李緒賓，劉會(huì)娥，陳爽，王玉斌，穆國(guó)慶，劉進(jìn)玲

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工業(yè)廢鹽的流態(tài)化行為

李緒賓，劉會(huì)娥，陳爽，王玉斌，穆國(guó)慶，劉進(jìn)玲

（中國(guó)石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院，重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266580）

目前工業(yè)廢鹽的處理方式較為單一，效果不理想。為了解決這一問題，提出了一種可用于處理工業(yè)廢鹽的流化床裝置，采用自制的流化床對(duì)工業(yè)廢鹽進(jìn)行流化，并對(duì)氣固流化床的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研究了流化數(shù)和床層壓力波動(dòng)的關(guān)系。介紹了溫度對(duì)流化床臨界流化速度的影響，并提出了臨界流化速度與溫度的關(guān)聯(lián)式。對(duì)流化過程中產(chǎn)生的氣泡進(jìn)行了研究，討論了氣泡運(yùn)動(dòng)過程中的形貌和大小。介紹了一種可以考察床層物料流化效果的方法，并運(yùn)用Improfile函數(shù)將三維空間內(nèi)物料顆粒的混合情況轉(zhuǎn)化為函數(shù)，通過強(qiáng)度和時(shí)間關(guān)系說明了返混程度的強(qiáng)弱。描述了工業(yè)廢鹽的床層塌落過程，最后通過掃描電鏡對(duì)工業(yè)廢鹽表面上的有機(jī)物進(jìn)行比較得出流化床處理工業(yè)廢鹽的可能性。

流化床；氣泡；孔隙率；工業(yè)廢鹽；流態(tài)化

化工行業(yè)中有很多企業(yè)在生產(chǎn)過程中有大量廢鹽產(chǎn)生，這些廢鹽渣中含有各種有毒有機(jī)物，尤其是在精細(xì)化工領(lǐng)域。如1t水合肼的生產(chǎn)，伴隨著4t廢氯化鈉鹽的產(chǎn)生，1t烷基烯酮二聚物（AKD）的生產(chǎn)伴隨著2t廢氯化鈉鹽的產(chǎn)生[1]。以往這些工業(yè)廢氯化鈉作為固體廢棄物被隨處堆積，或者稍作處理排到大海中。隨著人們的環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)，針對(duì)工業(yè)廢鹽的處理，出現(xiàn)了大致3種方向。①洗鹽法，即利用有機(jī)或者無機(jī)溶劑溶解廢鹽中的有機(jī)物，使雜質(zhì)與氯化鈉分離。寧文琳等[2]在真空條件下對(duì)鹽渣進(jìn)行加熱干燥，使用二甲苯回收鹽渣中的有機(jī)物，將鹽渣進(jìn)行回收利用。②制堿法，施立欽[3]采用的工藝是借助硫酸銨，使之與氯化鈉進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，進(jìn)而生產(chǎn)氯化銨和硫酸鈉。③高溫處理法，廢鹽渣中的有機(jī)物在高溫加熱的條件下分解為氣體揮發(fā)。李書龍[4]發(fā)明了一種基于高溫?zé)峁軣峤鉅t的工業(yè)廢鹽綜合處理裝置。高溫處理是一種較為常見的處理廢鹽的手段，但存在工業(yè)廢鹽易結(jié)塊、熱效率較低的弊端。流化床裝置相比于熱管熱解爐，用于工業(yè)廢鹽處理，既能防止工業(yè)廢鹽結(jié)塊，又能提高熱效率，可以大批量連續(xù)處理工業(yè)廢鹽。在生產(chǎn)過程中，必須要實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)床層內(nèi)的流化狀況，并能及時(shí)采取適當(dāng)措施加以干涉。鑒于此，實(shí)驗(yàn)采用自制的流化床，對(duì)廢鹽的流態(tài)化行為進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，對(duì)其各項(xiàng)操作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，確定了使用流化床處理工業(yè)廢鹽的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

