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冶金设备课程设计说明书.docx

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  • 卖家[上传人]:博****1
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    • 一、沉降槽概念1.沉降原理在重力作用下,由于固体与液体的密度差,固体沉于底部,清液从槽上部 沿周边溢流排出最适合于处理固液密度差比较大,固体含量不太高,而处理 量比较大的悬浮液2 •沉降目的浓缩:目的是将悬浮液增稠澄清:从比较稀的悬浮中除去少量的悬浮物3.沉降设备(1) 间歇式沉降槽:完成间歇沉降操作的设备.特点是清液和沉渣是经过一 段时间后才能产出2) 连续沉降槽:保持沉降槽内的各个区域,即连续加入悬浮液,并连续产 生清液和沉渣的沉降槽4.液固分离方法固相颗粒分散在液体中所形成的物系称作悬浮液将分散的粉粒聚集并与液 体分离的操作,称为液固分离,其方法有重力沉降、离心沉降和过滤等重力沉降适于处理固、液相密度差比较大,固体含量不太高,而处理量比较大的悬浮液工业上的沉降操作一般分为浓缩和澄清两大类前者主要是为了将 悬浮液增稠,后者主要是为了从比较稀的悬浮液中除去少量悬浮物,用于浓缩操 作的设备称为增稠器,又叫沉降槽;用于澄清操作的设备称为澄清槽5.干扰沉降工业上,悬浮液中固体含量较高,颗粒的沉降多属于干扰沉降干扰沉降情 况与自由沉降有明显区别:1)干扰沉降时,每个颗粒因受到附近颗粒的干扰,故受到比自由沉降时更 大的阻力;(2)干扰沉降中,大颗粒是相对于小颗粒的悬浮体进行沉降,所以介质的有 效密度和有效粘度都大于纯净液体,有斯托克斯公式可知,d、p, —定时,介质 的密度与粘度越大,沉降速度便越小。

      因此,大颗粒在有小颗粒存在的悬浮液中 的沉降速度,比在澄清液中速度小;(3)干扰沉降中,悬浮液中的小颗粒有被沉降较快的大颗粒向下拖拽的趋势 即小颗粒在悬浮液中沉降速度比在澄清液中速度大总之,干扰沉降时,悬浮液中大颗粒的沉降速度减慢而小颗粒加快实验表 明,对于粒度差别不超过6:1 的悬浮液,所有粒子都以大体相同的速度沉降悬 浮液的沉降过程,可以通过间歇沉降试验来观测,实验中可取得的表观沉降速度 与悬浮液浓度的关系,以及沉降浓度与压紧时间的关系数据6.沉降槽生产中普遍应用是单层连续沉降槽,是一个底部稍带锥形的大直径圆筒形 槽料浆经中央下料筒送至液面以下0.3~1 米出,即要插到悬浮液区清液由槽 壁顶端周圈上的溢流堰连续流出,称为溢流颗粒下沉,沉渣由缓慢转动的耙集 中到底部中央的卸渣口排出,称为底流在连续沉降槽中,上部的悬浮液很稀,颗粒的沉降速度快,而底部的密度和 浓度都很高,虽然每一个颗粒的沉降终速很小,但单位时间单位面积上固体颗粒 通过的总量要比槽的中部的多,因此,在连续沉降过程中,会出现一个质量速率 为最小值的平面,它对沉降槽固体的产量起控制作用,称为极限平面7.影响沉降速度的因素(1)干扰沉降;(2)端效应;3)分子运动;(4)颗粒形状的影响;(5)连续介质运动。

      二、沉降槽的设计1.设计要求车间年产量为 50万吨氧化铝反向洗涤,即往最后一个洗涤沉降槽内加热 水,而往其他洗涤沉降槽内加下一次洗涤的洗水每生产 1 吨氧化铝,进入分 离沉降槽的稀释后溶出浆液重量是17518.03 kg,其中,铝酸钠溶液为 16668.92 kg,铝酸钠溶液苛性比a =1.5,铝酸钠溶液中含有:Al O 2305.55 k 2 3kg,NaO (苛性碱)2032.30 kg,Na O (碳酸钠)142.62 kg,CO 124.74 kg,HO 2 k 2 C 2 212063.54 kg整个分离沉降槽系统的料浆温度均不低于95 °C去稀释的一次 洗液带有6208.46 kg HO每生产1吨氧化铝,赤泥中未洗净的NaO (苛性碱与2 2 T碳酸碱浓度之和)不应超过4.5 kg(Al O同样不能超过4.5 kg)年生产天数23335 天) 根据以上条件,查阅相关资料,设计一个拜耳法年产50万吨氧化铝 的高效深锥沉降槽依据设备选型与整机尺寸计算,撰写设计说明书,进行整 体布局,并用CAD等画出设计图,按比例标明相应的计算尺寸2.设计计算表(1)用于计算沉降槽的数据沉降槽分离沉降槽一级洗涤沉降槽二级洗涤沉降槽三级洗涤沉降槽固液比3.02.852.72.5溢流速度/m • s-10.400.380.400.42(1)洗涤次数的计算赤泥浆液流量:500000x 17518.03 - 335 - 24=1089429.73 kg/h由冶金计算可知,分离沉降槽底流固含流量为36608 kg/h (考虑返料量)。

