年产10万吨硫酸铝车间工艺设计.docx

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年产10万吨硫酸铝车间工艺设计

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海南大学毕业论文（设计）

题学专姓学

目：

年产10万吨硫酸铝车间工艺设计院：

材料与化工学院业：

04化学工程与工艺名：

XXXX号：

XXXXX

指导教师：

指导教师：

XXXX

完成日期：

完成日期：

XXXX

目

录

中文摘要………………………………………………………………………5英文摘要………………………………………………………………………7前言……………………………………………………………………………91总论…………………………………………………………………………101.1设计的目的和意义………………………………………………………101.2设计依据…………………………………………………………………111.3设计指导思想……………………………………………………………121.4设计的主要内容…………………………………………………………121.5设计原则…………………………………………………………………121.6设计重点…………………………………………………………………132.硫酸铝概论…………………………………………………………………132.1我国硫酸铝的工业生产现状……………………………………………132.2发展前景…………………………………………………………………142.3存在问题…………………………………………………………………142.4发展建议…………………………………………………………………153.生产技术和工艺……………………………………………………………163.1原料………………………………………………………………………163.2生产工艺…………………………………………………………………163.3工艺选择…………………………………………………………………234工艺计算……………………………………………………………………234.1生产流程…………………………………………………………………23

4.2物料衡算……………………………………………………………………254.3能量衡算…………………………………………………………………295.设备选型……………………………………………………………………325.1反应釜……………………………………………………………………325.2颚式破碎机…………………………………………………………………385.3雷蒙磨……………………………………………………………………395.4板式过滤机…………………………………………………………………415.5浓缩结晶锅………………………………………………………………425.6主要设备列表……………………………………………………………436.三废处理及副产品的综合利用……………………………………………457.厂房安排……………………………………………………………………457.1厂房层数…………………………………………………………………457.2厂房布置…………………………………………………………………468.技术经济分析………………………………………………………………488.1劳动定员…………………………………………………………………488.2固定资产的投资…………………………………………………………498.3原料动力费………………………………………………………………508.4固定资产折旧费和年维修费……………………………………………518.5人工费……………………………………………………………………518.6化验分析费用……………………………………………………………518.7三废治理费用……………………………………………………………519.设计评析……………………………………………………………………52

致谢……………………………………………………………………………55参考文献………………………………………………………………………56附工程图纸1、带控点的工艺流程图2、厂房平面布局图3、厂房立面布局图4、反应釜装配图5、结晶机装配图

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。

硫酸铝的日生产量为333.33吨，采用3班间歇式生产，要求硫酸铝在产品中含量约为54.31%。

每小时要求投入高岭土量为19.1吨，硫酸投入量为19.9吨，Al2O3溶出率89.4%使19.9吨的，98%硫酸稀释成55%硫酸的用水量15吨。

加入110.5吨的水量，硫酸铝与加入水要求配比达到硫酸铝浓度54.31%，求得需要蒸发掉91.464吨的水。

通过数据查询得知在115℃蒸汽的焓H=2702.5kJ/kg，从蒸发水量求得蒸发水吸收热为247181.46×103kJ，硫酸铝溶液的吸收热为4425.5×103kJ。

设置热量损失为吸热总量的3%，求出损失热量为7548.2×103kJ。

在25℃时，料液带入的热量可求算得12909.9×103kJ，加热蒸汽释放热量为84524.87×103kJ。

操作设备选取为颚式破碎机，雷蒙磨，反应釜，沉降槽，中和槽，浓缩结晶锅，成品粉碎机。

其中，反应釜的体积为22m3，高为3.64m。

根据工艺流程的要求、投资、用地的条件等各种因素，进行综合的比较，对硫酸铝生产的厂房进行了布置。

原料成本费为

2216.2815万元/年，用电消耗470万元/年，燃料动力费为628.4071万元/年，固定资产的折旧费71万元/年，维修费35.5万元/年，人工费28.8万元/年，化验分析费2.88万元/年，三废治理费3.2万元/年，硫酸铝市场价格1000元/吨，国家税收33%，核算出应纳税所得额：

