聚合硫酸鋁年產(chǎn)量萬(wàn)噸概要設(shè)計(jì)說(shuō)明
項(xiàng)目名稱(chēng)： 10000（5000）T/n-(聚合)硫酸鋁項(xiàng)目
建議單位：鞏義市佰科水處理材料有限公司
地 址：中國(guó)鞏義
項(xiàng)目負(fù)責(zé)：佰科公司工程部
編 制：張固濤
編制日期：2010年12月18日
鞏義市佰科水處理材料有限公司
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(chǎng)選址及車(chē)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(jiǎn)單介紹了(聚合)硫酸鋁的生產(chǎn)方法，對(duì)(聚合)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(chē)間廠(chǎng)房的布置依據(jù)以及(聚合)硫酸鋁除鐵的方法
關(guān)鍵詞：(聚合)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(聚合)硫酸鋁概述
化學(xué)品中文名稱(chēng)： (聚合)硫酸鋁
分子式： Al2(SO4)3
分子量： 342.20
熔點(diǎn)(℃)： 770(分解)
相對(duì)密度(水=1)： 2.71
外觀(guān)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(duì)眼睛、粘膜有一定的刺激作用。誤服大量(聚合)硫酸鋁對(duì)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(dòng)清水沖洗。
眼睛接觸： 提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。
吸入： 脫離現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。應(yīng)與氧化劑分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
1.2 作用與用途
(聚合)硫酸鋁的D1大用途是在造紙中，大約占(聚合)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(guò)程中用水及做媒染劑。由于(聚合)硫酸鋁施膠為酸性施膠，紙張長(zhǎng)期貯存易變黃、變脆，故只能用于低檔紙。目前國(guó)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(聚合)硫酸鋁，中性及堿性施膠劑已開(kāi)始大量進(jìn)入市場(chǎng)；國(guó)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?chē)?guó)內(nèi)造紙產(chǎn)量有待增加，但未來(lái)造紙用(聚合)硫酸鋁消耗量增加不會(huì)太大。
(聚合)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(聚合)硫酸鋁總產(chǎn)量40％。當(dāng)向這類(lèi)水中加入(聚合)硫酸鋁后，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(lái)，隨著聚合氯化鋁、聚合(聚合)硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸(聚合)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(chǎng)。尤其是近年來(lái)關(guān)于飲用水中存在鋁離子會(huì)損害健康的觀(guān)點(diǎn)流行，如人為(聚合)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。
(聚合)硫酸鋁的其他用途包括染色的媒染劑、凈化脂肪和油類(lèi)、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(guó)(聚合)硫酸鋁在絕熱材料、絕緣材料方面正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
綜述：
①(聚合)硫酸鋁是優(yōu)良的、凈化劑，大約有一半以上的(聚合)硫酸鋁產(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。
②聚氯化鋁是優(yōu)良的絮凝劑、水處理劑。
③(聚合)硫酸鋁鉀（鉀明礬即明礬）、(聚合)硫酸鋁銨（銨明礬）是重要的凈水劑，(聚合)硫酸鋁鉀還可用作造紙的上漿劑、印染的媒染劑和醫(yī)藥。
④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。
⑤磷酸二氫鋁是的，電氣絕緣材料等。
⑥偏磷酸鋁用作高溫絕緣粘合劑、釉藥和用來(lái)制特種玻璃。
⑦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(wèn)題
目前(聚合)硫酸鋁產(chǎn)品的品種結(jié)構(gòu)尚不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，特別是高氧化鋁產(chǎn)品和高效聚合產(chǎn)品。例如，(聚合)硫酸鋁已大于市場(chǎng)需求，而其他附加值較高、市場(chǎng)增長(zhǎng)較快的聚合(聚合)硫酸鋁、聚合硅酸(聚合)硫酸鋁、無(wú)鐵(聚合)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(聚合)硫酸鋁（PASS），其化學(xué)式為：AlA(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E,它是(聚合)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(yáng)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(kāi)始大批量進(jìn)入市場(chǎng)，我國(guó)1994年開(kāi)始研制，擁有著廣闊的發(fā)展前景。此外，在(聚合)硫酸鋁的應(yīng)用方面國(guó)外已廣泛將其應(yīng)用于絕熱材料及絕緣材料當(dāng)中，國(guó)內(nèi)尚需對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究。
