年产1万吨硫酸铝车间工艺设计20686.docx
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1、摘要我国硫酸酸铝的生生产现状状,年产产量万吨吨以上的的企业已已达299个,330000t至1100000t的的企业达达85个个。全国国硫酸铝铝生产能能力已达达1155万t,产产量突破破95万万t,仅仅次于美美国和日日本,而而居世界界第三位位1;硫酸铝铝生产中中存在的的问题是是,设计计不合理理,设备备不配套套,产量量质量都都无法达达到初衷衷要求以以及部分分生产厂厂家规模模较小,经经济效益益差导致致产品积积压严重重、投资资无法收收回,使使部分企业业背上沉沉重的经经济包袱袱;生产工艺艺主要有有铝灰、铝渣法、活性性氢氧化化铝法、铝矾土常压法、煤矸石加压法等,对各个工艺的优缺点进行对比,发现以高岭土为原
2、料生产硫酸铝,具有原料成本低,产量高,产品质量好,过程易控制等优点,制备过程中产生的废渣可作为高活性的高硅材料,也可作为优良的涂料及板材制品填料,从而实现了综合利用和无废渣排放,具有积极的环保意义;采用高岭土为原料生产硫酸铝,符合设计的目的和指导思想。高岭土生生产硫酸酸铝,使使高岭土土经过预预处理过过程,排排除高岭岭土中的的粗石英英砂、杂杂质,用用于生产产水泥玻玻璃,得得到高岭岭土精矿矿,经过过煅烧活活化,粉粉碎,过过筛送致致生产车车间,与与55%的硫酸酸容易混混合送至至反应釜釜,经过过反应的的酸浸,沉沉降,分分离和中中和处理理,得到到合格的的硫酸铝铝容易,送送至浓缩缩结晶槽槽中,进进行浓缩缩
3、结晶,并并通过成成品粉碎碎机将硫硫酸铝晶晶体粉碎碎,包装装。关键词:硫酸铝铝;现状状;生产产工艺;高岭土土AbsttracctThe plaantss haavinng 110,0000 tonns oof aannuual outtputt off allumiinumm suulfaate in Chiina havv beeingg uppto 29, annd tthe plaantss haavinng 330000 t to 100000 t, beiing uptto 885.The aluuminnum sullfatte pprodducttionn caapaccityy
4、haas rreacchedd 1.15 milllioon tt, yyielld bbreaakthhrouughss 9550,0000 t, aftter thee Unniteed SStattes andd Jaapann, tthe thiird in thee woorldd liive;Aluuminnum sullfatte pprodducttionn inn thhe pprobblemm iss thhat thee unnreaasonnablle ddesiign, eqquippmennt iis nnot suppporrtinng, yieeld andd
5、quualiity aree unnablle tto mmeett itts mmindd annd rrequuestted somme ssmalllerr maanuffacttureers, leeadiing to pooor eeconnomiic rretuurnss seerioous bacckloog oof pprodductts, invvesttmennt iis nnot posssibble, soo thhat somme eenteerprrisees bbackk heeavyy Thhe eeconnomiic bburdden of prooducct
6、ioon oof aa maajorr All Grrey, All Jaardiine, off allumiinumm hyydrooxidde, bauuxitte aatmoosphheriic ppresssurre, succh aas ccoall gaanguue ccomppresssioon mmethhod, alll oof tthe advvanttagees aand dissadvvanttagees ccomppareed tto tthatt off raaw mmateeriaals forr thhe pprodducttionn off kaaoliin
7、 AAlumminuum ssulffatee, aa loow-ccostt raaw mmateeriaals, hiigh yieeld, goood quaalitty pprodductts, proocesss-cconttroll addvanntagges, inn thhe ccourrse of preeparratiion of thee hiigh-acttiviity wasste ressiduue ccan be useed aas tthe higgh-ssiliiconn maaterriall, bbut alsso aas aa fiine of paii
