年产1万吨硫酸铝车间工艺设计样本.doc
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1、摘要中国硫酸铝生产现实状况,年产量万吨以上企业已达29个,3000t至10000t企业达85个。全国硫酸铝生产能力已达115万t,产量突破95万t,仅次于美国和日本,而居世界第三位1;硫酸铝生产中存在问题是,设计不合理,设备不配套,产量质量全部无法达成初衷要求和部分生产厂家规模较小,经济效益差造成产品积压严重、投资无法收回,使部分企业背上沉重经济包袱;生产工艺关键有铝灰、铝渣法、活性氢氧化铝法、铝矾土常压法、煤矸石加压法等,对各个工艺优缺点进行对比,发觉以高岭土为原料生产硫酸铝,含有原料成本低,产量高,产品质量好,过程易控制等优点,制备过程中产生废渣可作为高活性高硅材料,也可作为优良涂料及板材
2、制品填料,从而实现了综合利用和无废渣排放,含有主动环境保护意义;采取高岭土为原料生产硫酸铝,符合设计目标和指导思想。高岭土生产硫酸铝,使高岭土经过预处理过程,排除高岭土中粗石英砂、杂质,用于生产水泥玻璃,得到高岭土精矿,经过煅烧活化,粉碎,过筛送致生产车间,和55%硫酸轻易混合送至反应釜,经过反应酸浸,沉降,分离和中和处理,得到合格硫酸铝轻易,送至浓缩结晶槽中,进行浓缩结晶,并经过成品粉碎机将硫酸铝晶体粉碎,包装。关键词:硫酸铝;现实状况;生产工艺;高岭土AbstractThe plants having 10,000 tons of annual output of aluminum sul
3、fate in China hav being upto 29, and the plants having 3000 t to 10000 t, being upto 85.The aluminum sulfate production capacity has reached 1.15 million t, yield breakthroughs 950,000 t, after the United States and Japan, the third in the world live;Aluminum sulfate production in the problem is tha
4、t the unreasonable design, equipment is not supporting, yield and quality are unable to meet its mind and requested some smaller manufacturers, leading to poor economic returns serious backlog of products, investment is not possible, so that some enterprises back heavy The economic burden of product
5、ion of a major Al Grey, Al Jardine, of aluminum hydroxide, bauxite atmospheric pressure, such as coal gangue compression method, all of the advantages and disadvantages compared to that of raw materials for the production of kaolin Aluminum sulfate, a low-cost raw materials, high yield, good quality
6、 products, process-control advantages, in the course of preparation of the high-activity waste residue can be used as the high-silicon material, but also as a fine of paint and sheet metal products fill, so as to achieve a comprehensive Use and no waste residue emissions, have a positive environment
7、al significance of raw materials used for the production of kaolin aluminum sulfate, with the design of purpose and guiding ideology.Kaolin production of aluminum sulfate, kaolin After pretreatment process, rule out the possibility of kaolin in the rough quartz sand, impurities, the glass used in th
