【正文】 而液體所占的容積是由氣、液比，氣體濃度，氣量大小等關(guān)系決定。各段攪龍濾液濃度分布見圖 5 由圖 5 可以看出，在攪龍的 上部和下部，鹵液濃度不同，但除第 2節(jié)外，其濃度差基本上不超過 2%，尤其在第 5 節(jié)，濃度近乎相等。為防止液體經(jīng)該空間過，破壞濃度梯度，需在隔板上開出面積與形狀合適的空間（稱為過 渣口），從而達(dá)到即使攪龍與渣通過，殘?jiān)帜軐⑦^渣口封住的較理想狀態(tài)。 生料量 ,熟料量 Ir=（ ） /=% kgmVr / 7 *) 0 0( ??? 4生料含水蒸發(fā)生成廢氣量 (10 0 ) 0. 80 5 eWVw gW? ?? （ 12） 式中 eg —— 干生料消耗量， kg/kg W—— 生料含水， % —— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣密度， kg/m3 生料含水以白煤、煙煤含水量計(jì)，取 8% kgmVw /31 6 8 7 5 04 3 4 5 0*8 0 *)81 0 0( 8 ??? 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) 23 5漏氣量 漏氣量可按出爐廢氣來那個(gè)的百分?jǐn)?shù)估算，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取 30% 故得爐尾廢氣總量 Vg=++++ Vg=(2)爐尾排風(fēng)機(jī)選型 爐尾排風(fēng)機(jī)按下列風(fēng)量計(jì)算選型： 2 7 3 7 6 01000 273 tV k G V g P?? ? ? ? ? （ 13） 式中 V—— 爐尾排風(fēng)機(jī)風(fēng)量（工作狀態(tài)）， m3/h； G—— 回轉(zhuǎn)爐小時(shí)熟料量； k—— 儲(chǔ)備系數(shù)，取 ； t—— 進(jìn)風(fēng)機(jī)爐氣溫度； P—— 當(dāng)?shù)卮髿鈮海?設(shè) 當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?760mmHg 回轉(zhuǎn)爐爐尾尾氣溫度根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為 300~350℃，進(jìn)風(fēng)機(jī)爐氣溫度取 t=220℃。預(yù)碳化后的尾氣含二氧化碳較低，而硫化氫含量較高，因此可以再次通入預(yù)碳化塔中使用。 結(jié)論 二氧化碳和硫化鋇的反應(yīng)速 度慢 , 生成晶種少 , 控制條件使其顆粒慢慢長大可以獲得大顆粒 , 堆密度大 , 流動(dòng)性好的產(chǎn)品。這樣的結(jié)晶表面活性 很 強(qiáng) ,較強(qiáng)吸附力 會(huì)導(dǎo)致 鋇漿粘結(jié)。反應(yīng)速度慢 , 單位時(shí)間內(nèi)形成的晶種少 , 則結(jié)晶顆粒增長速度加快 ,這樣就可以得到大顆粒的結(jié)晶 , 且堆密度也大。即首先進(jìn)行 Ba(OH)2+CO2＝ BaCO3↓ +H2O 然后再進(jìn)行 Ba(HS)2+CO2+H2O＝ BaCO3↓ +2H2S 這是由于第一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速度大大超過第二個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速度的緣故。吸收工序來的 NaHS溶液在貯罐中加溫澄清后 , 經(jīng)濃縮 , 制片 , 過磅包裝得產(chǎn)品。如何 處理反應(yīng)產(chǎn)生的硫化氫氣體 是 整個(gè)碳酸鋇生產(chǎn)過程 需要重視和解決的重要問題 。對 粗鋇回轉(zhuǎn) 爐的 余熱加以利用 , 這樣， 回收的飽和蒸汽 就可以提供碳化所需的熱量 。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。 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。 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(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速提升，但環(huán)境卻因此受到嚴(yán)重污染。 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。 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。反之 , 則反應(yīng)慢 , 單位時(shí)間內(nèi)得到的產(chǎn)品少。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)。都是采用兩個(gè)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。 日生產(chǎn)能力： 噸 /天，考慮安全系數(shù)后： 噸 /天，即 噸 /小時(shí)。 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?， 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。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。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。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）。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。 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。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(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。但在殘?jiān)幚砹看螅后w易結(jié)晶的場合，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。 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。 目前國內(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 , 控制起來也比較困難。 所以要改變 碳化方法。第一塔為碳化塔 , 第二塔為半碳化塔 , 第三塔為預(yù)碳化塔。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）。 