核级活性炭真空浸渍与预干燥设备设计与应用

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1、核级活性炭真空浸渍与预干燥设备设计与应用侯建荣，史英霞，丘丹圭，徐路统，乔太飞，韩丽红，李永国，孔海霞(中国辐射防护研究院，太原030006)摘要:在实验确定了真空浸渍与真空干燥工艺后，通过热平衡计算，设计了一套可规模化制备颗粒活性炭的浸渍与预干燥一体化设备。该设备实现了浸渍与预干燥一次性连续操作运行的工艺，达到规模化生产能力，产品质量稳定，节能省时高效，生产过程无粉尘污染，基本实现了生产过程机械化。关键词:核级活性炭;浸渍;预干燥中图分类号:TQ424.1文献标识码:A大量研究表明，经过含碘化钾和三乙

2、烯二胺浸渍的活性炭是应用最多的用于净化核设施产生的各种形态的放射性碘的吸附剂［1，2］。近年来，随着国内核工业尤其是核电的迅速发展，用于核设施排放气体中放射性碘净化的吸附剂的市场需求日益增大，而国内除碘吸附剂的供应主要局限在活性炭的浸渍生产工艺上。以往的生产主要采用人工配制浸渍液，通过开放式人工加料、加液，然后用市售和面搅拌机或双螺旋搅拌机式的湿法浸渍，最后用振动流化床进行干燥［3］。浸渍过程中，由于水溶液进入活性炭微孔时有大量气体从活性炭中溢出，气体载带活性炭粉尘进入空气中造成生产环境粉尘污染严重，同

3、时浸渍后常伴有浸渍液流失。浸渍后的活性炭表面附着水份，活性炭颗粒相互粘接成团，流化干燥过程缓慢，能源大量浪费，而且干燥过程中颗粒含水量变化大，操作工艺需不断调节，过程复杂，耗工、耗时、耗能量大，小颗粒损失严重，从浸渍后的初始湿粘状态到活性炭颗粒达到松散状态的预干燥阶段最为突出明显，并在一定程度上影响浸渍活性炭粒度含水量等指标的稳定性。本工作通过实验研究开发了一种在密闭环境下的真空浸渍真空干燥技术，并验证了其工艺的可行性。本工作即以新开发的活性炭真空浸渍和真空干燥的生产工艺条件为基础，设计开发了一套全流程

4、可批量规模化生产浸渍活性炭的真空浸渍预干燥一体化设备。该设备具有结构合理，省时、节能，无粉尘污染，并且实现了全过程自动生产，节约了人力，提高了工效。技术要求浸渍活性炭的制备过程包括浸渍溶液的配制与定量，活性炭的浸渍，浸渍后活性炭的预干燥、干燥等主要工序。设备设计要求日生产能力300kg以上，设备运行过程中无粉尘释放，湿粘的浸渍活性炭转运操作尽可能少，干燥后活性炭能达到颗粒松散状态，设备需耐酸碱腐蚀，操作运行简单，维护方便，节能高效。根据技术要求，拟采用自动配液、自动定量加料、真空浸渍和真空干燥工艺，浸渍

5、完成后直接干燥，浸渍设备与干燥设备合二为一，减少物料装卸和流转。12设计与计算容积设计根据技术要求，日生产能力不小于300kg，按日生产2批次，单批次浸渍量为150kg;取活性炭堆积密度为0.4，单批次物料体积在375L左右;为避免搅拌混合对物料磨损大的弊端，并且装卸物料方便，选用SEG－1000型不锈钢双锥罐作干燥容器，容积1000L，上下转动的混合方式。锥2.1收稿日期:2013－09－30作者简介:侯建荣(1971—)，男，1994年毕业于太原理工大学化工专业，副研究员。E－mail:Jrhou6

6、@163．com侯建荣等:核级活性炭真空浸渍与预干燥设备设计与应用·387·形容器比表面积较大，不锈钢材质耐腐蚀、传导性好，上下转动过程中活性炭颗粒能充分翻动而不易破碎，转动时高度适中，选择设备旋转时，双锥罐体最低点距地面不小于0.5m。2.2加热系统设计(1)热负荷、换热介质及工艺计算根据待干燥的物料中所含水量确定干燥加热功率。若是135kg/h的物量，水温由15℃升至kcal/(kg·℃)，油导热油比热Cp=0.466密度d=840kg/m3。设加热夹层进口的导热油温度105℃，出口油温度92℃，温

7、差ΔT=℃时，循环加热导热油流量P=Qs/(d×Cp13×ΔT)=39.25×859.9/(840×0.466×13)=6.6m3/h。即考虑卸料出口高度及双锥罐体直径高度，双锥旋转最高点距地3m。为了能使导热油均匀充满双锥的传热腔体，导热油循环泵扬℃蒸发，则60℃和70℃下总的热负荷程不小于5m，流量不小于6.6m3/h。60～70Q1、Q2计算如下:真空泵参数计算要实现系统60～70℃时，达到绝对压力在19.99～31.199kPa时，选取真空泵作动力，真空泵需排除汽化水体积后达到如上要求的压力，2

8、.5h内蒸发水量为120～96kg，则每小时排气量由表12.3Q1=G+GCP180%=135×(60－15)ΔT1=67127(kcal)≈78(kW+135×565.3×80%·h)Q2=G+GCP280%=135×(70－15)ΔT2参数计算如下:蒸汽体积V1=67845(kcal)≈79(kW=120×7.6686=920+135×559.4×80%·h)m3，每小时蒸发水体积=920/2.5=368m3;蒸汽体积V2=96×5.0