硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物干燥设备研究

韩 锋崔耀星陈留平孙金忠冷翠婷

（1.中盐金坛盐化有限责任公司，江苏 金坛 213200；2. 常州中南化工有限公司，江苏 常州 213000）

硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物干燥设备研究

韩 锋1崔耀星1陈留平1孙金忠2冷翠婷1

（1.中盐金坛盐化有限责任公司，江苏 金坛 213200；2. 常州中南化工有限公司，江苏 常州 213000）

针对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物固有的特性，采用干燥试验、金属材质耐腐蚀试验研究了不同干燥设备对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物的影响。结果表明：钛合金TC4材质闪蒸气流干燥机由于热效率高、处理量大、能有效防止加合物分解，在硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物的干燥中表现出了独特的优势。

硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物 干燥设备 闪蒸气流干燥机 稳定性

硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物是一种中性、无毒的固体含氧洗涤助剂，也是一种新型的增氧剂、消毒剂、漂白助剂，分子式为4Na2SO4-2H2O2-NaCl，H2O2的质量分数大于9.2%，活性氧含量为4.6%。由于4Na2SO4-2H2O2-NaCl溶于水后生成的H2O2发生分解，放出的原子氧具有漂白、杀菌、去污和消毒作用；同时，其溶于水后释放出的Na2SO4也是洗涤剂的主要成分之一[1-3]。目前，工业品市场上洗涤剂和清洗剂的消耗量巨大，2010年世界洗涤剂总产量达到6 800万t，而合成洗涤剂是目前市场上最主要产品。为了提高合成洗涤剂的洗涤效果，通常在其中加入一定量的洗涤助剂。大部分洗涤助剂都是有机类表面活性剂，如烷基苯磺酸钠等，此类洗涤助剂虽然洗涤效果良好，但对皮肤有刺激作用，同时对环境也有一定的污染[4-5]。由于过氧化氢的氧化性能温和，具有漂白、杀菌、消毒等作用，同时分解产物无毒、无污染，所以许多无机过氧化氢加合物被用作洗涤助剂，如过碳酸钠(Na2CO3-1.5H2O2)、过硼酸钠(NaBO2-3H2O2)以及过氧化氢磷酸钠(Na4P2O7-H2O)等。但是由于H2O2在碱性环境中不稳定，易分解，而此类过氧化物溶于水后呈较强碱性，因此该类过氧化氢加合物的在洗涤剂领域的应用受到一定的限制[6-7]。

硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）在水溶液中的pH为6～8，基本呈中性，故此加合物溶于水中时，生成的H2O2分解速率较慢，可以作为洗涤助剂；此外相较于过碳酸钠、过硼酸钠等，还具有成本低廉，稳定性好等优势[8]。但目前硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）并未广泛应用，主要由于以下原因：(1)该加合物属于热敏性物质，干燥或储存过程中温度过高极易导致产品分解，产品热稳定性较差；(2) 在干燥过程中，若干燥设备混入金属离子或者本身材质不当，产品易分解，普通的干燥器材质难以满足产品耐腐蚀的要求。

为了解决这些问题，本文采用干燥试验和金属耐腐蚀试验，对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物干燥设备进行研究，具体探讨干燥设备对产品的影响，以解决目前硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物稳定性差的问题。

1 试验部分

1.1 主要设备和仪器

500 L搪瓷搅拌反应釜（常州中南化工有限责任公司），PS600-N平板式上卸料离心机（江苏牡丹离心机有限责任公司），CT-C-I（GMP）型热风循环烘箱、JG100气流干燥机、PLG-1200盘式干燥机、SZG2000型双锥回转真空干燥机（常州金陵干燥设备有限责任公司），旋转挂片腐蚀实验仪（高邮秦邮仪器化工有限公司）。

1.2 主要原料

Na2SO4（99.0%），NaCl（99.9%），H2O2（27.5%）（中盐常州化工股份有限公司）。

1.3 产品制备

首先由真空泵将120 L 27.5%工业级过氧化氢吸入反应釜中，开启搅拌桨缓慢搅拌，反应釜夹套通入冷却水，控制15 ℃左右。然后缓缓加入160 kg硫酸钠、21 kg氯化钠，在加盐过程中搅拌逐渐加速，以防物料结块。保持反应温度在25 ℃以下。搅拌1 h后，反应结束。停止搅拌，迅速打开反应釜底部出料口，用虹吸管将料浆洗吸到平板式上卸料离心机内，进行固液分离，得到硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物湿品，湿品H2O2含量≥9.8%。

1.4 产品干燥

使用热风循环烘箱、盘式干燥机、气流干燥机、双锥回转真空干燥机分别对产品进行干燥。湿基含水量10%，H2O2含量为9.8%，热源统一为蒸汽，表压为0.4 MPa，物料耐温≤180 ℃，干燥温度统一为100 ℃。

1.5 金属材质耐腐蚀试验

将304L不锈钢、316L不锈钢、钛合金TC4、聚四氟乙烯机械加工成50 mm×25 mm×2 mm试验片，配制质量分数10%硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物溶液，用旋转挂片法测量各种不同干燥材质的耐腐蚀速率。

