Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Обезвоживание мирабилита сушкой воздухом и дымовыми газами
Низкотемпературное обезвоживание мирабилита сушкой заключается в искусственном выветривании его воздухом при температурах ниже точки плавления мирабилита (32,4°) в полочных или барабанных сушилках. Процесс аналогичен естественному выветриванию. Интенсивность сушки в этих условиях очень низка, процесс идет медленно и требует применения аппаратуры с большими габаритами.
Низкотемпературная сушка мирабилита воздухом в полочных сушилках, осуществляемая периодически на сульфатном промысле на оз. Эбейты (при благоприятных климатических условиях, не требующих расхода топлива на подогрев воздуха), дает среднесуточный съем сульфата с 1 м2 сушильной площади всего 0,5 кг.
Применение вакуума при низкотемпературной сушке106 ускорило бы процесс, но не настолько, чтобы оправдать более высокую стоимость оборудования и повышенный расход энергии.
Низкотемпературную сушку мирабилита можно осуществлять также и дымовыми газами, разбавленными воздухом, например в Аппарате с движущейся лентой. Благодаря быстрому отводу влаги с мощным газовым потоком возможно вести процесс при температуре, на 10—12° превышающей температуру плавления мирабилита, т. е. при 45°ш. Интенсивность низкотемпературной сушки значительно повышается при осуществлении процесса во взвешенном слое. Все же при больших масштабах производства низкотемпературная сушка неприменима.
Высокотемпературная сушка
Для интенсивного обезвоживания мирабилита сушкой необходимо осуществлять процесс при температурах, значительно превышающих температуру плавления мирабилита. Для этого используются вращающиеся барабанные сушилки. Предотвращение схватывания и комкования за счет плавления достигается путем смешения поступающего на сушку мирабилита с обезвоженным сульфатом, выходящим из сушилки. Такой способ сушки называется ретурным (возвратным)—часть готового продукта циркулирует через сушило. Кроме того, для раздавливания комков и Сдирания материала, прилипшего к стенкам, внутри сушильного барабана помещают длинную цепь, только один конец которой закреплен 108-10э.
Технологическая схема процесса изображена на рис. 34. Смесь мирабилита с сульфатом, подаваемая в сушилку, имеет температуру около 30° и представляет собой зерна 1—2 мм или гранулы размером до I см. Количество оборотного сульфата натрия, добавляемого к мирабилиту, должно быть таким, чтобы в смеси, посту- -лающей на сушку, содержание воды не превышало 20—25%. При большем содержании воды материал сильно комкуется и налипает на стенки сушилки. Практически при содержании в мирабилите 5% гигроскопической влаги (общее содержание воды 58%) для получения смеси, содержащей 25% воды, соотношение между мирабилитом и оборотным сульфатом равняется 1 : 1,4. При этом в сушилку возвращается больше половины выгружаемого из нее сульфата. Это требует дополнительной затраты тепла на его нагревание до температуры сушки, так как сульфат натрия, имеющий при выходе из сушилки температуру около 120°, охлаждают до возврата в сушилку.
Дымовые газы поступают в сушилку с температурой 650—850°; температура уходящих газов 170—190°. Отходящий газ выносит из сушилки до 30% Na2S04 в виде пыли; для ее улавливания газ пропускают через пылеуловитель (циклон, батарейный циклон). Дымовые газы могут проходить через сушилку прямотоком или противотоком материалу. При прямоточном режиме обеспечивается большая скорость испарения воды в начальной стадии сушки, что препятствует прилипанию сульфата к поверхности футеровки сушильного барабана. Недостатками ретурного способа являются: 1) необходимость возврата в печь более половины получаемого сульфата, 2) в связи с этим низкая производительность сушила, 3) необходимость шихтовки материалов с предварительным охлаждением обезвоженного сульфата во избежание образования комков при смешении и 4) образование комкующегося и пылящего ■продукта, слеживающегося при хранении.
