Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 9
1.1. Теоретические основы метода сульфирования 10
1.2. Способы получения сульфоновых углей 13
1.3. Источники образования целлюлозосодержащий твердых отходов 20
1.4. Характеристика биополимеров, входящих в состав растительных остатков 23
1.5. Выводы по литературному обзору 30
Глава 2. Экспериментальная часть 32
2.1. Характеристика объектов исследования 33
2.2. Получение сульфокатионита методом сернокислотного обугливания 35
2.3. Получение сульфированных карбонизатов 37
2.4. Разделение гетерогенной смеси 40
2.5. Методики исследования сырья, полученного углеродосодержащего материала и фильтратов 42
2.5.1. Определение физико-химических свойств сырья и углеродосодержащего материала.. 42
2.5.2. Определение физико-химических свойств фильтратов и растворов 48
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 51
3.1. Исследования структуры углеродосодержащего материала 51
3.2. Исследование влияния основных физико-химических параметров на процесс получения сульфокатионита из березовой стружки 57
3.2.1. Влияние температуры процесса и времени контакта фаз на степень разложения березовой стружки 58
3.2.2. Влияние удельного расхода и начальной массовой концентрации серной кислоты на степень разложения березовой стружки 64
3.2.3. Нейтрализация 68
3.2.4. Исследование процесса промывки полуфабриката от избыточного количества серной кислоты 69
3.2.5. Сушка 78
3.3. Получение сульфокатионита методом сернокислотного обугливания из сырья растительного происхождения 80
3.4. Влияние вида сырья на основные физико-химические свойства и технические характеристики полученного сульфокатионита 85
3.4.1. Гипотетический механизм химических реакций, происходящих при сернокислотном обугливании целлюлозосодержащего сырья в определенных условиях 89
3.4.2. Сорбционная активность по иону кальция 93
3.4.3. Сорбционная активность по иону аммония 98
3.4.4. Физико-химические свойства сульфокатионитов, полученных методом сернокислотного обугливания из ЦТО 101
3.5. Получение сульфокатионита термохимическим методом 101
3.6. Сравнительная характеристика физико-химических свойств углеродсореджащих материалов, полученных разными методами 108
3.6.1. Адсорбция воды из воздуха (гигроскопичность) 108
3.6.2. Сорбционная активность по метиленовому голубому 110
3.6.3. Обменная емкость 112
3.7. Возможные направления применения 112
Глава 4. Технологическая схема производства 114
4.1. Описание технологической схемы процесса переработки целлюлозосодержащих твердых отходов 114
4.2. Расчет материальных потоков 117
4.3. Выбор оборудования 121
4.4. Расчет себестоимости сульфокатионита 122
4.4.1. Расчет режима работы установки 123
4.4.2. Расчет стоимости основных фондов и капитальных затрат по установке 123
4.4.3. Расчет численности работающих и фонда заработной платы (ФЗП) 124
4.4.4. Определение потребности в сырье, материалах и энергии 124
Выводы 128
Литературные источники 130
Приложения 137
- Способы получения сульфоновых углей
- Получение сульфокатионита методом сернокислотного обугливания
- Влияние температуры процесса и времени контакта фаз на степень разложения березовой стружки
- Описание технологической схемы процесса переработки целлюлозосодержащих твердых отходов
Введение к работе
В настоящее время ионообменные процессы широко используются для обессоливания воды и очистки сточных вод от ионов металлов. В качестве ионитов применяются природные и синтетические материалы. Так, при обугливании сырья растительного происхождения (например, технического гидролизного лигнина (ТТЛ), бурых и каменных углей) 20%-ным олеумом образуются сульфоугли. Производство данных материалов связано с высокими расходами ценного сырья и образованием кислой суспензии, которая содержит высокие остаточные количества серной кислоты.
Применение олеума требует использования определенных сталей при изготовлении оборудования или специальных способов защиты поверхностей аппаратов и трубопроводов от химической коррозии, что существенно увеличивает себестоимость готовой продукции.
