年產(chǎn)1萬噸硫酸鋁車間工藝設(shè)計(jì)

47/47摘要我國硫酸鋁的生產(chǎn)現(xiàn)狀，年產(chǎn)量萬噸以上的企業(yè)已達(dá)29個(gè)，3000t至10000t的企業(yè)達(dá)85個(gè)。全國硫酸鋁生產(chǎn)能力已達(dá)115萬t，產(chǎn)量突破95萬t，僅次于美國和日本，而居世界第三位[1]；硫酸鋁生產(chǎn)中存在的問題是，設(shè)計(jì)不合理，設(shè)備不配套，產(chǎn)量質(zhì)量都無法達(dá)到初衷要求以及部分生產(chǎn)廠家規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益差導(dǎo)致產(chǎn)品積壓嚴(yán)峻、投資無法收回，使部分企業(yè)背上沉重的經(jīng)濟(jì)包袱；生產(chǎn)工藝要緊有鋁灰、鋁渣法、活性氫氧化鋁法、鋁礬土常壓法、煤矸石加壓法等，對(duì)各個(gè)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)覺以高嶺土為原料生產(chǎn)硫酸鋁，具有原料成本低，產(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量好，過程易操縱等優(yōu)點(diǎn)，制備過程中產(chǎn)生的廢渣可作為高活性的高硅材料，也可作為優(yōu)良的涂料及板材制品填料，從而實(shí)現(xiàn)了綜合利用和無廢渣排放，具有積極的環(huán)保意義；采納高嶺土為原料生產(chǎn)硫酸鋁，符合設(shè)計(jì)的目的和指導(dǎo)思想。高嶺土生產(chǎn)硫酸鋁，使高嶺土通過預(yù)處理過程，排除高嶺土中的粗石英砂、雜質(zhì)，用于生產(chǎn)水泥玻璃，得到高嶺土精礦，通過煅燒活化，粉碎，過篩送致生產(chǎn)車間，與55%的硫酸容易混合送至反應(yīng)釜，通過反應(yīng)的酸浸，沉降，分離和中和處理，得到合格的硫酸鋁容易，送至濃縮結(jié)晶槽中，進(jìn)行濃縮結(jié)晶，并通過成品粉碎機(jī)將硫酸鋁晶體粉碎，包裝。關(guān)鍵詞：硫酸鋁；現(xiàn)狀；生產(chǎn)工藝；高嶺土AbstractTheplantshaving10,000tonsofannualoutputofaluminumsulfateinChinahavbeingupto29,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前言硫酸鋁化學(xué)名（Aluminiumsulfate）Al2(SO4)3，無色單斜結(jié)晶，在空氣中長(zhǎng)期存放易吸潮結(jié)塊。易溶于水，水溶液顯酸性，難溶于醇，是無機(jī)鹽差不多品種之一，應(yīng)用十分廣泛。加熱至770度是開始分解為氧化鋁、三氧化鋁、二氧化鋁、二氧化硫和水蒸氣。水解后生成氫氧化鋁。工業(yè)品為白色或灰白色粉立狀晶體。要緊用于凈水與造紙[2]。在造紙工業(yè)中可作紙的填料和處理造紙工業(yè)廢水。在凈水方面，作為都市用水和廢水處理的絮凝劑，能夠除去水中的磷酸鹽、鋅、鉻等雜質(zhì)，以及除菌、操縱水的顏色和氣味。硫酸鋁還能夠用來生產(chǎn)其他鋁鹽、硫酸鋁衍生物，無機(jī)高分子絮凝劑及銨明礬、鉀明礬等。1.物料衡算1.1工藝流程框圖（3）過濾采納板式過濾機(jī)，將硫酸鋁溶液于其他固體雜質(zhì)分離。（4）濃縮結(jié)晶硫酸鋁通過濃縮蒸發(fā)掉多余水分，從而結(jié)晶得到相應(yīng)的結(jié)晶水硫酸鋁最終產(chǎn)品。1.2預(yù)處理：粗高嶺土礦先通過破裂，研磨，等一系列處理過程，使其變成顆粒粉末狀，方便反應(yīng)，節(jié)約耗能，然后通過水洗篩分的過程，除去原料中的雜質(zhì)，從而得到高嶺土精礦，高嶺土精礦再通過焙燒活化的過程。使內(nèi)部雜質(zhì)再度去除，最后將其粉碎，過篩送進(jìn)生產(chǎn)車間。圖3硫酸鋁粗高嶺土礦預(yù)處理方塊圖1.3

設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力年產(chǎn)硫酸鋁

10000噸年生產(chǎn)日

300天日產(chǎn)硫酸鋁

每小時(shí)生產(chǎn)

產(chǎn)品質(zhì)量：Al2(SO4)3含量54.31%濃縮后要求硫酸鋁濃度達(dá)到54.31%每次生產(chǎn)硫酸鋁中Al2(SO4)3的含量是：4.17×54.31%=2.27噸。Al2O3溶出率89.4%依照反應(yīng)式:Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O每次投入的Al2O3的含量是：原高嶺土投入量為：分子量：H2SO4

