喷雾干燥聚合氯化铝工艺
1.离心喷雾千燥工艺
为了便于储存和长途运输，聚合氯化铝往往需经干燥制成固体。目前干燥工艺的发展重点集中于喷雾干燥。相对于传统的刮刀滚筒式干燥，喷雾干燥有诸多优点：能使干燥的速度大大加快，热能利用效率大大提高;有效解决了热敏性物料因受热不均而变性的问題;无滚筒在使用中因筒壁腐蚀变薄易发生爆炸的危险，安全性增强;产品水溶性好，因受热均勾，药效保持好;整个系统封闭运行，避免了干燥过程中因HCL气体挥发造成的环境污染。
喷雾干燥有离心喷雾和压力喷雾之分，两者在工作原理上有很多一致的地方，本文中将着重介绍离心喷雾干燥。干燥过程采用的加热介质和方式很多。目前国内有代表性的方式之一是采用清洁的热空气与料液雾滴直接接触，使料液雾滴在下落过程中快速蒸出水分而获得合格的固体产品。
经过滤、热交换的清洁热空气切线进入主干燥塔上部。料液由主塔顶部的中央进入，经过高速旋转(15000 r/ min)的喷头分散成极其细小的液滴，与热空气直接、充分接触。液滴在下落过程中，经过很短的行程，所含水分迅速蒸出，落至锥形底部即成为合格产品。塔内维持负压，有少部分固体粉尘被吸出进入旋风分离器，利用离心沉降原理从气流中分出固体颗粒，进入集料桶定期收集包装。离心分离器中间的上升气携带蒸出的HCL气、水蒸气和微量固体粉尘进入湿式除尘系统，被水淋湿吸收后，循环进入液体物料生产过程中。剩余的微量HCL气体和水蒸气高空排放。
在保证较高生产效率的同时，此系统实现了热能的高效利用，干燥过程中不破坏产品质量，因此具有多方面的优势。在该工艺中可选择使用成熟的专利设备。但选用特定的设备后，应在生产过程中研究、摸索工艺操作参数，保证系统在较为理想的区间内运行，这对达到设计目标非常必要，对节能、降耗 意义重大。
2.塔壁粘附、湿式除尘及排风夹带的物料损失
干燥是物理过程，对有效成分进行物料衡算时，理论上Al2O3应该100%转移到固体中去，但实际并非如此。提高干燥过程中物料的收率能有效降低成本。
下面是某段时间内干燥系统运行情况的记录和 核算。
(1)计时时间：5 h。
(2)固体产品产量：2.925t; Al2O3平均含量：29.50%。
折算成AL2O3量：2.925X29.50 %=867.875(kg)
(3)液体物料用量：6.3248 t; AL2O3含量：14.15 %;相对密度1.340。
折算成AL203量：6.3248X14.15%=894.959 (kg).
(4)喷淋塔水洗吸收。
计时前水量：1.3215t;Al2O3含量：0.52%
计时终水量：0.8150t;Al2O3含量：1.50%
洗水吸收中损失：815 X1.5%- 1321.5x0.52%=2.228 (kg)。
(5) 计算。
①Al2O3收率：(867.875/894.959)x100% = 96.42 %。
②洗水吸收中损失率：(2.228/894.959)x100% =0.25 %
③塔壁粘附排风夹带：1-96.42%-0.248% =3.33%。
实际上，液体物料在干燥成固体的过程中，总有一小部分的物料损失，常发现塔壁和风管壁上粘附有物料，时间一长，这些粘附物料落下成为产品中的不溶物颗粒，影响产品质量。这一部分损失按3%损失率计，按5000t/a的产量规模，则每年损失将超过100t，损失数量惊人。大部分的损失物料粘附在塔、风管壁上和风机叶轮上，使塔壁、风管壁被腐蚀变薄穿孔和风机叶轮失衡，导致设备损坏，严重影响设备寿命，且停车时有发生。另外，所有损失的物料经过干燥又变为废品，一定程度上加重了热能浪费。可见优化工艺参数组合，提高收率，非常必要。
针对不同的情况，采取以下措施，能降低物料损失，提高收率：
(1)保证空气锤振打力度，调整振打间隔时间，检查出料情况，尽量防止塔壁粘料集结;
(2)旋风分离器的尺寸科学，严禁敲打变形，保证工作效能;集料桶及时出料，防止被上升气抽走;
(3)调整塔内真空度，一定的负压有利于水分的气化和操作顺利，但真空度不宜太高，应以不吹料为好;
(4)喷淋塔水位不可过高，以防水被抽入风管造成腐蚀，并经常换水保证吸收效率;
(5)根据料液的浓度调节雾化器喷射角及转速，使喷射半径略小于塔体半径。
定期测算收率，可以绘出各种因素对收率的影响曲线，找出最佳工艺参数，保证干燥过程的高收率，但对不同料液，需作相应的调整。以下是2002年3月测算的最佳参数组合：
3.系统的热能
在不破坏产品物性的前提下，为提高生产效率，进风温度一般设定较高。当风门开度一定时，进风量也是固定的，这样进入塔内的热量基本是一定的。这些热量分为3部分：大部分热量(Q1)用于加热物料和水分气化，相当一部分热量(Q2)被出风带走高空排放，小部分热量(Q3)散失于周围环境中。我们希望增大Q1,减小Q2,Q3。因主塔包褒有保溫棉， Q3可忽略。Q2是T出的正比例函数，降低T出就保证了留在塔内用于干燥的热量，即热效率的提高。其实Q1(T进·T出),出风温度是一个非常重要的控制参数。
