年產(chǎn)600噸氮化鋁粉體工廠設(shè)計(jì)

1、目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研制備方法制備方法及工藝選及工藝選擇擇車間布置車間布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)物料衡算物料衡算及設(shè)備選及設(shè)備選擇擇目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研制備方法制備方法及工藝選及工藝選擇擇車間布置車間布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)物料衡算物料衡算及設(shè)備選及設(shè)備選擇擇前期調(diào)研前期調(diào)研1引言引言 隨著電子產(chǎn)品逐漸向高性能、微型化以及輕薄化發(fā)展，隨著電子產(chǎn)品逐漸向高性能、微型化以及輕薄化發(fā)展，散熱技術(shù)已經(jīng)成為制約電子設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。為了散熱技術(shù)已經(jīng)成為制約電子設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。為了避免材料散熱性能差造成設(shè)備的使用性能及壽命降低，發(fā)展避免材料散熱性能差造成設(shè)備的使用性能及壽命降低，發(fā)展導(dǎo)熱

2、性能優(yōu)異的材料是其關(guān)鍵所在。導(dǎo)熱性能優(yōu)異的材料是其關(guān)鍵所在。氧化鋁氧化鋁氮化鋁氮化鋁熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率20-30熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)7.4力學(xué)性能力學(xué)性能良好良好電學(xué)性能電學(xué)性能良好良好熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率100-230熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)4.4力學(xué)性能力學(xué)性能良好良好電學(xué)性能電學(xué)性能良好良好絕緣絕緣材料材料散熱散熱基片基片耐熱耐熱材料材料工具工具陶瓷陶瓷壓電壓電元件元件熱交換熱交換材料材料2光學(xué)性能光學(xué)性能優(yōu)良的光學(xué)性能優(yōu)良的光學(xué)性能熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)熱膨脹系數(shù)為熱膨脹系數(shù)為4.4，與硅相當(dāng)，與硅相當(dāng)導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性理論導(dǎo)熱系理論導(dǎo)熱系數(shù)為數(shù)為320，工業(yè)實(shí)際制工業(yè)實(shí)際制備為備為100-230導(dǎo)電性導(dǎo)電性電

3、阻率1014 cm 穩(wěn)定性穩(wěn)定性在非氧化氣氛在非氧化氣氛下下 , , 加 熱 到加 熱 到2000,AIN仍仍保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定高硬度高硬度氮 化 鋁 硬 度氮 化 鋁 硬 度(HV)為為12Gpa氮化鋁的結(jié)構(gòu)、性能及用途氮化鋁的結(jié)構(gòu)、性能及用途前期調(diào)研前期調(diào)研 氮化鋁晶體屬于六方晶系，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)氮化鋁晶體屬于六方晶系，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)Z=6，氮與鋁的配位數(shù)為氮與鋁的配位數(shù)為4。具有原子量小。具有原子量小, ,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,簡諧性好等特點(diǎn)。簡諧性好等特點(diǎn)。3氮化鋁的市場需求及生產(chǎn)量氮化鋁的市場需求及生產(chǎn)量市場需求量市場需求量產(chǎn)量產(chǎn)量產(chǎn)量：氮化鋁因制備比較困難，產(chǎn)

4、量一直較低，世界上最大的氮化鋁產(chǎn)量：氮化鋁因制備比較困難，產(chǎn)量一直較低，世界上最大的氮化鋁生產(chǎn)商日本德山公司在生產(chǎn)商日本德山公司在2002年的產(chǎn)量是年的產(chǎn)量是240噸。噸。前期調(diào)研前期調(diào)研 市場需求量：統(tǒng)計(jì)資料表明，隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展市場需求量：統(tǒng)計(jì)資料表明，隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展及其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，氮化鋁市場需求量年平均增長率及其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，氮化鋁市場需求量年平均增長率高達(dá)高達(dá)70%，預(yù)計(jì)將達(dá)到，預(yù)計(jì)將達(dá)到130億美元。億美元。制備工藝制備工藝及工藝選及工藝選擇擇目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研物料衡算物料衡算及設(shè)備選及設(shè)備選擇擇工廠布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì) 4制備方法制備方

