способ получения коагулянта

Формула изобретения

Способ получения коагулянта, включающий разложение в реакторе водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при температуре 110-120^oС с получением 15-17% по Al₂O₃ плава сульфата алюминия и последующее растворение его в баке приготовления раствора до конечной концентрации 7-7,5% по Al₂O₃, отличающийся тем, что полученный 15-17% по Al₂O₃ плав сульфата алюминия перед выгрузкой из реактора разбавляют водой до промежуточной концентрации 13-13,5% по Al₂O₃ и принудительно транспортируют для последующего растворения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии, преимущественно к производству минеральных солей, и может быть использовано для получения неорганического коагулянта сульфата алюминия. Сульфат алюминия находит широкое применение в коммунальном хозяйство, теплоэнергетике, различных отраслях промышленности для очистки питьевой и технической воды, коагуляционной обработки сточных вод.

Известен способ получения соли сульфата алюминия, основанный на взаимодействии водной суспензии гидроксида алюминия с серной кислотой при температуре 110-120^oC по реакции [1]:

2Al(OH)₃+3Н₂SO₄+aq = Аl₂(SO₄)₃nН₂О+aq

Образовавшийся концентрированный плав соли, содержащий 15-17% Аl₂O₃, кристаллизуют на столах или водоохлаждаемых барабанах, с которых его срезают ножом в виде кусков неправильной формы или чешуек.

К недостаткам этого способа получения сульфата алюминия следует отнести наличие энергоемких операций кристаллизации и сушки продукта, значительные тепло-, паровыделения от кристаллизационных аппаратов в рабочие помещения, приводящие к неблагоприятным условиям труда. Большая вязкость сульфата алюминия обуславливает частые поломки съемных ножей и остановки кристаллизаторов. При погрузочно-разгрузочных работах твердый коагулянт загрязняет атмосферу складов токсичной пылью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ получения сульфата алюминия в виде концентрированных водных растворов [2].

Процесс осуществляется следующим образом.

Приготовленную в репульпаторе суспензию гидроксида алюминия подают в реактор, куда одновременно поступает концентрированная серная кислота. Исходные реагенты дозируют из расчета получения плава соли с содержанием 15-17% Аl₂O₃. Одновременно с началом загрузки реагентов в реактор вводят острый пар для перемешивания и нагрева реакционной массы. По окончании загрузки сырья массу выдерживают при температуре 110-120^oС в течение 40-60 минут. Процесс заканчивают, когда содержание свободной серной кислоты не превышает 0,1%. Из реактора плав сульфата алюминия через нижний патрубок сливают в бак приготовления раствора, заполненный водой, для получения раствора соли с содержанием 7-7,5% по Аl₂O₃. Растворение плава осуществляют непрерывным перемешиванием раствора сжатым воздухом в течение 15-30 мин с одновременной рециркуляцией жидкости насосом.

Концентрированный плав соли представляет собой высоковязкую быстро твердеющую при небольшом снижении температуры массу, поэтому единственно возможный способ выгрузки продукта из реактора - самотеком под гидростатическим давлением. Аналогичным образом передают из репульпатора в реактор суспензию гидроокиси, содержание твердого в которой достигает 50% мас.

Таким образом, в рассматриваемом способе получения коагулянта движение материальных потоков по аппаратам осуществляется с применением прямоточной схемы, для чего аппараты размещают на разных уровнях относительно друг друга, что усложняет обслуживание оборудования, а также ведение техпроцесса. Однако наиболее существенный недостаток способа, принятого в качестве прототипа, состоит в том, что прямоточная схема требует существенного увеличения высоты здания и капитальных затрат. По данным проектной организации для размещения производства коагулянта на основе известного способа минимально необходимая высота строительной части составляет 20 м.

В нашем случае стояла задача организовать производство коагулянта в существующей постройке высотой 9,9 м.