98H2O18Al2O3102Al2(SO4)33421.4各工序的物料衡算1.4.1高嶺土煅燒（起到活化作用） 高嶺土煅燒過程的反應(yīng)方程式： Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3+2SiO2+2H2O↑ 煅燒過程的目的是為了活化，通過煅燒使高嶺土的氧鋁八面體中的OH脫去，使鋁的配位數(shù)由6變成5或者4，同時(shí)使得原有有序結(jié)構(gòu)的高嶺土變成無序結(jié)構(gòu)的高嶺土，獲得活性。從熱力學(xué)角度來講，溫度是決定反應(yīng)能否進(jìn)行的關(guān)鍵因數(shù)，因此活化的關(guān)鍵是操縱煅燒溫度，溫度過高會(huì)使高嶺土石化，使其活性大大降低甚至消逝；溫度過低，不能脫水或脫水太少，從而高嶺土沒有活性或者活性太低，達(dá)不到目的。

（1）流程示意圖（2）反應(yīng)式Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3+2SiO2+2H2O↑（3）計(jì)算過程流股1是未活化的高嶺土礦表3．原料組成表成分含量(%)成分含量成分含量(%)Al2O339.50TiO21.60S0.21SiO243.02Fe2O30.90C0.21CaO0.24MgO0.35焙燒損失13.97Al2O3：1.99×39.50%=0.7580噸SiO2：1.99×43.05%=0.8300噸TiO2：1.99×1.60%=0.0307噸其他雜質(zhì)含量：1.99×1,91%=0.0367噸焙燒損失：1.99×13.97%=0.2682噸流股2是活化后的高嶺土礦Al2O3：39.50%×13.97%+39.50%=45.01%SiO2：43.02%×13.97%+43.05%=49.03%TiO2：1.60%×13.97%+1.60%=1.82%其他雜質(zhì)：4.14%表4．焙燒段物料衡算表1.4.2酸浸段：加酸分解 高嶺土加酸分解過程的反應(yīng)方程式： Al2O3·2SiO2·2H2O+3H2SO4+13H2O→Al2(SO4)3·18H2O+2SiO2分解反應(yīng)是關(guān)鍵點(diǎn)，為使反應(yīng)加快，分解完全，必須加入過量的硫酸來反應(yīng)，鋁的溶出率是其反應(yīng)是否完全的要緊標(biāo)志，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。（1）流程示意圖（2）反應(yīng)式Al2O3·2SiO2·2H2O+3H2SO4+13H2O→Al2(SO4)3·18H2O+2SiO2（3）計(jì)算過程設(shè)轉(zhuǎn)化率為96%①流股1為高嶺土中的氧化鋁F(Al2O3)=6.91Kmol/h=0.705噸②流股2為硫酸F(H2SO4)=20.74Kmol/h=2.03噸③流股3為硫酸鋁F(Al2(SO4)3)=6.91×96%=6.637Kmol/h流股4為水F(H2O)=19.91Kmol/h=0.36噸使2.03噸的98%硫酸稀釋成為55%硫酸的用水量1.63噸表5

酸解段物料衡算表入料組成(%)質(zhì)量(噸)出料含量(%)質(zhì)量(噸)濃硫酸982.03硫酸鋁1002.27高嶺土39.501.99水1001.99水1001.63雜質(zhì)1000.9合計(jì)5.65合計(jì)5.16表6

不同百分比濃度硫酸鋁溶液在25℃下密度[15]

密度(×103kg/m3)百分比濃度(%)密度(×103kg/m3)百分比濃度(%)1.1062101.1293121.1529141.1770161.2017181.2272201.2534221.2803241.3079261.3204281.4.3加熱濃縮段：濃縮結(jié)晶硫酸鋁通過濃縮蒸發(fā)掉多余水分，從而結(jié)晶得到相應(yīng)的結(jié)晶水硫酸鋁最終產(chǎn)品。（1）流程示意圖（2）計(jì)算過程流股1為未濃縮的硫酸鋁和水Al2(SO4)3：2.27噸通過飽和溶液得出現(xiàn)在需要H2O：11.5噸流股2為濃縮后的硫酸鋁和水①Al2(SO4)3：4.17噸濃縮后要求硫酸鋁濃度為54.31%，則濃縮前料液濃度為：②可求得濃縮過程需蒸發(fā)掉的水量為:W=F(1－X0/X1)W

水蒸發(fā)量,

噸F

料液加入量,

噸X0料液初始濃度X1

完成液濃度W=F(1－X0/X1)=13.77（1﹣）=13.77×0.687=9.46噸表7

濃縮段物料衡算表入料組成(%)質(zhì)量(噸)出料含量(%)質(zhì)量(噸)硫酸鋁1002.27硫酸鋁（成品）>54.31%4.17水10011.5水（蒸發(fā)）1009.46合計(jì)13.77合計(jì)13.632.能量衡算[16]

2.1計(jì)算依據(jù)由公式：D（Hs－

hs）+

Fh0=

Lh

+

WH

+

QD

加熱蒸汽消耗量，

㎏/h

Hs

加熱蒸汽的焓,

kJ/㎏F

料液的進(jìn)料量,

㎏/hh0

料液的焓，

kJ/㎏L

完成液流量，

㎏/h

h

完成液的焓，

kJ/㎏W

水分蒸發(fā)量，

㎏/hH

二次蒸汽（溫度為t的過熱蒸汽）的焓，

kJ/㎏hs

加熱器中冷凝水的焓，

kJ/㎏Q

熱損失，

kJ/h本生產(chǎn)工藝每1小時(shí)為一個(gè)間歇，因此以下計(jì)算以1小時(shí)記2.1吸熱:蒸發(fā)水汲取熱量：查得115℃蒸汽的焓H=2702.5kJ/kg，水蒸發(fā)量為9.46噸Q=9.46×103×2702.5=25565.65×103kJ求得在濃縮過程中。蒸發(fā)水汲取的熱量為25565.65×103kJ。Al2(SO4)3溶液汲取得熱量：Al2(SO4)3溶液的熱容按硫酸鋁與水的質(zhì)量百分比計(jì)算，得：C=C硫酸鋁×54.31%+C水×(1－54.31%)

