摘要：为解决化工制药残渣处理中的环境污染问题，进行了残渣燃烧和固氯方式的研究。结果发现，残渣与木屑混合物燃烧效益高，且氧化钙固氯效果优于碳酸钙。结论指出，优化燃烧条件并使用适宜比例的氧化钙作为固氯剂，可实现高效固氯并减少含氯气体排放。

　　关键词：化工制药；固氯；残渣固料

　　0引言

　　在化工制药领域，随着生产技术的不断进步和装备的持续升级，药品的生产效率和质量得到了显著提升1]。然而，这一过程中不可避免地会产生大量化学残渣，这些残渣成分复杂且往往具有一定的毒性[2]。

　　传统的处理方式，如焚烧，不仅无法有效利用燃烧产生的热能，还可能产生包括氯化氢在内的有毒有害气体，对环境和人类健康构成严重威胁3。因此，开展化工制药工艺残渣燃烧过程中的固氯实验研究显得尤为重要[4]。通过探讨有效抑制残渣燃烧过程中氯化氢生成的方法，通过添加固氯剂等措施，提高固氯效果，减少有毒气体的排放。这不仅有助于实现化工制药废渣的无害化处理，还能为相关领域的环保工作提供有益的参考和借鉴5。

　　1化工制药残渣固料燃烧实验研究

　　热重法是一种热分析技术，通过程序控温，测量样品质量随温度或时间的变化。其原理在于，物质在加热过程中会因分解、升华、氧化等反应导致质量变化，热重曲线能直观反映这些变化。实验所选用残渣为化工制药残渣以及木屑的混合物。对混合物成分以及特性进行分析，残渣及木屑水分质量分数分别为6.53%及7.23%,灰分质量分数分别为12.9%及1.36%,并且，木屑及残渣含碳质量分数均为50%左右，残渣含氯质量分数为1.86%。

　　本次实验所用仪器为热重分析仪，选取10mg木屑及残渣混合样品置于金属篮中，将样本从初始实验温度25℃进行升温，每分钟上升20℃,实验时间为40分钟，最终热解温度维持在900℃,残渣-木屑热解反应结果如表1所示。整个热解反应主要分为三部分。首先是脱水阶段，原料在高温下失去水分，变得更为干燥；接着是挥发阶段，随着温度继续升高，原料中的轻质组分开始挥发，形成气体和液体产物；最后是碳固定阶段，剩余的重质组分经过进一步热解，逐渐形成较为稳定的固定碳结构，即焦炭或炭黑。三个阶段失重率合计为72.65%,表明木屑-残渣混合物具有较高的燃烧效益。

　　综合分析可得，有机物热解反应的收率受原料结构、物理形态及热解条件影响。反应能量需求与产物生成比相关，后者受加热速度、温度及原料粒度制约。低温低速加热促进热稳定性固体生成，而高温高速则导致全面裂解，气体组分增多。原料粒度大时，传热时间长，二次反应多。热解产物能量高低取决于氢转化比例。木屑-残渣原料成分复杂，难以精确描述其结构与反应过程。热解过程分阶段进行，初期脱水及小分子生成，中期大分子断裂产生气体与液态产物，后期则主要为缩聚、脱氢及二次反应。

　　2燃烧过程固氯方式研究

　　2.1燃烧过程固氯实验方法

　　取10mg样品放置于样品篮中，从室温20℃开始升温，升温速率为25℃/min,升温至783~1053K,空气流速为25mL/min。监测仪器选用温控仪以及光谱仪，将空气钢瓶中的气体匀速输送到石英管反应器中，并通过热电偶对温度进行检测。反应后的尾气输送到尾气吸收管进行吸收，并进行测定，具体实验装置示意图如图1所示。

　　化工残渣燃烧固氯效果受多重因素影响。关键在于燃烧温度需适中，过高或过低均影响氯化氢释放与固氯剂反应效率。固氯剂种类及添加量直接影响固氯能力，适宜配比至关重要。此外，助燃剂种类及添加方式亦能调节燃烧条件，间接影响固氯成效。

　　具体固氯测定流程为：在反应过程中，收集尾气，并使用氢氧化钠溶液进行鼓泡吸收处理，以去除尾气中的氯化氢。通过调节空气流量，设置每20~30mL/min为最佳流量。对样品进行干燥和研磨处理，以便备用。分析残渣的组成元素，并测量其在不同温度下的热分解情况。探究氯化氢的浓度与反应温度等其他物理量的关系，并记录相关数据。评估固氯效果，比较不同固氯剂的固氯效果。