5、法制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 鋁粉直接氮化法就是將鋁粉在高溫氮?dú)庵兄苯愉X粉直接氮化法就是將鋁粉在高溫氮?dú)庵兄苯踊仙傻X的過程。其反應(yīng)方程式為：化合生成氮化鋁的過程。其反應(yīng)方程式為： 2Al+N2=AlN 碳熱還原法是將氧化鋁粉和碳粉混合均勻后在碳熱還原法是將氧化鋁粉和碳粉混合均勻后在氮?dú)庵屑訜岖@得氮化鋁的方法。反應(yīng)方程式為：氮?dú)庵屑訜岖@得氮化鋁的方法。反應(yīng)方程式為： 3Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO 5制備方法制備方法制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 化學(xué)氣相沉積法是采用無機(jī)物化學(xué)氣相沉積法是采用無機(jī)物( (氯化鋁氯化鋁) )或有機(jī)物或有機(jī)物( (烷基鋁烷基鋁)

6、)為原料，與氨氣反應(yīng)生成為原料，與氨氣反應(yīng)生成AIN的過程。反應(yīng)方的過程。反應(yīng)方程式分別為程式分別為: : AlC13+NH3=A1N+3HCl Al(C2H5)3+NH3=A1N+3C2H6 自蔓延高溫合成法實(shí)質(zhì)就是鋁粉的直接氮化，它充自蔓延高溫合成法實(shí)質(zhì)就是鋁粉的直接氮化，它充分利用了鋁粉直接氮化為強(qiáng)放熱反應(yīng)的特點(diǎn)，將鋁粉于分利用了鋁粉直接氮化為強(qiáng)放熱反應(yīng)的特點(diǎn)，將鋁粉于氮?dú)庵悬c(diǎn)燃后，利用與之間的高化學(xué)反應(yīng)熱使反應(yīng)自行氮?dú)庵悬c(diǎn)燃后，利用與之間的高化學(xué)反應(yīng)熱使反應(yīng)自行維持下去合成。維持下去合成。 6氮化鋁生產(chǎn)方法優(yōu)缺點(diǎn)比較氮化鋁生產(chǎn)方法優(yōu)缺點(diǎn)比較制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 方方 法

7、法 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn) 缺缺 點(diǎn)點(diǎn)鋁粉直接氮化法鋁粉直接氮化法原料豐富，工藝簡原料豐富，工藝簡單單 ，制備成本低，制備成本低鋁粉轉(zhuǎn)化率低鋁粉轉(zhuǎn)化率低 ，產(chǎn)，產(chǎn)物易結(jié)塊物易結(jié)塊 ，產(chǎn)品粒，產(chǎn)品粒徑粗大，質(zhì)量穩(wěn)定徑粗大，質(zhì)量穩(wěn)定性差性差碳熱還原法碳熱還原法工藝過程簡單工藝過程簡單, , 粉粉體質(zhì)量高體質(zhì)量高成本較高，反應(yīng)溫成本較高，反應(yīng)溫度較高，合成時(shí)間度較高，合成時(shí)間較長較長化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法工藝可控，粉體質(zhì)工藝可控，粉體質(zhì)量高量高有機(jī)鋁價(jià)格較高，有機(jī)鋁價(jià)格較高，產(chǎn)量低產(chǎn)量低自蔓延高溫合成法自蔓延高溫合成法反應(yīng)速度快，合成反應(yīng)速度快，合成時(shí)間短，生產(chǎn)效率時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，成本低高，成本低反應(yīng)

