氧化过程范文（精选11篇）
氧化过程 第1篇
水泥中存在过多的游离氧化钙和氧化镁将引起水泥安定性的不良。熟料中的MgO主要来源于石灰石中的白云石 (CaCO3MgCO3) , 水泥的最高烧结温度为1450℃, 在此温度下生成的MgO的内比表面积低于3m2/g。水化3d, 水化程度不足10%, 水化30d, 水化程度不足33%, 大量的水化发生在后期[1]。而MgO的水化, 使固相体积大于原来的2倍以上, 其体积膨胀将在水泥石中产生膨胀应力, 降低水泥石强度, 造成水泥石龟裂、弯曲、崩溃等现象。因此, 国家标准规定:硅酸盐水泥中MgO的含量一般不得超过5.0%, 若经试验论证, 其含量允许放宽到6.0%。笔者在多次对水泥MgO、CaO含量的试验中发现:某些试样在滴定Ca2+时, 出现终点返色现象。从而影响对滴定终点的判断, 以至于实验结果误差较大。而控制好试液加掩蔽剂前后的pH, 能有效避免终点返色现象的发生。
1 现行的GB/T 176-2008水泥化学分析方法中氧化镁、氧化钙含量试验方法及原理
GB/T 176-2008中关于水泥氧化钙含量的方法是NaOH熔样-EDTA滴定法 (代用法) [2]。其主要原理是用NaOH熔样法溶解水泥得到试液, 在不分离铁、铝的情况下测定氧化钙。在酸性溶液中, 以适量KF抑制硅酸的干扰, 然后在pH13以上的强碱性溶液中以三乙醇胺为掩蔽剂, 用钙黄绿素-甲基百里香酚蓝-酚酞混合指示剂, 用EDTA标准溶液滴定。
GB/T 176-2008中关于水泥氧化镁含量的方法是配位滴定差减法 (代用法) [2]。其主要原理是在pH10的试液中, 以酒石酸钾钠、三乙醇胺为掩蔽剂, 用酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂, 用EDTA标准溶液滴定钙、镁含量。然后, 扣除氧化钙的含量, 即得氧化镁的含量。
2 氧化钙含量试验中存在的问题
在具体操作中, 笔者严格按照试验规程步骤进行操作, 但在用EDTA标准溶液滴定时, 随着EDTA的逐渐滴入, 溶液到达滴定终点 (试液绿色荧光消失, 颜色由蓝紫色变为红色) 。但在滴定终点后的15～25s内, 试液返回到滴定前的颜色 (有绿色荧光, 呈蓝紫色) 。再滴入0.1～0.2mlEDTA标准液。试液绿色荧光消失, 颜色变红。放置20s后, 试液又返回到终点前的颜色 (蓝紫色, 带绿色荧光) 。部分试验所得数据达到了令人怀疑的程度, 与此同时, 个别平行试验的误差超过了规范规定的要求。
3 产生返色影响因素分析
3.1 三乙醇胺的掩蔽作用
三乙醇胺的结构简式为 (HOCH2CH2) 3N、相对分子质量为149.19。其与Sn4+、Fe3+、Al3+等离子形成稳定、无色的络合物比EDTA与之形成的络合物更稳定。在本试验中就是以三乙醇胺掩蔽掉试液中的Fe3+、Al3+, 以消除其对滴定终点的影响。
3.2 加入三乙醇胺后, 试液pH对滴定终点的影响
三乙醇胺 (1+2) 溶液的pH接近12, 按GB/T 176-2008氧化钙-NaOH熔样EDTA滴定法 (代用法) 操作规程, 向稀释后的试液中加入5ml三乙醇胺 (1+2) 溶液时, 会使原本呈酸性的试液pH上升。若三乙醇胺溶液加入后, 试液的pH在4附近, 三乙醇胺将与试液中的铁、铝离子形成稳定的络合物, 试验将得到稳定的滴定终点, 无返色现象。而很多时候, 当三乙醇胺 (1+2) 溶液加入后, 试液的pH会上升至6～8。这将导致:酸性试液中Fe3+、Al3+仅部分被三乙醇胺掩蔽, 其余部分会因pH上升生成难被三乙醇胺掩蔽的Al (OH) 3、Fe (OH) 3。其化学反应式如下:
随着KOH标准溶液的加入, 试液的pH最终达到13以上, 而Al (OH) 3↓在pH>10以后逐渐溶解, 转变成Al (OH) 4, 其易与试液中的Ca2+作用生成Ca (AlO2) 2↓, 其反应方程式为:
随着EDTA标准溶液的加入, 滴定到达终点 (绿色荧光消失, 试液呈红色) , 而试液中的Ca2+减少, 反应将向左移动, 电离出来的Ca2+与试液中的钙黄绿素作用, 试液返色, 导致滴定终点难以确定。
4 同一试验室同一水泥样在不同试验条件下的检测分析结果
笔者将送检的紫江水泥、蒙西水泥各分成三组, 然后编号。在GB/T 176-2008所颁布的实验基础上, 对两个样品的三组试样均采用以下措施:
第一组:向稀释试液中加入三乙醇胺 (1+2) 标准溶液前, 往试液中加入1～2mlHCl (1+1) 溶液, 试液pH约为2, 加入5ml三乙醇胺溶液后, pH约为5;第二组:控制三乙醇胺加入前后pH约为2和5的基础上, 适当提高三乙醇胺的用量;第三组:严格按照试验规程, 加入与第二组试验相同体积的三乙醇胺溶液。
其中, 第一组试验均能得到稳定的滴定终点, 无返色现象;第二组试验中, 加碱调节pH至13, 试液中仅有微弱绿色荧光, 滴入数滴EDTA, 绿色荧光消失, 试液呈红色。第三组试验滴定到达终点后10～25s, 试液均返色。
通过对比分析发现:三乙醇胺过量会将试液中的Ca2+也掩蔽掉;控制好三乙醇胺加入前后的pH, 能有效控制滴定返色。
5 其他因素对试验的影响
(1) 在氧化钙含量的试验中, 加入KOH溶液调节pH后, 应即时滴定。在碱性环境中, 溶液中Ca2+会与空气中的CO2结合生成CaCO3↓, 会使滴定结果偏低。
(2) 在氧化钙含量的试验中, Mg (OH) 2絮状沉淀也能引起返色, 使滴定终点难以确定。Mg2+由于电荷高而半径小, 其电场强, 当pH>12, 易生成富含水的絮状沉淀 (类胶体) 。易吸附溶液中的Ca2+。当试液中Ca2+滴定至终点时, 搅拌试液会将被Mg (OH) 2吸附的Ca2+释放出来, 从而引起溶液返色。因此, 滴定至近终点时, 应充分搅拌将被吸附的Ca2+能与EDTA充分反应。
(3) 在氧化钙含量的试验中, 推荐选用黑色作为衬底, 在黑色衬底下, 能清楚地观察到绿色荧光, 便于观察滴定终点, 提高测定结果的准确度。
(4) 在氧化镁含量的试验中, 用于调节pH的NH4OH-NH4Cl缓冲液应密封保存在聚乙烯瓶中, 置于阴凉处。该溶液中的NH3H2O易挥发, 且易吸收空气中的CO2, 使该溶液缓冲pH的能力降低, 而EDTA标准溶液呈弱酸性, 为防止在滴定过程中可能引起试液pH的下降, 而出现滴定终点不稳定的现象, 可在加NH4OH-NH4Cl缓冲溶液之前, 先向试液中加入NH3H2O (1+1) 标准溶液调节pH至9, 再加入NH4OH-NH4Cl缓冲液。
6 结束语
在水泥的氧化镁、氧化钙含量的检测过程中, 为获得满意的检测结果, 在严格按照规范操作的同时, 更要理解实验步骤的意义。控制好三乙醇胺标准溶液加入前后pH值, 能避免因为Al3+干扰而引起的返色, 有利于提高检测结果的准确性, 使检测偏差降到最低。笔者仅做抛砖引玉的试验分析, 还请诸位同仁指正。
参考文献
[1]方坤河.过烧氧化镁的水化及对混凝土自身体积变形的影响[J].水力发电学报, 2004, 23 (4) :45-49.
氧化过程 第2篇
本教材选自人教版《化学1》必修。该课中的学案是根据学生现有的经验和理解水平,将知识点设置成一系列问题。它体现了教学过程,有意识地对学生用问题启发思维,提供学法指导。在教学思路上,该课的最大特点是不单纯地讲解知识,而是将具体的知识点进行加工,使其向上与化学原理、观念以及方法相链接,向下能落实到应用层面。及时利用化学原理整合知识,适时渗透化学学科的研究程序和思维方法,不仅能使知识条理化和脉络化,消除元素化合物知识的“散、繁”的现象,而且体现了化学学科思想和方法,给学生学习元素化合物性质建立框架。该教学设计为学生的学习提供了支架,加强了思维方法的训练,在一定程度上能发挥优化教学过程和促进学生发展的双重功效。
教学具体过程
[引入]我们在前面已经学习了非金属元素si、cl,这节课我们来学习另外一种非金属元素s的单质及其化合物的性质,重点是探究其氧化物的性质。
[板书]第四章 第三节 硫的氧化物
[问题]根据原子结构决定元素性质的原理,我们可通过什么来了解s元素的性质?完成学案的第1题。阅读教材第89页,了解单质s的物理性质,完成学案的第2题。
1.画出硫原子的结构示意图_____,硫原子最外层电子数为_____,在化学反应中,硫原子通常容易_____电子。
2.单质硫的俗名为________,是一种黄色晶体,质脆,易成粉末。________溶于水,微溶于酒精,_____溶于二硫化碳。
设计意图:画出s原子的结构示意图,推测s元素的性质,使学生掌握用原子结构思考元素性质的化学思维方法。通过学生自己阅读教材去了解单质s的物理性质,培养自学能力。
[问题]常见的硫磺就是单质s,硫磺有什么特点?
[学生]回答:可以燃烧。
[教师]回忆s在空气中燃烧现象,完成学案的3题。
3.硫在空气中燃烧的现象为_____,发生反应的化学方程式为_____。
[提问]根据s燃烧的现象,推测so2的物理性质,完成学案的第4题。
4.二氧化硫是_____色、_____味的有毒气体,密度比空气_____,_____液化。
[板书]
一、so2
1.物理性质:无色有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,易液化。
设计意图: 根据单质s燃烧的现象, 推测so2的物理性质, 使学生能很好地把新旧知识结合起来。
[过渡]研究物质的性质是有一定的程序的,一般从色、态、味、密度及水溶性等角度讨论物质的物理性质。那么so2溶于水吗?
