年產(chǎn)1萬噸硫酸鋁項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)說明

1、概要設(shè)計(jì)說明項(xiàng)目名稱： 10000（5000）T/n-硫酸鋁項(xiàng)目建議單位：貴州盤江煤電多種經(jīng)營開發(fā)有限公司地 址：貴州-盤縣項(xiàng)目負(fù)責(zé)：編 制：夏仁專編制日期：2008年8月18日貴州盤江煤電多種經(jīng)營開發(fā)有限公司目錄 0.摘要1 1.總論1 2.生產(chǎn)方法概述及選擇4 3.工藝生產(chǎn)流程4 4.設(shè)計(jì)依據(jù)5 5.工藝計(jì)算6 6設(shè)備選型11 7.安全生產(chǎn)與工廠選址及車間布置14 8.三廢處理及副產(chǎn)品的綜合利用17 9.除鐵工藝18 10.經(jīng)濟(jì)核算19 11.參考文獻(xiàn)20 0.【摘要】本文概述并簡單介紹了硫酸鋁的生產(chǎn)方法，對硫酸鋁生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)及工序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)介紹了車間廠房的布置依據(jù)以及硫酸鋁

2、除鐵的方法 關(guān)鍵詞：硫酸鋁 生產(chǎn)方法 工藝設(shè)計(jì) 除鐵技術(shù)1總論1 1.1硫酸鋁概述化學(xué)品中文名稱： 硫酸鋁分子式： Al2(SO4)3分子量： 342.20熔點(diǎn)()： 770(分解)相對密度(水=1)： 2.71外觀與性狀： 白色晶體, 有甜味。溶解性： 溶于水，不溶于乙醇等。危險(xiǎn)性：對眼睛、粘膜有一定的刺激作用。誤服大量硫酸鋁對口腔和胃產(chǎn)生刺激作用。皮膚接觸： 脫去污染的衣著，用流動清水沖洗。眼睛接觸： 提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。吸入： 脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。如呼吸困難，給輸氧。就醫(yī)。食入： 飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。儲存注意事項(xiàng)： 儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。應(yīng)與

3、氧化劑分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。1.2作用與用途 硫酸鋁的第一大用途是在造紙中，大約占硫酸鋁總產(chǎn)量的50。它在這里有四種用途：即施膠、調(diào)pH值、澄清加工過程中用水及做媒染劑。由于硫酸鋁施膠為酸性施膠，紙張長期貯存易變黃、變脆，故只能用于低檔紙。目前國外造紙技術(shù)由酸性施膠向中性施膠及堿性施膠轉(zhuǎn)變，而不用或少用硫酸鋁，中性及堿性施膠劑已開始大量進(jìn)入市場；國內(nèi)已有少數(shù)城市能生產(chǎn)中性及堿性施膠劑。因此，盡管國內(nèi)造紙產(chǎn)量有待增加，但未來造紙用硫酸鋁消耗量增加不會太大。硫酸鋁的第二大用途是在飲用水、工業(yè)用水和工業(yè)廢水處理中做絮凝劑，大約占硫酸鋁總產(chǎn)量40。當(dāng)向這類水中加入硫酸鋁后

4、，可以生成膠狀的、能吸附和沉淀出細(xì)菌、膠體和其他懸浮物的氫氧化鋁絮片，用在飲用水處理中可控制水的顏色和味道。但近年來，隨著聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸硫酸鋁、有機(jī)高分子絮凝劑等的不斷出現(xiàn)，占領(lǐng)了凈水劑不少市場。尤其是近年來關(guān)于飲用水中存在鋁離子會損害健康的觀點(diǎn)流行，如人為硫酸鋁殘留在水中的高濃度殘余可溶性鋁是骨質(zhì)疏松和早老性癡呆的誘發(fā)劑，所以使其在飲用水中用量受到了限制。 硫酸鋁的其他用途包括染色的媒染劑、凈化脂肪和油類、藥物化妝品、滅火劑、鞣革以及生產(chǎn)各種復(fù)式鋁鹽。在美國硫酸鋁在絕熱材料、絕緣材料方面正得到越來越廣泛的應(yīng)用。 綜述：硫酸鋁是優(yōu)良的、凈化劑，大約有一半以上的硫酸

5、鋁產(chǎn)品用作造紙工業(yè)的水處理劑。還可用作白色皮革的鞣劑、雨衣的上漿劑、醫(yī)藥的收斂劑、油脂的澄清劑、防火材料、石油精制的除臭脫色劑，在化學(xué)工業(yè)中用于制造催化劑等。聚氯化鋁是優(yōu)良的絮凝劑、水處理劑。硫酸鋁鉀（鉀明礬即明礬）、硫酸鋁銨（銨明礬）是重要的凈水劑，硫酸鋁鉀還可用作造紙的上漿劑、印染的媒染劑和醫(yī)藥。硅酸鋁、硝酸鋁、碘化鋁均可作化學(xué)工業(yè)的催化劑，硅酸鋁還可作涂料的。磷酸二氫鋁是的，電氣絕緣材料等。偏磷酸鋁用作高溫絕緣粘合劑、釉藥和用來制特種玻璃。氫氧化鋁是制造其他鋁化合物的原料，還可作醫(yī)藥。1.3發(fā)展前景及存在的問題 目前硫酸鋁產(chǎn)品的品種結(jié)構(gòu)尚不能滿足國內(nèi)外市場的需求，特別是高氧化鋁產(chǎn)品和高效