=259.14×54.318%+75.295×(1－54.31%)

=175.16

J/mol

=923.6J/㎏

=0.9236KJ/㎏Al2(SO4)3溶液溫度為115℃，質(zhì)量為4.17噸。由公式h

=

CtQ=MCt=4.17×103×0.9236×115

=442.91×103kJ求得Al2(SO4)3溶液的吸熱量為442.91×103kJ。設(shè)在蒸發(fā)過程中，熱量損失為總熱量的3%，得：Q損=(Q水+Q完成液)×3%

=(25565.65×103+442.91×103)×3%=780.26×103kJ在反應(yīng)釜中。蒸發(fā)水吸熱25565.65×103kJ，Al2(SO4)3溶液吸熱量442.91×103kJ，熱量損失780.26×103kJ。2.2放熱:料液帶入的熱量：料液的熱容以水與硫酸鋁的質(zhì)量百分比計(jì)算由公式h0=

C0t0得：C0=C水×83%+C硫酸鋁×17%=75.295×83%+259.14×17%

=106.5J/mol=1457.31J/kg=1.45731kJ/kg由于料液溫度為25℃Q=MC0t=13.77×103×25×1.45731=501.68×103kJ加熱蒸汽釋放的熱量:采納4.0Kgf/cm2蒸汽加熱，求得：汽化熱即Hs－

hs為2139.87kJ/Kg12.2×103×2139.87=26287.14×103kJ將以上計(jì)算結(jié)果匯總在表8

中。表8

熱量衡算表入料吸熱(×103kJ)

