【正文】 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。 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 33 預(yù)熱區(qū)在窯的上部，其作用是使從煅燒區(qū)上來的廢氣與新投人的石灰石和炭材相遇，進行熱交換，對將進人鍛燒區(qū)的石灰石及炭材進行預(yù)熱， 由于 石灰石的分解溫度 在 812C ，所以大家把預(yù)熱區(qū)與鍛燒區(qū)溫度分 割 點 設(shè)在 850C 。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，可計算出換熱管的管程和數(shù)量。根據(jù)生產(chǎn)實踐，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 7 625*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) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 32 加熱水箱換熱面積的確定 用 110℃ 過熱蒸汽 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。所以塔的凈容積為 V凈 ? ?= ～ V總 ○ 2 V 凈 — 有效容積 (米 3 )有效容積是指氣、液、固三相接觸進行吸收、化學(xué)反應(yīng)、結(jié)晶生成及成長的空間。當(dāng)產(chǎn)量確定時， V總就有定值，有 V總和塔高（ H） ，可求出塔徑（ D）。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，一般認(rèn)為碳化塔的高度選用 24~27米是合適的。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。 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，使得攪龍的操作條件變化頻繁，達不到理想的浸取效果。 改進方向 攪龍浸取技術(shù)存在一些缺點，主要表現(xiàn)在： a 有時物料被破碎得很厲害，使得鹵液粥樣化，殘渣推不走，鹵液難澄清，造成停工處理。 c 物料不易過細(xì)，否則物料剛進入攪龍，較小的顆粒來不及沉淀，便隨鹵流入澄清罐。 如果能保證這一要求，一般殘渣含 BaS 量不會超過 %。 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 30 b 通過控制首節(jié)攪龍出鹵速率，使成鹵濃度在要求范圍內(nèi)，有選擇的調(diào)節(jié)稀鹵及循環(huán)水的加入量，保證攪龍內(nèi)液面高度，可控制各段攪龍內(nèi)鹵液濃度。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。根據(jù)浸取原理浸取液應(yīng)在攪 龍的末端加入，以提高殘渣的洗滌效果。 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動。~10176。由于該攪龍運送的是濕物料，為利用殘液的回收，其斜度 ? 角可適當(dāng)大于 20176。出渣在物料殘渣運行至第 4節(jié)末端時，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 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，動力消耗加大，而回收的 BaS 量卻有限，所以，該部分殘渣應(yīng)徑直進入攪龍。 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)置隔倉板。 濃度梯度攪龍浸取系多段逆流浸取，為了浸取充分，成鹵濃度合格，設(shè)計設(shè)計中又把攪龍用隔板分成若干個倉（每節(jié)課分為 2~3 個），從浸取液入口形成濃度不斷提高的梯度，相鄰的兩倉之間液體流動靠攪龍側(cè)面的溢流跨斗來完成（如圖 4） 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 28 通過對溢流口高度的不同安排，使上一段倉上濃度較小的鹵液溢流至下一段倉的攪龍中處，液體以流速介于層流和湍流之間為最佳，隔板下方要有攪龍推渣而過的空間。為此設(shè)計分為分段組合式，將攪龍分為 4 節(jié)，另加第五節(jié)出渣攪龍， 水平搭接排列。 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 倍，但是為了延長物料在絞龍內(nèi)的停留時間，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) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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高，以使物料有一個較長的浸取時間，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)限速原則進行調(diào)整， n=20(r/min) 填充系數(shù)驗： ***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)計算，當(dāng) n=3r/min 時， φ = 接近推薦填充系數(shù) 攪龍長度 按理論計算，攪龍長度應(yīng)為： 3640**3 ??? n t TL 理 （ m） 根據(jù)設(shè)計規(guī)范，攪龍輸送長度要小于 40m。 