8、e production of cement, by Kaolin concentrate, after calcination activated, crushing, screening sent to the production workshop, with 55 percent of the sulfuric acid Mixed easily sent to the reactor, the reaction of acid leaching, settlement, and in the separation and processing of aluminum sulfate
9、be qualified easily, and sent to concentration crystallization tank, concentrated fruit and refined through the grinder will crush aluminum sulfate crystals, Packaging.Keywords:aluminumsulfate;the present situation;ProductionProcess;kaolin序言硫酸铝化学名(Aluminium sulfate)Al2(SO4)3,无色单斜结晶,在空气中长久存放易吸潮结块。易溶于
10、水,水溶液显酸性,难溶于醇,是无机盐基础品种之一,应用十分广泛。加热至770度是开始分解为氧化铝、三氧化铝、二氧化铝、二氧化硫和水蒸气。水解后生成氢氧化铝。工业品为白色或灰白色粉立状晶体。关键用于净水和造纸2。在造纸工业中可作纸填料和处理造纸工业废水。在净水方面,作为城市用水和废水处理絮凝剂,能够除去水中磷酸盐、锌、铬等杂质,和除菌、控制水颜色和气味。硫酸铝还能够用来生产其它铝盐、硫酸铝衍生物,无机高分子絮凝剂及铵明矾、钾明矾等。1.物料衡算1.1工艺步骤框图(3)过滤采取板式过滤机,将硫酸铝溶液于其它固体杂质分离。(4)浓缩结晶硫酸铝经过浓缩蒸发掉多出水分,从而结晶得到对应结晶水硫酸铝最终产
11、品。1.2预处理:粗高岭土矿先经过破碎,研磨,等一系列处理过程,使其变成颗粒粉末状,方便反应,节省耗能,然后经过水洗筛分过程,除去原料中杂质,从而得到高岭土精矿,高岭土精矿再经过焙烧活化过程。使内部杂质再度去除,最终将其粉碎,过筛送进生产车间。图3硫酸铝粗高岭土矿预处理方块图1.3设计生产能力 年产硫酸铝10000吨 年生产日300天 日产硫酸铝每小时生产产品质量:Al2(SO4)3含量54.31%浓缩后要求硫酸铝浓度达成54.31%每次生产硫酸铝中Al2(SO4)3含量是:4.1754.31%=2.27吨。Al2O3溶出率89.4%依据反应式: Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+
12、3H2O每次投入Al2O3含量是:原高岭土投入量为:分子量:H2SO4 98 H2O 18 Al2O3 102 Al2(SO4)3 342 1.4 各工序物料衡算1.4.1高岭土煅烧(起到活化作用)高岭土煅烧过程反应方程式:A l2O32SiO22H2OA l2O3+2SiO2+2H2O煅烧过程目标是为了活化,经过煅烧使高岭土氧铝八面体中OH脱去,使铝配位数由6变成5或4,同时使得原有有序结构高岭土变成无序结构高岭土,取得活性。从热力学角度来说,温度是决定反应能否进行关键因数,所以活化关键是控制煅烧温度,温度过高会使高岭土石化,使其活性大大降低甚至消失;温度过低,不能脱水或脱水太少,从而高岭土
13、没有活性或活性太低,达不到目标。(1)步骤示意图(2)反应式A l2O32SiO22H2OA l2O3+2SiO2+2H2O(3)计算过程流股1是未活化高岭土矿表3原料组成表成份含量(%)成份含量成份含量(%)Al2O339.50TiO21.60S0.21SiO243.02Fe2O30.90C0.21CaO0.24MgO0.35焙烧损失13.97 Al2O3 :1.9939.50% = 0.7580吨 SiO2 :1.9943.05% = 0.8300吨 TiO2 :1.991.60% = 0.0307吨 其它杂质含量:1.991,91% = 0.0367吨 焙烧损失:1.9913.97% =
14、 0.2682吨流股2是活化后高岭土矿 Al2O3 :39.50%13.97%+39.50% = 45.01% SiO2 :43.02%13.97%+43.05% = 49.03% TiO2 :1.60%13.97%+1.60%=1.82% 其它杂质:4.14%表4焙烧段物料衡算表1.4.2酸浸段:加酸分解 高岭土加酸分解过程反应方程式: A l2O32SiO22H2O+3H2SO4+13H2OAl2(SO4)318H2O+2SiO2分解反应是关键点,为使反应加紧,分解根本,必需加入过量硫酸来反应,铝溶出率是其反应是否完全关键标志,也是提升产品质量、降低生产成本关键。(1)步骤示意图(2)反应
15、式A l2O32SiO22H2O+3H2SO4+13H2OAl2(SO4)318H2O+2SiO2(3)计算过程 设转化率为96% 流股1为高岭土中氧化铝 F(Al2O3 )=6.91Kmol/h=0.705吨 流股2为硫酸 F(H2SO4)=20.74Kmol/h=2.03吨 流股3为硫酸铝 F(Al2(SO4)3)=6.9196%=6.637Kmol/h 流股4为水F(H2O)=19.91Kmol/h=0.36吨使2.03吨98%硫酸稀释成为55%硫酸用水量1.63吨表5酸解段物料衡算表 入料组成(%)质量(吨)出料含量(%)质量(吨)浓硫酸982.03硫酸铝1002.27高岭土39.50
