年产10万吨碳酸钡基本工艺设计(1).doc

Chloroacetic acid
北方民族大学
学士学位论文

论文题目：年产十万吨碳酸钡工艺设计(碳化法)

院(部)名 称： 化学与化学工程学院
学 生 姓 名： 吴蔓祺
专 业：化学工程与工艺 学 号:3061
指引教师姓名： 谢 明
论文提交时间：
论文答辩时间：
学位授予时间：

北方民族大学教务
摘 要

碳酸钡不但是广泛应用于显像管、蓄电池、电容器、陶瓷、搪瓷、光学玻璃、颜料、涂料、橡胶、油漆、铁氧体、焊条、水解决、钢铁渗碳、无线电元件、高层建筑用砖及其她钡盐制造等行业重要无机化工产品之一[1,8]，还可以用作净水剂和杀鼠剂[5]。
本次毕业设计是采用碳化法生产碳酸钡，碳化法长处在于所得产品质量稳定、生产成本较低[8]。
依照生产规定和查阅资料，进行碳化法生产碳酸钡工艺设计以及有关设备设计和选型。运用AutoCAD制图软件画出工艺流程图、设备布置图，使设计成果能基本满足生产规定。

核心字：碳酸钡，碳化法，工艺设计

Abstract

Barium carbonate not only is widely used in battery，capacitor，tube，ceramic，enamel，optical glass，paint，coating，rubber，paint，ferrite，welding rod，water treatment，steel cementite，radio components，high-rise building with brick and other Barium salt manufacturing industries of the important one of the products of inorganic chemicals，can also be used as a applicability and kill the rats agent.
The graduation design is use carbonization method to product barium carbonate，the advantages of the method is to income carbide，stable product quality，production cost is low.
According to the production requirements and access to information，carries on the carbonization method barium carbonate production process design and related equipment design and selection. Use AutoCAD drawing software draw the process flow diagram，equipment layout，which makes the design results can basic to satisfy the production requirements.

KEY WORDS：Barium carbonate ,Carbonization ,Process design

目 录

前 言 1
第一章 碳化法生产碳酸钡 3
1.1 碳化法生产碳酸钡探讨 3
1.1.1沉淀碳酸钡工艺流程 3
1.1.2 生产原理 4
1.2 三废治理 6
1.2.1废气治理 6
1.2.2 废渣治理 8
1.2.3 废水治理 8
第二章 碳化工段工艺探讨 9
2.1 持续碳化工艺 9
2.1.1 碳化机理 9
2.1.2 反映温度 10
2.1.3 硫化钡浓度 10
2.1.4 二氧化碳流量 10
2.2 持续碳化新工艺探讨 12
2.3 结论 14
第三章 工艺设计及设备选型 15
3.1 概述 15
3.2 设计根据 15
3.2.1 生产能力 16
3.2.2 原料规格 16
3.3 工艺计算 16
3.3.1 物料衡算 16
3.4 热量计算 18
3.5 设备计算 19
3.5.1回转炉(基本数据) 19
3.5.2 浸取器 24
3.5.3碳化塔设计 30
3.5.4加热水箱换热面积拟定 32
3.5.5 石灰窑 32
3.5.6 泵 34
3.5.7 过滤机 35
第四章 设备选型 36
4.1 设备选型根据 36
4.2 重要设备一览表 36
4.3 重要工艺控制点一览表 37
第五章 结束语 38
致 谢 39
参照文献 40
外文翻译 41
英语原文 50
附 录 60