10000-4221.9978=5778.0022万元，应纳所得税额：

5778.0022×33%＝1906.7407万元

关键词：

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.Thealuminumsulfate,fortheproductionof333.33tons,a3classesbatchproductionforaluminumsulfateinthe

productcontentisabout54.31percent.Requestinputperhourfor19.1tonsofkaolin,theamountofsulfuricacidinto19.9tons,Al2O3dissolutionrateof89.4percentto19.9tons,98%dilutedsulfuricacidinto55percentofwaterconsumption15tonsofsulphuricacid.Join110.5tonsofwater,aluminumsulfateandwaterrequirementsbyaddingaluminumsulfateconcentrationratioreached54.31percent,theevaporationneedtoseekout91.464tonsofwater.Throughthedataforthat115℃steamintheenthalpyH=2702.5kJ/kg,obtainedfromtheevaporationofwaterevaporationofwatertoabsorbheat247181.46×103kJ,aluminumsulfatesolutionfortheabsorptionof4425.5×103kJ.Setheatlossfortheheat3percentofthetotal,calculatedheatlossto7548.2×103kJ.At25℃,feedintotheheatRectifiableberegarded12909.9×103kJ,heatingsteamforthereleaseofheat84524.87×103kJ.Operationofequipmentselectedasthejawcrusher,RaymondMill,thereactor,thesettlementtrough,andintheslot,concentratedcrystallizationofthepot,finishedgrinder.Thereactorofthevolumeof22m3,forthehigh-3.64m.Accordingtoprocesstherequest,investment,landconditions,andotherfactors,acomprehensivecomparisonofthealuminumsulfateproductionplantforthelayout.Costsofrawmaterialsfor2.2162815million/year,electricityconsumptionof4.7millionyuan/year,fuelcostsforpower0.6284071million/year,fixed-assetdepreciationcosts710,000yuan/year,maintenancecosts355,000yuan/year,Laborcosts288,000yuan/year,thelaboratoryanalysisofcosts28,800yuan/year,wastemanagementcosts32,000yuan/year,thealuminumsulfatemarketpriceof1,000yuan/ton,33percentofstatetaxrevenue,accountingtotaxableincome:

10000-4221.9978=5.7780022million,theamountofincometaxinredeeming:

5778.0022×33%=1.9067407million

Keywords：

aluminumsulfate；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。

硫酸铝的第一大用途是在造纸中，大约占硫酸铝总产量的50％。

它在这里有四种用途：

即施胶、调pH值、澄清加工过程中用水及做媒染剂。

由于硫酸铝施胶为酸性施胶[3]，纸张长期贮存易变黄、变脆，故只能用于低档纸。

目前国外造纸技术由酸性施胶向中性施胶及碱性施胶转变，而不用或少用硫酸铝，中性及碱性施胶剂已开始大量进入市场；国内已有少数城市能生产中性及碱性施胶剂。

因此，尽管国内造纸产量有待增加，但未来造纸用硫酸铝消耗量增加不会太大。

表1我国造纸施胶剂的生产经历的几个阶段时间1979年之前1975年1990年1992年1995年1997年浆内施胶剂的种类松香皂化胶强化桦香皂阴离子乳液松香施胶剂ADK中性施胶剂中性松香施胶剂阳离子乳液松香施胶剂

硫酸铝的第二大用途是在饮用水、工业用水和工业废水处理中做絮凝剂，大约占硫酸铝总产量40％。

当向这类水中加入硫酸铝后，可以生成胶状的、能吸附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片，用在饮用水处理中可控制水的颜色和味道。

但近年来，随着聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸硫酸铝、有机高分子絮凝剂等的不断出现，占领了净水剂不少市场。

尤其是近年来关于饮用水中存在铝离子会损害健康的观点流行，如人为硫酸铝残留在水中的高浓度残余可溶性铝是骨质疏松和早老性痴呆的诱发剂，所以使其在饮用水中用量受到了限制。