6、聚合產(chǎn)品。例如，硫酸鋁已大于市場需求，而其他附加值較高、市場增長較快的聚合硫酸鋁、聚合硅酸硫酸鋁、無鐵硫酸鋁等產(chǎn)品的產(chǎn)量還有待于提高，有些尚在實(shí)驗(yàn)階段。尤其值得注意的是聚合硅酸硫酸鋁（PASS），其化學(xué)式為：AlA(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E,它是硫酸鋁的更新?lián)Q代產(chǎn)品。在造紙工業(yè)中，由于它酸性小，不腐蝕設(shè)備，即可以用于中性或堿性施膠，還可以增加陽離子淀粉或碳酸鈣的滯留能力，同時(shí)提供大量的填充形Al2O3和SiO2，提高紙漿白度和施膠度。在凈水工業(yè)中，特別適合高濁水和低溫，低濁水的處理和脫色，而且被處理水中殘留鋁量低。此產(chǎn)品美、日在九十年代初開始大批量進(jìn)入市場，我國1994年

7、開始研制，擁有著廣闊的發(fā)展前景。此外，在硫酸鋁的應(yīng)用方面國外已廣泛將其應(yīng)用于絕熱材料及絕緣材料當(dāng)中，國內(nèi)尚需對其應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)和研究。 硫酸鋁工業(yè)存在良好發(fā)展前景的同時(shí)也存在著許多問題。首先，近年來一些企業(yè)盲目倉促上馬導(dǎo)致規(guī)劃欠周到，設(shè)計(jì)不合理，設(shè)備不配套，產(chǎn)量質(zhì)量都無法達(dá)到初衷要求。而由于硫酸鋁生產(chǎn)設(shè)備的一次性投入比較大無法按期收回成本進(jìn)行技術(shù)改造革新導(dǎo)致低水平發(fā)展現(xiàn)象嚴(yán)重。此外由于部分生產(chǎn)廠家規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益差導(dǎo)致產(chǎn)品積壓嚴(yán)重、投資無法收回，使企業(yè)背上沉重的經(jīng)濟(jì)包袱。產(chǎn)量快速增長，應(yīng)用開發(fā)滯后，競相壓價(jià)也是目前硫酸鋁工業(yè)存在的嚴(yán)重問題之一。 2.生產(chǎn)方法概述及選擇 2.1鋁土礦化學(xué)加工方法

8、概述鋁土礦是冶金工業(yè)、的重要原料，用化學(xué)方法可將鋁土礦加工成一系列的鋁化合物。已發(fā)現(xiàn)的含鋁礦物約有250種，（其中硅鋁酸鹽礦約占40）,工業(yè)價(jià)值最大的是鋁土礦,主要成分是,還含有二氧化硅、氧化鐵、水等。鋁土礦有一水硬鋁石(-Al2O3-H2O)、一水軟鋁石(-Al2O3-H2O)和三水鋁石(Al2O3-3H2O)等類型。世界鋁土礦儲量超過20Gt,澳大利亞、幾內(nèi)亞、巴西、印度、牙買加和喀麥隆的儲量占世界總儲量的3/4以上。中國的鋁土礦儲量也十分豐富,而且品位高。鋁土礦主要開采國有澳大利亞、幾內(nèi)亞、牙買加、巴西、蘇里南、南斯拉夫、希臘、圭亞那、印度、法國、美國等。1981年，世界開采量為77.5

9、Mt。鋁土礦的加工方法主要有酸法、堿法和氯化法。酸法主要用來制取相應(yīng)酸的鋁鹽（主要是硫酸鋁），堿法主要用來制取氫氧化鋁，從氧化鋁、氫氧化鋁可進(jìn)一步加工成各種鋁化合物和金屬鋁（見圖鋁土礦化學(xué)加工產(chǎn)品衍生關(guān)關(guān)系 ）鋁土礦化學(xué)加工產(chǎn)品衍生關(guān)關(guān)系圖一、酸法：主要用來制硫酸鋁。要求鋁土礦中氧化鋁的含量高于56,氧化鐵含量低于3。硫酸分解鋁土礦常用的方法有：焙燒酸解法：將焙燒（使鋁土礦脫水和活化）過的鋁土礦粉加入帶有攪拌的酸解槽中酸解，硫酸活化）過的鋁土礦粉加入帶有攪拌的酸解槽中酸解，硫酸濃度控制在5560，反應(yīng)式為：Al2O3+3H2SO4Al2 (SO4)3 +3H2O將酸解漿液放入沉降槽中進(jìn)行固液分

10、離，再經(jīng)濃縮熔融，得到含18個分子結(jié)晶水的固體硫酸鋁。如將熔融的硫酸鋁流入結(jié)片機(jī)則得片狀硫酸鋁。加壓酸解法：與焙燒酸解法的區(qū)別在于鋁土礦粉無需進(jìn)行焙燒，直接裝入帶攪拌的、壓力為0.3MPa左右的加壓釜中,反應(yīng)68h，漿液送入沉降槽。加壓酸解法能耗低、工藝簡單，被廣泛采用。為了制取適于造紙用的無鐵硫酸鋁，可采用無鐵氫氧化鋁原料或用萃取法除鐵。二、堿法：堿法分為加壓堿解法、燒結(jié)法和聯(lián)合法等多種。加壓堿解法（或稱拜耳法）：用來制取氫氧化鋁。該法要求鋁土礦中氧化鋁含量大于40，二氧化硅小于5,通常Al2O3:SiO278。將鋁土礦粉加入壓力釜中與燒堿液反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)式為：Al2O3+2NaO

11、H2NaAlO3+H2O原料為三水鋁石型時(shí)，反應(yīng)溫度為120140，原料為一水硬鋁石型時(shí)，反應(yīng)溫度為240260，以獲得較高的轉(zhuǎn)化率。若鋁土礦中含有少量的二氧化硅，則需加入少量石灰以減少堿的消耗。將生成的偏鋁酸鈉與殘?jiān)蛛x，進(jìn)一步精制，將精制后的偏鋁酸鈉液加酸水解即可得到氫氧化鋁。此法工藝簡單、投資少、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好，是廣泛采用的方法，但礦石的適應(yīng)性稍差，特別是含硅量高的礦石難以加工。燒結(jié)法: 可將含硅量高的鋁土礦加工成偏鋁酸鈉。將鋁土礦粉與純堿、石灰石混合后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焙燒，使鋁土礦中的氧化鋁與純堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，加入的石灰石與二氧化硅生成硅酸鈣,以減少鈉的損失,反應(yīng)式為：Al2O3+N