前 言
碳酸钡是重要基本化工原料之一，也是最为重要钡盐之一，它应用于电子行业、玻璃和陶瓷行业、化工原料生产等领域。随着科学技术及其他行业发展，碳酸钡应用领域日益扩大，对其质量及性能规定也越来越高。国内碳酸钡产品正朝着系列化、规格化、专用化方向发展[7]，以满足不同行业规定。
国内生产碳酸钡最惯用办法有：复分解法、纯碱法、毒重石法、碳化法[9]。复分解法生产碳酸钡可使碳酸钡产品硫含量非常低，但碳酸钡精制环节复杂且不易获得高纯度产品；纯碱法生产碳酸钡，其生产流程短，产品纯度高，并且原料易得，但生产碳酸钡具有碱性组分并且硫化钠溶液较稀，回收运用价值不大；毒重石法生产碳酸钡产品含硫和其她杂质较少，但产品成本高，操作条件困难；碳化法生产碳酸钡产品硫及碱含量较低，但设备较复杂，流程较长[7]。经综合各因素分析比较，以碳化法生产碳酸钡所得产品质量较稳定，成本较低，因此中华人民共和国工业生产碳酸钡重要采用碳化法。
国内碳酸钡生产厂家在不断增长，生产能力也在提高中，据记录，全国就已有14个省、市、自治区30余个厂家从事碳酸钡生产，而总产能达50万t/a产能万口以上重要有河北集钡盐集团、贵州镇宁红蝶钡业公司、山东青岛集益化工集团、山东诸城众泰化工有限公司、湖北京山楚天钡盐有限公司、湖北楚星集团、湖南大荣化工农药有限公司、湖南宏湘化工有限公司、河南洛阳化工、山东安丘化工三厂[4]。
近年来，国内汽车、建筑业发展和家电行业繁华带动了磁性材料、无线电元件及工业陶瓷增长,从而拉动了市场对碳酸钡需求量。咱们国家在汽车、工业陶瓷等有关行业中，对碳酸钡需求量为每年3万到4万吨，碳酸钡还可作为三聚磷酸钠（五钠）湿法磷酸除硫酸根用。国内彩电显像管玻壳生产需要大量使用到粒状碳酸钡，由于碳酸钡具备较强X射线、α射线屏蔽能力，在玻壳中加人碳酸钡能有效地吸取高压电流产生射线、射线，防止其对人体危害。办公自动化设备及电脑普遍化使用，在一定限度上促使碳酸钡在国内需求不断增长。随着当代生活中电子产品精美小巧化，类似集成电路和电容器等配件也变得小巧，生产此类产品需要以高纯度碳酸钡为原料 ,因而高纯碳酸钡市场得以拓展。国内对高纯碳酸钡年需求量在1000t左右，其中需要进口200t。预期在将来一段时间内就会有所增长。据调查显示,显像管玻壳在碳酸钡消费构造中占38%，磁性材料占15%，陶瓷及渗碳剂各占7%，有关钡盐制造占17%，别的占18%。而国际市场上，某些发达国家由于资源短缺、生产成本高、环境受到破坏等因素，碳酸钡产量日益减少，从而加强了与国内有关公司合伙，合资生产碳酸钡。由于某些国际电子产品龙头公司在东南亚投资，也使这些国家成为碳酸钡消费大国。碳酸钡在国际市场消费构成为玻壳45%，热解决剂6%，玻璃制品20%，陶瓷工业4%，蓄电池1%，电容器4%，建材2%，精制工业水3%，其她钡盐制造25%[4]。
为满足碳酸钡消费国内国际市场需求，碳酸钡生产技术有了突飞猛进发展。咱们在生产碳酸钡中引入了某些新技术，使生产碳酸钡更加适应市场需要。微机配料引入使原料破碎得以自动控制，使原料混合更均匀、配比更精准，提高了生产效率，减少了粗硫化钡中杂质含量，使其含量上升8%一10%。对粗钡回转炉余热加以运用，这样，回收饱和蒸汽就可以提供碳化所需热量。余热回收符合当代工业能源循环运用规定，减少了能源损耗。新型造粒技术就是在使用粘结剂条件下，用圆盘造粒机将粉状碳酸钡直接造粒成球形粒状，然后经高温烘干、筛选、除铁工序后就可获到符合粒径原则球形粒状产品，其颗粒强度及颗粒堆密度等质量指标均达到某些原则。新型造粒技术引入使工艺简朴化，产品质量更优良。
本次毕业设计是以碳化法生产碳酸钡工艺设计，与实际生产有较强联系，通过本次设计能让咱们对碳酸钡性质、用途和发展有所结识，最重要是让咱们对碳酸钡生产流程有整体理解，掌握基本工艺计算和对有关设备选用，理解工艺设计在化工中重要性。

第一章 碳化法生产碳酸钡

1.1 碳化法生产碳酸钡探讨
由于碳化法生产碳酸钡产品质量稳定、生产成本较低，因而被国内碳酸钡生产厂家采用。
原料种类和规格
重晶石：BaSO4 ≥85%
SiO2 ≤5%
SrSO4 ≤1.7%
CaSO4 ≤1%
MgSO4 ≤0.03
原料煤：固定碳 ≥70%
挥发物 ≤10%
水分 ≤6%
灰分 ≤17%
发热量 ≥6500
石灰石：CaO ≥52.1%
SiO2 ≤1%
S ≤0.25%
烧失量 ≤42%
1.1.1沉淀碳酸钡工艺流程
将重晶石和煤按100:25—27（以重量计）配比混合，经粉碎、筛分后持续地加入回转炉中，在900—1200℃进行煅烧还原。制得粗硫化钡熔体，输入搅拌浸取器中，通过逆流浸取，使硫化钡溶液浓度达到135—150g/L，用泵打入持续澄清器，然后放入澄清罐澄清，最后打入碳化塔内，同步将石灰窑制得CO2气体经水洗、分离、压缩导入碳化塔内，进行碳化反映，制得沉淀碳酸钡浆，放入脱硫罐加碱脱硫，入过滤机滤去水分，钡饼由转筒烘干经皮运机、磁辊脱铁器风送到成品仓包装，即为沉淀碳酸钡成品[5,8]。