设计意图:让学生了解研究物质的物理性质的一般方法,并提出so2的水溶性问题。
[提问]假设so2能溶于水,如何用实验来证明?完成学案的第5题(1)题。
5.(1)实验目的:证明so2能溶于水,并说明与水反应后生成的产物的种类。选用的试剂为__________,实验步骤为____________________。
[投影]提供下列试剂:石蕊试液、酚酞试液、澄清石灰水、ph试纸、若干收集有so2气体试管,数支储有so2气体的大针筒、品红溶液。
[学生]讨论
[教师总结学生的讨论、并进行演示实验]将一试管的气体倒放在水中,看到什么现象?往所得溶液中滴加几滴石蕊试液,观察现象。完成学案的第5题(2)。
(2)实验现象为试管内液面_____,说明了so2的水溶性为_____。试管内溶液显____性,说明so2与水反应生成了_____。
[板书]so2能溶于水
设计意图:引导学生分析问题、进行假设、设计实验方案,再组织学生讨论方案可行性,演示其中的一种方案。学与单纯地演示实验相比,这样的教学更能启发学生的思维,培养他们的实验设计能力,突出了化学实验的作用。
[提问]so2与h2o反应生成了什么酸?根据so2与h2o的反应与co2相似,完成学案的第6题。
6.写出co2与h2o反应的化学方程式。co2与h2o反应生成_____,但不稳定,容易分解成________。试写出so2与h2o反应的化学方程式。
[提示]co2与h2o发生的是氧化还原反应吗?
[讲解]so2与h2o发生的是非氧化还原反应,所以反应产物是h2so3,而不是h2so4。同时,h2so3不稳定,可以分解为so2。在相同的条件,能同时往正反两个方向进行的反应称为可逆反应,用符号表示。
[板书]2.化学性质(1)so2+h2oh2so3
设计意图:关注学生已有知识,注重新旧知识的链接。利用学生熟悉的co2与h2o的反应,来说明so2与h2o发生可逆反应生成h2so3。
[提问]刚才我们讨论了so2的物理性质及与水的反应,现在请大家根据so2的化学式推测它可能具有哪些化学性质?
[学生]so2是非金属氧化物,它溶于水时能生成酸,这样的氧化物应该为酸性氧化物。
[提问]什么是酸性氧化物?酸性氧化物有什么共同性质?
[学生]讨论
[投影]酸性氧化物:能与碱反应生成盐和水的氧化物。
酸性氧化物具有的性质:
1.能与水反应生成酸;
2.能与碱性氧化物反应生成盐;
3.能与碱反应生成盐和水。
大多数非金属氧化物为酸性氧化物。
[提问]so2是酸性氧化物,那它有什么性质?完成学案的第7题。
7.写出so2分别与ca(oh)
2、cao反应的化学方程式。
[板书] so2 + ca(oh)2 = caso3+h2o;
so2+cao=caso3
so2 是酸性氧化物
设计意图:复习酸性氧化物的概念及其通性,使学生了解根据物质的类别推测其化学性质的研究方法。注意引导学生区分酸性氧化物与酸性氧化物通性的关系,使学生不会误以为“酸性氧化物就是能溶于水与水反应生成酸的氧化物”。
[提问]1.能使澄清石灰水变浑浊的气体一定是co2吗?
2.so2是一种有毒气体,排放在空气中会污染环境,那怎样处理工厂生产中的so2尾气?
[学生]回答:so2也可以使澄清石灰水变浑浊;可以用熟石灰等物质来处理工厂中的so2尾气。
设计意图:将知识运用于具体的问题,引导学生深化知识、进行迁移,使其能将新知识拓展到具体的问题情境中,并进行自我建构达到内化知识的目的。
[提问]从二氧化硫的化学式的元素组成判断出so2是酸性氧化物具有酸性氧化物的通性。那么,现在我们能否换个角度分析so2的化学式,推测so2还应具有哪些化学性质?
[学生]讨论
[总结讨论]从s元素的化合价,判断so2的氧化(还原)性,完成学案的第8、9题。
8.s元素的化合价有_________四种,so2中s元素的化合价为_________,那so2具有_________性和_________性。
9.so2在一定条件下,可与氧气反应生成___,其反应的化学方程式为_________,标出反应中电子转移的方向和数目。
[讲解]我们可以从s元素的化合价来预测so2的化学性质。so2中的硫元素既可以由+4价被氧化到+6价,也可以由+4价被还原到0价或-2价,被氧化时so2表现出还原性,被还原时so2表现其氧化性,所以它既有氧化性又有还原性。
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[边讲解边板书](2)
so2既有氧化性又有还原性
设计意图:复习氧化还原反应的知识与技能,引导学生将氧化还原反应的原理运用于元素化合物知识的学习。
[讲解]我们一般可从物质的类别、中心元素的化合价、特殊性三大角度来探究物质的化学性质,so2有哪些特殊性质?
[实验]将针筒中的so2慢慢注入品红溶液中,观察,并解释现象。再加热试管,观察现象,解释现象。
[学生]so2能使品红溶液褪色,具有漂白性,但是它不稳定。
[讲解]so2能与有色物质反应生成无色物质,但这种漂白具有暂时性。我们见过有些白纸放久了会发黄,就是这个原因。
[板书](3)so2具有漂白性,能使品红溶液褪色。
[提问]常见的漂白剂有哪些?
[投影]
常见的漂白性物质:so2,cl2,na2o2,o3,活性炭„„
它们的漂白机理:
cl2,na2o2,o3――氧化漂白
活性炭 ―― 吸附漂白
so2 ―― 化合漂白
设计意图:总结认识物质化学性质的三大角度,让学生了解研究物质化学性质的一般方法。通过对三类漂白的原理的讨论增强学生对so2暂时可逆漂白性的认识,并将有关漂白知识进行条理化与结构化。
[过渡]so2在一定条件下可氧化成so3,那so3也是硫的氧化物。
[板书]
二、so3
[提问]阅读教材,回答so3有哪些物理性质。
[学生归纳]so3的物理性质。
[板书]1.物理性质:纯净的so3是无色易挥发的固体。
[提问]so3也是酸性氧化物,推测它应该具有的性质,完成学案的第10题。
10.写出so3与h2o、ca(oh)
2、cao反应的化学方程式。
[板书]so3是酸性氧化物。so3+h2o=h2so4
so3+ca(oh)2=caso4+h2o;so3+cao=caso4
[提问]根据so3中s的化合价,推测so3应该具有什么性质?
[学生]回答:氧化性。
设计意图:用研究so2性质的方法来学习so3的性质,促进学生对研究化学物质性质的一般方法的掌握。
[小结]这节课我们主要研究了硫的两种氧化物的性质。so2的化学性质主要表现在酸性氧化物性质和处于中间价态的氧化还原性以及暂时的漂白性方面,so3的化学性质主要表现在酸性氧化物性质和氧化性方面。我们研究so2和so3是从物质类属通性、氧化还原反应和特性的角度来认识,这也是研究物质化学性质的一般思路。
[提问]这两种氧化物有什么区别?完成学案的第11题。
12.硫的氧化物有_______和_______两种,对比如下:
设计意图:用研究物质化学性质的一般思维方法对so2和so3的化学性质进行概括总结,展示了这些知识的内在逻辑关系,帮助学生对教学内容进行巩固和升华。最后将两种物质的性质进行对比,使学生进一步加深印象。
随堂检测题
1.下列物质不能使品红溶液褪色的是()
a.so2b.活性炭c.o3 d.co2
2.写出so2与h2s反应的化学方程式。
二氧化碳管道输送过程管径设计分析 第3篇
摘 要：根据影响管径设计的因素，从质量流量、管长和压降3个方面对Rubin管道设计模型进行分析，根据分析结果建立相应的数值模型；使用MIT管道设计模型验证所建数值模型的可靠性；在此基础上从管道总资本成本和中间加压站成本两方面分析管道经济成本.研究结果表明，模型各变量的变化规律及相应数值模型类型均与验证模型相同，且有很好的相关性（其决定系数R2均大于0.970）.
关键词：数值模型；管道设计；二氧化碳；成本分析
中图分类号：TQ022.1 文献标识码：A
Pipe Diameter Design and Analysis of Carbon
Dioxide Pipeline Transportation Process
GAO Rui-min， ZHAO Xiao-lan， CHEN Guang-ying， LIANG Zhi-wu， NA Yan-qing
（Hunan Provincial Key Laboratory for Cost-effective Utilization of Fossil Fuel Aimed at Reducing Carbon-dioxide Emissions，
College of Chemistry & Chemical Engineering， Hunan Univ， Changsha，Hunan 410082，China）
Abstract：According to the factors affecting the diameter size （i.e. mass flow rate， pipeline length and pressure drop）， this article analyzed the pipeline design model of Rubin from the three aspects and established their corresponding numerical models. Furthermore， the reliabilities of the proposed numerical models were validated by another pipeline design model （i.e. the MIT model）. Besides， the economic cost of CO2 pipeline transportation was also estimated through the cost analysis of the total pipeline capital investment and the additional pressure station cost. The research result shows that： （i） the proposed models share the same variable change rules and numerical model types with the validation model， and （ii） all of them have high correlation with numerical models （their correlation coefficients R2 are larger than 0.970）. The pipeline design and cost analysis proposed in this work have some reference value for the process design of CO2 pipeline transportation.
Key words：numerical model； pipeline design； CO2； cost analysis
CO2管道运输自20世纪70年代出现以来，一直被广泛用于提高原油采收率（EOR）项目中CO2的运输[ 1].据不完全统计，世界上在运行的和规划中的EOR项目CO2输送管道约有2 600 km[ 1].管道运输过程中CO2多以密相流或超临界流状态被输送，但输送方式（一般流体、密相和超临界输送）、输送管道和设备要根据CO2气源的实际情况以及不同输送方式的特点等因素来选择.管道运输费用受多方面因素的影响，如人文、社会、地质条件、管道材料费用等，管道材料费用又受到管道长度、直径、材质以及中间加压站的影响[ 2].准确分析这几个因素对管道的影响，对于CO2管道运输成本的估算具有重要的意义.