Для утилизации отработанной серной кислоты обычно используется промывка обессоленной водой до содержания серной кислоты в промывных водах 0,2%часс, при этом удельный расход воды равен 100 м на тонну готовой продукции, далее кислые сточные воды нейтрализуют. В некоторых способах сначала проводят нейтрализацию серной кислоты в самой суспензии, а далее промывают водой от образовавшихся солей.
В то же время известно, что сульфоугли можно получать из целлюлозосодержащих материалов с использованием серной кислоты вместо олеума. В настоящее время этот процесс малоизученн. Однако, развитие данного направления позволило бы уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и получить полезные продукты для природоохранных целей с меньшими затратами энергии и реагентов.
Таким образом, разработка эффективного способа получения сульфокатионитов из целлюлозосодержащих твердых отходов (ЦТО) на современном этапе является актуальной задачей.
Данная диссертация посвящена решению этой научной задачи.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений.
Во введении приведено обоснование актуальности темы и указана цель диссертационной работы.
Первая глава посвящена обзору литературы по теме диссертации, сформулированы цели и задачи работы.
Во второй главе изложена экспериментальная часть и методики проведения испытаний.
В третьей главе обсуждаются полученные результаты исследований.
В. четвертой главе представлена технологическая схема производства, представлены материальные, энергетические и экономические расчеты.
Общий объем работы составляет 157 страниц машинописного текста, включая 37 рисунков, 25 таблиц, 7 фотографий, 112 ссылок на источники литературы и 29 приложений.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Впервые выявлены физико-химические параметры, влияющие на процесс получения сульфокатионита при обработке серной кислотой растительного сырья и ЦТО. Установлена их взаимосвязь, чем обоснованы основные стадии разработанной технологии.
На основании изучения параметров микроструктуры сульфокатионита установлена связь с морфологическим составом используемого сырья и условиями разделения гетерогенной смеси. Выявлено, что данные преобразования структуры влекут за собой изменения адсорбционных и прочностных свойств углеродосодержащего материала, и являются лимитирующими при выборе направления применения полученного сорбента в различных индустриальных приложениях.
Предложен гипотетический механизм химических реакций, происходящих при сернокислотном обугливании целлюлозосодержащего сырья в определенных условиях.
Определены физико-химические свойства и технические характеристики сульфокатионитов, полученных из различного сырья растительного происхождения и ЦТО.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
Предложена технологическая схема процесса переработки целлюлозосодержащих компонентов твердых бытовых отходов и низкосортных отходов растительного происхождения с получением углеродного сульфокатионита и определены оптимальные условия реализации ее основных стадий, рассчитаны расходные коэффициенты и себестоимость целевого продукта.
Определены и обоснованы предложения по рациональному использованию сульфокатионитов для решения технологических и экологических задач.
Способы получения сульфоновых углей
В результате взаимодействия сульфирующего агента с углеродосодержащим сырьем получают углеродные катионообменники, которые называют сульфоуглями. Способы получения могут отличаться между собой по температуре термической обработки, а также иметь различные кинетические параметры и условия проведения сульфирования (время обработки, концентрация неорганической кислоты, соотношение реагентов и пр.).
В большинстве случаев получение сульфоуглей проводят в жеских условиях сульфирования, которое проводят при соотношении 20%-ного олеума к сырью равное 3:1 в интервале температуры 50-200С и времени контакта фаз не более 60 мин. В качестве сырья используют различные по химической природе и пористой структуре материалы: каменные или бурые угли, антрацит, полукокс и кокс, торф, технический гидролизный или сульфатный лигнин, активные угли из природных и синтетических полимеров, углеродные ткани и прочие материалы.
Обменная емкость сульфоуглей зависит в первую очередь от количества ионогенных групп на их поверхности материала. При одинаковой степени окисления большую обменную емкость имеют катионообменники, у которых выше соотношение между ионогенными и неионогенными группами [12]. В частности, под воздействием серной кислоты на поверхности угля образуются кислородосодержащие ионогенные группы, обусловливающие катионообменные свойства целевого продукта, и выделяются оксиды серы.