2 结果与讨论

2.1 不同干燥设备的能耗计算

表1为热风循环烘箱、盘式干燥机、旋转闪蒸气流干燥机、双锥回转真空干燥机分别对1 000 kg产品干燥至干基含水1%所需的能耗，湿基含水量为10%。

(1) 计算公式

水分蒸发量

其中w1为湿基含水量0.1，w2为干基含水量0.01，G1为每小时湿基进料量，G为每小时绝干料流量

绝干空气消耗量

其中H2为加热后绝干空气湿度，H1为初始绝干空气湿度。

湿空气平均比热容cm2=1.01+1.88H

干燥消耗总热量Q=QP+QD=W(2 490+1.88t2)+ Gcm2(θ2-θ1)+1.01L(t2-t0)+QL

其中t0为环境空气温度，t2为出料空气温度，θ2为出料温度，θ1为进料温度，cm2为湿物料平均比热容，QL为热损失。

(2) 能耗计算

假定进料温度θ1、环境空气温度t0统一为20℃，QL热损失为0，湿物料平均比热容cm2为1 kJ/(kg·K)，H1湿度为50%，绝干空气0.005 kg。

表1 不同干燥设备能耗参数对比

由表1可以看出，4类干燥机的能耗有着很大差异，首先在温度控制方面，热风循环烘箱、回转真空干燥以及盘式干燥机由于设备属于密闭体系，温度损失较小，而闪蒸气流干燥机干燥介质为热风气流，所以温损更大。其次,具体能耗表明，闪蒸气流干燥能耗更大，达到393 649 kJ/h，是其余干燥设备的5～10倍，但优点是水分蒸发量可以达到90 kg/h，干燥处理效率较高。综上所述，4类干燥设备各具特点，除了闪蒸气流干燥机以外，其余干燥机的能耗都相对较低。

2.2 不同干燥设备对产品稳定性影响

图1 为经过不同干燥设备干燥后，产品常温储存稳定性测试。

图1 不同干燥设备对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物稳定性影响

由图1可以看出，因为没有添加稳定剂，产品的稳定性全部随着时间的推移而下降。而比较3种干燥设备，产品经热风循环烘箱干燥后，特别是在24 h内，稳定性下降趋势较为明显。分析原因得出，一方面热风循环烘箱属于传导干燥，物料在与烘盘接触的过程中，部分过热，导致双氧水的分解；另一方面热风循环烘箱不具备对产品进行粉碎和搅拌的功能，产品易结块，造成堆积放热，同样会导致双氧水的分解。虽然回转真空干燥和盘式干燥也属于传导干燥，但是在干燥过程中对产品有搅拌作用，所以不存在堆积过热现象，相比之下，闪蒸气流干燥因为时间短、升温快、效率高，在硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）产品干燥方面具有一定优势。

2.3 不同干燥设备材质对产品稳定性影响

图2 为不同干燥设备材质对产品常温储存稳定性的影响。由图2可以看出，304L不锈钢材质对产品稳定性影响较大,产品在初始阶段就出现了分解现象，结合现场试验的情况， 304L不锈钢材质干燥器出现非常严重锈蚀，而锈蚀后的铁锈正是引发硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）分解的因素之一；而316L不锈钢、钛合金TC4、聚四氟乙烯（PTFE）涂层材质干燥器产品稳定性较好，尤其是聚四氟乙烯（PTFE）涂层，超高的耐热性和耐腐蚀性保证了产品的质量，但是聚四氟乙烯（PTFE）涂层造价高、使用寿命也不理想。综合考虑成本、使用寿命等条件，钛合金TC4满足高端要求，而316L不锈钢也基本可以适用。对于本产品而言，合理的方案是在闪蒸气流干燥机关键部位例如短接、弯管部位喷涂聚四氟乙烯（PTFE），其余部分使用钛合金TC4或316L不锈钢，在保证产品质量的同时也大大降低了设备成本。

图2 不同干燥设备材质对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物稳定性影响

2.4 不同干燥设备基本参数对比

针对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物产品粉状、稳定性差、不耐高温、高湿的特点，特别是工业化生产后，干燥设备的选择尤为重要。将热风循环烘箱、盘式干燥机、气流干燥机和回转真空干燥机之间的基本参数进行对比，结果如表2所示：

表2 不同干燥设备应用比较

由表2可知，在相同处理量，相同处理条件下，（1）闪蒸气流干燥机可连续式运行，而其余干燥机为间歇式运行。间歇式干燥设备的操作周期更长、人工劳动强度更大，在工作效率及工作稳定性方面，都远低于连续式干燥设备。（2）闪蒸气流干燥机属于热效率较高设备，对流传热相对充分，且不需要经常清理，整体运行稳定，维护成本低。（3）由于干燥后硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物呈粉状，在实际操作过程中易扬尘，闪蒸气流干燥机和回转真空干燥机是全封闭运行的干燥设备，运行环境相对较好，有效避免扬尘；除此之外，闪蒸气流干燥机占地面积更小，更易于安装使用。

3 结论

针对硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物（4Na2SO4-2H2O2-NaCl）的理化特性, 通过对比不同干燥设备对产品干燥的实际效果，钛合金TC4材质闪蒸气流干燥机具有热效率高、处理量大、能有效防止加合物分解等特点，在硫酸钠-过氧化氢-氯化钠加合物的干燥中表现出了独特的优势。

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Study on the drying equipment of sodium sulphate - hydrogen peroxide - sodium chloride adduct

HAN Feng1CUI Yao-xing1CHEN Liu-ping1SUN Jin-zhong2LENG Cui-ting1
(1.China Salt Jintan Co., Ltd., Jintan 213200, China; 2. Changzhou South Chemical Co., Ltd., Changzhou 213000, China)

The effect of different drying equipment on sodium sulphate-hydrogen peroxidesodium chloridewas studied based on the physical and chemical properties of the sodium sulphate-hydrogen peroxide-sodium chloride adduct by dry test and metal corrosion test. The results showed that due to the high thermal efficiency, large capacity, effectively prevent the adduct decomposition characteristics, flash air dryer which made by TC4 titanium alloy material showed its unique advantage and wide application prospect in the field of sodium sulfate-hydrogen peroxide-sodium chloride adduct.

sodium sulphate-hydrogen peroxide-sodium chloride adduct; drying equipment; flash air dryer; stability