图 1.1 碳化法生产碳酸钡流程图解

1.1.2 生产原理
1.1.2.1 晶石还原
重晶石和煤在回转炉中进行还原反映，温度在600—800℃，按下式反映：
BaSO4+2C＝BaS+2CO2↑-Q
由于物料中煤作用，随着着有一氧化碳生成。
CO2+C＝2CO
物料不断前移，温度在900—1200℃按下列反映进行：
BaSO4+4C＝BaS+4CO↑-Q
BaSO4+4CO＝BaS+CO2↑
在煅烧过程中，还会产生下列副反映。重晶石一方面还原成BaSO3，然后再还原成BaS.
2BaSO4+C＝2BaSO3+CO2↑
当炉温较低时，空气过剩，或BaS与潮湿空气接触还易生成碳酸钡：
2BaS+3O2＝2BaO+SO2↑
BaO+CO2＝BaCO3
BaS+CO2+H2O＝BaCO3+H2S↑
含在重晶石中杂质在煅烧中也会参加反映，生成BaSiO3、BaS2O3、BaFe2O3、Ba2Al2O4对重晶石还原和BaS浸取都是有害。
1.1.2.2 化钡原理
硫化钡在水中水解：
2BaS+2H2O＝Ba(HS)2+Ba(OH)2
1.1.2.3 二氧化碳制取原理
青石和煤按一定配比，在石灰窑内900—1200℃下发生下列反映：
CaCO3 ＝2CaO+CO2↑ –Q
C+O2＝CO2 ↑ +Q
1.1.2.4 碳化原理
硫化钡溶液与CO2在碳化塔内发生如下反映：
Ba(OH)2+CO2＝BaCO3+H2O
2BaS +2H2O＝Ba(OH)2·Ba(HS)2
Ba(HS)2+CO2+H2O＝BaCO3+2H2S
由于空气含O2及SO2，随着着碳化反映有BaSO4﹑BaSO3﹑BaS2O3及S产生。
1.1.2.5 钡浆脱硫原理
为了除去碳酸钡浆中硫化物，加入纯碱，并加热至90℃，发生如下反映：
BaSO3+Na2CO3＝BaCO3+Na2SO3
BaS2O3+ Na2CO3＝BaCO3+ Na2S2O3
BaS+ Na2CO3＝BaCO3+Na2S

1.2 三废治理
化学工业迅猛发展也拉动了社会经济迅速提高，但环境却因而受到严重污染。对于这一不可忽视问题，依照可持续发展和环境和谐型社会规定，近年来，工厂三废解决问题受到很大注重，废气﹑废渣﹑废水需经一定解决达到排放原则才干排放出来。
1.2.1 废气治理

