年產(chǎn)五萬噸活性白土工藝流程設(shè)計論文

101/112廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目年產(chǎn)五萬噸活性白土工藝流程設(shè)計學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)化學(xué)工程與工藝班級2006級1班學(xué)號0604100309姓名梁順香指導(dǎo)教師潘遠鳳摘要活性白土是一種具有專門強吸附能力的高效活性白土，它要緊是以膨潤土礦為原料，通過精選、研磨、活化、擠壓、洗滌、烘干等一系列工序生產(chǎn)而成，被廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)、食品行業(yè)、石油行業(yè)以及污水處理等行業(yè)當中。本文要緊的任務(wù)是對一家工廠原有的活性白土生產(chǎn)流程進行改進，對原來的一些不合理流程進一步修改，反應(yīng)采納多級活化，使得操作更加方便，能穩(wěn)定的、連續(xù)的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效活性白土。對生產(chǎn)進程中產(chǎn)生的廢酸進行循環(huán)使用，降低了酸的消耗量的同時也減輕了對環(huán)境的污染。并通過aspen進行模擬優(yōu)化，對熱量和物料進行計算。本流程要緊分為五個工段，第一工段為原料工段，要緊是對膨潤土礦進行破裂和研磨。第二工段為反應(yīng)工段，通過五級串聯(lián)的反應(yīng)釜對膨潤土進行活化。第三工段為洗滌工段，對活化后的白土進行壓濾和洗滌以除去吸附的酸。第四工段為干燥包裝工段，由于壓濾后的白土中含有大量的水必須除去，熱空氣通過轉(zhuǎn)圓筒干燥器與白土對流而帶走水分，干燥后的白土進入包裝車間進行包裝。第五工段是廢水處理工段，對洗滌出來的廢水進行凈化并回收重復(fù)利用。關(guān)鍵詞：活性白土生產(chǎn)流程活化吸附改進循環(huán)Abstract

ActivatedClayisamaterialwithverystrongadsorptioncapacity,itismainlybasedonbentoniteoreasrawmaterial,aftercarefullyselected,grinding,activation,extrusion,washing,dryingandaseriesofprocessesofproduction.Itbeingwidelyusedinchemicalindustry,foodindustry,petroleumindustry,sewagetreatmentandotheroccupations.

Thispaper'staskistoimprovetheproductionprocessafactoryoriginalactivatedclay,furthermodifysomeoftheunreasonableoforiginalprocess.multi-levelresponseactivation,enablestheoperatetomoreeasilyandsteady,continuousproductionofhigh-qualityactivatedclay.Productionprocessforrecyclingwasteacidtoreducetheacidconsumptionalsoreducesenvironmentalpollution.Andthroughaspensimulationoptimization,calculatedontheheatandmaterials.

Theprocessisdividedintofivesections,Thefirstsectionisthemanufactureofrawmaterials,mainlycarriedoutonbentoniteorecrushingandgrinding.Thesecondsectionisthereactionsteps,throughthefivereactorsinseriesontheactivationofbentonite.Thethirdsectionisthewashingsteps,ontheactivatedclayforadsorptionpressurefiltrationandwashingtoremovetheacid.FourthSectionofthedryandpackagingsteps,aftertheclayasfilterpresscontainslargeamountsofwatertoberemoved,thehotairthroughthetransfercylinderdryerandconvectionoftheremovalofclaywater,driedclaywerepackedintothepackingplant.FifthSectionofawastewatertreatmentsteps,tothewashingoutofwastewaterpurificationandrecyclingreuse.Keywords:ActivatedClayproductionprocessActivatedadsorptionimproverecycle目錄TOC\o"1-3"\h\u3559第一章前言 1219291.1設(shè)計的課題來源 113751.2課題的目的和意義 2301411.3應(yīng)解決的要緊問題及應(yīng)達到的技術(shù)要求 2104481.3.1應(yīng)解決的要緊問題 2151051.3.2應(yīng)達到的技術(shù)要求 367561.4國內(nèi)外現(xiàn)狀 5127421.4.1國外現(xiàn)狀 593901.4.2國內(nèi)現(xiàn)狀 6214311.5設(shè)計的指導(dǎo)思想 722158第二章工藝講明 8267922.1原料工段的講明 8171932.1.1原料工段工藝比較 879792.1.2原料工段特色 10119772.1.3要緊設(shè)備 1088162.2反應(yīng)工段的講明 10306292.2.1工藝方案設(shè)計 10246962.2.2工藝流程 12168532.2.3工藝特色 1427352.2.4要緊設(shè)備 14266262.3洗滌工段的講明 14277352.3.1工藝方案設(shè)計 14324092.3.2工藝流程 15198372.3.3工藝特色 17259902.3.4要緊設(shè)備及構(gòu)筑物 1736492.4干燥包裝工段的講明 1712112.4.1工藝方案設(shè)計 17178532.4.2工藝流程 18292072.4.3工藝特色 19186442.4.4要緊設(shè)備 19295492.5廢水處理工段講明 19247392.5.1廢水處理工藝方案設(shè)計 1996462.5.2工藝特色 21300722.5.3要緊設(shè)備及構(gòu)筑物 2167943.1整體工藝流程示意圖 2123156第三章物料衡算及熱量衡算 2220563.1物料衡算 2218583.1.1衡算原理 22168653.1.2Aspen生產(chǎn)工藝流程模擬 22144773.1.3Aspen廢水處理流程模擬 29129593.2熱量衡算 31299773.2.1總反應(yīng)物料焓變化表： 31314413.2.2干燥包裝工段 323863第四章設(shè)備的選擇及要緊設(shè)備的設(shè)計 34123104.1設(shè)備選型和工藝設(shè)計的原則 3434174.2非定型設(shè)備設(shè)計的要緊程序 34175344.3要緊設(shè)備的設(shè)計與計算 35172014.3.1反應(yīng)器設(shè)計 35265944.3.2攪拌槽選型 37122544.3.3沉降槽選型計算 37113754.3.4板框壓濾機選型計算 3854034.4總設(shè)備及建筑一覽表 3827695第五章總圖布置 41284415.1總平面布置原則 41234455.2總平面布置方案 41198145.3綠化 41197965.4交通運輸 417126第六章結(jié)論 426680參考文獻 4329399附錄一英文文獻 454691附錄二英文翻譯 5126989致謝 58第一章前言1.1設(shè)計的課題來源膨潤土及其改性產(chǎn)物具有一系列的優(yōu)良性能，是應(yīng)用范圍專門廣和經(jīng)濟價值專門高的粘土礦物，在工農(nóng)業(yè)及環(huán)境愛護上有著廣泛的應(yīng)用。膨潤土具有良好的粘結(jié)性、膨脹性、吸附性、可塑性、分散性、潤滑性、陽離子交換性等，與其它鹽基、鋰基交換后具有相當強的懸浮性，經(jīng)酸化、堿化處理后又有優(yōu)良的脫色性等。