湖南大学学报（自然科学版）2015年
第12期高瑞民等：二氧化碳管道输送过程管径设计分析
管道直径计算是CO2管道运输成本估算中最重要的参数之一，许多研究者对管径这一关键参数进行了研究[ 3-5].2003年Zhang等人[ 6]从系统优化、能耗、综合经济成本这三个方面分析管道运输并比较超临界流体输送、过冷液体输送这两种输送方式，发现在绝热和等温条件下过冷液体输送可以实现能量的有效利用，减少二氧化碳运输的成本.2006年麻省理工学院的实验室针对能源和环境问题，发表了一项关于二氧化碳存储的经济学研究，提出了迭代法计算管径的MIT模型[ 7]；2008年Mccoy等人[ 4]用Rubin模型作为管道性能模型，评估了运输的总成本以及二氧化碳的单位成本，并且分析了美国不同地区管道运输的成本，所建的经济成本模型可以估计潜在的二氧化碳捕获与封存（CCS）的成本；2008年Mccoy等人[ 8]研究了盐碱含水层和油藏中的CO2管道运输和存储成本，从封存和驱油两方面分析了管道运输的成本.
现有的管径计算模型很难直观反映影响管径的主要因素（质量流量、管长和压降）与管径间的内在联系.因此，本文以Rubin模型为例，利用计算机编程研究模型各因素对管径的影响，并用统计学软件SPSS分析管径随各因素的变化规律，建立相应的数值模型；在同等条件下与MIT模型对比，验证所建立数值模型的准确性；在此基础上进行管道经济成本估算，从管道设计和成本分析两个层面上对CO2管道运输进行综合分析.
1 Rubin模型描述
Rubin模型的计算依据是管道运输过程中CO2的能量守衡，该模型的建立基于3个假设：1）管道进出口的压力为常数；2）杂质在整个管道中均匀分布；3）忽略管道内
Re=4mπμD.（5）
式中：h1，h2分别为管道起始、终点的海拔，m；P1， P2为管道进出口压力，MPa；Pave为管道的平均压力，MPa；Zave为管道平均压缩因数；f 为管道摩擦系数；ε为管道粗糙度 ，一般取0.045 7 mm；D为管道内径，m；T为温度，K；L为管道长度，km.
Rubin模型对最优管径的求解是一个复杂的迭代过程，求解时，首先需要假定一个管道直径的初始值，计算出流体的雷诺数、摩擦阻力等参数，据此求出一个新的管径值，用该值与初值进行比较，如果差值在可接受的范围内，则认为该值为管道直径[ 4].如果差值不满足条件，则重复上述过程，直到满足要求为止.具体流程如图1所示.
2 Rubin模型各影响因素与最优管径之间
数值模型的建立及验证分析
本文使用Peters MS等人的最优管径模型[ 9]估计管道直径的初始值，利用软件编程，迭代计算管道直径.在给定的参数条件下（表1），得到了质量流量和管长对管径的影响以及质量流量对压降的影响.
2.1 质量流量对管径的影响
图2为质量流量与管径的关系图，由图可知：管径随质量流量的增加而增加.由于流体在管道内输送时存在流动阻力，随着质量流量的增加湍流阻力增大，而管径的增加有助于减小流体输送的阻力.因而随着质量流量的增加，最优管径也随之变大.
CO2质量流量/（kt·d-1）
图2 质量流量对管径的影响
Fig.2 The influence of mass flow rate
on the pipe diameter
2.2 管长对管径的影响
图3是管长与管径的关系图，由图可知：管径随管长的增加而增加.这是因为随着管长的增加，输送过程的压降增加；为了平衡过程的压降，需增大管径，使得管道内流动的CO2的流速减小，从而减小输送过程的压降.
管长/km
2.3 压降与质量流量的关系
根据达西-韦史巴赫方程[ 1]，压降取决于管道的直径、内部粗糙度以及被运输流体的密度、流速和粘滞度.运用软件Aspen plus 模拟CO2液化运输过程，得到压降与质量流量之间的关系（图4）.由图4可知：随着质量流量的增加，管道压降逐渐增加.这是因为随着质量流量的增加，过程的摩擦阻力增大.
CO2质量流量/（kt·d-1）
用统计学软件SPSS对Rubin模型各影响因素与最优管径之间的图像作多元线性回归，得到数据模型（表2）.从表中可以看出，所建数据模型具有显著的统计学意义，可以很好地说明各变量之间的关系.
0.999
为进一步验证所建数值模型的准确性，本文使用MIT管道模型[ 7]作为参照，通过计算得到各影响因素与管径间的关系，检验所建立模型的精度和适用性.MIT 模型的设计原理和Rubin模型类似，都基于能量守恒定律.MIT 模型成本分析的数据来源为天然气管道施工历史成本，选用MIT 模型作为对比分析，有利于建立新的成本分析数据.通过模型验证（如图2～图4所示），MIT模型与Rubin模型的结果非常接近，很好地验证了Rubin模型所建立的数据模型的准确性和可信度.
3 各变量与管道总资本间的数值关系分析
管径计算模型为管道建造施工及成本估算提供了重要的参数，管道运输的商业化使得人们更多地关注其经济效益.因此，本文从质量流量、管长对管道总资本成本的影响以及中间加压站（弥补压降）对能耗的影响这几个方面对管道总资本成本做相应的经济分析.
3.1 质量流量对管道总资本成本的影响
图5是质量流量与管道总资本成本的关系图，由图可知：在管长一定的情况下，模型的管道总资本成本随着质量流量的增加而增加；由于管道内径的对称化，所以在某一段质量区间范围内，管道总资本成本相同；用统计学软件SPSS对图像数据做曲线拟合估计，得到回归方程y=86 558（X0.665），决定系数R2为0.971，可见管道的总资本成本和质量流量呈幂指数关系.
3.2 管长对管道总资本成本的影响
图6是管长与管道总资本成本的关系图，由图可知：在质量流量一定的情况下，随着管长的增加，管长对管道总资本成本的影响逐渐增大；用统计学软件SPSS对图像数据做曲线拟合估计，建立的回归方程为y=33 216（X1.287），决定系数R2为0.974，可见管道的总资本成本和管长呈幂指数大于1的幂指数关系.
质量流量/（kt·d-1）
3.3 中间加压站对能耗的影响
长距离管道运输过程中管道的运输压力小于10.3 MPa时需要通过压缩机在过程中增压（中间加压站）.流体在管道中的压力会随着运输管道流体流量和管径的变化而变化[ 2].
用Aspen plus模拟得到的CO2运输过程中压缩机加压时的能耗情况.随着CO2流体质量流量的增加其能耗相应增加，压缩机的能耗和CO2的质量流量呈线性关系 （y = 0.099 7X），决定系数R2=1.000，可见模型具有很好的拟合能力，可以用于加压站的成本估计.
4 结 论
管径设计是管道输送系统设计过程中的关键步骤，通过对影响管道设计的因素分析以及管道的成本分析得到以下几点结论：
1）管径随质量流量和管长的增加而增加，管道压降随着质量流量的增加逐渐增加；
2）用统计学软件SPSS对图像数据进行分析处理，分别建立了管长和质量流量与管径、质量流量与压降的数值模型；
3）将管径管道材料成本之间的关系，转换为CO2质量流量管道总资本成本，减少了计算管径这一过程.
4）将管长管道总资本成本，管径—管道总资本成本之间的关系直接转化成简单的数学模型Y=b0Xb1.用数学模型的方式分析管道设计、估算管道成本有一定的参考价值.
参考文献
[1] 拉克利. 碳捕获与封存[ M]. 北京：机械工业出版社， 2011： 283-284.
RACKLEY S A. Carbon capture and storage[ M]. Beijing： China Machine Press， 2011：283-284. （In Chinese）
[2] 高蓝宇. 二氧化碳吸附和输送技术研究[ D]. 杭州： 浙江大学能源工程学院， 2011.
GAO Lan-yu. Research on CO2 adsorption and transportation technology [ D]. Hangzhou：College of Energy Engineering， Zhejiang University， 2011. （In Chinese）
[3] BOCK B， RHUDY R， HERZOG H， et al. Economic evaluation of CO2 storage and sink enhancement options[EB/OL]. Other information： PBD： 1 Feb 2003. http：//brbock. com/RefFiles/40937R04. pdf.
[4] MCCOY S T， RUBIN E S. An engineering-economic model of pipeline transport of CO2 with application to carbon capture and storage [ J]. International Journal of Greenhouse Gas Control， 2008， 2（2）： 219-229.
[5] VANDEGINSTE V， PIESSENS K. Pipeline design for a least-cost router application for CO2 transport in the CO2 sequestration cycle [ J]. International Journal of Greenhouse Gas Control， 2008， 2（4）： 571-581.
[6] ZHANG Z X， WANG G X， MASSAROTTO P， et al. Optimization of pipeline transport for CO2 sequestration [ J]. Energy Conversion and Management， 2006， 47（6）： 702-715.
[7] MCCOLLUM D L， OGDEN J M. Techno-economic models for carbon dioxide compression， transport， and storage & correlations for estimating carbon dioxide density and viscosity[D]. Davis， CA：Institute of Transportation Studies Working Paper， SectionⅢ， 2006.
[8] MCCOY S T. The economics of CO2 transport by pipeline and storage in saline aquifers and oil reservoirs. engineering & public policy [ D]. Pittsburgh， PA： Department of Engineering and Public Policy， Carnegie Mellon University， 2008.
