【正文】 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，攪龍輸送長度要小于 40m。 濃度梯度攪龍浸取系多段逆流浸取，為了浸取充分，成鹵濃度合格，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中又把攪龍用隔板分成若干個倉（每節(jié)課分為 2~3 個），從浸取液入口形成濃度不斷提高的梯度，相鄰的兩倉之間液體流動靠攪龍側(cè)面的溢流跨斗來完成（如圖 4） 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 通過對溢流口高度的不同安排，使上一段倉上濃度較小的鹵液溢流至下一段倉的攪龍中處，液體以流速介于層流和湍流之間為最佳，隔板下方要有攪龍推渣而過的空間。出渣在物料殘?jiān)\(yùn)行至第 4節(jié)末端時(shí)，其中含北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 BaS 量已經(jīng)很少了，如若再增加一節(jié)洗滌攪龍，設(shè)備投資增加，動力消耗加大，而回收的 BaS 量卻有限，所以，該部分殘?jiān)鼞?yīng)徑直進(jìn)入攪龍。~10176。根據(jù)浸取原理浸取液應(yīng)在攪 龍的末端加入，以提高殘?jiān)南礈煨Ч? 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 b 通過控制首節(jié)攪龍出鹵速率，使成鹵濃度在要求范圍內(nèi)，有選擇的調(diào)節(jié)稀鹵及循環(huán)水的加入量，保證攪龍內(nèi)液面高度，可控制各段攪龍內(nèi)鹵液濃度。 c 物料不易過細(xì)，否則物料剛進(jìn)入攪龍，較小的顆粒來不及沉淀，便隨鹵流入澄清罐。 c 人工測量和調(diào)節(jié)各處的控制參數(shù)，不準(zhǔn)確、不及時(shí)，使得攪龍的操作條件變化頻繁，達(dá)不到理想的浸取效果。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，一般認(rèn)為碳化塔的高度選用 24~27米是合適的。所以塔的凈容積為 V凈 ? ?= ～ V總 ○ 2 V 凈 — 有效容積 (米 3 )有效容積是指氣、液、固三相接觸進(jìn)行吸收、化學(xué)反應(yīng)、結(jié)晶生成及成長的空間。2 2 1t T t? ?? =30－ 25=5℃ 520 5202121 ?????????? InttIn ttt m℃ 傳熱面積 pA 傳熱系數(shù) K 的范圍為 233~465 2/wm k ，綜合考慮流速，管程及熱管材料等多方面的因素，取 K=300 2/wm k 估算的傳熱面積： 2 2*3 0 03 9 6 0 0 0 ???? mtK QA pm2 塔高 H′ =25m 由以上條件可以確定換熱管的單程長度，選擇合適的管徑，可計(jì)算出換熱管的管程和數(shù)量。煅燒區(qū)的溫度和位置，決定于物料下降速度、混合料的粒度、風(fēng)量大小、風(fēng)壓。 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 預(yù)熱區(qū)在窯的上部，其作用是使從煅燒區(qū)上來的廢氣與新投人的石灰石和炭材相遇，進(jìn)行熱交換，對將進(jìn)人鍛燒區(qū)的石灰石及炭材進(jìn)行預(yù)熱， 由于 石灰石的分解溫度 在 812C ，所以大家把預(yù)熱區(qū)與鍛燒區(qū)溫度分 割 點(diǎn) 設(shè)在 850C 。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，一般結(jié)構(gòu)相似的碳化塔母液的容積占有效容積的 70%左右，即 V液 =V凈 x70% ○3 將 ○2 代入 ○3 即得 V液 =(～ )V總 ○4 設(shè)碳化塔的塔徑為 米，塔高為 25 米， 則 V總 2π= DH4 = 32 7 625*3*4 m?? V液 =(～ )V 總 = = 3m 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 加熱水箱換熱面積的確定 用 110℃ 過熱蒸汽 加熱，假設(shè)冷水溫度為 30℃，碳化塔入口液體溫度為 25℃，塔內(nèi)溫度為 90℃ .