硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物干燥設(shè)備研究

韓 鋒崔耀星陳留平孫金忠冷翠婷

（1.中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，江蘇 金壇 213200；2. 常州中南化工有限公司，江蘇 常州 213000）

硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物干燥設(shè)備研究

韓 鋒1崔耀星1陳留平1孫金忠2冷翠婷1

（1.中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，江蘇 金壇 213200；2. 常州中南化工有限公司，江蘇 常州 213000）

針對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物固有的特性，采用干燥試驗(yàn)、金屬材質(zhì)耐腐蝕試驗(yàn)研究了不同干燥設(shè)備對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物的影響。結(jié)果表明：鈦合金TC4材質(zhì)閃蒸氣流干燥機(jī)由于熱效率高、處理量大、能有效防止加合物分解，在硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物的干燥中表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物 干燥設(shè)備 閃蒸氣流干燥機(jī) 穩(wěn)定性

硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物是一種中性、無毒的固體含氧洗滌助劑，也是一種新型的增氧劑、消毒劑、漂白助劑，分子式為4Na2SO4-2H2O2-NaCl，H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于9.2%，活性氧含量為4.6%。由于4Na2SO4-2H2O2-NaCl溶于水后生成的H2O2發(fā)生分解，放出的原子氧具有漂白、殺菌、去污和消毒作用；同時(shí)，其溶于水后釋放出的Na2SO4也是洗滌劑的主要成分之一[1-3]。目前，工業(yè)品市場上洗滌劑和清洗劑的消耗量巨大，2010年世界洗滌劑總產(chǎn)量達(dá)到6 800萬t，而合成洗滌劑是目前市場上最主要產(chǎn)品。為了提高合成洗滌劑的洗滌效果，通常在其中加入一定量的洗滌助劑。大部分洗滌助劑都是有機(jī)類表面活性劑，如烷基苯磺酸鈉等，此類洗滌助劑雖然洗滌效果良好，但對(duì)皮膚有刺激作用，同時(shí)對(duì)環(huán)境也有一定的污染[4-5]。由于過氧化氫的氧化性能溫和，具有漂白、殺菌、消毒等作用，同時(shí)分解產(chǎn)物無毒、無污染，所以許多無機(jī)過氧化氫加合物被用作洗滌助劑，如過碳酸鈉(Na2CO3-1.5H2O2)、過硼酸鈉(NaBO2-3H2O2)以及過氧化氫磷酸鈉(Na4P2O7-H2O)等。但是由于H2O2在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定，易分解，而此類過氧化物溶于水后呈較強(qiáng)堿性，因此該類過氧化氫加合物的在洗滌劑領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制[6-7]。

硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）在水溶液中的pH為6～8，基本呈中性，故此加合物溶于水中時(shí)，生成的H2O2分解速率較慢，可以作為洗滌助劑；此外相較于過碳酸鈉、過硼酸鈉等，還具有成本低廉，穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)[8]。但目前硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）并未廣泛應(yīng)用，主要由于以下原因：(1)該加合物屬于熱敏性物質(zhì)，干燥或儲(chǔ)存過程中溫度過高極易導(dǎo)致產(chǎn)品分解，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性較差；(2) 在干燥過程中，若干燥設(shè)備混入金屬離子或者本身材質(zhì)不當(dāng)，產(chǎn)品易分解，普通的干燥器材質(zhì)難以滿足產(chǎn)品耐腐蝕的要求。

為了解決這些問題，本文采用干燥試驗(yàn)和金屬耐腐蝕試驗(yàn)，對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物干燥設(shè)備進(jìn)行研究，具體探討干燥設(shè)備對(duì)產(chǎn)品的影響，以解決目前硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物穩(wěn)定性差的問題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要設(shè)備和儀器

500 L搪瓷攪拌反應(yīng)釜（常州中南化工有限責(zé)任公司），PS600-N平板式上卸料離心機(jī)（江蘇牡丹離心機(jī)有限責(zé)任公司），CT-C-I（GMP）型熱風(fēng)循環(huán)烘箱、JG100氣流干燥機(jī)、PLG-1200盤式干燥機(jī)、SZG2000型雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)（常州金陵干燥設(shè)備有限責(zé)任公司），旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)儀（高郵秦郵儀器化工有限公司）。

