【正文】 ≥ 70% 揮發(fā)物 ≤ 10% 水分 ≤ 6% 灰分 ≤ 17% 發(fā)熱量 ≥ 6500 石灰石： CaO ≥ % SiO2 ≤ 1% S ≤ % 燒失量 ≤ 42% 將重晶石和煤按 100:25— 27（以重 量計(jì)）配比混合，經(jīng)粉碎、篩分后連續(xù)地加入回轉(zhuǎn)爐中，在 900— 1200℃ 進(jìn)行煅燒還原。 隨著 現(xiàn)代生活中 電子產(chǎn)品的 精美小巧 化 , 類似 集成電路和電容器北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 等配件也變得小巧 , 生產(chǎn)此類 產(chǎn)品需要 以高 純度的碳酸鋇 為 原料 ,因此 高純碳酸鋇 的 市場 得以拓展 。 Chloroacetic acid 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 論文題目 : 年產(chǎn)十萬噸碳酸鋇工藝設(shè)計(jì) (碳化法 ) 院 (部 )名 稱 : 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名 : 吳蔓祺 專 業(yè) : 化學(xué)工程與工藝 學(xué) 號 :20xx3061 指導(dǎo)教師姓名 : 謝 明 論文提交時(shí)間 : 論文答辯時(shí)間 : 學(xué)位授予時(shí)間 : 北方民族大學(xué)教務(wù)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) 摘 要 碳酸鋇 不僅 是廣泛應(yīng)用于顯像管、蓄電池、電容器、陶瓷、搪瓷、光學(xué)玻璃、顏料、涂料、橡膠、油漆、 鐵氧體、焊條、水處理、鋼鐵滲碳、無線電元件、高層建筑用磚及其他鋇 鹽制造等行業(yè) 的重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一 [1,8]，還可以用作凈水劑和殺鼠劑 [5]。我國 對 高純碳酸鋇 的年需求量在 1000t 左右 , 其中需要進(jìn)口 200t。制得粗硫化鋇熔體，輸入攪拌浸取器中，通過逆流浸取，使硫化鋇溶液濃度達(dá)到 135— 150g/L，用泵打入連續(xù)澄清器，然后放入澄清罐澄清，最后打入碳化塔內(nèi)，同時(shí)將石灰窯制 得的 CO2氣體經(jīng)水洗、分離、壓縮導(dǎo)入碳化塔內(nèi)，進(jìn)行碳化反應(yīng)，制得的沉淀碳酸鋇漿，放入北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 脫硫罐加堿脫硫，入過濾機(jī)濾去水分，鋇餅由轉(zhuǎn)筒烘干經(jīng)皮運(yùn)機(jī)、磁輥脫鐵器風(fēng)送到成品倉包裝，即為沉淀碳酸鋇成品 [5,8]。二冷排出混合氣依次經(jīng)金屬網(wǎng)捕集器，捕集室捕集后，達(dá) 到 排放 標(biāo)準(zhǔn)排放 。 廢水的治理 碳酸鋇生產(chǎn)過程中，廢 Na2SO3水的主要來源為離心機(jī)過濾廢水，水溫 65℃ ，廢水中含有 %的 BaCO %的 Na2SO Na2S、 Na2S2O2。 關(guān)于反應(yīng)速度對碳酸鋇的顆粒和堆密度的影響還可以從下幾個(gè)方面看出 : 反應(yīng)溫度 反應(yīng)速度和反應(yīng)物質(zhì)的濃度和溫度成正比的關(guān)系。經(jīng)過 200 分鐘以后 , 原北方民族大學(xué) 化學(xué)工程與工藝專業(yè) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 來的預(yù)碳化塔完成了預(yù)碳化 , 半碳化 , 碳化三個(gè)過程。 此外，目前采用的碳化流程是間歇式加料間歇式出料 , 實(shí)質(zhì)上是間歇式理想混合反應(yīng)器。 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) 15 第三章 工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型 概述 鑒于上一章所說的連續(xù)碳化問題，我試探性設(shè)計(jì)出以下碳酸鋇生產(chǎn)的碳化方法：其碳化工段分為預(yù)碳化和碳化兩個(gè)過程，用兩塔串聯(lián)連續(xù)生產(chǎn)，一塔碳化，一塔預(yù)碳化，碳化塔的尾氣通過收集儲存，然后壓縮通入預(yù)碳化塔中進(jìn)行反應(yīng)，其主反應(yīng)為： Ba（ OH） 2+2H2S＝ Ba(HS)2+H2O 在通入的氣體中，含有少量 CO2 （小于 5%），因此還會發(fā)生如下反應(yīng)： Ba（ OH） 2+CO2＝ BaCO3↓ +H2O BaS+CO2+H2O＝ BaCO3↓ +H2S↑ 而后兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率較快，因此可以在預(yù)碳化塔中實(shí)現(xiàn) H2S 的凈化，使反應(yīng)能徹底進(jìn)行，因而使 S2的含量增倍， Ba2+完全以 Ba(HS)2的形式存在，預(yù)碳化相當(dāng)于除去了 Ba（ HS） 2中的雜質(zhì)，同時(shí)生成少量質(zhì)量較低的碳酸鋇產(chǎn)品，塔底產(chǎn)出的液體經(jīng)沉降可得到質(zhì)量較低的碳酸鋇，沉降后的溶液通過泵打入碳化塔進(jìn)行碳化，控制反應(yīng)溫度在 90℃以上，可得到質(zhì)量較高的碳酸鋇產(chǎn)品。 冷流體預(yù) 熱使溫度升高至 50℃，再通入碳化塔進(jìn)行反應(yīng)，則液體升溫至 90℃所需熱量 Q4=【（ 145 ） + 103】 10340 = 109J/h 若用 110℃的過熱蒸汽來加熱，換熱后冷凝水的溫度為 80℃則所需蒸汽量 MT= 109/（ 103 30） =碳化塔的尾氣中還含有較多的熱量，因此可以通過換熱器與冷流體換熱，以降低自身溫度，并且還可使冷流體預(yù)熱，以達(dá)到能源的回收利用。 2 原始條件 物料： 黑灰（ BaS） 。~10176。 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。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。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。 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(dòng)。 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。 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。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)。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]。 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。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。 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。 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。 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)。 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%。 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 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 , 防止其對人體的危害。 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，通過此次設(shè)計(jì)能讓我們對碳酸鋇的性質(zhì)、用途和發(fā)展有所認(rèn)識，最重要的是讓我們對碳酸鋇的生產(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。燃燒后酸氣 在 余熱鍋爐冷卻，降溫至 280— 350℃ 。 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。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]。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 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。目前實(shí)現(xiàn)連續(xù)碳化的關(guān)鍵就是“ 結(jié)疤”問題。 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浸取攪龍是從螺旋輸送機(jī)衍變而來的，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。第 5 節(jié)是一節(jié)斜攪龍，將殘?jiān)瞥鲆好嬉欢胃叨龋⑹箽堃夯氐綌圐報(bào)w內(nèi)，從而達(dá)到降低渣中含鋇量，提高浸取率的目的。懸浮液沉聚過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。 石灰窯 豎式石灰窯結(jié) 構(gòu)簡介 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。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。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)。 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。 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。 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。 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不會立刻就 反應(yīng) , 因而就 降低了(3)中 的反應(yīng)速度。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。 碳化 機(jī)理 硫化鋇的水溶液為 ： 2BaS +2H2O＝ =Ba(OH)2 Na2CO3 + SO2＝ Na2SO3 + CO2