因此它可制成各種懸浮劑、吸附劑、脫色劑等。經(jīng)改性的提純土、處理土具有優(yōu)良的懸浮性能，膠體性能和觸變性能，在涂料、化妝品、乳膠漆、牙膏等日用品化工廠中廣泛做懸浮劑、膏體的觸變劑、乳膠體的穩(wěn)定劑、增稠劑、涂料的防沉劑、藥品的緩釋劑、黏結(jié)劑等。目前，活性白土在膨潤土各種深加工產(chǎn)品中用途最廣，消費量最大，因此加工活性白土是實現(xiàn)膨潤土資源高附加值利用的要緊途徑。然而，我國的活性白土生產(chǎn)起步較晚。截止2000年底，我國年產(chǎn)量上千噸的活性白土廠共有90家，己停產(chǎn)的35家，在運轉(zhuǎn)的有5家，其中年產(chǎn)一萬噸以上的有浙江仇山、遼寧撫順、山東萊陽、安徽休寧和新疆184團共五家，2000年全國活性白土總產(chǎn)量為24.5萬噸。其中能達到國際質(zhì)量水平的活性白土僅為產(chǎn)量的10％；直到現(xiàn)在，廣西也僅有三家活性白土生產(chǎn)廠家，其中最大的年產(chǎn)量為一萬五千噸左右。而我國活性白土的生產(chǎn)工藝又大多沿用國外的濕法加溫間斷式活化工藝，新工藝研究開發(fā)基礎(chǔ)薄弱。而且隨著經(jīng)濟的進展、人民生活水平的不斷提高，對石油產(chǎn)品的需求大大增加，對精制食用油需求更是每年以20％多的增長率在上升，促使國內(nèi)對活性白土的需求量正以每年6％的速度增長，這使得國內(nèi)的色拉油廠家需花費高價2800～3300元/噸，從馬來西亞、日本等國進口高效活性白土（國內(nèi)活性白土的售價為900～1400元/噸）。針對我國活性白土的進展狀況、原料狀況、國內(nèi)需求量等事實后，為了進一步提高活性白土的質(zhì)量性能并進行規(guī)模性生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程中無機酸的使用量以及廢酸的排放量。本項目對活性白土的生產(chǎn)規(guī)模及工藝進行了創(chuàng)新和改進，即建立年產(chǎn)五萬噸的高效活性白土生產(chǎn)廠，生產(chǎn)工藝采納的是連續(xù)性生產(chǎn)。相對傳統(tǒng)工藝的反應(yīng)及洗滌是間歇操作，采納連續(xù)工藝后，生產(chǎn)質(zhì)量更高、更穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高及能耗低。同時，采納廢酸循環(huán)工藝，減少了酸的用量，節(jié)約硫酸50％以上，相對傳統(tǒng)工藝產(chǎn)出的廢酸，通常是不回收或部分回收，生產(chǎn)過程酸消耗定額高，廢水處理難度大。此外，采納清潔生產(chǎn)工藝，如廢水處理及回收，固體廢棄物的利用及綜合除塵系統(tǒng)，做到廢水排放達標、無固體廢棄物和廢氣排放。1.2課題的目的和意義我國的膨潤土資源豐富，儲量居世界第二位，但開發(fā)利用起步較晚，深加工技術(shù)落后、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)規(guī)模小，而國內(nèi)對高效活性白土的需求量巨大。從而導(dǎo)致國內(nèi)油脂脫色等部門使用的優(yōu)質(zhì)活性白土必須從國外進口，這不僅造成對國內(nèi)膨潤土資源的白費，而且削弱了與國外膨潤土市場的競爭力。廢酸循環(huán)法制高效活性白土的提出，為我國高效活性白土的生產(chǎn)提出了新的思路和方向，大大提高我國活性白土的產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量，并充分利用我國的資源優(yōu)勢，促進了我國膨潤土產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進展，具有廣泛的前景和重要的社會、經(jīng)濟意義。除此之外，膨潤土的深加工也是一個重要的進展方向，然而因為膨潤土來源于天然膨潤土礦，雜質(zhì)較多，性能不均一，這必定阻礙膨潤土的進展，因此，膨潤土利用的第一步是膨潤土的提純與活化，使其能夠達到工業(yè)上所需的要求，即生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的高效活性白土，不僅能夠用于脫色，而且能夠為膨潤土深加工提供原材料。本項目的提出，充分運用了我國地點的資源優(yōu)勢，不僅有重要的科學(xué)意義，更大大拓寬了膨潤土的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，并完全貫徹環(huán)境友好型資源節(jié)約型生產(chǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景，具有重要的社會和經(jīng)濟意義。1.3應(yīng)解決的要緊問題及應(yīng)達到的技術(shù)要求1.3.1應(yīng)解決的要緊問題由于現(xiàn)有的濕法工藝存在諸多不足，如活化程度不易操縱，所得最終活性白土結(jié)構(gòu)易被破壞，產(chǎn)生大量廢酸等。多年來，活性白土生產(chǎn)工藝、技術(shù)、設(shè)備的更新速度遠遠落后于進展的要求，致使我國活性白土的質(zhì)量、產(chǎn)量、品種等都無法與國外產(chǎn)品競爭。因此在產(chǎn)品的品種數(shù)量、質(zhì)量、規(guī)模上都不能滿足國內(nèi)外市場的需求，酸活化膨潤土由于受到硫酸原料供應(yīng)的限制和“三廢”處理等問題的阻礙，加之生產(chǎn)工藝技術(shù)還不夠穩(wěn)定，沒有配套的設(shè)備，使產(chǎn)品質(zhì)量不能得到保證，產(chǎn)品還未形成系列化。而使用昂貴的有機覆蓋劑則提高了產(chǎn)品的成本，如此不僅耗費了大量的資源，所創(chuàng)價值又十分有限。上述的諸多問題成了開發(fā)出新的生產(chǎn)工藝應(yīng)該解決的要緊問題。1.3.2應(yīng)達到的技術(shù)要求活性白土的分類、型號及代號見下表表1-1：活性白土分類類不Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類型號和代號H型高活性度的活性白土T型高脫色率的活性白土——要緊用途石油加工產(chǎn)品（潤滑油、石蠟、凡士林）的脫色精制工業(yè)動植物油脫色精制食用動植物油脫色精制目前，生產(chǎn)活性白土的方法有：1.濕法濕法活化是目前工業(yè)上膨潤土加工生產(chǎn)活性白土最常用的一種方法。濕法最大的優(yōu)點在于：適應(yīng)性強，對膨潤土原土的質(zhì)量要求較低；反應(yīng)時刻短，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，活性度較高，脫色效果好，易于實現(xiàn)工業(yè)化。然而濕法缺點也是比較多的，要緊有：耗酸量大，加酸量往往是反應(yīng)過程中實際耗酸量的幾倍，成本較高；洗滌用水量大，一般每生產(chǎn)1t活性白土，需排放30－60m3的強酸性廢水，環(huán)境污染嚴峻，反應(yīng)溫度較高（80～100℃），能耗較大，設(shè)備腐蝕嚴峻。生產(chǎn)步驟為：選礦；原土打漿、提純；加入酸和水，在80～l00℃下活化并攪拌；板框壓濾；干燥、粉碎；成品檢測、包裝。2.干法干法生產(chǎn)工藝是向原料中加入一定量的硫酸和水，攪拌充分混合后，放置一段時刻，然后烘干、粉碎得活性白土。干法工藝必須嚴格操縱加酸量，達到膨潤土活化所需要的酸量即可。干法的優(yōu)點有：大大降低了酸的用量，所得產(chǎn)品中的游離酸含量較低，無廢水排放，可不能造成環(huán)境污染問題。其缺點要緊有：若加酸量不足，活化不充分，環(huán)境溫度阻礙較大，產(chǎn)品活性度不高，質(zhì)量差，對膨潤土原土要求較高，適用于純度高的膨潤土礦。生產(chǎn)步驟為：選礦；加入酸和水制漿；常溫擠出法固相活化；干燥粉碎；成品檢測、包裝。3.半濕法半濕法工藝是濕法和干法兩種生產(chǎn)工藝的結(jié)合，解決了濕法生產(chǎn)中酸量大，洗滌水用量大的問題，同時解決了干法生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量達不到高效活性白土的問題。半濕法要緊采納低濃度的無機酸為活化劑，通過提高反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力來加速活化反應(yīng)，反應(yīng)溫度一般為200～300℃，反應(yīng)壓力一般為15～40個大氣壓。洗滌過程采納少加水，多次沖洗的方法來除去反應(yīng)過程中溶出的金屬離子以及過量的酸。