專利名稱：利用電加熱管加熱解毒六價(jià)鉻的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電加熱管加熱解毒六價(jià)鉻的方法，還涉及該方法在利用鉻酸酐生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢酸泥解毒六價(jià)鉻生產(chǎn)硫酸氫鈉中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鉻鹽是重要的工業(yè)原料及化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于冶金、電鍍、建材、皮革、染料等行業(yè)，而鉻鹽行業(yè)的廢棄物，如鉻渣、廢水及鉻酐廢酸泥等，若采用不恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，?huì)給我們生存的環(huán)境造成極大的危害。目前，對(duì)這些廢棄物的處理方法有I.對(duì)鉻渣的解毒高溫化學(xué)還原法，如碳化法(包括碳及一氧化碳)、二氧化硫法
坐 寸ο2.對(duì)廢水的解毒(I)常溫化學(xué)法，如硫酸亞鐵一石灰法，亞硫酸法等；(2)物理方法如活性炭吸附法、離子交換法等；(3)還有電解法及高分子螯合法。3.對(duì)廢酸泥的解毒我國(guó)鉻酸酐生產(chǎn)大多采用硫酸法生產(chǎn)工藝。該工藝使用的原料是紅礬鈉(晶體或濃溶液)與濃硫酸(或發(fā)煙硫酸)，在200°C左右的高溫下反應(yīng)，所得產(chǎn)品是鉻酸酐，副產(chǎn)品是含有六價(jià)鉻的熔融液體，該熔融液體含有大量的強(qiáng)酸性物質(zhì)，類似泥漿狀，所以俗名叫廢酸泥。鉻酸酐副產(chǎn)的廢酸泥含有大量的硫酸和硫酸鈉。目前我國(guó)鉻鹽廠副產(chǎn)廢酸泥的處理方式主要包括如下三種(I)考慮到廢酸泥中含有大量硫酸，因此將其返回用于本廠紅礬鈉的酸化工序，以產(chǎn)生磷酸鉻沉淀或鉻酸鉻沉淀，但含鉻廢酸泥中富集了大量的Cr3+、K+、Fe3+等離子，因此對(duì)紅礬鈉成品的質(zhì)量會(huì)造成較大的影響。(2)回收廢酸泥中的鉻與酸，以用于生產(chǎn)堿式硫酸鉻鹽，但廢酸泥中硫酸鈉含量較大及鐵含量較高，因此不利于生產(chǎn)高品質(zhì)的堿式硫酸鉻鹽鞣革劑。因此這一處理方式限制了鉻酸酐副產(chǎn)廢酸泥的利用。(3)以上(I)和(2)兩種方法經(jīng)過(guò)多年推廣，多數(shù)鉻鹽廠的廢酸泥不同程度地得到利用，但仍有少數(shù)鉻鹽廠，特別是購(gòu)入紅礬鈉制鉻酸酐的小廠，副產(chǎn)廢酸泥未能得到有效利用，而是直接或間接排放，浪費(fèi)了資源，污染了環(huán)境。廢酸泥中的硫酸鈉和硫酸可轉(zhuǎn)化成硫酸氫鈉，然后通過(guò)結(jié)晶分離出來(lái)。然而本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果不對(duì)廢酸泥中的鉻進(jìn)行除去處理，硫酸氫鈉產(chǎn)品中會(huì)含有鉻，尤其是有毒的六價(jià)鉻，從而影響硫酸氫鈉產(chǎn)品的品質(zhì)，限制其用途。因此，必須除去廢酸泥中鉻的毒性。廢酸泥通過(guò)在高溫下處理，可使其中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。在高溫下還原時(shí)，廢酸泥呈熔融態(tài)，反應(yīng)體系的粘度較大，不太容易對(duì)廢酸泥實(shí)現(xiàn)均勻、準(zhǔn)確的加熱并解毒六價(jià)鉻。為了提供反應(yīng)所需的熱量，現(xiàn)有技術(shù)有建議選擇紅外線微波加熱，這可以將廢酸泥加熱到還原所要求的高溫，但是需要將反應(yīng)釜密閉，然而在高溫下還原時(shí)，廢酸泥中的硫酸氫鈉會(huì)分解產(chǎn)生氣體，因此反應(yīng)釜不宜密閉。另外，采用微波加熱導(dǎo)致廢酸泥表里溫差大，溫度控制較難，使得廢酸泥里殘存的六價(jià)鉻還原不徹底。因此，采用微波加熱來(lái)還原廢酸泥中的六價(jià)鉻存在諸多缺陷，不宜在工業(yè)上推廣使用。隨后，人們又研究出用導(dǎo)熱油加熱，這可以將廢酸泥加熱到還原所需的高溫，然而該加熱方式對(duì)反應(yīng)釜的材質(zhì)要求較高。經(jīng)試驗(yàn)，搪瓷釜在該溫度下不能用；316L及鈦材和904L能用，但使用時(shí)間不長(zhǎng)；只有哈氏合金G30能夠使用，但價(jià)格較貴，均不是十分經(jīng)濟(jì)的方法。因此，仍舊需要一種更為均勻、準(zhǔn)確、對(duì)反應(yīng)釜的材質(zhì)沒(méi)有過(guò)分的額外要求、設(shè)備投資成本較低、操作簡(jiǎn)便有效的將鉻酸酐生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒六價(jià)鉻的方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)于鉻酸酐生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢酸泥的準(zhǔn)確加熱解毒方法進(jìn)行了廣泛而又深入的研究，以期發(fā)現(xiàn)一種加熱更為均勻、準(zhǔn)確、對(duì)電加熱管 