碳化工序是生产碳酸钡最重要一种工序，在这一工序中硫化钡溶液与二氧化碳气体反映生成碳酸钡和硫化氢气体。如何解决反映产生硫化氢气体是整个碳酸钡生产过程需要注重和解决重要问题。废气中重要具有36% H2S、5%CO2、3%C0和50%氮气。可运用尾气中H2S生产硫磺、硫氢化钠和硫脲等产品[8]。
碳化尾气生产工业硫磺和硫代硫酸钠工艺流程：由碳酸钡生产过程中碳化工序来尾气，通过脱水罐气液分离后，分别进入1000m3气柜混合贮存，再同脱油空气一起由喷嘴进入燃烧炉，进行某些燃烧，炉内控制温度900—1000℃。燃烧后酸气在余热锅炉冷却，降温至280—350℃。然后进入热互换器，和一冷来150—170℃混合气进行热互换，使燃烧后混合酸气降温至240—280℃进入一转化器内，在触媒用下，使未氧化硫化氢与燃烧生产SO2反映生成气态S和H2O，经一冷却器水冷降温至150—170℃使硫蒸气冷凝成液硫入保温罐。冷凝硫磺后一冷混合气返回到热互换器使温度上升到200—250℃入二转化器使未转化-’.与.#’继续转化为气态S和H2O’，再经二冷却器水冷降温至130—150℃冷凝液硫流入保温罐。二冷排出混合气依次经金属网捕集器，捕集室捕集后，达到排放原则排放。保温罐之液硫经制片机，皮运机，包装得产品[3]。
2H2S+O2＝2S+H2O
2H2S+3O2＝2SO2+2H2O
H2S+2SO2＝3S+2H2O
生产硫磺后尾气具有一定量SO2气体，不能直接排放。用鼓风机将它送入吸取塔，与从吸取塔顶喷淋而下碳酸钠溶液起中和反映，制得Na2 SO3溶液。在溶液中加入硫磺粉，并保持一定温度，进行硫化反映，制得硫代硫酸钠溶液，再经结晶、甩干、水洗制得成品。
Na2CO3 + SO2＝ Na2SO3 + CO2
Na2SO3 + S＝ Na2S2O3
解决后尾气中含硫气体所有被吸取，剩余某些为水蒸气、二氧化碳和惰性气体，可以达标排放。
碳化尾气生产硫氢化钠工艺流程：合格硫化钠溶液经加热澄清后，放入循环槽,进入吸取塔循环，逆流吸取碳化尾气中硫化氢气体。当第一吸取塔循环溶液合格时，用泵打入硫氢化钠贮罐，把第二循环槽吸取液打入第一循环槽，再往第二循环槽中补充硫化钠溶液，继续吸取。碳化尾气通过两个串联吸取塔吸取，再通过两台串联鼓风机后排入烟囱。吸取工序来NaHS溶液在贮罐中加温澄清后，经浓缩，制片，过磅包装得产品。
主反映方程式：
Na2S + H2S＝ 2NaHS
硫化钠是强碱弱酸正盐，氢硫酸是二元酸，在硫化钠溶液里通入硫化氢气体则生成酸式盐硫氢化钠。
副反映方程式:
CO2 + Na2S+ H2O＝ Na2CO3 + H2S
SO2 + Na2S+ H2O＝ Na2SO3 + H2S
CO2是酸性气体，与Na2S起化学反映生成碳酸钠和亚硫酸钠。
碳化尾气生产硫脲工艺流程：将石灰氮与水在反映釜中混合均匀，边搅拌边通入硫化氢气体进行合成反映，生成硫脲溶液，将溶液过滤后，进冷却结晶器中冷冻结晶，离心分离，晶体烘干即得成品。
H2S + CaCN2 + 2H2O＝(NH2)2CS + Ca(OH)2
1.2.2 废渣治理
钡渣中具有0.95%BaS、14.22%BaCO3、39.6% H2O 、11.57%BaSiO3和10.34%BaSO4。将钡渣、石灰、石膏和水按一定比例混合均匀，陈化24h后，经制砖机机械压制，再经蒸汽养护，得到钡渣砖成品。蒸汽养护又分为静停、升温、恒温、降温4个过程[8]。
1.2.3 废水治理
碳酸钡生产过程中，废Na2SO3水重要来源为离心机过滤废水，水温65℃，废水中具有0.8%BaCO3、0.5%Na2SO3、0.4Na2S、0.6Na2S2O2。过滤废水进入澄清罐澄清，回收沉淀BaCO3再运用，清液去化钡工序，达到循环运用[8]。