12、a2CO32NaAlO3+COSiO2+CaCO3CaSiO2+CO經(jīng)浸取、過濾、洗滌得偏鋁酸鈉溶液，進(jìn)一步加工的方法與堿解法相同。 聯(lián)合法: 將加壓堿解法與燒結(jié)法并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)來加工鋁土礦，以使工藝更為合理。 三、氯化法：用以制備無水三氯化鋁，此法對鋁土礦的質(zhì)量要求高，礦中硅、鐵的含量越低越好。將鋁土礦粉焙燒后與高質(zhì)煤混合，加入粘結(jié)劑造粒、干燥，在氯化塔中于850950下，通入氯氣和空氣進(jìn)行氯化，反應(yīng)式為：Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO氯化塔用固定床或沸騰床。氯化鋁呈氣態(tài)逸出，其中夾有少量雜質(zhì)，經(jīng)冷卻、精制可得無水三氯化鋁。2.2生產(chǎn)工藝及設(shè)備概述 硫酸鋁整個生產(chǎn)過程已基本

13、定型，工藝已進(jìn)入成熟期。國內(nèi)外硫酸鋁生產(chǎn)原料主要以鋁土礦、氫氧化鋁為主。國外主要以生產(chǎn)液體硫酸鋁為主，國內(nèi)主要以生產(chǎn)固體硫酸鋁為主。硫酸鋁生產(chǎn)工藝分為連續(xù)法和間歇法。美國、日本用連續(xù)法生產(chǎn)的廠家占多數(shù)，國內(nèi)全部采用間歇法生產(chǎn)，并在間歇法生產(chǎn)的單元工序上加以改進(jìn)。在生產(chǎn)水平上，原料由焙燒常壓反應(yīng)發(fā)展到一步加壓反應(yīng)，在濃縮工序蒸發(fā)器由搪鉛排管發(fā)展到鈦管陽極保護(hù)，使設(shè)備使用壽命由原來的一年延長到十年。1997年山東淄博制酸廠的科技人員又提出了外加熱式鈦管蒸發(fā)器用于硫酸鋁生產(chǎn)的開發(fā)實(shí)驗(yàn)，這將為硫酸鋁濃縮工序連續(xù)化生產(chǎn)開辟光明的前景。另外有的廠使用銅制蒸發(fā)器，其使用壽命也在一年以上，且換熱器表面無結(jié)垢現(xiàn)

14、象。在結(jié)晶工序許多企業(yè)用滾筒結(jié)晶機(jī)、鋼帶結(jié)晶機(jī)代替了原來的結(jié)晶池，即減輕了工人的勞動強(qiáng)度，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。在沉降工序采用逆流增濃倒槽洗滌，在計(jì)量包裝工序?qū)嵭凶詣佑?jì)量包裝。在設(shè)備防腐方面，原來搪鉛的毒害作業(yè)逐漸被耐酸瓷板防腐、鑄石材料防腐所取代，另外一些廉價(jià)的耐腐蝕設(shè)備配件，如鑄石閥門、管路陶瓷泵、搪玻璃管、襯四氟塑料閥門等也在該行業(yè)得到廣泛的開發(fā)利用，并受到顯著效果。在三廢治理方面，通過多年努力，產(chǎn)品廢渣在水泥工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1 2.2生產(chǎn)工藝選擇 根據(jù)現(xiàn)有的工藝成熟條件，我建議選用以鋁土礦為主要原料，采用酸法生產(chǎn)固體硫酸鋁產(chǎn)品。由于不同礦區(qū)鋁土礦的品

15、位不同，所以生產(chǎn)前對硫酸鋁制備的工業(yè)條件也不同，我國硫酸鋁工業(yè)通常采用煅燒型，水蒸氣加壓型，加壓加熱型等。由于本設(shè)計(jì)主要考慮本地區(qū)的工藝生產(chǎn)條件，所以采用高溫且在一定壓力下的反應(yīng)工藝。硫酸與鋁土礦反應(yīng)制備硫酸鋁的反應(yīng)式為： Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O此法鋁土礦在高溫高壓下反應(yīng)，產(chǎn)品收率較高。3工藝生產(chǎn)流程 3.1反應(yīng)原理 化學(xué)反應(yīng)方程式：Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O3.2生產(chǎn)流程 詳情見鋁土礦-硫酸生產(chǎn)硫酸鋁工藝流程圖1.鋁土礦的粉碎 原礦經(jīng)過鱷式破碎機(jī)的第一次破碎后，再經(jīng)過球磨機(jī)的第二次破碎，使其礦粉的顆粒大約在8090目之間。 2.鋁土

16、礦的酸解 在反應(yīng)釜中投入礦體粉末，并注入98的濃硫酸及水使硫酸濃度降低到55，同時(shí)不斷攪拌，并控制壓力在2kgf/cm2左右使之反應(yīng)。 3.硫酸鋁溶液的沉降 使用真空壓縮機(jī)將反應(yīng)釜中的液體壓出，引入沉降鍋中使之沉降，且加入聚丙烯酰胺作為沉降劑。經(jīng)過五次沉降后，將沉降合格清液抽至中和鍋。4.硫酸鋁溶液的中和 準(zhǔn)確分析清液的酸堿度和鹽基度后。準(zhǔn)確中和酸性鋁液和堿性鋁液，使中和后的Al2(SO4)3溶液不溶物0.25，鹽基度（按Al2O3g/l）保持在0.10.4，然后抽入濃縮高位槽。 5.濃縮采用水蒸汽加熱法，將水蒸汽通入列管換熱器。加熱濃縮時(shí)，需使溶液浸沒換熱管。 6.結(jié)晶 當(dāng)濃縮后的硫酸鋁溶液

