PL168241B1 - Sposób termicznej obróbki wilgotnych hydratów PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób termicznej obróbki wilgotnych hydratów, w którym wode powierzchniowa ze sfluidyzowanej goracym gazem warstwy tego materialu w pierwszym zlozu fluidalnym z wbudowanymi powierzchniami wymiany cieplnej odparowuje sie na niskim poziomie tem- peraturowym w procesie ciaglym i nastepnie wode krystalizacyjna ze sfluidyzowanej gora- cym gazem warstwy tego materialu w drugim zlozu fluidalnym z wbudowanymi powierzchniami wymiany cieplnej odpedza sie na niskim poziomie temperaturowym w procesie ciaglym, znamienny tym, ze pierwsze i drugie zloze fluidalne realizuje sie w oddzielnych aparatach, a cieplo w przewazajacej czesci wprowadza sie poprzez przeponowa wymiane cieplna. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznej obróbki wilgotnych hydratów, w którym wodę powierzchniową ze sfluidyzowanej gorącym gazem warstwy tego materiału w pierwszym złożu fluidalnym z wbudowanymi powierzchniami wymiany cieplnej odparowuje się na niskim poziomie temperaturowym w procesie ciągłym i następnie wodę krystalizacyjną ze sfluidyzowanej gorącym gazem warstwy tego materiału w drugim złożu fluidalnym z wbudowanymi powierzchniami wymiany cieplnej odpędza się na niskim poziomie temperaturowym w procesie ciągłym.

Takim sposobem jest np. tak zwane kalcynowanie wilgotnego gipsu. Wilgotny gips, tj. dwuhydrat siarczanu wapniowego, do którego należy również wilgotny gips z REA (z urządzenia do odsiarczania gazów spalinowych = RauchengasEntschwefelungsAnlagen), można w temperaturze do 90°C suszyć powierzchniowo, nie usuwając wody krystalizacyjnej. W temperaturze do około 145°C następuje odpędzanie wody krystalizacyjnej, odwadnianie do półhydratu. W zależności od cząstkowego ciśnienia pary wodnej powstaje przy tym alfa- lub beta-odmiana tego półhydratu. Powyżej tej temperatury, zależnie od poziomu temperaturowego, powstają wskutek całkowitego oddania wody odmiany anhydratu, poczynając od tak zwanego A III gipsu, bardzo reaktywnego składnika o krótkim czasie wiązania, a kontynuując przez pasywny, trudno rozpuszczalny AII s gips i obojętny AII u gips. Te różnice we własnościach reakcyjnych sprowadzają się do zmienionych przez obróbkę cieplną właściwości powierzchniowych.

Dla otrzymania kalcynowanego gipsu o stałym i/lub czystym składzie fazowym jest zatem ważna możność dokładnego sterowania profilem temperaturowym podczas wytwarzania. Nie mogą zaistnieć żadne przegrzania i niejednorodności podczas obróbki cieplnej, prowadzące w

168 241 przypadku poszczególnych cząstek materiału do niepożądanych przemian fazowych. Obowiązuje to dla wszystkich etapów termicznych, a więc także dla suszenia.

Dotychczas nie istnieje żaden sposób, w którym rzeczywiście mogą spełnione być omówione wyżej warunki maksymalne. Znane sposoby wykazują odrębne etapy suszenia i kalcynowanie. W etapie suszenia stosuje się rury przepływowe lub kombinacje ogrzewanych mieszarek i rur przepływowych, które eksploatuje się za pomocą gazów spalinowych bądź za pomocą pośrednio ogrzewanych gazów rzędu powyżej 200°C. Dla prowadzonego ogrzewania powierzchniami zetknięcia stosuje się ponadto znane nośniki ciepła, np. olej lub parę, od około 150°C. Nie można uniknąć tego, żeby materiał, przynajmniej częściowo, nie przegrzewał się wskutek zbyt długiego zatknięcia ze strumieniami gazu gorącego bądź z powierzchniami grzejnymi i żeby już tu podczas suszenia nie tworzyły się niepożądane fazy, takie jak A III, AII.

W procesie kalcynowania stosuje się tak zwane warniki, bębny, rury obrotowe z powierzchniami grzejnymi (rury parowe) oraz różne typy pieców. Bezpośrednio opalane bębny i piece pochodzą z konwencjonalnej techniki wypalania gipsu i nadają się tylko dla materiału w kawałkach.

Warniki i rury parowe zasila się fluidyzowalnym proszkiem gipsowym (granulat), takim jaki otrzymuje się z REA (z urządzeń do odsiarczania gazów spalinowych).

