【正文】 ......... 16 原料規(guī)格 .............................................. 16 工藝計(jì)算 ................................................... 16 物料衡算 .............................................. 16 熱量計(jì)算 ................................................... 17 設(shè)備計(jì)算 ................................................. 18 回轉(zhuǎn)爐 (基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ) ...................................... 18 浸取器 ................................................ 24 碳化塔的設(shè)計(jì) .......................................... 30 加熱水箱換熱面積的確定 ................................ 32 石灰窯 ................................................ 32 泵 .................................................... 34 過(guò)濾機(jī) ................................................ 35 第四章 設(shè)備選型 .................................................... 36 設(shè)備的選型依據(jù) ............................................. 36 主要設(shè)備一覽表 ............................................. 36 主要工藝控制點(diǎn)一覽表 ....................................... 36 第五章 結(jié)束語(yǔ) ...................................................... 38 致 謝 .............................................................. 39 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III 參考文獻(xiàn) ........................................................... 40 外文翻譯 ........................................................... 41 英語(yǔ)原文 ........................................................... 50 附 錄 .............................................................. 60 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前 言 碳酸鋇是重要的基本化工原料之一 , 也是最為重要的鋇鹽之一，它應(yīng)用于電子行業(yè)、玻璃和陶瓷行業(yè)、化工原料的生產(chǎn)等領(lǐng)域。 我們國(guó)家在汽車、工業(yè)陶瓷等相關(guān)行業(yè)中，對(duì)碳酸鋇的需求量為每年 3萬(wàn) 到 4萬(wàn) 噸 ， 碳酸鋇還可作為 三聚磷酸鈉（五鈉） 的 濕法磷酸除硫酸根用。 因?yàn)椴糠?國(guó)際電子產(chǎn)品 龍 頭 企業(yè) 在東南亞的投資 , 也使這些國(guó)家成為碳酸鋇的消費(fèi)大國(guó)。新型造粒技術(shù)的引入使工藝簡(jiǎn)單化，產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu)良。 化鋇原理 硫化鋇在水中水解： 2BaS+2H2O＝ Ba(HS)2+Ba(OH)2 二氧化碳制取原理 青石和煤按一定配比，在石灰窯內(nèi) 900— 1200℃下發(fā)生下列反應(yīng)： CaCO3 ＝ 2CaO+CO2↑ – Q C+O2＝ CO2 ↑ +Q 碳化原理 硫化鋇溶液與 CO2在碳化塔內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)： Ba(OH)2+CO2＝ BaCO3+H2O 2BaS +2H2O＝ Ba(OH)2 碳化尾氣生產(chǎn)工業(yè)硫磺和硫代硫酸鈉工藝流程 ： 由 碳酸鋇生產(chǎn)過(guò)程中碳化工序來(lái)的尾氣， 通過(guò) 脫水罐氣液分離后，分別進(jìn)入 1000m3氣柜混合貯存 ，再同 脫油空氣 一起由 噴嘴 進(jìn) 入燃燒爐，進(jìn)行部分燃燒，爐內(nèi)控制溫度 900— 1000℃ 。在溶液中加入硫磺粉 , 并保持一定溫度 , 進(jìn)行硫化反應(yīng) , 制得硫代硫酸鈉溶液 , 再經(jīng)結(jié)晶、甩干、水洗制得成品。 碳化尾氣生產(chǎn)硫脲工藝流程： 將石灰氮與水在反應(yīng)釜中混合均勻 , 邊攪拌邊通入硫化氫氣體進(jìn)行合成反應(yīng) , 生成硫脲溶液 , 將溶液過(guò)濾后 , 進(jìn)冷卻結(jié)晶器中冷凍結(jié)晶 , 離心分離 , 晶體烘干即得成品。并提出連續(xù)碳化新工藝的方案 。例如采用三塔串聯(lián)時(shí) , 每塔都裝新鮮硫化鋇溶液 , 第一塔接觸的是石灰窯來(lái)的氣體 , 第二塔接觸的是第一塔的尾氣（硫化氫的含量增加） , 第三塔接觸的是第二塔的尾氣（硫化氫的含量更增加）。 硫化鋇的濃度 反應(yīng)速度除了與二氧化碳的濃度有關(guān)以外 , 還與硫化鋇的濃度有關(guān) , 硫化鋇濃度高反應(yīng)速度快。第一塔為碳化塔 , 第二塔為半碳化塔 , 第三塔為預(yù)碳化塔。這里所指的是將碳酸化過(guò)程中產(chǎn)生的硫化氫氣體導(dǎo)入一個(gè)塔中，與硫化鋇水解產(chǎn)物中氫氧化鋇反應(yīng)，生成硫氫化鋇 : 2BaS + 2H2O→ Ba(HS)2 + Ba(OH)2 (1) Ba(OH)2 + 2H2S＝ Ba(HS)2 + 2H2O (2) 直至硫化鋇 溶液全部轉(zhuǎn)化為硫氫化鋇為止。 所以要改變 碳化方法。為解決此問題實(shí)現(xiàn)連續(xù)碳化新工藝 , 提出如下方案。 目前國(guó)內(nèi)采用的是間歇式空塔鼓泡生產(chǎn) , 反應(yīng)慢 , 效率低 , 設(shè)備龐大 , 控制起來(lái)也比較困難。 此設(shè)計(jì)中影響連續(xù)生產(chǎn)主要因素就是?結(jié)疤?問題，因此可增大液體流速，減小主物料濃度，使液流體能夠及時(shí)帶走反應(yīng)結(jié)晶物，減小結(jié)晶物在塔底的停留時(shí)間。 