Developing and designing conditions for the prilling of molten aluminum sulfate hydrate

Abstract

öz ALÜMİNYUM SÜLFATIN PİRİLLENDİRİLMESİ İÇİN KOŞULLARIN GELİŞTİRİLMESİ VE TASARIMI ÖRNEK, Doğan Yüksek Lisans Tezi, Kimya Mühendisliği Anabil im Dalı Tez Yöneticisi: Prof.Dr.Türker GÜRKAN Ağustos, 1993, 91 sayfa Seydişehir Alüminyum Sülfat Fabrikasında alüminyum sülfat üretimi için kullanılan proses çevre kirliliğine neden olmakta ve spesifikasyon dışı boyutlarda tanecik üretmektedir. Bu çalışmanın amacı piri İlendirme veya granülasyon tekniklerini kullanarak homojen dağılımlı, 2 mm ile 2.5 mm çapta küresel parçacık üretmektir. Pri İlendirme tekniğinin çok daha uygun olduğu tespit edilmiştir. Prillendirme işleminde orifis ağzında püskürtülerek oluşturulan donma noktası veya yakın sıcaklıklardaki sıvı damlalar soğutucu akışkan hava içinde serbest düşme sırasında soguyarak katılaşmakta ve taneli mal üretilmektedir. Teknik saflıktaki alüminyum sülfat kısmen dehidrate durumda vı ıolup % 16 - % 17 A^Oj içeriğine sahiptir. Reaksiyon sırasında buharlaşan su miktarına bağlı olarak doymuş alüminyum sülfatın viskozitesi 160 cP ile 340 cP; sıvı yoğunluğu 1.705 g/cm ile 1.735 g/cm olarak ölçülmüş; yüzey gerilimi 105 dyne/cm olarak hesaplanmıştır. Doymuş çözeltinin bu özellikleri sıcaklık ve konsantrasyona kuvvetli bir biçimde bağımlıdır. Sıvı yüksekliğinin,orifis geometrisinin ve damla oluşum bölgesi koşullarının damla oluşum mekanizmasına ye parçacık boyut dağılımına olan etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Doymuş çözelti 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm delik çapındaki nozul ve orif islerden akıtılarak sıvı yüksekliğine bağlı debi ölçümü yapılmıştır. Bu deneylerde elde edilen damlaların boyut dağılımları incelenmiştir. Bu çalışmaların sonucunda 2 mm ile 2.5 mm çaplı küresel yapıdaki damlalar, 0.8 mm çaplı orifisten ve buharlı ortamda jetten parçalanma yoluyla elde edilmiştir. Deneysel çalışmalarda elde edilen sonuçlar teorik sonuçlar ile karşı laşt ir ılmışt ir. Orif is ağzında deneysel olarak elde edilen damla hacmi ile Harkins-Brown denkleminin sonuçlarının çok yakın olduğu bulunmuştur. Ancak jetin parçalanması sonucu oluşan damla boyutunu veren Rayleigh ve Weber denklemlerinin deneysel sonuçlar ile uyumsuz olduğu belirlenmiştir. Bunun yüzey etkilerine bağlı olduğu düşünülmektedir. Sıvı yüksekliği ile debi ilişkisini veren Poiseuille vı ııdenkleminin değişik orifis çaplarında deneysel olarak elde edilen veriler çok iyi tahmin edebildiği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Piri İlendirme, Alüminyum Sülfat, Damla Oluşturma, Jet Parçalanması Bilim Dalı Sayısal Kodu: 603.01.01 ıx

ABSTRACT DEVELOPING AND DESIGNING CONDITIONS FOR THE PRILLING OF MOLTEN ALUMINUM SULFATE ÖRNEK, Doğan M.S. Thesis in Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Türker GÜRKAN August, 1993, 91 pages Production of particulate AljCSO^j.nlLO in Seydişehir Aluminum Sulfate Plant causes environmental pollution problems as well as particle size distributions which are not in the range of specifications. Thus, the use of granulation or prilling technique to produce particles of nearly uniform dimensions in the size range of 2 to 3 mm is investigated.Prilling technique was considered to be more appropriate. In prilling, a liquid is sprayed to produce drops which fall through a cooling medium and solidifies into particles of nearly uniform size. The liquid feed is of molten state and the cooling medium is air. The water soluble aluminum content of the Seydişehir Product varies between 16% ALO, to 17% A^O, according to the specific ivgravity to which the liquor is evaporated. Viscosity of aluminum sulfate solution is in the range 160 to 340 cP, density 1.705 gr/cm to 1.735 gr/cm, and the surface tension is predicted to be 105 dyne/cm. These properties are found to change sharply with temperature and concentration. Saturated aluminum sulfate solution was allowed to pass through orifices and nozzles of different geometries under the effect of various hydrostatic heads. The effects of orifice diameter, hydrostatic head and conditions in the drop formation zone on drop formation were measured. Rate of flow of aluminum sulfate trough bores of 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm and 1.6 mm were determined for liquid heads of 0.1 to 1 m. The effect of experimental parameters were investigated and it- was found that the break-up of a liquid jet in air humidified with steam produces particles in the size range 2.0-2.5 mm with a 0.8 mm orifice. Harkins-Brown correlation closely predicts the aluminum sulfate drop volumes that form at the tip of the nozzles. Rayleigh and Weber correlations are found to be unsatisfactory for the conditions of the present work for estimating the particle sizes obtained by the jet breakup mechanism. This may be due to surface effects. The flow rate of aluminum sulfate melt through a short capillary tube closely follows the predictions of Poiseuille relation.Keywords: Prilling, Aluminum Sulfate, Drop Formation, Jet Breakup Science Code: 603.01.01 VI