В начальный момент, когда концентрация серной кислоты максимальна, окислительная способность раствора наиболее высока. При этом преобладают процессы, приводящие к образованию на поверхности углеродного материала кислородсодержащих группировок преимущественно неионогенного характера, а также процессы деструкции углеродного каркаса [13]. В результате деструкции углеродного каркаса образуются гуминовые и фульвокислоты, которые накапливаются в пористой структуре углеродного материала. В дальнейшем, по мере снижения концентрации кислоты в результате ее расходования, условия реакции смягчаются, замедляется деструкция углеродного каркаса, на поверхности угля увеличивается количество ионогенных групп, обуславливающих катионообменные свойства целевого продукта, и неионогенных групп: кетонные, хиноидные, лактонные и другие кислородсодержащие группы
Для удаления из целевого продукта гуминовых и фульвокислот, загрязняющих продукт, углеродный катионообменник подвергают многократной отмывке щелочным раствором [14]. Этот процесс имеет побочный нежелательный эффект: необратимая деструкция с образованием различных по химической природе продуктов. Готовые продукты теряют устойчивость в жидкостях в большом спектре рН, что существенно ограничивает область их применения.
Существенную роль в процессах, приводящих к деструкции углеродного материала, играют оксиды серы. Их окислительная способность значительно выше, чем у концентрированной серной кислоты. Оксиды серы, как более сильные окислители, вызывают глубокие структурные изменения не только поверхности, но и внутренних областей углеродного материала, приводящие к снижению его прочности.
Сульфоуголь по величине зерен выпускают двух марок: крупный (СК) и мелкий (СМ). Основные характеристики сульфоуглей представлены в таблице 1.
Основное преимущество сульфоуглей состоит в том, что данные сорбенты достаточно дешевы, поэтому могут быть использованы в процессах снижения жесткости и солесодержания воды, применяемой для питания паровых котлов котельных; улучшения качества технологической воды путем извлечения из исходной воды катионов, оказывающих вредное влияние на технологический процесс или на качество продукции; извлечения катионов из промышленных вод и растворов.
Например, сульфоуголь может быть использован для повышения концентрации сурьмянистой кислоты в сернокислотном растворе [15,16], так как он устойчив в кислых растворах и относительно доступен. Повышение эффективности процесса достигается тем, что исходный раствор, полученный после извлечения металлов из сбросных растворов электрорафинирования (сурьма = 0,65 гл"1; серная кислота = 234,2 - 234,26 гл" ) и отработанный раствор производства сурьмусодержащих препаратов (реагентов, сорбентов, катализаторов и пр., где сурьма = 0,65 гл" ; серная кислота = 234,23 гл" ), фильтруют через слой сульфокатионита в Н-форме, а на выходе из слоя собирают индивидуальную фракцию серной кислоты и смешанную фракцию сурьмянистой в сернокислом растворе.
В работе [24] предложен способ получения сульфокатионита, который заключается в том, что остаток после извлечения антрацена из сырого антрацена, разбавленный антраценовым маслом, подвергают обработке 96% -ной серной кислотой при температуре 120 С в течение 60 минут.
В работе [25] предложен способ получения катионита, который заключается в том, что органическое сырье в виде горючих сланцев обрабатывают серной кислотой плотностью около 1,84 кг-м"3 при температуре 100 - 180 С.
С целью исключения недостатков вышеописанных способов (дефицитность сырья, низкие обменные свойства ионита, сложное технологическое оформление, невозможность повышения единичной мощности технологической линии и экологическая вредность готового продукта) в работе [27] предложен способ получения сульфоугля, который позволяет увеличить единичную мощность технологической линии и сократить количество экологически вредной сульфоугольной пыли (менее 0,3 мм), при этом выход целевого продукта увеличивается в 4 - 5 раз при уменьшается в 2 - 3 раза продолжительности сульфирования.
