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年产1000吨硫酸铝车间工艺设计.rar

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    年产 1000 硫酸铝 车间 工艺 设计
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    本科毕业设计题 目 年产 1000 吨硫酸铝车间工艺设计 学生姓名 石显璘 专业名称 化学工程与工艺 指导教师 陈虎魁 2013 年 5 月 27 日教学单位 宝鸡文理学院 学生学号 200992074048 编 号 目录摘 要 ............................................................................1ABSTRACT .........................................................................11. 概述 ..........................................................................21.1 硫酸铝的性状及用途 ..........................................................................................................................21.1.1 硫酸铝的性状 .........................................................................................................................21.1.2 硫酸铝的用途 .........................................................................................................................21.2 我国硫酸铝的工业生产现状 ..............................................................................................................31.3 硫酸铝工业发展前景 ..........................................................................................................................42. 国内硫酸铝的生产工艺 ..........................................................42.1 铝矾土 ..................................................................................................................................................42.1.1 常压反应法 ..............................................................................................................................42.1.2 加压反应法 ..............................................................................................................................52.2 氢氧化铝硫酸常压反应法生产硫酸铝 ..............................................................................................52.3 铝灰硫酸生产低铁硫酸铝 ..................................................................................................................62.4 高岭土常压反应法 ..............................................................................................................................62.5 国外硫酸铝的生产工艺 ......................................................................................................................73. 硫酸铝的生产工艺 ..............................................................83.1 硫酸铝的生产工艺的选择 ..................................................................................................................83.2 工艺流程简述 ....................................................................................................................................83.2.1 原料 ..........................................................................................................................................83.2.2 生产工艺过程 ............................................................................................................................83.2.3 工艺流程方块图 ........................................................................................................................94. 酸溶反应釜 ...................................................................105. 物料衡算 .....................................................................115.1 设计生产能力 .....................................................................................................................................115.2 相关物质量 .........................................................................................................................................126. 