年产10万吨硫酸铝车间工艺设计

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海 南 大 学 毕 业 论 文（设计）
题 学 专 姓 学
目：年产 10 万吨硫酸铝车间工艺设计 院：材料与化工学院 业：04 化学工程与工艺 名：XXXX 号：XXXXX
指导教师： 指导教师：XXXX
完成日期： 完成日期：XXXX
目
录
中文摘要………………………………………………………………………5 英文摘要………………………………………………………………………7 前言……………………………………………………………………………9 1 总论…………………………………………………………………………10 1.1 设计的目的和意义………………………………………………………10 1.2 设计依据…………………………………………………………………11 1.3 设计指导思想……………………………………………………………12 1.4 设计的主要内容…………………………………………………………12 1.5 设计原则…………………………………………………………………12 1.6 设计重点…………………………………………………………………13 2.硫酸铝概论…………………………………………………………………13 2.1 我国硫酸铝的工业生产现状……………………………………………13 2.2 发展前景…………………………………………………………………14 2.3 存在问题…………………………………………………………………14 2.4 发展建议…………………………………………………………………15 3.生产技术和工艺……………………………………………………………16 3.1 原料………………………………………………………………………16 3.2 生产工艺…………………………………………………………………16 3.3 工艺选择…………………………………………………………………23 4 工艺计算……………………………………………………………………23 4.1 生产流程…………………………………………………………………23
4.2 物料衡算……………………………………………………………………25 4.3 能量衡算…………………………………………………………………29 5.设备选型……………………………………………………………………32 5.1 反应釜……………………………………………………………………32 5.2 颚式破碎机…………………………………………………………………38 5.3 雷蒙磨…………………………………………………………

…………39 5.4 板式过滤机…………………………………………………………………41 5.5 浓缩结晶锅………………………………………………………………42 5.6 主要设备列表……………………………………………………………43 6.三废处理及副产品的综合利用……………………………………………45 7.厂房安排……………………………………………………………………45 7.1 厂房层数…………………………………………………………………45 7.2 厂房布置…………………………………………………………………46 8.技术经济分析………………………………………………………………48 8.1 劳动定员…………………………………………………………………48 8.2 固定资产的投资…………………………………………………………49 8.3 原料动力费………………………………………………………………50 8.4 固定资产折旧费和年维修费……………………………………………51 8.5 人工费……………………………………………………………………51 8.6 化验分析费用……………………………………………………………51 8.7 三废治理费用……………………………………………………………51 9.设计评析……………………………………………………………………52
致谢……………………………………………………………………………55 参考文献………………………………………………………………………56 附工程图纸 1、带控点的工艺流程图 2、厂房平面布局图 3、厂房立面布局图 4、反应釜装配图 5、结晶机装配图
摘要
我国硫酸铝的生产现状，年产量万吨以上的企业已达 29 个，3000t 至 10000t 的企业达 85 个。全国硫酸铝生产能力已达 115 万 t，产量突破 95 万 t，仅次于美 国和日本，而居世界第三位[1]；硫酸铝生产中存在的问题是，设计不合理，设备 不配套，产量质量都无法达到初衷要求以及部分生产厂家规模较小，经济效益差 导致产品积压严重、投资无法收回，使部分企业背上沉重的经济包袱；生产工艺 主要有铝灰、铝渣法、活性氢氧化铝法、铝矾土常压法、煤矸石加压法等，对各 个工艺的优缺点进行对比，发现以高岭土为原料生产硫酸铝，具有原料成本低， 产量高，产品质量好，过程易控制等优点，制备过程中产生的废渣可作为高活性 的高硅材料，也可作为优良的涂料及板材制品填料，从而实现了综合利用和无废 渣排放，具有积极的环保意义；采用高岭土为原料生产硫酸铝，符合设计的目的 和指导思想。 高岭土生产硫酸铝，使高岭土经过

