三氯化铝加料斗的设计改进

三氯化铝加料斗的设计改进

周添,唐勇,黄广平,张保权

重庆长风化学工业有限公司 重庆市401221

摘要：三氯化铝投加时直对二苯甲酮光化釜，由于三氯化铝的大量进入，从三氯化铝加料管反挤出光化釜内的含苯气体、三氯化铝粉尘等，存在安全、职业健康与环境污染的风险。设置带氮封的三氯化铝加料斗可以大大减少这种风险。

关键词：二苯甲酮 三氯化铝耐腐蚀性 氮封

一、背景

二苯甲酮光化工艺为间隙作业，生产原料中的三氯化铝的投加也是间隙性的。三氯化铝为固体颗粒或片状,虽然包装有PE内袋密封，但三氯化铝只要与空气接触后，就会和空气中的水生成水合物并释放盐酸气。在湿度比较大的时间，三氯化铝堆放间就是烟雾缭绕，释放大量的盐酸气，很是刺鼻，对现场环境污染不小。三氯化铝的这种性质在生产、运输和使用过程中也是最为头痛的事。三氯化铝与水生成的水合物成黏稠状，黏稠浓度与水分含量有关。这种黏稠物附着在设备、管道、平台上很难机械清除，往往又是用水冲洗，在生成物盐酸的作用下加重，对设备、管道、平台等腐蚀。特别是附着在设备、管道内表面时，等下一次投加三氯化铝的话，就会造成投料不顺畅、堵塞等。操作人员又要通过机械清理的方式疏通。不论是现场环境还是职业卫生都存在严重的风险。还对操作人员的工作量等都是很大的挑战。用一句话形容就是“现场环境，目不忍视；操作人员，苦不堪言。”

二、存在的问题

三氯化铝投加前存放在空气中的时间过长的话，就会产生盐酸气和黏稠物，对环境产生严重的污染和导致下次投料不顺畅，甚至堵管的风险。进而影响正常生产活动、降低劳动效率等。

因为二苯甲酮光化釜材质选用的是搪玻璃，导致二苯甲酮光化工艺需先投加苯，再投加三氯化铝，然后启动搅拌，最后投加光气等。老式的方法是操作人员全副武装后将50Kg的三氯化铝一袋一袋的人工投入三氯化铝漏斗中，漏斗通过溜管直对二苯甲酮光化釜。由于三氯化铝的大量进入，从三氯化铝加料溜管反挤出光化釜内的含苯气体、三氯化铝粉尘等，就直对加料操作人员。虽然操作人员穿戴了相应的防护用品，也存在严重的安全、职业健康与环境污染的风险。

而又由于二苯甲酮光化釜内有苯的存在，故不能通过真空将含苯气体、三氯化铝粉尘抽到尾气系统去。这就需要加设中间缓冲装置来隔断操作人员直接面对二苯甲酮光化釜。

三、解决办法

设计一个中间加料仓作为三氯化铝投加前的临时储存设施，称为三氯化铝加料斗。

三氯化铝加料斗的容积按二苯甲酮光化釜光化一次所需三氯化铝的投加量设计，约有富裕。即满足二苯甲酮光化釜光化每一次所需三氯化铝的投加量，也有效的控制加料斗内剩余的空隙空间，减少了每次氮气置换所需的量和时间。节约了材料、氮气成本和工作时长等。

加料斗、五通管内喷涂F30，杜绝了对设备内表面的腐蚀，还减少了三氯化铝与设备内表面的摩擦力，使三氯化铝投加时更顺滑。加料斗、五通管外表面使用高氯化聚乙烯的耐酸油漆，这种油漆能在这种强的盐酸气环境中有较强的耐腐蚀作用。

加料斗设置了4个反向的支耳，由于支耳是反向的，设计时就增加了支耳材料的厚度和强度来保证设备的安全稳定性。通过反向支耳就可以很方便的安装在楼板或平台上，并且可以与楼板或平台安装平齐，后期人工投加三氯化铝得到了极大的方便和省力、省事。

由于颗粒或片状的三氯化铝尺寸约为10-40mm。实测三氯化铝的安息角约为30°，角度大于30°的话，三氯化铝就能顺利的滑落。所以设计三氯化铝加料斗下部的锥体角度定为45°，既能满足三氯化铝能在三氯化铝加料斗中顺利滑落，又能最大程度的节约三氯化铝加料斗材料的使用。根据配套的4台光化釜的空间位置，五通的4个支管角度定为65°（对角角度为50°），这样的设计也能使三氯化铝更容易滑落，不易堵塞。