及反應(yīng)釜的材質(zhì)沒(méi)有過(guò)分的額外要求、設(shè)備投資成本較低、操作簡(jiǎn)便有效的將鉻酸酐生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒的方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將電加熱管直接插入廢酸泥中加熱，并且對(duì)加熱的總功率和電加熱管的面積功率系數(shù)的特定選擇來(lái)加熱廢酸泥，既可以提供均勻、準(zhǔn)確的加熱解毒，而且對(duì)反應(yīng)釜的材質(zhì)沒(méi)有特別的要求，可以繼續(xù)使用常規(guī)的反應(yīng)釜，此外該操作簡(jiǎn)單、采用了清潔能源，因此適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明人正是基于前述發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒六價(jià)鉻的方法一電加熱法。該方法既可以提供均勻、準(zhǔn)確的加熱，對(duì)廢酸泥有效地解毒，而且對(duì)電加熱管及反應(yīng)釜的材質(zhì)沒(méi)有特別的要求，可以繼續(xù)使用常規(guī)的反應(yīng)釜，此外該方法的操作簡(jiǎn)單、采用了清潔能源一電能，因此適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的另一目的在于提供根據(jù)本發(fā)明的將鉻酸酐生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒的方法在利用鉻酸酐生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢酸泥生產(chǎn)硫酸氫鈉中的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的的技術(shù)方案可以概括如下I. 一種將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒六價(jià)鉻的方法，該方法包括通過(guò)將電加熱管插入廢酸泥中而將廢酸泥由初始溫度T1加熱至溫度T2,并在T2溫度下保持一段時(shí)間，其特征在于，從T1加熱到T2的電加熱的總功率應(yīng)滿足下式(I)P=n · c · Hi(T2-T1)Zt (I)式(I)中，P為電加熱的總功率，單位kW ；η為功率校正系數(shù)，其為> I. I的任意數(shù)；c為廢酸泥的比熱，單位kj/kg · V ；m為廢酸泥的質(zhì)量，單位kg;T1為廢酸泥的初始溫度，單位V ；T2為選自280_330°C的還原反應(yīng)溫度，單位°C，其中T2高于T1 ；t從T1加熱到T2經(jīng)歷的時(shí)間，單位s，在從T1加熱到T2期間，電加熱管的選擇應(yīng)使得單根電加熱管的加熱面積與其額定功率的比例為O. 010-0. 10m2/kW。2.如第I項(xiàng)所述的方法，其中η為I. 1-1. 6。
3.如第I或2項(xiàng)所述的方法，其中c為I. 36-1. 40kJ/kg · V，優(yōu)選為I. 37-1. 39kJ/kg · °C，尤其為 I. 38kJ/kg · °C ο4.如第1-3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中單根電加熱管的加熱面積與其額定功率的比例為 O. 02-0. 085m2/kffo5.如第1-4項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中電加熱管為石英電加熱管。6.如第1-5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中T2為295_315°C。7.如第1-6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中t為O. 5_4h，優(yōu)選為l_2h。8.如第1-7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中在1~2溫度下保持0.5-1.5小時(shí)，優(yōu)選
O.8-1. 2 小時(shí)。
9.如第1-8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中廢酸泥具有如下組成30-40wt% 的硫酸；40-55wt% 的硫酸鈉；l-5wt% 的以 Na2Cr2O7. 2H20 計(jì)的六價(jià)鉻；O. 1-0. 8wt%的以三氧化二鉻計(jì)的水溶性三價(jià)鉻；和8_12wt%的水不溶物。10.如第1-9項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，該方法用于將廢酸泥中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。11.如第1-10項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法，其中η為I. 1，和c為I. 38kJ/kg *°C，并且電加熱管的數(shù)目為電加熱的總功率P與單根電加熱管的功率之商，若該商為小數(shù)，則按照四舍五入取整。12.根據(jù)第1-11項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的方法在利用硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥生產(chǎn)硫酸氫鈉中的用途。