，則 熱流量 Q4= 109J/h= 105W 平均傳熱溫差 39。當(dāng)產(chǎn)量確定時(shí)， V總就有定值，有 V總和塔高（ H） ，可求出塔徑（ D）。碳化塔 是帶有橫管加熱水箱的鼓泡塔，生產(chǎn)中除在塔頂留有 1~2米的氣液分離空間外，全塔充滿液體，氣體至下而上鼓泡通過，溶液由塔頂加入塔底流出，水管加熱管浸沒在溶液中。 改進(jìn)方向 攪龍浸取技術(shù)存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： a 有時(shí)物料被破碎得很厲害，使得鹵液粥樣化，殘?jiān)撇蛔?，鹵液難澄清，造成停工處理。 如果能保證這一要求，一般殘?jiān)?BaS 量不會超過 %。而在出渣攪龍的液面段加入不含 BaS 的過濾碳酸鋇漿的廢水，循環(huán)利用。 工藝操作控制 浸取的工藝過程 攪龍浸取流程示意圖： 物料從攪龍始端加入，被浸取液浸泡，隨著攪龍的旋轉(zhuǎn)，不斷翻騰，并逐漸前移，從攪龍另一端加入的浸取液則與之逆流運(yùn)動。由于該攪龍運(yùn)送的是濕物料，為利用殘液的回收，其斜度 ? 角可適當(dāng)大于 20176。 首節(jié)攪龍不太大，且鹵液濃度較高，為降低鹵液的雜質(zhì)含量，可不設(shè)置隔倉板。為此設(shè)計(jì)分為分段組合式，將攪龍分為 4 節(jié)，另加第五節(jié)出渣攪龍， 水平搭接排列。 停留時(shí)間：根據(jù)試驗(yàn)，浸取時(shí)間 T為 40min左右能達(dá)到要求。攪龍除起推動作用外，還具有攪動的功能，能滿足浸取要求 。 回轉(zhuǎn)爐用于重晶石還原焙燒，阻力降按 294~490Pa 考慮，重力除塵器、麻石水沫除塵器阻力降在 1800Pa 以 下。 回轉(zhuǎn)爐尾氣由式（ 8）式所列的幾部分組成： Vg=Vf+Ve+Vr+Vw+Vo (8) 式中 Vg—— 爐尾排出廢氣量， m3/kg； Vf—— 燃料燃燒生成廢氣量， m3/kg； Ve—— 燃料燃燒過?？諝饬浚?m3/kg； Vr—— 生料分解生成廢氣量， m3/kg； Vw—— 生料含水蒸發(fā)生成廢氣量， m3/kg； Vo—— 漏氣量， m3/kg。 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 S—— 回轉(zhuǎn)爐的傾斜角 3%～ 6%，取 4%，相當(dāng)于 176?！? 假設(shè)水的比熱為溶液的比熱，則反應(yīng)放出的全部熱量能使液體升高 T℃， T= 1012/【 104（ 145+1000） 103】 =℃ 出塔液體溫度為 90℃，通入換熱器殼層與進(jìn)入碳化塔的冷流體進(jìn)行接觸，冷流體預(yù)熱，熱流體冷卻。將預(yù)碳化塔的尾氣與碳化塔尾氣按一定比列混合后再 次通入預(yù)碳化塔中，可降低預(yù)碳化塔進(jìn)口中二氧化碳的含量，使預(yù)碳化進(jìn)行更徹底，提高硫氫化鋇的產(chǎn)量。 日生產(chǎn)能力： 噸 /天，考慮安全系數(shù)后： 噸 /天，即 噸 /小時(shí)。清洗碳化塔時(shí)，關(guān)閉尾氣收集閥門，清洗預(yù)碳化塔時(shí)，關(guān)閉沉降池進(jìn)口閥門，即為清洗時(shí)各塔獨(dú)立反應(yīng)。針對此頑癥提出了兩個連續(xù)碳化的工藝流程。生產(chǎn)廠 碳化時(shí) , 集中導(dǎo)入二氧化碳?xì)怏w , 降低了一預(yù)和二預(yù)的過飽和態(tài) , 造成產(chǎn)品品質(zhì)低下。都是采用兩個碳化塔 , 一塔碳化一塔預(yù)碳化 , 控制操作條件在預(yù)碳化中不產(chǎn)生固相 , 兩塔定期輪換使用 , 所以預(yù)碳化時(shí)正是碳化的清洗過程 , 也等于一塔在清洗一塔在碳化。多年來很多人作了 大量的試驗(yàn)和研究但都未實(shí)現(xiàn)連續(xù)化 [6]。