8、難以控制，粉反應(yīng)難以控制，粉體質(zhì)量低體質(zhì)量低7 7碳熱還原法碳熱還原法制備方法及工藝選擇制備方法及工藝選擇 碳熱還原法分為兩步：碳熱還原法分為兩步： 第一步第一步 Al2O3+3C=2Al+3CO 第二步第二步 2Al+N2=2AlN 工藝流程圖如下：工藝流程圖如下：氮化鋁粉體氮化鋁粉體碳粉碳粉篩分篩分氮化氮化除碳除碳球磨球磨篩分篩分檢驗(yàn)檢驗(yàn)通氮?dú)馔ǖ獨(dú)馔諝馔諝馇蚰デ蚰グb包裝配配比比制備方法制備方法及工藝選及工藝選擇擇目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研物料衡算物料衡算及設(shè)備選及設(shè)備選擇擇工廠布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)8物料衡算物料衡算物料衡算及設(shè)備選擇物料衡算及設(shè)備選擇質(zhì)量：氧化鋁質(zhì)量：氧化

9、鋁 949 t 碳粉碳粉 475 t 氮?dú)獾獨(dú)?8.0103L 3Al2O3 + 3C + N2 = 2AlN + 3CO 272+163 2(27+14) X 600t X=746.34t氮化鋁氮化鋁 600 t 原料：氧化鋁、氮?dú)庖约疤挤墼希貉趸X、氮?dú)庖约疤挤?配比：氧化鋁：碳粉配比：氧化鋁：碳粉 =2:1 氮?dú)饬髁康獨(dú)饬髁?1.5L/min現(xiàn)有球磨機(jī)一覽表現(xiàn)有球磨機(jī)一覽表物料衡算及設(shè)備選擇物料衡算及設(shè)備選擇 以球磨機(jī)選擇為例：以球磨機(jī)選擇為例： 球磨機(jī)球磨機(jī) 型號型號工藝參數(shù)工藝參數(shù)單價(jià)單價(jià)( (萬元萬元) )球磨機(jī)球磨機(jī)11800*2000處理量處理量 1.5t1.5t6.88出料

10、粒度出料粒度 0.001-0.01 mm電機(jī)功率電機(jī)功率 15kw球磨機(jī)球磨機(jī)21200*2400處理量處理量1.2t7.50出料粒度出料粒度0.074-0.01 mm電機(jī)功率電機(jī)功率 15kw球磨機(jī)球磨機(jī)31500*1800處理量處理量0.65t-1.0t8.80出料粒度出料粒度0.074-0.4 mm電機(jī)功率電機(jī)功率 12kw9設(shè)備選則設(shè)備選則物料衡算及設(shè)備選擇物料衡算及設(shè)備選擇10 通過對三臺(tái)球磨機(jī)比較，型號為通過對三臺(tái)球磨機(jī)比較，型號為1800*2000的球磨機(jī)的球磨機(jī)處理量最大，出料粒度更細(xì)，價(jià)格最便宜，選擇球磨機(jī)處理量最大，出料粒度更細(xì)，價(jià)格最便宜，選擇球磨機(jī)1。 理論臺(tái)數(shù)理論臺(tái)數(shù)

11、= =每天總處理量每天總處理量/ /每臺(tái)球磨機(jī)的處理量每臺(tái)球磨機(jī)的處理量 =4661.13.5/1500=10.9臺(tái)臺(tái) 實(shí)際臺(tái)數(shù)實(shí)際臺(tái)數(shù)=1.4=1.4理論球磨機(jī)臺(tái)數(shù)理論球磨機(jī)臺(tái)數(shù) =1.410.9=15.26臺(tái)，故取臺(tái)，故取16臺(tái)為宜。臺(tái)為宜。設(shè)備一覽表設(shè)備一覽表物料衡算及設(shè)備選擇物料衡算及設(shè)備選擇11目錄目錄前期調(diào)研前期調(diào)研制備工藝制備工藝及工藝選及工藝選擇擇工廠布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)物料衡算物料衡算及設(shè)備選及設(shè)備選擇擇工廠車間工廠車間工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)12氮化鋁氮化鋁工廠工廠生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)辦公及辦公及生活區(qū)生活區(qū)倉庫倉庫生產(chǎn)車生產(chǎn)車間間輔助車輔助車間間辦公區(qū)辦公