第二章 碳化工段工艺探讨
2.1 持续碳化工艺
在碳酸钡生产中，经常浮现碳酸钡颗粒和堆密度变化，并且往往一时很难找到其变化因素，在进一步研究其反映机理基本上，用结晶动力学观点解释这一现象获得了圆满成功。在此基本上又提出了持续碳化对提高碳酸钡质量意义，持续碳化可以得到大颗粒，堆密度大质量好产品。并提出持续碳化新工艺方案。
2.1.1 碳化机理
硫化钡水溶液为：
2BaS +2H2O＝=Ba(OH)2·Ba(HS)2
也就是说硫化钡水溶液，实质上是氢氧化钡和硫氢化钡混合物。在碳化时CO2一方面与Ba(OH)2· Ba(HS)2 中Ba(OH)2发生反映，体当前开始碳化时，很长时间无H2S逸出。即一方面进行
Ba(OH)2+CO2＝BaCO3↓+H2O
然后再进行
Ba(HS)2+CO2+H2O＝BaCO3↓+2H2S
这是由于第一种反映反映速度大大超过第二个反映反映速度缘故。实践证明,反映速度太快单位时间形成碳酸钡晶种多,颗粒很难长大，所得产品相对密度小，流动性不好。此外由于迅速结晶成果，会产生包裹现象，使产品中硫化物含量过高。例如采用三塔串联时，每塔都装新鲜硫化钡溶液，第一塔接触是石灰窑来气体，第二塔接触是第一塔尾气（硫化氢含量增长），第三塔接触是第二塔尾气（硫化氢含量更增长）。将三个塔产品进行比较发现，第一种塔中产品含S2-0.15%，第二个塔中产品含S2-0.1%，第三个塔产品含S2-0.07%如下[7]。这是由于在第二或第三塔中硫化钡溶液某些发生如下反映
Ba(OH)2·Ba(HS)2+2H2S＝2Ba(HS)2+2H2O
也就是说硫化钡溶液中一某些Ba(OH)2和H2S反映生成Ba(HS)2，减少Ba(OH)2直接和CO2接触机会，增长CO2和Ba(HS)2反映几率，从整体上减少碳酸钡生成生产，产品结晶颗粒增大，包裹现象减轻，因此S2-含量下降。
关于反映速度对碳酸钡颗粒和堆密度影响还可以从下几种方面看出:
2.1.2 反映温度
反映速度和反映物质浓度和温度成正比关系。温度升高时虽然可以使反映速度加快但CO2溶解度减少，例如30℃时溶解度为0.665Hm3/m3水，40℃时溶解度为0.521 Hm3/m3水。在生产条件下CO2溶解度减少对反映影响占主导地位。例如采用BaS浓度为4.2%，温度为39.5℃和46.9℃下进行碳化，得到产品堆密度分别为0.67和0.91。
2.1.3 硫化钡浓度
反映速度除了与二氧化碳浓度关于以外，还与硫化钡浓度关于，硫化钡浓度高反映速度快。如采用浓度为4.32%和2.89%硫化钡溶液，得到产品堆密度分别为0.91和1.20
2.1.4 二氧化碳流量
CO2流量快，供应量充分反映快，单位时间得到产品多。反之，则反映慢，单位时间内得到产品少。单位时间产量与堆密度关系如下图。

图 3.1a碳化速度与堆密度关系图

从以上实验数据可以证明，碳酸钡颗粒大小与生成碳酸钡时反映速度有很大关系，反映速度快，单位时间内形成晶种多,则颗粒增长速度减慢。反映速度慢，单位时间内形成晶种少，则结晶颗粒增长速度加快,这样就可以得到大颗粒结晶，且堆密度也大。
其实工业生产为了提高碳酸钡产品质量也注意了这个问题。当前工业生产中采用三塔串联间歇式操作。第一塔为碳化塔，第二塔为半碳化塔，第三塔为预碳化塔。新鲜硫化液先入预碳化塔，在此和第二塔尾气重要发生如下反映：
Ba（OH）2 ·Ba（HS）2+2H2S＝Ba（HS）2+H2O
在预碳化时硫化钡溶液中S2-离子增长一倍，这是长期以来所追求理论规定，然而事实上达不到，这是由于接触气体中不完全是硫化氢而尚有二氧化碳气体，还会有如下反映发生：
Ba(OH)2+CO2＝BaCO3↓+H2O
例如入预碳化塔时BaS浓度140克/升，预碳化终了为260克/升，仅增长了0.857倍。
在预碳化塔中反映60分钟后，通过阀门变化气体路线，使第一塔尾气通入原预碳化塔，也就是说本来预碳化塔作为半碳化塔，本来半碳化塔作为碳化塔，本来碳化塔作为预碳化塔，再过60分钟再变换一次。通过200分钟后来，本来预碳化塔完毕了预碳化，半碳化，碳化三个过程。所谓半碳化就是将硫氢化钡碳化约一半限度，碳化是半碳化后溶液直接和窑气接触，200分钟为一种循环周期，在这个周期内BaS、H2S、CO2浓度变化如图。

