化工制药工艺残渣燃烧过程固氯初探

2020-03-20李佳欣徐红纳牡丹江医学院黑龙江牡丹江157011

化工管理 2020年3期

李佳欣徐红纳（牡丹江医学院，黑龙江牡丹江157011）

随着社会的不断发展以及科学技术水平的不断提升，人们对于环境和安全问题的重视程度随之提高，这给化工制药行业提出了更高的要求。对于化工制药领域而言，其虽然给人们提供了药物支持，但是其在生产过程中，会出现一些残渣，一旦残渣处理不到位，就会生成一些有毒有害的气体，给人们的生命安全构成威胁。因此，在化工制药过程中，必须要加强对残渣处理工作的重视，通过采取一系列手段，使得残渣焚烧充分，减少有毒有害气体的排放，进而给人们的人身安全提供必要保障。

1实验装置及方法分析

本次研究中所采用的反应器为石英玻璃管，中间含有耐高温的陶瓷砂芯，温控装置为热电偶温控仪，反应中所需的空气来自于空气钢瓶，尾气吸收装置中主要成本是质量分数为10%的NaOH，样品取自于某化工制药厂的半固体黑色残渣，在对残渣进行化学分析后发现，其含有大量的有机氯化物，在进行氯化氢气体测量前，先对样品进行去水化处理，然后放置于恒温箱中进行干燥处理，研磨至颗粒状备用。

先称取适量的样品残渣加入到反应器陶瓷砂芯上，通过外部的陶瓷加热管进行加热处理，然后通过热电偶温控仪进行反应温度的调控，确保其处于规范状态。反应中所需的氧气来自于空气钢瓶，其从石英管下部通入，反应尾气从石英管上部排放至尾气吸收装置，尾气吸收装置主要是质量分数为10%的NaOH，样品中所释放的氯化氢气体会被NaOH 所吸收，在吸收后通过色谱分析可以进行定量分析，计算样品释放氯化氢的量。

2实验结果分析

2.1 温度对残渣样品中氯化氢生成量的影响

在实验过程中将反应温度提升速率控制在10℃/min,同时需要确保体系中空气流动速率为100mL/min，并且安排工作人员对不同温度下氯化氢释放量进行记录和整理。

根据实验结果可知，当体系温度达到450℃时，残渣样品开始释放氯化氢气体，随着体系温度的不断上升，氯化氢气体的释放量呈现增高的趋势，当温度达到550℃-600℃时，体系中氯化氢释放浓度最大，后续随着体系温度的升高，氯化氢气体的释放量出现降低的趋势，当温度达到750℃时，反应基本停止，此时残渣样品中不再释放氯化氢气体。此时通过对残渣样品反应后承重发现，其残渣热灼减率达到78%，可见残渣样品中的氯基本转化为氯化氢气体。

2.2吸收剂对固氯效果的影响

本次研究中起到固氯效果的吸收剂主要氧化钙（CaO）和碳酸钙（CaCO3）两种，其主要的固氯原理如下：

在上述反应中，对于氧化钙的固氯反应属于可逆反应；而对于碳酸钙的固氯反应，当体系温度达到700℃时，由于样品不会再释放氯化氢气体，所以碳酸钙会直接进行分解反应，反应如下：

在本次实验中，其中对于碳酸钙吸收剂而言，当体系温度在700℃以下时，可以认为是碳酸钙直接与氯化氢气体发生固氯反应，以达到实质性的固氯效果。为了研究两种吸收剂的固氯效果，实验中要对不同吸收剂与残渣质量比进行效果分析和判断。在实验中同样控制空气流动速率为100mL/min，升温速率为10℃/min，当体系温度达到氯化氢气体释放浓度最大时（650℃），保持恒温反应10min，然后计算不同吸收剂与残渣样品质量比值。

由此可知，随着吸收剂和样品比值的逐渐增加，氧化钙的固氯效果更加理想，其中当二者比值达到0.8左右时，氧化钙吸收剂的固氯效果可以达到98%左右。而对于碳酸钙吸收剂而言，当其与样品比值达到2.0 左右时，固氯效果最佳，固氯率达到77%左右。而对于两种吸收剂而言，其固氯效果达到最佳后，随着着固氯剂／残渣质量比的继续增加，固氯效果不会再发生变化，而是趋于稳定状态。

2.3温度对固氯效果的影响

将吸收剂参数设定为最佳状态，即氧化钙、碳酸钙与样品质量比分别为0.8、2.0，在这种情况下进行温度对固氯效果影响的实验分析，详细如下：首先需要将实验条件设定在规范状态下，即空气流动速率为100mL/min，升温速率为10℃/min。由此可知，当体系温度在550℃-650℃左右时，此时体系中氯化氢浓度相对较低，证明两种吸收剂具有良好的固氯效果。但是随着温度的继续升高，体系中氯化氢的浓度不断增加，证明吸收剂的固氯效果开始呈现降低趋势，尤其是当体系温度达到700℃以后，固氯效果更差，造成这种问题的原因一方面是由于吸收剂氧化钙固氯反应中发生了可逆反应所致，另一方面是碳酸钙吸收剂在温度达到700℃以后时，发生了自身分解反应，导致固氯效果降低。由此可见，要想达到理想的固氯效果，必须要综合考虑吸收剂和温度等多方面因素，确保各项参数处于最优状态。

2.4木屑对固氯效果的影响

在本次实验中，为了提升残渣样品的热值和可燃性，选择木屑作为助燃剂，所以木屑会对固氯效果产生一定程度的影响。对于木屑而言，其作为一种固体废弃物燃料，其热值是残渣样品热值的2倍左右，同时其燃烧温度较低，所以特别适用于本次试验中的助燃剂。在研究木屑对固氯效果的影响前，同样需要设定相关的参数，即在空气流动速率为100mL/min，升温速率为10℃/min 时，分析样品／木屑／氧化钙比值为1：3：0.8 和样品／木屑／碳酸钙比值为1：2：3时的固氯效果。根据实验结果分析可知，在体系中加入一定比例的木屑助燃剂后，混合物热值得到有效提升，此时吸收剂的固氯效果同样十分良好，即前者固氯率达到97%左右（氧化钙），后者固氯率达到76%左右（碳酸钙）。通过分析发现，残渣中加入木屑后对固氯的影响认为是，木屑热解过程的两个峰值分别在温度340℃和450℃，低于残渣热分解峰值出现的温度560℃，故混合物在加热过程中木屑先于残渣分解，木屑分解产生的热量使得残渣局部温度过热，促进了残渣的分解。而残渣整体温度还较低，这样就有利于气固吸收反应的进行。