高溫流化床裝置如圖1所示，包括壓縮機(jī)、緩沖罐、流量計(jì)、螺旋進(jìn)料器、不銹鋼流化床、電阻絲加熱爐、控溫裝置和測(cè)壓裝置，通過控制流量計(jì)的開度，可使操作氣速控制在0.01～0.5m/s。電阻絲加熱器的最大功率可達(dá)5kW，可使流化床內(nèi)部溫度最大高達(dá)1000℃。可在室溫到1000℃范圍內(nèi)系統(tǒng)研究流化床的壓力波動(dòng)行為。

冷模流化床裝置如圖2所示，裝置包括壓縮機(jī)、緩沖罐、流量計(jì)、有機(jī)玻璃流化床、測(cè)壓裝置，兩種流化床裝置均采用多孔分布板，開孔率為1.7%，分布板上覆蓋一層200目的不銹鋼網(wǎng)以防止固體顆粒進(jìn)入到氣體分布板中堵塞開孔，同時(shí)又可以保證氣體均勻分布。

1.2 實(shí)驗(yàn)物料及性質(zhì)的介紹

工業(yè)廢鹽由某草甘膦廠提供，工業(yè)廢鹽粒徑的測(cè)量結(jié)果如表1，經(jīng)計(jì)算得出，物料的平均粒徑為310.35μm，工業(yè)廢鹽的顆粒密度及堆積密度數(shù)據(jù)見表2。

表1 廢鹽粒徑的測(cè)定

表2 實(shí)驗(yàn)顆粒物性

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

利用高溫流化床，通過控溫儀控制，在室溫到600℃之間，每隔50℃根據(jù)流速與壓降的關(guān)系得出臨界流化速度，確定溫度與臨界流化速度的關(guān)系。在常溫條件下，用冷模流化床，使用攝像機(jī)拍攝床體內(nèi)物料的流化行為，設(shè)置攝像機(jī)的攝像頻率為25Hz，采樣時(shí)間為15s，數(shù)據(jù)采集量為300點(diǎn)。

2 結(jié)果和討論

2.1 溫度與臨界流化速度的關(guān)系

流化裝置的流化特征由物料顆粒的堆積密度、顆粒直徑以及氣相的密度和黏度等決定。氣相黏度以及密度與溫度密切相關(guān)，溫度升高，氣相黏度增加，氣相密度變小。許多文獻(xiàn)中提到由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，對(duì)于常規(guī)溫度下的流化特征研究較多，而對(duì)于高溫的流化特性研究較少。本實(shí)驗(yàn)操作采用從常溫到高溫溫度依次增加的順序進(jìn)行，先將氣速升高使工業(yè)廢鹽達(dá)到正常流化狀態(tài)，再緩慢降低氣速使床層從流態(tài)化恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，記錄相應(yīng)的床層壓力和氣體流速。臨界流化速度又稱初始流化速度，是指可以使床層內(nèi)部物料顆粒流化起來的最小氣速。氣體流速達(dá)到初始流化速度之后若繼續(xù)增加，床層壓力變化不再明顯。將氣體流速控制在初始流化速度之上，即可保證床層流化。分別繪制不同溫度下的流化曲線，室溫下的床層壓降和操作氣速的關(guān)系如圖3所示，確定不同溫度下的臨界流化點(diǎn)。得到溫度與臨界流化速度mf的關(guān)系如圖4所示，關(guān)聯(lián)式為式(1)，相關(guān)度2=0.998。

mf＝2×10–103+3×10–72–0.0002+0.0783 (1)

由圖4可知，臨界流化速度在高溫流化床內(nèi)與低溫流化床內(nèi)有很大的差異，工業(yè)廢鹽的臨界流化速度隨著流化床溫度的升高而降低，得出的結(jié)論與錢詩智等[5]在文獻(xiàn)中提到的結(jié)論一致。有關(guān)臨界流化速度的計(jì)算，最常用的是由ERGUN等[6]得出的經(jīng)驗(yàn)公式，見式(2)。

