張紹武

摘 要：在DSD酸聯(lián)產(chǎn)鐵黑項(xiàng)目中試結(jié)項(xiàng)報(bào)告的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(xué)名稱(chēng)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(lái)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(huì)產(chǎn)生大量無(wú)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(wèn)題，對(duì)中國(guó)的顏料行業(yè)起到積極的示范推動(dòng)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(shí)，生成一定量的二價(jià)鐵離子，二價(jià)鐵離子在反應(yīng)過(guò)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(shí)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(xiǎn)粉防止DSD酸被氧化。保溫1小時(shí)，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(shí)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(shí)間VR內(nèi)反應(yīng)消失的物料量=單位時(shí)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(dāng)進(jìn)口轉(zhuǎn)化率為0時(shí)，分離變量并積分得

tr=nA0 （2）

在恒容條件下式（2）可以簡(jiǎn)化為tr=cA0（3）

由cA=cA0（1-xA）代入式（3）得tr=（4）

由式（4）可見(jiàn)，間歇反應(yīng)器內(nèi)為達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時(shí)間tr，只是動(dòng)力學(xué)方程式的直接積分，與反應(yīng)器大小及物料投入量無(wú)關(guān)。

因此反應(yīng)時(shí)間等于中試的DNS滴加時(shí)間6h。由此計(jì)算釜的大小與臺(tái)數(shù)。反應(yīng)過(guò)程總臺(tái)時(shí)為預(yù)腐投料醋酸、鐵粉、水共計(jì)1小時(shí)，預(yù)腐1小時(shí)，反應(yīng)6小時(shí)，投堿保溫1小時(shí)，出料1小時(shí)，合計(jì)10小時(shí)，因此每天反應(yīng)2批。年工作時(shí)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(shí)間300天計(jì)，反應(yīng)釜充裝系數(shù)按照0.7設(shè)計(jì)。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(tái)，采用50 m3反應(yīng)釜需要5臺(tái)?？紤]到反應(yīng)釜太大會(huì)影響攪拌效果，因此采用6臺(tái)40m3反應(yīng)釜，每天反應(yīng)2批，實(shí)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(guò)濾。鐵黑粗品板框計(jì)算臺(tái)時(shí)如下：進(jìn)料1小時(shí)，壓料1小時(shí)，打風(fēng)0.5小時(shí)，循環(huán)淋洗1小時(shí)，打風(fēng)0.5小時(shí)，卸料1小時(shí)，其余輔助時(shí)間1小時(shí)，共計(jì)6小時(shí)，每天可操作4批，為減少人工及操作量，選用2臺(tái)板框。每臺(tái)板框每批處理1.5釜料。操作時(shí)每3臺(tái)釜同時(shí)反應(yīng)，另外3臺(tái)釜錯(cuò)開(kāi)6小時(shí)再反應(yīng)，即可與鐵黑粗品板框臺(tái)時(shí)匹配。

反應(yīng)釜放料至鐵黑粗品板框，當(dāng)料液快放完的時(shí)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(jī)物。

2.2 鐵黑洗滌流程

鐵黑中有機(jī)物含量過(guò)高，鐵黑就無(wú)法銷(xiāo)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(wú)法將有機(jī)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(guò)硫酸酸析才能得到最終產(chǎn)品。酸析釜采用3臺(tái)。首先在酸析釜中加入一定量95℃底水，然后同時(shí)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(guò)程中有大量煙霧產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)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(jì)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(guò)兩臺(tái)成品板框過(guò)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(pán)干-渦流磨精破碎。包裝均為機(jī)械手自動(dòng)化包裝碼垛。