17、濃度達(dá)到53時(shí)，即可出料，將溶液放入結(jié)晶池結(jié)晶。 7.破碎、包裝 將硫酸鋁通過破碎機(jī)破碎后，即可包裝成產(chǎn)品。 4設(shè)計(jì)依據(jù) 4.1設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 年產(chǎn)硫酸鋁10000噸年生產(chǎn)日300天日產(chǎn)硫酸鋁5000/250=33.33噸 采用3班間歇式生產(chǎn)33.33/3=11.11噸/次 4.2 原料組成 4.2.1硫酸俗稱：98酸分子式：H2SO4 分子量：98.08物化性質(zhì)：濃硫酸是一種無色、無臭、透明的油狀液體，20C時(shí)的密度為1.836g/cm3，結(jié)晶溫度為0.7C，它可以與水任 何比例混合并放出大量熱。它具有強(qiáng)烈的腐蝕性、氧化性、吸水性，能與多種金屬和非金屬發(fā)生作用。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 53489指標(biāo)名

18、稱指 標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品硫酸(H2SO4)含量，%98.098.098.0灰分，%0.030.030.10鐵(Fe)含量%0.0100.010砷(As)含量%0.00010.005鉛(Pb)含量%0.01透明度，mm5050-色度，ml2.02.0-包裝及儲運(yùn)：1、應(yīng)裝于專用的槽車(船)內(nèi)運(yùn)輸，并定期清洗；2、也可裝入瓷壇 (或其他耐酸包裝容器內(nèi))運(yùn)輸、酸壇置于木箱內(nèi)、壇周圍襯草、刨花或細(xì)爐渣等物，壇蓋用耐酸材料密封；3、包裝容器上應(yīng)貼有腐蝕性物品標(biāo)志；4、裝運(yùn)硫酸的容器，應(yīng)按硫酸濃度與溫度選用適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)。鋁土礦鋁土礦（質(zhì)量百分組成如下）Al2O339.5 雜質(zhì)60.5 溶出率89.4% 鋁

19、礬土1、概述：鋁礬土是用來生產(chǎn)氧化鋁和鋁的一種自然界存在的不均勻的物質(zhì)。鋁礬土的主要成份包括三水鋁礦、薄水鋁礦和水鋁石。 2、用途：全球開采出來的鋁礬土，超過85是用來生產(chǎn)氧化鋁，繼而生產(chǎn)金屬鋁。10用于生產(chǎn)非金屬使用的氧化鋁，剩余的用于非冶練鋁礬土應(yīng)用。3、分布： 澳大利亞是世界上擁有鋁礬土資源最多的國家，其次是幾內(nèi)亞，巴西，牙買加，中國，印度。我國山西省鋁礬土資源最多，其儲量占全國儲量的41%，貴州、廣西、河南次之；生產(chǎn)鋁礬土熟料主要在山西、河南和貴州，次為湖南、廣西等地區(qū)。4、鋁礬土熟料：耐火材料行業(yè)所稱的鋁礬土通常是指煅燒后Al2O3=48%、而含F(xiàn)e2O3較低的鋁土礦，高鋁礬土熟料是

20、經(jīng)過煅燒的鋁礬土礦。熟料為灰白淺黃及深灰色，它主要用于高鋁質(zhì)耐火材料，也可用來制作電熔棕剛玉。 高鋁礬土熟料是按AL2O3含量及Fe2O3、TiO2、CaO+MgO、K2O+Na2O等雜質(zhì)含量和熟料體積密度與吸水等項(xiàng)指標(biāo)來分級的。5、鋁土礦及鋁礬土熟料標(biāo)準(zhǔn):鋁土礦石YB/T5057-93本標(biāo)準(zhǔn)適用于供生產(chǎn)氧化鋁、剛玉型研磨材料和高鋁水泥等用的由含水氧化鋁、氧化鎂與氧化硅等所組成的鋁土礦石。1）、產(chǎn)品按其化學(xué)成分分為七個品級，各級應(yīng)符合表1的規(guī)定：表1品級 化學(xué)成分用途舉例Al2O3:SiO2 (鋁硅比) 不小于 Al2O3 %不小于一級品1273696660剛玉型研磨材料高鋁水泥、氧化鋁氧化鋁

21、氧化鋁氧化鋁二級品971676450高鋁水泥、氧化鋁氧化鋁氧化鋁氧化鋁三級品7696662氧化鋁氧化鋁氧化鋁四級品 五級品 六級品 七級品 5 4 3 6 62 58 54 48 氧化鋁 氧化鋁 氧化鋁 氧化鋁 注：一六級品適用于一水硬鋁石型礦石；七級口適用于三水鋁石型礦石。2）、根據(jù)鋁土礦其他質(zhì)量指標(biāo)，分為不同類型，列于表2。表2鋁礬土類型質(zhì)量指標(biāo)名稱質(zhì)量指標(biāo)值，%低鐵型含鐵型中鐵型高鐵型Fe2O315低硫型中硫型高硫型S0.803）、用作高鋁水泥的鋁土礦石，其中含F(xiàn)e2O32.5%,TiO23.5%,R2O1.0%,MgO1.0%。4）、用作剛玉型研磨材料的鋁土礦石，其中含F(xiàn)eO3=15,

22、TiO25.0%,CaO+MgO=1.0%）、鋁土礦石塊度不得大于400mm。用作剛玉型研磨材料時(shí)，其塊度為20300mm。）、鋁土礦石中不得混入粘土、石灰?guī)r等外來雜物優(yōu)質(zhì)高鋁礬土熟料YB/T5179-93本標(biāo)準(zhǔn)適用于耐火材料用的高鋁礬土熟料產(chǎn)品。1）、產(chǎn)品按理化指標(biāo)分為下列牌號。牌號化學(xué)組成% 體積密度 g/cm 吸水率 % Al2O3Fe2O3Ti2OCaO+MgO K2O+Na2O GA1-88881.54.00.4 =0.4 3.15 4 GA1-85851.84.00.4 70-802.0-0.6 0.6 2.75 5 GA1-6060-702.0-0.6 0.6 2.65 6 GA