氣體進(jìn)入塔內(nèi) , 從不同 的 高度 ,不同 的 部位 , 和在不同 的 位置 進(jìn)行 ( 3)式反應(yīng) , 出現(xiàn)一個立體碳化模式 [2]。這樣的結(jié)晶對水分子有一定的吸附力。集中導(dǎo)入二氧化碳?xì)怏w的碳化方法 , 降低了預(yù) 碳酸化 過飽和態(tài)。 圖 碳化時(shí)間與 BaS、 H2S、 CO2濃度變化圖 從圖中可看出如下問題 :預(yù)碳化時(shí)前 30分鐘無 H2S放出 ,30 分鐘后迅速上升 , 半 碳化與碳化段相比 , 硫化鋇和二氧化碳的濃度下降速度要慢 , 也就是說碳化段生成碳酸鋇的速度比 半碳化段快 , 從而判定二氧化碳的濃度對碳化反應(yīng)起著重要作用。 Ba（ HS） 2+2H2S＝ Ba（ HS） 2+H2O 在預(yù)碳化時(shí)硫化鋇溶液中的 S2離子增加一倍 , 這是長期以來所追求的理論要求 , 然而實(shí)際上達(dá)不到 , 這是因?yàn)榻佑|的氣體 中不完全是硫化氫而還有二氧化碳?xì)怏w，還會有如下反應(yīng)發(fā)生 ： Ba(OH)2+CO2＝ BaCO3↓ +H2O 例如入預(yù)碳化塔時(shí) BaS 濃度 140 克 /升 , 預(yù)碳化終了為 260 克 /升 , 僅增加了 倍。 其實(shí)工業(yè)生產(chǎn)為了提高碳酸鋇產(chǎn)品的質(zhì)量也注意了這個問題。反之 , 則反應(yīng)慢 , 單位時(shí)間內(nèi)得到的產(chǎn)品少。在生產(chǎn)條件下 CO2溶解度降低對反應(yīng)的影響占主導(dǎo)地位。這是由于在第二或第三塔中硫化鋇溶液部分發(fā)生如下反應(yīng) Ba(OH)2實(shí)踐證明 ,反應(yīng)速度太快單位時(shí)間形成碳酸鋇晶種多 ,顆 粒很難長大 , 所得產(chǎn)品相對密度小 , 流動性不好。 Ba(HS)2 也就是說硫化鋇的水溶液 , 實(shí)質(zhì)上是氫氧化鋇和硫氫化鋇的混合物。 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第二章 碳化工段工藝探討 連續(xù)碳化工藝 在碳酸鋇生產(chǎn)中 , 常常出現(xiàn)碳酸鋇的顆粒和堆密度的變化 , 而且往往一時(shí)很難找到其變化的原因 , 在深入研究其反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上 , 用結(jié)晶動力學(xué)的觀點(diǎn)解釋這一現(xiàn)象獲得了圓滿的成功。將鋇渣、石灰、石膏和水按一定比例混合均勻，陳化 24h后，經(jīng)制磚機(jī)機(jī)械壓制，再經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)，得到鋇渣磚成品。 主反應(yīng)方程式： Na2S + H2S＝ 2NaHS 硫化鈉是強(qiáng)堿弱酸正鹽 , 氫硫酸是二元酸 , 在硫化鈉溶液里通入硫化氫氣體則生成酸式鹽硫氫化鈉。 碳化尾氣生產(chǎn)硫氫化鈉工藝流程： 合格的硫化鈉溶液經(jīng)加熱澄清后 , 放入循環(huán)槽 ,進(jìn)入吸收塔循環(huán) , 逆流吸收碳化尾氣中的硫化氫氣體。 2H2S+O2＝ 2S+H2O 2H2S+3O2＝ 2SO2+2H2O H2S+2SO2＝ 3S+2H2O 生產(chǎn)硫磺后的尾氣含有一定量的 SO2氣體 , 不能直接排放。 然后進(jìn) 入熱交換器， 和 一冷來的 150— 170℃ 的混合氣進(jìn)行熱交換，使燃燒后混合 酸氣降溫至 240— 280℃ 進(jìn)入一轉(zhuǎn)化器內(nèi)，在觸媒的用下，使未氧化的硫化氫與燃燒生產(chǎn)的 SO2反應(yīng)生成氣態(tài) S和 H2O，北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 經(jīng)一冷卻器水冷降溫至 150— 170℃ 使硫蒸氣冷凝成液硫入保溫罐。廢氣中主要含有 36% H2S、 5%CO3%C0和 50%的氮?dú)?。 