半濕法生產(chǎn)過程中，活化速率快，洗滌處理工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量高。一般來講，半濕法生產(chǎn)工藝比傳統(tǒng)的工藝耗酸量降低1/2～2/3，用水量也降低1/2～2/3，廢水少，稍加處理即無環(huán)境污染，成本低，在相同情況下，產(chǎn)品質(zhì)量比傳統(tǒng)方法脫色力提高30%。然而反應(yīng)過程中是在高溫高壓下活化，因此，能耗大，對設(shè)備要求高，大大限制了半濕法的應(yīng)用。生產(chǎn)步驟為：選礦；反應(yīng)釜中加入一定量的酸和水；在一定溫度和壓力下活化一定時刻；多次少量水漂洗；抽濾；干燥、粉碎；成品檢測、包裝。4.氣相法汽相法技術(shù)是將水、酸、土半干態(tài)拌勻，在加壓高熱汽相狀態(tài)下反應(yīng)，在靜態(tài)下經(jīng)汽相、液相、固相之間進行激烈的酸化反應(yīng)形成半干態(tài)顆粒狀酸化物，經(jīng)漂洗等工序制備活性白土的一種新工藝技術(shù)。該技術(shù)是由金基煥發(fā)明，屬國內(nèi)首創(chuàng)。它把現(xiàn)有的濕法、干法以及煅燒法生產(chǎn)活性白土的優(yōu)點集為一體，具有專門廣的有用價值，為我國白土生產(chǎn)提供了一種新工藝技術(shù)。該法與傳統(tǒng)濕法相比具有以下優(yōu)點：用酸量和用水量分不降低50%左右；生產(chǎn)周期縮短1/2～1/3；污染輕，易治理；占地面積少，設(shè)備利用率高，投資少，見效快。[14]5.煅燒法鍛燒法工業(yè)上不常用，使用的酸一般是低揮發(fā)性的硫酸，若采納易揮發(fā)的鹽酸，則酸白費嚴峻，導(dǎo)致鹽酸需求量加大，成本提高。因此，反應(yīng)過程中應(yīng)嚴格操縱酸的用量，否則產(chǎn)品中游離酸嚴峻超標，且反應(yīng)中生成的雜質(zhì)不能除去，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。[14]6.廢酸循環(huán)法廢酸循環(huán)法，目前工業(yè)上還沒有使用。采納廢酸循環(huán)工藝，相對傳統(tǒng)工藝產(chǎn)出的廢酸，通常是不回收或部分回收，生產(chǎn)過程中存在酸消耗定額高，廢水處量大等問題。廢酸循環(huán)法減少了酸的用量，經(jīng)實驗室小試節(jié)約硫酸50%以上，由本項目物料衡算的結(jié)果可知，本項目生產(chǎn)工藝相關(guān)于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝大大的節(jié)約了酸的用量，而由于廢酸的循環(huán)利用，也減少了水的用量，更減少了廢水的排放量。此外，由于廢酸中含有鋁等金屬離子，在循環(huán)使用中，對膨潤土起到愛護作用，防止由于酸活化過度造成的膨潤土晶體結(jié)構(gòu)的破壞，從而使生產(chǎn)的活性白土活性更高、更穩(wěn)定。本項目采納的廢酸循環(huán)法進行連續(xù)性生產(chǎn)活性白土。這一生產(chǎn)優(yōu)化了制備活性白土的工藝，減少了廢酸的排放，更改進了濕法生產(chǎn)中存在的酸的濃度較大，容易對膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致活性度和脫色率下降等不足；干法生產(chǎn)中存在著酸活化不完全，雜質(zhì)較多，且活性度和脫色率較低，達不到高活性白土要求；而半濕法，汽相法和鍛燒法生產(chǎn)過程中則存在操作溫度及操作壓力較高，設(shè)備要求高，反應(yīng)過程難以操縱，而造成活化過度的問題，導(dǎo)致性能下降等不足。而采納連續(xù)性生產(chǎn)更能充分的利用加熱蒸汽和干燥的熱空氣，較現(xiàn)在的間歇生產(chǎn)減少了能量的損失，且提高了產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。本設(shè)計工藝的白土活性度達到了Ⅰ類的要求。1.4國內(nèi)外現(xiàn)狀1.4.1國外現(xiàn)狀由于生產(chǎn)力水平的不斷提高和市場需求的不斷擴大，國外改性膨潤土的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，目前已達到一定的規(guī)模。美國是世界上最大的膨潤土生產(chǎn)國，其消費量出口量也同樣名列首位。據(jù)近年統(tǒng)計，美國膨潤土年產(chǎn)量保持在400萬噸左右（世界產(chǎn)量約960萬噸），其國內(nèi)有十九家公司在十一個州的60個礦山生產(chǎn)膨潤土。以鈉基膨潤土量最大，1998年鈉基土產(chǎn)量341萬噸，鈣基土僅為41萬噸。美國國內(nèi)鈣基土價格為33.91美元/噸；鈉基土的平均價格為42.92美元/噸；出口膨潤土的平均價格為100.73美元/噸。意大利是歐洲膨潤土重要生產(chǎn)國，產(chǎn)品除20％出口外，國內(nèi)消費比例為：鑄造業(yè)40～50％、鉆井泥漿20％、鐵礦球團5％。日本的要緊消費領(lǐng)域是鑄造業(yè)，占35％，其次是土木建筑占23.6％。美國活性白土年生產(chǎn)能力已達到400萬噸以上。出口的活性白土要緊銷往歐洲、加拿大、日本、墨西哥、新加坡等。其中向加拿大和日本出口量最大，約占出口量的25％和20％。［5］國際市場總的進展趨勢是，對活性白土的需求不斷增長，同時向高檔化進展。正是因為活性白土所具有的獨特優(yōu)勢，資源豐富的美國因此而成為國際活性白土的要緊供應(yīng)國。1.4.2國內(nèi)現(xiàn)狀我國膨潤土礦產(chǎn)資源的儲量占世界第二位，然而開發(fā)利用的程度專門低，累計開采量不足已探明儲量的1％，在國際市場上是一種“低出高進”的局面，即出口低級產(chǎn)品（原礦、鑄造用、鉆井用、低檔活性白土等），進口高級產(chǎn)品（洗衣粉柔順劑、高檔有機土、膨潤土防水毯等）。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國目前膨潤土產(chǎn)品年產(chǎn)銷量約270萬噸，其中用于鑄造型砂100～110萬噸，用于鉆井泥漿70萬噸，用于冶金球團45萬噸，用于油脂脫色（活性白土）64萬噸，用于其他20～30萬噸。行業(yè)特點是企業(yè)規(guī)模?。戤a(chǎn)萬噸以上的企業(yè)屈指可數(shù)）、技術(shù)水平低，且由因此資源型行業(yè)因而競爭不是專門激烈，但產(chǎn)銷量與價格均逐年上升。我國活性白土生產(chǎn)歷史較短，生產(chǎn)應(yīng)用中存在的要緊問題是：產(chǎn)品質(zhì)量低、工藝水平低、經(jīng)濟效益差。目前，我國活性白土的生產(chǎn)廠家約40個，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)近300家，生產(chǎn)規(guī)模多屬中、小型企業(yè)，年產(chǎn)量約為42～45萬噸。最大的生產(chǎn)裝置能力為5萬噸/年?；钚园淄恋漠a(chǎn)地要緊集中在東北、華北、華東等地區(qū)，產(chǎn)量占了全國的70％以上?，F(xiàn)在，我國活性白土的需求量為65萬噸/年左右，每年還出口約4萬噸，市場尚有專門大的容量。缺口部分用膨潤土、活性炭等代替，而膨潤土的吸附、脫色效果差，活性炭的吸附、脫色雖好，但價格貴。另外，亞洲的活性白土市場也還有專門大的市場容量。國民經(jīng)濟的持續(xù)高速進展給我國活性白土工業(yè)帶來了巨大的潛力和寬敞的進展前景。活性白土在國民經(jīng)濟中的地位越來越受到人們的關(guān)注，但從實際需求上來講，國內(nèi)的和國外相比尚有專門大的缺口，尤其是國內(nèi)生產(chǎn)活性白土的中小型企業(yè)的生產(chǎn)能力遠遠滿足不了迅速進展的市場需求。1.5設(shè)計的指導(dǎo)思想活性白土是膨潤土原礦通過無機酸活化后得到的一種層狀材料，具有微孔多、比表面積大、物理化學(xué)性能突出等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、環(huán)境愛護等各個領(lǐng)域，活性白土的研究具有寬敞的應(yīng)用開發(fā)前景。為了進一步提高活性白土的性能，減少生產(chǎn)過程中無機酸的使用量以及廢酸的排放量，已對活性白土的生產(chǎn)工藝進行了創(chuàng)新和改進，并對其反應(yīng)過程機理進行了探究，對活性白土的工業(yè)化生產(chǎn)提供了指導(dǎo)依據(jù)。廢酸循環(huán)法是對傳統(tǒng)硫酸濕法的改進，解決了傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)中對膨潤土結(jié)構(gòu)破壞嚴峻，廢酸排放量過大等問題，廢酸循環(huán)工藝能夠?qū)θ繌U酸進行回收再利用，而且由于改性劑中存在大量金屬離子，在活化過程中能夠限制膨潤土晶層中的金屬離子溶出，起到愛護作用。