8、nt andd shheett meetall prroduuctss fiill, soo ass too acchieeve a ccompprehhenssivee Usse aand no wasste ressiduue eemisssioons, haave a pposiitivve eenviironnmenntall siigniificcancce oof rraw matteriialss ussed forr thhe pprodducttionn off kaaoliin aalumminuum ssulffatee, wwithh thhe ddesiign of
9、purrposse aand guiidinng iideoologgy.Kaollin prooducctioon oof aalumminuum ssulffatee, kkaollin Aftter preetreeatmmentt prroceess, ruule outt thhe pposssibiilitty oof kkaollin in thee rooughh quuarttz ssandd, iimpuurittiess, tthe glaass useed iin tthe prooducctioon oof ccemeent, byy Kaaoliin cconcce
10、nttratte, aftter callcinnatiion acttivaatedd, ccrusshinng, scrreenningg seent to thee prroduuctiion worrkshhop, wiith 55 perrcennt oof tthe sullfurric aciid MMixeed eeasiily sennt tto tthe reaactoor, thee reeacttionn off accid leaachiing, seettllemeent, annd iin tthe sepparaatioon aand proocesssinng
11、 oof aalumminuum ssulffatee bee quualiifieed eeasiily, annd ssentt too coonceentrratiion cryystaalliizattionn taank, coonceentrrateed ffruiit aand reffineed tthrooughh thhe ggrinnderr wiill cruush aluuminnum sullfatte ccrysstalls, Pacckaggingg.Keyyworrds:aluuminnumsullfatte;thee prreseent sittuattio
12、nn;ProoducctioonPrroceess;kaoolinn前言硫酸铝化化学名(AAlumminiium sullfatte)AAl2(SOO4)3,无色单单斜结晶晶,在空空气中长长期存放放易吸潮潮结块。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度是开始分解为氧化铝、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2。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
13、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.物料料衡算1.1工工艺流程程框图(3)过过滤采用板式式过滤机机,将硫硫酸铝溶溶液于其其他固体体杂质分分离。(4)浓浓缩结晶晶硫酸铝经经过浓缩缩蒸发掉掉多余水水分,从从而结晶晶得到相相应的结结晶水硫硫酸铝最最终产品品。1.2预预处理:粗高岭土土矿先经经过破碎碎,研磨磨,等一一系列处处理过程程,使其其变成颗颗粒粉末末状,方方便反应应,节约约耗能,然后通过水洗筛分的过程,除去原料中的杂质,从而得到高岭土精矿,高岭土精矿再经过焙烧活化的过程。使内部杂质再度去除,最后将其粉碎,过筛送进生产车间。图3硫酸酸铝粗高高岭土矿矿预处理理方块图图1
14、.3设计计生产能能力 年产硫酸酸铝1000000吨 年生产日日3300天天 日产硫酸酸铝每小时生生产产品质量量:All2(SOO4)3含量554.331%浓缩后要要求硫酸酸铝浓度度达到554.31%每次生产产硫酸铝铝中All2(SO4)3的含量量是:44.17754.31%=2.27吨吨。Al2OO3溶出率率89.4%根据反应应式: Al2OO3+3HH2SO4=All2(SOO4)3+3HH2O每次投入入的All2O3的含量量是:原高岭土土投入量量为:分子量:H2SO498 H2O18All2O31022 All2(SOO4)33422 1.4 各工序序的物料料衡算1.4.1高岭岭土煅烧烧(
