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聚合硫酸鋁年產(chǎn)量萬(wàn)噸概要設(shè)計(jì)說(shuō)明

關(guān)鍵詞:
日期:2012年5月25日 來(lái)源:佰科
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: 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
 
    址:中國(guó)鞏義
 
項(xiàng)目負(fù)責(zé):佰科公司工程部
 
    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


 

        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(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)介紹了車間廠房的布置依據(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: (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,盡管國(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、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、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(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。
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:98酸
分子式:H2SO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
指標(biāo)名稱
     標(biāo)
優(yōu)等品
一等品
合格品
硫酸(H2SO4)含量,%≥
98.0
98.0
98.0
灰分,%≤
0.03
0.03
0.10
(Fe)含量%≤
0.010
0.010
(As)含量%≤
0.0001
0.005
(Pb)含量%≤
0.01
透明度,mm≥
50
50
-
色度,ml≤
2.0
2.0
-
 
包裝及儲(chǔ)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)。
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
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
分子量
1
硫酸   
98.08
2
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:
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
98
5.2
(聚合)硫酸鋁
100
6.1
鋁土礦
39.5
5.1
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 
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
 
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
 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%
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%
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
:
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
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)
(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
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
W=23.54噸
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)
(聚合)硫酸鋁
100
5.89
(聚合)硫酸鋁
成品
53%以上
11.11
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
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·
  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
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
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)
2800×3600
3000×4500
3000×4500
1070×1910
7    安全生產(chǎn)與工廠選址及車間布置說(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(chǎng)
. 能源
. 氣候
. 運(yùn)輸條件
. 供水
. 對(duì)環(huán)境的影響
. 勞動(dòng)力的來(lái)源
. 節(jié)約用地,盡量少占耕地
. 協(xié)作條件
. 預(yù)防災(zāi)害及其他
7.3  車間布置說(shuō)明
車間的布置應(yīng)滿足三個(gè)方面的要求:
. 生產(chǎn)要求
. 安全要求
. 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(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?jī)?nèi)。醫(yī)藥、農(nóng)藥、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(kāi),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(lái)說(shuō)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(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)的廠房,由于在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)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(gè)高單層廠房,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,然后才能較后決定。
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(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,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(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(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(wèn)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(guò)30m,多層廠房寬度不宜超過(guò)24m,廠房常用寬度有9m、12m、14.4m、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?jī)?nèi)沒(méi)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)行車間布置時(shí),要考慮廠房安全出入口,一般不應(yīng)少于兩個(gè)。如車間面積小,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,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?jī)?nèi)設(shè)置多層操作臺(tái)以滿足工藝設(shè)備位差的要求。如必須設(shè)在多層廠房?jī)?nèi),則應(yīng)布置在廠房頂層。如整個(gè)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(duì)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(gè)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(kāi)。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(jí),降低廠房造價(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(gè)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(yáng)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(duì)衛(wèi)生方面有特殊要求的工段必須設(shè)置專用的浴室
車間布置的較終成品是車間平、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[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)
(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
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) 脂肪酸萃取(適用于生產(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)相一般均采用酸類進(jìn)行反萃取。所用的酸類則根據(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    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)
[1]何朝暉,易汝平.我國(guó)(聚合)硫酸鋁工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2001,33(1):17-19
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[10] 陳聲宗主編.化工設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社.北京 
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