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含鐵廢鹽酸資源化處理工藝設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計(參考版)

2024-08-14 10:50本頁面
  

【正文】 最后感謝評閱論文和出席 畢業(yè) 論文答辯委 員會的諸位專家、教授在百忙中給予的悉心指導(dǎo) !同時感謝所有曾給予我支持、幫助和關(guān)心的老師、同學(xué)和朋友們 ! 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 參考文獻 [1]武晶 .不銹鋼酸洗廢液制備硝酸鐵工藝研究 [D].暨南大學(xué) ,2020. [2]Helena Bendov225。他們淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、科學(xué)求實的作風(fēng)和忘我的敬業(yè)精神為我樹立了良好的榜樣,將永遠激勵我在以后的工作、生活中奮進 ! 感謝 同在宋老師帶領(lǐng)下的同學(xué)路潔嬙、劉闖、楊坤、馬力 , 還有我的同學(xué)姚森,譚景偉等 在我論文完成過程中給予了極大的支持和無私的幫助,在此一并向他們表示最衷心 的感謝 ! 感謝父母、親友的理解和支持。在此謹向 宋 老師致以崇高的敬意和最誠摯的感謝。 在編寫論文過程中 , 宋 老師無論是在學(xué)習(xí)上還是生活上都給予我莫大的鼓勵、鞭策和支持。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 致謝 本論文是在我的導(dǎo)師 宋恩軍 教授的悉心指導(dǎo)下完成的。如若需要可以請有經(jīng)驗的人對這方面進行專業(yè)的分析計算。 4H2O 晶體的結(jié)晶設(shè)備設(shè)計較為簡略,直接進行了選型,未進行準確地、系統(tǒng)化地分析。 由于參數(shù)搜集不全,化工原理和物理化學(xué)知識掌握不到位,例如文中所設(shè)計的各個換熱器總傳熱系數(shù)沒有根據(jù)理論公式計算而是直接根據(jù)經(jīng)驗選取。 4H2O晶體產(chǎn)品,經(jīng)過濾離心機分離后進入產(chǎn)品儲罐。 冷凝器中的不凝氣體進入石墨降膜吸收器后, 收器被吸收成 31%的濃鹽酸, 酸。 含 HCl 氣體和水蒸氣混合 氣體進入冷凝器后將混合氣體從 95℃ 冷卻到 40℃ 后,有 ,回流到降膜蒸發(fā)器中繼續(xù)蒸發(fā)。 定期測量換熱器的殼體厚度,一般兩年一次。 開停換熱器時,不要將閥門開得太猛,否則容易造成管子和殼體受到?jīng)_擊,以及局部驟然脹縮,產(chǎn)生熱應(yīng)力,使局部焊縫開裂或管子連接口松弛。 保持壓力表、溫度計、安全閥和液位計等儀表和附件的齊全、靈敏和準 確。 操作工應(yīng)認真負責(zé),在結(jié)晶操作上要勤檢查,穩(wěn)定工藝,保證生產(chǎn)在最佳條件下進行。 母液溫度不宜相差過大,避免過飽和度過大,晶核增多。產(chǎn)品按粒度分 級排出,使符合粒度要求的晶粒能作為產(chǎn)品及時排出,而不使其在結(jié)晶器內(nèi)繼續(xù)參與循環(huán)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 對溶液進行加熱、過濾等預(yù)處理,以消除溶液中可能成為過多晶核的微粒。 應(yīng)防止系統(tǒng)帶氣,否則會破壞晶漿床層,使液面翻騰,溢流帶料嚴重。 冷卻結(jié)晶器操作說明 維持穩(wěn)定的過飽和度,防止結(jié)晶器在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生過大的過飽和度。 定期檢查換熱器及管子與管板的連接處是否有損,外殼有無變形以及換熱器有無振動現(xiàn)象,若有應(yīng)及時排除。 定時分析冷、熱流體的變化情況,以確定有無泄漏。 經(jīng)常檢查冷、熱流體的進、出口溫度和壓力變化情況,如有異常現(xiàn)象,應(yīng)立即查明原因,清除故障。 