毕业论文答辩年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计.pptx

年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计 目录 文献综述 工艺局部 非工艺局部 结论 文献综述活性氧化铝的开展前景 我国企业在近几年才开始涉足纳米氧化铝的生产。我国的纳米材料及纳米技术企业中,有60%以上成立于仪2000年以后,主要是2003年左右。而较早成立的纳米材料生产企业,实际上也都是2000年以后才开始涉足纳米氧化铝生产领域的。可见,我国纳米氧化铝生产刚刚起步,纳米氧化铝生产企业还未成熟。纳米产品的产量按小规模年产缺乏10t、中规模年产50t左右和大规模年产100t以上划分,我国有80%的企业处于尝试性地小规模生产,存在产品稳定性差、生产成本高等问题。可见,我国纳米氧化铝的生产还没到达一定的生产规模。规模效应无法发挥作用也是纳米氧化铝产业开展的制约因素。近年来,纳米氧化铝需求一直保持增长势头,“上海六鉴电子商务 的专业调查人员表示纳米氧化铝将以每年的25%速率增长,纳米氧化铝的市场前景非常乐观。活性氧化铝的特点 活性氧化铝俗称矾土，化学式Al2O3，白色粉末，密度3.94.0g/cm3，熔点2050，沸点2980，不溶于水，能缓慢溶于浓硫酸。r-A l2O 3 属于过渡形态氧化铝。为粉状,微球状或柱状灰白色固体。其晶体结构不同于工业氧化铝。Al2O3 属于四角晶系,晶格与尖晶石 MgAl2O4 的结构十分类似。在 r-Al2O3 中,只有21 又 1/2 个铝原子分布在 24 个阳离子部位,在八面体值置上有 2 又 2/3 个空位,而 8 个铝原子分布在四面体空隙中,r-A l2O 3 的晶体是无序的,这种无序性主要由铝原子的无序性来决定,正因为铝原子的无序性:控制其制备条件,可制得多种不同比外表积和孔容的 r-Al2O 3 产品,因此在催化领域中使用最多。活性氧化铝的制备方法 活性氧化铝一般由氢氧化铝加热脱水制得。氢氧化铝也称水合氧化铝，其化学组成为Al2O3.nH2O，通常按所含结晶水数目不同，可分为三水氧化铝和一水氧化铝。氢氧化铝加热脱水后，可制得Al2O3，即通常所讲的活性氧化铝。一般有酸法，碱法，醇铝法，溶胶凝胶法，均相沉淀法，蒸发冷凝法等。经选择，酸法工艺简单，且原料易得，本课题采用酸法，原料为铝盐，沉淀剂选择氨水。将沉淀物在pH=89 范围内老化一定时间，使之变成 水铝石，再洗涤至无氯离子。将滤饼用酸胶溶成流动性能较好的溶胶，用滴加法滴入油氨柱内，在油中受外表张力作用收缩成球，再进入氨水中，经中和和老化后形成较硬的凝胶球状物直径在13mm 之间，经水洗油氨后进行枯燥。也可将酸化的溶胶喷雾到枯燥机内，生成4080m 的微球氢氧化铝。工艺设计局部工艺框图无 水 氯 化 铝和水管道8管道3管道4管道5管道7的氨水管道2 管道1产品容器 过滤器 储罐过滤器 干燥器 焙烧炉反应釜水管道6管道9经济概算 经济概算是以生产一吨活性氧化铝为基准，所需的原料的费用。上网查的各原料的价格，根据原料价格及用量得到所需的成本。1 酸法 其反响方程式表示如下：AlCl3+3NH3H2OAl OH 3+3NH4CL 2Al OH3AL2O3 3H2O 该方法的成本为4971.99 元 2 碱法 其反响方程式表示如下：NaAlO2+HNO3 H2OAl OH3+NaNO3 2Al OH3Al2O3+3H2O 该方法的成本为12876.8 元 3 醇铝法 其反响方程式表示如下：2Al+6C3H8O2 C3H7O 3Al+3H2 2 C3H7O 3Al 4H2OAl2O3H2O 6C3H7OH Al2O3H2OAl2O3 H2O 该方法的成本为48085.99 元 由以上比较知：方法1 是最经济的生产方法。物料衡算 目的是根据物料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为能量衡算、其他工艺设计及设备计算打基础。物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统体系的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量。年产1800 t，每年的操作时间是8000 小时局部为连续操作，局部是间歇操作。设产品纯度为99.4%；含水为0.5%；杂质为0.1%。则：活性氧化铝的流量为225kg/h0.994 223.65kgh。经焙烧炉时损失2%，则：管道8 中产品的流量为223.65 1+2%=228.123kg/h。经枯燥器损失量为2.5%，则：管道7 中产品的流量为228.123 1+2.5%=233.826kg/h。经第二个过滤器损失为3，则：管道4 中产品的流量为233.826 1 3 240.84kgh 经过第一个过滤器损失为3，则：管道2 中产品的流量为240.84 1 3 248.066kgh 设反响收率为95.0%，则：反响釜中理论产量为248.066/95.0%=261.122kg/h。