国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

大型石膏脫水反應(yīng)器的研制及其在高強(qiáng)度石膏制備過(guò)程中的應(yīng)用

2020-05-12 09:07:18王志芬李盈海
化工裝備技術(shù) 2020年2期
關(guān)鍵詞:二水蒸壓高強(qiáng)度

王志芬* 李盈海

(南京天華化學(xué)工程有限公司)

0 引言

工業(yè)副產(chǎn)石膏的回收利用與企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有較大關(guān)系。工業(yè)副產(chǎn)石膏主要包括檸檬酸副產(chǎn)的檸檬石膏,磷酸副產(chǎn)的磷石膏以及燃煤電廠煙氣脫硫得到的脫硫石膏等,其主要成分為CaSO4·2H2O,與天然二水石膏相近。隨著天然石膏資源日漸枯竭,工業(yè)副產(chǎn)石膏成為了重要的石膏資源[1-3]。

工業(yè)副產(chǎn)石膏可以代替日趨減少的天然石膏,主要用于水泥或者建材行業(yè)(如制備石膏粉、石膏制品、水泥緩凝劑、膠黏劑和自流平砂漿等)、陶瓷制造業(yè)、工藝美術(shù)業(yè)、精密鑄造業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)等。工業(yè)副產(chǎn)石膏應(yīng)用前除了需要進(jìn)行精制再加工以外,還需要脫除二水石膏中的自由水及部分結(jié)合水,從而用來(lái)制取高強(qiáng)度的α 半水石膏。

1 工藝設(shè)計(jì)

1.1 流程設(shè)計(jì)

在不同的加熱條件下,二水石膏可以轉(zhuǎn)化成α,β 等不同形態(tài)的半水石膏。在常壓加熱條件下生產(chǎn)得到的β 半水石膏強(qiáng)度較低,而在蒸汽加壓條件下加入一定的轉(zhuǎn)晶劑,可以得到強(qiáng)度很高的α 半水石膏。高強(qiáng)度α 石膏的力學(xué)性能較水泥等傳統(tǒng)建筑材料更好,其干壓強(qiáng)度可達(dá)50 MPa 以上,對(duì)比同等標(biāo)號(hào)的材料可知,石膏的抗折強(qiáng)度是水泥的兩倍[4-8]。

高強(qiáng)度α 石膏的脫水溫度為110~145 ℃,脫水過(guò)程能耗小,流程節(jié)能環(huán)保。高強(qiáng)度α 石膏的生產(chǎn)過(guò)程屬于物理轉(zhuǎn)晶過(guò)程,生產(chǎn)過(guò)程中只有少量水蒸氣排放,并沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

高強(qiáng)度α 半水石膏的蒸壓法(壓力蒸煮)工藝采用間歇式生產(chǎn)方式,其工藝流程可見(jiàn)圖1。常溫二水石膏與轉(zhuǎn)晶劑混合均勻后,通過(guò)反應(yīng)器上方的閥門被加入反應(yīng)器殼體內(nèi)部。在刮板和葉片的攪拌作用下,物料沿軸向和圓周方向運(yùn)動(dòng),與攪拌軸外壁、葉片外壁和殼體內(nèi)壁進(jìn)行接觸換熱,完成脫水反應(yīng)。攪拌軸、葉片和夾套內(nèi)部均可以通入蒸汽等換熱介質(zhì),對(duì)二水石膏進(jìn)行間接加熱。二水石膏在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過(guò)升溫、恒溫、排氣和降溫等過(guò)程,在轉(zhuǎn)晶劑的作用下在蒸汽環(huán)境下被蒸煮,生成所需的半水石膏產(chǎn)品。石膏品質(zhì)不同,生產(chǎn)時(shí)升溫和降溫的時(shí)間要求也不同。反應(yīng)結(jié)束后,先打開(kāi)尾氣管道上的閥門排氣泄壓,當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)部的壓力降至常壓后,再打開(kāi)反應(yīng)器底部的出料閥門,使物料進(jìn)入下游的設(shè)備。反應(yīng)過(guò)程中排出的尾氣應(yīng)先通過(guò)布袋除塵器除塵。經(jīng)引風(fēng)機(jī)排放。尾氣溫度較高且主要為水蒸氣,因此可以考慮回收尾氣中的熱量。

圖 1 工藝流程圖

1.2 工藝計(jì)算

1.2.1 二水石膏的分解熱量進(jìn)入反應(yīng)器的二水石膏不僅含有結(jié)晶水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%,下同),而且含有15%~20%左右的表面水。根據(jù)石膏的分解反應(yīng),可以計(jì)算出二水石膏分解為α 半水石膏的水合熱:

反應(yīng)過(guò)程所需的熱量Q 包括升溫階段所需的熱量Q1和恒溫階段所需的熱量Q2兩部分,每部分熱量均需計(jì)算表面水和結(jié)晶水蒸發(fā)所需要的熱量。

1.2.2 傳熱計(jì)算

飽和蒸汽冷凝放出的熱量經(jīng)過(guò)凝液層、污垢層、金屬壁面?zhèn)鬟f到濕物料表面,再由濕物料表面?zhèn)鞯轿锪蟽?nèi)部,完成濕分蒸發(fā)和結(jié)晶水脫除過(guò)程。整個(gè)傳熱過(guò)程的熱阻包括凝結(jié)熱阻、污垢熱阻、管壁熱阻以及物料的傳熱熱阻,具體如下式所示:

其中:K——反應(yīng)器的綜合傳熱系數(shù),W/(m2·℃);

αo——介質(zhì)對(duì)容器壁的傳熱系數(shù),W/(m2·℃);

λw——容器內(nèi)壁的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃);

λm——容器內(nèi)壁粘接層的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃);

δw——容器壁厚,m;

δm——內(nèi)壁粘接層的厚度,m;

αi——物料的傳熱系數(shù),W/(m·℃)。

反應(yīng)器所需換熱面積F 為:其中:Q——反應(yīng)過(guò)程需要的熱量,W; △Tm——對(duì)數(shù)傳熱溫差,℃。

對(duì)數(shù)傳熱溫差 △Tm可按下式計(jì)算:

其中:Ts——加熱蒸汽的溫度,℃;

Ti——物料入口溫度,℃;

To——物料出口溫度,℃。

1.3 選型設(shè)計(jì)

根據(jù)蒸壓法的工藝要求,反應(yīng)器的工作壓力為0.4~0.6 MPa,其殼體為壓力容器。結(jié)合目前的裝備技術(shù),決定先采用間歇的批次操作來(lái)滿足工藝對(duì)操作壓力和溫度的要求,后續(xù)再考慮連續(xù)操作的可行性。

面對(duì)堆積如山的工藝副產(chǎn)石膏,只有大型化的反應(yīng)器才能滿足處理要求。目前市場(chǎng)上主流的大型反應(yīng)器單臺(tái)容積只有10 m3左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足處理量的要求,因此設(shè)備的放大工作顯得至關(guān)重要。

根據(jù)每批次的處理量確定設(shè)備的全容積,選取合適的填充率,并初步確定殼體直徑和殼體長(zhǎng)度。攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np的計(jì)算公式為:

其中:P——攪拌功率,W;

ρ——物料密度,kg/m3;

N——攪拌轉(zhuǎn)速,r/s;

d——攪拌葉片外徑,m。

根據(jù)小型反應(yīng)器的功率、攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌葉片外徑進(jìn)行對(duì)比放大,可以獲得所需反應(yīng)器的攪拌功率,從而確定反應(yīng)器的規(guī)格。經(jīng)計(jì)算可知,單臺(tái)反應(yīng)器的直徑為 2 200 mm,容積約為30 m3。

2 設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

檸檬石膏反應(yīng)器為耙式反應(yīng)器,是一種間歇式熱傳導(dǎo)型設(shè)備。反應(yīng)器主體采用臥式結(jié)構(gòu),主要包括驅(qū)動(dòng)裝置、攪拌軸、殼體、端座等部分,詳見(jiàn)圖2。攪拌軸設(shè)置在殼體內(nèi),通過(guò)殼體端座上的軸承支撐。攪拌軸上設(shè)有若干葉片和刮刀,在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下攪拌物料。反應(yīng)器軸承和端座之間設(shè)置了特殊的軸封結(jié)構(gòu),以滿足蒸壓法生產(chǎn)工藝的壓力要求。

圖 2 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

耙式反應(yīng)器的殼體除了承受內(nèi)壓外,其外部還有加熱夾套,因此需要按照GB 150—2011《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算確定壁厚,文中不作敘述。

攪拌軸上的葉片是設(shè)備的主要加熱面,葉片內(nèi)部設(shè)置了與軸管聯(lián)通的流道,從而增強(qiáng)了換熱效果,滿足石膏脫除表面水和結(jié)晶水的熱量消耗要求。該葉片既能使物料均勻分散,又能防止物料在出料口等部位堆積。葉片的結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖3。

圖 3 葉片結(jié)構(gòu)示意圖

軸端密封是該設(shè)備的重要部件,其既要保證物料和蒸汽在軸端不會(huì)泄漏,又要防止密封磨損使物料被污染。因此反應(yīng)器專用密封結(jié)構(gòu)在常規(guī)填料密封的基礎(chǔ)上,增加了特殊的密封環(huán)和迷宮結(jié)構(gòu),可以有效防止填料污染物料,同時(shí)保證蒸煮過(guò)程的壓力要求。