由于固相物料的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣相密度，所以（s–g）項(xiàng)隨溫度的變化可忽略不計(jì)，空氣黏度隨著溫度的升高而增加，吳占松等[7]在文中提出床層孔隙率只與顆粒的堆積密度和顆粒密度有關(guān)，溫度對(duì)其影響很小。則可判斷，同一物料的臨界流化速度mf∝1–，氣體黏度的變化是導(dǎo)致初始流化速度變化的主要原因。另一方面，隨著溫度的增加，工業(yè)廢鹽上黏附的有機(jī)物開始受熱揮發(fā)，有機(jī)氣體混合在流化氣體中增大了氣體的黏度。由于上述兩方面的原因，工業(yè)廢鹽的初始流化速率隨著流體氣體溫度的增加而減小。

選取密度與工業(yè)廢鹽相近的石英砂和粒徑相似的硅膠分別測(cè)定床層壓降和操作氣速的關(guān)系圖，得到圖5?？芍?dú)馑僭谶_(dá)到臨界流化速度之前，床層壓降與操作氣速呈線性關(guān)系，氣體流速增加，壓降相應(yīng)增加。當(dāng)操作氣速增加達(dá)到臨界流化速度時(shí)，物料顆粒在氣速的作用下開始抖動(dòng)，床層開始變蓬松，持續(xù)增加氣體流速，整個(gè)床層壓力圍繞某一數(shù)值上下波動(dòng)，壓降與氣體流速不再呈線性關(guān)系，床層物料顆粒像流體一樣上下浮動(dòng)。相同容積的物料，由于石英砂的質(zhì)量最大，硅膠的質(zhì)量最小，工業(yè)廢鹽質(zhì)量介于兩者之間，完全流化后，床層壓降等于單位面積床層的重量，所以在圖5 中石英砂的床層壓降最大，工業(yè)廢鹽其次，硅膠的床層壓降最小。

由圖4可見，溫度越高，物料的臨界流化速度越小，所以只要物料在常溫條件下可以正常流化，高溫條件下的流化效果將會(huì)更好。吳占松等[7]在文中提到臨界流化速度計(jì)算公式見式(3)。

臨界流化速度取決于物料粒徑和顆粒密度。由圖5可知，要達(dá)到流化效果，粒徑越大，所需的操作氣速則越大；同樣，密度越大，所需的操作氣速越大。郭慶杰等[8]將空氣溫度與黏度關(guān)聯(lián)式表示為式(4)。

(4)

運(yùn)用黏度和密度對(duì)溫度的轉(zhuǎn)換式，將其代入到ERGUN的經(jīng)驗(yàn)公式中，得到可以在不同溫度下不需計(jì)算氣體黏度和密度，就可得到臨界流化速度新的關(guān)聯(lián)式，如式(5)。

ERGUN公式中涉及到的參數(shù)變量較多，需知不同溫度條件下各個(gè)參數(shù)變量值方能求出固相顆粒在不同溫度條件下的臨界流化速度，計(jì)算過程復(fù)雜，結(jié)果精確。吳占松等提出的臨界流化速度關(guān)聯(lián)式中認(rèn)為臨界流化速度取決于物料粒徑、固相密度、氣相密度和氣相黏度，沒有考慮顆粒球形度和孔隙率對(duì)臨界流化速度的影響，結(jié)果精準(zhǔn)度不夠。郭慶杰等提出的關(guān)聯(lián)式中，將ERGUN公式中出現(xiàn)的氣相黏度和氣相密度用溫度代替，減少了工作量，但仍需查詢不同溫度孔隙率等相關(guān)參數(shù)。本文通過實(shí)驗(yàn)得到了新的關(guān)聯(lián)式，臨界流化速度只與溫度有關(guān)，計(jì)算簡(jiǎn)便，但只能應(yīng)用于該固相顆粒，不適用于其他顆粒。