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒六價(jià)鉻的方法，該方法包括通過(guò)將電加熱管插入廢酸泥中而將廢酸泥由初始溫度T1加熱至溫度T2,并在T2溫度下保持一段時(shí)間，其特征在于，從T1加熱到T2的電加熱的總功率應(yīng)滿足下式⑴P=n · c · Hi(T2-T1)Zt (I)式(I)中，P為電加熱的總功率，單位千瓦(kW)；η為功率校正系數(shù)，其為> I. I的任意數(shù)；c為廢酸泥的比熱，單位千焦每千克攝氏度(kj/kg · °C )；m為廢酸泥的質(zhì)量，單位千克(kg);T1為廢酸泥的初始溫度，單位攝氏度(V )；T2為選自280_330°C的還原反應(yīng)溫度，單位攝氏度(V )，其中T2高于T1 ;和t從T1加熱至Ij T2經(jīng)歷的時(shí)間，單位秒(S)；在從T1加熱到T2期間，電加熱管的選擇應(yīng)使得單根電加熱管的加熱面積與其額定功率的比例(該比例值在本文中亦稱作面積功率系數(shù))為O. 010-0. IOmVkffo
用于本發(fā)明方法的原料為采用硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物一廢酸泥。在該廢酸泥中，含有大量硫酸和硫酸鈉等。對(duì)本發(fā)明有利的是，廢酸泥具有如下組成30-40wt% 的硫酸；40-55wt% 的硫酸鈉；l-5wt% 的以 Na2Cr2O7. 2H20 計(jì)的六價(jià)鉻；O. 1-0. 8wt%的以三氧化二鉻計(jì)的水溶性三價(jià)鉻；和8_12wt%的水不溶物。廢酸泥中的六價(jià)鉻物質(zhì)通常有毒，因此需要將其轉(zhuǎn)化成其它形式的鉻，從而達(dá)到解毒之目的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，廢酸泥中的六價(jià)鉻物質(zhì)可在升高的溫度下發(fā)生還原，從而達(dá)到 解毒目的。六價(jià)鉻物質(zhì)可在較寬的溫度范圍內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)。但是為了使六價(jià)鉻完全還原，還原溫度通常選擇為280-330°C，優(yōu)選為295-315°C。為了使廢酸泥中的六價(jià)鉻完全還原，工業(yè)上通常將廢酸泥經(jīng)由一定的時(shí)間升溫到目標(biāo)溫度，然后在該目標(biāo)溫度下保溫一段時(shí)間。也就是說(shuō)，廢酸泥中六價(jià)鉻的完全還原大體分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段為升溫階段，第二個(gè)階段為保溫階段。在升溫階段中，工業(yè)上通常要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將廢酸泥加熱到規(guī)定的溫度。為此，需要對(duì)加熱方式進(jìn)行精確控制，以使得能夠均勻、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)升溫。為此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)廢酸泥中六價(jià)鉻還原的均勻、準(zhǔn)確升溫方式。即借助電加熱管直接加熱，通過(guò)選擇特定的總加熱功率和電加熱管的特定面積功率系數(shù)，即可準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)升溫程序。因此，本發(fā)明方法的一個(gè)重要特點(diǎn)在于對(duì)于電加熱的總功率的選擇。為了在規(guī)定時(shí)間內(nèi)從T1升溫到T2，對(duì)本發(fā)明而言，電加熱的總功率應(yīng)滿足下式⑴P=n · c · Hi(T2-T1)Zt (I)式(I)中，P為電加熱的總功率，單位千瓦(kW)；η為功率校正系數(shù)，其為> I. I的任意數(shù)；c為廢酸泥的比熱，單位千焦每千克攝氏度(kj/kg · °C )；m為廢酸泥的質(zhì)量，單位千克(kg);T1為廢酸泥的初始溫度，單位攝氏度(V )；T2為選自280_330°C的還原反應(yīng)溫度，單位攝氏度(V )，其中T2高于T1 ；t從T1加熱至Ij T2經(jīng)歷的時(shí)間，單位秒(S)。在本發(fā)明中，η為功率校正系數(shù)(是一個(gè)校正因子)，與物料的粘度有關(guān)，物料的粘度越大，針對(duì)該物料加熱的功率系數(shù)就越大，通常為> I. I。當(dāng)η太低時(shí)，加熱功率小，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)法達(dá)到目標(biāo)溫度，當(dāng)η太高時(shí)，加熱功率大，加熱時(shí)間就短，但在規(guī)定時(shí)間內(nèi)溫度會(huì)超過(guò)目標(biāo)溫度，被加熱的物料會(huì)發(fā)生分解。優(yōu)選I. 6 > η > I. I。在本發(fā)明中，c為廢酸泥的比熱。由于廢酸泥本身即為包含多種成分的復(fù)雜混合物，它的組成取決于多種因素，因此每種廢酸泥的比熱不盡相同。通常而言，c為I. 36-1. 40kJ/kg · °C，優(yōu)選為 I. 37-1. 39kJ/kg · °C，尤其為 I. 38kJ/kg · °C。m為廢酸泥的質(zhì)量，即被加熱的整個(gè)物料的質(zhì)量。T1為廢酸泥的初始溫度，即廢酸泥在將要加熱前的溫度。取決于廢酸泥的狀態(tài)，廢酸泥的初始溫度可以為環(huán)境溫度或室溫，也可以是高于環(huán)境溫度，例如為50-150 V。