　　2.2温度对脱氯效果影响

　　准备不同比例的吸收剂与化工残渣混合物，保持其他实验条件保持一致。接着，将混合物置于燃烧装置中进行燃烧，观察并记录燃烧过程中氯的释放情况。最后，通过化学分析等方法测定燃烧后残渣中的氯含量，从而评估不同固氯剂添加比例下的脱氯效果。通过对比不同比例下的实验结果，得出最优的固氯剂添加比例。

　　图2为不同比例吸收剂对固氯效果的影响，可以看出，随着吸收剂比例的增大，固氯的效果随之增加，并在达到一定比例时吸收量达到稳定。当CaO作为吸收剂时，吸收剂与化工残渣质量比例为1:1时，吸收速率开始递减，并在1:1.93时达到动态稳定状态，吸收量不在增加。当CaCO₃作为吸收剂时，吸收剂与化工残渣质量比例为1:0.5时，吸收速率开始递减，并在1:0.9时达到稳定状态，吸收量不在增加。相比之下，CaO作为吸收剂吸收效果更好，最优吸收剂比例为1:0.9,脱氯效果接近88%。

　　上述现象的原因主要在于固氯反应的动力学和热力学特性。随着吸收剂与试样摩尔比的增大，固氯剂与氯的接触机会增多，从而提高了固氯效果。由于氧化钙的活性高于碳酸钙，更容易与氯发生反应，因此其固氯效果更佳。然而，当固氯剂添加量增加到一定程度时，反应趋于饱和，固氯率增长放缓，这是因为此时固氯反应受动力学限制，氯离子的扩散速度成为主导因素。

　　2.3固氯剂比例对脱氯效果影响

　　准备不同比例的固氯剂与化工残渣混合样品，确保实验条件一致。接着，将混合样品置于反应装置中，进行燃烧或加热反应，模拟化工残渣处理过程。然后，收集反应后的气体和固体产物，通过化学分析测定氯含量，评估脱氯效果。最后，对比不同固氯剂比例下的脱氯效果，分析得出最佳固氯剂添加比例。

　　图3为不同温度对固氯效果的影响，在升温初始阶段，反应器尾气中氯化氢的浓度较低，表明了氧化钙与含氯物质之间具有较高的脱氯效果。然而，随着温度的持续上升，HCl的浓度开始逐渐增加，特别是在达到920℃后，固氯效果显著变差。CaCO₃也有类似的化学现象，并且适宜温度相比CaO较高。

　　这一现象的主要原因在于氧化钙的固氯反应是一个可逆过程。在较低温度下，反应向生成稳定氯化物的方向进行，有效脱除尾气中的氯。但当温度超过某一临界值时，生成的氯化物开始分解，重新释放出HCl,导致脱氯效率急剧下降。此外，随着温度的进一步升高，反应体系中的物质状态也发生变化。当温度达到约另一特定温度时，燃烧残渣呈现熔融状态，吸收剂与燃烧产物发生胶结。这种物理状态的变化导致原本作为扩散通道的微孔消失，阻碍了氯化物进一步向吸收剂内部扩散，从而限制了脱氯反应的深入进行。因此，在高温条件下，氧化钙的脱氯效果受到显著影响，较适宜的温度为850~900℃。

　　3结论

　　1)化工制药残渣与木屑混合物在热解过程中表现出较高的燃烧效益，热解分阶段进行，包括脱水、挥发和碳固定阶段。原料结构、物理形态及热解条件对产物生成有显著影响。

　　2)固氯实验表明，氧化钙作为固氯剂效果优于碳酸钙，最优添加比例为1:0.9,适宜温度为850~900℃。温度过高会导致固氯效果下降，主要因为氯化物分解及燃烧残渣物理状态变化，限制了脱氯反应的深入进行。

　　[1]王志霞，吴彤珊.基于化工设备自动化控制的制药工艺优化策略研究[J].流程工业，2024(12):64-68.

　　[2]顾真.探究化工制药工艺过程的新型优化方式[J].科技风，2024,(13):95-97.

　　[3]尚志民.化工制药工艺中存在的问题及优化措施[J].化工设计通讯，2023,49(11):220-222.

　　[4]李玉茹，薛允菊，韩瑞.化工制药工程工艺优化[J].化工设计通讯，2023,49(8):192-194.

　　[5]陈洋.化学制药工艺优化方式与相关问题研究[J].产业科技创新，2023,5(4):50-52.