結(jié)果表明：硫酸用量比傳統(tǒng)濕法減少50%以上，活性白土的活性度和菜油脫色率明顯提高。機理研究表明：單因素實驗中，活性度和脫色率達到最佳值后保持穩(wěn)定；硫酸反應(yīng)前后的損耗量明顯減少；活性白土的密度大于傳統(tǒng)濕法的密度，且鋁離子溶出量相對傳統(tǒng)濕法較低，XRD結(jié)果也表明對膨潤土結(jié)構(gòu)的破壞較小。活性白土制備工藝的創(chuàng)新和改進，不僅能夠得到高性能的活性白土，而且高性能的活性白土能夠用于膨潤土的深加工領(lǐng)域，填補國內(nèi)對高性能活性白土的巨大需求空白，具有寬敞的市場應(yīng)用前景。第二章工藝講明2.1原料工段的講明2.1.1原料工段工藝比較一、原工廠原料工段生產(chǎn)工藝原工廠將原料存放于露天堆場，并利用膨潤土的吸水性和水分蒸發(fā)進行自然膨化。由于受天氣阻礙原料濕度較大只能采納人工進料，造成給料速率不穩(wěn)定，進而導(dǎo)致后續(xù)操作不穩(wěn)定。關(guān)于制漿操作，原廠磨機第一次出來的漿料進入儲存槽1，漿料經(jīng)泵抽至旋流分離器進行分離，較粗漿料再次進入磨機，合格漿料及第二次磨出的合格漿料進入儲槽2。同時向儲槽2加入廢酸，最后儲槽2中的漿料經(jīng)泵抽至反應(yīng)器進行反應(yīng)。舊工藝在該工段存在的不足之處有：1）原料含水量高，給料不穩(wěn)定；2）原料的粉碎由其自由膨化決定，受環(huán)境阻礙較大；3）原料粒度不均勻，有些大顆粒難以磨碎。舊廠所采納的制漿工藝流程框圖如下圖所示：原料原料圖1.1.1舊廠原料工段工藝流程Figure1.1.1旋流器存儲槽1磨機存儲槽2循環(huán)廢酸工藝水篩網(wǎng)圖2-1舊廠原料工段工藝流程下級反應(yīng)原料圖1.1.1舊廠原料工段工藝流程Figure1.1.1二、現(xiàn)原料工段生產(chǎn)工藝本項目針對舊廠該工段存在的一些不足進行改進，即建立廠房堆場。由于開采出來的膨潤土含水量并不高，將其堆放在廠房堆場，則膨潤土可不能再汲取更多水分。但也由于沒有了自然環(huán)境中的自然膨化，膨潤土礦塊徑較大，因此，本項目增設(shè)了破裂機，使原料在進入磨機前經(jīng)破裂機破裂。破裂機將原料破裂成1～2cm的顆粒，破裂后的原料進入原料倉儲存?zhèn)溆?，再通過給料機的電動分料調(diào)節(jié)將破裂后的原料送入磨機。原料送入磨機細磨并制成漿，磨機的出料分為三股均勻漿料流入斜篩。鑒于舊廠的斜篩過于短小而達不到分離要求的問題，本工藝設(shè)計的斜篩長為1.5米，寬為1.2米。通過斜篩以除去礦料中的方解石，木塊等固體雜質(zhì)，合格的漿料送入儲存槽1。再通過泵將儲槽1中的物料和循環(huán)廢酸同時加到旋流分離器分離，符合工藝要求的漿料被分離送至送儲槽2，較大顆粒及多余廢酸液體由分離器底部流回到磨機。本項目原料在進入磨機前經(jīng)破裂機破裂，這一改進為后續(xù)工段實現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)性操作奠定了基礎(chǔ)。本項目原料工段工藝流程框圖如下圖所示：原料原料儲存槽1旋流分離器廢固給料機原料倉磨機破裂機廢酸循環(huán)槽2斜篩儲存槽2圖2-2原料工段工藝流程2.1.2原料工段特色一、原料特色我國膨潤土資源豐富，廣西的儲量居全國首位，其中田東縣儲量約有5000萬噸，寧明縣儲量高達7億噸，宜州市也有豐富儲量。本項目選用田東礦為要緊原料，相對而言原料質(zhì)量較好。由于原料的質(zhì)量將會直接阻礙生產(chǎn)的活性白土產(chǎn)品質(zhì)量，因此本項目原料特色是：1）原料儲量豐富，來源穩(wěn)定；2）離原料產(chǎn)地近，交通方便，運輸費用少，節(jié)約成本；3）采納洞采所得原料質(zhì)量較好，為能生產(chǎn)高效活性白土奠定堅實基礎(chǔ)；二、本工段工藝特色：1）原料通過破裂機粉碎，顆粒均勻利于磨機的粉磨；2）給料機與磨機形成自動劃操縱，進料穩(wěn)定；3）在旋流分離器中加入循環(huán)廢酸代替使用新奇水，減少水的用量及生產(chǎn)中的廢水排放。同時使用廢酸循環(huán)造成酸化過度的可能性小，從而能保證產(chǎn)品質(zhì)量。2.1.3要緊設(shè)備本工段要緊設(shè)備：破裂機、磨機和分離器。2.2反應(yīng)工段的講明2.2.1工藝方案設(shè)計反應(yīng)工段為本項目的核心部分，酸活化工藝直接阻礙產(chǎn)品的質(zhì)量及公司的效益。常用的制備活性白土的方法：濕法、干法、半濕法、氣相法、煅燒法、將這幾種方法列表對比如下：［1］表2-1:活性白土生產(chǎn)方法對比方法酸濃度/％液固比壓力/大氣壓反應(yīng)時刻/h反應(yīng)溫度/℃干法5～71.5～2常壓＞2425～35半濕法5～71.5～215～401～2200～300汽相法10～152～35～101～2150～200鍛燒法4～51～2常壓1～2400～500傳統(tǒng)濕法16～243～5常壓2～680～l00由表1.2.1-1能夠看出，干法生產(chǎn)中酸活化不完全，雜質(zhì)較多，且活性度和脫色率較低，達不到高效活性白土要求；半濕法，汽相法和鍛燒法生產(chǎn)過程中操作溫度及操作壓力較高，設(shè)備要求高，反應(yīng)過程難以操縱，往往造成活化過度的問題，導(dǎo)致性能下降；而傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)中酸的濃度較大，容易對膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致活性度和脫色率下降。該項目對傳統(tǒng)濕法進行改造創(chuàng)新，采納廢酸循環(huán)法工藝生產(chǎn)高效活性白土，反應(yīng)原理為：硫酸中的氫離子與膨潤土層間及晶體結(jié)構(gòu)中的金屬離子進行交換，使之成為以氫離子為要緊的可交換陽離子的膨潤土。反應(yīng)方程式如下：［1］(Bent)2-Ca+H2SO42Bent-H+CaSO4①(Bent)2-Mg+H2SO42Bent-H+MgSO4②2(Bent)3-Fe+3H2SO46Bent-H+Fe2(SO4)3③2(Bent)3-Al+3H2SO46Bent-H+Al2(SO4)3④膨潤土活化過程中，這四個反應(yīng)同時進行，要制備高活性度和高脫色率的活性白土必須操縱反應(yīng)①進行完全，而其它反應(yīng)又不能反應(yīng)過度。采納廢酸循環(huán)法制備活性白土，廢酸中的大量金屬離子對反應(yīng)②、③及④的進行有一定的抑制作用，減少了鐵鋁的溶出，從而使最后生產(chǎn)的活性白土的質(zhì)量進一步提高。表2-2：膨潤土中各組分的溶出率表：組分Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2H2O+溶出率0.411101舊廠酸活化工藝是采納廢酸循環(huán)法，然而屬于間歇反應(yīng)，其酸活化工藝流程簡圖如下所示：儲料槽2儲料槽2濃硫酸加熱蒸汽反應(yīng)釜一儲槽3循環(huán)廢酸圖2-3舊廠酸活化工藝流程舊廠酸活化使用五個反應(yīng)釜并聯(lián)進行。下面以反應(yīng)釜一為例講明反應(yīng)過程。循環(huán)廢酸加入到膨潤土儲料槽2，由泵一次性將一定量的漿料打入反應(yīng)釜一，反應(yīng)物之一的濃硫酸從釜頂加入，加熱蒸汽不斷由反應(yīng)釜底通入，操縱反應(yīng)溫度約105℃,反應(yīng)時刻約4h，反應(yīng)結(jié)束后一次性將活性白土漿料卸入共用的儲槽3。該間歇酸活化工藝不足之處要緊有以下幾點：1）易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；2）難實現(xiàn)自動化操縱；3）難實現(xiàn)能量供需平衡，在裝卸料時沒有停止蒸汽的加入，導(dǎo)致能量損失。而經(jīng)本項目改造后的工藝為采納五級反應(yīng)釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)方式，能專門好的解決舊工藝所存在的不足。2.2.2工藝流程本項目酸活化工藝流程簡圖如下所示：濃硫酸濃硫酸膨潤土漿一級反應(yīng)二級反應(yīng)三級反應(yīng)四級反應(yīng)五級反應(yīng)洗滌工段加熱蒸汽中間儲槽圖2-4酸活化工藝流程框圖物料從釜底進入，釜的上側(cè)流出。由于連續(xù)進料出料，物料可在一級到五級反應(yīng)釜內(nèi)連續(xù)流淌。