【正文】 ir）廢氣（vapor）產(chǎn)品（product）溫度/℃27080壓強(qiáng)/bar汽化率0110質(zhì)量流量kg/h11600焓kJ/h106106106106106相對(duì)濕度///煤耗表： 表313:煤耗表產(chǎn)生消耗飽和蒸汽kg/h熱空氣kg/h褐煤kg/h399711600注：褐煤產(chǎn)生的熱量利用率按40％算。1）模擬流程圖如下： 圖35:廢水處理模擬流程圖2）物料衡算表： 表38:廢水處理物料衡算表物流進(jìn)出廢水CaCO3CaOO2洗滌水（4）固體廢棄物再利用水（reuse）排放水（let）質(zhì)量流量kg/h0溫度/℃25252525252525壓強(qiáng)/bar3） 廢水處理結(jié)果 根據(jù)Aspen模擬數(shù)據(jù)，對(duì)處理結(jié)果分析如下。圓柱形中和池1，圓柱形中和池2及圓柱形曝氣池用Rstoic單元模擬，幅流式沉降池用Swash單元模擬，帶式過(guò)濾機(jī)用Filter單元模擬。但是，實(shí)際情況下產(chǎn)品的最后含水量為結(jié)合水，旋風(fēng)分離器和布袋是可以正常工作的，且其除塵效率可達(dá)99％以上，所以考慮Aspen模型的局限性而對(duì)除塵器不做模擬。熱空氣溫度為300℃，預(yù)設(shè)30℃溫度損失代替熱損失及回轉(zhuǎn)圓筒干燥器的功耗，所以用270℃的熱空氣進(jìn)行模擬。因此，模擬時(shí)循環(huán)90％的廢酸即可達(dá)到實(shí)際情況下的廢酸全回流的效果。1）模擬流程圖如下：圖32：反應(yīng)工段模擬流程圖2） 物料衡算表： 表33:反應(yīng)工段物料衡算表物流進(jìn)出濃硫酸（acid）漿料（7）循環(huán)酸（cyc）反應(yīng)后（33）質(zhì)量流量kg/h2250溫度/℃257090壓強(qiáng)/bar三、洗滌工段洗滌工段的板框壓濾機(jī)在A(yíng)spen里用Filter單元進(jìn)行壓濾模擬，而壓濾機(jī)的水洗部分及沉降槽的水洗部分按理論水洗效果討論，采用Swash單元進(jìn)行模擬。由于攪拌器的功耗相對(duì)于蒸汽的消耗量來(lái)說(shuō)很小，可將功耗歸于熱量的模擬，故選用Rstoic反應(yīng)模型進(jìn)行該工段的模擬。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(jìn)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(qiáng)/bar計(jì)算數(shù)據(jù)請(qǐng)參見(jiàn)Aspen流程模擬數(shù)據(jù)文件1。表31：膨潤(rùn)土成分分析成分SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2H2O+平均值ωB/％模擬組分中水作為單獨(dú)組分模擬，所以與整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有大的聯(lián)系，故整個(gè)流程采用電解質(zhì)模型方法進(jìn)行模擬。進(jìn)行物料衡算時(shí)，首先必須確定衡算的體系，對(duì)一般體系，均可表示為：輸入量＝積累量＋輸出量對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)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(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)：物料輸入量＝物料輸出量本流程采用Aspen plus2006版本模擬軟件進(jìn)行模擬。 整體工藝流程示意圖，見(jiàn)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。2）做到了充分處理排除的廢水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何危害和影響，做到清潔生產(chǎn)達(dá)標(biāo)排放。既不造成水體污染，也節(jié)約了用水開(kāi)支，做到了既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。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(hù)，排出的水不僅保證了PH值達(dá)標(biāo)，無(wú)機(jī)物含量達(dá)標(biāo)，而且水質(zhì)澄清。本項(xiàng)目在進(jìn)行廢水處理時(shí)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(guò)鼓入空氣曝氣，將其中的二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，最后通入幅流式沉淀池中，沉降下來(lái)的沉降物通過(guò)帶式過(guò)濾機(jī)，壓濾生成濾餅，其濾液再次返回幅流式沉降池。