五通管的大小通过了多次的生产试验后，设置为1个DN150进口和4个DN100出口较为合适。这种设计的五通不易搭桥、堵管，并且其经济性也较高。

工艺操作可通过五通管后的4个支管上的阀门控制，可以分批次的为4台配套的二苯甲酮光化釜分别投料服务。

三氯化铝加料斗、五通管的工程图，如图1所示：

图1 三氯化铝加料斗、五通管工程图

三氯化铝投料的工艺操作步骤，主要包括人工向三氯化铝加料斗的投料、等待向二苯甲酮光化釜加料和通过阀门控制自动向二苯甲酮光化釜加料这三个过程，具体描述如下：

1、人工投料

关闭N3氮气入口，关闭N4后面五通的4个阀门，打开N2尾气出口抽真空，再打开N1快开人孔人工投加三氯化铝到加料斗内。由于有真空的作用，将三氯化铝粉尘大部分抽到尾气系统去了，现场环境得到极大改善，人工加料时间也可以由15分钟缩短到10分钟。人工加料完成后，关闭N1口。

2、中间等待

打开N3口，通入适量的干燥氮气，通过N2口排出到尾气总管，将加料斗内的空气全部置换成干燥的氮气。2分钟左右即能完成置换工作，然后关闭N2口、N3口，等待光化釜的加料。这样就彻底断绝了三氯化铝在加料斗内与空气接触的可能。N3口为避免三氯化铝的堵管，应设置为向上倾斜。这样减少了三氯化铝与空气接触的时间，就尽可能的降低了三氯化铝的变质和对环境的污染，还能最大限度的防止堵管等。这就大大减少了对现场操作环境的影响，并降低了安全与职业健康的风险。

3、自动投料

打开五通管后的一个阀门和对应光化釜上的三氯化铝投料阀门，加料斗内的三氯化铝就自动滑入对应的光化釜内了。若三氯化铝在加料斗或溜管中有轻微的堵塞或不顺滑的情况，可以通过加料斗下部的微型气动振动器或打开N3口通入一定压力或一定量的干燥氮气，可以加速三氯化铝滑入光化釜内。

加料斗向光化釜投加时，由于N1、N2口是关闭的，N3口是关闭或打开通入氮气的作用，反冲的含苯气和三氯化铝粉末会从光化釜的尾气口排出。完全避免了含苯气体、三氯化铝粉尘等与操作人员的直接接触的可能性。由于光化釜、三氯化铝加料斗及溜管等整个系统不含有空气（主要是氧气），只有苯、氮气和三氯化铝，很难形成爆炸性混合物，投料的安全风险得到了极大的保证。三氯化铝投加完成后，关闭五通后的阀门、光化釜的三氯化铝投料口阀门、氮气进口阀，又可以进行下一轮的操作了。

若将三氯化铝加料斗的N2、N3接口的阀门和五通后光化釜的三氯化铝投料阀门全部改为气动阀，并与DCS联锁的话，只需一个操作人员现场投料后关闭三氯化铝加料斗的N1人孔，其余全部可以实现DCS的远程操作与控制。若将人工投料进一步改进为三氯化铝自动破袋、自动输送到三氯化铝加料斗，并配置相应的阀门控制的话，能进一步完善整个二苯甲酮光化投料的环节。

四、结论

通过对带氮封三氯化铝加料斗的设计改进，主要有这几个优点：

1. 三氯化铝加料斗体积不易过大，能满足二苯甲酮光化釜光化每一次所需三氯化铝的投加量即可，能有效的节约设备材料成本和运行时氮气置换的成本，并可以为人工投加三氯化铝节约时间50%左右。可以减少三氯化铝暴露在空气中的时间，三氯化铝的变质量也就减少了，从而减少了原料成本和副产物的量，提高工作效率。
2. 可以减少或避免反冲的含苯气体、三氯化铝粉尘等与操作人员的直接接触的可能性。并且由于加料的整个环节只有苯、氮气和三氯化铝，没有空气（主要是氧气），很难形成爆炸性混合物，投料的安全风险得到了极大的保证。
3. 可以大大减少了对现场操作环境的影响，并降低了安全与职业健康的风险。为使用单位整体提升现场管理，做出了显著的贡献。