苯酚电解氧化过程中间产物的测定 第4篇
1 实验部分
苯酚的测定:当pH值为10时,在氧化剂铁氰化钾存在下,苯酚与4氨基安替比啉作用,生成红色的安替比啉染料,在水中稳定30 min。
苯醌的测定:对苯醌与24二硝基苯肼生成24二硝基苯腙,再加入氢氧化铵,可生成绿色络合物。
对苯二酚的测定:在碱性溶液中,对苯二酚与磷钨酸钠作用,生成钨蓝络合物。
顺丁烯二酸酐的测定:顺丁烯二酸酐和盐酸羟氨反应生成紫红色的络合物。
1)仪器与试剂。该实验采用由上海第三分析仪器厂生产的721型可见分光光度计和上海天平仪器厂TG328A光电分析天平生产的25 mL具塞玻璃比色管,所用试剂均为分析纯。
2)吸收波长的选择。在实验中分别配制苯酚、苯醌、对苯二酚和顺丁烯二酸酐的标准溶液,以及显色剂的溶液,在一定条件下形成有色的化合物,迅速在不同波长处测定其吸光度,吸收曲线见图1～图4,最大吸收波长分别是510 nm,630 nm,745 nm,500 nm。
3)标准工作曲线。在实验中分别吸取不同体积分数的苯酚、苯醌、对苯二酚和顺丁烯二酸酐等标准溶液,再加入一定体积的显色剂溶液,并在一定条件下和最大吸收波长下测定吸光度,分别绘制出各自的标准曲线见图5～图8。
2 结果与讨论
2.1 显色剂的用量
显色反应式为
为了保证显色反应尽可能地进行完全,一般需要加入过量的显色剂。根据溶液平衡理论,有色化合物稳定常数愈大,显色剂过量愈多,则愈有利于使更多的被测组分转化为有色化合物。如有色化合物很稳定,显色剂的用量就可较少一些,显色剂过量,一方面会引起其他副反应的发生,另一方面,当显色剂本身带有颜色时,则会使空白值增大,对测定反而不利(见表1)。
2.2 酸度对显色反应的影响
配制一系列具有不同酸度和其他溶剂含量相同的溶液,在最大吸收波长处,测定其吸光度,分别得出最佳的pH值范围(见表1)。
2.3 时间对显色反应的影响
显色时间指的是溶液的颜色达到稳定时所需的时间,大多数显色反应需要一定的时间才能完成,为每种物质显色的时间见表1。
2.4 样品的测定
测定电化学氧化含酚废水中的中间产物,由以上标准曲线和A=abc可知其质量吸光系数分别为loga(苯酚)=4.399 6,loga(苯醌)=4.665 6,loga(对苯二酚)=4.395 5,loga(顺丁烯二酸酐)=4.314 9,可见每种有色络合物对其最大吸收波长的光吸收能力强,显色反应也灵敏,另外,在苯酚、苯醌、对苯二酚和顺丁烯二酸酐的混合体系中,也互不影响其测定的最大吸收波长及吸光度。因此,此法测定其中某种中间产物有较高的选择性。
3 结论
1)对含酚废水深度氧化降解过程生成的微量中间产物的分析可用分光光度法。
2)得出了测定每种中间产物所适宜的各种条件。
3)此测定方法选择性高,显色反应灵敏。
摘要：针对酚电解氧化降解过程中生成的微量降解中间产物——苯酚、苯醌、对苯二酚和顺丁烯二酸酐在一定条件下能与显色剂生成有色化合物的特点,提出了分光光度分析法,并分别绘制出标准曲线,通过对其测试条件及影响因素进行探讨,结果表明,分光光度分析法是在氧化降解过程中简便易行的测定方法。
关键词：分光光度法,苯酚,苯醌,对苯二酚,顺丁烯二酸酐
参考文献
[1]Boudenne J L,Cerclier O,Bianco P.Voltmmetric studies of the behavior of carbon black during phenol oxidation on Ti/Pt electrodes[J].Journal of Electrochemical Society,1998,145(8):2763-2768.
[2]Lapueunte R,Cases F,Garces P,et al.Voltmmetric and FTIR-ATR study of the electropolymerization of phenol on Pt electrodes in carbonate medium influence of sulfide[J].Journal of Electroanalytical chemistry,1998,451(1,2合刊):163-171.
[3]Iotov P I,Kalcheva S V.Mechnistic approach to the oxida-tion of phenol at a Pt/At electrode in an acid medium[J].Journal of Electroanalytical chemistry,1998,442(1,2合刊):19-26.
[4]Iniesta J,Michaud P A,Panizza M,et al.Electrochemical oxidation of phnol at boron doped diamond electrode[J].Electrochemica Acta,2001,46(23):3573-3578.
氧化过程 第5篇
采用AO工艺,考察了在污泥减量过程中臭氧(O3)氧化对生物系统硝化和反硝化能力的影响.结果表明,在每克SS中O3投量为0.05 g时,氧化后污泥中的`CODcr由37.5 mg/L增至700mg/L,TN由4.86 mg/L增至36.6 mg/L,NH4+-N由0.353mg/L增至7.49 mg/L,NO3--N由2.19 mg/L增至5.15 mg/L.虽然氧化系统出水NH4+-N浓度略高于对照系统,但氧化系统NH4+-N的去除率大于98%,硝化能力基本没有受到O3氧化的影响.O3氧化污泥后增加的有机物作为附加的碳源循环至缺氧段,提高了反硝化的效果,当污泥氧化比例分别为10%、20%、30%时,进入缺氧段的CODCr/TN分别平均增至11.21、11.56、11.88,氧化系统的反硝化效果也随之分别提高5%、25%、37%.
作 者：孙德栋 王琳 黄海萍 Sun Dedong Wang Lin Huang Haiping 作者单位：孙德栋,Sun Dedong(中国海洋大学环境科学与工程学院,山东,青岛,266003;大连轻工业学院化工与材料学院,辽宁,大连,116034)
王琳,黄海萍,Wang Lin,Huang Haiping(中国海洋大学环境科学与工程学院,山东,青岛,266003)
刊 名：环境污染与防治 ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL 年，卷(期)： 28(3) 分类号：X7 关键词：臭氧氧化 硝化 反硝化 AO工艺
氧化过程 第6篇
【关键词】氧化铝；供应链
一、前言
氧化铝生产，简单地说就是从铝土矿中用碱溶液溶解形成铝酸钠溶液，再通过铝酸钠溶液分解生成氢氧化铝，再通过焙烧最终产品为氧化铝的生产过程。拜耳法工艺流程可分为溶出、分解和煅烧三个阶段，主要由破碎和湿磨、铝土矿溶出、赤泥分离与洗涤、铝酸钠溶液加种子分解、铝分解母液蒸发、氧化铝生产中碳酸钠苛化回收、氢氧化铝煅烧等过程组成。
供应链的概念是从扩大的生产概念发展而来，是围绕核心企业，通过对信息流，物流，资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供应商，制造商，分销商，零售商，直到最终用户连成一个整体的功能网链结构；而供应链管理是指使供应链运作达到最优化，以最少的成本，令供应链从采购开始，到满足最终客户的所有过程，主要涉及到四个领域：供应、生产计划、物流、需求。
二、氧化铝生产过程中的供应链关系
氧化铝生产中各个阶段之间以及各个阶段内部各个环节之间都是紧密相连，上道工序的指标优劣直接影响下道工序的指标的好坏。从供应链角度来看，上道工序为下道工序的供应商，下道工序为上道工序的制造商或分销商，进而在企业内部从采购到销售形成完整的一条“链”。
这条供应链大体可以分为三个部分：采购、生产、销售。
采购环节是氧化铝生产的源头，在生产成本中占较大比例，同时也是整体供应链环节的始端。目前国内的氧化铝企业生产使用的铝土矿部分来源于自有矿山的开采供应，但更大一部分来自于对民采矿石的收购。既然收购就有收购的标准和检验的方法，目前通用的就是以铝土矿的铝氧（AO）含量和铝硅比（A/S）为衡量铝土矿质量的标准。
生产环节可以说是氧化铝企业的“中坚”力量。在铝土矿采购进厂后，随之而来的就是一系列工艺流程中的运作：配矿、磨制、溶出、洗涤、分解、过滤、焙烧。经过这一系列过程后，铝从铝土矿中析出再组合，最终形成白色的氧化铝。通过各个工序的上下衔接，使得整个流程串聯起来，一个工序出现问题，不仅会影响下一个工序，还会影响到上一个工序，进而造成连锁反应。
销售环节是处于氧化铝生产的末端，换一种形象的说法就是：采购是“头”，生产是“身”，销售是“尾”。销售不仅仅是把生产的产品卖出去，同时把钱收回来，而是要更重要的是做好后期服务，解答客户疑问，是客户满意，提高客户的忠诚度。自2010年以来，国内经济形势低迷，产品滞销严重，尤其是国内氧化铝产能增长迅速，使得供销严重不平衡，民营和国有氧化铝企业均有不同程度的关、停、并、转现象，保证现金流在企业生存发展过程中尤为重要；但是没有后期的服务保障，对待客户的疑问的解答不能使其满意，那么你将失去客户，进而失去市场，最终走向末路。
三、供应链质量管理的优化作用
1.严控原材料质量，综合考虑性价比。很多企业，尤其是向氧化铝厂这样的资源型企业，在压缩制造成本时首先考虑的就是原材料成本，用低价购买，但是“龙生龙，凤生凤”，由于其本身的“档次”就低，怎么能让其有“高端大气上档次”的效果呢？其结果也只能是“黄鼠狼下耗子，一窝不如一窝”。通过实践证明，当铝土矿石铝硅比（A/S）每提高0.2，矿耗降低0.15吨左右，氧化铝成本降低9元/吨左右，减去因提高A/S而造成的矿价升高4元/吨，综合成本降低5元/吨。这对于一个20万吨/月氧化铝的企业而言，就是每月增加收益100万元，一年就是1200万元，这是一个不容小视的数字。
2.上下工序紧密衔接，生产优质产品。在氧化铝生产过程中，工序繁多，在操作过程中稍有失误就会造成指标高跑，进而使得生产成本升高，尤其是在车间与车间的重要工序的衔接显得尤为重要。就拿洗涤沉降来说，矿浆沉降不好，清液层跑混，使得过滤岗位叶滤效果就差，影响精制铝酸钠溶液消光值，进而影响化学品氧化铝产品的白度等指标，影响销售；矿浆沉降不好同时也造成赤泥铝氧（AO）升高，往前推就使得矿耗、碱耗的升高，生产成本不言而喻，必是升高无疑。而影响矿浆沉降不好的因素往往就是操作过程的细节掌控，如温度、流量等等。
