DSD酸聯(lián)產(chǎn)鐵黑工藝放大的研究

張紹武

摘 要：在DSD酸聯(lián)產(chǎn)鐵黑項目中試結(jié)項報告的基礎(chǔ)上，設(shè)計放大到工業(yè)化規(guī)模的工藝流程。

關(guān)鍵詞：DSD酸；鐵黑；放大；工藝流程

DSD酸的化學名稱是4，4”-二氨基二苯乙烯-2，2-二磺酸。鐵黑分子式為Fe3O4。采用鐵粉來還原DNS制備DSD酸是目前行業(yè)內(nèi)普遍采用的工藝，但傳統(tǒng)的工藝會產(chǎn)生大量無法利用的鐵泥從而形成固廢，具有較大的環(huán)保壓力。

本論文淺談了鐵粉法還原聯(lián)產(chǎn)DSD酸和氧化鐵黑，變固廢為產(chǎn)品。從而解決DSD酸行業(yè)中固廢鐵泥難以處理的問題，對中國的顏料行業(yè)起到積極的示范推動作用。

1 反應(yīng)單元流程確定

9Fe+4H2O+2DNS鈉鹽→2DSD鈉鹽+3Fe3O4

1.1 預(yù)腐流程

預(yù)腐，就是鐵粉在酸性溶液中反應(yīng)1小時，生成一定量的二價鐵離子，二價鐵離子在反應(yīng)過程之中既是催化劑又是反應(yīng)物，因此可以大大提升反應(yīng)速率。本工藝采用10%濃度的醋酸溶液，在90℃下常壓預(yù)腐。

1.2 反應(yīng)流程

①預(yù)腐完成后向反應(yīng)釜逐漸滴加DNS鈉鹽溶液，滴加時間6h，DNS鈉鹽和鐵發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)溫度為105℃，反應(yīng)壓力為0.2公斤（表壓），生成鐵黑和DSD酸混合液。然后加入氫氧化鈉調(diào)PH到10左右，加入保險粉防止DSD酸被氧化。保溫1小時，使DSD酸變成DSD鈉鹽并全部溶解，便于下一步與鐵黑分離。

②本工藝由于反應(yīng)物有固體物料投加，且需一段時間預(yù)處理，因此采用間歇釜式反應(yīng)器。

在間歇釜式反應(yīng)器中，-單位時間VR內(nèi)反應(yīng)消失的物料量=單位時間VR內(nèi)物料A的累積量，得公式（1）

由nA=nA0（1-xA） 得dnA=-nA0dxA，帶入公式（1）得

-VRrA= nA0 ，當進口轉(zhuǎn)化率為0時，分離變量并積分得

tr=nA0 （2）

在恒容條件下式（2）可以簡化為tr=cA0（3）

由cA=cA0（1-xA）代入式（3）得tr=（4）

由式（4）可見，間歇反應(yīng)器內(nèi)為達到一定轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時間tr，只是動力學方程式的直接積分，與反應(yīng)器大小及物料投入量無關(guān)。

因此反應(yīng)時間等于中試的DNS滴加時間6h。由此計算釜的大小與臺數(shù)。反應(yīng)過程總臺時為預(yù)腐投料醋酸、鐵粉、水共計1小時，預(yù)腐1小時，反應(yīng)6小時，投堿保溫1小時，出料1小時，合計10小時，因此每天反應(yīng)2批。年工作時間300天。根據(jù)中試數(shù)據(jù)，噸產(chǎn)DSD酸，反應(yīng)釜持液量為7.219m3。年產(chǎn)15000噸DSD酸，按年操作時間300天計，反應(yīng)釜充裝系數(shù)按照0.7設(shè)計。每批所需要反應(yīng)釜體積為15000/300/2/0.7x7.219=258m3。如采用40m3反應(yīng)釜需要6臺，采用50 m3反應(yīng)釜需要5臺。考慮到反應(yīng)釜太大會影響攪拌效果，因此采用6臺40m3反應(yīng)釜，每天反應(yīng)2批，實際充裝系數(shù)為0.75。

2 產(chǎn)品分離流程確定

2.1 DSD酸與鐵粉分離流程

由于反應(yīng)液量及濾餅量都很大，因此采用板框過濾。鐵黑粗品板框計算臺時如下：進料1小時，壓料1小時，打風0.5小時，循環(huán)淋洗1小時，打風0.5小時，卸料1小時，其余輔助時間1小時，共計6小時，每天可操作4批，為減少人工及操作量，選用2臺板框。每臺板框每批處理1.5釜料。操作時每3臺釜同時反應(yīng)，另外3臺釜錯開6小時再反應(yīng)，即可與鐵黑粗品板框臺時匹配。

反應(yīng)釜放料至鐵黑粗品板框，當料液快放完的時候，用鐵黑粗品板框的循環(huán)淋洗水沖釜，一方面將釜壁上殘留的鐵黑沖走，另一方面可以回收循環(huán)洗水中的有機物。

2.2 鐵黑洗滌流程

鐵黑中有機物含量過高，鐵黑就無法銷售變?yōu)楣虖U。因此鐵黑的洗滌非常重要。由于在鐵黑粗品板框上的洗滌屬于靜態(tài)洗滌，無法將有機物完全洗掉，因此需增加打漿洗滌流程，采用三次打漿循環(huán)洗滌，洗水套用。

3 DSD酸酸析流程確定

鐵黑粗品板框的濾液為DSD鈉鹽，需經(jīng)過硫酸酸析才能得到最終產(chǎn)品。酸析釜采用3臺。首先在酸析釜中加入一定量95℃底水，然后同時加入鐵黑粗品板框的濾液及50%硫酸，控制PH值在1-2，溫度95℃。酸析過程中有大量煙霧產(chǎn)生，經(jīng)過酸析釜頂?shù)乃嵛鰵馊骼淠亓鞯剿嵛龈獌?nèi)。酸析氣全凝器工藝計算如下：

根據(jù)中試數(shù)據(jù)，酸析釜頂出口蒸汽流量約為150m3/h。95℃水的飽和蒸汽壓為84518Pa，因此出口氣中水蒸氣量為15x84518/101330=125m3/h。常壓下水蒸氣密度為0.597kg/m3，水蒸氣質(zhì)量為12.5x0.597=75kg/h

95℃水蒸汽汽化熱為2270.9kJ/kg，冷凝介質(zhì)采用循環(huán)水，入口溫度為32℃，出口溫度為40℃。由于有酸氣夾帶，換熱器采用石墨列管換熱器。根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)傳熱系數(shù)K=100W/（m2·K）

根據(jù)上三式代入數(shù)據(jù)求得換熱面積A=8m2，冷凝水量為5m3/h。

酸析后得到DSD酸混合液，通過兩臺成品板框過濾得到濕品DSD酸。

4 DSD酸、鐵黑干燥包裝

DSD酸、鐵黑干燥包裝選用撬裝設(shè)備，DSD酸采用閃蒸干燥，鐵黑采用帶式-粗破碎-盤干-渦流磨精破碎。包裝均為機械手自動化包裝碼垛。