最后得到各个管道中物料流量能量衡算能量衡算定义 根 据 能 量 守 恒 定 律，利 用 能 量 传 递 和 转 化的 规 则，用 以 确 定 能 量 比 例 和 能 量 转 变 的 定量关系的过程称为能量衡算。Q 入=Q 出-Q 损 式中:Q 入 一输入设备热量总和；Q 出 输出设备热量总和；Q 损 损失热量总和 容器消耗能量 Q1=110.83 1 5 116.3715kw 反响釜消耗能量 Q2=284.286 1 5 298.5003kw 枯燥器消耗能量 Q3=379868.34kJ/h=105.52kw 消耗低压蒸汽量 系统中用1MPa 低压水蒸汽加热，1MPa 低压水蒸汽的潜热为r=2019.7kJ/kg，则所需蒸汽量为消耗能量与水蒸气潜热之比。容器1 所需的蒸汽量为m1=207.43kg/h；反响器所需的蒸汽量为m2=532.06 kg/h；枯燥器所需的蒸汽量为m3=188.08kg/h；则：总的蒸汽消耗量为：m=m1+m2+m3=207.43+532.06+188.08=927.57kg/h。设备选型计算 工艺设备选择应遵循以下原则：1.设备装备水平应按国内先进水平考虑；2.尽量采用国产设备；3.工艺过程尽量选择连续作业，以减少设备体积和投资；4.车间和设备要求防腐；5.设备选型应符合高效、节能、可靠、易于操作、便于维修的要求；6.选择生产设备数量少的生产系列，以减少投资、降低成本和便于实现自动控制；7.符合本工程冶金计算的物料平衡；8.参考国内外类似生产流程的运行时间经验及生产参数指标。反响器计算与选型 釜式反响器是一种低高径比的圆筒形反响器，用于实现液相单相反响过程和液液、气液、液固、气液固等多相反响过程，器内常设有搅拌装置。在反响过程中物料需加热或冷却时，可在反响器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。按操作方式不同釜式反响器可分为：间歇釜式反响器、连续釜式反响器和半连续釜式反响器。本论文中用到的是间歇釜式反响器。其特点是操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反响时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。估算反响釜体积 因为该反响为液-固相物料反响且需要搅拌，所以反响釜种类为一般搅拌反响釜。该反响的反响物总体积为V，设反响时间为7.5h，采用间歇反响，8 个小时的物料同时参加。管道1总的AlCl3 溶液密度取1.05103kg/m3；氨水的密度为0.9103kg/m3；表观密度0.1103kg/m3，LAS70%。AlCl3 溶液体积V1=5.20m3，氨水体积为V2=4.79m3，反响釜的操作容积V0V1+V2=5.20+4.79=9.99m3 取装料系数=0.65，操作容积V0=V V 为反响釜体积，则反响釜体积 V=15.37 m3。估算反响釜直径Di、高度H 忽略封头容积，Di=2.47 m 将Di 的计算结果圆整成压力容器的公称直径，则Di=2600 mm。查JB/T4746-2002 得Di=2600 mm 时椭圆封头的曲面 高度h1=650 mm；直边取40 mm；VF=2.51 m3；得：H=2.42m。对H 的计算结果圆整成压力容器的标准高度H=2.6 m，满足液固相物料反响釜=11.3 的要求。该釜的装料系数=0.613 该反响釜的装料系数 满足有泡沫产生或成沸腾状态的反响釜的装料系数在0.60.7 内的要求。反响釜的夹套尺寸 Hj=1.883m，取Hj=2m。经查得2000 mmDi3000 mm 时，夹套内径Dj=Di+200 mm=2800 mm反响釜容器壁厚 因为该反响的设计压力较低，所以由内压强度计算公式算得的厚度 较小无法满足制造、运输和吊装等方面的要求。因此，采用筒体最小壁厚。查得当筒体内径Di3800 mm 时min=且不小于3 mm=5.2 mm 设该反响器的设计寿命为15 年，每年的腐蚀率为0.1 mm/a，计入钢板的负偏差C1=0.8 mm，取圆整值=0.5 mm32。得：n=+C1+C2+=5.2+0.115+0.8+0.5=8 mm3 mm，满足要求。储罐选型计算 储罐用以存放酸、醇、气体等提炼的化学物质。其种类很多，大体上有：滚塑储罐，玻璃钢储罐，陶瓷储罐、橡胶储罐、焊接塑料储罐等。就储罐的性价比来讲，现在以滚塑储罐最为优越，滚塑储罐又可以分钢衬塑储罐，全塑储罐两大系，分别包括立式，卧式，运输，搅拌等多个品种。储罐分类：A 立式贮罐 B 卧式贮罐 C立式圆筒形固定顶贮罐系列HG21502.1-92 D立式圆筒形内浮顶贮罐系列HG21502.2=92 E 球罐系列 计算容积 氧化铝储罐 因为产品要在储罐内静止，老化，不易存太多。一次性存入1 天的量 V=8835.84 24201=3.65m 取填料系数为0.9 V0=V 0.9=4.06m 贮罐尺寸确定 选取卧式椭球形封头容器一只 技术指标:公称直径 1400m 长度：3400mm 公称容积：6m 压力：6Kgf cm 材质：不锈钢 重量：1210kg 过滤与洗涤设备 在催化剂制备中对杂质的含量有一定的限制，因为有时即使很少量的杂质离子也会影响到催化剂的性能。