前段工段长工作说明书

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第二篇:年产2万吨固体氯化钡酸化工段工艺设计说明书

 

              

 

 

 

 

 


                                           摘  要

氯化钡是重要的化工原料,是制备其它钡盐和其它材料的主要中间原料,主要应用于制造钡盐、鞣革、颜料、染料、化学试剂、羊毛染色助剂、金属淬火加工、人造丝的消光剂、锅炉水的处理、防止陶瓷制品褪色、制取金属钡及钡炸药、农药、化工等领域。我国氯化钡的生产能力为10万吨左右,氯化钡的生产厂家主要集中天津、河北、河南、重庆、四川、山东、山西、浙江、江苏。我国是主要的出口国,具有垄断世界市场的能力,产品主要销往国内和东南亚国家。

本文设计了生产固体氯化钡的酸化工段,利用的方法是以毒重石为原料,采取盐酸酸化、烧碱中和的工艺。设计过程中先进行原料以及生产方案的选择,之后进行物料衡算和热量衡算;再根据物料衡算的结果以及工艺流程画出物料流程图;接着绘制工艺管道及仪表流程图;根据设备选型的结果和流程图绘出设备布置图和立面图;最后完成首页图和设备一览表。

关键词:氯化钡;毒重石;物料衡算

Abstract

Barium chloride was an important chemical raw materials,the preparation of others is the main Barium salt and other raw materials and intermediate,mainly used in manufacturing Barium salt,tanning,pigment,dyestuff,chemical reagent,wool dyeing auxiliaries,metal processing,rayon quenching the wave-ray agents,boiler water treatment,prevent ceramics fade,making metal barium and barium explosives,pesticides,chemical industry,etc.Barium chloride production capacity in China is 10 million tons,Barium chloride manufacturer mainly concentrated in Tianjin,Hebei,Henan,Chongqing,Sichuan,Shandong,Shanxi,Zhejiang,Jiangsu.Our country is the main exporters in the world market,the ability,the monopoly products are mainly sold to domestic and southeast Asian countries.

This paper designs the production of solid Barium chloride,using the acidification section method based on poison for raw material,adopts the stone,caustic soda acid neutralization process.The design process for raw material and production plan selection,after material and heat balance,According to the results of the material and process flow chart,draw materials,Then rendering process piping and flow chart meters,According to the results of the equipment selection and flow chart drawing equipment layout and elevation.

Keywords: Barium chloride;Poison stone;Material

目  录

引言... 1

第1章 总论... 2

1.1 说明书... 2

1.1.1 设计依据... 2

1.1.2 设计指导思想... 2

1.1.3 设计范围... 2

1.1.4 建设规模及产品方案... 2

1.1.5 主要原材料的规格及其消耗量和来源... 3

1.1.6 生产方法及全厂总流程... 3

1.2 厂址概况... 4

1.3 工程水文地质条件和气象资料... 5

第2章 化工工艺及系统... 6

2.1 概述... 6

2.1.1 装置设计规模,装置组成与各工序名称... 6

2.1.2 生产方法、流程特点... 6

2.1.3 生产制度... 6

2.2 原材料及产品的技术规格... 6

2.2.1 原材料的技术规格... 6

2.2.2 中间产品的技术规格... 6

2.3 生产流程简述... 7

第3章 氯化钡酸化工段物热衡算... 8

3.1 氯化钡酸化工段物料衡算... 8

3.1.1 原材料... 8

3.1.2 酸化... 8

3.1.3 中和... 16

3.1.4 过滤... 20

3.1.5 吸收... 22

3.2 氯化钡酸化工段热量衡算... 23

3.2.1 酸化... 23

3.2.2 中和... 28

第4章 氯化钡酸化工段设备选型... 30

4.1 浸取器的选型计算... 30

4.1.1 长径比的选择... 30

4.1.2 装料系数的选择... 30

4.1.3 浸取器直径与高度的计算... 31

4.2 酸化罐的选型计算... 31

4.3 中和器的选型计算... 32

4.4 过滤机的选型计算... 32

4.5 其他设备的选型计算... 33

4.5.1 计量螺旋的选型... 33

4.5.2 原料加料斗的选型... 34

4.5.3 斗式提升机的选型... 34

4.5.4 沉降槽的选型... 34

4.5.5 泵的选型... 34

4.5.5 风机的选型... 35

4.5.6 吸收塔的选型... 35

4.5.7 管径的计算... 36

第5章 车间布置设计... 39

5.1 厂房布置设计的依据与范围... 39

5.1.1 设计依据... 39

5.1.2 设计范围... 39

5.2 车间厂房的布置设计... 39

5.2.1 厂房的平面形式... 39

5.2.2 厂房的跨度... 39

5.2.3 厂房的高度... 39

5.3 车间设备布置设计... 39

5.3.1 设备露天化问题... 39

结论... 41

参考文献... 42

谢辞... 43


引  言

无机盐工业是化学工业的一个组成部门,具有品种多、用途广、生产方法多样等特点。目前,全世界生产的无机盐品种约为1300种左右。而有些无机盐产品,由于生产规模大,已发展成为独立的工业部门,如硫酸与硝酸工业、制碱工业和化肥工业等。