鋇漿脫硫原理 為了除去碳酸鋇漿中的硫化物，加入純堿，并加熱至 90℃ ，發(fā)生如下反應(yīng)： BaSO3+Na2CO3＝ BaCO3+Na2SO3 BaS2O3+ Na2CO3＝ BaCO3+ Na2S2O3 BaS+ Na2CO3＝ BaCO3+Na2S 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 三廢的治理 化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展也拉動了社會經(jīng)濟(jì)的快速提升，但環(huán)境卻因此受到嚴(yán)重污染。 CO2+C＝ 2CO 物料不斷前移，溫度在 900— 1200℃按下列反應(yīng)進(jìn)行： BaSO4+4C＝ BaS+4CO↑ Q BaSO4+4CO＝ BaS+CO2↑ 在煅燒過程中，還會產(chǎn)生下列副反應(yīng)。 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第一章 碳化法生產(chǎn)碳酸鋇 碳化法生產(chǎn)碳酸鋇的探討 由于碳化法生產(chǎn)碳酸鋇 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本較低，因而被我國碳酸鋇生產(chǎn)廠家采用。余熱回收符合現(xiàn)代工業(yè)能源循環(huán)利用的要求，減少了能源的損耗。 為滿足碳酸鋇消費(fèi)的國內(nèi)國際市場的需求，碳酸鋇的生產(chǎn)技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 據(jù) 調(diào)查 顯示 ,顯像管玻殼 在碳酸鋇消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占 38%, 磁性材料 占 15%, 陶瓷 及 滲碳劑 各占 7%, 相關(guān) 鋇鹽制造 占17%, 其 余占 18%。辦公自動化設(shè)備及電腦的普 遍化使用 , 在一定程度上促使碳酸鋇在國內(nèi)的需求不斷增長。 我國碳酸鋇生產(chǎn)廠家在不斷增加，生產(chǎn)能力也在提高中，據(jù)統(tǒng)計(jì)， 20xx年全國就已有 14個省、市、自治區(qū)的 30余個廠家從事碳酸鋇生 產(chǎn)，而總產(chǎn)能達(dá) 50萬 t/a產(chǎn)能萬口以上的主要有河北集鋇鹽集團(tuán)、貴州鎮(zhèn)寧紅蝶鋇業(yè)公司、山東青島集益化工集團(tuán)、山東諸城眾泰化工有限公司、湖北京山楚天鋇鹽有限公司、湖北楚星集團(tuán)、湖南大榮化工農(nóng)藥有限公司、湖南宏湘化工有限公司、河南洛陽化工、山東安丘化工三廠 [4]。我國碳酸鋇產(chǎn)品正朝著系列化、規(guī)格化、專用化方向發(fā)展 [7], 以滿足不同行業(yè)的要求。 根據(jù) 生產(chǎn)要求和查閱的資料，進(jìn)行碳化法生產(chǎn)碳酸鋇的工藝設(shè)計(jì)以及相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是采用碳化法生產(chǎn)碳酸鋇，碳化法的優(yōu)點(diǎn)在于所得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本較低 [8]。隨著科學(xué)技術(shù)及其它行業(yè)的發(fā)展 , 碳酸鋇的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大 , 對其質(zhì)量及性能的要求也越來越高。經(jīng)綜合各因素分析比較，以碳化法生產(chǎn)碳酸鋇所得的產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定，成本較低，所以中國工業(yè)生產(chǎn)碳酸鋇主要采用碳化法。 我國 的 彩電顯像管玻殼的生產(chǎn) 需要大量的使用到粒狀碳酸鋇 , 因?yàn)樘妓徜^具有較強(qiáng)的 X 射線、 α射線屏蔽能力 , 在玻殼中加人碳酸鋇能有效地吸收高壓電