【正文】 石灰窯 豎式石灰窯結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)介 豎式石灰窯內(nèi)部分為 3 個(gè)區(qū)域，即預(yù)熱區(qū)、鍛燒區(qū)、冷卻區(qū)，如圖 1 所示。當(dāng)塔的高度一定時(shí)，塔徑越大，容積越大，生產(chǎn)能力也就越大。懸浮液沉聚過(guò)程中顆粒的沉降屬于干擾沉降，并且是由低濃度的區(qū)域沉降到高濃度的區(qū)域；懸浮液濃度越大，對(duì)于沉降的阻力便越大，顆粒越密集，被置換的液體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)沉降的阻滯作用也越大；如將首節(jié)攪龍內(nèi)鹵液的固液 體積比控制在 2%以下，澄清效果將有保證；物料粒徑稍大些將不妨礙浸取效果。鹵液澄清下的泥，經(jīng)洗滌后，洗液中含有一定量的 BaS，為提高浸取浸取率，應(yīng)予以應(yīng)用，所以在 4攪龍內(nèi)加入該溶液。第 5 節(jié)是一節(jié)斜攪龍，將殘?jiān)瞥鲆好嬉欢胃叨?，并使殘液回到攪龍?bào)w內(nèi)，從而達(dá)到降低渣中含鋇量，提高浸取率的目的。經(jīng)多次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)采用空心葉片并加北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 抄板的結(jié)構(gòu)，即選用實(shí)體螺旋面，帶式螺旋面及葉片式螺旋面相結(jié)合的樣式（如圖 3） 由試驗(yàn)得知，抄板和空心將使物料前進(jìn)速度降低，如平均在一個(gè)螺距上設(shè) 4個(gè)抄板和 2個(gè)空心，則速度將低為原速度的 1/，這樣攪龍長(zhǎng)度就為 36*1/=（ m） 若采用單節(jié)結(jié)構(gòu)，則攪龍軸中間需加幾道吊瓦，吊瓦磨損嚴(yán)重，經(jīng)常出故障，停工跟換頻繁，貽誤生產(chǎn)。浸取攪龍是從螺旋輸送機(jī)衍變而來(lái)的，除保留密封性好及中間多段裝卸料的特點(diǎn)外，并在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)浸取液入口，將螺旋葉片加以改進(jìn)而成的。 回轉(zhuǎn)爐小時(shí)產(chǎn)量 )/(** htLK D iG ??? 前文已述，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和消耗定額情況，按（ 3）式計(jì)算的熟料量為 ，故回轉(zhuǎn)爐能滿足生產(chǎn)要求。 熱量計(jì)算 查資料 得 20℃時(shí)， qn CO2=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) 18 碳化塔內(nèi)反應(yīng)溫度在 90℃以上，所以得 qn′ =（ t20） =（ 9020） =109003KJ/mol 二氧化碳溶解量 M3′ = /44（ kmol/h） = kmol/h 二氧化碳溶解放熱量 Q1=109003 70390= 109KJ/h 碳酸鋇結(jié)晶熱 qn=碳酸鋇結(jié)晶放熱量 Q2= 16 106/= 107 KJ/h 總放熱量 Q3= 109 KJ/h 水的比熱 C= 103J/Kg 設(shè)計(jì)依據(jù) 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) 16 生產(chǎn)能力 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸碳酸鋇 , 工作時(shí)間： 300 天 /年 , 安全系數(shù)： ,即工作時(shí)間t=300*24=7200h。目前實(shí)現(xiàn)連續(xù)碳化的關(guān)鍵就是“ 結(jié)疤”問(wèn)題。 連續(xù)碳化方案之一 , 我們知道純堿生產(chǎn)中的碳化和碳酸氫氨生產(chǎn)中的碳化都是連續(xù)的。從碳化塔不同的 高度 , 不同 的 部位 , 以不同 的 角度 , 分散導(dǎo)入二氧化碳?xì)怏w。 第二步溶液里的硫氫化鋇 , 與二氧化碳進(jìn)行主碳化反應(yīng)： Ba(HS)2 + CO2 + H2O＝ BaCO3 ↓ + 2H2S (3) 同時(shí)也有下述反應(yīng)發(fā)生： 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) 13 BaSn+ CO2 + H2O＝ BaCO3↓ + H2S↑ + Sn1 (4) 生產(chǎn)廠碳化時(shí) , 若 在一定壓力下 單孔集中導(dǎo)入 CO2氣體 , 溶液 中就會(huì)產(chǎn)生大量 大 小不一的氣泡 , 因?yàn)?氣液接觸面積較小 , 只有氣泡邊緣與溶液接觸 , 所以 , 影響了 (3) 中 的反應(yīng) , 氣泡內(nèi)部二氧化碳?xì)怏w不會(huì)立刻就 反應(yīng) , 因而就 降低了(3)中 的反應(yīng)速度。新鮮硫化液先入預(yù)碳化塔 , 在此和第二塔的尾氣主要發(fā)生如下的反應(yīng) ： Ba（ OH） 2 如采用濃度為 %和 %的硫化鋇溶液 , 得到產(chǎn)品的堆密度分別為 和 二氧化碳的流量 CO2 的流量快 , 供給量充足反應(yīng) 快 , 單位時(shí)間得到的產(chǎn)品多。將三個(gè)塔的產(chǎn)品進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn) , 第一個(gè)塔中產(chǎn)品含 %, 第二個(gè)塔中的產(chǎn)品含 %, 第三個(gè)塔的產(chǎn)品含 %以下 [7]。 碳化 機(jī)理 硫化鋇的水溶液為 ： 2BaS +2H2O＝ =Ba(OH)2 H2S + CaCN2 + 2H2O＝ (NH2)2CS + Ca(OH)2 廢渣的治理 鋇渣中含有 %的 BaS、 %的 BaCO %的 H2O 、 %的 BaSiO3和 %的 BaSO4。 Na2CO3 + SO2＝ Na2SO3 + CO2 Na2SO3 + S＝ Na2S2O3 處理后的尾氣中的含硫氣體全部被吸收 , 剩余部分為水蒸氣、二氧化碳和惰性氣體 , 可以達(dá)標(biāo)排 放。燃燒后酸氣 在 余熱鍋爐冷卻，降溫至 280— 350℃ 。 Ba(HS)2 Ba(HS)2+CO2+H2O＝ BaCO3+2H2S 由于空氣含 O2及 SO2，伴隨著碳化反應(yīng)有 BaSO4﹑ BaSO3﹑ BaS2O3及 S的產(chǎn)生。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以碳化法生產(chǎn)碳酸鋇的工藝設(shè)計(jì)，與實(shí)際生產(chǎn)有較強(qiáng)的聯(lián)系，通過(guò)此次設(shè)計(jì)能讓我們對(duì)碳酸鋇的性質(zhì)、用途和發(fā)展有所認(rèn)識(shí)，最重要的是讓我們對(duì)碳酸鋇的生產(chǎn)流程有整體了解，掌握基本的工藝計(jì)算和對(duì)相關(guān)設(shè)備的選取，了解工藝設(shè)計(jì)在化工中的重要性。