年產(chǎn)噸氮化鋁粉體工廠設計

年產(chǎn)噸氮化鋁粉體工廠設計第1頁/共25頁目錄前期調(diào)研制備方法及工藝選擇車間布置及技術經(jīng)濟物料衡算及設備選擇第2頁/共25頁目錄前期調(diào)研制備方法及工藝選擇車間布置及技術經(jīng)濟物料衡算及設備選擇第3頁/共25頁前期調(diào)研1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，散熱技術已經(jīng)成為制約電子設備發(fā)展的關鍵因素之一。為了避免材料散熱性能差造成設備的使用性能及壽命降低，發(fā)展導熱性能優(yōu)異的材料是其關鍵所在。氧化鋁氮化鋁熱導率20-30熱膨脹系數(shù)7.4力學性能良好電學性能良好熱導率100-230熱膨脹系數(shù)4.4力學性能良好電學性能良好第4頁/共25頁絕緣材料散熱基片耐熱材料工具陶瓷壓電元件熱交換材料2光學性能優(yōu)良的光學性能熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)為4.4，與硅相當導熱性理論導熱系數(shù)為320，工業(yè)實際制備為100-230導電性電阻率>1014Ω·cm

穩(wěn)定性在非氧化氣氛下,加熱到2000℃,AIN仍保持穩(wěn)定高硬度氮化鋁硬度(HV)為12Gpa氮化鋁的結構、性能及用途前期調(diào)研氮化鋁晶體屬于六方晶系，具有纖鋅礦結構，晶胞分子數(shù)Z=6，氮與鋁的配位數(shù)為4。具有原子量小,結構簡單,簡諧性好等特點。第5頁/共25頁3氮化鋁的市場需求及生產(chǎn)量市場需求量產(chǎn)量產(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2002年的產(chǎn)量是240噸。前期調(diào)研

市場需求量：統(tǒng)計資料表明，隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展及其應用范圍的不斷擴大，氮化鋁市場需求量年平均增長率高達70%，預計將達到130億美元。供不應求第6頁/共25頁制備工藝及工藝選擇目錄前期調(diào)研物料衡算及設備選擇工廠布置及技術經(jīng)濟第7頁/共25頁

4制備方法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氣中直接化合生成氮化鋁的過程。其反應方程式為：

2Al+N2=AlN碳熱還原法是將氧化鋁粉和碳粉混合均勻后在氮氣中加熱獲得氮化鋁的方法。反應方程式為：

3Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO第8頁/共25頁

5制備方法制備方法及工藝選擇

化學氣相沉積法是采用無機物(氯化鋁)或有機物(烷基鋁)為原料，與氨氣反應生成AIN的過程。反應方程式分別為:AlC13+NH3=A1N+3HClAl(C2H5)3+NH3=A1N+3C2H6自蔓延高溫合成法實質(zhì)就是鋁粉的直接氮化，它充分利用了鋁粉直接氮化為強放熱反應的特點，將鋁粉于氮氣中點燃后，利用與之間的高化學反應熱使反應自行維持下去合成。第9頁/共25頁

6氮化鋁生產(chǎn)方法優(yōu)缺點比較制備方法及工藝選擇方法優(yōu)點缺點鋁粉直接氮化法原料豐富，工藝簡單，制備成本低鋁粉轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)物易結塊，產(chǎn)品粒徑粗大，質(zhì)量穩(wěn)定性差碳熱還原法工藝過程簡單,粉體質(zhì)量高成本較高，反應溫度較高，合成時間較長化學氣相沉積法工藝可控，粉體質(zhì)量高有機鋁價格較高，產(chǎn)量低自蔓延高溫合成法反應速度快，合成時間短，生產(chǎn)效率高，成本低反應難以控制，粉體質(zhì)量低第10頁/共25頁7碳熱還原法制備方法及工藝選擇