圖3 床層壓降與氣速的關(guān)系

2.2 流化數(shù)對(duì)床層壓力波動(dòng)的影響

操作氣速與臨界流化速度的比值定義為流化數(shù)。在不同流化數(shù)下，使用高速攝像機(jī)拍攝床層內(nèi)部壓力波動(dòng)情況，使用軟件將拍攝視頻每隔0.2s記錄一次床層壓降，如圖6。流化數(shù)不同，對(duì)應(yīng)的流化床床層壓降變化很大，流化數(shù)越大，對(duì)應(yīng)的床層壓降越大。流化數(shù)過小，床層內(nèi)物料不能流化，表現(xiàn)為固定床；流化數(shù)過大，物料易被帶出，床層壓力波動(dòng)劇烈，原因是操作氣速較大時(shí)，氣泡產(chǎn)生頻率大，氣泡連續(xù)生成，小氣泡聚集形成大氣泡，大氣泡的上升和破裂。操作氣速大可以加快物料的混合程度，但浪費(fèi)氣體介質(zhì)，而且容易將粒徑微小的物料帶出，堵塞管道，對(duì)后續(xù)煙氣的處理增加難度。

通常用流化床層的高度與靜床高之比值來表示床層膨脹的程度，并稱為膨脹比。為了解流化數(shù)與膨脹比之間的關(guān)系，分別記錄不同流化數(shù)下對(duì)應(yīng)的膨脹比。在實(shí)驗(yàn)值中，膨脹比隨著流化數(shù)的增大而增大，膨脹比增幅明顯，吳占松等在文中提到膨脹比與操作氣速的關(guān)系如式(6)。

國(guó)井大藏等[9]在文中將流化數(shù)與操作氣速0的關(guān)系式定義為式(7)。

(7)

本文將操作氣速轉(zhuǎn)換成流化數(shù)帶入到吳占松等提到的關(guān)聯(lián)式中得到式(8)。

通過計(jì)算以及做圖可知，文獻(xiàn)值中，膨脹比隨著流化數(shù)的增大而增大，但增幅緩慢，文獻(xiàn)值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比見圖7。通過圖7可知，在流化數(shù)小時(shí)，兩者接近，隨著流化數(shù)的增加，兩者差距變大，實(shí)驗(yàn)值膨脹比大于文獻(xiàn)值膨脹比。通過曲線擬合得到實(shí)驗(yàn)中工業(yè)廢鹽膨脹比與流化數(shù)的關(guān)聯(lián)式(9)，相關(guān)度2=1。

究其原因，文獻(xiàn)值處于一種理想狀態(tài)，而實(shí)驗(yàn)過程中，改變操作氣速，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣泡數(shù)量、氣泡大小以及氣泡的上升速度都不同，所以床層表面是不穩(wěn)定的，流化數(shù)大，產(chǎn)生的氣泡體積大，爆裂時(shí)，床層表面高度越高。不論是文獻(xiàn)值還是實(shí)驗(yàn)值，流化數(shù)與膨脹比都存在遞增關(guān)系。

2.3 高徑比對(duì)床層壓降的影響

對(duì)于間歇操作，流化床儲(chǔ)料量反映了流化床的處理能力，在安全生產(chǎn)的前提下，處理量越大產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越豐厚。對(duì)于流化床這種特殊裝置，儲(chǔ)料量由高徑比決定，由圖8和圖9可知高徑比為2時(shí)，床層物料表現(xiàn)為正常流化，壓力波動(dòng)平穩(wěn)，通過計(jì)算得到高徑比為2時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差為22；而當(dāng)高徑比為4時(shí)，床層物料流化情況變?yōu)轵v涌，壓力波動(dòng)范圍大，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差為116。騰涌系統(tǒng)中床層壓力變化不再隨著氣體流速的增加而保持不變，床層壓降隨著氣體流速的增加而不斷增加。這是因?yàn)槲锪虾捅诿嬷g存在很強(qiáng)的摩擦效應(yīng)以及從氣相介質(zhì)向固相顆粒的動(dòng)量消效效應(yīng)導(dǎo)致床層壓降增加。騰涌為一種異常流態(tài)化現(xiàn)象，使氣固接觸變差，為避免騰涌現(xiàn)象產(chǎn)生，不宜將高徑比設(shè)置過高。根據(jù)吳占松等[7]在文中提到的公式，當(dāng)偶爾出現(xiàn)騰涌但仍可操作時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出，工業(yè)廢鹽在流化床裝置內(nèi)的高徑比為2較為合適。見式(10)。