(聚合)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(wèn)題。首先，近年來(lái)一些企業(yè)盲目倉(cāng)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(wú)法達(dá)到初衷要求。而由于(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)設(shè)備的一次性投入比較大無(wú)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(chǎng)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(wú)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(zhǎng)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)滯后，競(jìng)相壓價(jià)也是目前(聚合)硫酸鋁工業(yè)存在的嚴(yán)重問(wèn)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)值較大的是鋁土礦,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(γ-Al2O3-H2O)和三水鋁石(Al2O3-3H2O)等類(lèi)型。世界鋁土礦儲(chǔ)量超過(guò)20Gt,澳大利亞、幾內(nèi)亞、巴西、印度、牙買(mǎi)加和喀麥隆的儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的3/4以上。中國(guó)的鋁土礦儲(chǔ)量也十分豐富,而且品位高。鋁土礦主要開(kāi)采國(guó)有澳大利亞、幾內(nèi)亞、牙買(mǎi)加、巴西、蘇里南、南斯拉夫、希臘、圭亞那、印度、法國(guó)、美國(guó)等。1981年，世界開(kāi)采量為77.5Mt。
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(lái)制取相應(yīng)酸的鋁鹽（主要是(聚合)硫酸鋁），堿法主要用來(lái)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(jiàn)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(lái)制(聚合)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：
①焙燒酸解法：將焙燒（使鋁土礦脫水和活化）過(guò)的鋁土礦粉加入帶有攪拌的酸解槽中酸解，硫酸活化）過(guò)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55％～60％，反應(yīng)式為：
Al2O3+3H2SO4─→Al2 (SO4)3 +3H2O
將酸解漿液放入沉降槽中進(jìn)行固液分離，再經(jīng)濃縮熔融，得到含18個(gè)分子結(jié)晶水的固體(聚合)硫酸鋁。如將熔融的(聚合)硫酸鋁流入結(jié)片機(jī)則得片狀(聚合)硫酸鋁。
②加壓酸解法：與焙燒酸解法的區(qū)別在于鋁土礦粉無(wú)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)6～8h，漿液送入沉降槽。加壓酸解法能耗低、工藝簡(jiǎn)單，被廣泛采用。為了制取適于造紙用的無(wú)鐵(聚合)硫酸鋁，可采用無(wú)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。
①加壓堿解法（或稱(chēng)拜耳法）：用來(lái)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:SiO2≥7～8。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+2NaOH─→2NaAlO3+H2O
原料為三水鋁石型時(shí)，反應(yīng)溫度為120～140℃，原料為一水硬鋁石型時(shí)，反應(yīng)溫度為240～260℃，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(jiǎn)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。
②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+Na2CO3─→2NaAlO3+CO
SiO2+CaCO3─→CaSiO2+CO
經(jīng)浸取、過(guò)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。
③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(lái)加工鋁土礦，以使工藝更為合理。
三、氯化法：用以制備無(wú)水三氯化鋁，此法對(duì)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850～950℃下，通入氯氣和空氣進(jìn)行氯化，反應(yīng)式為：
Al2O3+3C+3Cl2─→2AlCl3+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(wú)水三氯化鋁。
2.2 生產(chǎn)工藝及設(shè)備概述
(聚合)硫酸鋁整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程已基本定型，工藝已進(jìn)入成熟期。國(guó)內(nèi)外(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)原料主要以鋁土礦、氫氧化鋁為主。國(guó)外主要以生產(chǎn)液體(聚合)硫酸鋁為主，國(guó)內(nèi)主要以生產(chǎn)固體(聚合)硫酸鋁為主。(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)工藝分為連續(xù)法和間歇法。美國(guó)、日本用連續(xù)法生產(chǎn)的廠(chǎng)家占多數(shù)，國(guó)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(yáng)極保護(hù)，使設(shè)備使用壽命由原來(lái)的一年延長(zhǎng)到十年。1997年山東淄博制酸廠(chǎng)的科技人員又提出了外加熱式鈦管蒸發(fā)器用于(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)，這將為(聚合)硫酸鋁濃縮工序連續(xù)化生產(chǎn)開(kāi)辟光明的前景。另外有的廠(chǎng)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(wú)結(jié)垢現(xiàn)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(lái)的結(jié)晶池，即減輕了工人的勞動(dòng)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?dòng)計(jì)量包裝。在設(shè)備防腐方面，原來(lái)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(mén)、管路陶瓷泵、搪玻璃管、襯四氟塑料閥門(mén)等也在該行業(yè)得到廣泛的開(kāi)發(fā)利用，并受到顯著效果。在三廢治理方面，通過(guò)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(huì)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(聚合)硫酸鋁產(chǎn)品。由于不同礦區(qū)鋁土礦的品位不同，所以生產(chǎn)前對(duì)(聚合)硫酸鋁制備的工業(yè)條件也不同，我國(guó)(聚合)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(聚合)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+3H2O
