【文章內(nèi)容簡介】 一次性將一定量的漿料打入反應釜一，反應物之一的濃硫酸從釜頂加入，加熱蒸汽不斷由反應釜底通入，控制反應溫度約105℃,反應時間約4h，反應結(jié)束后一次性將活性白土漿料卸入共用的儲槽3。該間歇酸活化工藝不足之處主要有以下幾點：1）易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；2）難實現(xiàn)自動化控制；3）難實現(xiàn)能量供需平衡，在裝卸料時沒有停止蒸汽的加入，導致能量損失。而經(jīng)本項目改造后的工藝為采用五級反應釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)方式，能很好的解決舊工藝所存在的不足。本項目酸活化工藝流程簡圖如下所示：濃硫酸膨潤土漿一級反應二級反應三級反應四級反應五級反應洗滌工段加熱蒸汽中間儲槽圖24 酸活化工藝流程框圖物料從釜底進入，釜的上側(cè)流出。由于連續(xù)進料出料，物料可在一級到五級反應釜內(nèi)連續(xù)流動。當一級反應釜釜底沉沙較多時，將進料直接加到二級反應釜，同時關(guān)閉一級反應釜的進出口閥，反應約4個小時后將反應產(chǎn)物卸到中間儲槽。清洗干凈后按正常路線進行。同樣，當二級反應釜出現(xiàn)上述情況后，停止其進出料，單獨反應4小時后將物料卸到中間儲槽，清洗干凈后繼續(xù)參與連續(xù)反應。此間隙反應物由一級反應釜直接流入三級反應釜。五級反應后的物料送至洗滌工段，產(chǎn)生的廢酸可循環(huán)利用，廢酸打到廢酸槽，然后返回旋流分離器。反應過程一級反應硫酸濃度控制在17％通過控制循環(huán)廢酸和濃硫酸的流量可達到要求。反應溫度前兩級分別控制在80 ℃和90 ℃，后面三級控制在100 ℃。采用這樣的溫度控制方式是由于反應開始時，由于酸的濃度較高，反應推動力較大，溫度低于水的沸點，大大減少了水的汽化熱，而后幾級因為酸濃度降低，故增高溫度以增加反應推動力。本項目在該工段工藝的改進與舊廠的相比，可節(jié)約20～30％加熱蒸汽。反應用蒸汽加熱，加熱蒸汽從底部通入，使其在反應釜中停留的時間盡可能長并且不完全冷凝，充分利用其熱能，減少蒸汽用量。而直接蒸汽加熱會引入水，但不用列管間接加熱是由于反應釜中硫酸濃度大，對換熱管材料的耐腐蝕性要求高，并且由于反應物在攪拌槳的帶動下不斷旋轉(zhuǎn)，會與換熱管不斷摩擦，使其很快被磨損。所以采用直接蒸汽加熱。本項目在該工段采用廢酸循環(huán)工藝，且活化過程采用連續(xù)反應，為本項目能穩(wěn)定的、連續(xù)的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效活性白土作出巨大貢獻。采用廢酸循環(huán)法的優(yōu)點：1）減少了新鮮硫酸的使用，亦減少了廢酸的排放。2）廢酸中硫酸鹽的存在對蒙脫石八面體的溶解起抑制作用，使膨潤土的結(jié)構(gòu)不易被破壞，從而提高了活性白土的質(zhì)量。經(jīng)改造后的工藝，采用五級反應釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)方式，反應級數(shù)越多，過程就越接近平推流。改造后的工藝不僅解決了舊廠的生產(chǎn)問題，而且，還有下述優(yōu)點：1）五級反應的推動力比單級反應推動力大得多，促進反應的進行。2）節(jié)省間歇反應裝、卸料的時間，生產(chǎn)更為緊湊。3）生產(chǎn)連續(xù)進行，充分利用熱源，更節(jié)能。