【文章內(nèi)容簡介】 500%定伸強度 Mpa 675 第 三 章 工藝技術(shù)方案 工藝技術(shù)方案的選擇 原料路線確定的原則和依據(jù) 根據(jù)我國的國情以及從經(jīng)濟效益的角度出發(fā)，原料的選擇原則應(yīng)經(jīng)濟、易得，市場有一定保障，運輸方便，質(zhì)量符合產(chǎn)品要求。 本項目中沉淀二氧化硅的生產(chǎn)工藝路線采用 我國有關(guān)專家的 研究成果，其原料為“硫酸 +硅酸鈉”。 硫酸 、硅酸鈉 為基本化工原料之一，來源廣泛，市場供應(yīng)充足，在山東壽光 附近的生產(chǎn)廠家既可購得，來源及質(zhì)量均有可靠的保障。 國內(nèi)外工藝技術(shù)概況 白炭黑的制造隨其方法的不同，產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成份及物理１２ 29 １２ 結(jié)構(gòu)有很大差別，應(yīng)用領(lǐng)域也不相同。而且，即便使用相同一種方法 制造，白炭黑的質(zhì)量也隨其設(shè)備和工藝的先進性有優(yōu)劣之分。 白炭黑的生產(chǎn)方法可分為物理法與化學(xué)法兩大類。物理法就是用機械粉碎的方法把自然界里天然形態(tài)的 SiO2（如硅藻土、沙子等結(jié)晶形態(tài)的 SiO2）粉碎成粉末，而且產(chǎn)品為晶形，有其固定的形狀，所以活性差， 補強效果也差，因而只能作一般填充劑。 要想得到活性好、補強性能高的無定形白炭黑必須采用化學(xué)法?；瘜W(xué)法又分為干法熱解和濕法沉淀兩種。干法熱解有氣相法和電弧法。濕法沉淀又可分為硫酸沉淀法、鹽酸沉淀法、硝酸沉淀法和二氧化碳沉淀法等。 化學(xué)方法按其制法特征主要分為氣相法 與液相法兩類。 本廠應(yīng)用濕法沉淀中的硫酸沉淀法。其反應(yīng)式為： Na2SiO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2SiO3 (n1)H2O + H2SiO3 → SiO2 178。 n H2O (白炭黑 ) 硫酸沉淀法是目前生產(chǎn)白炭黑的主要方法，該方法又分濃酸反應(yīng)法和稀酸反應(yīng)法。德國迪高沙公司（總生產(chǎn)能力 25 萬噸 /年）和美國匹茲堡平板玻璃公司（總生產(chǎn)能力 20 萬噸 /年）采用濃酸反應(yīng)法。日本德山曹達(dá)公司和臺灣擎亞公司采用稀酸反應(yīng)法。由于稀酸法帶入反應(yīng)系統(tǒng)的水量大，給后工序脫水、洗滌、干燥增加了負(fù)荷，相應(yīng)產(chǎn)品損失量增 大，原材料、動力消耗增加，產(chǎn)品收率降低。目前國內(nèi)新建廠，如福建壽寧、安徽蚌埠、江西南昌、河北黃驊等均采用硫酸沉淀法。 工藝技術(shù)方案的比較和選擇的理由 氣相法生產(chǎn)要使用鹵化硅為原料，雖然產(chǎn)品純度高、性能好，但生產(chǎn)過程中消耗能源大、成本高，主要用于硅橡膠補強。該方法由于所用原料較貴，１３ 29 １３ 對設(shè)備要求高，技術(shù)較復(fù)雜，而且價格高，限制了這種產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。 沉淀法生產(chǎn)白炭黑是目前國內(nèi)外大多數(shù)廠家所采用的方法。其中鹽酸沉淀法對設(shè)備的腐蝕性較大，硝酸沉淀法生產(chǎn)原料較貴，產(chǎn)品質(zhì)量不盡如人意。因此，比較理想的方法為 硫酸沉淀法。 我國 從八十年代中期，成功地開發(fā)出高補強透明級白炭黑新工藝起，已開發(fā)了多種沉淀法白炭黑系列產(chǎn)品。近年來，針對國內(nèi)沉淀二氧化硅生產(chǎn)技術(shù)不能適應(yīng)規(guī)模生產(chǎn)的問題，在“晶種法”制備白炭黑技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步改進了生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了在同一反應(yīng)器內(nèi)完成全部的反應(yīng)。不僅縮短了流程，而且節(jié)約了設(shè)備投資，更重要的是為國內(nèi)工藝技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。目前，此項技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi) 部分 企業(yè)實現(xiàn)了工業(yè)化生 產(chǎn) 。 本報告推薦采用沉淀法白炭黑生產(chǎn)新工藝進行生產(chǎn)。 工藝流程和消耗定額 4． 2． 1 工藝流程 本項目生產(chǎn) 沉淀二氧化硅工藝流程示意圖如下： 硅酸鈉溶液 工業(yè)硫酸 洗水 水 ↓ ↓ ↓ ↑ 水 —— → 沉淀反應(yīng) —— → 過濾洗滌 —— → 干燥 —— → 產(chǎn)品 從水玻璃車間來的液體水玻璃放入沉淀池稀釋沉淀，并過濾，所得水玻璃清液進入堿貯槽待用。 濃硫酸放入濃硫酸貯槽，再由液下泵送至濃硫酸高位槽待用。 澄清的濃水玻璃定量進入堿配制池，加入適量水配制成一定濃度，再通過堿液下泵送至堿計量槽待用 。 １４ 29 １４ 反應(yīng)時，先將定量水玻璃加入反應(yīng)器中，然后通入直接蒸汽加熱，并在不同的溫度下分幾次將酸加入反應(yīng)器，及至 PH 值達(dá)到一定數(shù)值為反應(yīng)終點。 