當一級反應(yīng)釜釜底沉沙較多時，將進料直接加到二級反應(yīng)釜，同時關(guān)閉一級反應(yīng)釜的進出口閥，反應(yīng)約4個小時后將反應(yīng)產(chǎn)物卸到中間儲槽。清洗潔凈后按正常路線進行。同樣，當二級反應(yīng)釜出現(xiàn)上述情況后，停止其進出料，單獨反應(yīng)4小時后將物料卸到中間儲槽，清洗潔凈后接著參與連續(xù)反應(yīng)。此間隙反應(yīng)物由一級反應(yīng)釜直接流入三級反應(yīng)釜。五級反應(yīng)后的物料送至洗滌工段，產(chǎn)生的廢酸可循環(huán)利用，廢酸打到廢酸槽，然后返回旋流分離器。反應(yīng)過程一級反應(yīng)硫酸濃度操縱在17％通過操縱循環(huán)廢酸和濃硫酸的流量可達到要求。反應(yīng)溫度前兩級分不操縱在80℃和90℃，后面三級操縱在100℃。采納如此的溫度操縱方式是由于反應(yīng)開始時，由于酸的濃度較高，反應(yīng)推動力較大，溫度低于水的沸點，大大減少了水的汽化熱，而后幾級因為酸濃度降低，故增高溫度以增加反應(yīng)推動力。本項目在該工段工藝的改進與舊廠的相比，可節(jié)約20～30％加熱蒸汽。反應(yīng)用蒸汽加熱，加熱蒸汽從底部通入，使其在反應(yīng)釜中停留的時刻盡可能長同時不完全冷凝，充分利用其熱能，減少蒸汽用量。而直接蒸汽加熱會引入水，但不用列管間接加熱是由于反應(yīng)釜中硫酸濃度大，對換熱管材料的耐腐蝕性要求高，同時由于反應(yīng)物在攪拌槳的帶動下不斷旋轉(zhuǎn)，會與換熱管不斷摩擦，使其專門快被磨損。因此采納直接蒸汽加熱。2.2.3工藝特色本項目在該工段采納廢酸循環(huán)工藝，且活化過程采納連續(xù)反應(yīng)，為本項目能穩(wěn)定的、連續(xù)的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效活性白土作出巨大貢獻。采納廢酸循環(huán)法的優(yōu)點：1）減少了新奇硫酸的使用，亦減少了廢酸的排放。2）廢酸中硫酸鹽的存在對蒙脫石八面體的溶解起抑制作用，使膨潤土的結(jié)構(gòu)不易被破壞，從而提高了活性白土的質(zhì)量。經(jīng)改造后的工藝，采納五級反應(yīng)釜串聯(lián)的連續(xù)生產(chǎn)方式，反應(yīng)級數(shù)越多，過程就越接近平推流。改造后的工藝不僅解決了舊廠的生產(chǎn)問題，而且，還有下述優(yōu)點：1）五級反應(yīng)的推動力比單級反應(yīng)推動力大得多，促進反應(yīng)的進行。2）節(jié)約間歇反應(yīng)裝、卸料的時刻，生產(chǎn)更為緊湊。3）生產(chǎn)連續(xù)進行，充分利用熱源，更節(jié)能。4）前兩級反應(yīng)溫度相對低，水幾乎不汽化，相比之下約節(jié)約了20％過熱蒸汽。2.2.4要緊設(shè)備要緊設(shè)備有攪拌釜反應(yīng)器。2.3洗滌工段的講明2.3.1工藝方案設(shè)計舊廠所采納的洗滌工藝流程框圖如下圖所示：板框壓濾機板框壓濾機壓濾干燥濾餅儲槽廢酸循環(huán)槽反應(yīng)工段廢水洗滌槽工藝水工藝水圖2-5舊廠洗滌工藝流程框圖生產(chǎn)過程中由泵將反應(yīng)后的漿料輸送至板框壓濾機進行壓濾（有三臺板框壓濾機并聯(lián)操作，相應(yīng)有三個濾餅儲槽，三個洗滌槽），濾液輸送至廢酸循環(huán)槽，濾餅經(jīng)收集進入在板框壓濾機正下方的濾餅儲槽中，并加入少量水，制成漿，便于進入洗滌槽。所用的洗滌方法是在洗滌槽中邊攪拌邊加水，至一定液位后停止加水并停止攪拌，采納重力沉降使液固分離，用人工虹吸的方法抽走上層清液，重復(fù)洗滌三遍。該工藝不足之處有：1）活性白土吸水性強，每次洗滌效果差，需多次洗滌；2）產(chǎn)生的廢水量大；3）人工虹吸會吸走部分活性白土，產(chǎn)品流失率高。針對上述缺點，本項目對洗滌工藝進行改進創(chuàng)新，采納壓濾、洗滌交替進行，以達到連續(xù)性生產(chǎn)，又減少了廢水排放的目的。2.3.2工藝流程本項目經(jīng)改進后的洗滌工藝流程如下圖所示：一次壓濾一次壓濾攪拌槽沉降器1反應(yīng)工段廢水二次壓濾絮凝劑工藝水廢酸循環(huán)槽原料工段離心清液循環(huán)水槽三次壓濾干燥工段壓縮空氣廢水攪拌槽沉降器2絮凝劑工藝水壓縮空氣壓縮空氣圖2-6洗滌工藝流程框圖生產(chǎn)中由泵將反應(yīng)后的漿料輸送至板框壓濾機進行壓濾（兩臺板框壓濾機交替工作），所得濾液進入廢酸循環(huán)槽，壓濾完后用部分工藝水洗滌濾餅，洗滌液進入廢酸循環(huán)槽。一次壓濾所得濾餅直接送入預(yù)先注有一定循環(huán)水或工藝水的攪拌槽，且絮凝劑是與水同時注入攪拌槽的。兩個并列的攪拌槽中的漿料以重力為動力交替流入沉降器，清液從沉降器上部溢出,并送往廢水處理工段，固體顆粒在沉降器內(nèi)沉降至底部，用泵將濃漿由沉降器底部抽出打入二級壓濾機,壓濾所得濾液送往廢水處理工段。二次壓濾后的濾餅直接送入攪拌槽,攪拌槽中加入的是清水然后重復(fù)上述操作，沉降器的溢出液循環(huán)使用，濃漿送往第三級壓濾，濾液循環(huán)使用。壓濾結(jié)束后用鼓風(fēng)機鼓入一定量的壓縮空氣，以減少濾餅中的含水量，便于干燥。2.3.3工藝特色本項目的洗滌工藝和舊廠的相比，具有一下工藝特色有：1）采納連續(xù)洗滌，自動化程度高；2）第二次沉降所得清液及第二、第三次壓濾濾液，循環(huán)使用，減少了新奇工藝水的使用及廢水的排放；3）洗滌采納壓濾、洗滌交替進行，洗滌效果好，降低了活性白土吸水性對洗滌效果的阻礙；4）大大減少了產(chǎn)品的流失。2.3.4要緊設(shè)備及構(gòu)筑物本工段要緊設(shè)備及構(gòu)筑物有板框壓濾機、沉降器、攪拌槽。2.4干燥包裝工段的講明2.4.1工藝方案設(shè)計舊廠所采納的干燥包裝工藝流程框圖如下圖所示：風(fēng)機風(fēng)機濾餅干燥器粉碎機換熱器旋風(fēng)分離器包裝機氣化爐2粉煤爐渣煙道氣風(fēng)機收集器圖2-7舊廠干燥包裝工藝流程框圖舊廠生產(chǎn)過程中洗滌工段所得濾餅通過皮帶輸送至回轉(zhuǎn)圓筒干燥器進行干燥，干燥采納熱空氣逆流方式進行。干燥熱空氣來自收集器氣固分離后的約190℃的氣體，廢氣由引風(fēng)機抽出。干燥后的物料進入風(fēng)選粉碎機，其通入的熱空氣是由潔凈空氣與氣化爐燃燒煤所得煙道氣換熱而得。粉碎機中粉碎、干燥、篩選顆粒三步同時進行，合格的活性白土產(chǎn)品經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出，并由收集器進行收集，最后進入包裝時期。舊廠在該工段存在的不足之處有：1）操作不穩(wěn)定，皮帶易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致進入收集器的產(chǎn)品溫度過高，燒壞收集器中的布袋，進而導(dǎo)致粉塵污染。2）包裝車間除塵裝置不完備，粉塵污染嚴峻。針對上述缺點，本項目對干燥包裝工段進行改進創(chuàng)新，即采納自動化操縱生產(chǎn)過程及包裝，以實現(xiàn)本項目穩(wěn)定的、連續(xù)性生產(chǎn)的目標。2.4.2工藝流程本項目的干燥包裝工段工藝流程與原廠相同，只是在干燥、粉碎、除塵車間采納了自動化操縱，從而增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止了皮帶出現(xiàn)故障或物料堵塞粉碎機時，造成的粉碎機內(nèi)瞬間升溫，進入收集器的粉塵溫度升高，進入干燥器熱空氣溫度升高等問題。此外，本項目的包裝操作在密閉的包裝車間進行，包裝機采納半自動式，在其四周設(shè)置屏布。職員在屏布外套袋，裝袋、稱量、封袋在屏布內(nèi)進行，抽風(fēng)機從屏布內(nèi)抽風(fēng)除塵，工人便能在較潔凈的環(huán)境中工作。2.4.3工藝特色經(jīng)改進后本項目在該工段的工藝特色有：1）采納自動化操縱系統(tǒng)，更能確保生產(chǎn)連續(xù)的、穩(wěn)定的進行，而且還能降低設(shè)備的維修費用；2）包裝在一密閉環(huán)境進行，改善了操作工人的工作環(huán)境，同時也降低了產(chǎn)品的流失率。2.4.4要緊設(shè)備本工段要緊設(shè)備有氣化爐、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、風(fēng)選粉碎機、旋風(fēng)分離器、布袋除塵器和包裝機。2.5廢水處理工段講明2.5.1廢水處理工藝方案設(shè)計一、舊廠酸性廢水處理工藝流程如下圖所示：自然沉降池自然沉降池帶隔層的雙級溢流沉降池中和池平流沉砂池排入河流廢水圖2-8舊廠污水處理工藝流程框圖在舊廠的生產(chǎn)過程中，洗滌和壓濾會產(chǎn)生大量的酸性廢水，其中含有大量的鋁鹽和鐵鹽，還存在壓濾洗滌出來的部分產(chǎn)品。