23、1-5050-602.5-0.6 .6 2.45 6 4.3 各物質(zhì)的分子量 序號名稱分子量1硫酸98.082水183三氧化二鋁1024硫酸鋁3424.4原料投入 鋁土礦5.1噸 硫酸5.2噸 5工藝計(jì)算7,8,9 物料衡算 (一)酸解段 (1)進(jìn)料量: 每次投礦的組成(含量): Al2O35.139.5%89.4%=1.8噸 不溶物5.1(139.5%89.4%)=3.3噸 投入硫酸的組成(含量): H2SO45.298%=5.09噸 H2O5.2(198%)=0.11噸 使98%硫酸稀釋成55%硫酸的用水量4噸。 (2)出料量 根據(jù)反應(yīng)式: Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3

24、H2O 得到酸解過程總物料衡算表: 表1酸解段物料衡算表入料出料物料名稱組成（%）質(zhì)量(噸)物料名稱組成（%）質(zhì)量(噸)硫酸985.2硫酸鋁1006.1鋁土礦39.55.1水1004.9工業(yè)水1004雜質(zhì)-3.3合計(jì)14.3合計(jì)14.3 (二)沉降中和段 (1)進(jìn)料量 硫酸鋁6.1噸水4.9噸雜質(zhì)3.3噸表2不同百分比濃度硫酸鋁溶液在25下密度9序號密度(103kg/m3)百分比濃度(%)11.10621021.12931231.15291441.17701651.20171861.22722071.25342281.28032491.307926101.320428表3硫酸鋁生產(chǎn)工藝對沉降過

25、程的波美度要求一次沉降二次沉降三次沉降四次沉降五次沉降35201052用清液儲槽中濃度為4%的清液打底使料液波美度至35B。在數(shù)值上=144.3/(144.3B) =144.3/(144.3B)=144.3/(144.335)=1.320103kg/m3 由表2查得料液加入4%清液后濃度變?yōu)?8% 設(shè)加入的4%清液的量為X 則X=（6.1+4%X）/28%(6.1+4.9) =12.5噸 抽取上層清液11.55噸后進(jìn)入二次沉降工序并加4%清液使波美度至20B。同理可求得: 料液濃度:15% 加4%清液量:13.8噸 抽取上層清夜11.55噸后進(jìn)入三次沉降工序并加4%清液使波美度至10B。 同理

26、可求得: 料液濃度:8% 加4%清液量:24.3噸 抽取上層清夜11.55噸后進(jìn)入四次沉降工序并加水使波美度降至5B?？汕蟮茫?料液濃度:5% 加水量:16.02噸 抽取上層清液25.3噸進(jìn)入清液儲槽后進(jìn)入五次沉降工序并加水使波美度降至2B。可求得： 料液濃度:3% 加水量:23.16噸 抽取清夜25.3噸進(jìn)入清液儲液槽后將五次沉降后的剩余料液排空。由上可知沉降工序的總加水量為: 16.02+23.16=39.18噸加入4%清液量為：12.5+13.8+24.3=50.6噸 (2)出料量硫酸鋁: 入濃縮:11.55（28%+15%+8%）=5.89噸 損失:6.15.89=0.21噸 水: 入

27、濃縮:11.5535.89=28.76噸 排放:4.9+39.1828.76=15.32噸 3%清液：25.3噸 5%清液：25.3噸 雜質(zhì)(排放):3.3噸 表4沉降段物料衡算表入料出料物料名稱組成（%）質(zhì)量(噸)物料名稱組成（%）質(zhì)量(噸)硫酸鋁1006.1硫酸鋁（濃縮）1005.89硫酸鋁（損失）1000.21水1004.9水（濃縮）-28.76水（加入）10039.18水（排放）-15.32雜質(zhì)-3.3雜質(zhì)（排放）-3.34%清液4%50.63%清液3%25.3循環(huán)排放25.35%清液5%25.3循環(huán)排放25.3合計(jì)104.08合計(jì)104.08 (三)濃縮段 (1)進(jìn)料量 硫酸鋁:5.

28、89噸水:28.76噸 (2)出料量 濃縮后要求硫酸鋁濃度達(dá)到52.98%，濃縮前料液濃度為: 5.89/(5.89+28.76)100%=17% 可求得濃縮過程需蒸發(fā)掉的水量為: W=F(1X0/X1) W水蒸發(fā)量,噸 F料液加入量,噸 X0料液初始濃度 X1完成液濃度得W=23.54噸 表5濃縮段物料衡算表入料出料物料名稱組成（%）質(zhì)量(噸)物料名稱組成（%）質(zhì)量(噸)硫酸鋁1005.89硫酸鋁成品53%以上11.11水10028.76水（蒸發(fā)）-23.54合計(jì)34.65合計(jì)34.65焓衡算 根據(jù)公式：D（Hshs）+Fh0=Lh+WH+Q D加熱蒸汽消耗量，/h Hs加熱蒸汽的焓,kJ/

29、 F料液的進(jìn)料量,/hh0料液的焓，kJ/ L完成液流量，/hh完成液的焓，kJ/ W水分蒸發(fā)量，/h H二次蒸汽（溫度為t的過熱蒸汽）的焓，kJ/ hs加熱器中冷凝水的焓，kJ/ Q熱損失，kJ/h 本生產(chǎn)工藝每8小時(shí)為一個間歇，所以以下計(jì)算以8小時(shí)記 （一）吸熱: 過熱二次蒸汽吸收熱量: 查得115蒸汽的焓H=2702.5kJ/kg，水蒸發(fā)量為23.54噸。 Q=23.541032702.5=63616.85103kJ 完成液吸收得熱量: h=Ct 完成液的熱容按硫酸鋁與水的質(zhì)量百分比計(jì)算，得: C=C硫酸鋁52.98%+C水(152.98%) =259.1452.98%+75.295(1