預(yù)碳化塔取出液含量計(jì)算： 碳酸鋇含量 W1=( 106 )/[ 104（ 145+1000） ]=% 假設(shè)預(yù)碳化徹底進(jìn)行，則硫氫化鋇含量 W2=(100000 106/) [ 104（ 145+1000） ]=% 碳化塔取出液含量計(jì)算 碳酸鋇含量 W3=(100000 106)/7200/ [ 104（ 145+1000） ]=% 在硫化鋇溶液制備過(guò)程中含有一定的雜質(zhì)，因此在預(yù)碳化前應(yīng)先除去大部分雜質(zhì)再通入塔中，減少雜質(zhì)參加反應(yīng)，可提高產(chǎn)品純度，在碳化和預(yù)碳化過(guò)程中，因反應(yīng)的局限性，可能含有少量其他形式的鋇鹽，因此加入少量碳酸鈉脫硫，提高產(chǎn)品純度。 1** * ??T T與回轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)度及內(nèi)徑的關(guān)系如下： Tn DiSL sin??? (7) )( i n ***1* mL ?? 核算生產(chǎn)能力 。但在殘?jiān)幚砹看?，液體易結(jié)晶的場(chǎng)合，這些浸取方法就顯得能力小、勞動(dòng)強(qiáng)度大易結(jié)晶阻塞。 3D=（ m） 圓整為 按攪龍的 S 制法，其節(jié)距 t應(yīng)為葉片直徑的 ，但是為了延長(zhǎng)物料在絞龍內(nèi)的停留時(shí)間，通常取 t/D=~,在此取 t==（ m） 為保證既有足夠的浸取液，而液位又不太高，其上部斷面應(yīng)設(shè)計(jì)為梯形，選 H=（ ~） R,見圖 2 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 攪龍轉(zhuǎn)速 n 攪龍軸轉(zhuǎn)速在滿足輸送能力的情況下不易過(guò)高，以使物料有一個(gè)較長(zhǎng)的浸取時(shí)間，另外還可防止出現(xiàn)物料破碎嚴(yán)重，造成鹵液含泥量大，不易澄清等現(xiàn)象，因此，轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)不超過(guò)某一限速 nj： An nj D?? 式中 A—— 物料綜合特性系數(shù)，取 A=30 則 ??? njn （ r/min） 根據(jù)限速原則進(jìn)行調(diào)整， n=20(r/min) 填充系數(shù)驗(yàn)： ***20**47 ****47 212 ??? CtrnD W? 遠(yuǎn)小于 推薦的填充系數(shù) ，應(yīng)降低軸速，經(jīng)計(jì)算，當(dāng) n=3r/min 時(shí)， φ = 接近推薦填充系數(shù) 攪龍長(zhǎng)度 按理論計(jì)算，攪龍長(zhǎng)度應(yīng)為： 3640**3 ??? n tTL 理 （ m） 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，攪龍輸送長(zhǎng)度要小于 40m。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) 2020 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(dòng)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。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? c 物料不易過(guò)細(xì)，否則物料剛進(jìn)入攪龍，較小的顆粒來(lái)不及沉淀，便隨鹵流入澄清罐。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。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： *300396000 ???? mtK QA pm2 塔高 H′ =25m 由以上條件可以確定換熱管的單程長(zhǎng)度，選擇合適的管徑，可計(jì)算出換熱管的管程和數(shù)量。 取 V=2 3m ，窯的高徑比 ： 1，則窯高 H=，內(nèi)徑 d= 按燒成帶容積約為 50%，冷卻帶和預(yù)熱帶容積各占約 25%，對(duì)預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶加裕量調(diào)整后為： H 預(yù) =， H 燒成 =， H冷 = 取自由空間高度為 1m，則石灰窯總高為 窯氣 ? ( 2CO )=40%～ 42%， ? (CO )%、 ? (2O )=% 在工廠中常用的鼓風(fēng)機(jī)有羅茨鼓風(fēng)機(jī)和離心鼓風(fēng)機(jī)兩種。 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 第 四 章 設(shè)備選型 設(shè)備的選型依據(jù) 設(shè)備的選擇主要考慮溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、工藝條件、材料性能及設(shè)備制造生產(chǎn)工藝要求等。 本設(shè)計(jì)選加壓過(guò)濾機(jī)。 而 空氣 被 預(yù)加熱后，上升到煅燒北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 區(qū)，參加燃燒反應(yīng)。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= 32 625*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) 2020 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。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，水管加熱管浸沒在溶液中。 如果能保證這一要求，一般殘?jiān)?BaS 量不會(huì)超過(guò) %。 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)。 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。 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。 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。 北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2020 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。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。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)。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。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]。這樣的結(jié)晶對(duì)水分子有一定的吸附力。