T2高于T1，為廢酸泥的還原反應(yīng)溫度。T2溫度通常為280_330 °C，優(yōu)選為295-315 O。t為廢酸泥從T1加熱到T2經(jīng)歷的時(shí)間。優(yōu)選該時(shí)間為O. 5_4h，優(yōu)選l_2h。通過(guò)將廢酸泥加熱到T2溫度并保持一段時(shí)間，廢酸泥中的六價(jià)鉻即被還原。該還原反應(yīng)可產(chǎn)生三價(jià)鉻，從而實(shí)現(xiàn)廢酸泥的解毒。所述還原溫度通常為280-330°C，優(yōu)選為295-315 。在該溫度下，廢酸泥中的六價(jià)鉻在較快的時(shí)間內(nèi)即可基本完全被還原，優(yōu)選完全被還原，尤其是被還原為三價(jià)鉻。有利的是，為了解毒廢酸 泥中的六價(jià)鉻，將廢酸泥在T2溫度下恒溫保持O. 5-1. 5小時(shí)，更優(yōu)選保持O. 8-1. 2小時(shí)。本發(fā)明方法的另一個(gè)重要特點(diǎn)在于在T1加熱到T2期間對(duì)電加熱管的選擇。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，電加熱管的選擇應(yīng)使得單根電加熱管的加熱面積(即，電加熱管設(shè)計(jì)用來(lái)與物料直接接觸進(jìn)行加熱的面積，亦即設(shè)計(jì)加熱面積)與其額定功率的比例為
O.010-0. IOmVkffo若總功率不變時(shí)，該比例如果升高，則每IkW的電功率的加熱面積就大，電加熱管與物料間接觸充分，物料升溫均勻，但不能太大，要受被加熱物料的橫截面積的制約，在工業(yè)上操作難度加大；該比例值降低，則每IkW的電功率的加熱面積就小，加熱管與被加熱物料接觸不充分，物料升溫不均勻，不能達(dá)到理想的效果。優(yōu)選電加熱管的面積功率為O. 02-0. 085m2/kW。例如，對(duì)于一根額定功率為IOkW且其設(shè)計(jì)加熱面積為O. 2m2的電加熱管，則其面積功率系數(shù)為O. 02m2/kW。在工業(yè)上，經(jīng)常采用的電加熱管呈圓柱形(直徑Φ)，一端封閉，一端出線，用相對(duì)管的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)法蘭封頭，以便固定于反應(yīng)器的蓋子上。市購(gòu)電加熱管的功率一般為Ι-lOkW，而IOkW以上需要特制。石英電加熱管的直徑一般為Φ25-Φ80，而Φ80以上需要特制。電加熱管的加熱長(zhǎng)度一般為500-1000mm，而加熱長(zhǎng)度1000以上需要特制。對(duì)本發(fā)明而言，在確定了電加熱的總功率P和加熱管的尺寸規(guī)格之后，對(duì)于加熱管數(shù)量的選擇屬于公知常識(shí)，或者通過(guò)簡(jiǎn)單的例行試驗(yàn)即可確定。例如，在確定了單根加熱管的功率之后，按照總功率與單根加熱管功率之商(若該商為小數(shù)，則按照四五五入取整)得出加熱管的數(shù)量。如果該數(shù)量超出了反應(yīng)器最大允許安裝數(shù)量，則可選擇單根加熱功率較大的加熱管，直到選擇的所有加熱管都能均勻地分布于廢酸泥中為止。作為選擇，也可先確定加熱管的數(shù)量，然后選擇加熱管的功率。作為舉例，工業(yè)上可采用如下方式布置加熱管(I)布置原則電加熱管在反應(yīng)釜的蓋子上均勻布置；(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電加熱管排布時(shí)首先按靠近容器壁的圓周開(kāi)始，該圓周為第一層，與容器壁的距離為150mm，找出直徑φ ，求出周*Cl，用Cl/300=Xl，若比值&是小數(shù)，按照四舍五入取整，即X1為第一層圓周上的電加熱管數(shù)量；與容器壁距離300mm的圓周為第二層，找出第二層的直徑印2，求出周長(zhǎng)02，用c2/300=x2，x2為第二層圓周上的電加熱管數(shù)量；與容器壁距離450mm的圓周為第三層，找出第三層的直徑(|>3，求出周長(zhǎng)C3,用c3/300=x3, X3為第三層圓周上的電加熱管數(shù)量；這樣依次類推。最后一層的圓周直徑為不能再劃分出兩個(gè)
150mm為止。加熱管的總數(shù)X=xi+x2+x3+......。通常而言,xpx2、x3、、、等為等差數(shù)列，公差為