热量衡算 .....................................................................126.1 相关物料的物性参数 .........................................................................................................................126.2 热量计算 .............................................................................................................................................137. 工艺计算 .....................................................................147.1 立式搅拌反应釜的设计 .....................................................................................................................147.1.1 确定筒体和封头形式 .............................................................................................................147.1.2 反应釜体积体积的计算 .........................................................................................................147.1.3 确定反应釜筒体的直径与高度 .............................................................................................157.1.4 封头设计 .................................................................................................................................167.1.5 反应釜厚度计算 .....................................................................................................................167.1.6 内筒筒体厚度计算 .................................................................................................................167.1.7 夹套筒体厚度计算 .................................................................................................................177.1.8 封头厚度计算 .........................................................................................................................187.2 反应釜搅拌器设计及计算 .................................................................................................................197.2.1 搅拌器设计 .............................................................................................................................197.2.2 搅拌器功率计算 ...................................................................................................................207.3 搅拌轴的工艺计算 .............................................................................................................................207.3.1 搅拌轴的材质及加工要求 .....................................................................................................207.3.2 搅拌轴直径计算 ......................................................................................................................21参考 文献 ........................................................................22谢辞 ............................................................................231年产1000吨硫酸铝车间工艺设计——立式搅拌反应釜的工艺设计石显璘(宝鸡文理学院 化学化工院, 陕西 721013) 摘 要:硫酸铝是重要的基础铝盐,已广泛应用于造纸,水处理,染色的媒染剂、净化脂肪等行业。本文在综述了硫酸铝的性质、用途、生产方法、市场供需情况及发展前景的基础上,主要介绍了以高岭土为原料年产1000吨硫酸铝的车间生产工艺过程中,用以生产硫酸铝的立式搅拌反应釜的设计。本设计根据反应物的特性所选用内衬耐酸瓷板反应釜。根据物料衡算和热量衡算,对反应釜工艺尺寸及其附属设备的进行了计算,从而能够在适当的的工艺条件下实现硫酸铝的生产。关键词:硫酸铝;高岭土;立式搅拌反应釜The process design of a plant producing1000t/a aluminium sulfate monohydrate:The design of reactor with agitationShi Xianlin (College of Chemistry and Chemical Engineering, Baoji University of Arts and Sciences, Shanxi, 721013 )Abstract: Aluminum sulfate is an important basic aluminum salt, which has been widely used in papermaking, water treatment, dyeing mordant, purification fat and other industries. This paper is based on the general description of the nature, purpose, method of production, and market supply ,demand situation and the development prospects of aluminum sulfate. It mainly shows the design of the Vertical stirred tank reactor during the process of workshop, the production of kaolin as raw materials with an annual output of 1,000 tons of aluminum sulfate. This program chooses Lined with acid-resistant porcelain reactor according to the characteristics of the reactants. It according to the material balance and heat balance of the reactor geometries, its ancillary equipment are calculated, allowing the appropriate process conditions to achieve the production of aluminum sulfate.