出料放熱(×103kJ)蒸發(fā)水25565.65加熱蒸汽26287.14Al2(SO4)3溶液442.91料液501.68損失780.26合計(jì)26788.82合計(jì)26788.823.設(shè)備技術(shù)參數(shù)計(jì)算與選型3.1反應(yīng)釜反應(yīng)設(shè)備在化工、醫(yī)藥、食品、染料、生化等工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。尤其是化工工藝過程的各種化學(xué)變化，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提，關(guān)于加熱、冷卻、和液體萃取以及氣體汲取等物理變化過程均需要采納攪拌才能得到好的效果，并可為客戶設(shè)計(jì)，加工外盤管反應(yīng)鍋。對(duì)反應(yīng)釜來講,差不多物料為液相,加入物料為固相,要保證固液物料充分均勻混合,攪拌形式必須滿足傳質(zhì)要求,攪拌器要具有合適的剪切、循環(huán)比。因攪拌器的混合性能與槳葉的排出性能、剪切性能有關(guān),排出性能高能夠造成液體的快速循環(huán)流淌,而剪切性能高又能造成液體強(qiáng)烈的湍流擴(kuò)散,這些差不多上混合過程所需要的。攪拌器反應(yīng)罐就具有合適的剪切、循環(huán)比特性好,能滿足過程攪拌的需要。攪拌式反應(yīng)釜：硫酸浸取高嶺土中氧化鋁的反應(yīng)可表示為：Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O為方便起見，以下用A表示H2SO4，用B表示Al2O3。酸浸連續(xù)攪拌反應(yīng)釜，如上圖所示。硫酸浸取高嶺土中氧化鋁的反應(yīng)是典型的液固反應(yīng)，物料在反應(yīng)過程中的體積差不多不變。由于攪拌速度較大，反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)的流淌狀況可視為呈全混流，在定態(tài)時(shí)，在等溫等容條件下對(duì)整個(gè)反應(yīng)器作A的物料衡算：VR (1)t(2)VR，反應(yīng)器容積，L；Q0，物料體積流量，L/s；CA0，A的初始濃度，mol/L；XAf，A的最終反應(yīng)率；rAf，按A出口濃度計(jì)算的反應(yīng)速率，mol/(L/s)；t，物料在反應(yīng)器內(nèi)的平均反應(yīng)時(shí)刻，s硫酸浸取高嶺土中氧化鋁的反應(yīng)速率為：rA=kCA0.5=k(CA0－CA0XAf)0.5即rA=k[CA0(1－XAf)]0.5 (3)rA，反應(yīng)速率，mol/(L·s)；k，反應(yīng)速率常數(shù)，(mol/L)0.5/s；CA，A的濃度，mol/L。將式(3)代入式(2)得：t=CA00.5XAf／[k(1-XAf)0.5] (4)反應(yīng)速率常數(shù)和溫度的關(guān)系為：k=k0exp(-EA/RgT)=2.03×109exp(-61450/RgT)=2.03×109exp(-7394.7/T) (5)k0，頻率因子，(mol/L)0.5/s；EA，反應(yīng)活化能，J/mol；Rg，氣體常數(shù)，8.31〔J/mol·K〕；T，反應(yīng)溫度，K。將式(5)代入式(4)得：CA00.5XAf/(1-XAf)0.5=2.03×109exp(-7394.7/T)·t (6)當(dāng)A和B按化學(xué)計(jì)量關(guān)系配料時(shí)，氧化鋁浸出率XB和XAf相等，將XB代入式(6)得：CA00.5XB/(1-XB)0.5=2.03×109exp(-7394.7/T)·t (7)式(7)是反應(yīng)器容積計(jì)算的基礎(chǔ)公式，其中有CA0、XB、T和t，4個(gè)操作參數(shù)，其大小決定反應(yīng)器的容積。一般講來，在滿足工藝要求的CA0和XB時(shí)，通過式(7)計(jì)算平均反應(yīng)時(shí)刻和反應(yīng)溫度的關(guān)系，然后綜合考慮設(shè)備投資和操作費(fèi)用，選擇適宜的反應(yīng)溫度和平均反應(yīng)時(shí)刻，再計(jì)算反應(yīng)器容積。反應(yīng)器容積按下式計(jì)算：VR (8)Q0=QA+QB (9)式中：QA和QB，分不為硫酸和高嶺土的體積流量。QA=6WαXB/(MBCA0) (10)式中：W，單位時(shí)刻處理的高嶺土質(zhì)量；α，高嶺土內(nèi)氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；MB，氧化鋁分子量。QB=W/ρ (11)式中ρ：高嶺土密度。每8h處理高嶺土51噸，高嶺土中Al2O3占39.50%，培燒后為45.91%。反應(yīng)溫度115℃，溶出率89.1%。由(9)、(10)、(11)得：Q0=QA+QB=129.2m3VR=16.15m3設(shè)裝填系數(shù)為75%，則反應(yīng)器計(jì)算體積為：V=VR/0.75=21.533m3≈22m3由計(jì)算得反應(yīng)器體積為22m3，反應(yīng)器H/Di=1.3，平均攪拌功率取1.32Hp/m3=735.499W[13]反應(yīng)釜的高度與底面直徑關(guān)系： H=1.3Di 底面直徑：反應(yīng)釜高：H=1.3Di=2.8×1.3=3.64m設(shè)計(jì)溫度：115℃+20℃＝135設(shè)計(jì)壓力：反應(yīng)釜內(nèi)溶液最高為反應(yīng)釜高的75%，Al2O3密度1.20g/cm3，則工作壓力： 設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的110%，則設(shè)計(jì)壓力為：Pc=1.1PT=1.1×4.28MPa=4.71設(shè)備選材：16MnR低碳鋼厚度計(jì)算：Pc=4.71MPa，T=135℃，Di=2800mm，[δt]=157MPa，φ=1.0(雙面焊對(duì)接，100%探傷)，腐蝕裕量C2=2mmSd=44.64，則負(fù)偏差C1=1.2mmSd+C1=45.84mm 圓整后取46mm水壓校驗(yàn)：依照有：由此得：，其強(qiáng)度滿足要求。