置大、热能消耗高、容易造成设备跑冒滴漏、污染环境、工人操作环境差等问题。科学运用现有干燥技术，实现技术原理与产品特点的有机结合，是摆在化工干燥行业面前的一项重要课题。经过几年的实验和中试，我们在氯化钙领域基本实现预期科研目标，具备了规模化生产的能力和条件。其原理是：该装置主要采用液体雾化浓缩与雾化干燥，体积为13的溶液，若将其分散成直径为10m的球形液滴，分散后相比，表面积增大1290倍，从而大大增大了蒸发表面，缩短了浓缩与干燥时间。气液两项间传热介质的表面积大，液体颗粒在气流中高速分散呈悬浮状态，这样使气液两项间的传热传质表面积大大增加。由于采用较高气流速度，使得气液两项间的相对速度也较高，不仅使气液两项间具有较大的传热面积而且体积传热系数也较高，本煅烧系统的体积系数为2300-7000W/（m3.k），是回转炉干燥器的2030倍。2、浓缩干燥一体机的特点“干燥浓缩一体机”是集浓缩、结晶、分离、干燥、煅烧、除尘为一体的高效集约化设备。由于采用了喷雾浓缩可极大地提高设备产量、提高设备热利用率、降低生产成本、提高热能利用率。在无水氯化钙生产中节能达到57.6%。提高了产品质量：用于氯化镁液体生产氧化镁时，可使氧化镁的白度达到92以上，纯度达到98%以上。降低了生产成本。生产中产生的氯化镁溶液浓度很低，大约在25-30%，加工成碱式氯化镁产品需要蒸发70-75%的水分，浓缩和干燥分开做，能耗浪费较大，采用浓缩干燥一体机可使能量得到充分利用，生产能耗降低40%左右，直接降低了生产成本。设备易损件少，生产运行过程中维修率低，费用少。自动化程度显著提高，易于流水作业，实现规模化生产。3、化工分解炉的原理分解反应是化合反应的逆反应，它是指一种化合物在特点条件下分解成二种或两种以上较简单的单质或化合物的反应。目前常用的化工分解的方法有：内热式回转炉分、外热式回转炉箱式、隧道式等。这些方法都是静态或相对静态的装置，在分解物料的过程中存在不完全分解现象，产品质量不稳定、分解效率低、工艺流程长、劳动人员多、劳动强度大、环境卫生条件差。络德公司研制的化工分解炉是集气流、脉冲、流化床、旋转动态干燥、对撞流为一体的集约化装置。被分解物料在高速气流输送下，迅速分散并悬浮于气流中，在系统高压风机的作用下，被分解物料进入脉冲段，在脉冲段未分散的大颗粒物料被相互撞击成为自然晶体颗粒，在分散过程中物料迅速升温，被升温后的物料进入流化、旋转分解段，在分解段由于每个颗粒周围都是相同的气氛，根据化学实验理论得知，化学反应温度每升高10，化学反应速度将增加24倍。该装置可根据不同的物料采用不同的进料温度，提高物料分解速度，可在瞬间将物料分解。由于每个颗粒周围处于相同的气氛，所以分解后的物料性质单一、质量稳定、活性高、比表面大。分解后的尾气携带物料经高效收粉器、布袋除尘器得到成品。分解后的气体和热气在高压风机的作用下进入下道工序干燥、浓缩或吸收等。4、化工分解炉的特点：a、连续操作、瞬间分解、多温点、多压点监控，整个系统可实现自动化控制。B、气固混合充分，分解温度、时间可控，产品品质稳定。C、系统封闭，无环境污染，采用高效收粉，回收率高，连续化生产。d、分解尾气可配备冷却器、干燥器进行系统组合，有效利用热能。e、分解炉物料适应范围宽，物料粒度小于60目即可一步分解。f、被分解物料温度在3001200之间可调。四、工艺特点分析 1.本工艺采用先进的干燥煅烧设备将氯化镁溶液直接生产氧化镁，没有辅助原料投入，降低了生产原料成本。尾气氯化氢气体完全回收利用，没有废物排放，完全符合环保和循环经济的要求。2.节能降耗，经济效益明显。本工艺中碱式氯化镁的分解温度较高，在650750度，尾气为氯化氢气体，回收利用非常关键。本工艺采用化工分解炉和浓缩干燥一体机的完美结合，将煅烧的尾气用于氯化镁液体的干燥浓缩，保证能量分级利用，提高能量的利用率，合理回收盐酸，延长产业链条，实现企业利润最大化。3.设备选用先进节能设备，减少设备流程，连续生产，自动化程度高，降低劳动强度，生产人员少，产品质量优异。浓缩干燥一体机和化工分解炉在相关行业使用都有成功经验，节能效果十分显著。五、消耗定额分析以氯化镁含量为30%（重量）的溶液计算成本每吨氧化镁生联产无水氯化钙产装置的主要经济技术指标序号名称含量消耗定额单价元/T总价元/T制造成本:1氯化镁液体30%833345037502石灰石95%2630150394.55煤5500KCa8008006406电kwh2800.6584.57包装物100条1.5元608机械消耗59折旧16.3510工资(10人/班)5011福利412其它513合计5009.35销售销售收入:1轻质氧化镁1000900090002无水氯化钙277512503469合计12469六、结束语用氯化镁生产氧化镁的工艺方法，是较早的生产方法。但以前的方法工艺流程长，辅助原料用量大，生产中产生温室效应气体CO2 不利于环境保护。先进设备的问世，改变了传统工艺，缩短了工艺流程，极大地降低了生产成本，提高了产品质量(可使氧化镁的纯度达到99%以上)，为氧化镁的生产带来了新的机遇，将大大推动镁盐行业的发展。地址：河南省焦作市建设西路特教学校西邻电话真系人：张经理手机：1346247780