4）前兩級反應溫度相對低，水幾乎不汽化，相比之下約節(jié)約了20％過熱蒸汽。主要設備有攪拌釜反應器。舊廠所采用的洗滌工藝流程框圖如下圖所示：板框壓濾機壓濾干燥濾餅儲槽廢酸循環(huán)槽反應工段廢水洗滌槽工藝水工藝水圖25 舊廠洗滌工藝流程框圖生產(chǎn)過程中由泵將反應后的漿料輸送至板框壓濾機進行壓濾（有三臺板框壓濾機并聯(lián)操作，相應有三個濾餅儲槽，三個洗滌槽），濾液輸送至廢酸循環(huán)槽，濾餅經(jīng)收集進入在板框壓濾機正下方的濾餅儲槽中，并加入少量水，制成漿，便于進入洗滌槽。所用的洗滌方法是在洗滌槽中邊攪拌邊加水，至一定液位后停止加水并停止攪拌，采用重力沉降使液固分離，用人工虹吸的方法抽走上層清液，重復洗滌三遍。該工藝不足之處有：1）活性白土吸水性強，每次洗滌效果差，需多次洗滌；2）產(chǎn)生的廢水量大；3）人工虹吸會吸走部分活性白土，產(chǎn)品流失率高。針對上述缺點，本項目對洗滌工藝進行改進創(chuàng)新，采用壓濾、洗滌交替進行，以達到連續(xù)性生產(chǎn)，又減少了廢水排放的目的。本項目經(jīng)改進后的洗滌工藝流程如下圖所示：一次壓濾攪拌槽沉降器1反應工段廢水二次壓濾絮凝劑工藝水廢酸循環(huán)槽原料工段離心清液循環(huán)水槽三次壓濾干燥工段壓縮空氣廢水攪拌槽沉降器2絮凝劑工藝水壓縮空氣壓縮空氣圖26洗滌工藝流程框圖生產(chǎn)中由泵將反應后的漿料輸送至板框壓濾機進行壓濾（兩臺板框壓濾機交替工作），所得濾液進入廢酸循環(huán)槽，壓濾完后用部分工藝水洗滌濾餅，洗滌液進入廢酸循環(huán)槽。一次壓濾所得濾餅直接送入預先注有一定循環(huán)水或工藝水的攪拌槽，且絮凝劑是與水同時注入攪拌槽的。兩個并列的攪拌槽中的漿料以重力為動力交替流入沉降器，清液從沉降器上部溢出,并送往廢水處理工段，固體顆粒在沉降器內(nèi)沉降至底部，用泵將濃漿由沉降器底部抽出打入二級壓濾機,壓濾所得濾液送往廢水處理工段。二次壓濾后的濾餅直接送入攪拌槽,攪拌槽中加入的是清水然后重復上述操作，沉降器的溢出液循環(huán)使用，濃漿送往第三級壓濾，濾液循環(huán)使用。壓濾結(jié)束后用鼓風機鼓入一定量的壓縮空氣，以減少濾餅中的含水量，便于干燥。本項目的洗滌工藝和舊廠的相比，具有一下工藝特色有：1）采用連續(xù)洗滌，自動化程度高；2）第二次沉降所得清液及第二、第三次壓濾濾液，循環(huán)使用，減少了新鮮工藝水的使用及廢水的排放；3）洗滌采用壓濾、洗滌交替進行，洗滌效果好，降低了活性白土吸水性對洗滌效果的影響；4）大大減少了產(chǎn)品的流失。本工段主要設備及構(gòu)筑物有板框壓濾機、沉降器、攪拌槽。舊廠所采用的干燥包裝工藝流程框圖如下圖所示：風機濾餅干燥器粉碎機換熱器旋風分離器包裝機氣化爐2粉煤爐渣煙道氣風機收集器圖27 舊廠干燥包裝工藝流程框圖舊廠生產(chǎn)過程中洗滌工段所得濾餅通過皮帶輸送至回轉(zhuǎn)圓筒干燥器進行干燥，干燥采用熱空氣逆流方式進行。干燥熱空氣來自收集器氣固分離后的約190 ℃的氣體，廢氣由引風機抽出。干燥后的物料進入風選粉碎機，其通入的熱空氣是由潔凈空氣與氣化爐燃燒煤所得煙道氣換熱而得。粉碎機中粉碎、干燥、篩選顆粒三步同時進行，合格的活性白土產(chǎn)品經(jīng)旋風分離器分離出，并由收集器進行收集，最后進入包裝階段。舊廠在該工段存在的不足之處有：1）操作不穩(wěn)定，皮帶易出現(xiàn)故障，導致進入收集器的產(chǎn)品溫度過高，燒壞收集器中的布袋，進而導致粉塵污染。