3.2 生產(chǎn)流程
詳情見(jiàn)《鋁土礦-硫酸生產(chǎn)(聚合)硫酸鋁工藝流程圖》
1.鋁土礦的粉碎
原礦經(jīng)過(guò)鱷式破碎機(jī)的D1次破碎后，再經(jīng)過(guò)球磨機(jī)的第二次破碎，使其礦粉的顆粒大約在80～90目之間。
2.鋁土礦的酸解
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.(聚合)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(guò)五次沉降后，將沉降合格清液抽至中和鍋。
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(guò)五次沉降后，將沉降合格清液抽至中和鍋。
4.(聚合)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0.1～0.4，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(méi)換熱管。
6.結(jié)晶
當(dāng)濃縮后的(聚合)硫酸鋁溶液濃度達(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(聚合)硫酸鋁通過(guò)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)(聚合)硫酸鋁 10000噸
年生產(chǎn)日 300天
日產(chǎn)(聚合)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(chēng)：98酸
分子式：H2SO4 分子量：98.08
物化性質(zhì)：濃硫酸是一種無(wú)色、無(wú)臭、透明的油狀液體，20ºC時(shí)的密度為1.836g/cm3，結(jié)晶溫度為0.7ºC，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 534—89
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指標(biāo)名稱(chēng)
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指 標(biāo)
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優(yōu)等品
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一等品
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合格品
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硫酸(H2SO4)含量，%≥
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98.0
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98.0
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98.0
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灰分，%≤
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0.03
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0.03
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0.10
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鐵(Fe)含量%≤
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0.010
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0.010
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—
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砷(As)含量%≤
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0.0001
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0.005
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—
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鉛(Pb)含量%≤
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0.01
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—
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—
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透明度，mm≥
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50
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50
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-
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色度，ml≤
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2.0
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2.0
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-
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包裝及儲(chǔ)運(yùn)：