氯化钡属于无机盐工业中产品的一种,我国钡矿资源丰富, 据预测资源总储量要超过10亿吨,而且钡矿品位较高,钡矿储量和产量目前均居世界首位,是发展钡盐产品的有利条件。目前生产氯化钡基本上都采用盐酸酸化法,原料多采用毒重石与重晶石。利用毒重石生产氯化钡是新的工艺路线,许多科研单位和企业做了大量的研究开发工作,目前已工业化生产。产品品质全部可以达到GB1617-89标准一等品水平, 成本要低于传统的盐酸硫化钡法,也没有H2S污染问题。利用毒重石生产氧化钡的工艺技术路线有极强的市场竞争能力,今后将迅速发展起来,成为生产氯化钡最普遍的方法。


第1章 总论

1.1 说明书

1.1.1 设计依据

本次设计依据内蒙古工业大学化工学院下达的毕业设计任务书进行设计。

1.1.2 设计指导思想

1 贯彻执行国家基本建设的方针政策,使设计做到切合实际,技术先进,经济合理,安全适用。

2 贯彻“五化”(一体化、露天化、轻型化、社会化、国产化)的措施和结果。

1.1.3 设计范围

本次设计的是生产氯化钡的酸化工段,生产装置主要有浸取器、酸化罐、中和器、板框过滤机和吸收塔。辅助设备主要有手推车、原料计量螺旋、斗式提升机、加料斗、沉降槽、风机和泵。主要过程包括浸取、酸化、中和、沉降、过滤和吸收。

1.1.4 建设规模及产品方案

1.1.4.1 建设规模

本次设计的生产能力为20kt/a的氯化钡。

1.1.4.2 产品方案

本次设计生产出的产品应符合GB/T 1616-2002,其要求如下表:

表1-1 GB/T 1616-2002要求表

1.1.5 主要原材料的规格及其消耗量和来源

1.1.5.1 原材料的规格

原料采用毒重石,用31%盐酸酸化、30%的烧碱中和。毒重石组成及含量为:

表1-2 毒重石的含量及组成表

1.1.5.2 原料消耗量

经过物料衡算,毒重石每小时的消耗量为:3380kg。

1.1.5.3 原料的来源

    毒重石从从四川进行采购,然后运输到厂地,盐酸与烧碱都从当地购买。

1.1.6 生产方法及全厂总流程

1.1.6.1 生产方法

生产方法采用盐酸酸化、烧碱中和。此方法目前已工业化生产,产品品质全部可以达到GB/T 1616-2002标准一等品水平,成本要低于传统的盐酸硫化钡法,也没有H2S污染问题。利用毒重石生产氧化钡的工艺技术路线有极强的市场竞争能力,今后将迅速发展起来。

1.1.6.2 全厂总流程

先将采购来的毒重石经粉碎机粉碎,然后把一定粒度的钡矿粉放入水中进行浸泡,然后将浸泡好的料浆经料浆泵打入到酸化罐,并定时的加入一定量一定浓度的盐酸,在一定的搅拌条件下,发生酸化反应。酸化后在中和器中进行中和反应,除去镁离子和铁离子。中和后将中和液送入沉降槽,除去大的颗粒物质,将上清液送入板框压滤机进行过滤,将得到的滤液送到蒸发结晶工段进行蒸发结晶,得到最后的产品。该法中粉末状矿粉与盐酸反应迅速,产生大量气泡,因此要掌握好盐酸的浓度和添加速度。其流程框图为:

 原料

 

 

图1-1 氯化钡酸化工段工艺流程框图

1.2 厂址概况

厂区选择建在内蒙古乌兰察布市集宁区,集宁区位于内蒙古高原中西部地区,阴山山脉灰腾梁南麓,地处东经113°10′,北纬40°01′,年平均气温4.4℃,年平均降水量384mm,海拔高度1417米,属典型的蒙古高原大陆性气候面积114.2平方公里,全市人口27万,居住着蒙、回、满、藏等16个少数民族、8个街道办事处、一个郊区乡。是地区政治、经济、文化中心,1992年被国务院正式批准为对外开放城市。