在處理過程中，第一步自然沉降的作用是沉降回收廢水中含有的部分產(chǎn)品；第二步溢流沉降則是使廢水進一步沉降從而使水質(zhì)澄清；第三步在中和池中加入電石渣中和剩余的酸，最后通過一個細長的水泥平流沉砂池利用空氣自然氧化一部分鐵鹽，那個地點的水呈現(xiàn)一定的紅色。當檢測水的PH值符合排放標準后，則將廢水直接排入河流中。此污水處理工藝存在著一下不足的地點：1）加大量的電石渣中和廢水中的酸，使廢水的PH值達標，沒有從分考慮到污水中的鐵鹽和鋁鹽的處理，這仍會造成對水環(huán)境的污染。2）加大量的電石渣不經(jīng)濟，由于電石渣含氧化鈣的量較低，在處理過程中對電石渣的需求量較大，從而加大經(jīng)濟投入。此外，加大量電石渣會產(chǎn)生大量的中和產(chǎn)物較難處理。3）幾個沉降池設(shè)計不科學(xué)，沉降池沉降效率低，占地面積大。要緊設(shè)備：舊廠差不多沒有專門的廢水處理設(shè)備，只有簡單的幾個污水處理池和刮泥機。廢水圓柱形中和池1廢水圓柱形中和池1圓柱形曝氣池幅流式沉降池池槽沉降物一半排放帶式過濾機圓柱形中和池2一半回用圖2-9廢水處理流程框圖濾液澄清液本項目是本著節(jié)約成本，節(jié)能環(huán)保的原則來設(shè)計污水處理方案，其流程如上圖所示。生產(chǎn)過程中本項目采納廢酸全回流和部分洗滌水、過濾水循環(huán)使用，從而大大地減少了需要處理的廢水的量，以及廢水處理的難度。本項目在進行廢水處理時先將廢水通入圓柱形中和池1，用碳酸鈣中和至PH為4，接著將廢水排入圓柱形中和池2，再用氧化鈣中和至PH為7，然后通入圓柱形曝氣池中通過鼓入空氣曝氣，將其中的二價鐵氧化成三價鐵，最后通入幅流式沉淀池中，沉降下來的沉降物通過帶式過濾機，壓濾生成濾餅，其濾液再次返回幅流式沉降池。而經(jīng)豎流式沉淀池處理達標的水一半排入河水中，一半循環(huán)使用。這一處理方案充分利用了水資源，而且充分考慮到環(huán)境愛護，排出的水不僅保證了PH值達標，無機物含量達標，而且水質(zhì)澄清。2.5.2工藝特色本項目廠址靠近右江，可自建一個簡易的水處理廠，自給自足，少量排放，充分合理的利用水資源。既不造成水體污染，也節(jié)約了用水開支，做到了既經(jīng)濟又環(huán)保。本工段的工藝特色有一下幾方面：1）采納碳酸鈣為要緊中和劑，充分利用了當?shù)乜λ固氐孛簿哂胸S富的碳酸鈣資源，因地制宜，節(jié)約水治理的費用。2）做到了充分處理排除的廢水，可不能對環(huán)境造成任何危害和阻礙，做到清潔生產(chǎn)達標排放。2.5.3要緊設(shè)備及構(gòu)筑物本工段要緊設(shè)備及構(gòu)筑物有圓柱形中和池、圓柱形曝氣池、幅流式沉降池和帶式過濾機。3.1整體工藝流程示意圖整體工藝流程示意圖，見附圖第三章物料衡算及熱量衡算3.1物料衡算3.1.1衡算原理物料衡算的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律。物料衡確實是指進入一個裝置（或設(shè)備）的主物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內(nèi)部積存起來的物料的量。進行物料衡算時，首先必須確定衡算的體系，對一般體系，均可表示為：輸入量＝積存量＋輸出量關(guān)于有化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)，可表示為：物料輸入量＝物料輸出量－生產(chǎn)量＋物料消耗量－積存量當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時：物料輸入量＝物料輸出量3.1.2Aspen生產(chǎn)工藝流程模擬本流程采納Aspenplus2006版本模擬軟件進行模擬。膨潤土是復(fù)雜的八面體層狀物質(zhì)，在Aspen組成庫里沒有膨潤土的單個代替組分，故參見《可行性報告》中表1.1.1-1可知，土的成分可分析為下表各組分，故用SiO2,Al2O3等組分代替膨潤土礦進行等效模擬。表3-1：膨潤土成分分析成分SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2H2O+平均值ωB/％59.48821.9343.7700.1973.5481.1760.8240.3420.2508.380模擬組分中水作為單獨組分模擬，因此與整個系統(tǒng)沒有大的聯(lián)系，故整個流程采納電解質(zhì)模型方法進行模擬。一、原料工段：本工藝流程需使用到磨機，但Aspen模型庫沒有磨機模型，因此經(jīng)考慮選用粉碎機單元代替磨機進行模擬。1）模擬流程圖如下：圖3-1原料工段模擬流程圖圖3-1原料工段模擬流程圖物料衡算表：表3-2：原料工段物料衡算表物流進出水（water1）原料（materiel）旋流器合格漿料(7)固體廢棄物(loss)質(zhì)量流量kg/h1500.009189.639317.951771371.51609溫度/℃252526.225壓強/bar1.011.011.011.01計算數(shù)據(jù)請參見Aspen流程模擬數(shù)據(jù)文件1。二、反應(yīng)工段設(shè)定各組分反應(yīng)在各級反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)溫度，即可進行模擬。由于攪拌器的功耗相關(guān)于蒸汽的消耗量來講專門小，可將功耗歸于熱量的模擬，故選用Rstoic反應(yīng)模型進行該工段的模擬。Cooler-1和Cooler-2單元模擬物流自然熱損失，而Heater單元模擬濃硫酸與水混合產(chǎn)生的混合熱。1）模擬流程圖如下：圖3-2：反應(yīng)工段模擬流程圖圖3-2：反應(yīng)工段模擬流程圖物料衡算表：表3-3:反應(yīng)工段物料衡算表物流進出濃硫酸（acid）漿料（7）循環(huán)酸（cyc）反應(yīng)后（33）質(zhì)量流量kg/h22509317.9522354.3733920.45溫度/℃2526.27090壓強/bar1.011.011.011.01三、洗滌工段洗滌工段的板框壓濾機在Aspen里用Filter單元進行壓濾模擬，而壓濾機的水洗部分及沉降槽的水洗部分按理論水洗效果討論，采納Swash單元進行模擬。由于實際壓濾效果含固量為47％右，而設(shè)置Filter-1單元濾餅中固體含量47％時會導(dǎo)致廢酸全循環(huán)迭代計算發(fā)生錯誤，故設(shè)置Filter-1濾餅含固量60％，而Filter-2和Filter-3仍為47％，但現(xiàn)在Filter-1所模擬壓出的廢酸量比實際情況的多，需返回小部分濾液到濾餅中才能實現(xiàn)更準確的模擬。因此，模擬時循環(huán)90％的廢酸即可達到實際情況下的廢酸全回流的效果。1）模擬流程圖如下：圖3-3:洗滌工段模擬流程圖圖3-3:洗滌工段模擬流程圖2）物料衡算表：表3-4:反應(yīng)工段物料衡算表物流進出漿料（33）洗滌水（water-2）最后一次濾餅（32）循環(huán)廢酸（18）廢水（water）質(zhì)量流量kg/h33920.45569200013263.230122354.379190302.8464溫度/℃902524.59028.8壓強/bar1.011.011.011.011.01四、包裝工段干燥包裝工段的回轉(zhuǎn)圓筒干燥器以及氣流粉碎機里的閃蒸在Aspen模擬里用一個閃蒸單元代替。熱空氣溫度為300℃，預(yù)設(shè)30℃溫度損失代替熱損失及回轉(zhuǎn)圓筒干燥器的功耗，因此用270℃的熱空氣進行模擬。另外，由于模擬組分中水分用非結(jié)合水模擬，經(jīng)干燥后其含量為9％10％，而旋風(fēng)分離器及布袋在Aspen模擬時不同意有液體存在，故不能進行除塵模擬。然而，實際情況下產(chǎn)品的最后含水量為結(jié)合水，旋風(fēng)分離器和布袋是能夠正常工作的，且其除塵效率可達99％以上，因此考慮Aspen模型的局限性而對除塵器不做模擬。1）模擬流程圖如下：圖3-4:包裝工段模擬流程圖圖3-4:包裝工段模擬流程圖2）物料衡算表：物流進出熱空氣（hotair）最后一次濾餅（32）廢氣（vapor）產(chǎn)品（product）質(zhì)量流量kg/h1160013263.230117921.39756941.8326溫度/℃27024.580.0380壓強/bar1.011.011.011.01表3-5:包裝工段物料衡算表五、生產(chǎn)工藝流程表3-6:總物料衡算表物流進出水（water-1）原料（materiel）濃硫酸（acid）洗滌水（water-2）熱空氣（hotair）固體廢棄物(loss)廢水（w-water）廢氣（vapor）產(chǎn)品（product）質(zhì)量流量kg/h15009189.622509200011601371903179216941溫度/℃2525252527025288080壓強/bar1.011.011.011.011.011.011.011.011.013.1.3Aspen廢水處理流程模擬廢水處理工藝流程參見第一章圖1.5.1-2。