1、應(yīng)裝于專(zhuān)用的槽車(chē)(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?chē)r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)。
4.2.2鋁土礦
鋁土礦（質(zhì)量百分組成如下）
Al2O3 39.5％
雜質(zhì) 60.5％
溶出率 89.4%
鋁礬土
1、概述：
鋁礬土是用來(lái)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(kāi)采出來(lái)的鋁礬土，超過(guò)85％是用來(lái)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較多的國(guó)家，其次是幾內(nèi)亞，巴西，牙買(mǎi)加，中國(guó)，印度。我國(guó)山西省鋁礬土資源較多，其儲(chǔ)量占全國(guó)儲(chǔ)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(chēng)的鋁礬土通常是指煅燒后Al2O3>=48%、而含F(xiàn)e2O3較低的鋁土礦，高鋁礬土熟料是經(jīng)過(guò)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(lái)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(lái)分級(jí)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(gè)品級(jí)，各級(jí)應(yīng)符合表的規(guī)定：表11
鋁礬土是用來(lái)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(kāi)采出來(lái)的鋁礬土，超過(guò)85％是用來(lái)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較多的國(guó)家，其次是幾內(nèi)亞，巴西，牙買(mǎi)加，中國(guó)，印度。我國(guó)山西省鋁礬土資源較多，其儲(chǔ)量占全國(guó)儲(chǔ)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(chēng)的鋁礬土通常是指煅燒后Al2O3>=48%、而含F(xiàn)e2O3較低的鋁土礦，高鋁礬土熟料是經(jīng)過(guò)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(lái)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(lái)分級(jí)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(gè)品級(jí)，各級(jí)應(yīng)符合表的規(guī)定：表11
|
品級(jí)
|
化學(xué)成分
|
用途舉例
|
|
|
Al2O3:SiO2
(鋁硅比)
不小于
|
Al2O3 %
不小于
|
||
|
一級(jí)品
|
12
|
73
69
66
60
|
剛玉型研磨材料
高鋁水泥、氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
|
二級(jí)品
|
9
|
71
67
64
50
|
高鋁水泥、氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
|
三級(jí)品
|
7
|
69
66
62
|
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
|
四級(jí)品
五級(jí)品
六級(jí)品
七級(jí)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(jí)品適用于一水硬鋁石型礦石；七級(jí)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(lèi)型，列于表2。表2
|
鋁礬土類(lèi)型
|
質(zhì)量指標(biāo)名稱(chēng)
|
質(zhì)量指標(biāo)值，%
|
|
低鐵型
含鐵型
中鐵型
高鐵型
|
Fe2O3
|
<3
3~6
6~15
>15
|
|
低硫型
中硫型
高硫型
|
S
|
<0.30
0.30~0.80
>0.80
|
3）、用作高鋁水泥的鋁土礦石，其中含
Fe2O3<2.5%,TiO2<3.5%,R2O<1.0%,MgO<1.0%。
4）、用作剛玉型研磨材料的鋁土礦石，其中含
FeO3<5.0%,Al2O3/SiO2>=15,TiO2<5.0%,CaO+MgO<=1.0%
５）、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20~300mm。
６）、鋁土礦石中不得混入粘土、石灰?guī)r等外來(lái)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(hào)。
|
牌號(hào)
|
化學(xué)組成%
|
體積密度 g/cm
|
吸水率 %
|
||||
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
Ti2O
|
CaO+MgO
|
K2O+Na2O
|
|||
|
GA1-88
|
≥88
|
≤1.5
|
≤4.0
|
≤0.4
|
<=0.4
|
≥3.15
|
≤4
|
|
GA1-85
|
≥85
|
≤1.8
|
≤4.0
|
≤0.4
|
<=0.4
|
≥3.10
|
≤4
|
|
GA1-80
|
≥80
|
≤2.0
|
≤4.0
|
≤0.5
|
≤0.5
|
≥2.90
|
≤5
|
|
GA1-70
|
>70-80
|
≤2.0
|
-
|
≤0.6
|
≤0.6
|
≥2.75
|
≤5
|
|
GA1-60
|
>60-70
|
≤2.0
|
-
|
≤0.6
|
≤0.6
|
≥2.65
|
≤6
|
|
GA1-50
|
>50-60
|
≤2.5
|
-
|
≤0.6
|
≤.6
|
≥2.45
|
≤6
|
4.3 各物質(zhì)的分子量
|
序號(hào)
|
名稱(chēng)
|
分子量
|
|
1
|
硫酸
|
98.08
|
|
2
|
水
|
18
|
|
3
|
三氧化二鋁
|
102
|
|
4
|
(聚合)硫酸鋁
|
342
|
4.4 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):
Al2O3 5.1×39.5%×89.4%=1.8噸
不溶物 5.1×(1－39.5%×89.4%)=3.3噸
投入硫酸的組成(含量):
H2SO4 5.2×98%=5.09噸
H2O 5.2×(1－98%)=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+3H2O
得到酸解過(guò)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(chēng)
|
組成
（%）
|
質(zhì)量
(噸)
|
物料名稱(chēng)
|
組成
（%）
|
質(zhì)量
(噸)
|
|
硫酸
|
98
|
5.2
|
