【正文】 ......................................................... 34 致謝 .......................................................................................................................................... 36 參考文獻 .................................................................................................................................. 37沈陽理工大學學士學位論文 1 第一章 緒論 含鐵廢鹽酸資源 化處理工藝研究背景及意義 研究背景 鹽酸是一種重要的無機化工產(chǎn)品，廣泛用于染料、有機合成、食品加工、印染漂洗、皮革、冶金、鋼鐵等行業(yè)。全文對設(shè)計方案，設(shè)計原理，反應(yīng)設(shè)備原理，運行操作 事項等做了詳細的闡述。因而，鹽酸酸洗廢液不可避免地成為了一項環(huán)境和資源問題。目前我國大多數(shù)鋼廠采用鹽酸進行酸洗。此方法鹽酸回收率高，過程簡單，運行成本低。Evaporationcrystallization。該類廢液的直接排放不僅嚴重污染環(huán)境，而且造成極大的浪費。因此，一次性投資規(guī)模大，技術(shù)環(huán)節(jié)薄弱成為該項研究的亟待解決的難題。 沈陽理工大學學士學位論文 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外不少學者和研究人員 ,長期以來在尋求酸洗廢液的處理方法和利用途徑上作了大量的工作。 廢鹽酸的常用處理方法有酸鹽分離法和直接焙燒法。這是一種最徹底= 最直接處理酸洗廢液的方法。雖然采用的具體設(shè)備和工作過程不完全相同，但工作原理相同，它們將廢液的加熱、脫水、亞鐵鹽的氧化和水解、氯化氫氣體的收集及吸收成鹽酸有機地結(jié)合在一個系統(tǒng)內(nèi)一并完成。世界上流化床法鹽酸再生裝置已建成 50 多套，我國武鋼1700mm冷連軋的鹽酸再生工藝就是從西德陶瓷化學公司 (INCH)引進的流化床焙燒工藝機組。 直接焙燒法原理簡單，而且一般自動化程度都較高，解決了鋼鐵企業(yè)不熟悉化工生產(chǎn)操作的難題，但是由于其要求系統(tǒng)內(nèi)各個程序的控制相互協(xié)調(diào)，而且要求酸洗工序與之密切配合，需要具有較高的設(shè)計、管理和控制水平，同時由于在高溫下鹽酸有強烈的腐蝕性，因此接觸廢液的設(shè)備均需要采用優(yōu)質(zhì)的耐腐蝕材料，造成設(shè)備成本、零部件消耗、維修費用及運行費用都很 高，因此該法更適合于大型企業(yè)采用。 7H20晶體。 4H20晶體的飽和溶液氧化，得 FeC13溶液，可以作為產(chǎn)品出售。 滲析法的投資僅為焙燒法的 1/5左右，正日益引起人們的重視，該技術(shù)的關(guān)鍵是確定離子交換膜的而積，滲析而積可以通過計算獲 得。 7H20和 20%的 H2SO4 膜的性能、操作技術(shù)以及酸洗廢液的特點是膜分離技術(shù)中的關(guān)鍵，對膜材料及應(yīng)用技術(shù)進行深入研究是該技術(shù)廣泛應(yīng)用于實踐的前提條件和主要發(fā)展方向。聚合氯化鐵的組成 [Fe2 (OH)nCl6n]m,為紅褐色透明液體。反應(yīng)溫度一般不高于 90℃。 制備顏料 目前世界每年大約小號 700800kt 的氧化鐵系顏料，以美國為例，每年小號的 70kt中，鐵紅占 %，鐵黃占 %。 7H20)為原料而得名。通過控制鍛燒溫度和時間及空氣通入量，可以生產(chǎn)出從淺紅到深紅各種色調(diào)的鐵紅。為了加快反應(yīng)速度，可以采取加催化劑的方法加以改進，例如加入 NaNO2做催化劑，不加晶種先直接生成鐵黃，也可以再鍛燒成鐵紅。 該方法的工藝過程如下 : ① 配制一定濃度的亞鐵鹽溶液 。 H20 = Fe(OH)2+(NH4)2S04，因而產(chǎn)生了唯一的副產(chǎn)物 — 硫酸銨，可以作為化肥直接加以利用，進一步達到了資源化利用的目的。該方法需要在 NH4存在的條件下才能順利進行。沈陽理工大學學士學位論文 8 然后，經(jīng)過 4步熱分解反應(yīng) (溫度分別為 268 ,394 , 533 , 666℃ )最 終產(chǎn)物為α Fe203。作為排放廢水大戶的鋼鐵、電鍍行業(yè)及其他氯堿行業(yè)，減少廢 水的排放量，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益是首要任務(wù)。 