图 3.1b碳化时间与BaS、H2S、CO2浓度变化图

从图中可看出如下问题:预碳化时前30分钟无H2S放出,30 分钟后迅速上升，半碳化与碳化段相比，硫化钡和二氧化碳浓度下降速度要慢，也就是说碳化段生成碳酸钡速度比半碳化段快，从而鉴定二氧化碳浓度对碳化反映起着重要作用。
2.2 持续碳化新工艺探讨
中华人民共和国工业碳酸钡生产重要采用碳酸化法，碳酸化过程分为“预碳酸化”和“主碳酸化”两步[8]。这里所指是将碳酸化过程中产生硫化氢气体导入一种塔中，与硫化钡水解产物中氢氧化钡反映，生成硫氢化钡:
2BaS + 2H2O→Ba(HS)2 + Ba(OH)2 (1)
Ba(OH)2 + 2H2S＝ Ba(HS)2 + 2H2O (2)
直至硫化钡溶液所有转化为硫氢化钡为止。
第二步溶液里硫氢化钡，与二氧化碳进行主碳化反映：
Ba(HS)2 + CO2 + H2O＝ BaCO3 ↓+ 2H2S (3)
同步也有下述反映发生：
BaSn+ CO2 + H2O＝BaCO3↓ + H2S↑+ Sn-1 (4)
生产厂碳化时，若在一定压力下单孔集中导入CO2气体，溶液中就会产生大量大小不一气泡，由于气液接触面积较小，只有气泡边沿与溶液接触，因此，影响了(3) 中反映，气泡内部二氧化碳气体不会立即就反映，因而就减少了(3)中反映速度。集中导入二氧化碳气体碳化办法，减少了预碳酸化过饱和态。溶液过饱和态越低，晶核成长推动力就越小，这就是抑制晶核成长重要因素。受到抑制，晶核成长不完善就成为一种有缺陷结晶。这样结晶表面活性很强,较强吸附力会导致钡浆粘结。这样结晶对水分子有一定吸附力。为了减少钡浆水分，需增长过滤时间减少了设备运用率，加大了能耗，不但使煤耗上升，又增长了工人劳动强度。因此要变化碳化办法。从碳化塔不同高度，不同部位，以不同角度，分散导入二氧化碳气体。气体进入塔内，从不同高度,不同部位，和在不同位置进行( 3)式反映，浮现一种立体碳化模式[2]。由于气体接触面积比较广泛，提高了( 3)反映效果,使晶核成长有了一种适当环境和条件，有效地增进了结晶完善。
此外，当前采用碳化流程是间歇式加料间歇式出料，实质上是间歇式抱负混合反映器。间歇式反映不但在操作上麻烦并且产品质量不佳，设备庞大。近年来诸多人作了大量实验和研究但都未实现持续化[6]。这里核心问题是碳化过程中结疤问题。为解决此问题实现持续碳化新工艺，提出如下方案。
持续碳化方案之一，咱们懂得纯碱生产中碳化和碳酸氢氨生产中碳化都是持续。都是采用两个碳化塔，一塔碳化一塔预碳化，控制操作条件在预碳化中不产生固相，两塔定期轮换使用，因此预碳化时正是碳化清洗过程，也等于一塔在清洗一塔在碳化。可是在碳酸钡生产中，因碳酸钡溶解度很低,凡有二氧化碳和硫化钡溶液接触地方就有碳酸钡固相生成，如像上述那样分为两个塔,不能控制在预碳化中不生成固相，因此实现不了持续碳化
该方案实质是碳化和半碳化在一种塔进行，窑气通过该塔后二氧化碳气体降至很低，通过一种脱除二氧化碳设备，将二氧化碳脱除。然后通入另一种塔，在这个塔中硫化氢和硫化钡溶液接触进行预碳化，由于气相中无CO2，因此反映才干进行彻底,反映完后溶液中S2-增长一倍已成为也许
持续碳化方案之二，该方案是一塔碳化一塔清洗，清洗时最佳用硝酸或盐酸直接生成酸钡或氯化钡溶液，蒸发结晶后可得氯化钡或硝酸钡产品，亦可实现持续碳化目。
2.3 结论
二氧化碳和硫化钡反映速度慢，生成晶种少，控制条件使其颗粒慢慢长大可以获得大颗粒，堆密度大，流动性好产品。生产厂碳化时，集中导入二氧化碳气体，减少了一预和二预过饱和态，导致产品品质低下。新碳化办法分散导入二氧化碳气体，再辅以二氧化碳气体以恰当压力和浓度等工艺条件，产品品质可以得到较大提高。当前国内采用是间歇式空塔鼓泡生产，反映慢，效率低，设备庞大，控制起来也比较困难。当前实现持续碳化核心就是“ 结疤”问题。针对此顽症提出了两个持续碳化工艺流程。特别是第一方案，不但可以实现持续碳化，还可以提高碳酸钡质量，生产出高纯硫化氢气体，给硫化氢运用带来以便。