但在实际生产中原料几乎不可防止地带进杂质这就需要用洗涤的方法除去沉淀物中的杂质离子。沉淀物的过滤与洗涤在催化剂生产周期中占用较多时间，正确选择过滤方法与设备可以缩短催化剂的生产周期。根据本工程的工艺条件过滤与洗涤工序设备选用板框压滤机，过滤与洗涤同时进行。枯燥设备选型 在催化剂生产中枯燥操作通常用于沉淀物水凝胶枯燥、成型后物料枯燥及浸渍后物料枯燥，枯燥是催化剂制备中不可缺少的一个步骤。在本工程设计的枯燥工序采用的是喷雾枯燥。喷雾枯燥是采用雾化器将原料浆液分散成雾滴，并用热风枯燥雾滴，而获得产品的一种枯燥方法。其包括空气加热系统，供料系统，枯燥塔，雾化器，气固别离系统，卸料及运输系统，煅烧设备选型 在催化剂制备过程中较普遍使用的回转式焙烧炉，可用烟道气直接加热、烟道气间接加热筒体伸入焙烧室内旋转和电间接加热。本工程设计中本工序采用天然气加热。回转窑工艺设计计算 1 窑内物料盘存量 物料盘存量是决定煅烧时间的重要参数 物料盘存=加料量 物料停留时间2 回转窑的全容积 式中 Va 回转窑的全容积，m3；1 物料填充系数，分率；2有效利用系数，分率；物料密度，t/m3。3 有效长度确实定 设回转窑的直径为10 米 式中 L 回转窑的有效长度，m；D 回转窑的直径，m。4 运转参数确实定 由下述公式可求得回转窑的任一运转参数，并假设斜度为0.01 式中 N 回转窑的转速，；S 回转窑的斜度，分率。综合以上分析本工程中煅烧设备选用回转窑作为煅烧设备。设备规格为1025m，功率为35kW。非工艺局部 环境评价 主要环境污染源、污染物排放状况及治理 环境影响评价分析 经济效益分析 经济效益分析 投资估算 本工程设计包括工艺设备及安装、自控、配电、供电、建筑、采暖通风、给排水等多项投资。其中，设备资金按照出厂价格估算，其他工程资金按照行业价格估算。经估算，设备金额251400，厂房建设480000，供电、供水200000，设备安装200000，采暖通风100000，总计1231400 资金筹措 本工程投资130 万元，含建设期利息22.5 万元。其中75 万元为国家专项贷款，企业通过入股等方式自筹55 万元。企业自筹局部占42.3%。本工程的流动资金按工程成本及广告费用估算为500 万元，分两年使用，其中250 万元向当地工商银行贷款，企业从综合效益中自筹250 万元。分析 财务评价销售利润 本工程正常年销售收入为7740 万元，售税金847.92 万元。盈亏平衡分析 本工程正常的年生产能力利用率的盈亏平衡点计算式为 BEP=f/P-T-V 式中：f 年固定成本，P 年销售收入 T 年销售税金，V 年不变成本 经计算其平衡点为52.2%，此结果说明，本工程正常开工年的能力利用率到达此即可保本，大于此值时即可盈利，本工程具有抗风险能力。结论 本文对目前活性氧化铝在工业中最广泛制备方法进行了工艺设计，设计中的主要工作如下：1 对制备活性氧化铝的几种方法进行经济概算。通过查阅资料得到主要的生产原料当前的价格，并根据反响方程式对各制备方法进行进行概算，从中选取了最经济的制备工艺工业中用到的制备方法。2 对选取的制备方法进行了初步工艺流程设计。以文献中提到的方法为依据，对生产工艺流程进行设计和完善。例如：主要生产设备的采用自动控制，绘制出了带控制点的工艺流程图；过滤采用转筒真空过滤机，有效地减少了生产中所需人力；洗涤水采用反渗透技术进行处理，有效地节省水资源。3 对工艺流程进行物料衡算、能量衡算，并根据计算绘制出物料衡算图和能量衡算图。4 对工艺流程中主要设备进行设备选型计算。主要参照化工工程手册、化工工艺设计手册、化工原理天大版，按照工艺流程中的生产能力对设备进行选型计算并根据计算结果进行选型，并绘制了反响釜结构图。1 郭秋宁，活性氧化铝的性质，制备及应用，广西化工，1996 年4 期 2 刘纯玉，刘朝霞，活性氧化铝及其开展，轻金属，2001 年4 期 3 李国印，支建平，张玉林，活性氧化铝孔结构的控制，无机化学学报，2007 年4 期 4 马云杰，黄高山，活性氧化铝想制备及改性，广东化工，2010 年11 期 5 郝臣，陈彩凤，陈志刚，等.化学法合成纳米氧化铝粉体工艺研究J.机械工程材料.2002.7 26 6 刘建良，孙加林，施安，等.高纯氧化铝制备技术和生产现状J.中国有色金属学会第六届学术年会论文集，2005.10:215-218.7 Atanas Serbezov，Adsorption Equilibrium of Water Vapor on F-200 Activated Alumina，Publication Date Web:February 20,2003 8Younghun Kim,Changmook Kim,Inhee Choi,Selvaraj Rengaraj,and Jongheop Yi，Arsenic Removal Using Mesoporous Alumina Prepared via a Templating Method，Environ.Sci.Technol.,2004,38 3,pp 924931 9 耿新玲，袁伟.