2）包裝車間除塵裝置不完備，粉塵污染嚴重。針對上述缺點，本項目對干燥包裝工段進行改進創(chuàng)新，即采用自動化控制生產(chǎn)過程及包裝，以實現(xiàn)本項目穩(wěn)定的、連續(xù)性生產(chǎn)的目標。本項目的干燥包裝工段工藝流程與原廠相同，只是在干燥、粉碎、除塵車間采用了自動化控制，從而增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止了皮帶出現(xiàn)故障或物料堵塞粉碎機時，造成的粉碎機內(nèi)瞬間升溫，進入收集器的粉塵溫度升高，進入干燥器熱空氣溫度升高等問題。此外，本項目的包裝操作在密閉的包裝車間進行，包裝機采用半自動式，在其四周設置屏布。員工在屏布外套袋，裝袋、稱量、封袋在屏布內(nèi)進行，抽風機從屏布內(nèi)抽風除塵，工人便能在較潔凈的環(huán)境中工作。經(jīng)改進后本項目在該工段的工藝特色有：1）采用自動化控制系統(tǒng)，更能確保生產(chǎn)連續(xù)的、穩(wěn)定的進行，而且還能降低設備的維修費用；2）包裝在一密閉環(huán)境進行，改善了操作工人的工作環(huán)境，同時也降低了產(chǎn)品的流失率。 本工段主要設備有氣化爐、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、風選粉碎機、旋風分離器、布袋除塵器和包裝機。一、舊廠酸性廢水處理工藝流程如下圖所示：自然沉降池帶隔層的雙級溢流沉降池中和池平流沉砂池排入河流廢水圖28 舊廠污水處理工藝流程框圖在舊廠的生產(chǎn)過程中，洗滌和壓濾會產(chǎn)生大量的酸性廢水，其中含有大量的鋁鹽和鐵鹽，還存在壓濾洗滌出來的部分產(chǎn)品。在處理過程中，第一步自然沉降的作用是沉降回收廢水中含有的部分產(chǎn)品；第二步溢流沉降則是使廢水進一步沉降從而使水質(zhì)澄清；第三步在中和池中加入電石渣中和剩余的酸，最后通過一個細長的水泥平流沉砂池利用空氣自然氧化一部分鐵鹽，這里的水呈現(xiàn)一定的紅色。當檢測水的PH值符合排放標準后，則將廢水直接排入河流中。此污水處理工藝存在著一下不足的地方：1）加大量的電石渣中和廢水中的酸，使廢水的PH值達標，沒有從分考慮到污水中的鐵鹽和鋁鹽的處理，這仍會造成對水環(huán)境的污染。2）加大量的電石渣不經(jīng)濟，由于電石渣含氧化鈣的量較低，在處理過程中對電石渣的需求量較大，從而加大經(jīng)濟投入。此外，加大量電石渣會產(chǎn)生大量的中和產(chǎn)物較難處理。3）幾個沉降池設計不科學，沉降池沉降效率低，占地面積大。主要設備：舊廠基本沒有專門的廢水處理設備，只有簡單的幾個污水處理池和刮泥機。廢水圓柱形中和池1圓柱形曝氣池幅流式沉降池池槽沉降物一半排放帶式過濾機圓柱形中和池2一半回用圖29 廢水處理流程框圖濾液澄清液二、本項目廢水處理流程如下圖所示： 本項目是本著節(jié)約成本，節(jié)能環(huán)保的原則來設計污水處理方案，其流程如上圖所示。生產(chǎn)過程中本項目采用廢酸全回流和部分洗滌水、過濾水循環(huán)使用，從而大大地減少了需要處理的廢水的量，以及廢水處理的難度。本項目在進行廢水處理時先將廢水通入圓柱形中和池1，用碳酸鈣中和至PH為4，接著將廢水排入圓柱形中和池2，再用氧化鈣中和至PH為7，然后通入圓柱形曝氣池中通過鼓入空氣曝氣，將其中的二價鐵氧化成三價鐵，最后通入幅流式沉淀池中，沉降下來的沉降物通過帶式過濾機，壓濾生成濾餅，其濾液再次返回幅流式沉降池。