Charakterystycznymi dla wspomnianych aparatów są albo bezpośrednie opalanie gazami gorącymi (gazami spalinowymi bądź powietrzem) o temperaturze z reguły powyżej 400°C i/albo niecałkowita fluidyzacja w obrębie powierzchni grzejnych. Wskutek tego, tak jak w przypadku suszarni, dochodzi do miejscowego przegrzania i do niekontrolowanego tworzenia się gipsu wielofazowego. Poza tym gazy spalinowe nie są obojętne i nie można nastawić kontrolowanej atmosfery (np. cząstkowego ciśnienia H2O). Te wady kalcynowania są wystarczająco znane i są przedmiotem propozycji ulepszeniowych. W praktyce kompensuje się te niedogodności postępowania w ten sposób, że wskutek różnego dodawania domieszek tak zwanych substancji nastawiających, bądź wskutek dodatkowych operacji (mielenie, chłodzenia) wywiera się niekorzystny wpływ na właściwości produktu.

Znane propozycje zmierzają do tego, żeby gazom spalinowym na drodze uprzednio dołączonej, pośredniej wymiany ciepła odebrać szkodliwą nadmierną temperaturę, zastosować aparaty fluidyzacyjne w celu zintensyfikowania i ujednorodnienia przenoszenia ciepła oraz nie dopuścić gazów spalinowych do zetknięcia z produktem.

I tak w opisie patentowym FR-PS nr 1 338 126 opisuje się fluidyzacyjny aparat eksploatowany za pomocą gorącego powietrza, który jednakże problemy fluidyzacyjne w strefie nadawy może za pomocą mieszadła rozwiązywać tylko niezupełnie, wskutek czego znowu istnieje niebezpieczeństwo miejscowego przegrzania, i to zwłaszcza przy ciągach gazu spalinowego, prowadzących przez warstwę. Tym niedogodnościom zapobiega sposób według opisu patentowego DE-PS nr 37 21 421, tj. złoże fluidalne z wypełnieniem z obojętnego granulatu, takiego jak piasek, i dołączenie cyrkulacji ze strony gazu. Opis patentowy DE-PS nr 26 22 994 opisuje aparat fluidyzacyjny, który próbuje niejednorodną jakość produktu polepszyć drogą urównomiernienia czasu przebywania za pomocą komór. Temu aparatowi jako niedogodność zarzuca się to, że dla osiągnięcia wystarczającej wydajności suszenia i sprawności należy eksploatację prowadzić za pomocą gazu gorącego o wysokiej temperaturze, czyli wobec znanego niebezpieczeństwa przegrzania.

W opisie GB nr 2 027 859 A oferuje się aparat podobny do warnika, który poprzez powierzchnie wymiany ciepła w warstwie produktu chłodzi gazy spalinowe, zanim zastosuje się je do (częściowej) fluidyzacji. Opis DE-OS nr 37 38 301 podchwytuje tę zasadę pośredniej wymiany ciepła. Ponadto w celu fluidyzacji stosuje się pośrednio ogrzany gaz gorący, a nie gaz spalinowy, i ujednolicenie czasu przebywania próbuje się osiągnąć na drodze różnie sfuidyzowanych komór. Także w przypadku obu tych sposobów istnieje niebezpieczeństwo przegrzania na ściankach przenoszących ciepło, zwłaszcza w przypadku częściowej lub różnorodnej fluidyzacji. Poza tym wszystkie dotychczas omówione sposoby, z wyjątkiem granulatorowego złoża fluidalnego (opis patentowy DE-PS nr 37 21 421), wymagają konwencjonalnie osuszonego a zatem, jak już wyjaśniano, wstępnie uszkodzonego proszku dwuhydratowego.

168 241

Z opisu US-A-2 485 317 znany jest sposób dehydratacji gipsu, w którym ogrzewanie sproszkowanego gipsu przeprowadza się w aparacie bez sięgania po ogrzewanie pośrednie. Przy tym bardzo rozdrobniony materiał surowy i gaz gorący wprowadza się do strefy suszenia, ten gaz gorący przez tę strefę wdmuchuje się ku górze, by utworzyć sfluidyzowaną warstwę tego materiału, przynajmniej częściowo osuszony materiał wprowadza się do strefy hydratacji, w której również dzięki wdmuchiwaniu ku górze gazowi gorącemu wytwarza się sfluidyzowaną warstwę tego materiału, i przynajmniej część tego gazu gorącego z górnej części strefy dehydratacji prowadzi się do dolnej części strefy suszenia. Te obie strefy ze złożami fluidalnymi są jedna nad drugą umieszczone w jednym aparacie. Strefy te mogą też być wyposażone w rury, którymi cyrkuluje czynnik grzewczy, taki jak np. para.