1.2 主要原料

Na2SO4（99.0%），NaCl（99.9%），H2O2（27.5%）（中鹽常州化工股份有限公司）。

1.3 產(chǎn)品制備

首先由真空泵將120 L 27.5%工業(yè)級(jí)過氧化氫吸入反應(yīng)釜中，開啟攪拌槳緩慢攪拌，反應(yīng)釜夾套通入冷卻水，控制15 ℃左右。然后緩緩加入160 kg硫酸鈉、21 kg氯化鈉，在加鹽過程中攪拌逐漸加速，以防物料結(jié)塊。保持反應(yīng)溫度在25 ℃以下。攪拌1 h后，反應(yīng)結(jié)束。停止攪拌，迅速打開反應(yīng)釜底部出料口，用虹吸管將料漿洗吸到平板式上卸料離心機(jī)內(nèi)，進(jìn)行固液分離，得到硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物濕品，濕品H2O2含量≥9.8%。

1.4 產(chǎn)品干燥

使用熱風(fēng)循環(huán)烘箱、盤式干燥機(jī)、氣流干燥機(jī)、雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)分別對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干燥。濕基含水量10%，H2O2含量為9.8%，熱源統(tǒng)一為蒸汽，表壓為0.4 MPa，物料耐溫≤180 ℃，干燥溫度統(tǒng)一為100 ℃。

1.5 金屬材質(zhì)耐腐蝕試驗(yàn)

將304L不銹鋼、316L不銹鋼、鈦合金TC4、聚四氟乙烯機(jī)械加工成50 mm×25 mm×2 mm試驗(yàn)片，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物溶液，用旋轉(zhuǎn)掛片法測量各種不同干燥材質(zhì)的耐腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同干燥設(shè)備的能耗計(jì)算

表1為熱風(fēng)循環(huán)烘箱、盤式干燥機(jī)、旋轉(zhuǎn)閃蒸氣流干燥機(jī)、雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)分別對(duì)1 000 kg產(chǎn)品干燥至干基含水1%所需的能耗，濕基含水量為10%。

(1) 計(jì)算公式

水分蒸發(fā)量

其中w1為濕基含水量0.1，w2為干基含水量0.01，G1為每小時(shí)濕基進(jìn)料量，G為每小時(shí)絕干料流量

絕干空氣消耗量

其中H2為加熱后絕干空氣濕度，H1為初始絕干空氣濕度。

濕空氣平均比熱容cm2=1.01+1.88H

干燥消耗總熱量Q=QP+QD=W(2 490+1.88t2)+ Gcm2(θ2-θ1)+1.01L(t2-t0)+QL

其中t0為環(huán)境空氣溫度，t2為出料空氣溫度，θ2為出料溫度，θ1為進(jìn)料溫度，cm2為濕物料平均比熱容，QL為熱損失。

(2) 能耗計(jì)算

假定進(jìn)料溫度θ1、環(huán)境空氣溫度t0統(tǒng)一為20℃，QL熱損失為0，濕物料平均比熱容cm2為1 kJ/(kg·K)，H1濕度為50%，絕干空氣0.005 kg。

表1 不同干燥設(shè)備能耗參數(shù)對(duì)比

由表1可以看出，4類干燥機(jī)的能耗有著很大差異，首先在溫度控制方面，熱風(fēng)循環(huán)烘箱、回轉(zhuǎn)真空干燥以及盤式干燥機(jī)由于設(shè)備屬于密閉體系，溫度損失較小，而閃蒸氣流干燥機(jī)干燥介質(zhì)為熱風(fēng)氣流，所以溫?fù)p更大。其次,具體能耗表明，閃蒸氣流干燥能耗更大，達(dá)到393 649 kJ/h，是其余干燥設(shè)備的5～10倍，但優(yōu)點(diǎn)是水分蒸發(fā)量可以達(dá)到90 kg/h，干燥處理效率較高。綜上所述，4類干燥設(shè)備各具特點(diǎn)，除了閃蒸氣流干燥機(jī)以外，其余干燥機(jī)的能耗都相對(duì)較低。

2.2 不同干燥設(shè)備對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響

圖1 為經(jīng)過不同干燥設(shè)備干燥后，產(chǎn)品常溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性測試。

圖1 不同干燥設(shè)備對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物穩(wěn)定性影響

由圖1可以看出，因?yàn)闆]有添加穩(wěn)定劑，產(chǎn)品的穩(wěn)定性全部隨著時(shí)間的推移而下降。而比較3種干燥設(shè)備，產(chǎn)品經(jīng)熱風(fēng)循環(huán)烘箱干燥后，特別是在24 h內(nèi)，穩(wěn)定性下降趨勢(shì)較為明顯。分析原因得出，一方面熱風(fēng)循環(huán)烘箱屬于傳導(dǎo)干燥，物料在與烘盤接觸的過程中，部分過熱，導(dǎo)致雙氧水的分解；另一方面熱風(fēng)循環(huán)烘箱不具備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行粉碎和攪拌的功能，產(chǎn)品易結(jié)塊，造成堆積放熱，同樣會(huì)導(dǎo)致雙氧水的分解。雖然回轉(zhuǎn)真空干燥和盤式干燥也屬于傳導(dǎo)干燥，但是在干燥過程中對(duì)產(chǎn)品有攪拌作用，所以不存在堆積過熱現(xiàn)象，相比之下，閃蒸氣流干燥因?yàn)闀r(shí)間短、升溫快、效率高，在硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）產(chǎn)品干燥方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