3.以满足客户质量需求的，以质求存是生存发展的根本。源头和生产环节抓好了，是不是就意味着生产的产品就没有问题了？不是！在目前国内许多的企业对于产片的包装运输都显得重视程度不够，与国外的大型企业相比，我们差距就更大了。“人靠衣裳马靠鞍”，一个产品的好的包装即保证了产品不受外界自然条件的影响而产生质量变化，同时一个好的包装也是一个企业对外宣传的最好的广告，也是体现了企业文化底蕴和形象；加之对运输过程的严格要求，把运输氧化铝产品当做运输易碎品一样对待，当产品运到客户手中的时候，让客户对产品有种“惊艳”，让客户觉得我花这个价钱买到这样的东西物超所值，这样不仅提高了客户的满意度，更加牢牢抓住了客户。既然有了客户在手，企业还担心生存的问题么？
四、结论
从氧化铝企业的实际生产过程中发生的种种情况，加强氧化铝生产过程中的供应链质量管理是非常有必要的，它不仅可以优化生产流程，是降低了生产成本，更重要的提高企业的竞争力和生存能力。对于同样是资源型的企业，抓好内部供应链的质量管理将是以后一段时期内的主要研究方向。
参考文献：
[1]米玉民.基于供应链管理企业的产品质量研究.南京工业大学硕士学位论文，2005
氧化铝蒸发的动态过程建模与仿真 第7篇
目前已有一些研究者对多效蒸发系统的模拟进行了研究,如田荣海等[1]建立了硫氰酸钠溶液五效并流蒸发的软测量模型;文献[2,3]分别针对带冷凝水闪蒸的复杂并流和逆流多效蒸发系统建立了数学模型,但流程中没有物料闪蒸单元;文献[4]应用等温差分配法和等面积分配法对竖管降膜多效蒸发海水淡化系统进行了模拟,并考虑了海水沸点升高的影响;文献[5]建立了氧化铝四效蒸发过程的数学模型,得到母液出口浓度和总蒸水量。目前多效蒸发过程建立的模型主要是静态模型,对动态过程建模的研究不够深入,而尤其针对大规模复杂系统,动态过程模型能够更好地应用于优化控制系统的设计;文献[6]建立了牛奶单效降膜蒸发系统动态过程模型并验证了其在控制系统设计中的应用。
笔者基于物料平衡和热量平衡,建立氧化铝蒸发过程的时滞动态数学模型,通过数值计算和仿真,并与实测数据进行比较,验证了模型对反映氧化铝蒸发动态运行过程的可行性。
1 氧化铝蒸发过程的工艺流程分析
以氧化铝四效逆流降膜蒸发加三级闪蒸工艺为研究对象,其工艺流程如图1所示。原料(蒸发母液)由进料泵分别打入Ⅲ效和Ⅳ效蒸发器,Ⅳ效蒸发器出口料液经过料泵进入Ⅲ效预热器,被加热接近沸点温度后进入Ⅲ效蒸发器,类似地依次进入Ⅱ效和Ⅰ效蒸发器,从I效出来的料液靠压差依次进入1#、2#和3#闪蒸器后经出料泵排出。新蒸汽首先进入I效蒸发器,各效产生的乏汽分别进入到下一效蒸发器,1#、2#和3#闪蒸器产生的乏汽分别进入Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ效蒸发器,冷凝水罐自蒸发产生的乏汽进入蒸发器以供利用。
经分析,蒸发过程出料浓度与新蒸汽压力和流量,原料温度、流量和浓度,出口冷凝水温度及出口二次蒸汽压力有关,末效真空度以及不饱和新蒸汽也会对出料浓度造成影响。根据工艺特点,本文在建模时作如下条件设定:
a. 所有的气相空间均为饱和蒸汽;
b. 预热器作为完全的气体冷凝器用,无蒸汽输出;
c. 平衡计算方程中不考虑结晶引起的物料质量变化,且溶质不挥发;
d. 蒸发过程中的传热系数和热损失为恒定的。
2 氧化铝蒸发过程的动态建模
2.1 系统物料平衡
为了简化模型计算,建模中将预热器、冷凝水罐和蒸发器作为整体蒸发单元。基于物料平衡原理,第i效蒸发单元的物料平衡方程为:
undefined; (1)
式中 Fin,i第i效蒸发单元的进料量;
Fout,i 第i效蒸发单元的出料量;
Vi 第i效蒸发器出口乏汽量;
Vundefined第i级闪蒸器进第i效蒸发器乏汽量,Vundefined=0;
Mi 液室料液量。
对于Ⅲ效蒸发单元,进料量为进Ⅲ效原料与Ⅳ效出料之和,即:
Fin,3=Fout,4+Ffeed3 (2)
Fin,4=Ffeed-Ffeed3 (3)
同时,第j级闪蒸器的物料平衡方程为:
undefined (4)
式中 Fsin,j、Fsout,j第j级闪蒸器的进料量和出料量;
Vundefined出口乏汽量。
蒸发单元进口料液中的全碱(Na2OT)、铝氧(Al2O3)和苛碱(Na2OK)的浓度分别为xi10、xi20和xi30;出口料液浓度分别为xundefined、xundefined和xundefined;闪蒸器进口料液浓度分别为xundefined、xundefined和xundefined;出口料液浓度分别为xundefined、xundefined和xundefined。蒸发单元内全碱质量平衡方程为:
undefined (5)
由式(1)和式(5)得全碱浓度微分方程:
undefined (6)
其中,x210=(Fout,4x10+Ffeed3x11)/Fout,4+Ffeed3)。
同理,由铝氧和苛碱质量平衡方程分别得出铝氧和苛碱微分方程:
undefined (7)
undefined (8)
由闪蒸器溶质质量平衡方程,得闪蒸器出口料液溶质浓度微分方程为:
undefined (9)
undefined (10)
undefined (11)
2.2 系统热量平衡
根据传热速率方程[7],新蒸汽在Ⅰ效汽室内与液室的传热量为:
Q1=U1A(Ts-Tundefined)=Shs-V13h13-Cw(S-V13)Tundefined (12)
Ⅱ效蒸发器内乏汽的传热量为:
Q2=U2A(T1-Tundefined)=V1h1-CwV1Tundefined (13)
Ⅲ效蒸发器内乏汽的传热量为:
Q3=U3A(T2-Tundefined)=V2h2+V13h13+CwV1TundefinedCw(V2+V13+V1)1Tundefined (14)
Ⅳ效蒸发器内乏汽的传热量为:
Q4=U4A(T3-Tundefined)=V3h3-CwV3Tundefined (15)
式中 S 新蒸汽流量;
Vi 乏汽流量;
hi 蒸汽热函;
U 传热系数;
A 传热面积;
Ti 蒸汽温度;
Tundefined冷凝水温度。
基于热量平衡原理,建立第i效蒸发单元热平衡方程为:
undefined (16)
式中 Hi第i效料液热焓;
hi 进口料液热焓;
hundefined第i级闪蒸汽乏汽热焓,Vundefinedhundefined=0。
由式(1)得蒸发器出口料液热焓微分方程:
undefined
建立第j级闪蒸器热平衡方程为:
undefined (18)
式中 Hj第j级闪蒸器出口料液热焓,Hundefined=H1。
闪蒸器出口料液热焓微分方程为:
undefined (19)
根据饱和水蒸气热焓表[8]关系回归成如下算式:
料液的比热容与料液中溶质浓度的关系式如下:
Cp=4.186-2.923x1-3.266x2-0.071x3 (21)
则蒸发器和闪蒸汽出口料液热焓分别为:
H=CpT (22)
由式(6)～(8),(17),(21),(22)得各效蒸发器出料温度微分方程:
undefined
由式(9)～(11),(19),(21),(22)得各级闪蒸器出料温度微分方程:
undefined
根据相平衡原理有:
Ti=Tundefined-ΔTi (25)
Tj=Tundefined-ΔTj (26)
式中 ΔTi和ΔTj蒸发器和闪蒸器料液沸点升高温度。
式(1)、(4)、(6)～(11)、(12)～(15)和(23)～(26)构成氧化铝蒸发过程系统的动态模型,为一组状态微分方程,模型的输入量为进Ⅳ效原料流量Ffeed,进Ⅲ效原料流量Ffeed3,新蒸汽流量S,以及蒸发单元出口料液流量Fout,i;状态变量为蒸发单元内的料液量Mi,闪蒸器内的料液量Mundefined,出口料液浓度xi1、xi2和xi3,以及出口料液温度Tundefined和Tundefined。选择蒸发过程工艺流程的重要指标即出口料液浓度xi1、xi2和xi3为输出变量。
同时考虑氧化铝蒸发过程是一个长流程、大滞后的生产过程,即从原料进入Ⅳ效蒸发器到3#闪蒸器出料需要约1 h的时间,平均每效蒸发单元约需要12 min,在时间域把此时间考虑到模型中表示时间滞后。
3 模型计算、仿真与分析
方程(1),(4),(6)～(11),(12)～(15)和(23)～(26)组成系统动态模型。在模型输入变量给定的情况下,考虑简化模型,以Ⅰ效蒸发单元为例,由式(26)得时滞状态空间模型为:
undefined
式中undefined。
undefined
由
undefined
可得到Ⅰ效蒸发单元平衡点(M*1,x*11,x*12,x*13,Tundefined),在平衡点附近可考虑其局部指数稳定性,并将平衡点作为求解蒸发系统动态模型的稳定状态。
同理,列出Ⅱ效、Ⅲ效、Ⅳ效蒸发单元和1#、2#、3#闪蒸器的时滞状态空间模型,利用Runge-Kutta法求解模型,并用现场实测数据进行仿真。模型仿真选取了5组现场测试数据,每组数据采集时间的间隔为1 h,在一个采集时间周期内,初始时刻采集进口原料数据,按照料液的流向,平均每隔12 min依次采集Ⅳ效、Ⅲ效、Ⅱ效和Ⅰ效蒸发器料液浓度值,新蒸汽的参数数据采集与Ⅱ效蒸发器出口料液参数测试同时进行,平均每隔4 min依次采集1#、2#和3#闪蒸器的出口料液浓度值。模型仿真各变量初始值见表1,结果和实际值的比较见表2。
由表2可以看出在连续原料进口料液流量和新蒸汽流量波动比较大的情况下,蒸发器出料浓度最大相对误差为8%左右,最大相对误差平均值为5%左右,说明模型能够比较好地反映氧化铝蒸发过程的变化,有些结果存在一些误差,原因主要是建模是基于一定的假设条件,假定条件与实际工况存在一定差异,且实测值本身存在一定误差,另外,取样时间与实际过程滞后时间存在一定的偏差,在实际过程中由于受到蒸发器内料液结疤以及汽室压力波动等因素的影响,实际过程滞后时间存在一定的变化范围,而模型计算时间是固定的,使得模型计算未能更准确反映模型的滞后过程。
氧化铝蒸发过程是要使料液浓缩到符合溶出铝土矿配制原料浆的要求,在工艺要求的范围内,要合理地控制蒸发器出口料液浓度,而出口料液浓度与新蒸汽和原料参数密切相关。结合实际生产状况,以出口料液浓度为控制目标,将新蒸汽和进料量作为调节量,利用所建立的动态过程模型,研究复杂时滞系统的控制理论和方法,开发氧化铝蒸发过程控制系统,以提高产品质量,达到节能降耗的目的。
4 结束语
基于物料平衡和热量平衡原理,建立了氧化铝蒸发的动态过程模型,并通过仿真结果与实际测量进行比较得到验证。为氧化铝蒸发过程优化控制研究和控制系统的设计奠定了基础。
摘要：基于物料平衡原理和热量平衡原理,分析蒸发器出口料液浓度与进口料液和蒸汽之间的动态变化,建立了四效逆流降膜蒸发加三级闪蒸的氧化铝蒸发过程时滞动态数学模型和蒸发单元状态空间模型。通过模型计算和仿真验证了模型的有效性,与氧化铝蒸发过程实际测量值相比较,证明了模型能够很好地反映氧化铝蒸发的动态生产过程,为优化控制系统设计奠定了基础。
关键词：氧化铝,蒸发,过程建模,动态,仿真
参考文献
[1]田荣海,陈国礼,吴俊生等.五效蒸发装置软测量模型的建立[J].化工自动化及仪表,2000,27(6):8～10.
