L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
СПОСОБ СУШКИ КАРБИДНОГО ИЛА
| Название | СПОСОБ СУШКИ КАРБИДНОГО ИЛА |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Федорчук Ю.М., Зыкова Н.С., Шарепо А.М. |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2353591 |
| Дата регистрации | 27.04.2009 |
| Правообладатель | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет |
| Область применения (класс МПК) | C02F 11/14 (2006.01) C04B 2/02 (2006.01) C02F 103/36 (2006.01) |
| Медаль имени А.Нобеля |  |
Описание изобретения
Изобретение относится к обработке отстоя сточных вод, а именно к сушке карбидного ила, и может быть использовано в строительстве, сельском хозяйстве и горном деле. Для осуществления способа карбидный ил предварительно обезвоживают известными способами, например физико-механическими, до влажности не более 5-10 мас.%, после чего смешивают с концентрированной серной кислотой, масса которой составляет не менее 80% массы воды, содержащейся в объеме осушиваемого карбидного ила. Изобретение обеспечивает ускорение процесса сушки влажного карбидного ила и уменьшение массы используемого химического реагента, а также приводит к улучшению потребительских свойств карбидного ила - его сыпучести и исключения смерзания при низких температурах.
Изобретение относится к обработке отстоя сточных вод, а именно к сушке отстоя с использованием химических реагентов, и может найти применение в строительстве, сельском хозяйстве и горном деле.
Карбидный ил - это побочный продукт производства ацетилена, получаемого в ацетиленовых генераторах при разложении карбида кальция СаС2 водой по реакции:
СаС2+Н2О=Са(ОН)2+С2Н2
и используемого в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов. Побочный продукт представляет собой тестообразное вещество, состоящее из гидроксида кальция Са(ОН)2 (гашеная известь) и воды, причем массовая доля гидроксида кальция составляет не менее 55%, массовая доля воды - не более 50%. Карбидный ил используется в производстве строительных материалов в качестве вяжущего, активной минеральной добавки и раскислителя минеральных сред, в сельском хозяйстве - для подщелачивания кислых почв, в горном деле - для повышения вязкости буровых растворов (Управление строительства «Химстрой», НИИ строительных материалов при Томском инженерно-строительном институте. Карбидный ил (известь гашеная). Технические условия ТУ 206-9290-08-90. Томск, 1990. УДК 691.58: 666.946; Советский энциклопедический словарь», М., изд. «СЭ», 1989, с.92, 536; Политехнический словарь, М., изд. «СЭ», 1977, с.40).
Так как карбидный ил представляет собой тестообразную вязкую массу, то его хранение, перевозка и использование сопряжены с определенными техническими трудностями. По этой причине его применение в народном хозяйстве ограничено. Наиболее удобной и технологичной формой карбидного ила явилось бы его сыпучее состояние. Однако для этого его необходимо подвергнуть обезвоживанию.
Известны способы обезвоживания осадков сточных вод (И.С.Туровский. Обработка осадков сточных вод. М., Стройиздат», 1982). Среди них различают физико-механические, теплофизические, химические и другие способы. Физико-механические способы осуществляются посредством фильтрации, центрифугирования и сепарации осадков, теплофизические способы осуществляются путем непосредственного нагрева или вентилирования нагретым воздухом, химические способы основаны на воздействии на осадок кислотами, щелочами и другими химическими реагентами. Основной недостаток абсолютного большинства вышеназванных способов обезвоживания осадков состоит в том, что после обезвоживания влажность осадка сохраняется на уровне 5-10%. Это уменьшает сыпучесть разрыхленного осадка, а при отрицательных температурах он смерзается с образованием монолита. Чтобы избежать указанных последствий необходимо проведение сушки осадка до влажности не более 1% масс. Этого можно добиться лишь путем его прокаливания при температуре 105-110°С и выше. Однако процесс прокаливания сопряжен со значительными затратами тепловой энергии, что экономически невыгодно.
Известен способ обезвоживания шламов (авт.св. №1386594, МПК C02F 11/14, Б.И. №13-88). Способ заключается в следующем. Шлам обрабатывают серной кислотой до рН 4,0-4,5 и перемешивают. Затем в указанную смесь вводят магнийсодержащий минерал и снова перемешивают. После этого шлам обрабатывают серной кислотой до рН 2,0-2,5 с последующим подщелачиванием известью.
Недостаток способа по А.С. №1386594 - низкая степень обезвоживания осадка. Его влажность остается на уровне 5-10 мас.%.
Известен способ высушивания твердых тел (Химическая энциклопедия. М., изд. БРЭ, 1995 г., т.4, стр.488). Его сущность состоит в том, что обладающая гигроскопическими свойствами концентрированная серная кислота поглощает пары воды, выделяемые из твердого тела путем испарения за счет процесса увеличения разности парциальных давлений в атмосфере воздуха и в высушиваемом образце без наличия температурного градиента.