(聚合)硫酸鋁
|
100
|
6.1
|
|
鋁土礦
|
39.5
|
5.1
|
水
|
100
|
4.9
|
|
工業(yè)水
|
100
|
4
|
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
(聚合)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(聚合)硫酸鋁溶液在25℃下密度[9]
|
序號(hào)
|
密度
(×103kg/m3)
|
百分比濃度
(%)
|
|
1
|
1.1062
|
10
|
|
2
|
1.1293
|
12
|
|
3
|
1.1529
|
14
|
|
4
|
1.1770
|
16
|
|
5
|
1.2017
|
18
|
|
6
|
1.2272
|
20
|
|
7
|
1.2534
|
22
|
|
8
|
1.2803
|
24
|
|
9
|
1.3079
|
26
|
|
10
|
1.3204
|
28
|
表3 (聚合)硫酸鋁生產(chǎn)工藝對(duì)沉降過(guò)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
|
|
35
|
20
|
10
|
5
|
2
|
用清液儲(chǔ)槽中濃度為4%的清液打底使料液波美度至35Bé。
在數(shù)值上ρ=144.3/(144.3－Bé)
ρ=144.3/(144.3－Bé)=144.3/(144.3－35)=1.320×103kg/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20 Bé。
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10 Bé。
同理可求得: 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5 Bé。
可求得： 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(chǔ)槽后進(jìn)入五次沉降工序并加水使波美度降至2 Bé。
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(chǔ)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
(聚合)硫酸鋁:
入濃縮: 11.55×（28%+15%+8%）=5.89噸
損失: 6.1－5.89=0.21噸
水:
入濃縮: 11.55×3－5.89=28.76噸
排放: 4.9+39.18－28.76=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(chēng)
|
組成
（%）
|
質(zhì)量
(噸)
|
物料名稱(chēng)
|
組成
（%）
|
質(zhì)量
(噸)
|
|
(聚合)硫酸鋁
|
100
|
6.1
|
(聚合)硫酸鋁（濃縮）
|
100
|
5.89
|
|
|
|
|
(聚合)硫酸鋁（損失）
|
100
|
0.21
|
|
水
|
100
|
4.9
|
水（濃縮）
|
-
|
28.76
|
|
水（加入）
|
100
|
39.18
|
水（排放）
|
-
|
15.32
|
|
雜質(zhì)
|
-
|
3.3
|
雜質(zhì)
（排放）
|
-
|
3.3
|
|
4%清液
|
4%
|
50.6
|
|
|
|
|
3%清液
|
3%
|
25.3
|
循環(huán)排放
|
|
25.3
|
|
5%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
(聚合)硫酸鋁: 5.89噸 水: 28.76噸
(2) 出料量
濃縮后要求(聚合)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(guò)程需蒸發(fā)掉的水量為:
W=F(1－X0/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(chēng)
|
組成
（%）
|
質(zhì)量
(噸)
|
物料名稱(chēng)
|
組成
（%）
|
質(zhì)量
(噸)
|
|
(聚合)硫酸鋁
|
100
|
5.89
|
(聚合)硫酸鋁
成品
|
53%以上
|
11.11
|
|
水
|
100
|
28.76
|
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（Hs－ hs）+ Fh0 = Lh + WH + Q
D 加熱蒸汽消耗量， ㎏/h
Hs 加熱蒸汽的焓, kJ/㎏
F 料液的進(jìn)料量, ㎏/h
h0 料液的焓， kJ/㎏
L 完成液流量， ㎏/h h 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(guò)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(gè)間歇，所以以下計(jì)算以8小時(shí)記
（一）吸熱:
過(guò)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=23.54×103×2702.5=63616.85×103kJ
完成液吸收得熱量:
h = Ct
完成液的熱容按(聚合)硫酸鋁與水的質(zhì)量百分比計(jì)算，得:
C=C(聚合)硫酸鋁×52.98%+C水×(1－52.98%)
=259.14×52.98%+75.295×(1－52.98%)
=172.75 J/mol
=910.88J/㎏
完成液溫度為115℃,質(zhì)量為11.11噸。
Q=11.11×103×910.88×115
=1163.79×103kJ
設(shè)蒸發(fā)過(guò)程中的熱量損失為總熱負(fù)荷的3%
Q損=(Q水+Q完成液)×3%
=(63616.85×103+ 1163.79×103)×3%
=1943.42×103kJ
（二）放熱:
料液帶入的熱量:
h0 = C0t0
料液的熱容以水與(聚合)硫酸鋁的質(zhì)量百分比計(jì)算:
C0=C水×83%+C(聚合)硫酸鋁×17%
=75.295×83%+259.14×17%
=106.5J/mol
=1457.31J/Kg
料液溫度為25℃
Q=34.65×103×25×1457.31
=1262.40×103kJ
加熱蒸汽釋放的熱量:
采用4.0Kgf/cm2蒸汽加熱,汽化熱即Hs－ hs為2139.87kJ/Kg。
30.60×103×2139.87=65461.66×103kJ
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) 66724.06
|
66724.06
|
6 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/m2·h·℃
(TS-T) 平均傳熱溫度差, ℃
每小時(shí)換熱量:
Q=65461.66×103/8=8182.70×103kJ/h=1954.31×103kcal/h
由冷凝蒸汽到水的傳熱系數(shù)范圍在250～4000 kcal/m2·h·℃,取K=2000 kcal/m2·h·℃