通入的冷熱流體應(yīng)干凈,流體如果含有大顆粒固體雜質(zhì) 和纖維質(zhì),一定要提前過濾和清除,防止堵塞通道及結(jié)垢。 打開冷流體進口閥并通入流體,而后打開熱流體入口閥,緩慢或逐次地通入。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 第五章操作說明及維護 操作說明 換熱器操作說明 檢查裝置上的儀表、閥門等是否齊全好用。三樓平面布置 降膜蒸發(fā)器、 冷凝器、 降膜吸收器等 。二樓平面布置冷凝結(jié)晶釜、過濾離心機、 FeCl2 設(shè)備布置 設(shè)備布置應(yīng)該遵循工藝流程的前后、上下、左右的順序,確保工藝流程在設(shè)備上體現(xiàn)出連續(xù)性,使原料到產(chǎn)品的路線最短,并且最為合理,并需綜合考慮主導(dǎo)風(fēng)向、安全衛(wèi)生和防腐、操作條件、設(shè)備安裝檢修、廠房建筑等因素對設(shè)備布置的要求。生活室中的辦公室、化驗室、休息室等宜布置在廠房南面,以充分利用太陽能采暖 。柱網(wǎng)間距采用 6m,寬度選擇 ,采用 6— — 6 形式的跨度。 主反應(yīng)設(shè)備及輔助設(shè)備構(gòu)造與特性 本 設(shè)計為 初步的工業(yè)化 設(shè)計, 其 中所涉及的公用系統(tǒng)的耗用量、車間定員廠區(qū)總平面布置圖、建廠地形和氣象等資料均從略。 總高程面布置(見高程面圖) 車間布置 基礎(chǔ)資料 工藝流程圖,詳見附圖。 3.做好原料液,剩余液高程布置與蒸汽高程布置的配合,盡量同時減少兩者的提升次數(shù)和高度。輔助設(shè)備一覽表如表 : 表 設(shè)備名稱 設(shè)備型號或尺寸 設(shè)備數(shù)量 廢酸儲罐 V= 10m3:φ 1 濃酸再生酸儲罐 V= 5m3: φ 1 稀酸再生酸儲罐 V= 5m3: φ 1 耐腐蝕泵 CQB50— 32— 125F, 12m3/h,揚程 20m,電機功率 若干 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 第四章高程、車間布置 高程布置 1.充分利 用地形地勢和給水排水系統(tǒng),使原料液一次提升便能順利自然的通過工藝操作單元,排出廠外。 4H2O 晶體顆粒留轉(zhuǎn)鼓內(nèi) ,將主機降至低速 ,由刮刀將濾渣刮下 ,從轉(zhuǎn)鼓底的孔 排出打包外運 。 4H2O晶體顆粒 被甩到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上 ,其中中速進料有利于布料均勻 ,減少進料的振動 ,使機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。故通過查閱有關(guān)分離機械書籍選定 SXY—— 1000 三足下卸料液壓全自動過濾離心機。 過濾離心設(shè)備選型 本設(shè)計中利用過濾離心設(shè)備將 FeCl2 在此基礎(chǔ)上,過濾 離心 分離利用 懸浮液在離心力場下產(chǎn)生的離心壓力,作用在過濾介質(zhì) (濾網(wǎng)或濾布 )上,使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液;而固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面,形成濾渣,從而實現(xiàn)液 固分離。設(shè)計指標如下表 所示: 表 結(jié)晶器設(shè)計指標 罐內(nèi) 夾套 導(dǎo)流筒 工作壓力 MPa 常壓 工作溫度℃ 20— 90 20 20 工作介質(zhì) 物料 冷卻水 冷卻水 全容積 m3 7 換熱面積 m2 20 攪拌轉(zhuǎn)速 r/min 可調(diào) 電功率 KW 材質(zhì) 不銹鋼 軸密封 不銹鋼攪拌釜專用機械密封 過濾離心機 過濾離心分離簡述 離心分離借助于離心力,使 料液中 比重不 同的物質(zhì)進行分離的方法。但必須選用合適的循環(huán)泵,以避免懸浮的晶體磨損磨碎。內(nèi)循環(huán)釜式結(jié)晶器由于換熱面積的限制,換熱量不能太大。 