表9反應(yīng)釜的要緊技術(shù)特性序號(hào)名稱指標(biāo)1工作壓力MPa4.712工作溫度℃1153物料名稱稀硫酸，高嶺土4全容積M3225攪拌速度r/min62.56平均攪拌功率W735.499由于釜內(nèi)介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性,要求對(duì)釜體及釜蓋內(nèi)表面進(jìn)行搪鉛處理(鉛層厚6—8)并襯耐酸瓷板二層?？紤]到搪鉛工藝的實(shí)施和搪鉛時(shí)的鉛中毒，釜體和釜蓋須采納法蘭連接。此外，還考慮到釜內(nèi)介質(zhì)的反應(yīng)速度難以操縱以及介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性。設(shè)備不宜采納安全閥作超壓泄放裝置，故設(shè)置了一泄放口徑為200mm的爆破片（厚3mm的鉛制平板型爆破片內(nèi)襯厚2mm的耐酸橡膠板）作為設(shè)備的超壓泄放裝置。3.2顎式破裂機(jī)3.2.1簡(jiǎn)擺顎式破裂機(jī)工作原理：動(dòng)顎懸掛在心軸上，可作左右擺動(dòng)，偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)兩塊推力板也做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)動(dòng)顎做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)破裂和卸料。此種破裂機(jī)采納曲柄雙連桿機(jī)構(gòu)，盡管動(dòng)顎上受有專門大的破裂反力，而其偏心軸和連桿卻受力不大，因此工業(yè)上多制成大型機(jī)和中型機(jī)，用來破裂堅(jiān)硬的物料。此外，這種破裂機(jī)工作時(shí)，動(dòng)顎上每點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡差不多上以心軸為中心的圓弧，圓弧半徑等于該點(diǎn)至軸心的距離，上端圓弧小，下端圓弧大，破裂效率較低，其破裂比i一般為3-6.由于運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單，故稱簡(jiǎn)單擺動(dòng)顎式破裂機(jī)。簡(jiǎn)擺顎式破裂機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，偏心軸等傳動(dòng)件受力較??；由于動(dòng)顎垂直位移較小，加工時(shí)物料較少有過度破裂的現(xiàn)象，動(dòng)顎顎板的磨損較小。3.2.2顎式破裂機(jī)在礦山，建材和基建部門要緊用作粗碎機(jī)和中碎機(jī)。按照給料口寬度大小，分為大，中，小型三種，給料口寬度大于600MM的為大型機(jī)，給料口寬度在300-600MM的為中型機(jī)，給料口寬度小于300MM的為小型機(jī)。顎式破裂機(jī)的工作部分是兩塊顎板，一是固定顎板（定顎），垂直（或上端略外傾）固定在機(jī)體前壁上，另一是活動(dòng)顎板（動(dòng)顎），位置傾斜，與固定顎板形成上大下小的破裂腔(工作腔)?；顒?dòng)顎板對(duì)著固定顎板做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，時(shí)而分開，時(shí)而靠近。分開時(shí)，物料進(jìn)入破裂腔，成品從下部卸出；靠近時(shí)，使裝在兩塊顎板之間的物料受到擠壓，彎折和劈裂作用而破裂。3.3雷蒙磨3.3.1工作原理雷蒙磨將大塊狀原材料破裂到所需的進(jìn)料粒度后，由畚斗提升機(jī)將物料輸送到儲(chǔ)料倉，然后由電磁振動(dòng)給料機(jī)均勻地送到主機(jī)的磨腔內(nèi)，進(jìn)入到磨腔的物料在磨輥與磨環(huán)之間研磨，粉磨后的粉子由風(fēng)機(jī)氣流帶到分析機(jī)分級(jí)，達(dá)到細(xì)度要求的細(xì)粉隨氣流經(jīng)管道進(jìn)入大旋風(fēng)收集器內(nèi)，進(jìn)行分離收集，再經(jīng)卸料器排出即為成品。主機(jī)工作過程中，鏟刀系統(tǒng)起到了特不重要的作用。其位于磨輥下端，鏟刀與磨輥同轉(zhuǎn)過程中把物料鏟起拋喂入磨輥輥環(huán)之間，形成墊料層，該料層受磨輥旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向外的擠壓力將物料碾碎，由此達(dá)到制粉目的。3.3.2操作流程雷蒙磨開動(dòng)前，應(yīng)檢查所有檢修門關(guān)閉是否嚴(yán)密，檢查破裂機(jī)的腭板間隙是否符合進(jìn)料粒度尺寸，調(diào)整分析機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)近似成品粒度要求。最后按以順序開機(jī)。1、開動(dòng)畚斗提升機(jī)；2、開動(dòng)鄂式破裂機(jī)；3、待料倉存有物料后，啟動(dòng)分析機(jī)；4、啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)（空負(fù)荷啟動(dòng)，待正常運(yùn)行后再加載）；5、啟動(dòng)雷蒙磨主機(jī)，在啟動(dòng)主機(jī)瞬間隨即啟動(dòng)電磁振動(dòng)給料機(jī)。現(xiàn)在雷蒙磨粉磨工作即為開始。雷蒙磨操作順序簡(jiǎn)易如下：?jiǎn)?dòng)：提升機(jī)→破裂機(jī)→分析機(jī)→風(fēng)機(jī)→主機(jī)→給料機(jī)。

