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浓缩干燥一体机在氧化镁生产过程中的应用
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摘要:干燥浓缩一体机是将化工工艺过程中的浓缩、结晶、分离、干燥、煅烧与除尘集为一体的集约装置。文中列举了其在无水氯化钙生产中的应用实例，并与常规工艺进行了对比。结果表明这一装置高效、可行。
关键词：干燥浓缩一体机、浓缩、结晶、分离、干燥、煅烧、除尘
一、 概论
化工工艺过程从大的方面可分为三个单元，即：合成、分离和干燥。同时还包含浓缩、结晶、分离、干燥、煅烧、除尘等工艺细节。干燥浓缩一体机包含浓缩、结晶、分离、干燥、煅烧、除尘等工艺，也就是说合成后的物料直接进入“干燥浓缩一体机”即可完成工艺的全部过程。
即：可将化工工艺三个单元中的后两个单元合并到一起，将常规工艺的三个单元减少到两个单元。干燥浓缩一体机可极大地缩短常规化工工艺的流程、提高了产品质量、减少占地面积、提高设备利用率、改善工人劳动条件和操作环境、解决多种常规工艺的污染问题与设备的严重腐蚀问题，是一套以浓缩、干燥为主体功能兼顾多项其它功能的、多功能集约化设备。该装置用于纯碱废水生产无水氯化钙生产工艺时，可一步完成无水氯化钙的生产工艺过程。与常规工艺相比：生产吨产品无水氯化钙可降低成本600元左右，同时实现了纯碱废水制无水氯化钙的工艺自动化。
二、 浓缩干燥一体机的基本原理
干燥浓缩一体机是高效浓缩、喷雾干燥、悬浮煅烧和流体力学原理的 应用成果，可将多种化工工艺中的浓缩与干燥等集于一体，极大地缩短工艺流程、提高了产品质量、减少占地面积、提高设备利用率、改善工人劳动条件和操作环境、解决多种常规工艺的污染问题，是高效节能的化工模块集成设备。
在化工工艺过程中浓缩、干燥是两个重要的环节。目前国内现有的浓缩装置根据被冷却介质的种类不同，可分为两大类蒸发器：
(1)列管式蒸发器:可分为单效、双效、多效等，该装置是液体顺管道壁以以膜的形式下流，管道外壁是高温热源，通过冷热交换使液体中的水以蒸气形式脱除。
(2) 真空减压浓缩器:在负压条件下采用抽滤的方式将液体中的水以蒸气形式去除。
上述两种蒸发形式都是被蒸发介质与容器直接接触进行热能交换，在物料蒸发的过程中由于液体升温，粒子运动加速，因离子具有极性首先会被吸附于容器器壁表面，不同的物料会形成不同的结垢现象，必然会影响传热效率，这种现象是目前蒸发装置不可克服的难题。
干燥方法目前有多种形式：如喷雾干燥、硫化床干燥、回转炉、箱式干燥器等。根据不同的物料采取不同的干燥方式。
多种化工产品在合成时常会有几种物料并存，根据各种物料溶解度的不同进行物料分离和提纯， 得到可溶性物料的浓度都非常低，如：在氧化镁生产过程中有Mg(HCO)2、CaCO3、MgCO.3H2O、MgCO.Mg(OH)2四种物料共存，白云石碳化时要根据碳酸氢镁溶解度是碳酸钙的10万倍，是三水碳酸镁的790倍，是碱式碳酸镁的5400倍，根据不同的溶解度分别将其分离，由于Mg(HCO)2在293K时其溶解度为120g/(100gH2O) ，所以溶液的 浓度为54.5% .由于极低的浓度造成干燥工艺采用多台浓缩蒸发装置串联使用，使设备占地面积大、工艺流程冗长、设备动力配置大、热能消耗高、容易造成设备跑冒滴漏、污染环境、工人操作环境差等问题。
为此焦作市络德化工机械有限公司研制了集浓缩干燥等功能为一体的集约化装备“干燥浓缩一体机”。
下面，以氯化钙原料为例简述“干燥浓缩一体机”的工作原理：
科学运用现有干燥技术，实现技术原理与产品特点的有机结合，是摆在化工干燥行业面前的一项重要课题。经过几年的实验和中试，我们在氯化钙领域基本实现预期科研目标，具备了规模化生产的能力和条件。
其原理是：该装置主要采用液体雾化浓缩与雾化干燥，体积为1㎝3的溶液，若将其分散成直径为10μm的球形液滴，分散后相比，表面积增大1290倍，从而大大增大了蒸发表面，缩短了浓缩与干燥时间。气液两项间传热介质的表面积大，液体颗粒在气流中高速分散呈悬浮状态，这样使气液两项间的传热传质表面积大大增加。由于采用较高气流速度，使得气液两项间的相对速度也较高，不仅使气液两项间具有较大的传热面积而且体积传热系数也较高，本煅烧系统的体积系数为2300~7000W/(m3.k)，是回转炉干燥器的20～30倍。
①浓缩过程：它改变了以往传统的各种蒸发器、浓缩器被浓缩物料与换热器器壁直接接触容易结垢换热效果差、维修频繁、堵塞管道等不良现象，利用高温气流与雾化后的被浓缩物料直接接触，使每个颗粒在相同截面具有完全相同的气氛条件下瞬间完成物料的浓缩过程，该装置可根据不同物料设定不同进气温度，使被浓缩物料达到工艺指标要求。