硫酸铝在工业和市政废水处理中被用混凝剂，将其加入到水中，反应生成三水合氧化铝胶状沉淀，吸收沉降细菌、胶体以及其他悬浮物质。

随着水排放指标的日益提高，硫酸铝在水处理中的用量加大。

硫酸铝在饮用水中用来脱色、去味。

在饮用水处理过程中。

因为消毒副产品的增加，使得硫酸铝的加入量增大，导致硫酸铝市场需求的上升。

硫酸铝的其他用途包括染色的媒染剂、净化脂肪和油类、药物化妆品、灭火剂、鞣革以及生产各种复式铝盐。

在美国硫酸铝在绝热材料、绝缘材料方面正得到越来越广泛的应用。

本设计以高岭土为原料，拟设计一套年产10万吨硫酸铝的生产车间。

1.总论

1.1设计的目的和意义通过具体的年产10万吨硫酸铝的车间工艺设计，我们可以很大程度上将在大学中所学的基础化学以及化工专业基础课程应用到实践中。

这样不仅对我们的理论知识是一次深化，更能陪样我们理论联系实际,将理论应用到实践中去的能力,更重要的是可以通过此工艺的设计对现有硫酸铝生产工艺进行全面深入的调查研究，对比不同工艺，取各工艺技术之优点融合为一合理先进的工艺设计。

通过此设计

的完成得到了如何在建设年产10万吨硫酸铝生产车间的原料，设备，厂房等各方面建设筹备参数。

此设计中也提出了自己的想法和新的工艺，并做了论证。

通过完成本设计，基本掌握过年产10万吨硫酸铝车间的工艺流程设计、基本工艺计算、主要设备选型、工艺技术指标确定等设计理论和设计技能；对通用工程设计有一个系统的了解和整体的把握，达到大学工科本科生应具备的专业设计能力。

1.2设计依据

根据《年产10万吨硫酸铝工艺车间设计》任务书的要求，本设计将遵循以下要求进行设计。

1.2.1该项目建设地址位于某市西郊，占地约50亩以上，地段属南北向；1.2.2生产能力：

年产10万吨硫酸铝原料：

高岭土（含硫酸铝39.50%）、98%硫酸

成品质量标准：

GB2942-92标准年生产日：

300天（全天候）日产硫酸铝每小时生产1.2.3各物质的分子量硫酸水9818102342100000/300=333.33吨333.33/8=41.666吨/小时

三氧化二铝硫酸铝1.2.4原料投入

高岭土19.1吨硫酸19.9吨

1.3设计指导思想

以设计任务书为基础，适应我国硫酸铝生产工业发展的需要，在硫酸铝工艺设计中巩固和应用所学的基础理论和专业知识，通过收集资料加以整体设计。

加强理论联系实际，扩大知识面；培养独立思考、独立工作的能力。

整个设计应贯彻节省基建投资，充分重视技术进步，降低工程造价，节约能源和降低原料消耗等角度出发，同时积极治理三废和综合利用副产物，充分重视环保以利于生活，生产和提高经济效益为原则进行设计，尽量采用定型原料，节约占地面积，生产高质量的硫酸铝。

1.4设计的主要内容

（1）、硫酸铝生产工艺流程设计与论证

（2）、工艺技术指标设计与论证（3）、物料衡算、热量衡算（4）、主要生产设备设计选型（5）、设计绘图①硫酸铝生产工艺流程图（简图）；②生产设备连接及控制系统图；③主要设备结构图；④硫酸铝车间平面布置图、立面布置图*；⑤车间总平面布置图；（6）经济效益指标分析、

1.51.5设计原则

根据原料的特性，参考工业生产中成功的经验和科研最新成果，对所收集的

文献、资料进行分析比较，设计适宜的工艺流程和操作条件，选择合适的生产设备，并进行科学、合理的配置；设计适用的厂房结构，确保生产的正常进行；配备必要的劳动定员，满足正常生产需要。

应本着“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”的原则，取得良好的社会效益和经济效益。

1.61.6设计重点

设计重点：

年产10万吨硫酸铝车间生产工艺流程、主要生产设备设计和工艺技术指标设计。

2.硫酸铝产业概论硫酸铝产业概论硫酸铝产业

表2工业硫酸铝分为固体和液体两类