雷蒙磨停機(jī)時(shí)應(yīng)按下列順序關(guān)閉各機(jī)：（1）、先關(guān)閉給料機(jī)停止給料；（2）、約一分鐘后停止主機(jī)；（3）、吹凈殘留的粉子后停止鼓風(fēng)機(jī)；（4）、最后關(guān)閉分析機(jī)。雷蒙磨停機(jī)順序是：給料機(jī)→主機(jī)→鼓風(fēng)機(jī)→分析機(jī)。注：提升機(jī)輸運(yùn)物料至料倉一定量后，先停止破裂機(jī)而后再停止提升，此項(xiàng)應(yīng)由儲(chǔ)料量現(xiàn)時(shí)變動(dòng)。（5）、雷蒙磨在正常工作時(shí)不準(zhǔn)隨意加油，要確保生產(chǎn)安全，磨粉機(jī)在任何部分發(fā)生不正常噪音，或負(fù)荷突然增大應(yīng)立即停機(jī)檢查，排除故障，以免發(fā)生重大事故。再接著開機(jī)時(shí)必須將磨機(jī)內(nèi)余料取出，否則開機(jī)時(shí)電流過大，阻礙啟動(dòng)。3.4板式過濾機(jī)過濾機(jī)是利用多孔性過濾介質(zhì)，截留液體與固體顆?；旌衔镏械墓腆w顆粒，而實(shí)現(xiàn)固、液分離的設(shè)備。過濾機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門。過濾機(jī)應(yīng)依照懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對(duì)過濾質(zhì)量的要求選用。先選擇幾種過濾介質(zhì)，利用過濾漏斗實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同過濾介質(zhì)和不同壓差下的過濾速度、濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量，找出適宜的過濾條件，初步選定過濾機(jī)類型，再依照處理量選定過濾面積，并經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。正在進(jìn)展的新型過濾設(shè)備有：機(jī)械力壓榨過濾設(shè)備；能實(shí)現(xiàn)無濾渣層過濾的動(dòng)態(tài)過濾機(jī)；洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過濾設(shè)備。在過濾理論研究方面，濾渣層過濾阻力和孔隙率的測(cè)算、過濾速度、過濾設(shè)備的模擬和放大、稀薄液體澄清過濾和動(dòng)態(tài)過濾機(jī)理，以及過濾介質(zhì)的研究，差不多上重要的課題。利用電子計(jì)算機(jī)操縱過濾操作是過濾設(shè)備的進(jìn)展方向。表10．臥式密閉自動(dòng)過濾機(jī)要緊規(guī)格和技術(shù)參數(shù)面積(m2)筒體直徑(mm)工作壓力(MPa)工作溫度(℃)處理能力(T/h·m2)5-20800額定壓力0.1-0.4最高壓力0.5≤1500.620-50120050-8015003.5濃縮結(jié)晶鍋要緊用途：要緊適用于制藥、食品、化工等工業(yè)部門對(duì)液料的濃縮。同時(shí)亦能回收酒精和簡(jiǎn)單的回流提取。結(jié)構(gòu)：本設(shè)備要緊包括濃縮罐、第一冷凝器、汽液分離器、第二冷凝器、冷卻器、受液桶六個(gè)部件組成，全部有不銹鋼制造。濃縮罐為夾套結(jié)構(gòu)，冷凝器為列管式，冷卻器為蛇管式。 表11濃縮結(jié)晶鍋要緊技術(shù)參數(shù)設(shè)備參數(shù)加熱面積M21.45冷凝面積M23.2冷卻面積M20.7受熱槽容積L100設(shè)備凈重kg800外形尺寸長(zhǎng)×寬×高mm2100×1200×34006.6要緊設(shè)備匯總將以上計(jì)算和選擇的生產(chǎn)設(shè)備匯總在表12中。表12一些要緊設(shè)備表序號(hào)名稱數(shù)量要緊參數(shù)功率ＫＷ總價(jià)萬元供貨單位1顎式破裂機(jī)2臺(tái)破裂抗壓強(qiáng)度不超過320兆帕5.52河南紅星礦山機(jī)器有限公司設(shè)計(jì)2雷蒙磨2臺(tái)最大進(jìn)料細(xì)度15-20mm1550鄭州市宏科機(jī)械設(shè)備有限公司3反應(yīng)釜4個(gè)工作壓力4.71MPa工作溫度115℃1750大連通達(dá)反應(yīng)釜廠4煅燒爐120定制5板式過濾機(jī)2個(gè)5.533宜興市精益機(jī)械廠6濃縮結(jié)晶鍋4個(gè)夾套直徑Φ1500筒體直徑Φ1400轉(zhuǎn)速6-15r.p.n5.520無錫市雪浪發(fā)酵工程設(shè)備廠7成品粉碎機(jī)2臺(tái)1310定貨總計(jì)681854.三廢處理及副產(chǎn)品的綜合利用[17]由于此工藝反應(yīng)過程中硫酸不易揮發(fā)，因此差不多不產(chǎn)生廢氣；工藝流程中酸不斷的被稀釋并與高嶺土反應(yīng)，因此最后少量酸性廢水通過中和后能夠直接排放；廢渣則可用于制造水泥及濕法生產(chǎn)高模數(shù)水玻璃。5.廠房安排[16]廠房安排要緊依照生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、廠區(qū)面積、廠區(qū)地形以及地質(zhì)等條件而定。生產(chǎn)規(guī)模較大，車間內(nèi)各工段生產(chǎn)特點(diǎn)有顯著差異，需要嚴(yán)格分開，或者廠區(qū)平坦地形的地面較少時(shí)，廠方多采納單體式。大型化工廠（如石油化工）一半生產(chǎn)規(guī)模較大，生產(chǎn)特點(diǎn)是易燃易爆、或有明火設(shè)備，如工業(yè)爐等，這時(shí)廠房的安排采納單體式，即把原料處理、成品包裝、生產(chǎn)工段、回收工段、操縱室以及專門設(shè)備，獨(dú)立設(shè)置，分散為許多單體。