3，只要第一圓周的加熱管數(shù)量確定，就可以依次計(jì)算出其他圓周的加熱管數(shù)量。在此情形下，選擇的滿足本發(fā)明面積功率系數(shù)的電加熱管的功率即為電加熱總功率P與加熱管總數(shù)X之比；若該比值結(jié)果是小數(shù)，則按照四舍五入取整。在確定了電加熱管及其數(shù)量之后，將各電加熱管均勻地分布于廢酸泥中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢酸泥的均勻、準(zhǔn)確加熱解毒。在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方案中，作為電加熱管，優(yōu)選使用石英電加熱管。相比于襯四氟管和鈦管，石英電加熱管耐強(qiáng)酸腐蝕，能長(zhǎng)久使用，且價(jià)格低廉。在本發(fā)明的一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，η為I. 1，c為I. 38kJ/kg · °C，并且電加熱管的數(shù)目為電加熱的總功率P與單根電加熱管的功率之商，若該商為小數(shù)，則按照四舍五入取整。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了根據(jù)本發(fā)明的方法在利用硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥解毒六價(jià)鉻生產(chǎn)硫酸氫鈉中的應(yīng)用。硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐得到的廢酸泥副產(chǎn)物含有大量的硫酸和硫酸鈉，由這兩種化合 物可以反應(yīng)得到硫酸氫鈉。在從廢酸泥中分離硫酸氫鈉之前，先將廢酸泥中的六價(jià)鉻還原，即可減少硫酸氫鈉中六價(jià)鉻的含量，從而提高硫酸氫鈉的品質(zhì)。進(jìn)而，如果將廢酸泥中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，并用沉淀劑將該三價(jià)鉻沉淀的話，還可進(jìn)一步減少硫酸氫鈉中鉻的總含量，從而進(jìn)一步提高硫酸氫鈉的品質(zhì)。因此，在由硫酸法生產(chǎn)得到的廢酸泥制備硫酸氫鈉的方法中，通過(guò)采用本發(fā)明的還原方法，可以減少硫酸氫鈉產(chǎn)品中的六價(jià)鉻含量或總鉻含量，從而改進(jìn)硫酸氫鈉產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)施例下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)指出的是，這些實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的示范性說(shuō)明，而不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例I將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐副產(chǎn)的含鉻熔融廢酸泥250kg加入一個(gè)直徑Φ650πιπι、高900mm的圓柱形反應(yīng)釜中進(jìn)行解毒。該廢酸泥的溫度為100°C，擬定將該廢酸泥經(jīng)由I小時(shí)加熱到300°C并然后保溫I. O小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。該廢酸泥的比熱取為I. 38kJ/kg · ，功率系數(shù)取為I. I。因此，為了實(shí)現(xiàn)前述升溫條件，首先計(jì)算出被加熱物料所需的總功率P = I. I ·I. 38 *250 · (300-100)/3600=21. 08kW。根據(jù)反應(yīng)釜的截面積Φ 650mm，計(jì)算電加熱管的數(shù)量及其分布。布置電加熱管的第一圓周周長(zhǎng)4=(650-15(^2)^3. 14=1099mm，第一圓周分布的加熱管數(shù)量1:=1099/300=3. 66^4 ;而布置電加熱管的第二圓周的直徑Φ2=350_150*2=50mm，故只能安裝一根加熱管，即第二圓周分布的加熱管數(shù)量X2=I ;總的電加管數(shù)量X=xi+x2=5。因此每根石英電加熱管的功率P=P/X=21. 08/5 4kW。因此，選擇4kW的石英管，其規(guī)格為Φ32*1000πιπι，加熱長(zhǎng)度為600mm，加熱面積為O. 0611m2，計(jì)算出電加熱管的面積功率系數(shù)為
0.0611m2/4kff = O. 01535m2/kff(這落入 O. 010-0. 10m2/kff 范圍內(nèi))，符合設(shè)計(jì)要求。將5根上述選定的石英電加熱管(第一圓周布置4根，第二圓周布置I根)均勻地插入裝有100°c的廢酸泥的圓柱形反應(yīng)釜中，其中電加熱管的設(shè)計(jì)加熱表面完全與廢酸泥接觸，將廢酸泥加熱I小時(shí)，此時(shí)測(cè)得廢酸泥的溫度為300±10°c，然后在該溫度下保溫
1.O小時(shí)。反應(yīng)完畢之后，測(cè)定反應(yīng)物中六價(jià)鉻的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)六價(jià)鉻的含量低于檢測(cè)限，沒(méi)有檢測(cè)到任何六價(jià)鉻，只是檢測(cè)到三價(jià)鉻。這表明，通過(guò)本發(fā)明方法，廢酸泥中殘存的有毒六價(jià)鉻完全被還原成了無(wú)毒的三價(jià)鉻。實(shí)施例2