圓柱形中和池1，圓柱形中和池2及圓柱形曝氣池用Rstoic單元模擬，幅流式沉降池用Swash單元模擬，帶式過濾機用Filter單元模擬。表3-7:生產(chǎn)工藝流程廢水組分含量表組分H2OH2SO4FE+++FE++AL+++MG++CA++NA+K+SO4--含量kmol/h4866.2741.8751.4440.219.8821.147120.4755本流程嚴格按照以上廢水組分含量表進行模擬。1）模擬流程圖如下：圖3-5:廢水處理模擬流程圖圖3-5:廢水處理模擬流程圖2）物料衡算表：表3-8:廢水處理物料衡算表物流進出廢水CaCO3CaOO2洗滌水（4）固體廢棄物再利用水（reuse）排放水（let）質(zhì)量流量kg/h90302.8464187.221118.995.6005818.8962342897.307442897.3074溫度/℃28.825252525252525壓強/bar1.011.011.011.011.011.011.011.01廢水處理結(jié)果依照Aspen模擬數(shù)據(jù)，對處理結(jié)果分析如下。表3-9:固體廢棄物組分含量表組成CASO4FE(OH)3AL(OH)3MG(OH)2NA+K+SO42-CO2H2O含量kmol/h21.8151.6549.8821.141微量微量微量少量96.7095041質(zhì)量分數(shù)51.0％3.04％13.25％1.14％1.57％30.0％表3-10:處理后水中組分含量表組成H2OFE3+FE2+AL3+MG2+CA2+NA+K+SO42-O2CO2含量kmol/h2376微量微量微量微量微量0.2450.2790.2620.0600.916濃度mg/L////////585.6//3.2熱量衡算熱量衡算的理論依據(jù)是熱力學(xué)第一定律，以能量守恒形式表達如下：∑Q入=∑Q出+∑Q損本工藝流程只有在反應(yīng)工段和干燥包裝工段需要耗熱，故熱量衡算只需計算這兩個工段的耗熱情況即可。3.2.1總反應(yīng)物料焓變化表：表3-11:總反應(yīng)物料焓變化表物流進出一級反應(yīng)器進料（9）五級反應(yīng)器出料（14）溫度/℃65.5100壓強/bar1.011.01汽化率00質(zhì)量流量kg/h33920.455633920.4556焓kJ/h-447.245×106-448.957×106耗熱量kJ/h-1.7138×106飽和蒸氣用量kg/h39973.2.2干燥包裝工段表3-12:干燥包裝工段物料焓變化表物流進出最后一次濾餅（32）熱空氣（hotair）廢氣（vapor）產(chǎn)品（product）溫度/℃24.5243127080.0380壓強/bar1.011.011.011.01汽化率0110質(zhì)量流量kg/h13263.231160017921.39756941.8326焓kJ/h-205.3082×1061.332107×106-85.0191×106-104.195×10614.76223×106相對濕度//0.96041/煤耗表：表3-13:煤耗表產(chǎn)生消耗飽和蒸汽kg/h熱空氣kg/h褐煤kg/h3997116001014.25注：褐煤產(chǎn)生的熱量利用率按40％算。第四章設(shè)備的選擇及要緊設(shè)備的設(shè)計化工設(shè)備從總體上分為兩類：一類稱標準設(shè)備或定型設(shè)備，是成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，能夠現(xiàn)成買到；一類稱非標準設(shè)備或非定型設(shè)備，是化工過程中需要專門設(shè)計的專門設(shè)備。4.1設(shè)備選型和工藝設(shè)計的原則(1)合理性。即設(shè)備必須滿足工藝一般要求，設(shè)備與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、工藝操作條件、工藝操縱水平相適應(yīng)，又能充分發(fā)揮設(shè)備的能力。(2)先進性。要求設(shè)備的運轉(zhuǎn)可靠性、自控水平、生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化率、收率、效率要盡可能達到先進水平。(3)安全性。要求安全可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、無事故隱患。對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要求；工人在操作時，勞動強度小，盡量幸免高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒有害的設(shè)備附件附料。(4）經(jīng)濟性。設(shè)備投資省，易于加工、維修、更新，沒有專門的維護要求，運行費用減少。引進先進設(shè)備，亦應(yīng)反復(fù)對比報價，考察設(shè)備性能，考慮是否易于被國內(nèi)消化汲取和改進利用，幸免盲目性。4.2非定型設(shè)備設(shè)計的要緊程序設(shè)備的工藝設(shè)計，是化工工程設(shè)計中的一項繁重、量大、技術(shù)要求高的工作，其中標準設(shè)備和定型設(shè)備可依照工藝設(shè)計條件從有關(guān)資料中查出，直接列表，但非定型設(shè)備則要求進行設(shè)計。設(shè)計中的要緊工作和程序如下。(1)工藝流程上確定設(shè)備的化工單元類型。這一步在化工工藝流程設(shè)計時已大體確定，如使用旋風(fēng)分離器實現(xiàn)氣固分離，用氣流干燥裝置實現(xiàn)干燥，用離心機過濾進行液固分離等。在通過化工物料衡算之后，進行設(shè)備工藝計算時，仍有可能確定更為先進的化工單元過程和設(shè)備，從而對工藝流程提出修正和更改。(2)確定設(shè)備材質(zhì)。依照工藝操作條件和設(shè)備的工藝要求，確定適應(yīng)要求的設(shè)備材質(zhì)。(3)匯合設(shè)計條件。依照物料衡算和熱量衡算，確定設(shè)備負荷、轉(zhuǎn)化率和效率要求，確立設(shè)備的工藝操作條件如溫度、壓力、流量、流速、投料方式和投料量、卸料、排渣形式、工作周期等，作為設(shè)備設(shè)計和工藝計算的要緊依據(jù)。(4)選定設(shè)備的差不多結(jié)構(gòu)型式。(5)設(shè)計設(shè)備的差不多尺寸。(6)選型和選擇標準圖紙。(7)設(shè)計成果數(shù)據(jù)匯總。(8)向設(shè)備制造設(shè)計（機械設(shè)計）專業(yè)提出設(shè)計條件和設(shè)備草圖。(9)匯總列出設(shè)備一覽表。4.3要緊設(shè)備的設(shè)計與計算4.3.1反應(yīng)器設(shè)計由反應(yīng)工段的物料衡算知：反應(yīng)釜內(nèi)固體的體積流量Vs===3.5634m3/h反應(yīng)釜內(nèi)液體的體積流量Vl=31.1802m3/h因此每小時流過反應(yīng)釜的體積流量V=34.7436m3。設(shè)計時液面上方留有20%的空間，則反應(yīng)釜的體積Vr==43.4295m3。由于需要在釜體內(nèi)部襯上一層瓷磚，因此取設(shè)計體積為50m3左右。碳素鋼鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表4-1，4-2。表4-1碳素鋼板的化學(xué)成分牌號標準號化學(xué)成分（%）CSiMnPS不大于20RGB6654≤0.020.15-0.300.40-0.900.0350.030表4-2碳素鋼板的化學(xué)成分牌號供貨狀態(tài)鋼板厚度mm屈服限MPa抗拉強度MPa伸長率%沖擊試驗冷彎試驗不小于b=2aα=18020R熱軋控軋或正火6-16245400-52025常溫Akv≥31Jd=2a>16-36235>36-60225>60-100205390-51024設(shè)計釜體為圓柱形，直徑3.5m，高為5m。瓷磚厚度為10mm。每級利用貼瓷磚的角度使其離釜壁距離在10cm左右，設(shè)置成擋板，呈三角形，頂角在遠離釜壁側(cè)。釜底同樣貼瓷磚，厚度均為10mm,不設(shè)底擋板。反應(yīng)釜釜頂開人孔及蒸汽出口。釜的側(cè)下方設(shè)漿料進口及蒸汽進口。溫度計設(shè)在每級釜的管路上。