反應(yīng)器的傳動(dòng)系統(tǒng)按照重載設(shè)計(jì),確保其機(jī)械功率和熱功率滿足設(shè)計(jì)要求。鏈條設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮重載情況下可能發(fā)生的脫鏈、滑齒和斷鏈等情況;減速機(jī)應(yīng)按照雙輸入軸來(lái)選型,設(shè)置輔助傳動(dòng)系統(tǒng),當(dāng)主電機(jī)故障時(shí)由輔助電機(jī)傳動(dòng),使攪拌軸保持低速轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 工業(yè)應(yīng)用

2007 年4 月,該大型耙式反應(yīng)器應(yīng)成功應(yīng)用于年產(chǎn)5 萬(wàn)t 檸檬石膏生產(chǎn)裝置中,設(shè)備密封性能良好,運(yùn)行平穩(wěn)。該反應(yīng)器能夠滿足恒溫和蒸壓的要求,反應(yīng)后半水石膏中表面水和結(jié)晶水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均到達(dá)工藝要求,其性能符合JG/T 2038—2010《α 型高強(qiáng)石膏》標(biāo)準(zhǔn)要求。

該反應(yīng)器在運(yùn)行過(guò)程中也暴露出了一些問(wèn)題。由于半水石膏脫水后黏性很大,容易板結(jié),對(duì)進(jìn)、出料閥門和反應(yīng)器的運(yùn)行產(chǎn)生了一定影響。黏結(jié)的物料使刮板產(chǎn)生了磨損,需要定期進(jìn)行更換。另外,閥板黏結(jié)物料后在受壓情況下容易產(chǎn)生泄漏,因此對(duì)閥門形式進(jìn)行了改進(jìn)。

4 結(jié)論

本文在理論計(jì)算和對(duì)比放大的基礎(chǔ)上研制了大型耙式反應(yīng)器,并將其應(yīng)用于年產(chǎn)量為5 萬(wàn)t 檸檬石膏生產(chǎn)裝置,采用蒸壓工藝制備了高強(qiáng)度的α 半水石膏。大型耙式反應(yīng)器是制取高強(qiáng)度α 石膏的關(guān)鍵設(shè)備,該設(shè)備可應(yīng)用于磷石膏和脫硫石膏等多種工業(yè)副產(chǎn)石膏的回收利用過(guò)程。

目前不少磷酸廠和電廠都存在副產(chǎn)石膏堆積、處理困難等問(wèn)題,對(duì)水體和環(huán)境造成了極大污染,企業(yè)亟需轉(zhuǎn)型升級(jí),開(kāi)創(chuàng)綠色發(fā)展道路。以工業(yè)副產(chǎn)石膏制取α 高強(qiáng)石膏,可以解除部分企業(yè)以渣定產(chǎn)的困境和其他工業(yè)副產(chǎn)石膏的堆放等問(wèn)題,使其真正變廢為寶,使企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

猜你喜歡
二水蒸壓高強(qiáng)度
新《蒸壓加氣混凝土砌塊》和《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研讀
蒸壓加氣混凝土砌體工程質(zhì)量技術(shù)分析
一臺(tái)蒸壓釜爆炸事故原因分析及思考
拿什么拯救自己——淺談高強(qiáng)度壓力下的自我調(diào)適
高強(qiáng)度汽車焊管用冷軋窄帶鋼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)實(shí)踐
山東冶金(2019年2期)2019-05-11 09:12:22
華菱湘鋼成功開(kāi)發(fā)80kg級(jí)高強(qiáng)度水電用鋼
上海金屬(2015年3期)2015-11-29 01:10:09
高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼與高強(qiáng)度鋁合金防護(hù)層的耐霉性研究
免蒸壓技術(shù)在PHC管樁中的試驗(yàn)研究
江蘇建材(2014年6期)2014-10-27 06:01:34
當(dāng)小偷碰上老太太
巴塘县| 望江县| 嘉兴市| 扶风县| 桐柏县| 四川省| 安阳县| 樟树市| 城固县| 庆云县| 和平区| 永清县| 大方县| 廊坊市| 阳高县| 襄樊市| 安庆市| 嘉鱼县| 外汇| 高雄市| 库尔勒市| 苏州市| 大同市| 察雅县| 壤塘县| 谷城县| 桦川县| 沾化县| 陵川县| 湘阴县| 方正县| 杭锦后旗| 黄陵县| 河南省| 宜良县| 封开县| 手游| 四子王旗| 静安区| 濮阳市| 南康市|