將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐副產(chǎn)的含鉻熔融廢酸泥3500kg加入一個(gè)直徑1450mm、高2000mm的圓柱形反應(yīng)釜中進(jìn)行還原反應(yīng)。該廢酸泥的溫度為100°C，擬定將該廢酸泥經(jīng)由2小時(shí)加熱到300°C，并然后保溫I. O小時(shí)進(jìn)行還原。該廢酸泥的比熱取為I. 38kJ/kg*°C,功率系數(shù)取為I. I。因此，為了實(shí)現(xiàn)前述升溫采用的總功率P = I. I · I. 38 · 3500 · (300-100)/7200=147. 58kW。根據(jù)反應(yīng)釜的截面積Φ 1450mm，計(jì)算電加熱管的數(shù)量及其分布。布置電加熱管的第一圓周的直徑￠0450-15(^2=1150111111,其周長(zhǎng)C1 = 1150*3. 14=3611mm,第一圓周分布的加熱管數(shù)量1:=3611/300=12. 04 ^ 12 ;布置電加熱管的第二圓周的直徑Φ2=1150-1502=850mm,其周長(zhǎng)c2=850*3. 14=2669mm,第二圓周分布的加熱管數(shù)量x2=2669/300=8. 89 ^ 9 ;布置電加熱管的第三圓周的直徑Φ 3=850_150*2=550mm，其周長(zhǎng)c3=550*3. 14=1727mm，第三圓周分布的加熱管數(shù)量x3=1727/300=5. 76 ^ 6 ;布置電加熱管的第四圓周的直徑Φ4=550-150*2=250πιπι，其周長(zhǎng)c4=250*3. 14=785mm，第四圓周分布的加熱管數(shù)量x4=785/300=2. 62 ^ 3 ;布置電加熱管的第五圓周的直徑Φ5=250-150*2=_50mm，不能計(jì)算其周長(zhǎng)C5，第五圓周上不能布置加熱管；因此總的電加熱分布數(shù)量X=x1+x2+x3+x4=12+9+6+3=30o 因此每根石英電加熱管的功率 p=P/X=147. 58kff/30 ^ 5kW。因此每根石英電加熱管的功率為5kW。選擇石英管的規(guī)格為Φ40*2000πιπι,加熱長(zhǎng)度為1500mm，加熱面積為O. 19m2，故該電加熱管的面積功率系數(shù)為O. 19m2/5kff = O. 038m2/kW(這·落入O. 010-0. IOmVkff范圍內(nèi))，符合設(shè)計(jì)要求。將30根上述選定的石英電加熱管(第一到第四圓周分別布置12、9、6和3根)均勻地插入裝有100°c的廢酸泥的圓柱形反應(yīng)釜中，其中電加熱管的設(shè)計(jì)加熱表面完全與廢酸泥接觸，將廢酸泥加熱2小時(shí)，此時(shí)測(cè)得廢酸泥的溫度為300±10°C，然后在該溫度下保溫I. O小時(shí)。反應(yīng)完畢之后，測(cè)定反應(yīng)物中六價(jià)鉻的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)六價(jià)鉻的含量低于檢測(cè)限，沒(méi)有檢測(cè)到任何六價(jià)鉻，只是檢測(cè)到三價(jià)鉻。實(shí)施例3將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐副產(chǎn)的含鉻熔融廢酸泥5000kg加入一個(gè)直徑2000mm、高2500mm的圓柱形反應(yīng)釜中進(jìn)行還原反應(yīng)。該廢酸泥的溫度為100°C，擬定將該廢酸泥經(jīng)由2小時(shí)加熱到300°C并然后保溫I. O小時(shí)進(jìn)行還原。該廢酸泥的比熱取為I. 38kJ/kg · ，功率系數(shù)取為I. I。因此，為了實(shí)現(xiàn)前述升溫采用的總功率P= I. I *1. 38 -5000 -(300-100)/7200=210. 83kW。根據(jù)反應(yīng)釜的截面積Φ2000mm，計(jì)算電加熱管的數(shù)量及其分布。布置電加熱管的第一圓周的直徑￠^2000-1502=1700111111,其周長(zhǎng)Cl=17003. 14=5338mm，第一圓周分布的加熱管數(shù)量1:=5338/300=17. 79 ^ 18 ;布置電加熱管的第二圓周的直徑Φ 2=1700-1502=1400mm，其周長(zhǎng)c2=14003. 14=4396mm，第二圓周分布的加熱管數(shù)量x2=4396/300=14. 65^ 15 ;布置電加熱管的第三圓周的直徑Φ3=1400-150*2=1100mm，其周長(zhǎng)C3=I 100*3. 14=3454mm，第三圓
周分布的加熱管數(shù)量x3=3454/300=11. 51 ^ 12 ；......這樣依次計(jì)算x4=9, x5=6, x6=3, X7=O ；
因此總的電加熱分布點(diǎn)數(shù)Xzxi+xj^+xs+xjxs+xfis+is+u+g+e+szes。因此每根石英電加熱管的功率P=p/X=210. 83kff/63 3kW。因此每根石英電加熱管的功率為3kW。選擇石英管的規(guī)格為Φ50*2500ι πι,加熱長(zhǎng)度為1800mm,加熱面積為O. 2846m2,故該電加熱管的面積功率系數(shù)為O. 2846m2/3kff = O. 09485m2/kW(這落入O. 010-0. 10m2/kff范圍內(nèi))，符合設(shè)計(jì)要求。將63根上述選定的石英電加熱管(第一到第六圓周分別布置18、15、12、9、6和3根)均勻地插入裝有100°C的廢酸泥的圓柱形反應(yīng)釜中，其中電加熱管的設(shè)計(jì)加熱表面完全與廢酸泥接觸，將廢酸泥加熱2小時(shí)，此時(shí)測(cè)得廢酸泥的溫度為300± 10°C，然后在該溫度下保溫I. O小時(shí)。