[2]阮奇,陈文波,黄诗煌等.复杂并流多效蒸发系统的数学模型与矩阵解法[J].中国工程科学,20013(4):36～41.
[3]阮奇,黄诗煌,叶长燊等.复杂逆流多效蒸发系统常规设计的模型与算法[J].化工学报,2001,52(7):616～621.
[4]刘晓华,沈胜强,Klaus Genthner等.多效蒸发海水淡化系统模拟计算与优化[J].石油化工高等学校学报,2005,18(4):16～21.
[5]毕庆华,唐朝辉,桂卫华等.氧化铝蒸发系统的模拟[J].计算机测量与控制,2008,16(8):1119～1121.
[6]Russel N T,Bakker H H C,Chaplin R I.A Compari-son of Dynamic Models for an Evaporation Process[J].Transactions of the Institution of Chemical Engineers,20007,8(A):1120～1128.
[7]Miranda V,Simpson R.Modelling and Simulation of anIndustrial Multiple Effect Evaporator:Tomato Concen-tration[J].Journal of Food Engineering,2005,66(2):203～210.
氧化铝生产过程中除铁技术研究现状 第8篇
三水铁铝氧石和一水铁铝氧石是铁铝氧石矿物中可提取氧化铝的主要存在形式。通常三水型铁铝氧石主要分布于南半球国家, 一水型铁铝氧石主要分布于中国和欧洲国家。我国用于生产生产铝的典型铝土矿主要为铁铝氧石, 此外还有霞石、长石、高岭石, 其主要化学成分.[1]
1 我国铝土矿资源特点
我国的铝土矿矿石的形态各种各样, 按照外观形态主要可分为三种, 质地松软品质高的白色至浅灰色铝矿石;质地较硬、断口呈现片状或块状且品质也较高的浅灰至深灰铝矿石;硬度较高, 含铁量也较高, 自身品质较低的浅黄色、红色或褐色铝矿石[2]。
我国铝土矿整体存储量较多, 但高品质铝土矿却严重不足, 无法满足生产生活的需求。随着我国有色金属行业发展迅速, 氧化铝需求量的增大, 铝土矿供应短缺和铝土矿品位降低的矛盾日益突出, 直接影响到我国铝行业的战略安全性。而我国高铁铝土矿资源储量又非常丰富, 随着技术的进步, 这些高铁铝土矿的开发利用可以为我国氧化铝工业可持续发展提供有力保证。高铁铝土矿中严重影响氧化铝产品质量的杂质主要是铁, 因此高效低污染的实现铝铁分离是该类铝土矿的利用难点[3,4,5,6]。
2 除铁技术研究现状
近年来, 为了除去氧化铝生产过程中的铁杂质, 国内外学者进行了大量的研究试验工作。主要技术方法可以归结为:选矿法、酸浸出法、直接还原法、还原焙烧法、磁化焙烧法、生物法等。
2.1 选矿法
该法是将矿石中铝铁矿物充分解理, 使铝和铁分别富集, 最终达到将铁磁性物和铝非磁性物分开。此法对于矿物粒度嵌布简单的高铁铝土矿, 在使铁铝分离的同时, 还可以提铝矿物的品位, 是一种既简单又经济有效的方法。
等人采用磁选方法对高铁铝土矿进行除铁研究, 发现在磨矿时间为10min, 磁场强度为1.7T条件下, Al2O3回收率为76.68%, Fe2O3的脱除率可达83.54%。
对山西阳泉铝矾土矿石 (Al2O3品位为62.03%、Fe2O3含量为2.64%) 进行了富铝除铁研究。研究结果显示, 水铝石捕收剂为733, 铁矿物抑制剂为六偏磷酸钠和苛性淀粉, 对阶段磨矿脱泥后产品进行分级分选、高梯度磁选除铁, 最终获得了Al2O3品位为78.34%、Fe2O3含量为0.77%的高铝低铁精矿。
在对某地高铁铝土矿石化学成分、矿物组成、结构构造、粒度特性、赋存状态和嵌镶关系分析的基础上, 采用强磁选—阴离子反浮选工艺进行了铝铁综合回收试验研究。研究结果表明, 利用此法得到的铝精矿中Al2O3含量大于68%、回收率大于70%, 铁精矿中Fe2O3含量大于56%、回收率大于54%, 达到了预期效果。
对于铝、铁矿物易于分离的矿石, 此法可以经济效地实现铝、铁分离。但是如果高铁铝土矿中铁矿物粒度较细, 铁铝矿物共生关系复杂且嵌布紧密, 晶体化学和地球化学行为相近, 使用该法铝铁回收率低, 分离效果差。
2.2 酸浸出法
酸浸出法是利用铁、铝溶于酸能力的不同, 铝土矿的主要成分Al2O3在0-100℃的温度下活性非常差, 在酸中很难完全分解;而活泼金属铁能够与稀酸 (稀盐酸、稀硫酸) 发生剧烈反应生成铁的盐溶液, 经蒸发结晶、分解等可得到氧化铁。
原矿中铝硅比为1.5-5, Fe2O3含量为30%, 于密闭容器内经粉碎、浸出、萃取、分离、加热分解等工序, 铁元素浸出率高达95.42%, 铁铝回收率也达到较高水平, 获得了高品位氧化铝精矿。结果表明:温度对浸出过程影响较大, 浸出速率随温度升高而明显加快;盐酸浓度对浸出速率也有一定影响, 随盐酸浓度增大而有所加快。浸出的速率过程可分为两个阶段:当浸出率≤0.20% (w) , 浸出过程速率由界面化学反应控制;当浸出率 (w) 为0.20%-0.80%, 浸出过程速率由多孔固体中的液膜非稳态扩散控制;第二阶段表观活化能较第一阶段有所下降。
研究发现高铁铝土矿分布酸浸工艺中, 低温酸浸过程可实现矿物中的铁、铝分离, 当粒度为-55μm, 硫酸质量分数为20%, 液固比为20:1, 搅拌速率为500r/min, 在100℃下浸出60min时, 铁浸出率达到95%, 铁、铝酸浸分离系数达到80。
酸浸出法能有效地实现铝铁分离, 能分离细颗粒嵌布的铝铁, 但酸浸废液中含有大量的铁、铝、钾、镁等金属离子造成回收循环使用难度大, 对环境污染严重等问题;而且对设备要求也较高, 要有较强的抗腐蚀性等问题。
2.3 直接还原除铁法
直接还原法是在固态条件下利用煤或者还原性气体等还原剂将原矿中的铁还原为金属态, 再通过磁选达到分离出金属态铁, 实现铁铝。
研究发现, 碳热还原法可使铁的金属化率达到94%, 金属化的铁熔化可直接炼制生铁;同时, 熔化炉渣中Al2O3也得到有效富集, 浸出后可进行回收。
研究发现, 在焙烧温度1300℃、m (赤泥) :m (炭粉) :m (添加剂) =50:10:3、焙烧时间120min条件下, 将铁含量为25.55%、主要存在形态为赤铁矿的赤泥经还原—磁选得到铁品位为86.35%的铁精矿, 铁的回收率为87.32%, 回收的铁可直接作为高炉炼钢原料。
直接还原法可使铁品位较高的赤泥得到有效回收利用, 但不适合于铁品位较低的赤泥和矿石。
2.4 还原烧结除铁法
还原烧结除铁法是将含铁铝土矿与还原剂、添加剂 (氧化钙或碳酸钠) 混合, 使矿石中的铁在高温下 (1000℃以上) 还原为金属铁并经磁选分离出来, 而铝元素与添加的钙盐或钠盐反应生成铝酸钙或铝酸钠等磁性物, 进入氧化铝的铝铁回收工艺;或从还原烧结熟料中先溶出氧化铝, 再从溶出渣中磁选回收铁。
铝酸钙熔渣在碳酸钠溶液中溶解、在二氧化碳气氛中碳酸化, 从而得到Al (OH) 3。希腊高铁铝土矿 (含Al2O3:58.5%、Fe2O3:22.4%) 经该法处理后, 氧化铝和铁的回收率高达90%以上。
研究发现, 在采用还原烧结法回收赤泥中铁的过程中, 还原温度从500℃升至600℃, 铁回收率随温度升高而升高, 600℃时铁的回收率达到80%以上;还原温度达到700℃时, 铁回收率开始下降。这可能是由于在低温条件下, 生成的Fe3O4磁性较弱难以磁选回收;而温度达到700摄氏度时, 又生成了弱磁性的铁硅酸盐, 致使铁回收率降低。
该工艺可以在较短的流程下有效回收赤泥中铁, 进而得到合格的生铁和氧化铝产品。但是该法能耗高, 而且添加剂会影响铁的利用。
2.5 磁化焙烧除铁法
磁化焙烧法是以还原性气体或煤作为还原剂, 将铝土矿浮选尾矿或拜耳法产生的赤泥这类弱磁性铁矿物还原为强磁性的磁铁矿, 经过磁选将磁铁矿分离出来, 得到铁精矿和高品位的铝精矿。
用微波炉对原矿 (Fe2O3为5.6%、Al2O3为55.9%) 进行磁化焙烧, 再破碎、磁选, 最终得到含Fe2O3为2.5%、Al2O3为80%的精矿, Al2O3回收率高达80%。
对含Fe2O3为2.7%的三水铝石—高岭石型铝土矿进行了强化磁选铝铁分离研究, 通过原矿破损、焙烧、H2气氛还原, 在磁场强度为0.4T的条件下进行磁选分离, 精矿Fe2O3含量降低到1.5%, 回收率达到95%。
采用焙烧—磁选法对某地区高铁铝土矿进行了降铁研究, 在焙烧时间为70min、焙烧温度为800℃、还原剂用量为8%、磨矿细度为-400目含量为85%和磁场强度为0.4T的条件下, 尾矿Fe含量降低到5.68%, 回收率达到64.22%。
研究了高铁铝铁矿磁化焙烧对铁铝分离的影响, 发现相同条件下, 用管式炉在N2气氛下焙烧, 铝回收率高达84.15%, 铁回收率达到94.45%。相对于马弗炉焙烧, 管式炉焙烧温度低, 磁化效果更好, 铁、铝回收率更高。在N2气氛下焙烧, 铁、铝的回收率分别达到94.45%和84.15%。
2.6 生物除铁法
生物除铁法是利用微生物的新陈代谢, 溶解浸出除铁铝复合矿石资源, 脱除矿石资源中的铁、铝、钙、硅等, 国外学者在这方面有研究较多, 国内的相关研究还处于起步阶段。
结果表明, 将铝土矿置于2%蔗糖的布罗费德介质 (Bromfield medium) 中, 采用多粘芽孢杆菌 (Bacillus polymyxa) 进行生物浸出, 能将全部钙和45%的铁除去, 并且微生物外细胞多糖产生量越大, 钙和铁的去除效果越好。采用电子显微扫描分析, 发现细菌牢牢的粘附在生物选矿的铝土矿表面, 在有细菌的新陈代谢的情况下, 一定的钙和铁被去除。
中国铝业郑州研究院的李军亮等[25,26]进行了铝土矿选矿尾矿中铁矿物的生物浸出实验研究。研究结果表明, 采用从矿山筛选得到的微生物发酵液, 在85℃、液固比为10:1、反应时间为6h的条件下, 可除去尾矿中90%的铁, 除铁后的尾矿可作为耐火材料的优质原材料。
生物除铁法的优点是对矿石中的铝、硅矿物选择性地脱除, 对环境污染小;缺点是在浸出过程中, 脱铝的同时铁矿物也溶解, 造成精矿品位下降, 回收率降低。
3 结语
氧化铝生产过程中铝铁分离技术研究虽然很多, 但考虑到目前原燃料条件和经济技术条件, 工业化生产都有一定的困难和局限性。选矿法相对简单、成本较低、但对于铝、铁矿物赋存关系比较复杂的矿物, 其铝铁分离效果较差;酸浸法铁铝回收率较高, 但对环境污染严重且对设备要求高;直接还原法虽能有效实现铁的回收, 但对赤泥中铁品位要求较高;还原烧结法虽然对极难处理的铝土矿铝铁分离效果好, 但能耗高且添加剂会影响铁的利用;磁化焙烧法设备简单, 处理速度快, 能在一定程度实现铝铁分离, 但对细粒度嵌布的铝铁作用有限;生物法虽然成本低、环境污染小, 但反应时间较长, 且不利于大批量处理。
摘要：介绍了铝土矿的资源特点, 总结了氧化铝生产过程中选矿法、酸浸出法、直接还原法、还原焙烧法、磁化焙烧法、生物法等除铁技术的研究现状, 为铝土矿铝铁分离技术的研究提供参考和借鉴。
关键词：铝铁分离,选矿法,酸浸出法,直接还原法,还原焙烧法,磁化焙烧法生物法
参考文献
[1]王祝堂, 熊慧.铝是人类可利用的最丰富的金属元素[J].轻合金加工技术, 2014 (42) :26.