集宁东临京、津,南连晋、冀,西接呼、包,北通二连,京包线,集二线,集通线和集张线。110、208国道在此交汇,是连结华北、东北、西北的大动脉,是客货运的重要中转站,是中国华北以至华东、华南等广大地区进入蒙古、俄罗斯和欧洲市场运距最短的铁路干线,地理位置独特,协作区域广泛,陆路口岸和窗口作用十分突出。集宁区基础设施日臻完善,日供水3.96万吨,建成了两座容量为90万立方米的污水处理场,拥有两座110KV变电站,一座220KV变电站,紧临装机容量为120千瓦时的丰镇电厂,可供电力138万千瓦时。电信事业发展日新月异,光缆传输遍布全地区,集宁区程控电话交换容量5.6万门,全地区12.7万门数据通信发展迅速,分布在市内繁华地带的集宁宾馆等几十家宾馆、饭馆、招待所,拥有标准客房5000间套以上。集宁区面上仓储设施齐全,条件优越,拥有西部较大的物资仓储库和铁路专用线。

1.3 工程水文地质条件和气象资料

集宁地处内蒙高原南部地带,系阴山山余脉之丘陵区,地势由西向东逐渐降低。平均海拔1416.56米,是一南西北三面环山的盆地。全境北高南低,西北多系山地。属北温带蒙古高原大陆性气候,风多雨少、干燥严寒、冷热不均、气候四季分明,年平均气温4.4℃,年日照为3130小时,年均降水量384毫米,无霜期120天左右,全年主要风向为西北风,年平均风速3.3米/秒,最大风速20米/秒,风频率为15.9%。

第2章 化工工艺及系统

2.1 概述

2.1.1 装置设计规模,装置组成与各工序名称

本次设计氯化钡的酸化工段,处理量为20kt/a氯化钡。主要由浸取、酸化、中和、沉降、过滤和吸收组成。装置有浸取器、酸化罐、中和器、板框过滤机吸收塔、手推车、原料计量螺旋、斗式提升机、加料斗、沉降槽、风机和泵。

2.1.2 生产方法、流程特点

生产方法采用盐酸酸化、烧碱中和。此方法的工艺流程清晰简单,在流程图上一目了然,便于读图。

2.1.3 生产制度

年操作日为300天,一班为8小时,4小时生产一次产品。

2.2 原材料及产品的技术规格

2.2.1 原材料的技术规格

原材料的技术规格为:

表2-1 原材料的技术规格表

2.2.2产品的技术规格

产品的技术规格为:

表2-2产品的技术规格表

2.3 生产流程简述

酸化的主反应为:BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2

副反应为:      CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

                           MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2

                           SrCO3 + 2HCl = SrCl2 + H2O + CO2

                           Fe2O3 + 6HCl = FeCl3 +3 H2O

氯化钡的酸化工段的生产属于间歇操作,4小时为一个周期,一班为8个小时,一班出两次产品。

生产流程为:将来自堆场的毒重石粉用手推车推到计量螺旋上,计量螺旋将4个小时的原料处理量经斗式提升机送到浸取器顶部的原料斗,原料斗经过电机振动将矿粉送到浸取器里,同时将来自水槽的清水按毒重石粉的1.5倍从顶部送入浸取器,在浸取器内通过搅拌把毒重石粉溶解在水里。溶解后用螺杆泵将料浆打到酸化罐的上部,同时也缓慢的加入31%的盐酸,通过搅拌让料浆与盐酸充分反应。此过程温度不宜过高,因为温度越高,气体的挥发就越严重,原料的损失也会越严重,同时应将pH控制在3左右。反应生成的二氧化碳进入吸收塔,用水进行吸收,吸收完的部分送到酸储槽中,没吸收的部分被风机送入烟囱。酸化液用螺杆泵打入中和器的下部,30%的烧碱从顶部进入中和器,经过搅拌使反应充分,沉淀出铁离子与镁离子。在反应中应控制好pH值,使其达到8。反应后再用螺杆泵将中和液打入沉降槽进行沉降,大的颗粒会沉在容器底部,上清液用液下泵送入板框过滤机上部,清水也从上部进入过滤机,过滤完将滤饼取出用小车送到堆场,滤液则从过滤机右下部被压出,送到蒸发工段。

第3章 氯化钡酸化工段物热衡算

3.1 氯化钡酸化工段物料衡算

3.1.1 原材料

原料选择毒重石,其组成及含量如表3-1所示:

表3-1 毒重石的含量及组成表

酸化选择31%的盐酸,中和选择30%的氢氧化钠溶液。

3.1.2 酸化

原料处理量为:20kt/a;年工作日为:300;原料利用率为:98%;以矿粉的1.5倍的水润洗矿粉。则每小时的原料处理量为:

 + 14.6 = 3380kg/h  

 — BaCO3的摩尔质量;197g/mol;

 — 的摩尔质量;244g/mol。

以每小时3380kg的矿粉为基准进行计算,润湿需水量为5070kg。

酸化反应的主反应化学方程式为:

BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2

     此方程式中各物质的摩尔质量如表3-2所示:

表3-2 方程式中各物质的摩尔质量表

消耗BaCO3的质量为:

= = 2252.432kg  

     (3-1)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的碳酸钡的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 碳酸钡的分子量

消耗HCl的质量为:

 = 834.658kg

生成BaCl2的质量为:

 = 2378.202 kg

生成H2O的质量为:

 =205.806 kg

生成CO2的质量为:

 = 503.081 kg

副反应为:

(1)CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

此方程式中各物质的摩尔质量如表3-3所示:

表3-3 方程式中各物质的摩尔质量表

消耗CaCO3的质量为:

          =  = 662.480kg  

     (3-2)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的碳酸钙的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 碳酸钙的分子量

消耗HCl的质量为:

 = 483.610kg

生成CaCl2的质量为:

 = 735.353kg

生成H2O的质量为:

 = 119.246kg

生成CO2的质量为:

 = 291.491kg

(2)MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2

此方程式中各物质的摩尔质量如表3-4所示:

表3-4 方程式中各物质的摩尔质量表

消耗MgCO3的质量为:

            

           = 3380×0.0304×0.98 = 100.697kg

     (3-3)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的碳酸镁的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 碳酸镁的分子量

消耗HCl的质量为:

 = 87.510kg

生成MgCl2的质量为:

 = 113.883kg

生成H2O的质量为:

 = 21.578kg

生成CO2的质量为:

 = 52.746kg

(3)SrCO3 + 2HCl = SrCl2 + H2O + CO2

此方程式中各物质的摩尔质量如表3-5所示:

表3-5 方程式中各物质的摩尔质量表

消耗SrCO3的质量为:

              

              = 3380×0.008×0.98 = 26.499kg

      (3-4)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的碳酸锶的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 碳酸锶的分子量

消耗HCl的质量为:

 = 13.159kg

生成SrCl2的质量为:

 = 28.482kg

生成H2O的质量为:

 = 3.245kg

生成CO2的质量为:

 = 7.932kg

(4)Fe2O3 + 6HCl = FeCl3 +3 H2O

此方程式中各物质的摩尔质量如表3-6所示:

表3-6方程式中各物质的摩尔质量表

消耗Fe2O3的质量为:

             = 3380×0.01×0.98 = 33.124kg

      (3-5)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的氧化铁的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 氧化铁的分子量

消耗HCl的质量为:

 = 45.338kg

生成FeCl3的质量为:

 = 67.283kg

生成H2O的质量为:

 = 11.179kg

原料的利用量为:

3380×(1-0.015-0.0566)×0.98 = 3075.23kg

反应消耗HCl的量:

834.658+483.610+87.510+13.159+45.338 = 1464.276kg

反应消耗盐酸的量为:

1464.276/0.31 = 4723.47kg

生成CO2的量为:

503.081+291.491+52.746+7.932 = 855.250kg

生成H2O的质量为:

205.806+119.246+21.578+3.245+11.179 = 361.054kg

H2O的质量为:

5070+4723.47×0.69+361.054 = 8690.248kg

酸化反应后溶液的质量为:

3075.23+4723.47+5070-855.250 = 12013.45kg

     (3-6)

— 物质的质量分数

— 该物质的质量

— 溶液的质量

BaCl2的质量分数为:

×100% = 19.80%

CaCl2的质量分数为:

×100% = 6.12%

H2O的质量分数为:

×100% = 72.34%

MgCl2的质量分数为:

×100% = 0.95%

SrCl2的质量分数为:

×100% = 0.24%

FeCl3的质量分数为:

×100% = 0.56%

查得BaCl2溶液的比热容:当浓度为15%时的比热容为:0.8171cal/(g·℃);浓度为20%时的比热容为:0.7605cal/(g·℃)。

由下式计算19.80%的BaCl2溶液的比热容:

 =

解得:c = 0.7628cal/(g·℃)

由热量衡算得到酸化后的温度为66.79℃,入口温度为25℃。

某温度下的密度计算式为:

     (3-7)

已知温度为20℃、浓度为19.80%BaCl2溶液的温度系数α为0.418,20℃时BaCl2溶液的密度= 1200.97g/l。

 =

                              = 1200.97+0.418×(20-66.79)

                              = 1181.1g/l

BaCl2溶液的体积为:

 = 10171.05L

调pH到3,假设调pH所需要的盐酸体积不计,则氢离子的浓度为:0.001mol/l,氢离子的物质的量为:

0.001×10171.05 = 10.717mol

所以HCl的物质的量也为10.717mol,HCl的质量为:

10.717×36.5 = 371.243g

调pH消耗盐酸的量为:

 = 1197.559g = 1.198kg

消耗盐酸的总量为:

4723.47+1.198 = 4724.668kg

酸化后BaCl2溶液的总量为:

12013.45+1.198 = 12014.648kg

杂质的量为:

硫酸钡:50.7kg;酸不溶物:191.308kg;碳酸钡:45.968kg;碳酸钙:13.52kg;

碳酸镁:2.055kg;碳酸锶:0.541kg;氧化铁:0.676kg。

酸化的物料平衡表如下:

表3-7 酸化物料平衡表

3.1.3 中和

中和工段将pH调到8,中和的反应方程式为:

(1)    MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaCl

此方程式中各物质的摩尔质量如表3-8所示:

表3-8 方程式中各物质的摩尔质量表

     (3-8)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的氯化镁的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 氯化镁的分子量

消耗NaOH的质量为:

 = 95.902kg

生成Mg(OH)2的质量为:

 = 69.529kg

生成NaCl的质量为:

 = 140.256kg

(2)FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

此方程式中各物质的摩尔质量如表3-9所示:

表3-9 方程式中各物质的摩尔质量表

     (3-9)

— 反应消耗或产生的某物质的质量

— 反应的氯化铁的质量

— 反应消耗或产生的某物质的分子量

— 氯化铁的分子量

消耗NaOH的质量为:

 = 49.686kg

生成Fe(OH)3的质量为:

 = 44.303kg

生成NaCl的质量为:

 = 72.666kg

反应消耗NaOH的质量为:

95.902 + 49.686 = 145.588kg

消耗NaOH溶液的质量为:

145.588/0.31 = 485.293kg

30%NaOH溶液的密度为如下表:

表3-10 30%NaOH溶液密度表

用试差法求出25℃时30%NaOH溶液的密度为1.3248g/ml。

将调pH 调到3。

中和所需NaOH溶液的体积为:

 = 336314.077ml

中和后溶液的体积为:

10171.05 + 336314.077/1000 = 10537.366L

调pH后溶液中H+的物质的量为:

10537.366×10-8 = 1.054×10-4mol

调pH消耗NaOH的物质的量为:

10.171-1.054×10-4 = 10.171mol

调pH消耗NaOH的质量为:

10.171×40 = 406.838g

调pH消耗NaOH溶液的质量为:

406.838/0.3 = 1356.126g

总消耗NaOH溶液的量为:

485.293+1356.126/1000 = 486.649kg

中和后溶液总量为:

12014.652+486.649-69.529-44.303 = 12387.468kg

中和后BaCl2的质量分数为:

 = 19.20%

中和后杂质的量为:

硫酸钡:50.7 kg;

酸不溶物:191.308kg

碳酸钡:45.968kg

碳酸钙:13.52kg

碳酸镁:2.055kg

碳酸锶:0.541kg

氧化铁:0.676kg

氢氧化铁:44.303kg

氢氧化镁:69.529kg

列出中和物料平衡表,如下:

表3-11 中和物料平衡表

3.1.4 过滤

过滤损失为0.003,洗水量占滤液体积比为0.1,一洗水量占0.06,二洗水量占0.04。

过滤液的质量为:

(酸化反应后溶液的质量+调pH消耗盐酸的质量+总消耗NaOH溶液的量-生成Mg(OH)2的质量-生成Fe(OH)3的质量)*(1-过滤损失)

=

= 12350.306kg

氯化钡溶液的密度为:1200.7g/l

     (3-10)

— 过滤液的体积

— 过滤液的质量

— 氯化钡溶液的密度

过滤液的体积为:

 = 10285.922L

一洗水量体积为:

L

二洗水量的体积为:

L

则洗水量的体积为:

L

     (3-11)

— 水的质量

— 水的密度

— 水的体积

一洗水的质量为:

二洗水的质量为:

则洗水量为:

最终滤液的质量为:

              过滤液的质量+一洗水的质量

             = 12350.306 + 617.115

             = 12967.461kg

滤渣为:

氯化钡:7.135kg;氯化钙:2.206kg;氯化锶:0.085kg;氯化钠:0.639kg;

硫酸钡:50.7kg;酸不溶物:191.308kg;碳酸钡:45.968kg;碳酸钙:13.52kg;

碳酸镁:2.055kg;碳酸锶:0.541kg;氧化铁:0.676kg;氢氧化铁:44.303kg;

氢氧化镁:69.529kg;水:27.098kg。

过滤物料平衡表如下:

表3-12 过滤物料平衡表

3.1.5 吸收

的质量流量为855.25kg/h,的密度为1.977g/l。HCl的质量流量为1479.44kg/h。气体中HCl的质量流量为14.79kg/h。气体中HCl的摩尔分数为0.02,吸收率为95%,操作温度25℃,气体流量为19.84kmol/h。吸收剂用量为理论最小用量的2.0倍。设操作条件下的平衡关系可用下式表示,即