30、52.98%) =172.75J/mol =910.88J/ 完成液溫度為115,質(zhì)量為11.11噸。 Q=11.11103910.88115 =1163.79103kJ 設(shè)蒸發(fā)過程中的熱量損失為總熱負(fù)荷的3% Q損=(Q水+Q完成液)3% =(63616.85103+1163.79103)3% =1943.42103kJ （二）放熱: 料液帶入的熱量: h0=C0t0 料液的熱容以水與硫酸鋁的質(zhì)量百分比計(jì)算: C0=C水83%+C硫酸鋁17% =75.29583%+259.1417% =106.5J/mol =1457.31J/Kg 料液溫度為25 Q=34.65103251457.31 =

31、1262.40103kJ 加熱蒸汽釋放的熱量:采用4.0Kgf/cm2蒸汽加熱,汽化熱即Hshs為2139.87kJ/Kg。 30.601032139.87=65461.66103kJ 表6熱量衡算表吸熱(103kJ)放熱(103kJ)二次蒸汽63616.85加熱蒸汽65461.66完成液1163.79料液1262.40損失1943.42合計(jì)66724.0666724.066設(shè)備選型7,8,10 本工藝采用連續(xù)式蒸發(fā),工藝計(jì)算以每小時(shí)計(jì) 加熱管 加熱管換熱面積: A=Q/K(TS-T) A換熱面積, Q傳熱量,kcal/h K傳熱系數(shù),kcal/m2h (TS-T)平均傳熱溫度差, 每小時(shí)換熱

32、量: Q=65461.66103/8=8182.70103kJ/h=1954.31103kcal/h 由冷凝蒸汽到水的傳熱系數(shù)范圍在2504000kcal/m2h,取K=2000kcal/m2h 完成液溫度T為115,加熱蒸汽溫度TS為142.9 (TS-T)=142.9-115=27.9 A=1954.31103/200027.9=35m2 采用252.5mm無縫鋼管做加熱管,管長1.2m 初步估算所需管數(shù) n/=A/d0(L-0.1) A傳熱面積, D0管徑,mm L管長,m n/=35/3.140.025(1.2-1) =406 循環(huán)管 內(nèi)徑：中央式循環(huán)管蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總

33、截面積的40%100%，這里取80%。 D1=（0.84020.022）1/2=0.36m 管長與加熱管相同為1.2米 采用40010mm無縫鋼管 實(shí)際需要加熱管數(shù)：n=0.402/0.80.022=500 加熱室 內(nèi)徑: 加熱管按正三角形排列，管束中心線管數(shù)nc=1.1n1/2=25 加熱室內(nèi)徑Di=t(nc-1)+2b/ t管心距 b/(11.5)D0取1.5D0 Di=0.032(25-1)+21.50.025=0.843m 選取87010mm殼體 加熱料液一般占加熱室體積的1/32/3，這里取2/3，則加熱室高度為: 1.23/2=1.8m 保溫層整個蒸發(fā)過程中的熱量損失中加熱室上損失

34、掉的占其中的絕大部分,可估算出加熱室外壁與保溫層之間的溫度t1 設(shè)加熱室內(nèi)外壁溫度差為t(加熱室采用不銹鋼,其導(dǎo)熱系數(shù)=17W/mk Q1=1943.42103/8=242.93103kJ/h Q1=t/Ln(r2/r1)/2l242.93103=t/Ln(0.435/0.425)/23.141.217Q1單位時(shí)間的熱損失,kJ/ht內(nèi)外壁溫差,R2加熱室半徑(含壁厚),m R1加熱室內(nèi)半徑,m L加熱管長度,m 導(dǎo)熱系數(shù),W/mk得到t=44.1則t1=115-44.1=70.9 在加熱室壁上實(shí)際損失的熱量為: Q=44.1/Ln(r2/r1)/2l=44.1/Ln(0.87/0.85)/2

35、3.141.217=242.865103kJ 則保溫層損失的熱量為q/=(242.93-242.865)103=650kJ保溫層選用石棉與混凝土,根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),石棉保溫層的厚度1=30mm，1=0.15W/mK，混凝土的2=1.28W/mK。根據(jù)公式:Q1=t/1/1+2/2+1/a a=a0+61/2 因?yàn)槭覂?nèi)無風(fēng) a0取10kcal/m2h即q/4.1872l2=t/1/1+2/2+1/a650/4.18723.140.4252=70.9/0.03/0.15+2/1.28+1/10可求得2=0.068m 圓整2=0.07m 保溫層總厚度:30+70=100mm 接管尺寸流體進(jìn)出口接管的內(nèi)

36、徑按下式計(jì)算d=(4Vs/3600)1/2Vs流體的體積流量 流體的適宜流速 表7流體的適宜流速強(qiáng)制流動的液體,m/s自然流動的液體,m/s飽和蒸汽,m/s空氣及其他氣體,m/s 0.81.50.080.1520301520 入料液管:每小時(shí)入料液量34.65/8=4.33噸/h，濃度為17%，由表2可查得密度并求出體積為3.64m3,取0.08m/s d=(43.64/36003.140.08)1/2=0.13m 出完成液管: 每小時(shí)出完成液量11.11/8=1.39噸/h，濃度為52.98%，由表2可推得密度并求出體積為0.86m3,取0.15m/s d=(40.86/36003.140.