Ретурный способ сушки — один из наиболее громоздких, требующий большого расхода металла на сооружение сушилок и транспортных устройств и большого расхода энергии и топлива. На 1 т готового сульфата натрия расходуется до 250 кг условного топлива (7000 ккал/кг) и больше 40 квт~ч электрической энергии. При диаметре сушила 2,8 м и длине 14 м удельный влагосъем с 1 ж3 объема сушила составляет 35 кг/ч (при температуре входящих газов 850°, уходящих 180°).
На одном из заводов в США 89-108 применялся «трехстадийный» • способ обезвоживания мирабилита, состоящий из трех последовательных процессов: 1) плавления мирабилита во вращающейся печи (55°), 2) выпарки-сушки смеси плава и сульфата в трубчатой паровой сушилке (103°) с превращением этой смеси в твердый продукт, содержащий 27% воды, и 3) окончательной сушки в барабанной сушилке (140°), обогреваемой дымовыми газами. При такой схеме обезвоживания расход тепла меньше, чем при сушке с оборотным сульфатом. Кроме того, основная масса тепла, расходуемого при трехстадийном способе обезвоживания, получается за счет использования отработаннога пара низкого давления, т. е. обходится дешевле, чем тепло, получаемое при сжигании угля.
В Канаде на сульфатных предприятиях на оз. Чаплин (Саска - чеван) обезвоживание мирабилита осуществляют во вращающейся печи в комбинации с испарителем. Последний представляет собой камеру, в которой поступающий мирабилит плавится в токе горячих газов. У днища камеры расположен быстро вращающийся шнек с лопастями, разбрызгивающими сульфатную суспензию. При контакте с горячим газом брызги подсыхают и получается материал с влажностью —• 25%, который досушивается во вращающейся печи с небольшим ретуром110. Эти методы связаны с усложнением аппаратуры.
Безретурная высокотемпературная сушка мирабилита 111 в барабанной сушилке требует меньших расходов тепла и энергии на перемещение сульфата, чем сушка с ретуром. Сущность безретур - ного способа сушки заключается в обезвоживании мирабилита на подушке высушенного материала (толщина слоя которого зависит от диаметра барабана). Создание подушки достигается с помощью специального выгрузочного устройства. Влажный продукт забрасывается на эту подушку на расстояние 4—5 м при помощи питателя, состоящего из трефеля (дозатора) и метательной лопатки. Такой способ сушки широко используют в содовом производстве (для кальцинации бикарбоната)112. Процесс осуществляют в печах с внешним обогревом. Находящаяся внутри тяжелая цепь, закрепленная с одного конца, способствует разрушению комков и хорошему смешению свежих порций загружаемого материала и горячего высушенного продукта.
Опыт показал, что обезвоживание мирабилита в содовых печах с безретурным питанием не сопровождается обрастанием стенок печи сульфатной коркой. Продукт получается крупнокристаллический без комков с насыпным весом ~ 1,2 т/м3 и влажностью 0,05% и меньше.
С большей интенсивностью безретурное обезвоживание мирабилита осуществляется в сушильных барабанах с внутренним обогревом. В опытах по безретурному обезвоживанию мирабилита, проведенных в барабане длиной 7,62 м, диаметром 0,9 ж, установленном под углом 3°, делающим 2,5 об/мин и отапливаемом генераторным газом, влагосъем достигал 72 кг/(м3-ч). Это приблизительно в 3 раза больше влагосъема при безретурном обезвоживании мирабилита в сушилках с внешним обогревом и приблизительно в 2 раза больше влагосъема при ретурном обезвоживании в барабанных сушилках с внутренним обогревом.
Опытом безретурной сушки сульфата натрия с повышенной влажностью на стекольных заводах в барабанных печах с внутренним обогревом, отапливаемых генераторным газом, установлено, что если температура отходящих из печей газов не снижается
Ниже 150°, то налипание сульфата на стенку барабана не происходит. Сульфат на выходе из барабана имеет при этом температуру 90—100°. Все же периодически (каждые 1 — 1,5 ч) приходится очищать течку и приемную часть барабана от накопившихся отложений. Очистку производят ручным способом в течение 10— 12 мин. Суточная производительность печи диаметром 0,95 м и длиной 8,25 м, делающей 4—5' об/мин, при начальной влажности сульфата 35—40% и температуре поступающих газов 550—600° составляет 18—20 г сульфата с влажностью 1 —1,5% ш.