本 課題設(shè)計 從鹽酸酸洗廢液中回收氯化亞鐵晶體和鹽酸的處理系統(tǒng)工作原理主要是根據(jù)氯化氫易于揮發(fā)和易溶于水的特性，以及氯化亞鐵在鹽酸溶液中溶解度的規(guī)律，采用蒸汽加熱蒸發(fā)濃縮工藝，使酸洗廢液中的鹽酸和鐵鹽分離。 鹽酸本身由氯化氫 (HCl)和水 (H2O)組成 ,濃鹽酸的最大質(zhì)量分數(shù)約為 34%。利用 3種物質(zhì)在不同溫度下的物理特性 ,如在 100℃時 ,水能沸騰而形成蒸汽 ,此時 HCl已揮發(fā)成氣體 ,而殘留的氯化亞鐵還遠未到熔點 ,仍留在被濃縮的母液中 ,從而達到酸 、鹽分離的目的。 沈陽理工大學學士學位論文 10 第二章設(shè)計概述 設(shè)計任務(wù) 某小型鋼材廠每天產(chǎn)生酸洗廢液 30t，其中 FeCl2質(zhì)量分數(shù)占 18%， HCl 質(zhì)量分數(shù)占15%，其它微量雜質(zhì)均可忽略不計。最終實現(xiàn)工業(yè)酸洗廢液零排 放。 “五化”設(shè)計原則，即工程布置一體化、生產(chǎn)裝置露天化、建構(gòu)筑物輕型化、公用工程社會化、引進技術(shù)國產(chǎn)化。技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全適用，使建設(shè)項目的技術(shù)經(jīng)濟指標達到先 設(shè)計工藝流程及說明 如課題綜述中擬定設(shè)計方案所述，制定簡要工藝流程如圖 ： 圖 簡要工藝流程 本 設(shè)計從鹽酸酸洗廢液中回收氯化亞鐵晶體和鹽酸的處理系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的： 來自酸洗槽的鹽酸廢酸液，首先進入廢液儲液罐中， 預熱后 通過輸送泵和流量控制裝置計量給 降膜蒸發(fā)器 上料，上料流量通過流量計前后閥門的開口度大小來調(diào)節(jié)，蒸汽熱源的蒸汽進入蒸發(fā)器，料液在該蒸發(fā)系統(tǒng)中被循環(huán)加熱。 4H2O），降溫到設(shè)定溫度后，放至過濾離心分離器中實現(xiàn)氯化亞鐵結(jié)晶體與母液的分離，經(jīng)離心甩干的氯化亞鐵結(jié)晶體可直接包裝成商品出售。 沈陽理工大學學士學位論文 13 第三章主要設(shè)備計算及選型 降膜蒸發(fā)器 降膜蒸發(fā)原理 降膜蒸發(fā)是溶液在自身重力和真空誘導及氣流作用下沿管壁成膜狀向下流動，運動過程中與加熱管外壁加熱蒸汽發(fā)生熱交換而蒸發(fā)。此極薄的液層受熱發(fā)生相變，吸收的熱量主要是通過液膜的導熱和液膜表面的蒸發(fā)進行傳熱，因此又稱為薄膜蒸發(fā)。 水蒸氣總量： W 水 =W－ WHCl=。由于絕大部分是液態(tài)水，因此這里取水的比熱容 (kg℃ )。在這種理想情況下，加熱室兩側(cè)的溫差可取蒸發(fā)裝置的最大可能溫差 Δ Tmax: Δ Tmax＝ Ts－ TC 根據(jù)本設(shè)計的實際情況考慮， Δ Tm取最大可能溫差 Δ Tmax。傳熱效果好 。 降膜蒸發(fā)器型號確定 依據(jù)上述物料衡算，熱量衡算，傳熱面積衡算結(jié)果，考慮降膜蒸發(fā)器原理結(jié)構(gòu)，查閱《化工單元操作 —— 實用技術(shù)》附錄，選定 G400Ⅳ — — 20型換熱器，具體參數(shù)如表 ： 表 G400Ⅳ — — 20型換熱器技術(shù)參數(shù) 項目 參數(shù) 公稱直徑 /mm 400 公稱壓力 /MPa 公稱面積 /m2 20 管子排列方法 △ 管長 /m 3 管子外徑 /mm 25 管子總數(shù) 86 管程數(shù) 4 殼程數(shù) 1 管程流通截面積 /m2 殼程流通截面積 /m2 折流擋板切去的弓形切口高度 /mm 冷凝器 冷凝器工作原理 冷凝器是蒸發(fā)裝置必要的輔助設(shè)備，其作用是使二次蒸汽冷凝排出。 水蒸氣冷凝放出的熱量 Q1： Q1＝ W 水 K) 飽和有機質(zhì)蒸汽 (大氣壓下 ) 鹽水 570~1140 低沸點碳氫化合物 (大氣壓下 ) 水 450~1140 鹽酸蒸汽 水 110~1750 氨蒸汽 水 870~2330 煤油蒸汽 水 290 水蒸氣 (減壓下 ) 水 1700~3440 汽油蒸汽 水 520 根據(jù)此表可得該冷凝器根據(jù)鹽酸蒸汽總傳熱系數(shù)范圍宜取 1000W/(m2上部固定管板以下為冷卻吸收段，其結(jié)構(gòu)和一般固定管板換熱器基本相同。列管外通冷卻劑以除去吸收過程中放出的熱量。最后經(jīng)過稀酸吸收器，在稀酸 吸收器中吸收氯化氫氣體中的 40％，生成 22％的稀鹽酸。 氯化氫氣體的恒壓熱容 Cp 為 0． 80KJ／ (kg?℃ )。