4.1廠房層數(shù)化工廠廠房可依照工藝流程的需要設(shè)計(jì)成單層、多層或單層與多層相結(jié)合的形式。一般來講單層廠房利用率較高，建設(shè)費(fèi)用也低，因此除了由于工藝流程的需要必須設(shè)計(jì)為多層外，工程設(shè)計(jì)中一般多采納單層。有時(shí)因受建設(shè)場(chǎng)地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設(shè)計(jì)成多層的。關(guān)于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的廠房，由于在生產(chǎn)過程中關(guān)于工藝路線還需不斷的改進(jìn)、完善，因此一般都設(shè)計(jì)成一個(gè)高單層廠房，利用便于移動(dòng)、拆裝、改建的鋼操作臺(tái)代替鋼筋混凝土操作臺(tái)或多層廠房的樓板，以適應(yīng)工藝流程變化的需要。廠房層數(shù)的設(shè)計(jì)要依照工藝流程的要求、投資、用地的條件等各種因素，進(jìn)行綜合的比較，然后才能最后決定。本設(shè)計(jì)采納三層廠房，高度為6米。4.2廠房布置4.2.1廠房平面布置廠房平面布置見附圖，其外形一般有長(zhǎng)方形，L型，T型和∏型。長(zhǎng)方形便于總平面的布置，節(jié)約用地，有利于設(shè)備排列，縮短管線，易于安排交通出入口，有較多可供自然采光和通風(fēng)的墻面；但有時(shí)由于廠房總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在總圖布置有困難時(shí)，為了適應(yīng)地形的要求或生產(chǎn)的需要，也有采納L型，T型或∏型的，現(xiàn)在應(yīng)充分考慮采光、通風(fēng)、交通和立面等各方面的因素。廠房的柱網(wǎng)布置，要依照廠房結(jié)構(gòu)而定，生產(chǎn)類不為甲、乙類生產(chǎn)，宜采納框架結(jié)構(gòu)，采納的柱網(wǎng)間距一般為6m，也有采納7.5m的。丙、丁、戊類生產(chǎn)可采納混合結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)，開間采納4m、5m或6m。但不論框架結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)，在一棟廠房中不宜采納多種柱距。柱距要盡可能符合建筑模數(shù)的要求，如此能夠充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，節(jié)約設(shè)計(jì)和施工力量，加速基建進(jìn)度。廠房的寬度問題，生產(chǎn)廠方為了盡可能利用自然采光和通風(fēng)以及建筑經(jīng)濟(jì)上的要求，一般單層廠房寬度不宜超過30m，多層廠房寬度不宜超過24m，廠房常用寬度有9m、12m、14.4m、15m、18m,也有用24m的。廠房中柱子布置既要便于設(shè)備排列和工人操作，又要有利于固體物料運(yùn)輸，因此單層廠房常為單垮的，即跨度等于廠房寬度，廠房?jī)?nèi)沒有柱子。多層廠房若跨度為9m,廠房中間如不立柱子，所用的梁就要專門大，因而不經(jīng)濟(jì)。一般較經(jīng)濟(jì)廠房的常用跨度，操縱在6m左右，例如12m、14.4m、15m、18m寬度的廠房，常分不布置成6－6，6－2.4－6，6－3－6，6－6－6形式，[6－2.4－6表示三跨，跨度為6米，2.4米，6米，中間的2.4米是內(nèi)走廊的寬度。]一般車間的短邊（即寬度）常為2～3跨，其長(zhǎng)邊（即長(zhǎng)度）則依照生產(chǎn)規(guī)模及工藝要求決定。在進(jìn)行車間布置時(shí)，要考慮廠房安全出入口，一般不應(yīng)少于兩個(gè)。如車間面積小，生產(chǎn)人數(shù)少，可設(shè)一個(gè)，但應(yīng)慎重考慮防火安全等問題（具體數(shù)值詳見建筑設(shè)計(jì)放火規(guī)范）。4.2.2廠房立體布置廠房立體布置見附圖化工廠廠房的高度，要緊由工藝設(shè)備布置要求所決定。廠房的垂直布置要充分利用空間，每層高度取決于設(shè)備的高低、安裝的位置、檢修要求及安全衛(wèi)生等條件。一般框架或混合結(jié)構(gòu)的多層廠房，層高多采納5m、6m，最低不得低于4.5m；每層高度盡量相同，不宜變化過多。裝配式廠房層高采納300mm的模數(shù)。在有高溫及有毒害性氣體的廠房中，要適當(dāng)加高建筑物的層高或設(shè)置拔風(fēng)式氣樓（即天窗），以利于自然通風(fēng)、采光散熱。氣樓中可布置多段蒸汽噴射泵、高位槽、冷凝器等，以充分利用廠房空間。有爆炸危險(xiǎn)車間宜采納單層，廠房?jī)?nèi)設(shè)置多層操作臺(tái)以滿足工藝設(shè)備位差的要求。如必須設(shè)在多層廠房?jī)?nèi)，則應(yīng)布置在廠房頂層。如整個(gè)廠房均有爆炸危險(xiǎn)，則在每層樓板上設(shè)定一定面積的泄爆孔。這類廠房還應(yīng)設(shè)置必要的輕質(zhì)屋面、或增加外墻以及門窗的泄壓面積。泄壓面積與廠房體積的比值一般采納0.05-0.1m2/m3。泄壓面積應(yīng)布置合理，并應(yīng)靠近爆炸部位，不迎面對(duì)人員集中的地點(diǎn)和要緊交通道路。車間內(nèi)防爆區(qū)與非防爆區(qū)（生活、輔助及操縱室等）間應(yīng)設(shè)防火墻分割。如兩個(gè)區(qū)域需要互通時(shí)，中間應(yīng)設(shè)雙門斗，即設(shè)兩道彈簧門隔開。上下層防火墻應(yīng)設(shè)在同一軸線處。防爆區(qū)上層不應(yīng)布置非防爆區(qū)。有爆炸危險(xiǎn)的車間的樓梯間宜采納封閉式樓梯間。4.2.3設(shè)備布置中小型化工廠的設(shè)備布置，一般常采納室內(nèi)布置，尤其是氣溫較低的地區(qū)，