Одним из наиболее совершенных и экономически выгодных способов обезвоживания мирабилита является безретурная сушка во взвешенном слое в сушилках КС («кипящего слоя»)114-117. Такие сушилки с выносными мазутными топками работают на комбинате «Карабогазсульфат». При площади газораспределительной решетки 6 м2 производительность сушилки 6 т/ч обезвоженного сульфата. Температуры: в слое около 120°; входящего газа 750—800°, отходящего газа 100—110°. Решетки чугунные с диамет-' ром отверстий 6 мм и живым сечением 10%. При скорости газа в Слое 2—2,6 м/сек сопротивление слоя и решетки 550—600 мм вод. ст. Конечная влажность сульфата меньше 0,1%. Продукт почти целиком состоит из гранул с размерами от 0,25 до 2 мм (96%). Частиц с размерами меньше 0,25 мм всего ~0,3%. Около 20% материала выносится из сушилок газом, улавливается в циклоне и возвращается в бункер для мирабилита. С отходящим газом теряется — 2% продукта.
Перед подачей в сушилку КС мирабилит следует дробить на куски меньше 25 мм. Подачу его на «кипящий слой» рекомендуется осуществлять с помощью пневнозабрасывателя — наклонной течки с воздушной струей. При площади решетки 2—7 м2 высота слоя ~0,7 м, а высота сепарационной зоны аппарата должна состав-_ лять 4—7 м. Газораспределительная решетка может быть щелевой (из колосников). В верхней части аппарата должно поддерживаться разрежение 5—8 мм вод. ст., обеспечиваемое дымососом.
Энергетические затраты на обезвоживание мирабилита в аппаратах КС (как и другими способами) зависят от его начальной влажности. При начальном содержании воды 56%, температуре под решеткой 700° и температуре слоя 120° на 1 т продукта расходуется 140 кг мазута (с рабочей теплотворной способностью 9400 ккал/кг), 50 кет • ч электроэнергии, 4 м3 воды, 15—20 кг пара (на мазутную форсунку). При использовании в качестве топлива природного газа энергозатраты на обезвоживание мирабилита во взвешенном слое приблизительно такие же, как и при его плавлении с последующей выпаркой сульфатного раствора, но капитальные вложения меньше. По сравнению же с барабанными сушилками, работающими с ретуром, сушилки КС требуют на 25—30%
Меньше энергозатрат, в 5—7 раз меньше металла и в 2—3 раза меньше производственной площади.
Обезвоживание мирабилита в распылительных сушилках в потоке горячих газов было испытано в заводских условиях89118, но не нашло распространения. Для получения этим способом продукта с влажностью 0,1—0,5% температура газов в средней части камеры не должна быть ниже 250—300°. При более высокой температуре газов увеличивается интенсивность процесса, но при температуре, превышающей точку плавления сульфата, расплавленный сульфат проникает через кирпичные стенки камеры и инкрустирует их наружную поверхность.
Предложены разные видоизменения обезвоживания мирабилита с помощью распылительной сушки. Так, например, насыщенный раствор сульфата натрия можно выпаривать в распылительной сушилке не досуха, а получая текучую суспензию сульфата натрия, и после отделения кристаллов его маточный раствор возвращать в процесс"9. Можно высушивать также в распыленном состоянии и частично обезвоженный мирабилит с содержанием менее 30% воды, вводя его в сушилку через сопло. При такой влажности исходного материала не происходит его налипания на стенки сушилки т.
В СССР были проведены опыты по ретурному обезвоживанию мирабилита в пневматическом сушилке — вертикальной трубе в потоке горячих топочных газов (800—850е). Газы вводились в нижнюю часть трубы, несколько выше в нее подавали с помощью охлаждаемого водой сопла шихту из мирабилита и сульфата натрия в отношении 1 :2. Шихта высушивалась в потоке газов, перемещаясь со скоростью 10—20 м/Cerc, и собиралась в ловушке и частично (~10°/о) в циклоне121. Этот метод обезвоживания мирабилита также не использован в промышленности.