第三章 工艺设计及设备选型
3.1 概述
鉴于上一章所说持续碳化问题，我试探性设计出如下碳酸钡生产碳化办法：其碳化工段分为预碳化和碳化两个过程，用两塔串联持续生产，一塔碳化，一塔预碳化，碳化塔尾气通过收集储存，然后压缩通入预碳化塔中进行反映，其主反映为：
Ba（OH）2+2H2S＝Ba(HS)2+H2O
在通入气体中，具有少量CO2 （不大于5%），因而还会发生如下反映：
Ba（OH）2+CO2＝BaCO3↓+H2O
BaS+CO2+H2O＝BaCO3↓+H2S↑
而后两个反映反映速率较快，因而可以在预碳化塔中实现H2S净化，使反映能彻底进行，因而使S2-含量增倍，Ba2+完全以Ba(HS)2形式存在，预碳化相称于除去了 Ba（HS）2中杂质，同步生成少量质量较低碳酸钡产品，塔底产出液体经沉降可得到质量较低碳酸钡，沉降后溶液通过泵打入碳化塔进行碳化，控制反映温度在90℃以上，可得到质量较高碳酸钡产品。
在此过程中，沉降池可做为储存设备，当碳化塔需要清洗时，预碳化依然可以进行，当预碳化塔需清洗时，碳化依然可以进行。清洗碳化塔时，关闭尾气收集阀门，清洗预碳化塔时，关闭沉降池进口阀门，即为清洗时各塔独立反映。清洗周期可设为一种检修周期。
此设计中影响持续生产重要因素就是“结疤”问题，因而可增大液体流速，减小主物料浓度，使液流体可以及时带走反映结晶物，减小结晶物在塔底停留时间。
3.2 设计根据