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=1954.31×103/2000×27.9=35m2
采用Ф25×2.5mm無(wú)縫鋼管做加熱管,管長(zhǎng)1.2m
初步估算所需管數(shù)
n/=A/πd0(L-0.1)
A 傳熱面積, ㎡
D0 管徑, mm
L 管長(zhǎng), m
n/=35/3.14×0.025×(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截面積的40%～100%，這里取80%。
D1=（0.8×402×0.022）1/2=0.36m
管長(zhǎng)與加熱管相同為1.2米
采用Ф400×10mm無(wú)縫鋼管
實(shí)際需要加熱管數(shù)：
n=0.402/0.8×0.022=500
加熱室
內(nèi)徑:
加熱管按正三角形排列，管束中心線(xiàn)管數(shù)nc=1.1 n1/2=25
加熱室內(nèi)徑Di=t(nc-1)+2b/
t 管心距
b/ (1～1.5)D0 取1.5 D0
Di=0.032×(25-1)+2×1.5×0.025=0.843m
選取Ф870×10mm殼體
加熱料液一般占加熱室體積的1/3～2/3，這里取2/3，則加熱室高度為:
1.2×3/2=1.8m
保溫層
整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中的熱量損失中加熱室上損失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Δt(加熱室采用不銹鋼,其導(dǎo)熱系數(shù)λ=17 W/m·k
Q1=1943.42×103/8=242.93×103kJ/h
Q1=Δt/Ln(r2/r1)/2πlλ
242.93×103=Δt/Ln(0.435/0.425)/2×3.14×1.2×17
Q1 單位時(shí)間的熱損失, kJ/h
Δt 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(zhǎng)度, m
λ 導(dǎo)熱系數(shù), W/m·k
得到Δt=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)/2πlλ
=44.1/ Ln(0.87/0.85)/2×3.14×1.2×17
=242.865×103kJ
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δ1=30mm， λ1=0.15W/m·K，混凝土的λ2=1.28 W/m·K。
根據(jù)公式:Q1=Δt/δ1/λ1+δ2/λ2+1/a
a=a0+6μ1/2
因?yàn)槭覂?nèi)無(wú)風(fēng)
a0取10kcal/m2·h·℃
即 q//4.187×2πlδ2=Δt /δ1/λ1+δ2/λ2+1/a
650/4.187×2×3.14×0.425×δ2=70.9/0.03/0.15+δ2/1.28+1/10
可求得δ2=0.068m
圓整δ2=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)徑按下式計(jì)算
d=(4Vs/3600πυ)1/2
Vs 流體的體積流量
υ 流體的適宜流速
表7 流體的適宜流速
強(qiáng)制流動(dòng)的液體,m/s 自然流動(dòng)的液體, m/s 飽和蒸汽,m/s 空氣及其他氣體,m/s
0.8～1.5 0.08～0.15 20～30 15～20
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, υ取0.08m/s
d=(4×3.64/3600×3.14×0.08)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, υ取0.15m/s
d=(4×0.86/3600×3.14×0.15)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, υ取20m/s
d=(4×1804/3600×3.14×20)1/2=0.18m
表8 設(shè)備一覽表
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設(shè)備名稱(chēng)
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反應(yīng)釜
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沉降槽
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中和槽
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濃縮鍋
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尺寸(mm)
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2800×3600
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3000×4500
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3000×4500
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1070×1910
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7 安全生產(chǎn)與工廠(chǎng)選址及車(chē)間布置說(shuō)明[7]
7.1 安全生產(chǎn)[2]
硫酸與鋁土礦的反應(yīng)屬于一個(gè)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(gè)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(guò)泄壓閥來(lái)控制反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，以避免發(fā)生爆炸事故。同時(shí)要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修。
7.2 廠(chǎng)址的選擇
在選擇化工廠(chǎng)廠(chǎng)址時(shí),應(yīng)考慮下面各項(xiàng)因素:
一. 原料和市場(chǎng)
二. 能源
三. 氣候
四. 運(yùn)輸條件
五. 供水
六. 對(duì)環(huán)境的影響
七. 勞動(dòng)力的來(lái)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(chē)間布置說(shuō)明
車(chē)間的布置應(yīng)滿(mǎn)足三個(gè)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(chǎng)房安排
廠(chǎng)房安排主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、廠(chǎng)區(qū)面積、廠(chǎng)區(qū)地形以及地質(zhì)等條件而定。