2.4 氣泡上升過程中的行為分析

氣泡的產(chǎn)生、聚集和破碎是氣固流化床最顯著的特征，分析氣泡的形貌和運(yùn)動(dòng)特性可以充分認(rèn)識(shí)流化床內(nèi)部的流動(dòng)特性以及混合質(zhì)量。國(guó)際上眾多從事流化床工作的學(xué)術(shù)研究者都對(duì)氣固流化床中產(chǎn)生的氣泡做了較為深入的探索，氣泡的監(jiān)測(cè)手段有攝影法、圖像法、光纖探針、電導(dǎo)探針等。圖像法采用攝像機(jī)在流化床外部拍攝，與物料顆粒沒有任何接觸，對(duì)流化床沒有任何干擾。正是由于圖像法對(duì)床層不接觸的特點(diǎn)，使得這一方法在分析氣泡行為中應(yīng)用廣泛[10]。實(shí)驗(yàn)中采用三維流化床，流化床床體采用有機(jī)玻璃便于觀察。使用高速攝像機(jī)，由于攝像機(jī)只能拍攝到靠近床壁的氣泡，對(duì)于床層內(nèi)部攝像機(jī)無法拍攝到的氣泡，本文不予分析。攝像機(jī)記錄了在流化過程中氣泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)過程，如圖10所示。

攝像機(jī)采集視頻的頻率為25Hz，能夠清晰地拍攝到床內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)圖像。本次實(shí)驗(yàn)操作中將拍攝區(qū)間定為分布板以上10～70mm的空間區(qū)域，攝像時(shí)，氣體溫度10℃，氣速0.15m/s。圖10為通過軟件選取的同一氣泡上升過程的照片序列，前后照片的時(shí)間間隙為1Hz（0.04s）。從上述照片中便能得到氣泡行為的部分相關(guān)信息，氣泡上升過程中形狀多為橢球狀，形狀呈現(xiàn)橢球狀的原因是因?yàn)闅馀菟闹鼙还滔囝w粒包圍，上下兩端壓力不同，氣泡下端壓力大上端壓力小，氣泡被擠壓呈現(xiàn)橢球狀。在氣泡向上運(yùn)動(dòng)的初期，隨著氣泡距離床層上表面越來越近，氣泡的體積增加；氣泡在向上運(yùn)動(dòng)的后期，由于氣泡上方壓力減小，大氣泡開始離散成小氣泡，則可檢測(cè)到的大氣泡體積減小直至到達(dá)床層上表面后完全破裂。床層底部的固相顆粒在氣泡向上運(yùn)動(dòng)的過程中被帶到床層上表面，當(dāng)氣泡脫離床層爆裂后，夾帶的顆粒會(huì)沿著床層和內(nèi)壁向下移動(dòng)，構(gòu)成整個(gè)床層物料的循環(huán)和混合。操作氣速大，形成的氣泡數(shù)量多、體積大，s物料得以迅速混合。

(a) 高徑比為2

(b) 高徑比為4

圖8 高徑比對(duì)流化狀態(tài)的影響

2.5 物料的返混行為

流化床具有接觸面積大、混合均勻的優(yōu)點(diǎn)，這一性質(zhì)反映在物料的返混行為上。攝像機(jī)記錄裝置的返混情況，如圖11，拍攝時(shí)，氣體溫度為10℃，操作氣速為0.15m/s。