     (3-13)

则进入吸收塔惰性气体的摩尔流量为

进塔气体中HCl的组成为:

出塔气体中HCl的组成为:

进塔洗液中HCl的组成为

由平衡关系经画图计算可得:

吸收液组成可根据全塔物料衡算式求出,即

3.2 氯化钡酸化工段热量衡算

3.2.1 酸化

进口温度为25℃,热损失为0.1加入固体的质量为3380kg,组分如下表:

表3-13 毒重石的组分含量表

加入盐酸的质量为4724.67kg,质量分数为31%。加入水的质量为5070kg。

酸化的反应方程式为:

(1)BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2

其摩尔生成焓如下表:

表3-14  摩尔生成焓数据表

     (3-14)

— 反应生成焓

— 摩尔生成焓

此反应的为:

           

= 136.979kj/mol

     (3-15)

     — 反应热

此反应的反应热为:

                 

(2)CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

其摩尔生成焓如下表:

表3-15  摩尔生成焓数据表

此反应的为:

          = 83.791kj/mol

反应热为:

(3)MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2

其摩尔生成焓如下表:

表3-16  摩尔生成焓数据表

为:

          

         = 40.231kj/mol

反应热为:

(4)SrCO3 + 2HCl = SrCl2 + H2O + CO2

其摩尔生成焓如下表:

表3-17  摩尔生成焓数据表

为:

       

      = 105.601kj/mol

反应热为:

(5)Fe2O3 + 6HCl = FeCl3 +3 H2O

其摩尔生成焓如下表:

表3-18  摩尔生成焓数据表

为:

      

     = 278.398kj/mol

反应热为:

     (3-16)

反应产生的热量为:

         

=

        =

原料的比热容如下表:

表3-19 原料的比热容表

     (3-17)

— 混合物的比热

— 质量分数

— 某物质的比热

毒重石的比热容为:

        

               

               = 0.515 j/(g·℃)

     (3-18)

— 毒重石带入的热量

— 毒重石的比热容

— 毒重石的质量

— 温度差

毒重石带入的热量为:

水的比热容为4.183 j/(g·℃)

     (3-19)

— 水带入的热量

— 水的比热容

— 水的质量

水带入的热量为:

     (3-20)

原料带入的热量为:

     (3-21)

— 出口的总热量

— 热量损失

则出口的总热量为:

出口溶液中主要组分的比热容如下表:

表3-20 出口溶液主要组分的比热容表

出口溶液的平均比热容为:

        

              =

              = 3.163 j/(g·℃)

温升为:

出口温度为66.79℃

3.2.2 中和

中和的反应方程式为:MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaCl

其摩尔生成焓如下表:

表3-21  摩尔生成焓数据表

为:

           

           = 254.308kj/mol

反应热为:

由无机盐工业手册查得19.20%氯化钡溶液的比热容为3.22 j/(g·℃)

温升为:

第4章 氯化钡酸化工段设备选型

4.1 浸取器的选型计算

盐酸的密度如下表:

表4-1 盐酸密度表

由上表得31%盐酸的密度为:

g/ml

盐酸的质量为4724.670kg,盐酸的体积为:

l=4.094

酸化液的体积为10.171 ,则浸取液的体积为:

以上是1小时的流量,一班为8小时,4小时出一次产品,则浸取液4小时的体积为:

4.1.1 长径比的选择

浸取器属于搅拌容罐,搅拌罐的长径比的值如下表:

表4-2 几种搅拌罐的值表

选择=1.3来进行计算。

4.1.2 装料系数的选择

罐体全容积V与罐体的公称容积(即提作时盛装物料的容积)有以下关系:

     (4-1)

设计时应合理地选用装料系数η值,尽量提高设备利用率。通常η可取0.6-0.85。如果物料在反应过程中要起泡沫或呈沸腾状态,η应取低值,约为0.6-0.7;如果物料反应平稳,η可取0.8-0.85(物料粘度较大可取大值)。所以选择η=0.85。将=24.31带入上式中,得到V=28.6

4.1.3 浸取器直径与高度的计算

知道了浸取器的长径比和装料系数之后,还不能直接算出浸取器的直径和高度,因为当浸取器直径不知道时封头的容积就不知道,容器的全容积就不能最后确定。为了便于计算,先忽略封头的容积,认为:

     (4-2)

将V=28.6带入(4-2)得到:

选择浸取器的直径为3.0m,高位4.0m材,料为碳钢,型号为JS500,各项技术参数如下表:

表4-3 JS500各项参数表

4.2 酸化罐的选型计算

酸化液的体积为10.171,4小时的体积为。长径比选择1.3,装料系数选择0.6,则罐体全体积为:

由式(4-2)得:

酸化罐的直径为4.0m,高5.0m,材料为碳钢,内衬耐酸陶瓷层。型号为JS500,其技术参数见表4.3。

4.3 中和器的选型计算

中和液的体积为10.537,4小时的体积为。长径比选择1.3,装料系数选择0.6,则罐体全体积为:

由式(4-2)得:

中和器的直径为4.0m,高5.0m,材料为碳钢,内衬耐碱玻璃钢层。型号为JS500,其技术参数见表4.3。

4.4 过滤机的选型计算

过滤体积,过滤常数为0.28,单位过滤面积上的当量滤液体积,滤饼密度为1500kg/,过滤时间为0.5h。恒压过滤方程式为:

     (4-3)

、K、带入上式解得q = 0.358m。

过滤面积为:

按照过滤面积选择40的过滤机,其型号为BMYJ40/810-UK-1,其技术参数如下表:

表4-4 BMYJ40/810-UK-1的技术参数表

4.5 其他设备的选型计算

4.5.1 计量螺旋的选型

由于毒重石是粉末状,所以适合用LJ型螺旋机进行输送,LJ型螺旋机一直被广泛用于国民经济各部门,如建材、冶金、化工、电力、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业,适宜输送粉状、颗粒状、小块状物料。LJ系列螺旋输送机的主要特点:

1、承载能力大、安全可靠。

2、适应性强、安装维修方便、寿命长。

3、整机体积小、转速高、确保快速均匀输送。

4、密封性好、采用无缝钢管制作,端部采用法兰互相连接性一体,刚性好。

需要加料量为3.38t/h,固选择生产能力为5t/h的LJ200型螺旋输送机,其技术参数如下表:

表4-5 LJ200型螺旋输送机技术参数表

4.5.2 原料加料斗的选型

根据加料量选择DZL-40的震动加料斗,其技术参数如下表:

表4-6 DZL-40震动加料斗的技术参数表

4.5.3 斗式提升机的选型

该斗式提升机提升的是毒重石粉,所以选用TH系列,TH系列斗式提升机是一种常用的提升设备,该系列斗式提升机采用锻造环链作为传动部分,具有很强的机械强度,主要用于提升机粉体和小颗粒及小块状物料,区别于TD系列斗式提升机,其提升量更大、运转效率更高。其常用于较大比重的物料的提升。根据输送量选择TH315型号的提升机,其技术参数如下表:

表4-7 TH315型斗式提升机的技术参数表

4.5.4 沉降槽的选型

进入沉降槽的溶液与中和器的溶液几乎相等,同时沉降槽也属于搅拌类容器,所以沉降槽的型号与中和器的型号选择一样,材料选择碳钢。

4.5.5 泵的选型

由于输送的都是带有固体颗粒的料浆,所以选择螺杆泵,原料最大的流量为10.537,所以选择型号为GH40-1的螺杆泵,其技术参数如下表:

表4-8 GH40-1螺杆泵的技术参数表

料浆泵采用碳钢的,酸化液泵与中和液泵选择玻璃钢的。

4.5.5 风机的选型

的流量为432.6,根据流量可以选择G6-40-11的引风机,其技术参数如下表:

表4-9 G6-40-11引风机的技术参数表

4.5.6 吸收塔的选型

1、塔径的计算

进出塔气体流量和组成为:

表4-10 进出塔气体流量及组成表

洗水量为67.176kg。

塔径的确定

塑料孔板波纹填料的关联系数分别为:A=0.291,K=1.563所以泛点气速计算式为

     (4-4)

气体密度1.685kg/m3

ρL=1000kg/m3,L=67.176 kg/h,G=855.99kg/h,μL=1.550MPa·s

把数据代入(4-4)式

解得wF=1.27m/s

泛点率取70%,则气体空塔速度为:u=0.70×1.27=0.508m/s

出塔操作条件下的气量为:

==507.87m3/h=0.141m3/s

D==0.6m

选择塔径为1m。

2、填料层的高度

由于氯化氢极易溶于水,且具有腐蚀性,所以选用瓷拉西环50散装填料。其气相传质单元高度=0.51m。=0.0204,=0.00102,=0.001。则气相总传质单元数为:

则填料高度为:Z=

塔高选为5m。

4.5.7 管径的计算

化工流体输送管道多为圆形截面,其计算公式如下:

     (4-5)

上式是确定流体输送直径的依据。式中,流体的体积流量生产任务所决定,平均流速则需要综合考虑各种因素后进行合理地选择:流速选择过高,管径虽可以减小,但流体流经管道的阻力增大,动力消耗增大,操作费用随之增加;反之,流速选择过低,操作费用可相应地减小,但管径增大,管路的投资费用随之增加。

因此,适宜的流速需要根据经济权衡决定。下表为某些流体在管路中流动时流速的常用范围。

表4-11 某些流体在管路中的常用流速范围表

进入浸取器的水管,其体积流量,则其管径为:

进入酸化罐的料浆管道,其体积流量,,其管径为:

进入酸化罐的盐酸管道,其体积流量,,其管径为:

进入中和器的烧碱管道,其体积流量,,其管径为:

进入中和器的酸化液管道,其体积流量,,其管径为:

进入沉降槽的中和液管道,其体积流量,,其管径为:

进入过滤机的管径与进入沉降槽的管径相同。

进入吸收塔的气体的管道,其体积流量,,其管径为:

第5章 车间布置设计

5.1 厂房布置设计的依据与范围

5.1.1 设计依据

依据内蒙古工业大学化工学院化学工程系下达的设计任务书。

5.1.2 设计范围

本次设计的布置图是氯化钡酸化工段的设备布置图。

5.2 车间厂房的布置设计

5.2.1 厂房的平面形式

本次设计厂房的轮廓是长方形,其优点是便于建筑厂房的定型化和施工方便,其次在设备布置上具有较大弹性,便于设备管理,缩短管道的安装,便于安排交通和出入口,也有利于日后的发展安排,有利于自然采光和通风。

5.2.2 厂房的跨度

厂房的跨度主要根据工艺、设备、自然采光和通风以及建筑造价来选择。本次设计的是单层厂房,由于设备较大较多,采用9米的跨度。厂房宽为18米,长为45米。

5.2.3 厂房的高度

    本次设备的最高高度为5米,再加上封头与底座的高度,总计应该有6米多,所以将厂房的高度定为10米。

5.3 车间设备布置设计

5.3.1 设备露天化问题

凡属于下列几种情形时,可适当考虑使设备露天布置:

1、生产中不需要经常看管的设备,辅助设备,对气候影响较小的设备,如吸附器、吸收塔、不冻液体贮槽、大型贮罐、气柜等。

2、需要大气来调节温度、湿度的设备,如凉水塔、冷却塔等。

    3、不需要人工操作、高度自动化的设备。

    4、气候温暖,没有酷寒和少雪地区。

根据以上说明,将风机和吸收塔放于室外。

布置设备要保证管理方便和安全。设备与墙壁之间的距离、设备间的间距、运送设备的通道和人行道的宽度都有一定规范,设计时应遵循92标准里的相关规定。下表是建议采用的安全距离。

表 5-1 设备之间或设备与建筑物(或障碍物)间的净距表

同时布置设备时应注意以下几个问题:

1、在厂房中应有一定的面积和空间供设备检修及拆卸用。设备的起吊运输高度应大于在运输线路上最高设备的高度。

    2、每一个设备都要考虑一定地位,包括设备本身所占地位,设备附属装置所占地位,操作地位,设备检修拆卸地位,设备与设备、设备与建筑物间的安全距离等。

    3、在操作中要经常联系的设备应尽量靠近布置,便于操作联系。

    4、设备布置要尽量对称,相同或相似设备应集中布置,并有相互调换使用的方便性和可能性。

    5、设备要排列整齐,避免过挤或过松。设备间的距离要充分考虑工厂操作的要求和交通的便利。

    6、要尽量安排良好的采光条件。设备布置时尽量让操作人员背光操作。高大设备尽量避免靠窗设置,以免影响受光。

    根据化工设备的布置原则、计算出各个设备的尺寸和上面所注意的几个问题及92标准的相关规定绘制出设备布置图。

结  论

本文针对生产氯化钡的酸化工段进行了分析与设计,首先通过查阅大量的文献,比较系统的了解了无机盐工业的发展,氯化钡的性质与作用以及氯化钡的发展前景。同时对氯化钡的生产方法进行了选择,确定了原料与生产方法。针对酸化工段的各个反应过程进行了物料衡算和热量衡算,确定了进料量和温升。根据所查阅的资料及物料衡算和热量衡算的结果,按照HG 20559-93和HG/T 20688-2000绘制出了工艺管道及仪表流程图和物料流程图,之后参照物料衡算对设备进行了选型计算,按照HG 20519-92完成了设备一览表和设备的平面布置图。对设备进行剖视,画出立面图;根据流程图的管线、阀门、仪表及各种标注绘出首页图。

本次设计完成了氯化钡酸化工段的物料衡算、热量衡算、设备选型计算和管道管径计算。并绘制出了工艺管道及仪表流程图、物料流程图、设备一览表、设备平面布置图、立面图和首页图共6张图纸。

本文在设计时由于时间仓促,能力有限以及具备的专业知识和基础知识有些不足,对所设计的内容认识不够深刻,在设计过程中会出现一些错误和漏洞,望各位老师指出当中的错误和不足,我会虚心地接受并加以改进,在此次设计中真正的提高自身的能力。

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谢  辞

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