生產(chǎn)規(guī)模較小,車(chē)間中各工段聯(lián)系頻繁,生產(chǎn)特點(diǎn)無(wú)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(chǎng)地點(diǎn)的具體情況,可將車(chē)間的生產(chǎn)、輔助、生活部門(mén)集中布置在一棟廠(chǎng)房?jī)?nèi)。醫(yī)藥、農(nóng)藥、一般化工的生產(chǎn)車(chē)間都是這樣布置的。
生產(chǎn)規(guī)模較大，車(chē)間內(nèi)各工段生產(chǎn)特點(diǎn)有顯著差異，需要嚴(yán)格分開(kāi)，或者廠(chǎng)區(qū)平坦地形的地面較少時(shí)，廠(chǎng)方多采用單體式。大型化工廠(chǎng)（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(chǎng)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(chǎng)房層數(shù)
化工廠(chǎng)廠(chǎng)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(lái)說(shuō)單層廠(chǎng)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(chǎng)地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設(shè)計(jì)成多層的。對(duì)于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的廠(chǎng)房，由于在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于工藝路線(xiàn)還需不斷的改進(jìn)、完善，所以一般都設(shè)計(jì)成一個(gè)高單層廠(chǎng)房，利用便于移動(dòng)、拆裝、改建的鋼操作臺(tái)代替鋼筋混凝土操作臺(tái)或多層廠(chǎng)房的樓板，以適應(yīng)工藝流程變化的需要。
廠(chǎng)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，然后才能較后決定。
7.3.3 廠(chǎng)房布置
（1）廠(chǎng)房平面布置
廠(chǎng)房平面布置，其外形一般有長(zhǎng)方形，L型，T型和∏型。長(zhǎng)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(xiàn)，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(chǎng)房總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，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(chǎng)房的柱網(wǎng)布置，要根據(jù)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)而定，生產(chǎn)類(lèi)別為甲、乙類(lèi)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(lèi)生產(chǎn)可采用混合結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)，開(kāi)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(chǎng)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(chǎng)房的寬度問(wèn)題，生產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)房寬度不宜超過(guò)30m，多層廠(chǎng)房寬度不宜超過(guò)24m，廠(chǎng)房常用寬度有9m、12m、14.4m、15m、18m,也有用24m的。廠(chǎng)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(chǎng)房常為單垮的，即跨度等于廠(chǎng)房寬度，廠(chǎng)房?jī)?nèi)沒(méi)有柱子。多層廠(chǎng)房若跨度為9m,廠(chǎng)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(chǎng)房的常用跨度，控制在6m左右，例如12m、14.4m、15m、18m寬度的廠(chǎng)房，常分別布置成6－6，6－2.4－6，6－3－6，6－6－6形式，[6－2.4－6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(chē)間的短邊（即寬度）常為2～3跨，其長(zhǎng)邊（即長(zhǎng)度）則根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及工藝要求決定。
在進(jìn)行車(chē)間布置時(shí)，要考慮廠(chǎng)房安全出入口，一般不應(yīng)少于兩個(gè)。如車(chē)間面積小，生產(chǎn)人數(shù)少，可設(shè)一個(gè)，但應(yīng)慎重考慮防火安全等問(wèn)題（具體數(shù)值詳見(jiàn)建筑設(shè)計(jì)放火規(guī)范）。
（2）廠(chǎng)房垂直布置
化工廠(chǎng)廠(chǎng)房的高度，主要由工藝設(shè)備布置要求所決定。廠(chǎng)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(chǎng)房，層高多采用5m、6m，較低不得低于4.5m；每層高度盡量相同，不宜變化過(guò)多。裝配式廠(chǎng)房層高采用300mm的模數(shù)。在有高溫及有毒害性氣體的廠(chǎng)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(chǎng)房空間。