反應(yīng)完畢之后，測(cè)定反應(yīng)物中六價(jià)鉻的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)六價(jià)鉻的含量低于檢測(cè)限，沒(méi)有檢測(cè)到任何六價(jià)鉻，只是檢測(cè)到三價(jià)鉻。實(shí)施例4將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐副產(chǎn)的含鉻熔融廢酸泥250kg加入一個(gè)直徑Φ 650mm、高900mm的圓柱形反應(yīng)釜中進(jìn)行解毒。該廢酸泥的溫度為100°C，擬定將該廢酸泥經(jīng)由I小時(shí)加熱到300°C并然后保溫I. O小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。該廢酸泥的比熱取為I. 38kJ/kg · ，取功率系數(shù)選為I. 2。因此，為了實(shí)現(xiàn)前述升溫條件，首先計(jì)算出被加熱物料所需的總功率P = I. 2 ·1.38 *250 · (300-100)/3600=23kW。根據(jù)反應(yīng)釜的截面積Φ 650mm，計(jì)算電加熱管的數(shù)量及其分布。布置電加熱管的第一圓周周長(zhǎng)C1= (650-150*2) *3. 14=1099mm，第一圓周分布的加熱管數(shù)量Xl=1099/300=3. 66^4 ;而布置電加熱管的第二圓周的直徑Φ 2=350_150*2=50mm，故只能安裝一根加熱管，即第二圓周分布的加熱管數(shù)量X2=I ;總的電加熱分布點(diǎn)數(shù)X=xi+x2=5。因此每根石英電加熱管的功率p=P/X=23/5 ^ 5kW。選擇石英管的規(guī)格不變?yōu)棣?32*1000mm, 加熱長(zhǎng)度為600mm，加熱面積為O. 0611m2，計(jì)算出電加熱管的面積功率系數(shù)為O. 0611m2/5kff=O. 01222m2/kW(這落入0.010-0. 10m2/kW范圍內(nèi))，符合設(shè)計(jì)要求。將5根上述石英電加熱管(第一圓周布置4根，第二圓周布置I根)均勻地插入裝有100°C的廢酸泥的圓柱形反應(yīng)釜中，其中電加熱管的設(shè)計(jì)加熱表面完全與廢酸泥接觸，將廢酸泥加熱I小時(shí)，此時(shí)測(cè)得廢酸泥的溫度為300± 10°C，然后在該溫度下保溫I. O小時(shí)。反應(yīng)完畢之后，測(cè)定反應(yīng)物中六價(jià)鉻的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)六價(jià)鉻的含量低于檢測(cè)限，沒(méi)有檢測(cè)到任何六價(jià)鉻，只是檢測(cè)到三價(jià)鉻。這表明，通過(guò)本發(fā)明方法，廢酸泥中殘存的有毒六價(jià)鉻完全被還原成了無(wú)毒的三價(jià)鉻。實(shí)施例5將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐副產(chǎn)的含鉻熔融廢酸泥250kg加入一個(gè)直徑Φ 650mm、高900mm的圓柱形反應(yīng)釜中進(jìn)行解毒。該廢酸泥的溫度為100°C，擬定將該廢酸泥經(jīng)由I小時(shí)加熱到300°C并然后保溫I. O小時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。該廢酸泥的比熱取為I. 38kJ/kg · °C，取功率系數(shù)選為1.6。因此，為了實(shí)現(xiàn)前述升溫條件，首先計(jì)算出被加熱物料所需的總功率P=I. 6 · I. 38 · 250 · (300-100)/3600=30. 67kW。根據(jù)反應(yīng)釜的截面積 Φ 650mm，計(jì)算電加熱管點(diǎn)的數(shù)量及其分布。布置電加熱管的第一圓周周長(zhǎng)C1 = (650-150*2)*3. 14=1099mm,第一圓周分布的加熱管數(shù)量1:=1099/300=3. 66 ^ 4 ;而布置電加熱管的第二圓周的直徑Φ2=350-150*2=50ι πι,故只能安裝一根加熱管，即第二圓周分布的加熱管點(diǎn)數(shù)X2=I ;總的電加熱分布點(diǎn)數(shù)X=XfX2=S。因此每根石英電加熱管的功率ρ=Ρ/Χ=30. 66/5 6kW。選擇石英管的規(guī)格不變，為Φ32*1000ι πι,加熱長(zhǎng)度取為600mm,加熱面積為O. 0611m2,計(jì)算出電加熱管的面積功率系數(shù)為O. 0611m2/6kff = O. 01018m2/kW(這落入O. 010-0. 10m2/kW范圍內(nèi))，符合設(shè)計(jì)要求。將5根上述石英電加熱管(第一圓周布置4根，第二圓周布置I根)均勻地插入裝有100°c的廢酸泥的圓柱形反應(yīng)釜中，其中電加熱管的設(shè)計(jì)加熱表面完全與廢酸泥接觸，將廢酸泥加熱I小時(shí)，此時(shí)測(cè)得廢酸泥的溫度為300± 10°C，然后在該溫度下保溫I. O小時(shí)。反應(yīng)完畢之后，測(cè)定反應(yīng)物中六價(jià)鉻的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)六價(jià)鉻的含量低于檢測(cè)限，沒(méi)有檢測(cè)到任何六價(jià)鉻，只是檢測(cè)到三價(jià)鉻。