反應(yīng)產(chǎn)物送至壓濾機進行過濾，母液送至回收池，濾餅送至干燥機進行干燥脫水造粒，成品由包裝機進行包裝。 工藝流程簡圖見附圖。 車間原材料及動力消耗定額 沉淀二氧化硅生產(chǎn)車間原材料及動力消耗定額詳見下表。 序號 名稱 單位 單耗 備注 1 硅酸鈉 400Be′ 噸 /噸產(chǎn)品 本 地采購 2 硫酸≧ 98% 噸 /噸產(chǎn)品 外購 3 工藝水 噸 /噸產(chǎn)品 50 4 包裝袋 個 /噸產(chǎn)品 67 外購 5 電 千瓦時 /噸產(chǎn)品 700 6 蒸汽 噸 /噸產(chǎn)品 7 煤 儀表類型 本生產(chǎn)過程中，除部分溫度壓力等采用就地儀表顯示外，全部采用二次儀表在控制盤上集中操作，重要參數(shù)在控制室中進行集中監(jiān)測和控制，并設(shè)置聲光信號報警等保護措施。 為保證噴霧干燥的操作，保證產(chǎn)品質(zhì)量，對入塔的熱風(fēng)溫度以及加料漿的進口壓力分別設(shè)置調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 為加強生產(chǎn)管理和經(jīng)濟核算，在需監(jiān)測之處設(shè)置計量儀表。 主要設(shè)備的選 擇 （ 1） 沉淀反應(yīng)器 沉淀二氧化硅生產(chǎn)所需沉淀反應(yīng)器，目前國內(nèi)中小型廠普遍采用搪瓷反應(yīng)釜或不銹鋼反應(yīng)器，換熱方式為夾套蒸汽換熱。而國內(nèi)搪瓷反應(yīng)釜目前最大生產(chǎn)能力僅能制造 20m3左右。對于本項目來說，若采用搪瓷反應(yīng)釜，１５ 29 １５ 則需要十余個，既要增加投資，又要增加占地面積，且傳熱效率低，故搪瓷反應(yīng)釜不適宜規(guī)模生產(chǎn)。 本裝置擬選用 60 m3 不銹鋼反應(yīng)釜 2 臺，加熱方式為直接蒸汽加熱，即可加快反應(yīng)速度，又減少了占地面積，同時也節(jié)約了廠房及設(shè)備的投資。 （ 2） 過濾設(shè)備 過濾設(shè)備也是沉淀二氧化硅生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。過濾設(shè)備的大小直接關(guān)系 到廠房的面積與工人的勞動強度。九十年代初期，國產(chǎn)的聚丙烯廂式壓濾機過濾面積為 100 ㎡左右，尚處于試制階段，增強聚丙烯廂式壓濾機過濾面積也達(dá)到 750 ㎡。 本裝置擬選用 500㎡增強聚丙烯廂式壓濾機 2 臺。既可減輕工人的勞動強度，又可增加自動化水平，同時也便于管理。 （ 3） 干燥設(shè)備 過濾后的沉淀二氧化硅濾餅，含水量仍高達(dá) 80%，這就意味著要得到 1噸的產(chǎn)品，必須要蒸發(fā) 4 噸的水份。鑒于此，烘箱干燥、滾筒干燥均不能滿足本項目的生產(chǎn)規(guī)模。噴霧干燥機處理量大、產(chǎn)品質(zhì)量高，目前已被大多數(shù)沉淀二氧化硅生產(chǎn)廠家采用。而近年來國產(chǎn)干燥機 的蒸發(fā)水份能力也有了很大的提高，已有數(shù)套脫水能力為 3000kg/h 的離心噴霧干燥機應(yīng)用在沉淀二氧化硅生產(chǎn)廠中。 本裝置擬選用脫水能力為 3000～ 4000kg/h 的噴霧干燥機 2 臺，能源采用煤氣，可大大提高熱風(fēng)出口溫度，增加設(shè)備的脫水能力。 附一：主要設(shè)備一覽表 附二 :白炭黑物料衡算圖 標(biāo)準(zhǔn)化 １６ 29 １６ 本項目采用以下標(biāo)準(zhǔn)進行工程設(shè)計： 1） HG 20519— 92 《化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度的統(tǒng)一規(guī)定》 2） GB 9078— 88 《工業(yè)窯爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)》 3） GBJ 87— 85 《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)置規(guī)范》 4） HGJ 34— 90 《化工設(shè)備、管道外防腐設(shè)計規(guī)定》 5） HGJ 203— 83 《化工機器安裝工程施工及規(guī)范》 6） HGJ 229— 91 《化工設(shè)備管道防腐工程施工及驗收規(guī)范》 7） GB 8175— 87 《設(shè)備及管道保溫設(shè)計導(dǎo)則》 8） GB50250— 94 《工業(yè)安裝工程及質(zhì)量檢驗評定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》 9） HG 20500— 94 《化工工藝防靜電設(shè)計導(dǎo)則》 10)HG 20549— 92 《化工裝置管道設(shè)計規(guī)定》 11)GB 150— 89 《鋼制壓力容器》 12)JB/T 4735— 89 《鋼制焊接常壓容器》 13)HGJ 16— 89 《鋼制化工容器強度計算規(guī)定》 14)HGJ 17— 89 《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》 15)GBJ 16— 87 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》