Недостаток способа применительно к сушке влажного карбидного ила - низкая скорость сушки, что делает его использование малоэффективным. Более того, возникает глубокое сомнение в возможности применения этого способа для осушки влажного карбидного ила до сыпучего состояния.
Известен способ сушки карбидного ила (патент DE №19632155 A1, 19.02.1998. Прототип). Он заключается в том, что карбидный ил во влажном состоянии обрабатывают известью и перемешивают.
По нашему мнению недостаток прототипа состоит в том, что процесс обезвоживания влажного карбидного ила до сыпучего состояния требует значительных затрат времени и большого расхода химического реагента - извести.
Поставлена задача: ускорить процесс сушки влажного карбидного ила и уменьшить массу используемого химического реагента.
Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом влажный карбидный ил обрабатывают химическим реагентом и перемешивают. Согласно изобретению в качестве химического реагента используют концентрированную серную кислоту, масса которой составляет не менее 80% массы воды, содержащейся в объеме осушиваемого карбидного ила.
Влажный карбидный ил обрабатывают концентрированной (92-98%) серной кислотой и перемешивают в теплоизолированном смесителе роторного или шнекового типа. При этом количество серной кислоты берут из расчета не менее 0,8 мас.% на 1 мас.% влажности ила. Иными словами, масса концентрированной серной кислоты должна составлять не менее 80% массы воды, содержащейся в объеме осушиваемого карбидного ила. В результате смешивания указанных компонентов происходит процесс нейтрализации серной кислоты гидроксидом кальция по реакции
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O
Этот процесс сопровождается выделением значительного количества тепла, посредством которого происходит нагрев модифицированного карбидного ила до температуры свыше 110°С, что вызывает интенсивное испарение содержащейся в нем влаги. Исследования показали, что высушенный таким образом карбидный ил содержит не менее 79 мас.% гидроксида кальция Са(ОН)2, не более 20 мас.% ангидрита CaSO4 и не более 1 мас.% Н2O.
Указанный вещественный состав высушенного карбидного ила позволяет его использовать в качестве вяжущего и активной минеральной добавки при приготовлении строительных растворов и смесей, раскислителя почв и минеральных сред, а также химического реагента при приготовлении буровых растворов. Вместе с тем, с точки зрения промышленного применения, карбидный ил приобретает такие полезные свойства, как сыпучесть, причем как в обычных, так и в зимних условиях. Это значительно упрощает его использование, хранение и транспортировку.
Пример.
Из отстойника отбирали пробы карбидного ила с влажностью 50 мас.%. Эти пробы обезвоживали до 5, 10 и 15 мас.% тремя разными способами, а именно: нагревом в электропечи при температуре 105°С, вентилированием воздухом при температуре 50°С и фильтрованием при температуре 25°С. Содержание влаги в пробах после обезвоживания определяли путем их прокаливания до постоянного веса в электропечи при температуре 105°С с последующим взвешиванием на аналитических весах по ГОСТ 24I04-88E.
Обезвоженные вышеназванными способами пробы карбидного ила смешивали с 92%-ной серной кислотой. При этом количество серной кислоты составляло:0.4, 0.6, 0.8, 1.0 и 1.2 мас.% на 1 мас.% влажности карбидного ила. Результаты испытаний показали следующее:
1. Процесс доведения влажного карбидного ила до сухого (сыпучего) состояния в лабораторных условиях (масса проб карбидного ила составляла 200-300 г при влажности от 5 до 15 мас.%) длится 5-10 мин и зависит от интенсивности перемешивания смеси ила с концентрированной серной кислотой.
2. При условии, что масса концентрированной серной кислоты составляет не менее 80% массы воды, содержащейся в карбидном иле, обработанный концентрированной серной кислотой влажный карбидный ил представлял собой сыпучий материал, не смерзающийся при температуре -30°С. Пробы влажного карбидного ила, обработанные концентрированной серной кислотой в количестве менее 80% массы воды, содержащейся во влажном карбидном иле, смерзались при указанной температуре до монолитного состояния.
Технический результат изобретения: ускорение процесса сушки карбидного ила, уменьшение массы используемого химического реагента, расширение ассортимента химических реагентов, снижение трудовых и финансовых затрат.
Формула изобретения
Способ сушки карбидного ила, заключающийся в том, что влажный карбидный ил обрабатывают химическим реагентом и перемешивают, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют концентрированную серную кислоту, масса которой составляет не менее 80% массы воды, содержащейся в объеме осушиваемого карбидного ила.
Медаль Альфреда Нобеля