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(guò)濾機(jī)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(xiàng)目廢水處理流程如下圖所示： 本項(xiàng)目是本著節(jié)約成本，節(jié)能環(huán)保的原則來(lái)設(shè)計(jì)污水處理方案，其流程如上圖所示。3）幾個(gè)沉降池設(shè)計(jì)不科學(xué)，沉降池沉降效率低，占地面積大。2）加大量的電石渣不經(jīng)濟(jì)，由于電石渣含氧化鈣的量較低，在處理過(guò)程中對(duì)電石渣的需求量較大，從而加大經(jīng)濟(jì)投入。當(dāng)檢測(cè)水的PH值符合排放標(biāo)準(zhǔn)后，則將廢水直接排入河流中。一、舊廠(chǎng)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(jí)溢流沉降池中和池平流沉砂池排入河流廢水圖28 舊廠(chǎng)污水處理工藝流程框圖在舊廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程中，洗滌和壓濾會(huì)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(lái)的部分產(chǎn)品。經(jīng)改進(jìn)后本項(xiàng)目在該工段的工藝特色有：1）采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，更能確保生產(chǎn)連續(xù)的、穩(wěn)定的進(jìn)行，而且還能降低設(shè)備的維修費(fèi)用；2）包裝在一密閉環(huán)境進(jìn)行，改善了操作工人的工作環(huán)境，同時(shí)也降低了產(chǎn)品的流失率。此外，本項(xiàng)目的包裝操作在密閉的包裝車(chē)間進(jìn)行，包裝機(jī)采用半自動(dòng)式，在其四周設(shè)置屏布。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本項(xiàng)目對(duì)干燥包裝工段進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，即采用自動(dòng)化控制生產(chǎn)過(guò)程及包裝，以實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目穩(wěn)定的、連續(xù)性生產(chǎn)的目標(biāo)。舊廠(chǎng)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(dǎo)致進(jìn)入收集器的產(chǎn)品溫度過(guò)高，燒壞收集器中的布袋，進(jìn)而導(dǎo)致粉塵污染。干燥后的物料進(jìn)入風(fēng)選粉碎機(jī)，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。舊廠(chǎng)所采用的干燥包裝工藝流程框圖如下圖所示：風(fēng)機(jī)濾餅干燥器粉碎機(jī)換熱器旋風(fēng)分離器包裝機(jī)氣化爐2粉煤爐渣煙道氣風(fēng)機(jī)收集器圖27 舊廠(chǎng)干燥包裝工藝流程框圖舊廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中洗滌工段所得濾餅通過(guò)皮帶輸送至回轉(zhuǎn)圓筒干燥器進(jìn)行干燥，干燥采用熱空氣逆流方式進(jìn)行。本項(xiàng)目的洗滌工藝和舊廠(chǎng)的相比，具有一下工藝特色有：1）采用連續(xù)洗滌，自動(dòng)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(jìn)行，洗滌效果好，降低了活性白土吸水性對(duì)洗滌效果的影響；4）大大減少了產(chǎn)品的流失。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(fù)上述操作，沉降器的溢出液循環(huán)使用，濃漿送往第三級(jí)壓濾，濾液循環(huán)使用。一次壓濾所得濾餅直接送入預(yù)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(shí)注入攪拌槽的。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本項(xiàng)目對(duì)洗滌工藝進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，采用壓濾、洗滌交替進(jìn)行，以達(dá)到連續(xù)性生產(chǎn)，又減少了廢水排放的目的。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(fù)洗滌三遍。主要設(shè)備有攪拌釜反應(yīng)器。3）生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，充分利用熱源，更節(jié)能。