碳酸鋇 在 國(guó)際市場(chǎng)消費(fèi) 組成 為玻殼 45%, 熱處理劑 6%, 玻璃制品 20%, 陶瓷工業(yè) 4%, 蓄電池 1%, 電容器 4%, 建材 2%, 精制工業(yè)水 3%, 其他 鋇鹽制造 25%[4]。 我國(guó) 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流產(chǎn)生的射線、射線 , 防止其對(duì)人體的危害。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(duì)其質(zhì)量及性能的要求也越來(lái)越高。 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。 我國(guó)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(guó)就已有 14個(gè)省、市、自治區(qū)的 30余個(gè)廠家從事碳酸鋇生 產(chǎn)，而總產(chǎn)能達(dá) 50萬(wàn) t/a產(chǎn)能萬(wàn)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(yáng)化工、山東安丘化工三廠 [4]。 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%。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。 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(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生下列副反應(yīng)。廢氣中主要含有 36% H2S、 5%CO3%C0和 50%的氮?dú)?。 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。 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。 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(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)解釋這一現(xiàn)象獲得了圓滿的成功。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(zhǎng)大 , 所得產(chǎn)品相對(duì)密度小 , 流動(dòng)性不好。在生產(chǎn)條件下 CO2溶解度降低對(duì)反應(yīng)的影響占主導(dǎo)地位。 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(gè)問(wèn)題。 圖 碳化時(shí)間與 BaS、 H2S、 CO2濃度變化圖 從圖中可看出如下問(wèn)題 :預(yù)碳化時(shí)前 30分鐘無(wú) 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(shuō)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(duì)碳化反應(yīng)起著重要作用。這樣的結(jié)晶對(duì)水分子有一定的吸附力。多年來(lái)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]。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(guò)飽和態(tài) , 造成產(chǎn)品品質(zhì)低下。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)。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。 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。 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。 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。 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(cāng)板。 工藝操作控制 浸取的工藝過(guò)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(dòng)。 如果能保證這一要求，一般殘?jiān)?BaS 量不會(huì)超過(guò) %。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(guò)，溶液由塔頂加入塔底流出，水管加熱管浸沒(méi)在溶液中。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(guò)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。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。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(zhǎng)的空間。 c 人工測(cè)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。 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(guò)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。~10176。 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(gè)倉(cāng)（每節(jié)課分為 2~3 個(gè)），從浸取液入口形成濃度不斷提高的梯度，相鄰的兩倉(cāng)之間液體流動(dòng)靠攪龍側(cè)面的溢流跨斗來(lái)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(guò)對(duì)溢流口高度的不同安排，使上一段倉(cāng)上濃度較小的鹵液溢流至下一段倉(cāng)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(guò)的空間。 2 原始條件 物料： 黑灰（ BaS） 。 燃料燃燒生成廢氣量 ( )1000VDwf QV G c? ? ? ? (9) 式中 VDwQ —— 燃料燃燒熱值， kcal/kg； Gc—— 燃料消耗量， kg/kg 燃料燃燒過(guò)剩空氣量 kgmV f / 8 7 5 05 2 1 0*) 8 *1 0 0 02 9 1 8 5*( ??? 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) 22 燃料燃燒過(guò)?？諝饬? ac1 V GVe ???（ ）