年产1万吨硫酸铝车间工艺设计本科毕设论文.docx

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年产1万吨硫酸铝车间工艺设计本科毕设论文

年产1万吨硫酸铝车间工艺设计

摘要

我国硫酸铝的生产现状，年产量万吨以上的企业已达29个，3000t至10000t的企业达85个。

全国硫酸铝生产能力已达115万t，产量突破95万t，仅次于美国和日本，而居世界第三位[1]；硫酸铝生产中存在的问题是，设计不合理，设备不配套，产量质量都无法达到初衷要求以及部分生产厂家规模较小，经济效益差导致产品积压严重、投资无法收回，使部分企业背上沉重的经济包袱；生产工艺主要有铝灰、铝渣法、活性氢氧化铝法、铝矾土常压法、煤矸石加压法等，对各个工艺的优缺点进行对比，发现以高岭土为原料生产硫酸铝，具有原料成本低，产量高，产品质量好，过程易控制等优点，制备过程中产生的废渣可作为高活性的高硅材料，也可作为优良的涂料及板材制品填料，从而实现了综合利用和无废渣排放，具有积极的环保意义；采用高岭土为原料生产硫酸铝，符合设计的目的和指导思想。

高岭土生产硫酸铝，使高岭土经过预处理过程，排除高岭土中的粗石英砂、杂质，用于生产水泥玻璃，得到高岭土精矿，经过煅烧活化，粉碎，过筛送致生产车间，与55%的硫酸容易混合送至反应釜，经过反应的酸浸，沉降，分离和中和处理，得到合格的硫酸铝容易，送至浓缩结晶槽中，进行浓缩结晶，并通过成品粉碎机将硫酸铝晶体粉碎，包装。

关键词：

硫酸铝；现状；生产工艺；高岭土

Abstract

Theplantshaving10,000tonsofannualoutputofaluminumsulfateinChinahavbeingupto29,andtheplantshaving3000tto10000t,beingupto85.

Thealuminumsulfateproductioncapacityhasreached1.15milliont,yieldbreakthroughs950,000t,aftertheUnitedStatesandJapan,thethirdintheworldlive;Aluminumsulfateproductionintheproblemisthattheunreasonabledesign,equipmentisnotsupporting,yieldandqualityareunabletomeetitsmindandrequestedsomesmallermanufacturers,leadingtopooreconomicreturnsseriousbacklogofproducts,investmentisnotpossible,sothatsomeenterprisesbackheavyTheeconomicburdenofproductionofamajorAlGrey,AlJardine,ofaluminumhydroxide,bauxiteatmosphericpressure,suchascoalganguecompressionmethod,alloftheadvantagesanddisadvantagescomparedtothatofrawmaterialsfortheproductionofkaolinAluminumsulfate,alow-costrawmaterials,highyield,goodqualityproducts,process-controladvantages,inthecourseofpreparationofthehigh-activitywasteresiduecanbeusedasthehigh-siliconmaterial,butalsoasafineofpaintandsheetmetalproductsfill,soastoachieveacomprehensiveUseandnowasteresidueemissions,haveapositiveenvironmentalsignificanceofrawmaterialsusedfortheproductionofkaolinaluminumsulfate,withthedesignofpurposeandguidingideology.

Kaolinproductionofaluminumsulfate,kaolinAfterpretreatmentprocess,ruleoutthepossibilityofkaolinintheroughquartzsand,impurities,theglassusedintheproductionofcement,byKaolinconcentrate,aftercalcinationactivated,crushing,screeningsenttotheproductionworkshop,with55percentofthesulfuricacidMixedeasilysenttothereactor,thereactionofacidleaching,settlement,andintheseparationandprocessingofaluminumsulfatebequalifiedeasily,andsenttoconcentrationcrystallizationtank,concentratedfruitandrefinedthroughthegrinderwillcrushaluminumsulfatecrystals,Packaging.

