年产十万吨碳酸钡工艺设计样本.doc
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1、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: 化学和化学工程学院 学 生 姓 名: 吴蔓祺 专 业: 化学工程和工艺 学 号:3061指导老师姓名: 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 碳酸钡不仅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、水处理、钢铁渗碳、无线电元件、高层建筑用砖及其它钡盐制造等行业关键无机化工产品之一1,8,还能够用作净水剂和杀鼠剂5。此次毕业设计是采取碳化法生产碳酸钡,碳化法优点在于所得产品质量稳定、
2、生产成本较低8。依据生产要求和查阅资料,进行碳化法生产碳酸钡工艺设计和相关设备设计和选型。利用AutoCAD制图软件画出工艺步骤图、设备部署图,使设计结果能基础满足生产要求。关键字:碳酸钡,碳化法,工艺设计AbstractBarium 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,
3、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 a
4、dvantages 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 draw
5、ing 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31.1 碳化法生产碳酸钡探讨31.1.1沉淀碳酸钡工艺步骤31.1.2 生产原理41.2 三废治理61.2.1废气治理61.2.2 废渣治理81.2.3 废水
6、治理8第二章 碳化工段工艺探讨92.1 连续碳化工艺92.1.1 碳化机理92.1.2 反应温度102.1.3 硫化钡浓度102.1.4 二氧化碳流量102.2 连续碳化新工艺探讨122.3 结论14第三章 工艺设计及设备选型153.1 概述153.2 设计依据153.2.1 生产能力163.2.2 原料规格163.3 工艺计算163.3.1 物料衡算163.4 热量计算183.5 设备计算193.5.1回转炉(基础数据)193.5.2 浸取器243.5.3碳化塔设计303.5.4加热水箱换热面积确实定323.5.5 石灰窑323.5.6 泵343.5.7 过滤机35第四章 设备选型364.1
7、 设备选型依据364.2 关键设备一览表364.3 关键工艺控制点一览表37第五章 结束语38致 谢39参考文件40外文翻译41英语原文50附 录60前 言 碳酸钡是关键基础化工原料之一, 也是最为关键钡盐之一,它应用于电子行业、玻璃和陶瓷行业、化工原料生产等领域。伴随科学技术及其它行业发展, 碳酸钡应用领域日益扩大, 对其质量及性能要求也越来越高。中国碳酸钡产品正朝着系列化、规格化、专用化方向发展7, 以满足不一样行业要求。中国生产碳酸钡最常见方法有: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很低,但碳酸钡精制步骤复杂且不易取得高纯度产品;纯碱法生产碳酸钡,
8、其生产步骤短,产品纯度高,而且原料易得,但生产碳酸钡含有碱性组分而且硫化钠溶液较稀,回收利用价值不大;毒重石法生产碳酸钡产品含硫和其它杂质较少,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,步骤较长7。经综合各原因分析比较,以碳化法生产碳酸钡所得产品质量较稳定,成本较低,所以中国工业生产碳酸钡关键采取碳化法。中国碳酸钡生产厂家在不停增加,生产能力也在提升中,据统计,全国就已经有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产能万口以上关键有河北集钡盐集团、贵州镇宁红蝶钡业企业、山东青岛集益化工集团、山东诸城众泰化工、湖北京山楚天钡盐、湖北
9、楚星集团、湖南大荣化工农药、湖南宏湘化工、河南洛阳化工、山东安丘化工三厂4。多年来, 中国汽车、建筑业发展和家电行业繁荣带动了磁性材料、无线电元件及工业陶瓷增加,从而拉动了市场对碳酸钡需求量。我们国家在汽车、工业陶瓷等相关行业中,对碳酸钡需求量为每十二个月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。中国彩电显像管玻壳生产需要大量使用到粒状碳酸钡, 因为碳酸钡含有较强X射线、射线屏蔽能力, 在玻壳中加人碳酸钡能有效地吸收高压电流产生射线、射线, 预防其对人体危害。办公自动化设备及电脑普遍化使用, 在一定程度上促进碳酸钡在中国需求不停增加。伴随现代生活中电子产品精美小巧化,