這表明，通過(guò)本發(fā)明方法，廢酸泥中殘存的有毒六價(jià)鉻完全被還原成了無(wú)毒的三價(jià)鉻。以上兩例說(shuō)明，被加熱物料、反應(yīng)釜、石英加熱管確定，在加熱時(shí)間一定的情況下，依據(jù)面積功率的范圍O. 010-0. IOmVkff,由公式P=n · c · In(T2-T1)A可以計(jì)算出，功率系數(shù)η彡I. I，但彡I. 6，被加熱物料所需的總功率21. 08 30. 66kW最為經(jīng)濟(jì)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種將硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥加熱解毒六價(jià)鉻的方法，該方法包括通過(guò)將電加熱管插入廢酸泥中而將廢酸泥由初始溫度T1加熱至溫度T2,并在T2溫度下保持一段時(shí)間，其特征在于，從T1加熱到T2的電加熱的總功率應(yīng)滿足下式(I) P=n · c · Hi(T2-T1)Zt(I) 式⑴中， P為電加熱的總功率，單位kW ； η為功率校正系數(shù)，其為> I. I的任意數(shù)； C為廢酸泥的比熱，單位kj/kg · V ; m為廢酸泥的質(zhì)量，單位kg; T1為廢酸泥的初始溫度，單位V ； T2為選自280-330°C的還原反應(yīng)溫度，單位°C，其中T2高于T1 ； t從T1加熱到T2經(jīng)歷的時(shí)間，單位-.S， 在從T1加熱到T2期間，電加熱管的選擇應(yīng)使得單根電加熱管的加熱面積與其額定功率的比例為 O. 010-0. IOmVkffo
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中η為I.1-1. 6。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中c為I.36-1. 40kJ/kg · V，優(yōu)選為I. 37-1. 39kJ/kg · °C，尤其為 I. 38kJ/kg · °C ο
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中單根電加熱管的加熱面積與其額定功率的比例為 O. 02-0. 085m2/kffo
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中電加熱管為石英電加熱管。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中T2為295-315°C。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中t為O.5-4h，優(yōu)選為l-2h。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中在T2溫度下保持O.5-1. 5小時(shí)，優(yōu)選O.8-1. 2 小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中廢酸泥具有如下組成 30-40wt%的硫酸； 40-55wt%的硫酸鈉； l-5wt%的以Na2Cr2O7. 2H20計(jì)的六價(jià)鉻； O.1-0. 8wt%的以三氧化二鉻計(jì)的水溶性三價(jià)鉻；和 8-12wt%的水不溶物。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，該方法用于將廢酸泥中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中η為I.1，和C為I. 38kJ/kg*°C，并且電加熱管的數(shù)目為電加熱的總功率P與單根電加熱管的功率之商，若該商為小數(shù)，則按照四舍五入取整。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法在利用硫酸法生產(chǎn)鉻酸酐的副產(chǎn)物廢酸泥生產(chǎn)硫酸氫鈉中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用電加熱管加熱解毒六價(jià)鉻的方法，包括通過(guò)將電加熱管插入廢酸泥中而將廢酸泥由初始溫度T1加熱至溫度T2，并在T2溫度下保持一段時(shí)間，其特征在于，從T1加熱到T2的電加熱的總功率應(yīng)滿足P=n·c·m(T2-T1)/t，式中各變量如說(shuō)明書(shū)中所定義，在從T1加熱到T2期間，電加熱管的選擇應(yīng)使得單根電加熱管的加熱面積與其額定功率的比例為0.010-0.10m2/kW。還涉及該方法在由廢酸泥生產(chǎn)硫酸氫鈉中的應(yīng)用。通過(guò)本發(fā)明方法，可以提供均勻準(zhǔn)確的加熱，對(duì)廢酸泥有效解毒，而且對(duì)電加熱管及反應(yīng)釜的材質(zhì)沒(méi)有特別的要求，可以繼續(xù)使用常規(guī)反應(yīng)釜，此外該方法操作簡(jiǎn)單、采用了清潔能源，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G37/033GK102887544SQ20121033865
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者李先榮, 馬順友, 白禮太, 胡義華 申請(qǐng)人:四川省安縣銀河建化(集團(tuán))有限公司