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。 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)過程中碳化工序來的尾氣， 通過 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℃ 。新型造粒技術(shù)的引入使工藝簡單化，產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu)良。 我們國家在汽車 、工業(yè)陶瓷等相關(guān)行業(yè)中，對碳酸鋇的需求量為每年 3萬 到 4 萬 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。利用 AutoCAD制圖軟件畫出工藝流程圖、設(shè)備布置圖，使設(shè)計(jì)成果能基本滿足生產(chǎn)要求。 而國際市場上， 一些 發(fā)達(dá)國家 因?yàn)橘Y源短缺 、 生產(chǎn)成本高 、環(huán)境 受到破壞等原因 , 碳酸鋇 的 產(chǎn)量 日益 降 低 , 從而加強(qiáng)了與我國相關(guān)企業(yè)的合作，合資生產(chǎn)碳酸鋇 。重晶石首先還原成 BaSO3，然后再還原成 BaS. 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) 5 2BaSO4+C＝ 2BaSO3+CO2↑ 當(dāng)爐溫較低時(shí)，空氣過剩，或 BaS 與潮濕 空氣接觸還易生成碳酸鋇： 2BaS+3O2＝ 2BaO+SO2↑ BaO+CO2＝ BaCO3 BaS+CO2+H2O＝ BaCO3+H2S↑ 含在重晶石中的雜質(zhì)在煅燒中也會(huì)參加反應(yīng)，生成 BaSiO BaS2O BaFe2OBa2Al2O4對重晶石的還原和 BaS 的浸取都是有害的。用鼓風(fēng)機(jī)將它送入吸收塔 , 與從吸收塔頂噴淋而下的碳酸鈉溶液起中和反應(yīng) , 制得 Na2 SO3溶液。在此基礎(chǔ)上又提出了連續(xù)碳化對提高碳酸鋇的質(zhì)量的意義 , 連續(xù)碳化可以得到大顆粒 , 堆密度大質(zhì)量好的產(chǎn)品。例如采用 BaS 濃度為 %, 溫度為 ℃和 ℃下進(jìn)行碳化 , 得到的產(chǎn)品堆密度分別為 和 。 連續(xù)碳化新工藝的探討 中國工業(yè)碳酸鋇的生產(chǎn)主要采用碳酸化法 , 碳 酸 化過程 分為“預(yù)碳酸化”和“主碳酸化”兩步 [8]。這里關(guān)鍵的問題是碳化過程中的結(jié)疤問題。清洗周期可設(shè)為一個(gè)檢修周期。 n—— 回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速， 1r/min。 攪龍直徑 D（圖 1） 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) 25 根據(jù) 1WDK rC?? ?? 式中 D—— 攪龍直徑（ m）； K—— 物料綜合性系數(shù)，在此取 ? —— 填充系數(shù)，取 ； C—— 傾角系數(shù)，取傾角 ? =0，故 C=1 計(jì)算得 )( mD? 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 直徑一般取理論值的 3~4 倍。 在 1攪龍中，鹵液的濃度達(dá)到所要求的濃度，通過溢流管口被抽走，物料由 1移向 2攪龍，在向 5攪龍，其含鋇量不斷減少，鹵液濃度也不斷降低。 碳化塔塔徑的確定 ： 碳化塔的高度在目前還沒有合適的計(jì)算公式，硫氫化鋇吸收 CO2，必須有足夠的時(shí)間才能使反應(yīng)完全，因此就需要碳化塔有足夠的高度。鍛燒區(qū)在 石灰 窯的中 段 ，是窯內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的主要區(qū)域，也是全窯溫度集中的地方，由冷卻區(qū)上來的空氣在此處 相當(dāng)于助燃劑 。 b 對于硬度大的物料，往往浸取不充分，需要更強(qiáng)勁的攪拌和更長的停留時(shí)間，而在目前轉(zhuǎn)速及攪龍長度均固定的情況下是辦不到的。的限制，還可在攪龍片上開一些溢流口，另外為使出渣順利，可讓第 4 節(jié)起一些喂料機(jī)的 作用 —— 有一些上升的坡度，可取 ? 在 5176。 浸取攪龍?jiān)O(shè)計(jì) 浸取攪龍可用于多種物料的浸取，現(xiàn)以碳化法年產(chǎn) 10萬噸碳酸鋇所需 BaS的浸取攪龍?jiān)O(shè)計(jì)（參照 GX型螺旋輸送機(jī)）進(jìn)行討論。 碳化塔入口液體流量 V2= 104 L/h， 反應(yīng)所耗水量忽略不記，則碳化塔出口液體流量應(yīng)等于入口液體流量。特別是第一方案 , 不但可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)碳化 , 還可以提 高碳酸鋇的質(zhì)量 , 生產(chǎn)出高純的硫化氫氣體 , 給硫化氫的利用帶來方便。由于氣體接觸面積 比較廣泛 , 提高了 ( 3)的反應(yīng)效果 ,使 晶核成長 有了一個(gè)合適的 環(huán)境和條件 , 有效地促進(jìn)了結(jié)晶的完善。 在預(yù)碳化塔中反應(yīng) 60 分鐘后 , 通過閥門改變氣體路線 , 使第一塔的尾氣通入原預(yù)碳化塔 , 也就是說原來預(yù)碳化塔作為半碳化塔 , 原來的半碳化塔作為碳化塔 , 原來的碳化塔作為預(yù)碳化塔 , 再過 60分鐘再變換一次。 Ba(HS)2+2H2S＝ 2Ba(HS)2+2H2O 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) 10 也就是說硫化鋇溶液中的一部分 Ba(OH)2和 H2S反應(yīng)生成 Ba(HS)2, 減少 Ba(OH)2直接和 CO2接觸的機(jī)會(huì) , 增加 CO2和 Ba(HS)2反應(yīng)的幾率 , 從整體上降低碳酸鋇生成的生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)晶的顆粒增大 , 包裹現(xiàn)象減輕 , 所以 S2含量下降。蒸汽養(yǎng)護(hù)又分為靜停、升溫、恒溫、降溫 4個(gè)過程 [8]。冷凝硫磺后的一冷混合氣返回到熱交換器使溫度上升到 200— 250℃ 入二轉(zhuǎn)化器使未轉(zhuǎn)化的 ’.與 .’ 繼續(xù)轉(zhuǎn)化為氣態(tài) S和 H2O’ ，再經(jīng)二冷卻器水冷降溫至 130— 150℃ 冷凝液硫流入保溫罐。 原料種類和規(guī)格 重晶石： BaSO4 ≥ 85% SiO2 ≤ 5% SrSO4 ≤ % CaSO4 ≤ 1% MgSO4 ≤ 原料煤：固定碳