冷卻結(jié)晶設(shè)備選型 選定目前市場上應(yīng)用較廣的冷卻結(jié)晶器 —— 間接換熱釜式結(jié)晶器。 4H2O的摩爾質(zhì)量與 FeCl2的摩爾質(zhì)量之比, R= 將上述各量帶入結(jié)晶產(chǎn)品量公式可得: G= = 即每小時可通過冷卻結(jié)晶設(shè)備獲得 FeCl2由上述蒸發(fā)器物料衡算可知 W即為從蒸發(fā)器中蒸發(fā)過程結(jié)束后的剩余液體量, W= V—— 單位進料中溶劑蒸發(fā)量, kg/kg原料溶液;在不移除溶劑的冷卻結(jié)晶過程中,V= 0。 結(jié)晶過程物料衡算 根據(jù)形成水合物結(jié)晶過程結(jié)晶產(chǎn)品量計算公式: G= 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 式中 G—— 結(jié)晶產(chǎn)品量, kg。 冷卻結(jié)晶釜 冷卻結(jié)晶簡述 冷卻結(jié)晶是通過降低溶液的溫度使溶液達到過飽和,進而析出一定的結(jié)晶體的操作過程,該方法適用于溶解度隨溫度降低而顯著減少的鹽類結(jié)晶操作。 h = 55809KJ/h。 h 濃酸石墨降膜吸收器設(shè)計計算 總傳熱量計算: Q= Cp (t1- t2)mHCl Q 降溫 = (40- 35)= Q 溶解 = 247。其溶解熱為 / mol。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 查閱資料得知氯化氫氣體在 35℃的溫度下溶解于水生成 20% ~25%的稀鹽酸,其溶解熱為 / mol。再經(jīng)過濃酸吸收器,在濃酸吸收器中吸收氯化氫氣體中的 60%,生成 3l%的濃鹽酸。 計算依據(jù) 一般地,混合氣體經(jīng)冷凝器冷凝等過程后,會有部分氯化氫氣體溶解到水中形成約 10%左右的稀鹽酸,回流到降膜蒸發(fā)器中繼續(xù)與原料液共同蒸發(fā),進而通過簡單計算得出進入降膜吸收器的 HCl 氣體為 。操作時吸收劑通過布膜器沿垂直列管內(nèi)壁以薄膜狀 下降,氣體自上而下(并流)或自下而上(逆流)通過內(nèi)管空間,氣液兩相在流動的液膜上進行傳質(zhì)。管內(nèi)走吸收劑及吸收氣體,管間走冷卻劑;上部固定管板以下稱為吸收器頭部,內(nèi)有分布裝置,保證吸收劑均勻地分布到每根吸收管內(nèi),并在管內(nèi)壁形成薄膜往下流。該 設(shè)備的結(jié)構(gòu)按其所起作用分為兩部分。 K) 冷凝器傳熱面積計算 根據(jù)傳熱速率方程: S= 將上述各參數(shù)帶入得 S= = 取 20%安全參 數(shù)得 S’= 120%= 冷凝器型號選定 根據(jù)上述一系列計算結(jié)果并結(jié)合本設(shè)計實際情況,查閱《化工單元操作實用技術(shù)》附錄 — 冷凝器規(guī)格,選定 FLA400— 25— 25— 2型冷凝器。 K) 將各參數(shù) 代入上式: Q2= 55 = Q 總 = Q1﹢ Q2= 2124055KJ 冷凝器傳熱平均溫差計算 當(dāng)冷凝器中兩流體做逆流操作時: 熱流體溫度 95℃→ 40℃ 冷流體溫度 50℃ ← 20℃ 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 兩端溫度差 Δ t1= 20℃ Δ t2= 45℃ 所以 Δ Tm= = = 總傳熱系數(shù)選定 查閱化工原理教材附錄 — 管殼式換熱器用作冷凝器時的 K值范圍表如表 : 表 管殼式冷凝器 K值經(jīng)驗表 高溫流體 低溫流體 總傳 熱系數(shù)范圍 W/(m2Δ H 水 + W 水 3( 95- 40) C 水 = + 55 = 2116445KJ HCl 氣體冷卻放出的熱量 Q2: Q2= WHCl( 95℃ - 40℃ ) CHCl 式中 HCl 的比熱容 CHCl經(jīng)查閱《化工單元操作實用技術(shù)》附錄可得 95℃ 到 40℃ 之間 HCl的平均比熱容為 (kg 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 蒸汽冷凝熱量計算 該冷凝操作在 80kPa的負壓下進行,與蒸發(fā)器同步,擬 定把溫度高達 95℃ 的氣體混合物冷卻到 40℃ 以下,而冷卻水溫度從 20℃ 通過熱交換升高到 50℃ 。