筒體厚度計算:1）工作壓力為0.5Mpa，則設(shè)計壓力為Pc=1.1×0.5=0.55MpaDi=3500mm選擇的材料為20R，在常溫下=133Mpa焊接接頭系數(shù)取為=0.85，則計算厚度為厚度附加量為查表可得C1=0.8mm，取C2=2mm,則C=C1+C2=2.8mm實際所需厚度為=8.5+2.8=11.3mm圓整后得鋼板厚度應(yīng)為=12mm2）水壓試驗強度校核水壓時壁內(nèi)產(chǎn)生的最大壓力為查表得20R鋼板的,則常溫下水壓試驗時的許可應(yīng)力為因，因此水壓試驗強度足夠。4.3.2攪拌槽選型根椐模擬數(shù)據(jù)得，洗滌時加入的水量為92000kg/h，濾餅中含液量為7029.5kg/h,含固量為6233.7kg/h,則物料的總體積為V=92+2.2+6.8=101m3取攪拌槽H=5m,R=3m,則圓錐高度h=1.75m；這時攪拌槽總體積為V=157.6m3；則物料約占2/3體積。4.3.3沉降槽選型計算因為攪拌槽放料時刻為1h，則流量為m3/min,生產(chǎn)中要求停留時刻大于20min,因此停留量最小為V=201.68=33.6,取圓筒半徑R=3m，高度H=1m,圓錐底部角度為120度，得其體積為:由于V大于V1，因此停留時刻大于20min，所選符合要求。4.3.4板框壓濾機選型計算過濾每小時充滿一次物料。取物料過濾時厚度為30mm，在第一級過濾結(jié)束時體積最大，現(xiàn)在含水質(zhì)量分數(shù)為60%，物料密度為ρ≈1500kg/m3則總質(zhì)量為：m16250kg濾餅體積為：V=m/ρ==10.83過濾總面積為：S==722m24.4總設(shè)備及建筑一覽表前面三節(jié)已對一些專門的設(shè)備做了詳細的設(shè)計和選型講明。以下是對各個設(shè)備及建筑的匯總。表4-1:設(shè)備一覽表設(shè)備及建筑物一覽表項目型號功率（kw）數(shù)量單價（萬元）費用（萬元）設(shè)備破裂機PE-250×4001513.243.24給料機ZSW-380×961.510.50.5磨機Φ1830×700024515050廢酸循環(huán)泵65NF75-341110.70.7旋流分離器FX-250010.50.5磨漿循環(huán)泵65NF75-34510.70.7循環(huán)廢酸泵IH80-32-1253111濃硫酸泵IHF50-32-1600.7511.21.2濃硫酸儲罐188反應(yīng)器/7.55525反應(yīng)產(chǎn)物輸送泵65NF75-34511.21.2板框壓濾機迪博12500.562.313.8壓濾機用泵65NF75-341121.22.4離心泵0.310.50.5儲水罐11.51.5循環(huán)水泵IH150-125-31518.810.30.3空氣壓縮機3L-10/811111干燥引風(fēng)機Y5-47NO.4C311.51.5回轉(zhuǎn)圓筒干燥器GZΦ2200×1800018.512020風(fēng)旋粉碎機5R40182514.54.5旋風(fēng)分離器XLT/A-4×7.00133布袋除塵器LCPM28-8-27000155包裝機ZH-201423.57熱風(fēng)爐（配風(fēng)機）RRFLZ-B/S5015050蒸汽爐（配風(fēng)機）KZL臥式3012020皮帶輸送機DTⅡ20428曝氣機QXB3-50310.250.25帶式過濾機DY-30003133攪拌機7.5717儀表與操縱540附屬裝置及管道60總計651.85340.79建筑物土地平坦5013150堆場50×5010.0125原料存放槽Φ6×1010.38.478粗漿料存儲槽Φ3.5×510.32.884875細漿料存儲槽Φ3.5×510.32.884875反應(yīng)產(chǎn)物存儲槽Φ3.5×510.32.884875廢酸循環(huán)槽Φ3.5×510.32.884875攪拌槽Φ6×5.7540.333.912沉降槽Φ6×2.720.316.956濾餅槽Φ6×710.38.478循環(huán)水槽Φ6×510.38.478帶攪拌中和池Φ3.6×320.36.10416帶攪拌曝氣池Φ3.6×310.33.05208幅流式沉降池Φ5.6×410.37.38528原料工段廠房50×5010.06150反應(yīng)工段廠房55×2510.0682.5洗滌工段廠房50×2410.0672干燥包裝工段廠房30×1510.145倉庫50×2010.1100鍋爐房15×1510.0613.5辦公樓15×5010.2150住宿樓10×5010.2100其它建筑物100總計1092.38302車輛鏟車柳工ZL505噸鏟車14040硫酸運輸車東風(fēng)153化工液體運輸車119.519.5產(chǎn)品輸送車（2輛）東風(fēng)柳汽乘龍LZ330IQEM22958總計117.5總計1550.67302第五章總圖布置5.1總平面布置原則1）執(zhí)行國家現(xiàn)行的生產(chǎn)、治理、安全、防火和衛(wèi)生規(guī)范的要求。2）滿足生產(chǎn)工藝和物料運輸流向要求。3）結(jié)合地形、地質(zhì)、氣象和周圍環(huán)境等條件，因地制宜，節(jié)約用地，防止生態(tài)破壞和環(huán)境污染。4）幸免人流和物流的交叉，確保交通順暢。5）搞好環(huán)境綠化和美化，改善和制造人工空間環(huán)境5.2總平面布置方案依照總平面布置原則，結(jié)合公司的實際情況，本工程總平面布置用地考慮用18000m2畝，廠房盡可能南北朝向布置，減少日曬，利于自然通風(fēng)和采光，使整個工程的原料區(qū)、要緊生產(chǎn)區(qū)、成品庫區(qū)、動力區(qū)、廠前區(qū)及辦公區(qū)等各自的功能分區(qū)，利于公司內(nèi)交通，減少人、物流交叉。5.3綠化依照行業(yè)標準《化工企業(yè)總圖運輸設(shè)計規(guī)范》（HG/T20649-1998）的規(guī)定，結(jié)合本項目的地區(qū)特點，綠地率擬采納20％，綠化面積約為3600平方米。5.4交通運輸公司現(xiàn)有兩處大門，南門作為人流進出口及產(chǎn)品運出口；北門作為原料運入口。為滿足公司內(nèi)運輸、衛(wèi)生等要求，并適當考慮在道路兩旁種喬木、花草等，凈化空氣，美化公司環(huán)境。運輸方式以汽車運輸為主，原料、硫酸、燃料、絮凝劑等要緊依靠公司儲運部門解決運輸問題，產(chǎn)品運輸?shù)葐栴}由購買商負責解決第六章結(jié)論本項目采納的廢酸循環(huán)法進行連續(xù)性生產(chǎn)活性白土。這一生產(chǎn)優(yōu)化了制備活性白土的工藝，減少了廢酸的排放，更改進了濕法生產(chǎn)中存在的酸的濃度較大，容易對膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致活性度和脫色率下降等不足；采納連續(xù)性生產(chǎn)更能充分的利用加熱蒸汽和干燥的熱空氣，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。同時在洗滌工段采納壓濾、洗滌交替進行，洗滌效果好，降低了活性白土吸水性對洗滌效果的阻礙，大大減少了產(chǎn)品的流失，減少了水用量，更減少了廢水的排放量。參考文獻［1］周淑文，馮詩慶.半濕法生產(chǎn)高效活性白土方法［P］.中國：CN1061542，1990.11.21.［2］姜桂蘭，張培萍編著.膨潤土的加工與應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2.［3］鞠建英，［韓］申東鉉編著.膨潤土在工程中的開發(fā)與應(yīng)用.中國建材工業(yè)出版社，2003.3.［4］馬占省.食用油脂脫色用高效活性白土的研究及其吸附性能研究.石河子大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.［5］閏景輝，李景梅，惠博然.半干法制備高效活性白土新工藝的研究［J］.長春理工大學(xué)報，2003.26（4）：37-39.［6］張曉梅.關(guān)于膨潤土活化問題的討論[J].IM&P化工礦物與加工,2000,(1):25-26.［7］張術(shù)根,鞏來元,申少華等.活性白土濕法生產(chǎn)漂洗方法研究[J].IM&P化工礦物與加工,2001,(1):12-14.［8］馮啟明,彭同江,周玉林.膨潤土活化工藝改進再探[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2000,(5):59-61［9］朱振海,郭慶中.膨潤土酸活化廢酸水連續(xù)應(yīng)用研究[J].非金屬礦,2004,27(3):28-30.［10］高熙英,關(guān)蓬來.活性白土干法制備工藝條件研究[J].非金屬礦，2005，28(1)：33-34.）［11］賈英杰,任瑞晨,李彩霞.膨潤土干法制備活性白土試驗研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，27