出风温度T出与进料量是一对自动控变参数。进料量增大，出风温度自动下降，反之进料量減小，出风温度自动上升。如产品纯度偏低，可提高出风溫度，降低进料量、减少产量，使干燥负荷下降、产品纯度增大，但T出上升也导致Q1減少，却是不利于干燥的;如纯度偏高，可降低出风温度，提高进料量、提高产量，纯度即下降，而T出降低导致Q1增加，却有利于干燥。可见，在一定范围内，调节出风温度和改变进料量，两者对纯度的影响相反，但进料量的改变对质量的影响是主要的。如果超出一定范围， 可能T出为主要影响因素。
图2是纯度与出风温度的关系图。出风温度在一定区间内对纯度的影响很小，达到一定数值时纯度随出风溫度的上升而明显增高，超过一定数值，纯度会隨出风温度的上升而有所下降，此时由于T出上升导致的Q1减少占主导作用。
加的作用突显出来。上述两曲线受物料性质(如盐基度、水不溶物及初始含量等)的影响，数值变化很大， 曲线的走势变化很大。
可见，干燥系统需要在一定的参数区间内工作。 超出一定范围，系统将无法工作。即系统对各项参 数有一定的要求。
Q2不可能为零，Q1的增加意味着水分气化量的增加和更高的生产率。对特定的系统，干燥热交换的空间和物料行程基本上确定，水分蒸发负荷可调区间不会很大。对不同的低浓度料液，如果只追求固体含量合格，工况参数可能处于不经济的位置， 比如出风温度高、产量低，造成大量热能丢失。因此，需要采取一些措施来改善。
4.预浓缩
在设计干燥塔时，往往假定系统在一定的理想参数区间运行，以保证设计目标的实现。比如一般假定液体料液浓度较高，但是实际上，由于种种原因，料液浓度不高甚至较低，或波动较大。如果该种料液直接进入干燥塔，水分蒸发负荷大，物料在较短的行程内落至塔底部，可能得不到合格产品。若改变操作参数，势必产量低、能耗高，造成干燥费用急剧增多。而且，出风溫度偏高后，可能毁坏喷淋塔填料，同时意味着大量的热能放空排放，造成严重浪费。
干燥过程中较高的煤耗、电耗和设备折旧导致干燥费用在成本中占很大比例。在保证质量的前提下，为摊薄成本，产率越高越好，热能利用率越高越好。假如在干燥前对料液进行浓缩，提前蒸除一部分水分，提高AL2O3含量，就能使生产效率大大提高，实现较高的热能利用率。而预浓缩增加的费用 将低于浓缩后再干燥节约的耗费，经济意义十分明显。
观察发现，在某一段时间内，采用未浓缩料液时，产率为22袋/h，折0.55t/h，固体干燥费用接近300元/t。采用同样料液浓缩后干燥，产率每小时增加5袋，每班(8h)多生产1t，而保证8h干燥浓缩料液所需蒸汽、电费不足200元/t。粗略估算，在其它条件(如煤耗、电耗、人工、设备折旧等)相同的情况下，因为产量提高，导致每t固体产品成本下降了十多元!
事实上，通过浓缩将AL2O3含量提高1 %,如从13提高到14%,则每干燥生产1t，29%的固体，将減少160kg的水蒸发负荷，同时生产效率大大提高，而且使生产高含量优级固体产品成为可能。这在工艺控制上更加合理和经济!图4是浓缩改变料 液浓度对班产量的影响曲线。
使用浓缩料后，班产量随料液浓度的升高明显上升，而且在一定范围内，产量随料液浓度的增高而上升加快。同样，对不同时期的料液，因料液本身的性质变化，曲线的斜率变化较大。
因为PAC具有热敏性特点，在制定浓缩工艺时应充分考虑加热浓缩过程对物料的影响，以免破坏产品性能。要求对温度应严格限制，加热时间不宜太长，最终浓度与饱和浓度保持一定距离。一般采用真空操作。
5.雾化器的转速
雾化器是整个干燥系统的关键设备，由1台功率超过10kW的电机驱动，经机械加速达到超过10000r/min的转速。转轴末端装有物料分配盘， 液体物料由此喷出成为雾状液滴。零化盘的类型及转速对物料分散后的液滴大小、形成的喷射半径和角度影响极大，对干燥效果至关重要。如果转速太快，物料离开分配盘的线速度大，即喷射半径大，液滴落到塔壁上的几率大增，会造成物料损失，并产生质量问题。另外，高速物料对盘的沖刷腐蚀加剧，形成凹槽，影响盘的动平衡和寿命，而且高速机械(如 轴、变速器)磨损加快。如果转速太慢，分散出的液滴偏大，水分不能快速蒸出，落至塔底产生不合格的湿料，甚至堵塞出料口;而且喷射半径小，干燥空间和热能不能得到充分的利用。
在生产实践中，针对不同类型和浓度的料液，工艺上除需要按“进料量-出风温度”进行自动调节之外，还要增加可控调节来满足不同条件下的需求，使系统在更加合理的工况参数内运行。如果能够控制雾化器的转速，就能有效克服前述问题，同时可以在一定程度上调节产品质量，调节固体产品的粒度大小。这些问题可通过在雾化器电机前加装变频调节器而得到解决。
加装变频器后，通过改变电流频率调整雾化盘的转速，在一定范围内可以调节产品中AL2O3的含量。如调高几赫兹，分散出的颗粒更小，水分挥发快，更易于干燥，AL2O3含量会上升;反之会下降。
在一定区间内，纯度不受T进影响，超出一定数值，纯度随T进的上升反而下降，此时因T进上升导致进料量增。
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