10、类似集成电路和电容器等配件也变得小巧, 生产这类产品需要以高纯度碳酸钡为原料 ,所以高纯碳酸钡市场得以拓展。中国对高纯碳酸钡年需求量在1000t左右, 其中需要进口200t。预期在未来一段时间内就会有所增加。据调查显示,显像管玻壳在碳酸钡消费结构中占38%, 磁性材料占15%, 陶瓷及渗碳剂各占7%, 相关钡盐制造占17%, 其它占18%。而国际市场上,部分发达国家因为资源短缺、生产成本高、环境受到破坏等原因, 碳酸钡产量日益降低, 从而加强了和中国相关企业合作,合资生产碳酸钡。因为部分国际电子产品龙头企业在东南亚投资, 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组成为玻壳45%,
11、热处理剂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%, 其它钡盐制造25%4。为满足碳酸钡消费中国国际市场需求,碳酸钡生产技术有了突飞猛进发展。我们在生产碳酸钡中引入了部分新技术,使生产碳酸钡愈加适应市场需要。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、配比更正确, 提升了生产效率, 降低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利用, 这么,回收饱和蒸汽就能够提供碳化所需热量。余热回收符合现代工业能源循环利用要求,降低了能源损耗。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
12、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标准球形粒状产品, 其颗粒强度及颗粒堆密度等质量指标均达成部分标准。新型造粒技术引入使工艺简单化,产品质量更优良。此次毕业设计是以碳化法生产碳酸钡工艺设计,和实际生产有较强联络,经过此次设计能让我们对碳酸钡性质、用途和发展有所认识,最关键是让我们对碳酸钡生产步骤有整体了解,掌握基础工艺计算和对相关设备选择,了解工艺设计在化工中关键性。第一章 碳化法生产碳酸钡1.1 碳化法生产碳酸钡探讨因为碳化法生产碳酸钡产品质量稳定、生产成本较低,所以被中国碳酸钡生产厂家采取。原料种类和规格重晶石:BaSO4 85% SiO2 5%SrSO4 1.7%
13、CaSO4 1%MgSO4 0.03原料煤:固定碳 70%挥发物 10%水分 6%灰分 17%发烧量 6500石灰石:CaO 52.1%SiO2 1%S 0.25%烧失量 42%1.1.1沉淀碳酸钡工艺步骤将重晶石和煤按100:2527(以重量计)配比混合,经粉碎、筛分后连续地加入回转炉中,在9001200进行煅烧还原。制得粗硫化钡熔体,输入搅拌浸取器中,经过逆流浸取,使硫化钡溶液浓度达成135150g/L,用泵打入连续澄清器,然后放入澄清罐澄清,最终打入碳化塔内,同时将石灰窑制得CO2气体经水洗、分离、压缩导入碳化塔内,进行碳化反应,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
14、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 碳化法生产碳酸钡步骤图解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应,温度在600800,按下式反应:BaSO4+2CBaS+2CO2-Q因为物料中煤作用,伴伴随有一氧化碳生成。CO2+C2CO物料不停前移,温度在9001200按下列反应进行:BaSO4+4CBaS+4CO-QBaSO4+4COBaS+CO2在煅烧过程中,还会产生下列副反应。重晶石首先还原成BaSO3,然后再还原成BaS.2BaSO4+C2BaSO3+CO2当炉温较低时,空气过剩,或BaS和潮湿空气接触还易
15、生成碳酸钡:2BaS+3O22BaO+SO2BaO+CO2BaCO3BaS+CO2+H2OBaCO3+H2S含在重晶石中杂质在煅烧中也会参与反应,生成BaSiO3、BaS2O3、BaFe2O3、Ba2Al2O4对重晶石还原和BaS浸取全部是有害。1.1.2.2 化钡原理硫化钡在水中水解:2BaS+2H2OBa(HS)2+Ba(OH)21.1.2.3 二氧化碳制取原理青石和煤按一定配比,在石灰窑内9001200下发生下列反应:CaCO3 2CaO+CO2 QC+O2CO2 +Q1.1.2.4 碳化原理硫化钡溶液和CO2在碳化塔内发生以下反应:Ba(OH)2+CO2BaCO3+H2O2BaS +2