Интенсификация процесса получения сульфоугля происходит за счет сульфирования во вращающемся плотном слое сырья. Оптимальный результат сульфирования достигается, когда каменноугольную крупку размером 0,7 - 4,0 мм в количестве 6 кгчас"1 и олеум в количестве 16,5 кгчас"1 непрерывно подают в барабанный гранулятор, снабженный герметичным загрузочным устройством. Продолжительность сульфирования составляет 3,0 - 5,0 минут, температура процесса 110 - 140 С. На выходе из смесителя отбирают пробу, отмывают до остаточной кислотности в фильтрате 0,3 г л"! и сушат до влажности не более 30%. Посредством рассева выделяют товарную фракцию (0,5 - 1,25 мм) в количестве 95%, которая имеет динамическую обменную емкость около 270 - 275 мг-моль -дм 3. Способ получения сульфоугля, предложенный в работе [28], позволяет повысить обменную емкость сульфоугля до уровня в пределах 317 - 320 мг-экв дм"3. Технология процесса включает следующие стадии: исходный бурый уголь, прошедший стадию дробления, сушки при температуре 105 - 110 С до остаточной влажности не более 10% и фракционирования, поступает в резервуар-усреднитель. После усреднения полученную угольную фракцию 0,25 - 1,25 мм дозирующим устройством подают во вращающийся реактор, куда также поступает через насос-дозатор нагретый до 40 - 50 С олеум (концентрация БОз около 16 - 19%). Массовое соотношение (олеум : бурый уголь) равно (3,0 - 3,5) : 1. Процесс проводят при температуре 50 - 100 С при-непрерывном перемешивании в течение 30 - 60 минут.
Получение сульфокатионита методом сернокислотного обугливания
Получение углеродосодержащего материала (далее в тексте - УМ) проводили по технологической схеме, приведенной на рисунке 4. Физико-химические свойства определялись с использованием стандартных методик, которые описаны в разделе 2.5.1.
Первоначально березовую стружку обрабатывали концентрированной серной кислотой. В результате экспериментально определили необходимое соотношение массы 90,9%-ной серной кислоты к массе исходного сырья (ср), исходя из степени разложения исходного сырья и степень полезно используемого сырья в процессе дегидратации.
В ходе эксперимента определенные навески сьружки и термометр помещали в керамический стакан емкостью 400 мл. При перемешивании стеклянной мешалкой со скоростью 60 об/мин, добавляли рассчитанный объем концентрированной серной кислоты из бюретки. При этом следили, чтобы шарик термометра был полностью погружен в реакционную массу.
Момент добавления кислоты являлся началом отсчета времени по секундомеру и снятия показаний термометра. Опыты заканчивались через 40-45 мин, после того, как температура реакционной массы уменьшалась до 30-40С.
После проведения эксперимента стаканы герметизировали. Анализ степени разложения материала проводили после разделения гетерогенной смеси. Для этого пробы обугленного материала из керамических стаканов переносили в стеклянный стакан и при перемешивании заливали водой. В ходе опыта наблюдали разделение смеси на две фракции: не обугленная стружка всплывала на поверхность воды, а углеродосодержащий материал собирался на дне. Фракции собирали отдельно, высушивали и проводили в дальнейшем ситовой анализ. Всплывшая стружка частично задерживается на сите с размером ячеек 5,0 мм и не проходит через сито с размером ячеек 2,0 мм, в то время как обугленная фракция полностью проходит через эти ячейки.
Предварительно березовую стружку выдерживали в сушильном шкафу SPT 200 при температуре 110С до постоянной массы.
Одновременно нагревали в стеклянной посуде серную кислоту до температуры 85±10С на водяной бане, далее добавляли в нее предварительно высушенную стружку и при перемешивании выдерживали в течение 30 минут.
Параллельно в керамической посуде нагревали серную кислоту до температуры 85±10С на песчаной бане, далее добавляли в нее предварительно высушенную стружку и при перемешивании выдерживали в течение 30 минут.
С целью определения влияния удельного расхода (HiSOj) на степень извлечения , отработанной серной кислоты (далее в тексте - ОСК) из полуфабриката (f, %) и степень разложения исходного сырья (%, %) проводили эксперимент по схеме, описанной выше.
В результате экспериментально определили необходимые температуру и время контакта фаз, исходя из степени разложения исходного сырья в процессе дегидратации и сульфирования.