 Keywords：

aluminum sulfate；thepresentsituation；ProductionProcess；kaolin

前言

硫酸铝化学名（Aluminiumsulfate）Al2（SO4）3，无色单斜结晶，在空气中长期存放易吸潮结块。

易溶于水，水溶液显酸性，难溶于醇，是无机盐基本品种之一，应用十分广泛。

加热至770度是开始分解为氧化铝、三氧化铝、二氧化铝、二氧化硫和水蒸气。

水解后生成氢氧化铝。

工业品为白色或灰白色粉立状晶体。

主要用于净水与造纸[2]。

在造纸工业中可作纸的填料和处理造纸工业废水。

在净水方面，作为城市用水和废水处理的絮凝剂，可以除去水中的磷酸盐、锌、铬等杂质，以及除菌、控制水的颜色和气味。

硫酸铝还可以用来生产其他铝盐、硫酸铝衍生物，无机高分子絮凝剂及铵明矾、钾明矾等。

1.物料衡算

1.1工艺流程框图

（3）过滤

采用板式过滤机，将硫酸铝溶液于其他固体杂质分离。

（4）浓缩结晶

硫酸铝经过浓缩蒸发掉多余水分，从而结晶得到相应的结晶水硫酸铝最终产品。

1.2预处理：

粗高岭土矿先经过破碎，研磨，等一系列处理过程，使其变成颗粒粉末状，方便反应，节约耗能，然后通过水洗筛分的过程，除去原料中的杂质，从而得到高岭土精矿，高岭土精矿再经过焙烧活化的过程。

使内部杂质再度去除，最后将其粉碎，过筛送进生产车间。

图3硫酸铝粗高岭土矿预处理方块图

1.3  设计生产能力

年产硫酸铝      10000吨

年生产日        300天

日产硫酸铝     

每小时生产      

产品质量：

Al2（SO4）3含量54.31%

浓缩后要求硫酸铝浓度达到54.31%

每次生产硫酸铝中Al2（SO4）3的含量是：

4.17×54.31%=2.27吨。

Al2O3溶出率89.4%

根据反应式:

Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O

每次投入的Al2O3的含量是：

原高岭土投入量为：

分子量：

H2SO4 98H2O18Al2O3102Al2（SO4）3342

1.4各工序的物料衡算

1.4.1高岭土煅烧（起到活化作用）

高岭土煅烧过程的反应方程式：

Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3+2SiO2+2H2O↑

煅烧过程的目的是为了活化，通过煅烧使高岭土的氧铝八面体中的OH脱去，使铝的配位数由6变成5或者4，同时使得原有有序结构的高岭土变成无序结构的高岭土，获得活性。

从热力学角度来说，温度是决定反应能否进行的关键因数，所以活化的关键是控制煅烧温度，温度过高会使高岭土石化，使其活性大大降低甚至消失；温度过低，不能脱水或脱水太少，从而高岭土没有活性或者活性太低，达不到目的。

（1）流程示意图

（2）反应式

Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3+2SiO2+2H2O↑

（3）计算过程

流股1是未活化的高岭土矿

表3．原料组成表

成分

含量（%）

成分

含量

成分

含量（%）

Al2O3

39.50

TiO2

1.60

S

0.21

SiO2

43.02

Fe2O3

0.90

C

0.21

CaO

0.24

MgO

0.35

焙烧损失

13.97

1Al2O3：

1.99×39.50%=0.7580吨

2SiO2：

1.99×43.05%=0.8300吨

3TiO2：

1.99×1.60%=0.0307吨

4其他杂质含量：

1.99×1,91%=0.0367吨

5焙烧损失：

1.99×13.97%=0.2682吨

流股2是活化后的高岭土矿

1Al2O3：

39.50%×13.97%+39.50%=45.01%

2SiO2：

43.02%×13.97%+43.05%=49.03%

3TiO2：

1.60%×13.97%+1.60%=1.82%

4其他杂质：

4.14%

表4．焙烧段物料衡算表

1.4.2酸浸段：

加酸分解

高岭土加酸分解过程的反应方程式：

Al2O3·2SiO2·2H2O+3H2SO4+13H2O→Al2（SO4）3·18H2O+2SiO2

分解反应是关键点，为使反应加快，分解彻底，必须加入过量的硫酸来反应，铝的溶出率是其反应是否完全的主要标志，也是提高产品质量、降低生产成本的关键。

（1）流程示意图

（2）反应式

Al2O3·2SiO2·2H2O+3H2SO4+13H2O→Al2（SO4）3·18H2O+2SiO2

（3）计算过程

设转化率为96%

①流股1为高岭土中的氧化铝

F（Al2O3）=6.91Kmol/h=0.705吨

②流股2为硫酸

F（H2SO4）=20.74Kmol/h=2.03吨

③流股3为硫酸铝

F（Al2（SO4）3）=6.91×96%=6.637Kmol/h

4流股4为水

F（H2O）=19.91Kmol/h=0.36吨

使2.03吨的98%硫酸稀释成为55%硫酸的用水量1.63吨

表5  酸解段物料衡算表

入料

组成（%）

质量（吨）

出料

含量（%）

质量（吨）

浓硫酸

98

2.03

硫酸铝

100

2.27

高岭土

39.50

1.99

水

100

1.99

水

100

1.63

杂质

100