此外，也可采納室內(nèi)、露天聯(lián)合布置方法。設(shè)備露天布置有下列優(yōu)點(diǎn)：能夠節(jié)約建筑面積，節(jié)約基建投資；可減少土建施工工程量，加快基建進(jìn)度；有火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)性的設(shè)備，露天布置可降低廠房耐火等級(jí)，降低廠房造價(jià)；有利于化工生產(chǎn)的防火、防爆和防毒（對(duì)毒性較大或劇毒的化工生產(chǎn)除外）；對(duì)廠房的擴(kuò)建、改建具有較大的靈活性。生產(chǎn)中一般不需要經(jīng)常操作的或可用自動(dòng)化儀表操縱的設(shè)備，如塔、冷凝器、液體原料貯罐、成品貯罐、氣柜等都可布置在室外。需要大氣調(diào)節(jié)溫濕度的設(shè)備，如涼水塔、空氣冷卻器等也都露天布置或半露天布置。不同意有顯著溫度變化，不能受大氣阻礙的一些設(shè)備，如反應(yīng)罐、各種機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)備、裝有周密度極高儀表的設(shè)備及其他應(yīng)該布置在室內(nèi)的設(shè)備，則應(yīng)布置在室內(nèi)。4.2.4

（1）生產(chǎn)規(guī)模較小的車間，多數(shù)是將輔助室、生活室集中布置在車間中的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。（2）有時(shí)輔助房間也有布置在廠房中間的，譬如配電室安排在用電負(fù)荷中心，空調(diào)室布置在需要空調(diào)的房間附近，但這些房間一般都布置在廠房北面房間。（3）生活室中的辦公室、化驗(yàn)室、休息室等宜布置在南面，以充分利用太陽能采暖，更衣室、廁所、浴室等可布置在廠房北面房間。（4）生產(chǎn)規(guī)模較大時(shí)，輔助室和生活室可依照需要布置在有關(guān)的單體建筑物內(nèi)。（5）有毒的或者對(duì)衛(wèi)生方面有專門要求的工段必須設(shè)置專用的浴室車間布置的最終成品是車間平、立面布置圖。如規(guī)模大時(shí)，還需要有一張聯(lián)系各建筑物的裝置總平面圖。依照一般工業(yè)廠房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)廠房為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)25米，寬10米；三層建筑，高度為6米。機(jī)械設(shè)備呈一字排列，有高溫?zé)嵩吹脑O(shè)備(焙燒爐、再沸塔)露天布置；操縱室、衛(wèi)生間等布置，設(shè)有安全出口。5.技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析5.1勞動(dòng)定員表13職工定員編制表崗位名稱作業(yè)內(nèi)容人數(shù)備注甲班乙班丙班粉碎原料的粉碎，研磨，篩分2煅燒煅燒爐2反應(yīng)攪拌式反應(yīng)釜222濃縮、結(jié)晶濃縮結(jié)晶機(jī)3破裂、包裝破裂，灌包，入庫2治理1生產(chǎn)工人合計(jì)168.2固定資產(chǎn)的投資表14固定資產(chǎn)投資序號(hào)名稱數(shù)量費(fèi)用（萬元）備注1反應(yīng)釜4502顎式破裂機(jī)223雷蒙磨2504煅燒爐1205板式過濾機(jī)2336濃縮結(jié)晶機(jī)4207成品粉碎機(jī)2108安裝費(fèi)用1609不可預(yù)見費(fèi)200合計(jì)545基建165總計(jì)7108.3原料動(dòng)力費(fèi)表15車間制造原料動(dòng)力費(fèi)原料用量（噸/年）購進(jìn)單價(jià)（元/噸原料）生產(chǎn)成本(萬元/年)高嶺3去離子水3000002.678原輔料小計(jì)15.3029處理總?cè)剂?1.6263電300000度0.6118.3燃料動(dòng)力費(fèi)小計(jì)272.4071合計(jì)1397.93638.4固定資產(chǎn)折舊費(fèi)和年維修費(fèi)折舊年限為10年，折舊率10%，則：年折舊費(fèi)=710×10%=71萬元/年年維修費(fèi)=710×5%=35.5萬元/年8.5人工費(fèi)每人每月按2500元算2500×16×12=48萬元/年8.6化驗(yàn)分析費(fèi)用托付總廠化驗(yàn)中心化驗(yàn)室，按人工費(fèi)的10%計(jì)算，共計(jì)2.88萬元/年8.7三廢治理費(fèi)用廢氣由本車間處理，費(fèi)用差不多包含在制造成本中，廢水送入該廠廢水處理車間處理，處理費(fèi)為1元/噸，合計(jì)3.2萬元/年由上述所計(jì)算的結(jié)果得出下表：表16某催化劑廠的后處理車間年費(fèi)用一覽表序號(hào)名稱金額(萬元/年)1固定資產(chǎn)的投入7102原料動(dòng)力費(fèi)3370.61783年折舊費(fèi)714年維修費(fèi)35.55人工費(fèi)28.86化驗(yàn)分析費(fèi)2.887三廢治理費(fèi)3.2合計(jì)4221.9978硫酸鋁的市場(chǎng)價(jià)格為：900元/噸產(chǎn)品收入：900×1=900萬元生產(chǎn)成本，職職員資及其他費(fèi)用：4221.9978應(yīng)納稅所得額：10000-4221.9978=5778.0022萬元稅費(fèi)：33%應(yīng)納所得稅額：5778.0022×33%＝1906.7407萬元9.設(shè)計(jì)評(píng)析本文調(diào)查了我國硫酸鋁的生產(chǎn)現(xiàn)狀，年產(chǎn)量萬噸以上的企業(yè)已達(dá)29個(gè)，3000t至10000t的企業(yè)達(dá)85個(gè)。全國硫酸鋁生產(chǎn)能力已達(dá)115萬t，產(chǎn)量突破95萬t，僅次于美國和日本，而居世界第三位。比較了現(xiàn)在國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)上采納的生產(chǎn)硫酸鋁的方法，生產(chǎn)工藝要緊有鋁灰、鋁渣法、活性氫氧化鋁法、鋁礬土常壓法、煤矸石加壓法等，對(duì)各個(gè)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)覺以高嶺土為原料生產(chǎn)硫酸鋁，具有原料成本低，產(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量好，過程易操縱等優(yōu)點(diǎn)，制備過程中產(chǎn)生的廢渣可作為高活性的高硅材料，也可作為優(yōu)良的涂料及板材制品填料，從而實(shí)現(xiàn)了綜合利用和無廢渣排放，具有積極的環(huán)保意義；采納高嶺土為原料生產(chǎn)硫酸鋁，符合設(shè)計(jì)的目的和指導(dǎo)思想，是一種較適合我國國情的生產(chǎn)方法。本文選擇以高嶺土為原料的礦物原料生產(chǎn)法進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。對(duì)原料工段、反應(yīng)工段、濃縮結(jié)晶工段進(jìn)行物料衡算及能量衡算，結(jié)果表明，1噸原礦(價(jià)格230元/t)和1.1噸98%硫酸（價(jià)格240