[2]吴勇华.关于铝土矿主要矿物的物相研究[J].江西建材, 2014 (22) :224.
[3]李辉, 金会心.高铁铝土矿除铁技术研究现状浅析[J].广东化工, 2014 (17) :82-83.
[4]张伦和.合理开发利用资源实现可持续发展[J], 中国有色金属, 2009 (5) :25-29
[5]罗建川.基于铝土矿资源全球化的我国铝工业发展战略研究[D], 长沙, 中南大学, 2006.
氧化过程 第9篇
1 热氧化所需条件
实验所用PAN基碳纤维由中国科学院山西煤炭化学研究所提供。红外光谱仪器为Thermo Electron公司生产的傅立叶变换红外光谱仪。扫描范围为400~4 000 cm-1。热分析实验所用设备为德国NETASCH公司生产的STA449c热分析仪, 在空气气氛下, 以5℃/min升温速率从室温升到600℃。
2 PAN基碳纤维热氧化实验结果及分析
随着预氧化温度的升高, PAN基碳纤维中没有环化或交联的大分子链受热裂解, 同时有H2, HCN, CH4, CO2, CO等小分子气体逸出, 二者共同作用使纤维失重。第110页图1和图2曲线斜率反映了PAN原丝的失重率, 进而表明在预氧化过程中化学反应进行的程度。TG曲线按照斜率不同可分为两部分, 即起始微失重区和失重区。在不同温度范围内, 预氧化的反应程度和反应速率通过失重量和失重速率的差别来表现。由第110页图1和图2可知, 温度100℃以下时TG曲线呈下降趋势的主要原因是由吸附在纤维表面的水气化。相关研究证实了在100~250℃之间, PAN基纤维内部氧化反应、环化反应、脱氢反应速率很低, 主要以环化、脱氢反应为主[5,6]。纤维较低的失重量和失重率表明在试样设定的升温条件下, 小分子气体在温度高于250℃时才会以一定速率产生。TG温度升到250~600℃范围内, 曲线出现较为明显的失重, 在此温度下PAN基碳纤维进入了低温碳化阶段, 其内部结构发生了相应的变化。
在第110页图3中, 1号~6号样品的氧化温度分别为300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, PAN原丝的特征吸收峰有亚甲基和羧基的伸缩振动峰, 其位置在1 454 cm-1, 2 244 cm-1和2 940 cm-1处。由图3可知, 随预氧化温度的升高, 1 454 cm-1, 2 244 cm-1和2 940 cm-1主要吸收峰逐渐减弱。表明CH2和COOH官能团随着预氧化反应的不断进行, 发生了环化、脱氢、交联等反应。在预氧化过程中, PAN原丝所含有CH2、碳氮三键基团发生了脱氢、环化的反应, 并形成了含有C=N, C-C的梯形结构, 表现为图3所示的1 585 cm-1处特征吸收峰增强。随着预氧化温度的升高和制备反应的不断进行, C=N官能团逐渐减少, 特征峰减弱。由图3可知PAN原丝在预氧化阶段发生的低温碳化反应下较为剧烈, PAN原丝上不含碳原子的小分子以气体形式脱离出去。随着预氧化温度的升高, 原丝上链段部分继续环化和环化分子交联, 逐渐形成网状结构, 结构变得更稳定更致密, 为纤维后续炭化工艺奠定了内部结构上的基础。
3 结论
随着PAN原丝预氧化的进行, 其内部CH2和碳氮三键基团减少, 并转变成了C=N和C-C官能团。随着制备反应的进行, C=N官能团逐渐减少, 碳纤维主要是由芳香环组成, 特征峰也减弱。
参考文献
[1]赵稼祥.2002年世界碳纤维前景[J].高科技纤维与应用, 2002, 27 (6) :6-9.
[2]王德诚.PAN基及沥青基碳纤维生产现状与展望[J].合成纤维工业, 1998, 21 (2) :45-48.
[3]徐裸华, 吴红枚.PAN/DMSO干湿法纺丝凝固工艺的研究[J].高分子材料科学与工程, 2000 (6) :163-166.
[4]贺福, 杨永岗.我国碳纤维工业的发展现状与展望[J].化工新型材料, 1994 (6) :10-13.
[5]贺福, 杨永岗.攻坚碳纤维原丝瓶颈势在必行[J].化工新型材料, 2001, 29 (1) :3-6.
氧化过程 第10篇
在钢坯的加热过程中,钢坯表面的铁元素与炉气中的氧化性气体发生反应,生成铁的氧化物,造成金属的损失,这种现象称为钢坯的氧化烧损。把在轧钢加热过程中生成的铁的氧化物称之为氧化铁皮。
钢坯在加热工程中,钢的氧化是氧原子和铁原子发生反应的结果,炉气中的氧原子通过钢坯的表面由外向里扩散,而铁原子由钢坯的里面向外扩散,当两种原子相遇,在一定的条件下(温度、浓度、时间)就能起氧化反应,生成氧化物。通过对不同加热时间下生成的氧化铁皮的金相结构分析发现:表面一层是致密的三氧化二铁,中间是四氧化三铁和氧化铁的混合物,里面是三氧化二铁和氧化铁的混合物。这表明氧化是由于炉内气体中氧原子浓度过高造成的。钢坯在炉内加热时,炉气中的氧化性成分主要有氧气、水蒸气、CO2、二氧化硫等。
1 影响氧化铁皮形成的因素
a) 加热温度的影响[1]
钢坯的加热温度主要根据铁-碳相图中组织转变温度来确定,同时必须满足轧钢工艺的要求,一般棒材钢坯的加热温度都在1050℃～1200℃,具体确定加热温度还要看钢种、钢坯断面规格和轧钢工艺及设备的条件。根据现场测试发现,温度越高,生成的氧化铁皮越多。这是因为随着温度的提高,各成分的扩散速度增加,炉气和钢坯之间氧化反应的平衡也向着氧化的方向移动,使得钢的氧化加重。
b) 加热时间的影响
加热时间与氧化烧损成正比,即在相同的条件下,加热的时间越长,氧化生成的氧化铁皮就越多,尤其在高温条件下,钢坯在炉内停留的时间越长,氧化铁皮的生成量就越大。
c) 炉内气氛的影响[2]
加热炉内的气氛决定于燃料的成分、空气过剩系数及燃料燃烧的完全程度。炉气的主要成分有氮气、氧气、CO2、水蒸气、二氧化硫、一氧化碳、氢气、甲烷等,其中炉气中的氧化性成分主要有氧气、水蒸气、CO2、二氧化硫等。
钢坯表面的氧化反应如下:
其中SO2的氧化能力最强。当炉气中有SO2时,在1100℃以上,钢坯表面产生FeOFeS低熔点化合物,钢坯不断暴露新表面,造成激烈的氧化。当SO2的含量达到0.1%～0.2%时,烧损增加1～2倍。
d) 钢的化学成分的影响
钢的化学成分对钢坯的氧化烧损也有显著的影响,一般增加含碳量可以提高钢的氧化能力,合金元素对于钢的氧化影响就在于能否生成连续的、致密的氧化物薄膜,提高钢的抗氧化能力。促进这种薄膜生成的元素有Cr,Al,Si,Ni,破坏生成这种膜生成的元素是W。
2 减少氧化烧损的措施
减少钢坯在加热过程中的氧化烧损,对于提高钢材的成品率,一直的钢铁企业追求的目标,目前国内钢铁企业采取的措施有:
a) 严格控制加热炉各段的空气过剩系数
根据加热工艺,均热段存在冷风吸入现象,因此,均热段的空气过剩系数可以适当取小点,这样可以使多余的燃料和吸入进来的冷风发生反应,让均热段保持还原性的气氛。加热段的空气过剩系数可以适当取大点,可以取1.05～1.1,这样既可以保证燃料的充分燃烧,还可以让均热段未燃尽的燃料在加热段与空气发生反应。使加热段处于弱氧化性气氛。总之,控制空气过剩系数就是寻求最优空燃比,分段控制,减少氧化烧损。
b) 炉压控制
加热炉在生产过程中,应该是微正压操作,在数值上约为5～30Pa。
c) 设计合理的加热炉炉型
在加热炉设计时,应该遵循适当延长预热段,高温快速加热,均热段少加热的的原则,预热段长度应该达到炉长的50%以上,这样可以充分利用余热,降低排烟温度,提高热效率,同时可以将钢坯预热到800℃以上,为加热段的高温快速加热创造了条件。在均热段炉底水管采用
全热滑轨,减少钢坯黑印,缩短均热时间,提高加热品质,氧化层厚度也得到控制。
d) 制定合理的加热工艺和轧制工艺
通过对轧钢车间调研发现,由于轧机和加热炉未能协调配合,经常出现加热炉空烧待轧的情况,这样氧化率也就提高了,而且也增加了加热炉的能耗,为了避免这种情况,加热炉和轧机应该协调管理,减少加热炉的保温待轧时间。
e) 提高助燃空气的预热温度
提高空气的预热温度可以减少钢坯在炉内的加热时间,可以减少氧化铁皮的生成量。
f) 连铸坯热装热送
从连铸机出来的热坯不经冷却,直接送往加热炉加热轧制,这样可以显著减少加热时间,降低能耗,减少氧化烧损量。
氧化铁皮的生成不仅影响钢材的成材率,还给加热炉炉底的维护带来了很大的困难。虽然氧化烧损是不可避免的,但可以采取一定的措施和方法来减少。
摘要：氧化铁皮是影响轧钢表面品质的重要因素之一。氧化烧损率也是评价加热炉重要指标之一。通过分析轧钢加热过程中氧化铁皮的形成原因及主要影响因素,提出预防措施,提高加热炉的加热品质。
关键词：氧化铁皮,影响因素,改进措施
参考文献
[1]《钢铁厂工业炉设计参考资料》编写者.钢铁厂工业炉设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社.