37、15)1/2=0.045m 加熱蒸汽入口: 每小時(shí)進(jìn)入蒸汽量30.6/8=3.825噸/h，可查得密度并求得體積為1804m3,取20m/sd=(41804/36003.1420)1/2=0.18m 表8設(shè)備一覽表 設(shè)備名稱反應(yīng)釜沉降槽中和槽濃縮鍋尺寸(mm)280036003000450030004500107019107安全生產(chǎn)與工廠選址及車間布置說明7 7.1安全生產(chǎn)2 硫酸與鋁土礦的反應(yīng)屬于一個典型的放熱反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度、壓力達(dá)到一定的數(shù)值。而反應(yīng)釜存在一個受壓極限，因此應(yīng)在反應(yīng)釜上安裝防爆管及泄壓閥，并時(shí)刻通過泄壓閥來控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，以避免發(fā)生爆炸事故。同時(shí)要

38、定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修。7.2廠址的選擇在選擇化工廠廠址時(shí),應(yīng)考慮下面各項(xiàng)因素: 一.原料和市場二.能源 三.氣候四.運(yùn)輸條件五.供水六.對環(huán)境的影響七.勞動力的來源八.節(jié)約用地,盡量少占耕地九.協(xié)作條件十.預(yù)防災(zāi)害及其他7.3車間布置說明車間的布置應(yīng)滿足三個方面的要求:一.生產(chǎn)要求二.安全要求三.發(fā)展要求7.3.1廠房安排廠房安排主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、廠區(qū)面積、廠區(qū)地形以及地質(zhì)等條件而定。生產(chǎn)規(guī)模較小,車間中各工段聯(lián)系頻繁,生產(chǎn)特點(diǎn)無顯著差異時(shí),在附和建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范及工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的前提下,結(jié)合建廠地點(diǎn)的具體情況,可將車間的生產(chǎn)、輔助、生活部門集中布置在一棟廠房內(nèi)。醫(yī)藥、農(nóng)藥、

39、一般化工的生產(chǎn)車間都是這樣布置的。生產(chǎn)規(guī)模較大，車間內(nèi)各工段生產(chǎn)特點(diǎn)有顯著差異，需要嚴(yán)格分開，或者廠區(qū)平坦地形的地面較少時(shí)，廠方多采用單體式。大型化工廠（如石油化工）一半生產(chǎn)規(guī)模較大，生產(chǎn)特點(diǎn)是易燃易爆、或有明火設(shè)備，如工業(yè)爐等，這時(shí)廠房的安排采用單體式，即把原料處理、成品包裝、生產(chǎn)工段、回收工段、控制室以及特殊設(shè)備，獨(dú)立設(shè)置，分散為許多單體。7.3.2廠房層數(shù)化工廠廠房可根據(jù)工藝流程的需要設(shè)計(jì)成單層、多層或單層與多層相結(jié)合的形式。一般來說單層廠房利用率較高，建設(shè)費(fèi)用也低，因此除了由于工藝流程的需要必須設(shè)計(jì)為多層外，工程設(shè)計(jì)中一般多采用單層。有時(shí)因受建設(shè)場地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設(shè)計(jì)成多

40、層的。對于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的廠房，由于在生產(chǎn)過程中對于工藝路線還需不斷的改進(jìn)、完善，所以一般都設(shè)計(jì)成一個高單層廠房，利用便于移動、拆裝、改建的鋼操作臺代替鋼筋混凝土操作臺或多層廠房的樓板，以適應(yīng)工藝流程變化的需要。廠房層數(shù)的設(shè)計(jì)要根據(jù)工藝流程的要求、投資、用地的條件等各種因素，進(jìn)行綜合的比較，然后才能最后決定。7.3.3廠房布置 （1）廠房平面布置廠房平面布置，其外形一般有長方形，L型，T型和型。長方形便于總平面的布置，節(jié)約用地，有利于設(shè)備排列，縮短管線，易于安排交通出入口，有較多可供自然采光和通風(fēng)的墻面；但有時(shí)由于廠房總長度較長，在總圖布置有困難時(shí)，為了適應(yīng)地形的要求或生產(chǎn)的需要，也

41、有采用L型，T型或型的，此時(shí)應(yīng)充分考慮采光、通風(fēng)、交通和立面等各方面的因素。廠房的柱網(wǎng)布置，要根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)而定，生產(chǎn)類別為甲、乙類生產(chǎn)，宜采用框架結(jié)構(gòu)，采用的柱網(wǎng)間距一般為6m，也有采用7.5m的。丙、丁、戊類生產(chǎn)可采用混合結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)，開間采用4m、5m或6m。但不論框架結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)，在一棟廠房中不宜采用多種柱距。柱距要盡可能符合建筑模數(shù)的要求，這樣可以充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，節(jié)約設(shè)計(jì)和施工力量，加速基建進(jìn)度。廠房的寬度問題，生產(chǎn)廠方為了盡可能利用自然采光和通風(fēng)以及建筑經(jīng)濟(jì)上的要求，一般單層廠房寬度不宜超過30m，多層廠房寬度不宜超過24m，廠房常用寬度有9m、12m、14.4

42、m、15m、18m,也有用24m的。廠房中柱子布置既要便于設(shè)備排列和工人操作，又要有利于固體物料運(yùn)輸，因此單層廠房常為單垮的，即跨度等于廠房寬度，廠房內(nèi)沒有柱子。多層廠房若跨度為9m,廠房中間如不立柱子，所用的梁就要很大，因而不經(jīng)濟(jì)。一般較經(jīng)濟(jì)廠房的常用跨度，控制在6m左右，例如12m、14.4m、15m、18m寬度的廠房，常分別布置成66，62.46，636，666形式，62.46表示三跨，跨度為6米，2.4米，6米，中間的2.4米是內(nèi)走廊的寬度。 一般車間的短邊（即寬度）常為23跨，其長邊（即長度）則根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及工藝要求決定。在進(jìn)行車間布置時(shí)，要考慮廠房安全出入口，一般不應(yīng)少于兩個。如車