圖11為截取后的物料返混圖像序列，相鄰圖像時(shí)間間隔為25Hz（1s），床體內(nèi)下半部分為工業(yè)廢氯化鈉鹽，上半部分為添加了染料的工業(yè)廢氯化鈉鹽，便于觀察顏色變化。針對(duì)圖11中的圖片，使用improfile函數(shù)沿著物料自下而上的直線路徑計(jì)算并繪制其強(qiáng)度（灰度）值，如圖12，橫坐標(biāo)表示其距離底部的高度，縱坐標(biāo)表示其強(qiáng)度，不同顏色具有不同的強(qiáng)度，據(jù)此來判斷流化床的返混程度。第一張圖片，明顯有兩種色差，到最后強(qiáng)度值圍繞著一定值波動(dòng)，說明已混合均勻。由圖11和圖12可知，工業(yè)廢鹽經(jīng)過幾秒鐘的流化，便可達(dá)到很好的混合效果。

2.6 床層塌落過程的分析

在流態(tài)化的過程研究中，床層塌落作為一項(xiàng)重要技術(shù)被多次提及到[11]。床層塌落技術(shù)可以將流化床內(nèi)部氣體和固相物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的三維分布用時(shí)間函數(shù)代替，即使用塌落曲線展示床層內(nèi)固相顆粒高度隨時(shí)間的變化關(guān)系。床層塌落技術(shù)用于評(píng)價(jià)工業(yè)廢鹽顆粒的流化質(zhì)量、得到固相孔隙率等部分流態(tài)化研究中需要的相關(guān)數(shù)據(jù)。針對(duì)本實(shí)驗(yàn)，物料采用同一種工業(yè)廢氯化鈉鹽，分析了操作氣速與床層塌落時(shí)間的關(guān)系，如圖13。由圖13可知，將操作氣速控制在初始流化速度之上，床層物料的塌落基本只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯階段，操作氣速越高，這種現(xiàn)象越明顯。操作氣速低時(shí)，產(chǎn)生的氣泡數(shù)目少、體積小，則氣泡逸出所需要的時(shí)間短，床層塌落過程只呈現(xiàn)出氣泡逸出階段。操作氣速增加，產(chǎn)生的氣泡數(shù)目多、體積大，氣泡全部逸出所需時(shí)間延長(zhǎng)，床層塌落過程主要包括氣泡逸出階段和不明顯的濃相壓縮兩個(gè)階段。

氣速越大，床層所能達(dá)到的最大高度也會(huì)變大，氣泡逸出階段所對(duì)應(yīng)的平均塌落速度增加，原因是隨著氣速的增加，生成氣泡體積大、數(shù)目多，物料顆粒在氣泡牽引作用力下被帶到更高的位置，停止供氣之后，顆粒之間大量的空隙需要顆粒需要填補(bǔ)，沉降阻力小，顆粒之間的摩擦力減弱，塌落速度增加。由圖13可知，操作氣速提高，床層塌落所需要的時(shí)間延長(zhǎng)。GELDART[12]根據(jù)顆粒的流動(dòng)特性，將顆粒分為A、B、C、D四類，根據(jù)楊子平等[13]在文獻(xiàn)中提到的觀點(diǎn)，床層塌落曲線中同時(shí)出現(xiàn)氣泡逸出階段、受阻沉降階段、濃相壓縮階段3個(gè)階段，這是A類物料塌落的典型曲線；3種階段都出現(xiàn)，但是濃相壓縮階段的時(shí)長(zhǎng)大于其他階段時(shí)長(zhǎng)時(shí)，為C類物料塌落的典型曲線；當(dāng)只出現(xiàn)氣泡逸出階段時(shí)，為B類顆粒，且流態(tài)化類型為鼓泡流化床?？芍I(yè)廢鹽之所以只出現(xiàn)一種床層塌落階段，正是由于工業(yè)廢鹽屬于B類物料的原因，從而可以根據(jù)塌落曲線判斷工業(yè)廢鹽的流態(tài)化類型為鼓泡流態(tài)化。

2.7 廢鹽高溫流化過程

為了驗(yàn)證流化床對(duì)工業(yè)廢鹽的高溫流化效果，采用圖1中的高溫流化床裝置對(duì)工業(yè)廢鹽進(jìn)行流化。操作步驟如下：①開啟電源開關(guān)，通過控溫儀將加熱爐設(shè)定到指定溫度；②通過螺旋進(jìn)料器將工業(yè)廢鹽送入到流化床內(nèi)部；③打開氣閥，記錄氣速和床層壓力變化；④達(dá)到流化時(shí)間后，關(guān)閉電源、斷氣，將流化后的廢鹽從流化床底部卸下。