Задачей изобретения является улучшение условий и надежности принудительного транспортирования расплавленной соли из реактора в бак приготовления раствора посредством насоса, за счет снижения вязкости плава, температуры его кристаллизации.

Поставленная задача достигается способом получения коагулянта, включающим разложение в реакторе водной суспензии гидроксида алюминия серной кислотой при температуре 110-120^oС с получением 15-17% по Al₂O₃ плава сульфата алюминия и последующим растворением в баке приготовления раствора до конечной концентрации 7-7,5% по Al₂O₃. Полученный 15-17% по Al₂O₃ плав сульфата алюминия перед выгрузкой из реактора разбавляют водой до промежуточной концентрации 13-13,5% по Al₂O₃ и принудительно транспортируют для последующего растворения до конечной концентрации.

При разбавлении плава водой до концентрации выше 13,5% по Аl₂O₃ его вязкость изменяется несущественно с 9,2 сПз до 8,7 сПз, при разбавлении до концентрации ниже 13% нерационально используется объем реактора.

Ведение процесса прямого получения плава соли с 13-13,5% Аl₂O₃ сопряжено с увеличением времени разложения суспензии гидроксида алюминия и общей длительности технологического цикла в 1,5 раза и, как следствие, снижением производительности реактора.

Согласно выполненному проекту производства коагулянта по предложенному способу установка размещена в существующем здании высотой 9,9 м, снижена капитальные затраты на строительство.

Пример осуществления способа.

Приготовленную в репульпаторе водную суспензию в количестве 24,8 кг, содержащую 10,8 кг гидроксида алюминия, самотеком направляют в реактор емкостью 45 дм³, изготовленный из высоколегированной стали марки 06ХН28 МДТ. Одновременно с суспензией гидроксида алюминия туда же из мерника равномерно заливают 22 кг 92%-ной сорной кислоты. С началом загрузки реагентов включают подачу острого пара в реактор по барботажной трубе. С помощью пара осуществляют нагрев и перемешивание реакционной массы. Содержимое реактора выдерживают при 110-120^oС в течении 40 мин. В полученный нейтральный по тропеолину концентрированный раствор добавляют 1,57 кг воды для снижения содержания соли с 15 до 13% по Аl₂O₃. После 5 мин непрерывного перемешивания острым паром раствор соли с температурой 115-120^oС перекачивают обогреваемым химическим насосом из реактора в бак приготовления, расположенный на одной с ним отметке. Предварительно в бак заливают 17,8 кг воды, включают насос на рециркуляцию и подают в барботер сжатый воздух. Через 15 мин после завершения подачи плава в бак замеряют плотность раствора сульфата алюминия. Процесс заканчивают при достижении плотности раствора 1,29-1,31 г/см³, что соответствует концентрации соли 7-7,5% по Аl₂O₃.

Полученный раствор коагулянта используют для обработки отстаиванием воды поверхностного источника со следующими качественными показателями: щелочность 2,85 мг-экв/дм³, мутность 2,2 мг/дм³, цветность 25 град, рН 7,5-7,7. Доза вводимого в исходную воду коагулянта такая же, как и при обработке серийно выпускаемым коагулянтом, и составляет 20 мг/дм³ по сульфату алюминия. Реагентная обработка раствором коагулянта позволяет получать устойчивые результаты по снижению мутности и цветности воды до норм СанПиН 2.1.4.559-96: мутности - менее 1,5 мг/дм³, цветности - менее 20 град.

Таким образом, предложенный способ дает возможность выпускать коагулянт на существующих производственных площадях с минимальными капитальными затратами, что крайне важно для предприятий, подвергающихся конверсии и реструктуризации.

Источники информации

1. Ткачев К.В., Запольский А.К., Кисиль Ю.К. Технология коагулянтов. - Л.: "Химия", 1978, 185 с.

2. Запольский А. К. Основные тенденции в производстве неорганических коагулянтов. Химия и технология воды, 1984, т.6, 2, с.158-162.