      一级洗涤、二级洗涤、和三级洗涤的固含流量与分离沉降槽的一样清液流量:500000x 16668.92 - 335 - 24=1036624.39 kg/h1)假设采用 3 次洗涤进水量计算:沉降时水的蒸发量=16668.92 x 0.326%=54.34 kg;16668.92kg 铝酸钠溶液中固含=16668.92x 0.200%=33.34 kg;又损失0.05 kg,则这三项合计87.73 kg;每生产一吨氧化铝沉降槽产出赤泥量=17518.03-16668.92-87.73=761.38 kg 来自分离沉降槽的液固比为3.0的底流带入水量=3.0x 761.38=2284.14 kg 加入到最后一台洗涤沉降槽的水量设为x kg,总计为(2284.14+x) kg 耗水量计算:液固比为2.5的弃赤泥带走的液量=761.38x 2.5=1903.45 kg 送稀释的一次洗液带走的液量=6639.55 kg总计: 6639.55+1903.45=8543 kg 由进水量与耗水量相等可得:2284.14+x=8543x=6258.86kg=6.259 t可见,生产 1 t 氧化铝需要在第 3 台洗涤沉降槽内加入 6.259 t 水。

      验算洗涤次数从分离沉降槽排入第 1 台洗涤沉降槽的底流量G 沉=761.38 x 3.0=2284.14kg=2.284 t从第1 台洗涤沉降槽排入第 2 台洗涤沉降槽的底流量G]=761.38 x 2.85=2169.93kg=2.170 t从第2台洗涤沉降槽排入第3台洗涤沉降槽的底流量G2=761.38x2.7=2.056 t从第3台洗涤沉降槽(即随赤泥)排出的溶液量G3=761.38x2.5=1.903 t根据每台洗涤沉降槽的液相平衡方程计算溢流量,其液相平衡方程为用于第3台洗涤沉降槽的溢流量S=x+G2-G3=6.259+2.056-1.903=6.412 t3 2 3用于第2台洗涤沉降槽的溢流量S=S+G1-G2=6.412+2.170-2.056=6.526 t2 3 1 2用于第1 台洗涤沉降槽的溢流量S =S +G 沉-G1=6.526+2.284-2.170=6.64 t1 2 沉 1进入第2台洗涤沉降槽的泥浆和溢流合量G3+S=1.903+6.64=8.543 t31采用三次洗涤是每台洗涤沉降槽中Na2Ot浓度计算计算按照 1 吨溶液进行每台洗涤沉降槽中Na2Ot浓度:C沉、q、C2、C3C =(2032.5+140.62)/16668.92=0.130沉碱平衡方程:①G-C-+SC 二SC+GC 即 2.284x0.130+6.526C =8.81C沉 沉 2 2 1 1 1 1 2 1®G C +S C =S C +G C 即 2.17C +6.412C =8.582C1 1 3 3 2 2 2 2 1 3 2③GC+xx 0=S C +G C 即 2.056C =8.316C2 2 3 3 3 3 2 3解得 C3=0.00336G3C3=0.006394 t=6.394 kg生产一吨氧化铝得损失Na2Ot约为6.394 kg>4.5 kg,所以三级洗涤沉降槽 不符合要求。

      2)假设采用四次洗涤表(2)用于计算沉降槽的数据算涤数分沉槽沉降槽分离沉降槽一级洗涤沉降槽二级洗涤沉降槽三级洗涤沉降槽四级洗涤沉降槽固液比3.02.8752.752.6252.5溢流速度/m • s-10.400.400.400.400.40验洗次从 离 降 排入第1台洗涤沉降槽G沉=761.38x 3=2.284 t从第 1 台带入第 2 台:从第 2 台带入第 3 台:从第 3 台带入第 4 台:从第 4 台带入赤泥堆积厂G=761.38x2.875=2.189 t1G=761.38x2.75=2.094 t2G=761.38x2.625=1.999 t3G=761.38x2.5=1.903 t4根据每台洗涤沉降槽的液相平衡方程计算,其平衡方程为: 用于第4台洗涤沉降槽:S4=x+G3-G4=6.355 t 用于第3 台洗涤沉降槽: S3=S4+G2-G3=6.45 t 用于第2 台洗涤沉降槽: S2=S3+G1-G2=6.545 t 用于第1台洗涤沉降槽:Si=S2+G沉-G]=6.64 t采用四次洗涤是每台洗涤沉降槽中Na2Ot浓度计算计算按照1 吨溶液进行,每台洗涤沉降槽中Na2Ot浓度:C沉、q、C2、C3、C4碱平衡方程:沉+S2C2=SiCi+GiC@G1C1+S3C3=S2C2+G2c2即 2.189C1+6.45C3=8.639C2®G2C2+S4C4=S3C3+G3c3即2. 094C2+6. 355C4=8. 449C3④叽X 0=S4C4+G4C即 1.999C3=8.258C4即 2.284x 0.130+6.545。

      2=8.8295故 C3=4-131C4, C2=13-633C4, C1=41.631C4, C4=0.001067GC =2.031 kg44生产一吨氧化铝得损失Na2Ot约为2.031 kgV4.5 kg,所以四级洗涤沉降槽符合要求,假设合理AlO 浓度23同理,C ', C', C ', C ', C '为 A10 浓度沉 1 2 3 4 2 3C '=2305.55/16668.92=0.138沉C'=0.04713, C'=0.01543, C'=0.004676, C'=0.0011321 2 3 4(2) 溶液浓度计算NaO 所占比例=142.62/ (462.62+2032.3) x 100%=6.56% 2cNa2Ok 所占比例=1-6.56%=93.44%表(3)由此得出洗涤沉降槽各组分浓度(%)洗涤沉降槽1234NaO2 T4.4421.4550.44080.1067NaO2 k4.1511.3600.4190.0997NaO2 c0.29140.09540.02890.0070Al O2 34.7131.5430.46760.1132p =p +0.009a+0.00425N液 N c式中:a, Nc——Al2O3和Na2O的浓度,%;2 3 2 cp ——苛性钠溶液密度, g /cm3; N代入数据得第1 台洗涤沉降槽:p =1.086+ (1.097—1.086) x (4.442—4.325) /(5.10—4.325)=1.088 g/cm3 Np =1.088。

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