3.2.1 生产能力
年产10万吨碳酸钡，工作时间：300天/年，安全系数：1.15,即工作时间t=300*24=7200h。 日生产能力：333.33吨/天，考虑安全系数后：383.33吨/天，即15.97吨/小时。
3.2.2 原料规格
硫化钡溶液：145g/L,
窑气：CO2含量40%，N2含量50%，其她气体含量10%。
3.3 工艺计算
3.3.1 物料衡算
3.3.1.1 反映物料计算
已知碳化塔入口气体含量：wCO2≈40%,
出口气体含量:wCO2≈5%、wH2S≈36%
依照反映方程可得：
硫化钡溶液年用量V=(100000×106/197.34)×169.39/145（L）=5.92×108L
二氧化碳用量M=（15.97×106/197.34）×44×40%/(40%-5%)=4.07×106g/h
二氧化碳年耗量M总=（100000/197.34）×44×40%/(40%-5%)=25481.76t/a
窑气年总用量M′=25481.76/1.964/40%=32436.05×103m3/a
碳化塔进气量M1=32436.05×103/7200=4505.01 m3/h
在通入预碳化塔气体中，有5%二氧化碳，反映时，需消耗:
nBa2+=32436.05×103×5%/1.964/44=18.77×106mol
因而硫化钡溶液年用量应为V′=（18.77×106×169.39/145）+5.92×108L
=6.14×108L
硫化钡溶液流量V1=6.14×108/7200=8.53×104L/h
窑气流量M2=32436.05×103/7200=4.50×103 m3/h
碳化塔入口液体流量V2=5.92×108/7200=8.22×104 L/h
预碳化塔进口气体流量
M3=(100000×106/197.34)×34×2/1.417/36%/7200=9.38×103 m3/h
碳化塔中二氧化碳吸取量M3′ =32436.05×103×35%/7200=1576.75 m3/h
预碳化塔中硫化氢吸取量
M4=(100000×106/197.34)×34/2/1.417/7200=844.36 m3/h
碳化塔中硫化氢生成量
M5=(100000×106/197.34)×34×2/1.417/7200=3377.50 m3/h
由计算可知：碳化塔尾气中硫化氢可供预碳化使用。预碳化后尾气含二氧化碳较低，而硫化氢含量较高，因而可以再次通入预碳化塔中使用。将预碳化塔尾气与碳化塔尾气按一定比列混合后再次通入预碳化塔中，可减少预碳化塔进口中二氧化碳含量，使预碳化进行更彻底，提高硫氢化钡产量。
在反映中有水参加，依照反映方程可知，参加反映水总量与反映生成水总量相似，在各塔反映中，水仅作为中间物质，而原料硫化钡溶液浓度较低，溶液中水足以使反映顺利进行，因此反映中不需要补给水。
3.3.1.2 预碳化塔取出液含量计算：
碳酸钡含量
W1=(18.77×106×197.34/7200)/[8.22×104×（145+1000）]=0.55%
假设预碳化彻底进行，则硫氢化钡含量
W2=(100000×106/197.34)×203.46/7200/[8.22×104（145+1000）]=15.21%
3.3.1.3 碳化塔取出液含量计算
碳酸钡含量
W3=(100000×106)/7200/ [8.22×104×（145+1000）]=14.76%
在硫化钡溶液制备过程中具有一定杂质，因而在预碳化前应先除去大某些杂质再通入塔中，减少杂质参加反映，可提高产品纯度，在碳化和预碳化过程中，因反映局限性，也许具有少量其她形式钡盐，因而加入少量碳酸钠脱硫，提高产品纯度。
3.4 热量计算
查资料得20℃时，qn CO2=1557.192KJ/mol
碳化塔内反映温度在90℃以上，因此得
qn′=qn-1.674×（t-20）
=1557.192×（90-20）=109003KJ/mol
二氧化碳溶解量M3′=1576.99×1.964 /44（kmol/h）=70.39 kmol/h
二氧化碳溶解放热量Q1=109003×70390=7.673×109KJ/h
碳酸钡结晶热qn=1216.289KJ/mol
碳酸钡结晶放热量Q2=1216.289×16×106/197.34=9.86×107 KJ/h
总放热量Q3=7.772×109 KJ/h
水比热C=4.02×103J/Kg·℃
假设水比热为溶液比热，则反映放出所有热量能使液体升高T℃，
T=7.772×1012/【8.22×104×（145+1000）×4.02×103】 =20.54℃
出塔液体温度为90℃，通入换热器壳层与进入碳化塔冷流体进行接触，冷流体预热，热流体冷却。
碳化塔入口液体流量V2=8.22×104 L/h，
反映所耗水量忽视不记，则碳化塔出口液体流量应等于入口液体流量。
冷流体预热使温度升高至50℃，再通入碳化塔进行反映，则液体升温至90℃所需热量Q4=【（8.22×145×203.46/169.39）+8.22×1.0×103】×4.02×103×40
=1.552×109J/h
若用110℃过热蒸汽来加热，换热后冷凝水温度为80℃则所需蒸汽量
MT=1.552×109/（4.02×103×30）=12.87t/h
碳化塔尾气中还具有较多热量，因而可以通过换热器与冷流体换热，以减少自身温度，并且还可使冷流体预热，以达到能源回收运用。
3.5 设备计算
3.5.1回转炉(基本数据)
1.生产规模
年产10万吨碳酸钡，年操作时间7200小时，安全系数：1.15
2.原料参数
重晶石 含硫酸钡85%、杂质15%
白煤 含碳量70.98%、灰分23.4%
烟煤 发热量29185kJ/kg/、灰分20%
3.生产经验数据
每吨碳酸钡重晶石消耗量折100%硫酸钡为1.626吨
原料配比：
重晶石（100%BaSO4）:白煤（含碳量84%）=100:25 (1)
重晶石（100%BaSO4）:烟煤（发热量29302kJ/kg）=100:20 (2)
4.炉内化学反映式
BaSO4+ 2C==BaS+2CO2
C+O2=CO2
(二)设备工艺计算
1．进炉生料计算
进炉重晶石量
1.626×100000/0.85=191294.12t/a
考虑安全系数，则：191294.12×1.15/7200=30.55t/h
进炉白煤量按式（1）折算
30.55×0.85：（0.7089X/0.84）=100：25
则x=7.69t/h
进炉烟煤按式（2）折算
30.55×0.85：（29185Y/29302）=100：20
则y=5.21t/h
进炉生料量=进炉重晶石量+进炉白煤量+进炉烟煤量=30.55+7.69+5.21=43.45t/h
2.出炉熟料量
W1=WBaS+W未反映BaSO4+W杂质+W煤粉=W* （3）
式中W1——出炉熟料量，t/h
W——重晶石投料量，30.55t/h
x——重晶石含BaSO4,85%
T——BaSO4炉内转化率，65%
M——白煤投料量，7.69t/h
x1——白煤中灰分含量，23.4%
N——烟煤投料量，5.21t/h
X2——烟煤中灰分含量，20%
0.7253为BaS/BaSO4分子量之比
W1=30.55*0.85*0.65*0.7253+30.55*0.85*0.35+30.55*0.15+7.69*0.234+5.21*0.2=28.75t/h
3.回转还原炉重要计算式
（4）
G——回转炉小时产量（即熟料量），t/h；
L——回转炉有效长度，m；
K——系数，取0.048~0.056.
变（4）式为：
= （5）
式中， 为回转炉长径比，