交稿日期:2013-5-27 指导老师:陈虎魁作者简介:石显璘,女,陕西安康人,化学化工学院2013届毕业生.2Keywords: aluminum sulfate; Kaolin; reactor with agitator1. 概述1.1 硫酸铝的性状及用途1.1.1 硫酸铝的性状硫酸铝化学名(Aluminium sulfate)Al 2(SO4)3,无色单斜结晶,在空气中长期存放易吸潮结块。易溶于水,水溶液显酸性,难溶于醇,是无机盐基本品种之一,应用十分广泛。加热至 770 度时开始分解为氧化铝、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。主要用于净水与造纸 [1]。在造纸工业中可作纸的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的絮凝剂,可以除去水中的磷酸盐、锌、铬等杂质,以及除菌、控制水的颜色和气味。硫酸铝还可以用来生产其他铝盐、硫酸铝衍生物,无机高分子絮凝剂及铵明矾、钾明矾等。1.1.2 硫酸铝的用途硫酸铝的第一大用途是在造纸中,大约占硫酸铝总产量的 50%。它在这里 有四种用途:即施胶、调 pH 值、澄清加工过程中用水及做媒染剂。由于硫酸铝施胶为酸性施胶 [2],纸张长期贮存易变黄、变脆,故只能用于低档纸。目前国外造纸技术由酸性施胶向中性施胶及碱性施胶转变,而不用或少用硫酸铝,中性及碱性施胶剂已开始大量进入市场;国内已有少数城市能生产中性及碱性施胶剂。因此,尽管国内造纸产量有待增加,但未来造纸用硫酸铝消耗量增加不会太大。表 1 我国造纸施胶剂的生产经历的几个阶段时间 浆内施胶剂的种类1979 年之前 松香皂化胶1975 年 强化桦香皂1990 年 阴离子乳液松香施胶剂1992 年 ADK 中性施胶剂31995 年 中性松香施胶剂1997 年 阳离子乳液松香施胶剂硫酸铝的第二大用途是在饮用水、工业用水和工业废水处理中做絮凝剂,大约占硫酸铝总产量 40%。当向这类水中加入硫酸铝后,可以生成胶状的、能吸附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片,用在饮用水处理中可控制水的颜色和味道。但近年来,随着聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸硫酸铝、有机高分子絮凝剂等的不断出现,占领了净水剂不少市场。尤其是近年来关于饮用水中存在铝离子会损害健康的观点流行,如人为硫酸铝残留在水中的高浓度残余可溶性铝是骨质疏松和早老性痴呆的诱发剂,所以使其在饮用水中用量受到了限制。 硫酸铝在工业和市政废水处理中被用混凝剂,将其加入到水中,反应生成三水合氧化铝胶状沉淀,吸收沉降细菌、胶体以及其他悬浮物质。随着水排放指标的日益提高,硫酸铝在水处理中的用量加大。硫酸铝在饮用水中用来脱色、去味。在饮用水处理过程中。因为消毒副产品的增加,使得硫酸铝的加入量增大,导致硫酸铝市场需求的上升。硫酸铝的其他用途包括染色的媒染剂、净化脂肪和油类、药物化妆品、灭火剂、鞣革以及生产各种复式铝盐。在美国硫酸铝在绝热材料、绝缘材料方面正得到越来越广泛的应用。1.2 我国硫酸铝的工业生产现状世界上自美国 1884 年首先发明硫酸铝以来,至今已有一百多年的历史,在我国 1949 年前东北辽宁省已有生产,1957 年全国产量已达 1.7 万 t。通过几十年建设,特别是“七五”期间硫酸铝工业迅速发展,一方面是大型骨干企业通过技改,生产水平及规模有了很大提高;另一方面是许多乡镇企业异军突起,上马4迅速,遍地开花。至“八五”末,全国硫酸铝生产厂家达 190 多家,从业人数达5 000 多人。在生产规模上,年产量万吨以上的企业已达 29 个,3000t 至10000t 的企业达 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 [4]。1.3 硫酸铝工业发展前景 [5] 目前硫酸铝产品的品种结构尚不能满足国内外市场的需求,特别是高氧化铝产品和高效聚合产品。例如,硫酸铝已大于市场需求,而其他附加值较高、市场增长较快的聚合硫酸铝、聚合硅酸硫酸铝、无铁硫酸铝等产品的产量还有待于提高,有些尚在实验阶段。尤其值得注意的是聚合硅酸硫酸铝(PASS) ,其化学式为:Al A(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E,它是硫酸铝的更新换代产品。在造纸工业中,由于它酸性小,不腐蚀设备,即可以用于中性或碱性施胶,还可以增加阳离子淀粉或碳酸钙的滞留能力,同时提供大量的填充形 Al2O3和 SiO2,提高纸浆白度和施胶度。在净水工业中,特别适合高浊水和低温,低浊水的处理和脱色,而且被处理水中残留铝量低。此产品美、日在九十年代初开始大批量进入市场,我国1994 年开始研制,拥有着广阔的发展前景 [5]。此外,在硫酸铝的应用方面国外已广泛将其应用于绝热材料及绝缘材料当中,国内尚需对其应用进行开发和研究。2. 国内硫酸铝的生产工艺2.1 铝矾土2.1.1 常压反应法此法是我国硫酸铝生产最早的方法。整个工艺过程分为七个工序:即铝矾土粉碎、焙烧、常压反应、沉淀、蒸发、冷却结晶、成品粉碎、包装。5常压反应在钢板制内搪铅(或衬瓷板)的敞口反应锅中进行。主要控制技术指标有:硫酸浓度 55—60%,每锅次反应时间 6—8 小时,反应锅夹层保温蒸汽压 2—3kg/cm2(表压) ,反应完成液盐基度 6—8 克/立升。2.1.2 加压反应法 [6]七十年代初,山东淄博制酸厂首次将此法应用于生产,目前,我国绝大多数硫酸铝生产厂都相继采用此法。此法的特点是:砍掉了焙烧工序,由“生粉加压反应”取代了原“煅粉常压反应” 。简化了反应操作,改善了操作环境。生粉加压反应操作如下:先在反应锅中加入配酸用的二遍洗液(或清水) ,开动浆式搅拌器,加入计量好的生粉,然后加入浓硫酸,在常压下反应由缓慢趋向激烈,待锅内温度回落 2—3℃时,密闭反应锅(俗称封压) ,使反应在逐步加压下进行,反应 5 小时左右,排除锅内压力,用二遍洗液(或清水)冲稀锅内反应物,然后将其放入沉淀槽。加压反应主要控制技术指标有:浓硫酸度 55—60%,总反应时间 5—6 小时,反应锅内最大压力不大于 3.2kg/ cm2,反应完成液盐基度 2—3 克/立升。流程如下图:水、硫酸铝矿土     矿渣 成品(硫酸铝)    图 1 加压反应法工艺流程图由于我国大部分企业生产硫酸铝都采用铝矾土,导致我国目前铝矾土原料减少,原料质量普遍下降。硫酸铝的消耗定额也受到一定影响。破碎破碎包装浓缩沉降反应磨球结晶62.2 氢氧化铝硫酸常压反应法生产硫酸铝 [7]该法生产全过程分常压反应、冷却结晶、粉碎包装三个工序。主要控制技术指标:配酸浓度 56%左右,反应时间 3.5—4 小时,反应器保温蒸汽压 2.5—3kg/cm2(表压) ,用氢氧化铝为原料生产的产品含铁量(以 Fe2O3计)小于 0.02%,外观色泽较好。由于该法生产工艺简单,操作工艺指标无法严格规定,所以产品质量不稳定。另外,所用原料氢氧化铝价格较高,仅氢氧化铝一项就占总成本的 37%,而用铝矾土为原料仅占成本的 10%左右。虽然工艺中省掉沉降分离、蒸发二个程序(其费用占总成本的 15%左右) ,但总成本仍然偏高。目前,我国氢氧化铝供应紧张的情况下,与生产铝氧、金属氧争原料来生产一、二级品硫酸铝不合理。因此仅少数厂家采用此法。2.3 铝灰硫酸生产低铁硫酸铝 [8]在过去,冶炼厂所产生数千吨的铝灰,皆是白白扔掉,这既浪费了资源,又污染了环境。为了使铝灰得到充分利用,从而制定了以铝灰为含铝原料生产硫酸铝工艺路线,给铝灰找到了出路,同时,也使硫酸铝的生产成本大大降低,提高了经济效益和社会效益。虽然铝灰可以大量生产硫酸铝,但是在工业应用上却没有丝毫可观的利用价值。2.4 高岭土常压反应法 [14]我国非煤建造型高岭土,资源储量居世界第五位。截至 2003 年底,对我国21 个省市 232 处产地统计,基础储量为 5.46 亿 t。而我国含煤沉积型高岭土资源储量占世界首位,探明远景储量及推算储量 108.5 亿 t,主要分布在东北、西北和石炭二叠纪煤系中,以煤层中夹矸、顶底板或单独形成矿层独立存在,其
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