②干燥与煅烧：改变了以往传统的可溶性物料多效浓缩器加喷雾干燥的干燥方式。
③浓缩、干燥集成：将浓缩干燥集于一体，可将浓缩后的的液体热量集中利用，流程短、利用率高、能耗低、成本低。由于采用高温进气(可自由控制)，既可干燥物料，又可煅烧物料，尾气温度重新利用， 大限度地提高了煅烧产品的能耗利用率，该装置尾气排放温度在60～100℃(根据产品需要控制)。
三、浓缩干燥一体机的特点
“干燥浓缩一体机”是集浓缩、结晶、分离、干燥、煅烧、除尘为一体的高效集约化设备。
⑴由于采用了喷雾浓缩可极大地提高设备产量、提高设备热利用率、降低生产成本、提高热能利用率。在无水氯化钙生产中节能达到57.6%。
⑵提高了产品质量：用于无水氯化钙生产时，可使无水氯化钙的白度达到92以上，纯度达到99.1%。
⑶降低了生产成本。如纯碱废液浓度很低，大约在10-12%，加工成无水氯化钙产品需要蒸发88-90%的水分，，每吨消耗41441.4兆焦耳能量，消耗标准煤1.414吨，折合干燥成本达到1100元左右，设备可将纯碱行业大量排放的污水直接转变成高品质的无水氯化钙，同时将生产能耗降低57.6%，使处理废水的成本大大降低，与传统工艺相比，生产无水氯化钙产品的成本降低到二水氯化钙同等的水平上，仅为约600公斤标准煤，折合能量17581.2兆焦耳，干燥成本不足500元，吨产品利润新增610元。
⑷设备易损件少，生产运行过程中维修率低，费用少。
⑸自动化程度显著提高，易于流水作业，实行规模化生产。
四、工艺流程
该工艺流程图如下(虚线为干燥气体走向，实线为液体走向)
1、碱液废水工艺图
分离后储存罐
络德法分离器
水蒸汽排空
高压引风机
成品工业盐
高压泵
络德浓缩装置
成品无水氯化钙
高效旋风分离
高压泵
碱液废水暂存罐
煤气发生炉
络德法煅烧塔
其工艺流程简述如下：
将碱厂流出的氨碱废液存于储存罐中，在高压水泵的作用下，连续不断将氨碱废液打入“逆流式闪速气流喷雾塔”，在“逆流闪速式喷雾塔”中迅速将氯化钙与氯化钠的混合水溶液浓度提高到45%左右，落入浓缩塔底部集液槽中(由于氯化钙溶解比氯化钠的溶解度大100倍左右，此时氯化钠几乎全部析出。)，然后由水泵将浓缩后的混合溶液送入络德法组合式旋液分离器中，经旋液分离后的逆流为纯净的氯化钙溶液，进入氯化钙溶液暂存罐，底流为氯化钠固体，进入氯化钠食盐储罐，经包装得到工业级食盐，返回碱厂作为碱厂原料使用 (生产每吨无水氯化钙可得到工业食盐500㎏)。
由高压泵将氯化钙溶液暂存罐中的45%浓度的氯化钙溶液连续打入 “顺流闪速式喷雾塔”中，在“顺流闪速式喷雾塔”中，迅速将高纯氯化钙水溶液浓缩蒸发并脱去结构水，随着来自高温热源的热气流进入高效收粉器，经高效收粉器收集、经连续闭风器、经包装，既得高纯无水氯化钙产品。经高效收粉器后的高温尾气在高负压风机的作用下，进入“逆流闪速式喷雾塔”中，浓缩氯化钙原溶液，浓缩后的气体经高压引风机后排入大气，完成全部工艺过程。
五、浓缩干燥一体机的社会经济效益
该设备可将纯碱行业大量排放的污水直接转变成高品质的无水氯化钙，同时将生产能耗降低57.6%，使处理废水的成本大大降低，与传统工艺相比，生产无水氯化钙产品的成本降低到二水氯化钙同等的水平上，仅为约600公斤标准煤，折合能量17581.2兆焦耳，干燥成本不足500元，吨产品利润新增610元，新增价值甚至超过纯碱行业本身的利润，使大规模利用纯碱废水生产无水氯化钙成为可能，也从根本上消除了氯碱行业健康发展的环境制约因素。根据测算，该技术设备在纯碱厂全部推广后，每年可使氯化钙行业降低能耗100多亿元，减少用煤1500万吨，并可每年减少纯碱污水排放1.2亿立方米。
以青海碱业有限公司为例，该公司达产后,年生产纯碱180万吨,排放污水1440万方,如果采用本装置将废水全部生产成无水氯化钙,不仅可大量减少污水排放,而且每年增加空气中的水分含量1267万方,每月106万方,每天增加3.5万方,极大地增加空气湿度,改变小气候,为青海气候环境改善做贡献。
六、结束语
浓缩干燥一体机的诞生，其直接意义是显著降低了无水氯化钙的生产成本，使纯碱行业副产的氯化钙水溶液得以大量有效利用，使大规模利用纯碱废水生产无水氯化钙成为可能，也从“经济效益”这个“根本”上消除了氯碱行业健康发展的环境制约因素。如果把它放到一个更大的环境背景下论述，在当前能源紧张的特定环境下，则具有了更大更深远的意义。那就是如果把这套设备的应用研究坚持不懈地做下去，可能对氯化镁、烧碱等许多成品母液浓度较低的基础工业产品的生产产生较大的影响，使我国乃至世界的化工原料生产成本普遍降低，从而对我们每一个人的生活都产生一定的积极意义。
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