而經(jīng)豎流式沉淀池處理達標的水一半排入河水中，一半循環(huán)使用。這一處理方案充分利用了水資源，而且充分考慮到環(huán)境保護，排出的水不僅保證了PH值達標，無機物含量達標，而且水質(zhì)澄清。本項目廠址靠近右江，可自建一個簡易的水處理廠，自給自足，少量排放，充分合理的利用水資源。既不造成水體污染，也節(jié)約了用水開支，做到了既經(jīng)濟又環(huán)保。本工段的工藝特色有一下幾方面：1）采用碳酸鈣為主要中和劑，充分利用了當?shù)乜λ固氐孛簿哂胸S富的碳酸鈣資源，因地制宜，節(jié)省水治理的費用。2）做到了充分處理排除的廢水，不會對環(huán)境造成任何危害和影響，做到清潔生產(chǎn)達標排放。本工段主要設備及構(gòu)筑物有圓柱形中和池、圓柱形曝氣池、幅流式沉降池和帶式過濾機。 整體工藝流程示意圖，見附圖第三章 物料衡算及熱量衡算物料衡算的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律。物料衡算是指進入一個裝置（或設備）的主物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內(nèi)部積累起來的物料的量。進行物料衡算時，首先必須確定衡算的體系，對一般體系，均可表示為：輸入量＝積累量＋輸出量對于有化學反應的系統(tǒng)，可表示為：物料輸入量＝物料輸出量－生產(chǎn)量＋物料消耗量－積累量當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時：物料輸入量＝物料輸出量本流程采用Aspen plus2006版本模擬軟件進行模擬。膨潤土是復雜的八面體層狀物質(zhì)，在Aspen組成庫里沒有膨潤土的單個代替組分，故參見《可行性報告》 可知，土的成分可分析為下表各組分，故用SiO2,Al2O3等組分代替膨潤土礦進行等效模擬。表31：膨潤土成分分析成分SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2H2O+平均值ωB/％模擬組分中水作為單獨組分模擬，所以與整個系統(tǒng)沒有大的聯(lián)系，故整個流程采用電解質(zhì)模型方法進行模擬。一、原料工段：本工藝流程需使用到磨機，但Aspen模型庫沒有磨機模型，所以經(jīng)考慮選用粉碎機單元代替磨機進行模擬。1）模擬流程圖如下：圖31 原料工段模擬流程圖 2） 物料衡算表： 表32：原料工段物料衡算表物流進出水（water1）原料（materiel）旋流器合格漿料(7)固體廢棄物(loss)質(zhì)量流量kg/h溫度/℃252525壓強/bar計算數(shù)據(jù)請參見Aspen流程模擬數(shù)據(jù)文件1。二、反應工段設定各組分反應在各級反應器的轉(zhuǎn)化率和反應溫度，即可進行模擬。由于攪拌器的功耗相對于蒸汽的消耗量來說很小，可將功耗歸于熱量的模擬，故選用Rstoic反應模型進行該工段的模擬。Cooler1和Cooler2單元模擬物流自然熱損失，而Heater單元模擬濃硫酸與水混合產(chǎn)生的混合熱。1）模擬流程圖如下：圖32：反應工段模擬流程圖2） 物料衡算表： 表33:反應工段物料衡算表物流進出濃硫酸（acid）漿料（7）循環(huán)酸（cyc）反應后（33）質(zhì)量流量kg/h2250溫度/℃257090壓強/bar三、洗滌工段洗滌工段的板框壓濾機在Aspen里用Filter單元進行壓濾