在本設(shè)計工藝中,采用間壁式冷凝器,其工作原理等同于列管式換熱器。 加熱方式: 降膜蒸發(fā)器的加熱方式是從超級恒溫水浴的熱水走殼程,物料走管程,連續(xù)不斷地給物料加熱進行蒸 發(fā)濃縮。有良好的加工性能 。因為不銹鋼材質(zhì)具有良好的耐腐蝕性能,無生銹現(xiàn)象 。設(shè)置加熱蒸汽壓強 300kPa,則加熱蒸汽冷凝溫度 Ts= ℃ ,加熱溶液的沸點 TC即為 T1= 95℃ 。因此,可以認為加熱室兩側(cè)均為恒溫,則: Δ Tm= Ts- TB 如果以下三點成立:第一,二次蒸汽從蒸發(fā)器流到冷凝器沒有摩擦損失,蒸發(fā)器分離室的壓力等于冷凝器內(nèi)的壓 力;第二,蒸發(fā)器加熱室中沒有液層的影響,加熱室溶液中的平均壓力等于分離室中的壓力;第三,沒有溶液濃度引起的溶液沸點升高,則蒸發(fā)器中溶液的沸點等于冷凝器操作壓力 PC下水的沸點 TC。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 Δ Tm 為加熱室兩側(cè)的平均溫度差;蒸發(fā)器加熱室的一側(cè)為蒸汽冷凝,其溫度為加熱蒸汽的冷凝溫度 Ts,另一側(cè)為溶液沸騰,其溫度為溶液的沸點。℃ ) 水平沉浸加熱時 600 ~2300 標準式(自然循環(huán)) 600 ~3000 標準式(強制循環(huán)) 1200 ~6000 懸筐式 600 ~3000 外加熱式(自然循環(huán)) 1200 ~6000 外加熱式(強制循環(huán)) 1200 ~7000 升膜式 1200 ~6000 降膜式 1200 ~3500 蛇管式 350 ~2300 這里取總傳熱系數(shù) K= 1200W/(m2 K)。 K)。 熱量衡算 蒸發(fā)過程中,溶液的稀釋熱可以忽略,故只計算蒸汽與水的焓即可 當(dāng) 溶液稀釋熱可忽略時,加熱蒸汽消耗量計算公式如下: Dr= Wr’+ Fc0(T1- T0)+ QL 式中 r’—— 二次蒸汽的汽化熱, KJ/kg 。 X0—— 原料液的質(zhì)量 分數(shù),即氯化亞鐵質(zhì)量分數(shù), 18%; X1—— 完成液的質(zhì)量分數(shù); 以氯化亞鐵質(zhì)量分數(shù)為基準,擬定完成液氯化亞鐵質(zhì)量分數(shù)為 x1=95% 帶入已知量: 1250 18%=( 1250W) 95% 解得總蒸汽量 W=在此過程中,一般認為此工藝 HCl 可蒸發(fā) 90%以上,這里取 90%, HCl 揮發(fā)總量: WHCl=1250 15% 90%=。 物料衡算 物料及熱量衡算圖如圖 圖 物料、熱量衡算圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 Fx0=(FW)x1 式中 F—— 原料液流量, kg/h。在這個過程中,在液體和加熱面之間會產(chǎn)生一層極薄的液層,從而形成溫差。也就是當(dāng)液體進入降膜蒸發(fā)器中垂直的加熱 管內(nèi),液體被管外的加熱源 (蒸汽或熱載體 )加熱而達到沸騰。 4H2O的同時回收了稀鹽酸,使廢酸得到處理,整個系統(tǒng)可做到無外排放,實現(xiàn)零污染。離心分 離出的少量母液通過管道被收集到廢酸儲液罐中,(也可作為高濃度液體氯化亞鐵產(chǎn)品直接出售),與酸洗廢酸混合后再經(jīng)防腐輸送泵打到 降膜蒸發(fā)器 進料口中,被加熱后進入下一個循環(huán)處理流程,如此周而復(fù)始。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 在蒸出水和 HCl 氣體的同時, 被 降膜 蒸發(fā)器濃縮的料液下沉經(jīng)管道進入冷卻結(jié)晶釜中,經(jīng)冷卻結(jié)晶釜進一步降溫冷卻以至產(chǎn)生氯化亞鐵結(jié)晶體( FeCl2當(dāng)料液達到一定的蒸發(fā)溫度后,水和 HCl 的共沸物會
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