纳米氧化铝的制备与进展J.河北化工，2003.3：1-5.10 刘东亮，邓建国，金永中.超声化学法合成纳米-氧化铝粉末J.陶瓷，2006.6：22-25.11 余忠清.溶胶一凝胶法制备超细球形氧化铝粉末N.无机材料学报，1999.12 9：475-479.12 骆树立.高纯氧化铝的制备方法P，中国专利，ZL 专利号 02108991.4.9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5 月-235 月-23Saturday,May 13,2023 10、雨中黄叶树，灯下白头人。14:26:5614:26:5614:265/13/2023 2:26:56 PM 11、以我独沈久，愧君相见频。5 月-2314:26:5614:26May-2313-May-23 12、故人江海别，几度隔山川。14:26:5614:26:5614:26Saturday,May 13,2023 13、乍见翻疑梦，相悲各问年。5 月-235 月-2314:26:5614:26:56May 13,2023 14、他乡生白发，旧国见青山。13 五月 20232:26:56 下午14:26:565 月-23 15、比不了得就不比，得不到的就不要。五月 232:26 下午5 月-2314:26May 13,2023 16、行动出成果，工作出财富。2023/5/13 14:26:5614:26:5613 May 2023 17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2:26:56 下午2:26 下午14:26:565 月-23 9、没有失败，只有暂时停止成功！。5 月-235 月-23Saturday,May 13,2023 10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。14:26:5614:26:5614:265/13/2023 2:26:56 PM 11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5 月-2314:26:5614:26May-2313-May-23 12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份缺乏，可得无限完美。14:26:5614:26:5614:26Saturday,May 13,2023 13、不知香积寺，数里入云峰。5 月-235 月-2314:26:5614:26:56May 13,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。13 五月 20232:26:56 下午14:26:565 月-23 15、楚塞三湘接，荆门九派通。五月 232:26 下午5 月-2314:26May 13,2023 16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/13 14:26:5614:26:5613 May 2023 17、空山新雨后，天气晚来秋。2:26:56 下午2:26 下午14:26:565 月-23 9、杨柳散和风，青山澹吾虑。5 月-235 月-23Saturday,May 13,2023 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。14:26:5614:26:5614:265/13/2023 2:26:56 PM 11、越是没有本领的就越加自命非凡。5 月-2314:26:5614:26May-2313-May-23 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。14:26:5614:26:5614:26Saturday,May 13,2023 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5 月-235 月-2314:26:5614:26:56May 13,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。13 五月 20232:26:56 下午14:26:565 月-23 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月 232:26 下午5 月-2314:26May 13,2023 16、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/13 14:26:5614:26:5613 May 2023 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2:26:56 下午2:26 下午14:26:565 月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