改造后的工藝不僅解決了舊廠(chǎng)的生產(chǎn)問(wèn)題，而且，還有下述優(yōu)點(diǎn)：1）五級(jí)反應(yīng)的推動(dòng)力比單級(jí)反應(yīng)推動(dòng)力大得多，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。2）廢酸中硫酸鹽的存在對(duì)蒙脫石八面體的溶解起抑制作用，使膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)不易被破壞，從而提高了活性白土的質(zhì)量。本項(xiàng)目在該工段采用廢酸循環(huán)工藝，且活化過(guò)程采用連續(xù)反應(yīng)，為本項(xiàng)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(xiàn)。而直接蒸汽加熱會(huì)引入水，但不用列管間接加熱是由于反應(yīng)釜中硫酸濃度大，對(duì)換熱管材料的耐腐蝕性要求高，并且由于反應(yīng)物在攪拌槳的帶動(dòng)下不斷旋轉(zhuǎn)，會(huì)與換熱管不斷摩擦，使其很快被磨損。本項(xiàng)目在該工段工藝的改進(jìn)與舊廠(chǎng)的相比，可節(jié)約20～30％加熱蒸汽。反應(yīng)溫度前兩級(jí)分別控制在80 ℃和90 ℃，后面三級(jí)控制在100 ℃。五級(jí)反應(yīng)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。同樣，當(dāng)二級(jí)反應(yīng)釜出現(xiàn)上述情況后，停止其進(jìn)出料，單獨(dú)反應(yīng)4小時(shí)后將物料卸到中間儲(chǔ)槽，清洗干凈后繼續(xù)參與連續(xù)反應(yīng)。當(dāng)一級(jí)反應(yīng)釜釜底沉沙較多時(shí)，將進(jìn)料直接加到二級(jí)反應(yīng)釜，同時(shí)關(guān)閉一級(jí)反應(yīng)釜的進(jìn)出口閥，反應(yīng)約4個(gè)小時(shí)后將反應(yīng)產(chǎn)物卸到中間儲(chǔ)槽。本項(xiàng)目酸活化工藝流程簡(jiǎn)圖如下所示：濃硫酸膨潤(rùn)土漿一級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)三級(jí)反應(yīng)四級(jí)反應(yīng)五級(jí)反應(yīng)洗滌工段加熱蒸汽中間儲(chǔ)槽圖24 酸活化工藝流程框圖物料從釜底進(jìn)入，釜的上側(cè)流出。該間歇酸活化工藝不足之處主要有以下幾點(diǎn)：1）易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；2）難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；3）難實(shí)現(xiàn)能量供需平衡，在裝卸料時(shí)沒(méi)有停止蒸汽的加入，導(dǎo)致能量損失。下面以反應(yīng)釜一為例說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程。采用廢酸循環(huán)法制備活性白土，廢酸中的大量金屬離子對(duì)反應(yīng)②、③及④的進(jìn)行有一定的抑制作用，減少了鐵鋁的溶出，從而使最后生產(chǎn)的活性白土的質(zhì)量進(jìn)一步提高。該項(xiàng)目對(duì)傳統(tǒng)濕法進(jìn)行改造創(chuàng)新，采用廢酸循環(huán)法工藝生產(chǎn)高效活性白土，反應(yīng)原理為：硫酸中的氫離子與膨潤(rùn)土層間及晶體結(jié)構(gòu)中的金屬離子進(jìn)行交換，使之成為以氫離子為主要的可交換陽(yáng)離子的膨潤(rùn)土。反應(yīng)工段為本項(xiàng)目的核心部分，酸活化工藝直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及公司的效益。同時(shí)使用廢酸循環(huán)造成酸化過(guò)度的可能性小，從而能保證產(chǎn)品質(zhì)量。本項(xiàng)目選用田東礦為主要原料，相對(duì)而言原料質(zhì)量較好。本項(xiàng)目原料在進(jìn)入磨機(jī)前經(jīng)破碎機(jī)破碎，這一改進(jìn)為后續(xù)工段實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)性操作奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)斜篩以除去礦料中的方解石，木塊等固體雜質(zhì)，合格的漿料送入儲(chǔ)存槽1。原料送入磨機(jī)細(xì)磨并制成漿，磨機(jī)的出料分為三股均勻漿料流入斜篩。但也由于沒(méi)有了自然環(huán)境中的自然膨化，膨潤(rùn)土礦塊徑較大，因此，本項(xiàng)目增設(shè)了破碎機(jī)，使原料在進(jìn)入磨機(jī)前經(jīng)破碎機(jī)破碎。