43、間面積小，生產(chǎn)人數(shù)少，可設(shè)一個，但應(yīng)慎重考慮防火安全等問題（具體數(shù)值詳見建筑設(shè)計(jì)放火規(guī)范）。（2）廠房垂直布置化工廠廠房的高度，主要由工藝設(shè)備布置要求所決定。廠房的垂直布置要充分利用空間，每層高度取決于設(shè)備的高低、安裝的位置、檢修要求及安全衛(wèi)生等條件。一般框架或混合結(jié)構(gòu)的多層廠房，層高多采用5m、6m，最低不得低于4.5m；每層高度盡量相同，不宜變化過多。裝配式廠房層高采用300mm的模數(shù)。在有高溫及有毒害性氣體的廠房中，要適當(dāng)加高建筑物的層高或設(shè)置拔風(fēng)式氣樓（即天窗），以利于自然通風(fēng)、采光散熱。氣樓中可布置多段蒸汽噴射泵、高位槽、冷凝器等，以充分利用廠房空間。有爆炸危險(xiǎn)車間宜采用單層，廠房內(nèi)

44、設(shè)置多層操作臺以滿足工藝設(shè)備位差的要求。如必須設(shè)在多層廠房內(nèi)，則應(yīng)布置在廠房頂層。如整個廠房均有爆炸危險(xiǎn)，則在每層樓板上設(shè)定一定面積的泄爆孔。這類廠房還應(yīng)設(shè)置必要的輕質(zhì)屋面、或增加外墻以及門窗的泄壓面積。泄壓面積與廠房體積的比值一般采用0.05-0.1m2/m3。泄壓面積應(yīng)布置合理，并應(yīng)靠近爆炸部位，不迎面對人員集中的地方和主要交通道路。車間內(nèi)防爆區(qū)與非防爆區(qū)（生活、輔助及控制室等）間應(yīng)設(shè)防火墻分割。如兩個區(qū)域需要互通時(shí)，中間應(yīng)設(shè)雙門斗，即設(shè)兩道彈簧門隔開。上下層防火墻應(yīng)設(shè)在同一軸線處。防爆區(qū)上層不應(yīng)布置非防爆區(qū)。有爆炸危險(xiǎn)的車間的樓梯間宜采用封閉式樓梯間。7.3.4設(shè)備布置中小型化工廠的設(shè)備

45、布置，一般常采用室內(nèi)布置，尤其是氣溫較低的地區(qū)，此外，也可采用室內(nèi)、露天聯(lián)合布置方法。設(shè)備露天布置有下列優(yōu)點(diǎn)：可以節(jié)約建筑面積，節(jié)省基建投資；可減少土建施工工程量，加快基建進(jìn)度；有火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)性的設(shè)備，露天布置可降低廠房耐火等級，降低廠房造價(jià)；有利于化工生產(chǎn)的防火、防爆和防毒（對毒性較大或劇毒的化工生產(chǎn)除外）；對廠房的擴(kuò)建、改建具有較大的靈活性。生產(chǎn)中一般不需要經(jīng)常操作的或可用自動化儀表控制的設(shè)備，如塔、冷凝器、液體原料貯罐、成品貯罐、氣柜等都可布置在室外。需要大氣調(diào)節(jié)溫濕度的設(shè)備，如涼水塔、空氣冷卻器等也都露天布置或半露天布置。不允許有顯著溫度變化，不能受大氣影響的一些設(shè)備，如反應(yīng)罐、各種

46、機(jī)械傳動的設(shè)備、裝有精密度極高儀表的設(shè)備及其他應(yīng)該布置在室內(nèi)的設(shè)備，則應(yīng)布置在室內(nèi)。7.3.5車間輔助室和生活室的布置（1）生產(chǎn)規(guī)模較小的車間，多數(shù)是將輔助室、生活室集中布置在車間中的一個區(qū)域內(nèi)。（2）有時(shí)輔助房間也有布置在廠房中間的，譬如配電室安排在用電負(fù)荷中心，空調(diào)室布置在需要空調(diào)的房間附近，但這些房間一般都布置在廠房北面房間。（3）生活室中的辦公室、化驗(yàn)室、休息室等宜布置在南面，以充分利用太陽能采暖，更衣室、廁所、浴室等可布置在廠房北面房間。（4）生產(chǎn)規(guī)模較大時(shí)，輔助室和生活室可根據(jù)需要布置在有關(guān)的單體建筑物內(nèi)。（5）有毒的或者對衛(wèi)生方面有特殊要求的工段必須設(shè)置專用的浴室 車間布置的最終

47、成品是車間平、立面布置圖。如規(guī)模大時(shí)，還需要有一張聯(lián)系各建筑物的裝置總平面圖。8三廢處理及副產(chǎn)品的綜合利用34由于此工藝反應(yīng)過程中在理論上不會生產(chǎn)氣體，只有鋁土礦中含有的雜質(zhì)會與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生廢氣且量很少，故可直接向大其中排放。工藝流程中酸不斷的被稀釋并與鋁土礦反應(yīng)，所以最后排出的廢水可直接排放。廢渣則可用于制造水泥及濕法生產(chǎn)高模數(shù)水玻璃。9除鐵工藝的研究56 低鐵或無鐵級硫酸鋁可以廣泛應(yīng)用于制造高級紙張、白色橡膠和白色皮革等領(lǐng)域，石油工業(yè)中所使用的催化劑載體Al2O3對鐵的含量有嚴(yán)格的要求，一般說來，必須以低鐵級硫酸鋁做原料，經(jīng)轉(zhuǎn)化生成具有一定物理性質(zhì)的Al2O3。下面，我介紹幾種除鐵的工藝供大家參考。（1）沉淀法除鐵（適用于普通硫酸鋁除鐵）向硫酸鋁熱溶液中定量加入高錳酸鉀溶液，此時(shí)有大量棕褐色沉淀生成3Fe2+MnO4-+8H2O=3Fe(OH)3+MnO2H2O+5H+ 過濾后，濾液經(jīng)濃縮、結(jié)晶即得含鐵量較少的產(chǎn)