Opis US-A-4 585 645 dotyczy sposobu przekształcania uwodnionych tlenków glinu w produkt bezwodny, który zawiera co najmniej 10% wagowych α-tlenku glinowego. W tym sposobie prowadzi się postępowanie w bardzo wysokiej temperaturze, przy czym nie przewiduje się wbudowanych powierzchni wymiany cieplnej.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu z rodzaju omówionego we wstępie opisu, w którym to sposobie można byłoby dokładnie sterować profilem temperaturowym podczas obróbki termicznej oraz zapobiec przegrzaniom i niejednorodnościom, które prowadzą do niepożądanych przemian fazowych materiału poddawanego obróbce.

Osiąga się ten cel za pomocą omówionego we wstępie sposobu termicznej obróbki wilgotnych hydratów, polegającego według wynalazku na tym, że pierwsze i drugie złoże fluidalne realizuje się w oddzielnych aparatach, a ciepło w przeważającej części wprowadza się poprzez przeponową wymianę cieplną.

Za pomocą tego sposobu unika się wad wspomnianych wyżej na przykładzie kalcynowania wilgotnego dwuhydratu gipsowego, korzystnie gipsu z urządzenia do odsiarczania gazów. W danym aparacie fluidyzacyjnym suszenie bądź odciąganie wody krystalizacyjnej zachodzi łagodnie bez jakiegokolwiek, choćby częściowego przegrzania. Osiąga się to poprzez całkowitą, jednorodną fluidyzację dzięki pośrednio ogrzanemu gazowi gorącemu o niskiej temperaturze. Istotną ilość energii przenosi się do warstwy fluidalnej przez powierzchnię wymienników ciepła, którą ogrzewa się czynnikami, takimi jak para nasycona, olejowy nośnik ciepła, ewentualnie o niskim poziomie temperaturowym, korzystnie o np, temperaturze około 200°C. Szczególnie korzystne ukształtowanie konstrukcyjne tych aparatów o prostokątnym rzucie poziomym zapewnia wąski zakres czasu przebywania i znakomity profil temperaturowo/wilgotnościowy bez posługiwania się komorami różnorodnie sfuidyzowanymi. Dzięki wskutek tego powstającej, relatywnie chłodnej strefie wprowadzania i powstającemu łagodnemu ogrzewaniu wywiera się korzystny wpływ na powierzchniowe właściwości kryształów.

Złoże fluidalne składa się z materiału poddawanego obróbce, tj. np. z granulatu gipsowego. Nie są potrzebne żadne materiały pomocnicze ani mechaniczny środek pomocniczy (taki jak mieszadło). Pewny sposób funkcjonowania osiąga się dzięki głębokiej warstwie złoża fluidalnego, np. 0,5-1,5 m. Dla umożliwienia suszenia również wysokowilgotnych hydratów trzeba takie materiały przed wprowadzeniem do etapu suszenia korzystnie odwodnić mechanicznie i zmieszać z zawróconym, powierzchniowo wysuszonym materiałem aż do niekrytycznej zawartości wilgoci i tę nadawę tak rozproszyć, aby właściwe obciążenie powierzchniowe nie zakłócało fluidyzacji. Można to urzeczywistnić w korzystny sposób dzięki kilku miejscom zasilania i/lub hamującym impulsy lub rozpraszającym elementom wbudowanym w tej warstwie.

Regulowanie temperatury złoża fluidalnego można przeprowadzić albo przez zdolność przerobową produktu albo przez temperaturę nośnika ciepła. W przypadku wilgotnego gipsu osiąga się powierzchniowo wysuszony dwuhydrat o pełnej zawartości wody krystalizacyjnej przy temperaturze produktu około 90°C. Za pomocą tego materiału wyjściowego można w kalcynatorze, w tym drugim aparacie fluidyzacyjnym, tylko drogą zmiany temperatury wylotowej, którą można jako stałą utrzymywać w wąskim przedziale, wytworzyć każdą żądanąjakość gipsu: czysty β-półhydrat, dwufazowy gips o zawartości beta-półhydratu i w zależności od temperatury o różnych zawartościach A Ili gipsu oraz wielofazowy gips o udziałach beta-półhydratu, A III- i A Il-gipsu aż do czystego A ii gipsu. W tym kalcynatorze może u wyładunkowego końca kalcynatora znajdować się zintegrowana strefa chłodzenia w której produkt ten

168 241 chłodzi się korzystnie w sfluidyzowanej warstwie gazem i przez przeponową wymianę ciepła do łagodnej temperatury i możliwe jest przeprowadzenie w tej strefie arydyzacji produktu poprzez celowe dodanie wilgoci.