15、起到到活化作作用)高岭土土煅烧过过程的反反应方程程式:A l22O32SiiO22H2OA ll2O3+2SSiO22+2H2O煅烧过过程的目目的是为为了活化化,通过过煅烧使使高岭土土的氧铝铝八面体体中的OOH脱去去,使铝铝的配位位数由66变成55或者44,同时时使得原原有有序序结构的的高岭土土变成无无序结构构的高岭岭土,获获得活性性。从热热力学角角度来说说,温度度是决定定反应能能否进行行的关键键因数,所所以活化化的关键键是控制制煅烧温温度,温温度过高高会使高高岭土石石化,使使其活性性大大降降低甚至至消失;温度过过低,不不能脱水水或脱水水太少,从从而高岭岭土没有有活性或或者活性性太低,达达不到
16、目目的。(11)流程程示意图图(2)反反应式A l22O32SiiO22H2OA ll2O3+2SSiO22+2H2O(3)计计算过程程流股1是是未活化化的高岭岭土矿表3原原料组成成表成分含量(%)成分含量成分含量(%)Al2OO339.550TiO221.600S0.211SiO2243.002Fe2OO30.900C0.211CaO0.244MgO0.355焙烧损失失13.997 Al2OO3:1.99939.50% = 0.75880吨 SiO22:1.9943.05% = 0.883000吨 TiO22:1.9991.660% = 0.03007吨 其他杂质质含量:1.9991,991
17、% = 00.03367吨吨 焙烧损失失:1.9913.97% = 0.226822吨流股2是是活化后后的高岭岭土矿 Al2OO3:39.50%13.97%+399.500% = 455.011% SiO22:43.02%13.97%+433.055% = 499.033% TiO22:1.660%13.97%+1.60%=1.82% 其他杂质质:4.14%表4焙焙烧段物物料衡算算表1.4.2酸浸浸段:加酸分解解高岭土加加酸分解解过程的的反应方方程式:A l22O32SiiO22H2O+3H2SO4+133H2OAl2(SOO4)318HH2O+22SiOO2分解反应应是关键键点,为为使反应应
18、加快,分分解彻底底,必须须加入过过量的硫硫酸来反反应,铝铝的溶出出率是其其反应是是否完全全的主要要标志,也也是提高高产品质质量、降降低生产产成本的的关键。(1)流流程示意意图(2)反反应式A l22O32SiiO22H2O+3HH2SO4+133H2OAl2(SOO4)318HH2O+22SiOO2(3)计计算过程程设转化率率为966% 流股股1为高高岭土中中的氧化化铝 FF(All2O3)=6.91KKmoll/h=0.7705吨吨 流股股2为硫硫酸 FF(H22SO4)=220.774Kmmol/h=22.033吨 流股股3为硫硫酸铝F(All2(SOO4)3)=66.911966%=66
19、.6337Kmmol/h 流股44为水F(H22O)=19.91KKmoll/h=0.336吨使2.003吨的的98%硫酸稀稀释成为为55%硫酸的的用水量量1.663吨表5酸解段段物料衡衡算表入料组成(%)质量(吨吨)出料含量(%)质量(吨吨)浓硫酸982.033硫酸铝1002.277高岭土39.5501.999水1001.999水1001.633杂质1000.9合计5.655合计5.166表6不同百百分比浓浓度硫酸酸铝溶液液在255下密度度15密度(1033kg/m3)百分比浓浓度(%)密度(1033kg/m3)百分比浓浓度(%)1.10062101.12293121.15529141.17
20、770161.20017181.22272201.25534221.28803241.30079261.32204281.4.3加热热浓缩段段:浓缩结晶晶硫酸铝经经过浓缩缩蒸发掉掉多余水水分,从从而结晶晶得到相相应的结结晶水硫硫酸铝最最终产品品。(1)流流程示意意图(2)计计算过程程 流股股1为未未浓缩的的硫酸铝铝和水 Al2(SO44)3:2.27吨吨 通过饱和和溶液得得出此时时需要HH2O:111.5吨吨流股2为为浓缩后后的硫酸酸铝和水水Al22(SOO4)3:4.17吨吨浓缩后要要求硫酸酸铝浓度度为544.311%,则则浓缩前前料液浓浓度为:可求得得浓缩过过程需蒸蒸发掉的的水量为为: W
21、=F(1XX0/X1) W水水蒸发量量,吨吨 F料料液加入入量,吨 X0料液液初始浓浓度 X1完完成液浓浓度 W=F(1XX0/X1) =133.777(1) =133.7770.6687 =9.46吨吨表7浓缩缩段物料料衡算表表 入料组成(%)质量(吨吨)出料含量(%)质量(吨吨)硫酸铝1002.277硫酸铝(成成品)54.31%4.177水10011.55水(蒸发发)1009.466合计13.777合计13.6632.能量量衡算162.1计计算依据据由公式:D(HHshs)+Fh0=Lh+WH+QD加热热蒸汽消消耗量,/hhHs加热热蒸汽的的焓,kJ/F料液液的进料料量,/hhh0料液的的
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