實(shí)驗(yàn)記錄了溫度為50～550℃范圍內(nèi)的床層壓降隨操作氣速的變化關(guān)系，如圖14。由圖14可知，高溫條件下的流化曲線變化規(guī)律同常溫下的流化曲線一致，在氣速達(dá)到臨界流化速度之前，床層壓降隨著氣速的增加而增加，氣速達(dá)到臨界流化速度之后，壓降變化較為平穩(wěn)。從圖14中可以看到，在氣速達(dá)到臨界流化速度之后，高溫條件下的床層壓降要大于低溫條件下的床層壓降，究其原因，是因?yàn)樵谕ㄈ霘怏w之前已經(jīng)把廢鹽置于流化床內(nèi)，廢鹽在高溫條件下容易結(jié)塊，氣體想要穿過床層到達(dá)床層表面，必須克服結(jié)塊的物料所給氣體帶來的阻力。工業(yè)應(yīng)用中，為防止高溫結(jié)塊，應(yīng)先通氣，后進(jìn)物料。

實(shí)驗(yàn)中通過改變流化時(shí)間和加熱溫度觀察工業(yè)廢鹽的處理效果，不同流化條件下得到的產(chǎn)物鹽如圖15。由圖15可知，在不同操作條件下，產(chǎn)物鹽出現(xiàn)不同程度的顏色變化。溫度較低時(shí)，產(chǎn)物鹽中的有機(jī)物不能夠分解，顏色無明顯變化，當(dāng)溫度在350～400℃時(shí)，廢鹽表面變黑，有機(jī)物開始分解結(jié)碳，當(dāng)溫度繼續(xù)升高或者加熱時(shí)間延長(zhǎng)，廢鹽表面的黑色消失，呈現(xiàn)為灰白色。

2.8 工業(yè)廢鹽流化處理效果的評(píng)判

將流化后的產(chǎn)物鹽置于馬弗爐中于700℃下煅燒2h，之后放于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重，再繼續(xù)放入馬弗爐內(nèi)煅燒30min，冷卻再稱重，重復(fù)以上操作，直至質(zhì)量不再發(fā)生變化。測(cè)定不同溫度、不同時(shí)間各流化產(chǎn)物鹽中有機(jī)物殘留量，列入表3。

(a)未經(jīng)加熱處理 (b)300℃條件下處理 (c) 500℃條件下處理

表3 不同條件下流化處理的產(chǎn)物鹽有機(jī)物含量

由以上數(shù)據(jù)可知，工業(yè)廢鹽在450℃流化處理20min，就可以將大部分有機(jī)物去除。對(duì)于不同溫度不同加熱時(shí)間流化處理的廢鹽進(jìn)行溶解、過濾、重結(jié)晶，得到的氯化鈉形態(tài)如圖16。圖16中從上到下依次是325℃、350℃、400℃、450℃，從左到右依次是加熱溫度為10min、15min、20min、25min、30min條件下重結(jié)晶的氯化鈉，可看出在325℃下得到的氯化鈉顏色純度不夠，隨著溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，白度越來越好。