Podany niżej przykład wykonania bliżej omawia i objaśnia sposób według wynalazku. Omówienie to powołuje się na rysunek, na którym schematycznie przedstawiono urządzenie do przeprowadzenia przykładu wykonania, mianowicie kalcynowania wilgotnego gipsu.

Mechanicznie odwodniony gips wilgotny z urządzenia REA (z urządzenia do odsiarczania gazów spalinowych) z silosa 1 materiału wilgotnego wraz z już powierzchniowo wysuszonym dwuhydratem miesza się w mieszarce 2 do niekrytycznej zawartości wilgoci tak, żeby granulat był łatwo fluidyzowalny. Granulat ten poprzez urządzenie przesyłowe 3 wprowadza się w dwóch miejscach do pierwszego aparatu fluidyzacyjnego A, czyli do suszarni. Powietrze fluidyzacyjne ogrzewa się w stopniu grzejnym 5 do temperatury 150°C. Istotną ilość energii doprowadza się do warstwy fluidalnej w suszami A poprzez układ wymiennika ciepła 4. Powietrze odlotowe z suszarni A odpyla się w filtrze bądź w cyklonie 5. Pył ten razem z powierzchniowo wysuszonym dwuhydratem z suszarni A przesyła się pneumatycznie przewodem 7 do silosa 8 materiału suchego. Część ilości poprzez przenośnik ślimakowy 9 odgałęzia się jako materiał zawracany (add-back) do mieszarki 2. Reszta tego materiału z silosa 8 materiału suchego udaje się poprzez dozownik 10 do drugiego aparatu fluidyzacyjnego, czyli do kalcynatora B. Powietrze fluidyzacyjne dla części gorącej aparatu fluidyzacyjnego B ogrzewa się przez stopień grzejny 11 odpowiednio do żądanego stopnia kalcynowania. Powietrze wprowadzane do zintegrowanej w aparacie fluidyzacyjny B strefy chłodzenia nie ogrzewa się. Istotną ilość energii odpowiednio do żądanego celu kalcynowania wprowadza się do części gorącej kalcynatora B poprzez układ wymiennika ciepła 12, ze strefy chłodzenia odprowadza się znaczne ilości energii poprzez układ wymiennika ciepła 13. Powietrze odlotowe z kalcynatora B odpyla się w cyklonie 14, a pył ten, odpowiednio do stopnia kalcynowania tego materiału, zawraca się do odpowiedniego miejsca w warstwie materiału. Gotowy, kalcynowany, ochłodzony gips podaje się przewodami pneumatycznymi 15 do silosa 16 produktu końcowego i może stąd być pobierany do dalszego przetwarzania.

To, że przykład wykonania został pomyślany dla dwuhydratu-REA, dla którego sposób ten jest szczególnie odpowiedni, nie wyklucza zastosowania tego sposobu do kalcynowania również innych odmian gipsowych rodzajów dwuhydratu. Również w tych przypadkach można z zachowaniem opisanych zalet stosować ten sposób. Także i inne wilgotne hydraty można wobec wspomnianych zalet poddawać obróbce sposobem podanym według wynalazku.

168 241

! 13

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób termicznej obróbki wilgotnych hydratów, w którym wodę powierzchniową ze sfluidyzowanej gorącym gazem warstwy tego materiału w pierwszym złożu fluidalnym z wbudowanymi powierzchniami wymiany cieplnej odparowuje się na niskim poziomie temperaturowym w procesie ciągłym i następnie wodę krystalizacyjnąze sfluidyzowanej gorącym gazem warstwy tego materiału w drugim złożu fluidalnym z wbudowanymi powierzchniami wymiany cieplnej odpędza się na niskim poziomie temperaturowym w procesie ciągłym, znamienny tym, że pierwsze i drugie złoże fluidalne realizuje się w oddzielnych aparatach, a ciepło w przeważającej części wprowadza się poprzez przeponową wymianę cieplną.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poddawany obróbce materiał odwadnia się mechanicznie przed aparatem pierwszego złoża fluidalnego i do tego odwodnionego materiału jako domieszkę dodaje się część materiału już obrobionego w tym aparacie pierwszego złoża fluidalnego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że materiał do aparatu pierwszego złoża fluidalnego wprowadza się do warstwy od góry w wielu miejscach.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę termiczną prowadzi się w aparatach, których każde ze złóż fluidalnych wykazuje prostokątny rzut poziomy.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, żejako wilgotny hydrat stosuje się dwuhydrat gipsowy, zwłaszcza gips z urządzenia do odsiarczania gazów.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał przed wyładunkiem z aparatu drugiego złoża fluidalnego chłodzi się w sfluidyzowanej warstwie gazem i przez przeponową wymianę ciepła.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazy gorące ogrzewa się pośrednio.