℃ ) 傳熱面積確定 沈陽理工大學學士學位論文 23 根據(jù)傳熱速率方程： S＝ S＝ ＝ 取 30%安全常數(shù)可得 S’＝ 稀酸石 墨降膜吸收器設(shè)計計算 總傳熱量計算 Q 溶解 ＝ 247?！?) 傳熱面積確定 根據(jù)傳熱速率方程： S＝ S＝ ＝ 沈陽理工大學學士學位論文 24 取 30%安全系數(shù)可得 s’＝ 石墨降膜吸收器設(shè)備選型 石墨降膜吸收器設(shè)備選型可參照表 ： 表 吸收面積 吸收列管 外形尺寸 公稱面積 管數(shù) 規(guī)格Φ 公稱直徑 有效長度 設(shè)備總高 m2 根 mm Dmm Lmm Hmm 6 66 20 300 1680 2560 10 66 20 300 2800 3680 15 66 20 300 4200 5080 20 132 20 400 2600 3480 25 132 20 400 3500 3680 30 192 20 500 2850 3750 35 226 20 500 2820 3720 40 226 20 500 3240 4140 50 298 20 630 3080 4030 根據(jù)該規(guī)格對照表并結(jié)合上述計算結(jié)果，確定濃酸石墨降膜吸收器和稀酸石墨降膜吸收器均選擇表中公稱面積為 6m2的石墨改性聚丙烯列管式降膜吸收器。 W—— 原料液中溶液量， kg。 4H2O產(chǎn)品 。而外循環(huán)釜式結(jié)晶器通過外部換熱器傳熱，由于溶液的強制循環(huán)，傳熱系數(shù)較大，還可根據(jù)需要加大換熱面 積。由于離心機等設(shè)備可產(chǎn)生相當高的角速度，使離心力遠大于重力，于是溶液中的懸浮物 、膠體或結(jié)晶體 便易于沉淀析出：又由于比重不同的物質(zhì)所受到的離心力不同，從而沉降速度不同，能使比重不同的物質(zhì)達到分離。 4H2O從經(jīng)冷卻結(jié)晶后的料液中分離提取出來沈陽理工大學學士學位論文 27 制成產(chǎn)品。進料結(jié)束后 ,將主機增至高速進行分離、液體經(jīng)濾布、襯網(wǎng)和轉(zhuǎn)鼓壁上的小孔甩出鼓外、經(jīng)排液口排出 , FeCl2 2．協(xié)調(diào)好高程布置和平面布置的關(guān)系，做到既減少用地，有利于氣、液輸送，并有利于減少工程投資和運行成本。 物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)。鹽酸 回收 車間規(guī)模較小，而規(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區(qū)域 內(nèi)，故本設(shè)計也采用這種方沈陽理工大學學士學位論文 30 案。車間底層平面布置加料儲罐、幾種泵、 濃、稀 酸儲罐 、鼓風機等 。設(shè)備布置時，考慮盡量利用重力自流，可以采用搭建鋼構(gòu)平臺或在樓層上留出安裝孔來實現(xiàn)這一點。做到先預熱后加熱，切忌驟冷驟熱，以免換熱器受到損壞，影響其使用壽命。 在操作過程中，換熱器的一側(cè)若為蒸汽的冷凝過程，則應(yīng)及時排放冷凝液和不凝氣體，以免影響傳熱效果。 在停止操作時，應(yīng)先停熱流體，后停冷 流體，并將殼程及管程內(nèi)的液體排凈，以防換熱器凍裂和銹蝕。 應(yīng)限制晶體的生長速率，即不以盲目提高過飽和度的方法來提高產(chǎn)量。 含有過量細晶的母液取出后加熱或稀釋，使細晶溶解，然后送回結(jié)晶器。 維護說明 換熱器日常維護內(nèi)容 保持設(shè)備外部整潔、保溫層和油漆完好。 盡可能減少換熱器的開停次數(shù)，停止使用時，應(yīng)將換熱器內(nèi)的液體清洗放凈，防止凍裂和腐蝕。其余 。 建議 由于本人科研水平有限以及其他客觀因素的限制，設(shè)計中遇到的有些難題還未能解決，還有許多方面沒有涉及到，在今后的學習和科研中有待進一步完善。 沈陽理工大學學士學位論文 35 由于本人缺乏實際工程經(jīng)驗，所以本設(shè)計中 沒有給出原料及能量的小號定額、工程投資概算、工程技術(shù)經(jīng)濟分析。他嚴肅的科學態(tài)度，淵博的知識，敏銳的學術(shù)思想，嚴謹?shù)闹螌W精神以及事必躬親的工作態(tài)度對于我留下了深刻的影響，將使我終身受益。 四 年來，感謝 環(huán)境與化學工程 學院的老師對我的辛勤培育。 Zdenek of HCl + FeCl2 mixture by anionexchange membrane[J].Separation and Purification Technology,2020(66):4550. 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