2.3 不同干燥設(shè)備材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響

圖2 為不同干燥設(shè)備材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品常溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響。由圖2可以看出，304L不銹鋼材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響較大,產(chǎn)品在初始階段就出現(xiàn)了分解現(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)的情況， 304L不銹鋼材質(zhì)干燥器出現(xiàn)非常嚴(yán)重銹蝕，而銹蝕后的鐵銹正是引發(fā)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）分解的因素之一；而316L不銹鋼、鈦合金TC4、聚四氟乙烯（PTFE）涂層材質(zhì)干燥器產(chǎn)品穩(wěn)定性較好，尤其是聚四氟乙烯（PTFE）涂層，超高的耐熱性和耐腐蝕性保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，但是聚四氟乙烯（PTFE）涂層造價(jià)高、使用壽命也不理想。綜合考慮成本、使用壽命等條件，鈦合金TC4滿足高端要求，而316L不銹鋼也基本可以適用。對(duì)于本產(chǎn)品而言，合理的方案是在閃蒸氣流干燥機(jī)關(guān)鍵部位例如短接、彎管部位噴涂聚四氟乙烯（PTFE），其余部分使用鈦合金TC4或316L不銹鋼，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也大大降低了設(shè)備成本。

圖2 不同干燥設(shè)備材質(zhì)對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物穩(wěn)定性影響

2.4 不同干燥設(shè)備基本參數(shù)對(duì)比

針對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物產(chǎn)品粉狀、穩(wěn)定性差、不耐高溫、高濕的特點(diǎn)，特別是工業(yè)化生產(chǎn)后，干燥設(shè)備的選擇尤為重要。將熱風(fēng)循環(huán)烘箱、盤式干燥機(jī)、氣流干燥機(jī)和回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)之間的基本參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示：

表2 不同干燥設(shè)備應(yīng)用比較

由表2可知，在相同處理量，相同處理?xiàng)l件下，（1）閃蒸氣流干燥機(jī)可連續(xù)式運(yùn)行，而其余干燥機(jī)為間歇式運(yùn)行。間歇式干燥設(shè)備的操作周期更長、人工勞動(dòng)強(qiáng)度更大，在工作效率及工作穩(wěn)定性方面，都遠(yuǎn)低于連續(xù)式干燥設(shè)備。（2）閃蒸氣流干燥機(jī)屬于熱效率較高設(shè)備，對(duì)流傳熱相對(duì)充分，且不需要經(jīng)常清理，整體運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)成本低。（3）由于干燥后硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物呈粉狀，在實(shí)際操作過程中易揚(yáng)塵，閃蒸氣流干燥機(jī)和回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)是全封閉運(yùn)行的干燥設(shè)備，運(yùn)行環(huán)境相對(duì)較好，有效避免揚(yáng)塵；除此之外，閃蒸氣流干燥機(jī)占地面積更小，更易于安裝使用。

3 結(jié)論

針對(duì)硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）的理化特性, 通過對(duì)比不同干燥設(shè)備對(duì)產(chǎn)品干燥的實(shí)際效果，鈦合金TC4材質(zhì)閃蒸氣流干燥機(jī)具有熱效率高、處理量大、能有效防止加合物分解等特點(diǎn)，在硫酸鈉-過氧化氫-氯化鈉加合物的干燥中表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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Study on the drying equipment of sodium sulphate - hydrogen peroxide - sodium chloride adduct

HAN Feng1CUI Yao-xing1CHEN Liu-ping1SUN Jin-zhong2LENG Cui-ting1
(1.China Salt Jintan Co., Ltd., Jintan 213200, China; 2. Changzhou South Chemical Co., Ltd., Changzhou 213000, China)

The effect of different drying equipment on sodium sulphate-hydrogen peroxidesodium chloridewas studied based on the physical and chemical properties of the sodium sulphate-hydrogen peroxide-sodium chloride adduct by dry test and metal corrosion test. The results showed that due to the high thermal efficiency, large capacity, effectively prevent the adduct decomposition characteristics, flash air dryer which made by TC4 titanium alloy material showed its unique advantage and wide application prospect in the field of sodium sulfate-hydrogen peroxide-sodium chloride adduct.

sodium sulphate-hydrogen peroxide-sodium chloride adduct; drying equipment; flash air dryer; stability