有爆炸危險(xiǎn)車(chē)間宜采用單層，廠(chǎng)房?jī)?nèi)設(shè)置多層操作臺(tái)以滿(mǎn)足工藝設(shè)備位差的要求。如必須設(shè)在多層廠(chǎng)房?jī)?nèi)，則應(yīng)布置在廠(chǎng)房頂層。如整個(gè)廠(chǎng)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(lèi)廠(chǎng)房還應(yīng)設(shè)置必要的輕質(zhì)屋面、或增加外墻以及門(mén)窗的泄壓面積。泄壓面積與廠(chǎng)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(duì)人員集中的地方和主要交通道路。車(chē)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(gè)區(qū)域需要互通時(shí)，中間應(yīng)設(shè)雙門(mén)斗，即設(shè)兩道彈簧門(mén)隔開(kāi)。上下層防火墻應(yīng)設(shè)在同一軸線(xiàn)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(chē)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(chǎng)的設(shè)備布置，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(chǎng)房耐火等級(jí)，降低廠(chǎng)房造價(jià)；有利于化工生產(chǎn)的防火、防爆和防毒（對(duì)毒性較大或劇毒的化工生產(chǎn)除外）；對(duì)廠(chǎng)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(dòng)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、各種機(jī)械傳動(dòng)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(chē)間輔助室和生活室的布置
（1）生產(chǎn)規(guī)模較小的車(chē)間，多數(shù)是將輔助室、生活室集中布置在車(chē)間中的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。
（2）有時(shí)輔助房間也有布置在廠(chǎng)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(chǎng)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(yáng)能采暖，更衣室、廁所、浴室等可布置在廠(chǎng)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(duì)衛(wèi)生方面有特殊要求的工段必須設(shè)置專(zhuān)用的浴室
車(chē)間布置的較終成品是車(chē)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[3][4]
由于此工藝反應(yīng)過(guò)程中在理論上不會(huì)生產(chǎn)氣體，只有鋁土礦中含有的雜質(zhì)會(huì)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)，所以較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[5][6]
低鐵或無(wú)鐵級(jí)(聚合)硫酸鋁可以廣泛應(yīng)用于制造GJ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(duì)鐵的含量有嚴(yán)格的要求，一般說(shuō)來(lái)，必須以低鐵級(jí)(聚合)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(聚合)硫酸鋁除鐵）
向(聚合)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↓+MnO2·H2O↓+5H+
過(guò)濾后，濾液經(jīng)濃縮、結(jié)晶即得含鐵量較少的產(chǎn)品。由于殘留的鐵為高價(jià)鐵，產(chǎn)品成黃色，外觀(guān)色澤較差。如果在濃縮過(guò)程中用少量鋁片將未除盡的鐵還原為亞鐵，則所得產(chǎn)品呈淺綠色，色澤較好，產(chǎn)品放置3個(gè)月，顏色幾乎不變。
溶液pH值對(duì)除鐵效果得影響
溶液pH值越高，則越容易形成Fe(OH)3、MnO2·H2O及少量Al(OH)3沉淀，鐵的去除率也越高。但pH值越高，(聚合)硫酸鋁的回收率越低。通過(guò)對(duì)濾渣進(jìn)行洗滌，可減少(聚合)硫酸鋁的損失。
除鐵劑及其用量的影響
高錳酸鉀用量不足，則鐵的去除率降低，甚至達(dá)不到除鐵的目的。高錳酸鉀首先將Fe2+氧化為Fe3+，錳被還原成Mn2+，這時(shí)沒(méi)有Fe(OH)3沉淀生成；隨著高錳酸鉀的不斷加入，Mn2+被氧化為Mn4+，此時(shí)才有MnO2·H2O及Fe(OH)3沉淀生成，少量鋁被吸附一同形成沉淀。生成MnO2·H2O的含量越多，鐵的去除率就越高。
溶液懸浮物對(duì)除鐵的影響
(聚合)硫酸鋁溶液中存在的少量懸浮物對(duì)除鐵是有利的。這是因?yàn)樯倭繎腋∥铮s為0.1％，主要是偏硅酸）起著成核中心的作用，便于形成顆粒較大的沉淀。如溶液中無(wú)懸浮物，則除鐵效果較差。未反應(yīng)完的粗礦渣起不到上述作用，相反只會(huì)增大高錳酸鉀的用量。這是因?yàn)榇值V渣中存在一些還原性物質(zhì)，如Fe2+等。
此外，濃縮時(shí)向?yàn)V液中投入少量鋁片，待濾液中Fe3+ 全部轉(zhuǎn)變成Fe2+時(shí)，取出鋁片，進(jìn)一步濃縮至所需濃度，冷卻后結(jié)晶即得純品。實(shí)驗(yàn)測(cè)得鋁片的消耗量基本上是定量的。
實(shí)例
取1000ml工業(yè)品(聚合)硫酸鋁溶液，其中c(Al3+)=2.08mol/L，c(Fe2+)=0.052mol/L，加入87ml0.20mol/L的KMnO4溶液，加熱，趁熱過(guò)濾、濃縮，加入鋁片還原，待Fe3+全部被還原成Fe2+時(shí)取出鋁片，繼續(xù)濃縮至溶液的溫度升至114℃，停止加熱，讓其自然冷卻得630g固體(聚合)硫酸鋁。產(chǎn)品中含Al2O316.1％，鐵0.22％，鋁片失重0.240g，鐵的去除率為48.8%,(聚合)硫酸鋁的回收率為95.2%。提純后的產(chǎn)品符合一級(jí)品要求。
（2） 脂肪酸萃�。ㄟm用于生產(chǎn)無(wú)鐵、低鐵級(jí)(聚合)硫酸鋁）
脂肪酸萃取鐵的反應(yīng)方程式可用下式表示：
Fe(SO4)3+6HR=2FeR3+3H2SO4
式中HR表示脂肪酸。
萃取后得到的載鐵有機(jī)相一般均采用酸類(lèi)進(jìn)行反萃取。所用的酸類(lèi)則根據(jù)具體情況而定，可以是硫酸、硝酸或鹽酸。
綜合上述，鐵的去除機(jī)理是復(fù)雜的，受到多種條件的影響。因此，必須對(duì)具體情況做深入細(xì)致的研究，并要經(jīng)過(guò)一定規(guī)模的試驗(yàn)后才能在工業(yè)上加以應(yīng)用。
10 經(jīng)濟(jì)核算
表7 (聚合)硫酸鋁的經(jīng)濟(jì)核算表
名稱(chēng) 鋁土礦 硫酸 工業(yè)用電 低耗 (聚合)硫酸鋁
單價(jià)（元/噸或度） 165 240 0.45 17.23 340
注：每月的維修費(fèi)用2000元，每月發(fā)放工資總數(shù)40000元。每月用電量為1000度，低耗量為450噸。
年獲利為：
340×10000-165×5.1×3×300-240×5.2×3×300-0.45×1000×12-17.23×450×12-2000×12-4000×12=1349008元
參考文獻(xiàn)
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