Для уточнения содержания кислоты в гетерогенной смеси после проведения процесса дегидратации использовали метод титрования [64]. Определение конечной концентрации серной кислоты проводили в промывных водах после отмывки образцов.
Изучение влияния начальной концентрации серной кислоты на статическую обменную емкость сульфокатионита проводили с образцами для вариационных исследований (целлюлоза, кора березовая, березовый черный гриб, лубяное и шерстяное волокна).
Предварительные наблюдения за процессом деструкции сложной системы проводили с использованием представительной пробы ЦТО, параллельный опыт в аналогичных условиях проводили с образцом сравнения. В качестве образцов сравнения использовали КМЦ и картон ламинированный.
После взвешивания представительную пробу ЦТО помещали в стеклянный сосуд объемом 3 литра с газоотводящей трубкой, заливали серной кислотой (со(//;?5 0./)=94%Часс., р=1831,0 кг-м 3) с заданным удельным расходом и перемешивали в течение 5 минут. В первоначальный момент времени температура процесса возросла до 120С, реакция протекала с бурным вьщелением водяного пара, но после снижения в течение 30 минут температуры до 90С выделение водяного пара полностью прекратилось.
Образец подвергали воздействию серной кислоты длительное время. Образовавшуюся гетерогенную смесь (полуфабрикат) выдерживали в течение 20,0 часов в вытяжном шкафу, прежде чем она была подвергнута дальнейшим исследованиям.
Качественный состав гетерогенной смеси (полуфабрикат сульфокатионита из ЦТО) определяли исходя из визуального осмотра остатков компонентов. Количественный состав определями после взвешивания остатков.
Отработанную серную кислоту отмывали дистиллированной горячей водой (температура не ниже 75 С) при соотношении Т : Ж = 1 : 100 и фильтровали под вакуумом (Рвак = 60 мм Hg), создаваемый водоструйным насосом, с получением на фильтре готового продукта.
Сушка углеродосодержащего материала проводилась в сушильном шкафу SPT 200 при температуре 110 С, а также на воздухе при температуре 20 С.
Влияние температуры процесса и времени контакта фаз на степень разложения березовой стружки
Процессы дегидратации под действием серной кислоты являются автотермическіши. В процессе разложения березовой стружки определяли изменение температуры смеси. Температурные кривые для каждой серии опытов представлены на рисунках 13 и 14.
На рисунке 13 видно, что в первоначальный момент времени температура реакционной смеси увеличивалась и достигла максимума через 5-8 мин. от начала добавления серной кислоты. Дальше начиналось самопроизвольное охлаждение системы. Максимальная температура разогрева смеси (145С) без терморегуляции достигается при удельном расходе 90,9% серной кислоты, равном 2,4.
Процесс разложения графполимера завершается в тот промежуток времени, когда система отдает тепло в окружающую среду и возвращается к начальной температуре (t = 20С). Для определения влияния времени контакта фаз на степень разложения березовой стружки при раздельном нагревании сырья до температуры 85±5С проводили на водяной и песчаной бане, с целью исключения систематической ошибки эксперимента. Концентрацию серной кислоты изменяли в пределах от 53,3%масс. ДО 85,2%масс. при постоянном удельном расходе ср (H2SO4) Характер изменения температуры от времени процесса представлен на рисунке 14.
На всех кривых схематично можно выделить 3 области: 1 - кривая роста температуры, связана с внешним нагревом серной кислоты до 85±5С; 2 - плато, образовано в результате протекания реакции дегидратации без внешнего нагрева; 3 -кривая падения температуры, связана с самопроизвольным охлаждением реакционной смеси до 20С. Резкого увеличения температуры зафиксировано не было.
Промежуток времени, когда процесс разложения графполимера завершается, определяется от начала смешения сырья до начала падения температуры реакционной смеси и условно равен продолжительности плато на кривой. Максимальная продолжительность плата равна 30 минут для начальной концентрации [H2SO4] = 53,3%масс в реакционной смеси.