16、1.99水1001.99水1001.63杂质1000.9累计5.65累计5.16表6不一样百分比浓度硫酸铝溶液在25下密度15密度(103kg/m3)百分比浓度(%)密度(103kg/m3)百分比浓度(%)1.1062101.1293121.1529141.1770161.181.2272201.2534221.2803241.3079261.3204281.4.3加热浓缩段:浓缩结晶硫酸铝经过浓缩蒸发掉多出水分,从而结晶得到对应结晶水硫酸铝最终产品。(1)步骤示意图(2)计算过程 流股1为未浓缩硫酸铝和水 Al2(SO4)3:2.27吨 经过饱和溶液得出此时需要H2O:11.5吨流股2为浓缩
17、后硫酸铝和水Al2(SO4)3:4.17吨浓缩后要求硫酸铝浓度为54.31%,则浓缩前料液浓度为: 可求得浓缩过程需蒸发掉水量为: W=F(1X0/X1) W水蒸发量,吨 F料液加入量,吨 X0料液初始浓度 X1完成液浓度 W=F(1X0/X1) =13.77(1) =13.770.687 =9.46吨 表7浓缩段物料衡算表 入料组成(%)质量(吨)出料含量(%)质量(吨)硫酸铝1002.27硫酸铝(成品)54.31%4.17水10011.5水(蒸发)1009.46累计13.77累计13.632.能量衡算162.1计算依据由公式:D(Hshs)+Fh0=Lh+WH+QD加热蒸汽消耗量,/hHs
18、加热蒸汽焓,kJ/F料液进料量,/hh0料液焓,kJ/L完成液流量,/hh完成液焓,kJ/ W水分蒸发量,/h H二次蒸汽(温度为t过热蒸汽)焓,kJ/ hs加热器中冷凝水焓,kJ/Q热损失,kJ/h本生产工艺每1小时为一个间歇,所以以下计算以1小时记2.1吸热: 蒸发水吸收热量:查得115蒸汽焓H=2702.5kJ/kg,水蒸发量为9.46吨Q=9.461032702.5=25565.65103kJ 求得在浓缩过程中。蒸发水吸收热量为25565.65103kJ。Al2(SO4)3溶液吸收得热量:Al2(SO4)3溶液热容按硫酸铝和水质量百分比计算,得:C=C硫酸铝54.31%+C水(154.
19、31%) =259.1454.318%+75.295(154.31%) =175.16J/mol =923.6J/ =0.9236KJ/Al2(SO4)3溶液温度为115,质量为4.17吨。由公式h=Ct得:Q=MCt=4.171030.9236115 =442.91103kJ求得Al2(SO4)3溶液吸热量为442.91103kJ。设在蒸发过程中,热量损失为总热量3%,得:Q损=(Q水+Q完成液)3%=(25565.65103+442.91103)3%=780.26103kJ在反应釜中。蒸发水吸热25565.65103kJ,Al2(SO4)3溶液吸热量442.91103kJ,热量损失780.
20、26103kJ。2.2放热:料液带入热量:料液热容以水和硫酸铝质量百分比计算由公式h0=C0t0得: C0=C水83%+C硫酸铝17%=75.29583%+259.1417%=106.5J/mol=1457.31J/kg=1.45731kJ/kg因为料液温度为25Q= MC0t=13.77103251.45731=501.68103kJ加热蒸汽释放热量:采取4.0Kgf/cm2蒸汽加热,求得:汽化热即Hshs为2139.87kJ/Kg12.21032139.87=26287.14103kJ将以上计算结果汇总在表8中。表8热量衡算表入料吸热(103kJ)出料放热(103kJ)蒸发水25565.6
21、5加热蒸汽26287.14Al2(SO4)3溶液442.91料液501.68损失780.26累计26788.82累计26788.823.设备技术参数计算和选型3.1反应釜反应设备在化工、医药、食品、染料、生化等工业生产中被广泛应用。尤其是化工工艺过程多种化学改变,是以参与反应物质充足混合为前提,对于加热、冷却、和液体萃取和气体吸收等物理改变过程均需要采取搅拌才能得到好效果,并可为用户设计,加工外盘管反应锅。对反应釜来说,基础物料为液相,加入物料为固相,要确保固液物料充足均匀混合,搅拌形式必需满足传质要求,搅拌器要含有适宜剪切、循环比。因搅拌器混合性能和桨叶排出性能、剪切性能相关,排出性能高能够
22、造成液体快速循环流动,而剪切性能高又能造成液体强烈湍流扩散,这些全部是混合过程所需要。搅拌器反应罐就含有适宜剪切、循环比特征好,能满足过程搅拌需要。搅拌式反应釜:硫酸浸取高岭土中氧化铝反应可表示为:Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O为方便起见,以下用A表示H2SO4,用B表示Al2O3。酸浸连续搅拌反应釜,如上图所表示。硫酸浸取高岭土中氧化铝反应是经典液固反应,物料在反应过程中体积基础不变。因为搅拌速度较大,反应物料在反应器内流动情况可视为呈全混流,在定态时,在等温等容条件下对整个反应器作A物料衡算:VR(1)t (2)VR,反应器容积,L;Q0,物料体积流量,L/s;CA
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