16、H2OBa(OH)2Ba(HS)2Ba(HS)2+CO2+H2OBaCO3+2H2S因为空气含O2及SO2,伴伴随碳化反应有BaSO4BaSO3BaS2O3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,发生以下反应:BaSO3+Na2CO3BaCO3+Na2SO3BaS2O3+ Na2CO3BaCO3+ Na2S2O3BaS+ Na2CO3BaCO3+Na2S1.2 三废治理化学工业迅猛发展也拉动了社会经济快速提升,但环境却所以受到严重污染。对于这一不可忽略问题,依据可连续发展和环境友好型社会要求,多年来,工厂三废处理问题受到很大重视,废气废渣废水需经
17、一定处理达成排放标准才能排放出来。1.2.1 废气治理碳化工序是生产碳酸钡最关键一个工序,在这一工序中硫化钡溶液和二氧化碳气体反应生成碳酸钡和硫化氢气体。怎样处理反应产生硫化氢气体是整个碳酸钡生产过程需要重视和处理关键问题。废气中关键含有36% H2S、5%CO2、3%C0和50%氮气。可利用尾气中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步骤:由碳酸钡生产过程中碳化工序来尾气,经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,进行部分燃烧,炉内控制温度9001000。燃烧后酸气在余热锅炉冷却,降温至280350。然后进
18、入热交换器,和一冷来150170混合气进行热交换,使燃烧后混合酸气降温至240280进入一转化器内,在触媒用下,使未氧化硫化氢和燃烧生产SO2反应生成气态S和H2O,经一冷却器水冷降温至150170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交换器使温度上升到200250入二转化器使未转化-.和.#继续转化为气态S和H2O,再经二冷却器水冷降温至130150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,达成排放标准排放。保温罐之液硫经制片机,皮运机,包装得产品3。2H2S+O22S+H2O2H2S+3O22SO2+2H2OH2S+2SO23S+2H2O生产硫磺
19、后尾气含有一定量SO2气体, 不能直接排放。用鼓风机将它送入吸收塔, 和从吸收塔顶喷淋而下碳酸钠溶液起中和反应, 制得Na2 SO3溶液。在溶液中加入硫磺粉, 并保持一定温度, 进行硫化反应, 制得硫代硫酸钠溶液, 再经结晶、甩干、水洗制得成品。Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2Na2SO3 + S Na2S2O3处理后尾气中含硫气体全部被吸收, 剩下部分为水蒸气、二氧化碳和惰性气体, 能够达标排放。碳化尾气生产硫氢化钠工艺步骤:合格硫化钠溶液经加热澄清后, 放入循环槽,进入吸收塔循环, 逆流吸收碳化尾气中硫化氢气体。当第一吸收塔循环溶液合格时, 用泵打入硫氢化钠贮罐, 把第二
20、循环槽吸收液打入第一循环槽, 再往第二循环槽中补充硫化钠溶液, 继续吸收。碳化尾气经过两个串联吸收塔吸收, 再经过两台串联鼓风机后排入烟囱。吸收工序来NaHS溶液在贮罐中加温澄清后, 经浓缩, 制片, 过磅包装得产品。主反应方程式: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。副反应方程式:CO2 + Na2S+ H2O Na2CO3 + H2SSO2 + Na2S+ H2O Na2SO3 + H2SCO2是酸性气体, 和Na2S起化学反应生成碳酸钠和亚硫酸钠。碳化尾气生产硫脲工艺步骤:将石灰氮和水在反应釜中混合均匀
21、, 边搅拌边通入硫化氢气体进行合成反应, 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)21.2.2 废渣治理 钡渣中含有0.95%BaS、14.22%BaCO3、39.6% H2O 、11.57%BaSiO3和10.34%BaSO4。将钡渣、石灰、石膏和水按一定百分比混合均匀,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水关键起源为离心机过滤废水,水温65,废水中含
22、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再利用,清液去化钡工序,达成循环利用8。第二章 碳化工段工艺探讨2.1 连续碳化工艺在碳酸钡生产中, 常常出现碳酸钡颗粒和堆密度改变, 而且往往一时极难找到其改变原因, 在深入研究其反应机理基础上, 用结晶动力学见解解释这一现象取得了圆满成功。在此基础上又提出了连续碳化对提升碳酸钡质量意义, 连续碳化能够得到大颗粒, 堆密度大质量好产品。并提出连续碳化新工艺方案。2.1.1 碳化机理硫化钡水溶液为:2BaS +2H2O=Ba(OH)2Ba(HS)2也就是说硫化钡水溶液,
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