12、區(qū)生活區(qū)生活區(qū)原料車原料車間間燒結(jié)車燒結(jié)車間間成品車成品車間間維修車維修車間間車間布置車間布置工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)13 擬定設(shè)備與墻之間距離取擬定設(shè)備與墻之間距離取1.5m，設(shè)備之間長度安全距，設(shè)備之間長度安全距離取離取2m，寬度距取，寬度距取1.5m。 球磨機(jī)以及振動(dòng)篩分三排布置，每排七臺(tái)設(shè)備，故原料球磨機(jī)以及振動(dòng)篩分三排布置，每排七臺(tái)設(shè)備，故原料車間的長度為車間的長度為1.5+（3+2）6+3+1.5=36m，寬度為，寬度為1.5+（4+1.5）2+4+1.5=18m,故設(shè)備部分車間尺寸為長故設(shè)備部分車間尺寸為長36m、寬寬18m，面積為，面積為648m2。 原料車間原料車

13、間設(shè)備設(shè)備尺寸規(guī)格尺寸規(guī)格擬定占地尺寸擬定占地尺寸球磨機(jī)球磨機(jī)180020003m4m振動(dòng)篩振動(dòng)篩207512781120mm3m4m車間面積一覽表車間面積一覽表工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)14 車車 間間 面面 積（積（m2）原料加工原料加工 原料倉庫原料倉庫 270 原料加工車間原料加工車間 648燒結(jié)燒結(jié) 燒結(jié)車間燒結(jié)車間 837成品加工成品加工 成品加工車間成品加工車間 270 成品倉庫成品倉庫 378輔助車間輔助車間 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室 270 維修車間維修車間 250 其他其他 64辦公及生活辦公及生活區(qū)區(qū) 辦公樓辦公樓 375 生活區(qū)生活區(qū) 1957.5車間分布圖車間分布圖工廠

14、布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)15技術(shù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)161 1、固定成本、固定成本 工廠建設(shè)費(fèi)用設(shè)工廠建設(shè)費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用、征地費(fèi)用、備費(fèi)用、征地費(fèi)用、管理費(fèi)用以及施工管理費(fèi)用以及施工設(shè)備費(fèi)用等設(shè)備費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)1 13 32 22 2、產(chǎn)品成本、產(chǎn)品成本 原料成本、工人原料成本、工人工資、車間經(jīng)費(fèi)以工資、車間經(jīng)費(fèi)以及企業(yè)管理費(fèi)等及企業(yè)管理費(fèi)等3 3、產(chǎn)品利潤、產(chǎn)品利潤 生產(chǎn)利潤是指生產(chǎn)利潤是指銷售額扣除產(chǎn)品成銷售額扣除產(chǎn)品成本以及企業(yè)應(yīng)該上本以及企業(yè)應(yīng)該上繳的稅金后的剩余繳的稅金后的剩余金錢。金錢。技術(shù)經(jīng)濟(jì)一覽表技術(shù)經(jīng)濟(jì)一覽表工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)17 項(xiàng)目種類項(xiàng)目種類費(fèi)用（萬元）費(fèi)用（萬元）總費(fèi)用總費(fèi)用(萬元萬元）固定成本固定成本工廠建設(shè)費(fèi)用工廠建設(shè)費(fèi)用9602139設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用929其他其他250產(chǎn)品成本產(chǎn)品成本原料成本原料成本36547019工人工資工人工資1265車間經(jīng)費(fèi)車間經(jīng)費(fèi)300企業(yè)管理費(fèi)企業(yè)管理費(fèi)1800 稅費(fèi)稅費(fèi) 1080 利潤利潤 901 經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)工廠布置及技術(shù)經(jīng)濟(jì)18 經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)主要包括投資回收率以及投資回經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)