Таким образом, выбран температурный предел для проведения процесса разложения равный 85±5С и время контакта фаз 30 мин после смешения реагентов. Первую серию опытов по разложению березовой стружки проводили с постоянной концентрацией [H2SO4] = 90,9%мас, а удельный расход изменяли от 0,6 до 3,3 Kr(H2S04)p-ра/кг(БС). Результаты этих опытов представлены в таблице 5 и на рисунке 17.
Удельный расход (р (H2SO4) в пределах (3,05±0,25) кг(Н2804)/кг(сырья); температура разогрева 85±5С; время контакта фаз 30 мил: скорость перемешивания 60 обмин .
На рисунке 19 видно, что изменении концентрации серной кислоты от 75%масс. до 95%Масс- существенно не влияет на степень полезно используемого сырья. Это связано с тем, что по условию эксперимента при постоянной массе ЦТО и серной кислоты в общей массе реагентов изменяется только масса воды, которая в заданном интервале концентраций не влияет на выход сульфокатионита. Низкое значение выхода связано с тем, что не вся серная кислота вступает в реакцию сульфирования, при этом образуется отработанная серная кислота (ОСК).
Таким образом, изменение начальной концентрации серной кислоты от 75%масс. до 95%масс. существенно не влияет на степень полезно используемого сырья. Удаление ОСК из полученной гетерогенной смеси является технологически важной стадией. Оптимизация параметров удаления ОСК позволяет существенно снизить технологические затраты.
Нейтрализация является самым простым методом утилизации ОСК. Изучая структуру углеродосодержащего материала, мы пришли к выводу, что после нейтрализации получаются сульфаты, которые неблагоприятным образом влияют на физико-химические свойства сорбента: резко увеличивается размер кластеров и уменьшается суммарный объем пор по воде в сульфокатионите (см рисунок 10 (г)), кроме того, в 1,6 раза увеличивается количество водорастворимой золы (таблица 14), содержание которой можно уменьшить в результате дополнительной промывки полуфабриката водой.
Однако, если нейтрализовать серную кислоту аммиаком в гетерогенной смеси, то получается водорастворимое азотсодержащее органо-минеральное удобрение. Материальный баланс нейтрализации по сульфату аммония приведен в приложении 2. Данное удобрение может быть использовано как стимулятор роста растений, так как кроме сульфата аммония ((NKLj SO содержит гуматы аммония и другие полезные для растений органические вещества. Агрохимические свойства данного удобрения не исследовались, но из литературных данных [90] известен способ получения аналогичного удобрения, который разработан на ОАО «Аммофос» (Вологодская область) на участке №2 ПМУ (производство минеральных удобрений). По содержанию питательных веществ и гранулометрическому составу продукт отличается от привычного (белого) диаммонийфосфата ДАФ тем, что содержит стимуляторы роста растений. Серийному выпуску этого удобрения предшествовало проведение исследований специалистами ЦЗЛ (центральная заводская лаборатория), изменение схемы по внесению органики (мелассы) в растворы с отработанной серной кислотой, подбор режимов техпроцесса и выпуск опытной партии продукта. Серийный выпуск удобрения (ДАФ) с коллактивитом налажен с середины мая 2003 года.
Данное направление использования углеродосодержащего материала, полученного методом сернокислотного обугливания, не исследовалось, так как основной целью было получение сульфокатионитов, однако, является перспективным с нашей точки зрения для получения сложного органо-минерального удобрения, содержащего гуматы и другие компоненты, способствующее росту растений. Изучение влияния природы исходного сырья, концентрации растворов щелочей и солей аммония на качество отмывки углеродосодержащего материала и определение выхода гуминовых веществ является задачей дальнейших исследований.
Описание технологической схемы процесса переработки целлюлозосодержащих твердых отходов
Часть отсортированных компонентов ТБО, рассчитанную по нормам для 10 000 жителей, может быть направлена на дальнейшую переработку. Поступающие отсортированные компоненты ТБО первоначально проходят стадию подготовки, которая состоит из дробления, сепарации, рассева и сушки. В предлагаемой технологии процесс подготовки сырья осуществляется следующим образом: отходы после дробления на частицы размером в 5 - 10 мм проходят магнитную сепарацию для отделения черных металлов и рассев на фракции. При рассеве теряется около 3% сырья. Частицы размером более 10 мм возвращаются обратно в дробилку, а менее 10 мм поступают в сушилку. В процессе сушки испаряется до 10% свободной воды.