通過控溫系統(tǒng)，將流化床床體加熱到指定溫度，將工業(yè)廢鹽通過進(jìn)料系統(tǒng)裝載到流化床中，將不同溫度條件下處理得到的產(chǎn)物鹽進(jìn)行掃描電鏡（SEM）分析，對(duì)其工業(yè)廢鹽顆粒表面形態(tài)進(jìn)行對(duì)比。掃面電鏡圖片如圖17。第一張圖片是未經(jīng)加熱處理的工業(yè)廢鹽表面，通過照片可以看到工業(yè)廢鹽表面有顆粒狀的有機(jī)物質(zhì)存在。第二張圖片是工業(yè)廢鹽在300℃條件下流化處理20min后得到的掃描電鏡圖片。由圖17可知，工業(yè)廢鹽表面的有機(jī)物顆粒體積減小，但出現(xiàn)了絲狀物，說明有機(jī)物在加熱的條件下，有機(jī)物揮發(fā)或者分解，少部分有機(jī)物與空氣反應(yīng)產(chǎn)生了新的物質(zhì)。第三張圖片是工業(yè)廢鹽在500℃條件下流化處理20min后得到的掃描電鏡圖片，由圖可知，工業(yè)廢鹽表面較為平整，原有的有機(jī)物以及中溫條件下產(chǎn)生的新物質(zhì)在經(jīng)過500℃流化之后都已分解轉(zhuǎn)化成氣體。通過3張掃描電鏡照片對(duì)比，可知運(yùn)用流態(tài)化技術(shù)處理工業(yè)廢鹽可以實(shí)現(xiàn)去除有機(jī)物的目的。

選取流化條件為加熱溫度為350℃、加熱時(shí)間為20min和加熱溫度為400℃、加熱時(shí)間為10 min的兩組經(jīng)過溶解、過濾、重結(jié)晶的產(chǎn)品鹽，進(jìn)行相關(guān)離子含量的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表4。在工業(yè)鹽的化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中，精制工業(yè)鹽優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為氯化鈉≥99.10%，可知選取的兩種流化條件下的產(chǎn)品鹽均達(dá)到了精制工業(yè)鹽優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表4 產(chǎn)品鹽的離子含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 單位：%

3 結(jié)論

應(yīng)用流化床裝置對(duì)工業(yè)廢鹽進(jìn)行流化處理，通過對(duì)高徑比、流化數(shù)、氣泡行為、床層塌落等可以描述工業(yè)廢鹽流化行為的研究，證明了工業(yè)廢鹽的可流化性。介紹了廢鹽的高溫流化過程，最后通過對(duì)產(chǎn)物鹽的掃描電鏡分析以及產(chǎn)品鹽中氯化鈉純度的檢測(cè)，確定了流化床處理工業(yè)廢鹽的可行性，達(dá)到工業(yè)副產(chǎn)物資源化利用的目的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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Fluidization behavior of industrial waste salt

LI Xubin，LIU Hui’e，CHEN Shuang，WANG Yubin，MU Guoqing，LIU Jinling

（State Key Laboratory of Heavy Oil Processing，College of Chemical Engineering，China University of Petroleum (East China)，Qingdao 266580，Shandong，China）

Currently，the ways to handle industrial waste salt is single. The treatment has not achieved good results. To solve these problems，a fluidized-bed was used to treat industrial waste salt. A self-made fluidized-bed was used to fluidize industrial waste salt. Gas-solid fluidized bed pressure fluctuation signal was detected. The relations between fluidization number and fluidized bed pressure fluctuations were studied. The effects of temperature on the critical fluidized velocity were described and correlations of critical fluidized velocity and temperature were proposed. Bubbles generated in the process of fluidization were studied，and morphology and size were discussed. A method to study material fluidization effect was introduced. Using improfile function，particles mixing from three-dimensional space was transformed into a function. The degree of back-mixing was described by strength and time. The industrial waste salt bed collapsing process was also described. In conclusion，fluidized-bed can handle industrial waste salt by comparing organics on the surface of waste saltSEM.

fluidized-bed；bubble；voidage；industrial waste salt；fluidization

X786

A

1000–6613（2017）01–0081–10

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.01.011

2016-05-24；修改稿日期：2016-06-27。

中國(guó)石油大學(xué)（華東）研究生創(chuàng)新工程項(xiàng)目、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（14CX05031A）、黃島區(qū)科技項(xiàng)目（201-1-49）及國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（21106187）。

李緒賓（1989—），男，碩士。E-mail：lixubin1224@126.com。聯(lián)系人：劉會(huì)娥，教授，碩士生導(dǎo)師。E-mail：liuhuie@upc.edu.cn。