舊廠(chǎng)所采用的制漿工藝流程框圖如下圖所示：原料 舊廠(chǎng)原料工段工藝流程Figure 旋流器存儲(chǔ)槽1磨機(jī)存儲(chǔ)槽2循環(huán)廢酸工藝水篩網(wǎng)圖21 舊廠(chǎng)原料工段工藝流程下級(jí)反應(yīng)原料 舊廠(chǎng)原料工段工藝流程Figure 二、現(xiàn)原料工段生產(chǎn)工藝本項(xiàng)目針對(duì)舊廠(chǎng)該工段存在的一些不足進(jìn)行改進(jìn)，即建立廠(chǎng)房堆場(chǎng)。同時(shí)向儲(chǔ)槽2加入廢酸，最后儲(chǔ)槽2中的漿料經(jīng)泵抽至反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。由于受天氣影響原料濕度較大只能采用人工進(jìn)料，造成給料速率不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)操作不穩(wěn)定?；钚园淄林苽涔に嚨膭?chuàng)新和改進(jìn)，不僅能夠得到高性能的活性白土，而且高性能的活性白土可以用于膨潤(rùn)土的深加工領(lǐng)域，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)對(duì)高性能活性白土的巨大需求空白，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。結(jié)果表明：硫酸用量比傳統(tǒng)濕法減少50%以上，活性白土的活性度和菜油脫色率明顯提高。為了進(jìn)一步提高活性白土的性能，減少生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)機(jī)酸的使用量以及廢酸的排放量，已對(duì)活性白土的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)，并對(duì)其反應(yīng)過(guò)程機(jī)理進(jìn)行了探索，對(duì)活性白土的工業(yè)化生產(chǎn)提供了指導(dǎo)依據(jù)。活性白土在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越來(lái)越受到人們的關(guān)注，但從實(shí)際需求上來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的和國(guó)外相比尚有很大的缺口，尤其是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)活性白土的中小型企業(yè)的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了迅速發(fā)展的市場(chǎng)需求。另外，亞洲的活性白土市場(chǎng)也還有很大的市場(chǎng)容量。現(xiàn)在，我國(guó)活性白土的需求量為65萬(wàn)噸/年左右，每年還出口約4萬(wàn)噸，市場(chǎng)尚有很大的容量。最大的生產(chǎn)裝置能力為5萬(wàn)噸/年。我國(guó)活性白土生產(chǎn)歷史較短，生產(chǎn)應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題是：產(chǎn)品質(zhì)量低、工藝水平低、經(jīng)濟(jì)效益差。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前膨潤(rùn)土產(chǎn)品年產(chǎn)銷(xiāo)量約270萬(wàn)噸，其中用于鑄造型砂100～110萬(wàn)噸，用于鉆井泥漿70萬(wàn)噸，用于冶金球團(tuán)45萬(wàn)噸，用于油脂脫色（活性白土）64萬(wàn)噸，用于其他20～30萬(wàn)噸。正是因?yàn)榛钚园淄了哂械莫?dú)特優(yōu)勢(shì)，資源豐富的美國(guó)因此而成為國(guó)際活性白土的主要供應(yīng)國(guó)。其中向加拿大和日本出口量最大，約占出口量的25％和20％。美國(guó)活性白土年生產(chǎn)能力已達(dá)到400萬(wàn)噸以上。意大利是歐洲膨潤(rùn)土重要生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)品除20％出口外，國(guó)內(nèi)消費(fèi)比例為：鑄造業(yè)40～50％、鉆井泥漿20％、鐵礦球團(tuán)5％。以鈉基膨潤(rùn)土量最大，1998年鈉基土產(chǎn)量341萬(wàn)噸，鈣基土僅為41萬(wàn)噸。美國(guó)是世界上最大的膨潤(rùn)土生產(chǎn)國(guó)，其消費(fèi)量出口量也同樣名列首位。本設(shè)計(jì)工藝的白土活性度達(dá)到了Ⅰ類(lèi)的要求。這一生產(chǎn)優(yōu)化了制備活性白土的工藝，減少了廢酸的排放，更改進(jìn)了濕法生產(chǎn)中存在的酸的濃度較大，容易對(duì)膨潤(rùn)土的晶體結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致活性度和脫色率下降等不足；干法生產(chǎn)中