1 После сушилки отходы подаются в реактор для разложения и сульфирования. Выявленные закономерности и особенности процесса дегидратации и сульфирования березовой стружки, а также отечественный и зарубежный опыт по производству сульфоуглей, позволили создать принципиальную технологическую схему переработки целлюлозосодержащих отходов с получением сульфокатионита. Техническим результатом является интенсификация процесса получения сульфокатионита за счет сульфирования в движущемся плотном вращающемся слое, который обеспечивается посредством сульфирования в барабанном грануляторе, снабженном герметичным загрузочным устройством [27]. Установлено, что за счет плотного вращающегося слоя на движущейся поверхности происходит интенсивное взаимодействие реагентов, и скорость реакции возрастает. При проведении реакции в барабанном грануляторе продолжительность сульфирования составляет около 5 минут.
Среди грануляторов, используемых для производства минеральных удобрений, наименьшей себестоимостью и наибольшей надежностью и производительностью отличаются аммонизаторы-грануляторы. Без упаривания пульпы можно применять аппарат с псевдоожиженным слоем и подачей жидкости на слой [102].
В реакторе 3 происходит перемешивание материала с серной кислотой, здесь же протекают реакции разложения (дегидратации) и сульфирования с образованием полупродукта сульфокатионита, который представляет собой гетерогенную пастообразную массу, содержащую углеродосодержащий материал и отработанную серную кислоту (ОСК). Для отмывки полупродукта от ОСК в реактор 3 подается 31,52 м -час" холодной воды при температуре 20С. Образовавшаяся в процессе суспензия из реактора 3 выгружается в емкость с мешалкой 9. Материал перемешивается, затем насосом 13 подается на ленточный вакуум-фильтр 10. Здесь происходит удаление отработанной серной кислоты из пор углеродного материала. После промывки конечная массовая концентрация серной кислоты не должна быть более 3,0 %масс Половина ( часть) фильтрата, поступает с помощью насоса 13 в смеситель 8, где разбавляется водой после нейтрализации отработанной серной кислоты, и возвращается в цикл. Вторая часть собирается в емкость 11, где нейтрализуется известковым молоком и насосом перекачивается в смеситель 8 или водонагреватель 12 в зависимости от потребности производства.
Остаточная влажность сульфокатионита после фильтра составляет не более 65%, для достижения остаточной влажности углеродосодержащего материала, равной 35±5%, его осушают в естественных условиях в течение 15 часов.
Емкости 1, 2, 9 и 11, смеситель 8, реактор 3, ленточный вакуум-фильтр 8 выполнены из углеродистой стали обыкновенного качества. С целью защиты от коррозии внутреннюю поверхность аппаратов и трубопроводов футеруют фтороэпоксидной композицией или другим кислотостойким материалом. Основой таких материалов служат этилен-пропиленовые и кремнийорганические каучуки, а также бутилкаучук. фторсодержащий, хлоропреновый, акрилатный каучук или хлорсульфированный полиэтилен. Для уменьшения налипания влажного материала узел выгрузки в реакторе 3 облицовывают фторопластом.
Насос 13 - гуммированный, центробежный, горизонтальный; предназначен для перекачивания растворов серной кислоты, содержащих до 4 масс. % твердых частиц, размером до 0,5 мм.
Водонагреватель 12 выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, поверхность аппаратов футеруют кислотоупорной эмалью и образующейся самопроизвольно накипью из сульфата кальция [103 - 105], а электроды защищают керамическим кислотоупорным материалом [106]. Поверхность аппаратов должна быть покрыта слоем накипи из гипса. Накипь хорошо держится на стенке, отличается непроницаемостью и стоит гораздо дешевле других способов защиты аппарата, поэтому остаточное количество гипса в растворе после нейтрализации оказывает положительное влияние на защиту нагревателей от коррозии. После окончания срока службы нагреватели подлежат замене.
