化工设计：年产10万吨硫酸铝.docx

安徽建筑工业学院大作业题 目：年产10万吨硫酸铝工艺设计学 院：材料与化学工程学院专 业：08化学工程与工艺姓 名：李小磊学 号：08206040213指导教师：葛业军完成日期：2011年3月25号摘要 3前言 31设计概述 31.1设计的目的和意义 31.2生产能力 31.3设计指导思想 31.4设计原则 41.5设计重点 42. 生产工艺的选择. 42.1原料 42.2生产工艺：高岭土常压反应法 43. 工艺计算 63.1生产流程 63.1.1工艺流程方块图 73.1.2预处理 73.2物料衡算 73.2.1设计生产能力 73.2.2原料组成 73.2.3酸浸段 83.2.4加热浓缩段 83.3能量衡算 93.3.1 吸热 93.3.2 放热 94. 三废处理及副产品的综合利用 105. 总结 10参考文献 11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lOOOOt 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⑴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。

关键词：硫酸铝；生产工艺；高岭土刖言硫酸铝化学名(Aluminium sulfa te) Al (SO)，无色单斜结晶，在空气中长2 4 3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⑵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矶、钾明矶等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.设计概述1・1设计的目的和意义通过具体的年产10万吨硫酸铝的工艺设计，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生产能力生产能力：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 100000/300=333.33吨每小时生产 333.33/8=41.666吨/小时1.3设计指导思想为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，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，生产高质量的硫酸铝1・4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。

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・5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.生产工艺的选择2.1原料生产硫酸铝的含铝原料种类繁多，大概有如下几种：铝矶土、明矶石、氢氧 化铝、铝灰、煤矸石等⑹我国主要是采用铝矶土为含铝原料，有部分厂家采用 煤矸石和铝灰为原料氢氧化铝是最理想的用于生产硫酸铝的含铝原料，但只有 生产特种硫酸铝才会利用它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2.2生产工艺：高岭土常压反应法我国非煤建造型高岭土，资源储量居世界第五位利用高岭土生产硫酸铝， 不仅可以产生很好的社会效益和环境效益，而且也有很好的经济效益Mo高岭土中含有丰富的氧化铝，通过酸浸反应提取氧化铝是利用高岭土生产铝 盐产品及其深加工产品的基础反应，反应过程较为复杂。

目前开发利用高岭土的 首要任务是揭示反应过程的动力学规律，从而选择适宜的操作条件，提高氧化铝 的浸出率，同时为设计计算酸浸反应器提供动力学方程研究高岭土酸浸反应动 力学，对于高岭土的开发利用具有重要理论意义⑶其工艺过程分为高岭土粉碎、焙烧、制浆、配料（一级反应）、调整溶出（二级反应）、 过滤、调沉、蒸发、冷却结晶、粉碎包装十个工序用高岭土制取硫酸铝成本低廉但生产方法相对较复杂，这是由于矿物中的铝一般不能被 酸直接溶出，必须经一系列加工处理之后，才能使铝溶出制备过程中会产生大量的酸浸废 渣,若加以利用，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若进一 步用偶联剂处理以提高其吸油值，还可以作为塑料和橡胶的填料，从而实现了综合利用和无 废渣排放因此，高岭土是一种廉价且附加值较高的硫酸铝的原料流程如下图：滤渣 铁渣硫酸铝高岭土在510—800发生分解，其反应方程式为：Al 0 ・ 2SiO ・ nH 0—Al O +2SiO +nH O f2 3 2 2 2 3 2 2上述温度中煅烧后的高岭土为无定形的A 10和SiO，此时无定形A l 0容易被分解如果2 3 2 2 3温度大于800°C时，高岭土生成新的不溶化合物硅线石A1 0・SiO和富铝红柱石。

因此，制2 3 2取硫酸铝，煅烧高岭土温度不宜超过800Co [12]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工序影响铝的溶出率的主要因素有酸浓度、固液比、反应温度和反应时间[13]温度C400 500 600 700 800 900 1000图1 A10转化率与温度的关系2 3然后对产品进行多次过滤，使液态低浓度的硫酸铝与固体杂质分离过滤得到 的液态硫酸铝经过浓缩，烘干，从而得到相应结晶水的硫酸铝最终产品由于工业的需求不同，硫酸铝也分为两类，即精致硫酸铝和粗制硫酸铝精 致硫酸铝下图所示：原料破碎研磨过筛3.工艺薜锻烧3.1生产流程生产工艺过程主要分4上工段：(1)高岭土煅烧 循坏浸出高岭土煅烧过程的反应方程式：A 10 ・ 2Si0 ・ 2H0—\ l0+2Si0+2H0f煅烧过程的目的是为2了活化蠱过煅烧使高岭2土的氧铝八面体中的0H脱去 成无序结构 勺关键因数，煅烧过程的日的是为J活化，通过使铝的配位数由6变成5或者同时使得原有有序结构的高岭 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 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 达不到目的。

2) 加酸分解 行高岭土加酸石 程的反应方程式：A 10 ・ 2H 0+3H SO +13H 0—Al ( HO+2SiO2 3 I 2 2 2 4 2 2._. 2 2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 结吴(3) 过滤 |采用板式过滤机将硫酸铝溶液于其他固彳(4) 浓缩结晶确牲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士口曰曰精制硫酸铝活性或者活性太低，7滤液品3.1.1工艺流程方块图高领土先经过破碎，研磨，过筛等一系列预处理过程，然后通过煅烧，酸容， 过滤的过程，除去原料中的杂质，将得到的容易通过浓缩，结晶，破碎，得到硫 酸铝产品固体酸溶髙岭土〔固)预处理— P-L_锻烧 > 酸溶I 过滤i>|浓缩3.1・2预处理： 破碎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。

3・2物料衡算3.2.1设计生产能力年产硫酸铝 100000吨 年生产日 300天100000 亠 333 .33 亠日产硫酸铝 =333.33吨 每小时生产 =41 .666吨300 8产品质量：Al (SO)含量54.31%2 4 3分子量：HSO 98 HO 18 Al O 102 Al (SO) 3422 4 2 2 3 2 4 33.2.2原料组成表1•原料组成表成分含量(%)成分含量成分含量(%)Al O2 339.50TiO21.60S0.21SiO243.02Fe O2 30.90C0.21CaO0.24MgO0.35焙烧损失13.97浓缩后要求硫酸铝浓度达到54.31%每次生产硫酸铝中Al (SO )的含量是：41.666X54.31%=22.63吨2 4 3Al O溶出率89.4%2 3根据反应式：Al O +3H SO =Al (SO ) +3H O2 3 2 4 2 4 3 222 63 每次投入的Al O的含量是： x 102 = 6.745吨2 3 342原高岭土投入量为:39.5% x 89.4%22 63硫酸的投入量为： X 98 x 3=19 .5吨34219 598%的硫酸投入量为： =19 .9吨98 %以1h计，投入原料：高岭土 19.1吨表2•焙烧段物料衡算表入料含量(%)质量(吨)出料含量(%)质量(吨)Al O2 339.507.5445Al O2 345.917.5445SiO「243.02& 2168SiO「250.018.2168TiO.1.600.3057TiO.1.860.3057FeO2 30。