停留時間：根據(jù)試驗，浸取時間 T為 40min左右能達到要求。 2 原始條件 物料： 黑灰（ BaS） 。攪龍除起推動作用外，還具有攪動的功能，能滿足浸取要求 。但在殘渣處理量大，液體易結(jié)晶的場合，這些浸取方法就顯得能力小、勞動強度大易結(jié)晶阻塞。 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。 燃料燃燒生成廢氣量 ( )1000VDwf QV G c? ? ? ? (9) 式中 VDwQ —— 燃料燃燒熱值， kcal/kg； Gc—— 燃料消耗量， kg/kg 燃料燃燒過?？諝饬? kgmV f / 8 7 5 05 2 1 0*) 8 *1 0 0 02 9 1 8 5*( ??? 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 22 燃料燃燒過?？諝饬? ac1 V GVe ???（ ） （ 10） 式中 aV —— 燃料燃燒需要空氣量， m3/kg； ? —— 過剩空氣系數(shù)，取 . 對固體燃料 Va 1 .0 1 0 .51000VDwQV?? Va? 291851 . 0 1 0 . 5 7 . 5 44 . 1 8 6 1 0 0 0? ? ?? m3/kg hmVe / 8 7 5 05 2 1 0**)( ??? 3生料分解生成廢氣量 (1 0 0 ) 1 .9 7 7IrVr Ir? ?? （ 11） 式中 Ir—— 生料燃燒失量 ， %； —— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 CO2 氣體的密度， kg/m3。 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—— 燃料燃燒過剩空氣量， 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。 mi **2 9 * ??T T 與回轉(zhuǎn)爐長度及內(nèi)徑的關(guān)系如下： Tn DiSL sin??? (7) )( in ***1* mL ?? 核算生產(chǎn)能力 。 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 21 S—— 回轉(zhuǎn)爐的傾斜角 3%～ 6%，取 4%，相當(dāng)于 176。 冷流體預(yù) 熱使溫度升高至 50℃，再通入碳化塔進行反應(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，以達到能源的回收利用?！? 假設(shè)水的比熱為溶液的比熱，則反應(yīng)放出的全部熱量能使液體升高 T℃， T= 1012/【 104（ 145+1000） 103】 =℃ 出塔液體溫度為 90℃，通入換熱器殼層與進入碳化塔的冷流體進行接觸，冷流體預(yù)熱，熱流體冷卻。 預(yù)碳化塔取出液含量計算： 碳酸鋇含量 W1=( 106 )/[ 104（ 145+1000） ]=% 假設(shè)預(yù)碳化徹底進行，則硫氫化鋇含量 W2=(100000 106/) [ 104（ 145+1000） ]=% 碳化塔取出液含量計算 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。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)碳化塔進口中二氧化碳的含量，使預(yù)碳化進行更徹底，提高硫氫化鋇的產(chǎn)量。 工藝計算 物料衡算 反應(yīng)物料計算 已知碳化塔入口氣體含量： wCO2≈ 40%, 出口氣體含量 :wCO2≈ 5%、 wH2S≈ 36% 根據(jù)反應(yīng)方程可得： 硫化鋇溶液年用量 V=(100000 106/) （ L） = 108L 二氧化碳用量 M=（ 106/） 44 40%/(40%5%)= 106g/h 二氧化碳年耗量 M 總 =（ 100000/） 44 40%/(40%5%)=窯氣 年 總用量 M′ = 103m3/a 碳化塔的進氣量 M1= 103/7200= m3/h 在通入預(yù)碳化塔的氣體中，有 5%的二氧化碳，反應(yīng)時，需消耗 : nBa2+= 103 5%/ 106mol 因此硫化鋇溶液年用量應(yīng)為 V′ =（ 106 ） + 108L = 108L 硫化鋇溶液的流量 V1= 108/7200= 104L/h 窯氣的流量 M2= 103/7200= 103 m3/h 碳化塔入口液體流量 V2= 108/7200= 104 L/h 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 17 預(yù)碳化塔進口氣體流量 M3=(100000 106/) 34 2/ 103 m3/h 碳化塔中二氧化碳的吸收量 M3′ = 103 35%/7200= m3/h 預(yù)碳化塔中硫化氫的吸收量 M4=(100000 106/) 34/2/ 碳化塔中硫化氫的生成量 M5=(100000 106/) 34 2/由計算可知：碳化塔尾氣中的硫化氫 可 供預(yù)碳化使用。 日生產(chǎn)能力： 噸 /天，考慮安全系數(shù)后： 噸 /天，即 噸 /小時。 此設(shè)計中影響連續(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，使液流體能夠及時帶走反應(yīng)結(jié)晶物，減小結(jié)晶物在塔底的停留時間。清洗碳化塔時，關(guān)閉尾氣收集閥門，清洗預(yù)碳化塔時，關(guān)閉沉降池進口閥門，即為清洗時各塔獨立反應(yīng)。 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 1