碳熱還原法分為兩步：第一步Al2O3+3C=2Al+3CO

第二步2Al+N2=2AlN

工藝流程圖如下：氮化鋁粉體碳粉篩分氮化除碳球磨篩分檢驗通氮氣通空氣球磨包裝配比第11頁/共25頁制備方法及工藝選擇目錄前期調(diào)研物料衡算及設備選擇工廠布置及技術經(jīng)濟第12頁/共25頁8物料衡算物料衡算及設備選擇質(zhì)量：氧化鋁949t碳粉475t氮氣8.0×103L

3Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO27×2+16×32×(27+14)X600tX=746.34t氮化鋁600t

原料：氧化鋁、氮氣以及碳粉配比：氧化鋁：碳粉=2:1

氮氣流量=1.5L/min第13頁/共25頁現(xiàn)有球磨機一覽表物料衡算及設備選擇

以球磨機選擇為例：

球磨機型號工藝參數(shù)單價(萬元)球磨機11800*2000處理量1.5t6.88出料粒度0.001-0.01mm電機功率15kw球磨機21200*2400處理量1.2t7.50出料粒度0.074-0.01mm電機功率15kw球磨機31500*1800處理量0.65t-1.0t8.80出料粒度0.074-0.4mm電機功率12kw9第14頁/共25頁設備選則物料衡算及設備選擇10

通過對三臺球磨機比較，型號為1800*2000的球磨機處理量最大，出料粒度更細，價格最便宜，選擇球磨機1。理論臺數(shù)=每天總處理量/每臺球磨機的處理量

=4661.1×3.5/1500=10.9臺實際臺數(shù)=1.4×理論球磨機臺數(shù)

=1.4×10.9=15.26臺，故取16臺為宜。第15頁/共25頁設備一覽表物料衡算及設備選擇11第16頁/共25頁目錄前期調(diào)研制備工藝及工藝選擇工廠布置及技術經(jīng)濟物料衡算及設備選擇第17頁/共25頁工廠車間工廠布置及技術經(jīng)濟12第18頁/共25頁車間布置工廠布置及技術經(jīng)濟13

擬定設備與墻之間距離取1.5m，設備之間長度安全距離取2m，寬度距取1.5m。球磨機以及振動篩分三排布置，每排七臺設備，故原料車間的長度為1.5+（3+2）×6+3+1.5=36m，寬度為1.5+（4+1.5）×2+4+1.5=18m,故設備部分車間尺寸為長36m、寬18m，面積為648m2。原料車間設備尺寸規(guī)格擬定占地尺寸球磨機Φ1800×20003m×4m振動篩2075×1278×1120mm3m×4m第19頁/共25頁車間面積一覽表工廠布置及技術經(jīng)濟14車間面積（m2）原料加工原料倉庫

270原料加工車間

648燒結燒結車間

837成品加工成品加工車間

270成品倉庫

378輔助車間實驗室

270維修車間

250其他

64辦公及生活區(qū)辦公樓

375生活區(qū)

1957.5第20頁/共25頁車間分布圖工廠布置及技術經(jīng)濟15第21頁/共25頁技術經(jīng)濟工廠布置及技術經(jīng)濟161、固定成本

工廠建設費用設備費用、征地費用、管理費用以及施工設備費用等技術經(jīng)濟1322、產(chǎn)品成本

原料成本、工人工資、車間經(jīng)費以及企業(yè)管理費等3、產(chǎn)品利潤

生產(chǎn)利潤是指銷售額扣除產(chǎn)品成本以及企業(yè)應該上繳的稅金后的剩余金錢。第22頁/共25頁技術經(jīng)濟一覽表工廠布置及技術經(jīng)濟17

項目種類費用（萬元）總費用(萬元）固定成本工廠建設費用9602139設備費用929其他250產(chǎn)品成本原料成本36547019工人工資1265車間經(jīng)費300企業(yè)管理費1800稅費

1080利潤

901第23頁/共25頁經(jīng)濟效果評價工廠布置及技術經(jīng)濟18

經(jīng)濟效果評價主要包括投資回收率以及投資回收期兩個指標。投資回收率為凈收入與總投資之