氧化过程 第11篇
1.水泥生产过程中二氧化碳排放来源
根据调查分析可知, 在水泥生产过程中, 二氧化碳的来源主要就是原料煅烧、燃料燃烧以及电力消耗, 下文即对此进行了具体分析:
1.1 原料煅烧过程中二氧化碳的排放
当前, 我国水泥生产中所消耗的石灰石质原料依旧以天然的石灰石矿为主, 以废弃物代替天然石灰石的理念虽被提出, 但是实际替代率依旧十分低, 还不到1%[1]。根据相关统计结果显示, 生产1t的水泥, 大约就需要消耗1t的石灰石资源。在碳酸盐水泥原料中, 石灰石的占比达到80%-85%, 其正是碳酸钙、碳酸镁来源所在, 而碳酸盐分解, 必然会产生大量的二氧化碳, 具体如下式所示:
根据碳酸钙分解式可知, 在得到1 份氧化钙的同时, 必然也会产生0.7857 份的二氧化碳, 因此以普通硅酸盐水泥熟料含氧化钙65%为标准, 则每生产1t水泥熟料, 二氧化碳的排放量如下:
根据碳酸镁分解式可知, 在得到1 份氧化镁的同时, 必然也会产生1.092 份的二氧化碳, 因此以普通硅酸盐水泥熟料含氧化镁2.5%为标准, 则每生产1t水泥熟料, 二氧化碳的排放量如下:
综上可得, 每生产1t水泥熟料, 二氧化碳的排放量为:
上述结果对应关系良好, 但是因为熟料中的氧化钙、氧化镁的来源并不一定完全是碳酸盐矿物, 所以依旧存在一定误差。此外, 不少文献中对窑灰、熟料飞灰损耗在二氧化碳排放中的影响进行了具体分析与计算, 但是由于国内窑灰基本不存在外排现象, 灰飞煅烧的问题也较难确定, 故而本文未将其计入考虑范围内[2]。
1.2 燃料燃烧过程中二氧化碳的排放
水泥生产过程中, 熟料烧成是一大核心工艺, 其需要消耗大量的热。根据十一五期间相关调查分析可得, 我国1t综合能耗平均是115kg标煤, 随着水泥需求量的不断上升, 煤炭的消耗量必然随之大幅增加。
煤炭的燃烧大致可以分为两个部分:一是煤炭中的碳、氢元素与空气中的氧元素发生反应;二是煤炭中的固定碳的燃烧, 前者释放的二氧化碳较少, 后者则较多, 是二氧化碳排放的重要来源之一。如下所示, 即为完全燃烧下的煤炭化学反应式:
根据实践可知, 煤炭燃烧必然存在不完全燃烧现象, 但是由于水泥窑燃烧温度高、停留时间长, 因而此问题可忽略不计。以水泥厂所使用的煤炭含固定碳65%为标准, 完全燃烧下, 1t煤可得二氧化碳的排放量2.38t。
1.3 电力消耗过程中二氧化碳的排放
水泥厂的生产过程中, 不可避免地会使用到电力, 无论是从电网采购或是自发电, 都要折算出电力消耗过程中二氧化碳的排放量, 现仅以国家所公布的火电标准煤耗356g/k Wh为依据展开计算, 消耗1k Wh电即为消耗标准煤0.356kg, 而1t煤的燃烧可得二氧化碳的排放量为2.38t, 因此消耗1k Wh电可得二氧化碳的排放量为0.847kg。以1t水泥消耗100k Wh的电力为标准展开计算, 得到二氧化碳的排放量为0.0847t。
目前, 我国国内指标控制较好企业在电力消耗方面可以将1t水泥控制在90k Wh, 但是部分技术不过关的企业1t水泥电耗多在100k Wh以上。因此, 节约电耗是水泥生产节能减排的重要途径之一。
2.水泥生产过程中二氧化碳减排潜力分析
2.1 加强产业结构调整, 推广节能环保技术
当前, 在我国水泥工业中, 落后的工艺水泥产量依旧能够在总产量中占到高达1/3 的比例, 基于此, 必须加强产业结构调整, 通过将落后的产能淘汰, 推广应用一些先进的节能环保技术, 真正实现二氧化碳的减排。
(1) 新型干法水泥技术, 该技术核心为预分解技术、悬浮预热, 并在整个生产中, 实现了IT技术、分解炉系统、节能篦冷机、新型燃烧器、料床粉磨技术、生料辊磨系统、水泥辊压机联合粉磨系统、水泥料床终粉磨系统等等的总额和利用, 是一种现代化的水泥生产技术。由于新型干法水泥生产线中存在上千个开关、数百台设备、千台电动机, 为了确保整个系统的有序运行, 必须加强自动控制, 以实现工艺装备的科学管理, 真正达到清洁生产、环保的效果。以淘汰5 亿吨落后工艺水泥为标准进行估算, 大约可节煤7000 万t, 节电450 亿度, 二氧化碳减排3.5 亿t。当前, 我国新型干法水泥技术, 必须在提高工艺设备水平的基础上, 加强管理, 规范工程设计施工, 以实现生产线建设成本的有效降低。
(2) 余热发电技术, 以年发电量90 亿k Wh为标准, 采用该技术, 能够有效节约360 万t标准煤, 二氧化碳减排2864 万t。余热发电技术的应用具体可从以下几个方面加以考虑:第一, 对工艺流程加以调整, 例如:在制备煤粉时, 将原本所用的篦式冷却机余风, 换为预热器废气, 将立磨用作煤粉粉磨设备。如此一来, 粉磨生料、制备煤粉所需热风, 都可由预热器的出余热锅炉废气, 其温度高达200℃。第二, 当前余热锅炉工艺日渐成熟, 运转率已经可以达到与回转窑同步, 所以在实际工程中, 可将水泥生产工艺与余热发电进行同步设计, 避免出现旁路漏风的问题。
(3) 废物资源化技术, 其主要包括矿渣、粉煤灰、电石渣、煤矸石、废弃混凝土的资源化利用, 可有效增加水泥粉磨混合材掺入量10%, 二氧化碳年减排量达到1 亿t。
(4) 水泥窑协同处置废物[3], 其主要包括工业废弃物、生活垃圾、污泥等的焚烧处置, 对于燃料的替代率高达10%, 可节煤1600 万t。例如:在水泥窑中可将多氯联苯物质作为燃料处理, 其废渣还可用于水泥的制造, 避免二次污染的出现, 也不需要对废气进行特殊处理, 大大减少了能源的消耗, 甚至是实现了再利用, 比直接进焚烧炉更具有意义。
2.2 开发低碳型水泥新产品
为了有效减少水泥生产中的二氧化碳排放量, 积极开发低碳型水泥新产品是一个重要途径。当前, 非波特兰水泥体系研究进展较好, 如:氟铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、阿利尼特水泥以及铝酸盐水泥都是十分重要的产品。以硫铝酸盐水泥为例, 其生产原料是低品位矾土、石灰石与石膏, 与传统水泥相比, 其石灰石的含量有所降低, 因此二氧化碳的排放量得以大幅减少。尽管出于成本、生产技术等各方面因素的限制, 非波特兰水泥体系未能够实现大规模的生产, 但在一些特殊的场合已经有效代替了传统水泥, 发挥着重大的作用。
此外, 近些年我国越加重视碱激发胶凝材料的研发, 其主要是通过粉磨、混合等方式加工而成, 省略了煅烧这一步骤, 因此可有效减少二氧化碳的排放。但是, 该种胶凝材料依旧无法大量代替硅酸盐水泥, 必须对其进行进一步研究, 以真正实现大规模生产。
3.结语
当前, 我国十分重视水泥行业的节能减排, 根据水泥工业的生产实际表明, 水泥碳来源主要是原料煅烧、煤炭燃烧、电力消耗, 基于此应采取针对性的生产改造措施, 引入先进工艺与设备, 最大限度地挖掘水泥碳减排潜力。
摘要：水泥工业具有资源、能源依赖的特点, 水泥生产过程中二氧化碳排放量十分大, 因此做好其节能减排是发展低碳经济的重要途径之一。本文仅针对水泥生产过程中二氧化碳排放来源及其减排潜力展开了具体论述。
关键词：水泥生产,二氧化碳,减排潜力
参考文献
[1]唐明亮, 沈晓冬, 黄弘, 等.中国水泥工业二氧化碳减排潜力分析[J].中国建材, 2006:76-79.
[2]王旭.基于生产流程的我国水泥工业碳减排潜力分析[J].中国管理信息化, 2015, 18 (1) :117-121.
