DSD酸联产铁黑工艺放大的研究

张绍武

摘 要：在DSD酸联产铁黑项目中试结项报告的基础上，设计放大到工业化规模的工艺流程。

关键词：DSD酸；铁黑；放大；工艺流程

DSD酸的化学名称是4，4”-二氨基二苯乙烯-2，2-二磺酸。铁黑分子式为Fe3O4。采用铁粉来还原DNS制备DSD酸是目前行业内普遍采用的工艺，但传统的工艺会产生大量无法利用的铁泥从而形成固废，具有较大的环保压力。

本论文浅谈了铁粉法还原联产DSD酸和氧化铁黑，变固废为产品。从而解决DSD酸行业中固废铁泥难以处理的问题，对中国的颜料行业起到积极的示范推动作用。

1 反应单元流程确定

9Fe+4H2O+2DNS钠盐→2DSD钠盐+3Fe3O4

1.1 预腐流程

预腐，就是铁粉在酸性溶液中反应1小时，生成一定量的二价铁离子，二价铁离子在反应过程之中既是催化剂又是反应物，因此可以大大提升反应速率。本工艺采用10%浓度的醋酸溶液，在90℃下常压预腐。

1.2 反应流程

①预腐完成后向反应釜逐渐滴加DNS钠盐溶液，滴加时间6h，DNS钠盐和铁发生还原反应，反应温度为105℃，反应压力为0.2公斤（表压），生成铁黑和DSD酸混合液。然后加入氢氧化钠调PH到10左右，加入保险粉防止DSD酸被氧化。保温1小时，使DSD酸变成DSD钠盐并全部溶解，便于下一步与铁黑分离。

②本工艺由于反应物有固体物料投加，且需一段时间预处理，因此采用间歇釜式反应器。

在间歇釜式反应器中，-单位时间VR内反应消失的物料量=单位时间VR内物料A的累积量，得公式（1）

由nA=nA0（1-xA） 得dnA=-nA0dxA，带入公式（1）得

-VRrA= nA0 ，当进口转化率为0时，分离变量并积分得

tr=nA0 （2）

在恒容条件下式（2）可以简化为tr=cA0（3）

由cA=cA0（1-xA）代入式（3）得tr=（4）

由式（4）可见，间歇反应器内为达到一定转化率所需反应时间tr，只是动力学方程式的直接积分，与反应器大小及物料投入量无关。

因此反应时间等于中试的DNS滴加时间6h。由此计算釜的大小与台数。反应过程总台时为预腐投料醋酸、铁粉、水共计1小时，预腐1小时，反应6小时，投碱保温1小时，出料1小时，合计10小时，因此每天反应2批。年工作时间300天。根据中试数据，吨产DSD酸，反应釜持液量為7.219m3。年产15000吨DSD酸，按年操作时间300天计，反应釜充装系数按照0.7设计。每批所需要反应釜体积为15000/300/2/0.7x7.219=258m3。如采用40m3反应釜需要6台，采用50 m3反应釜需要5台。考虑到反应釜太大会影响搅拌效果，因此采用6台40m3反应釜，每天反应2批，实际充装系数为0.75。

2 产品分离流程确定

2.1 DSD酸与铁粉分离流程

由于反应液量及滤饼量都很大，因此采用板框过滤。铁黑粗品板框计算台时如下：进料1小时，压料1小时，打风0.5小时，循环淋洗1小时，打风0.5小时，卸料1小时，其余辅助时间1小时，共计6小时，每天可操作4批，为减少人工及操作量，选用2台板框。每台板框每批处理1.5釜料。操作时每3台釜同时反应，另外3台釜错开6小时再反应，即可与铁黑粗品板框台时匹配。

反应釜放料至铁黑粗品板框，当料液快放完的时候，用铁黑粗品板框的循环淋洗水冲釜，一方面将釜壁上残留的铁黑冲走，另一方面可以回收循环洗水中的有机物。

2.2 铁黑洗涤流程

铁黑中有机物含量过高，铁黑就无法销售变为固废。因此铁黑的洗涤非常重要。由于在铁黑粗品板框上的洗涤属于静态洗涤，无法将有机物完全洗掉，因此需增加打浆洗涤流程，采用三次打浆循环洗涤，洗水套用。

3 DSD酸酸析流程确定

铁黑粗品板框的滤液为DSD钠盐，需经过硫酸酸析才能得到最终产品。酸析釜采用3台。首先在酸析釜中加入一定量95℃底水，然后同时加入铁黑粗品板框的滤液及50%硫酸，控制PH值在1-2，温度95℃。酸析过程中有大量烟雾产生，经过酸析釜顶的酸析气全凝器冷凝回流到酸析釜内。酸析气全凝器工艺计算如下：

根据中试数据，酸析釜顶出口蒸汽流量约为150m3/h。95℃水的饱和蒸汽压为84518Pa，因此出口气中水蒸气量为15x84518/101330=125m3/h。常压下水蒸气密度为0.597kg/m3，水蒸气质量为12.5x0.597=75kg/h

95℃水蒸汽汽化热为2270.9kJ/kg，冷凝介质采用循环水，入口温度为32℃，出口温度为40℃。由于有酸气夹带，换热器采用石墨列管换热器。根据厂家提供数据传热系数K=100W/（m2·K）

根据上三式代入数据求得换热面积A=8m2，冷凝水量为5m3/h。

酸析后得到DSD酸混合液，通过两台成品板框过滤得到湿品DSD酸。

4 DSD酸、铁黑干燥包装

DSD酸、铁黑干燥包装选用撬装设备，DSD酸采用闪蒸干燥，铁黑采用带式-粗破碎-盘干-涡流磨精破碎。包装均为机械手自动化包装码垛。