预处理过程，排除高岭土中的粗石英砂、 杂质，用于生产水泥玻璃，得到高岭土精矿，经过煅烧活化，粉碎，过筛送致生 产车间，与 55%的硫酸容易混合送至反应釜，经过反应的酸浸，沉降，分离和中 和处理，得到合格的硫酸铝容易，送至浓缩结晶槽中，进行浓缩结晶，并通过成 品粉碎机将硫酸铝晶体粉碎，包装。硫酸铝的日生产量为 333.33 吨，采用 3 班 间歇式生产，要求硫酸铝在产品中含量约为 54.31%。每小时要求投入高岭土量 为 19.1 吨，硫酸投入量为 19.9 吨，Al2O3 溶出率 89.4%使 19.9 吨的，98%硫酸稀 释成 55%硫酸的用水量 15 吨。加入 110.5 吨的水量，硫酸铝与加入水要求配比 达到硫酸铝浓度 54.31%，求得需要蒸发掉 91.464 吨的水。通过数据查询得知在 115 ℃ 蒸 汽 的 焓 H=2702.5kJ/kg ， 从 蒸 发 水 量 求 得 蒸 发 水 吸 收 热 为 247181.46×103kJ，硫酸铝溶液的吸收热为 4425.5×103kJ。设置热量损失为吸热总 量的 3%，求出损失热量为 7548.2×103kJ。在 25℃时，料液带入的热量可求算得 12909.9×103kJ，加热蒸汽释放热量为 84524.87×103kJ。操作设备选取为颚式破碎 机，雷蒙磨，反应釜，沉降槽，中和槽，浓缩结晶锅，成品粉碎机。其中，反应 釜的体积为 22 m3，高为 3.64m。根据工艺流程的要求、投资、用地的条件等各 种因素，进行综合的比较，对硫酸铝生产的厂房进行了布置。原料成本费为
2216.2815 万元/年，用电消耗 470 万元/年，燃料动力费为 628.4071 万元/年，固 定资产的折旧费 71 万元/年，维修费 35.5 万元/年，人工费 28.8 万元/年，化验分 析费 2.88 万元/年，三废治理费 3.2 万元/年，硫酸铝市场价格 1000 元/吨，国家 税收 33%，核算出应纳税所得额：10000-4221.9978=5778.0022 万元，应纳所得 税额：5778.0022×33%＝1906.7407 万元
关键词： 关键词：硫酸铝；现状；生产工艺；高岭土
Abstract：
The plants having 10,000 tons of annual output of aluminum sulfate in China hav being upto 29, and the plants having 3000 t to 10000 t, being upto 85. The aluminum sulfate production capacity has reached 1.15 million t, yield breakthroughs 950,000 t, after the United States and Japan, the third in the world live;Aluminum sulfate production in the problem is that the unreasonable design, equipment is not supporting, yield and quality are unable to meet its mind and requested some smaller manufacturers, leading to poor economic returns serious backlog of products, investment is not possible, so that some enterprises back heavy The economic burden of production of a major Al Grey, Al Jardine, of aluminum hydroxide, bauxite atmospheric pressure, such as coal gangue compression method, all of the advantages and disadvantages compared to that of raw materials for the production of kaoli

n Aluminum sulfate, a low-cost raw materials, high yield, good quality products, process-control advantages, in the course of preparation of the high-activity waste residue can be used as the high-silicon material, but also as a fine of paint and sheet metal products fill, so as to achieve a comprehensive Use and no waste residue emissions, have a positive environmental significance of raw materials used for the production of kaolin aluminum sulfate, with the design of purpose and guiding ideology. Kaolin production of aluminum sulfate, kaolin After pretreatment process, rule out the possibility of kaolin in the rough quartz sand, impurities, the glass used in the production of cement, by Kaolin concentrate, after calcination activated, crushing, screening sent to the production workshop, with 55 percent of the sulfuric acid Mixed easily sent to the reactor, the reaction of acid leaching, settlement, and in the separation and processing of aluminum sulfate be qualified easily, and sent to concentration crystallization tank, concentrated fruit and refined through the grinder will crush aluminum sulfate crystals, Packaging. The aluminum sulfate, for the production of 333.33 tons, a 3 classes batch production for aluminum sulfate in the
product content is about 54.31 percent. Request input per hour for 19.1 tons of kaolin, the amount of sulfuric acid into 19.9 tons, Al2O3dissolution rate of 89.4 percent to 19.9 tons, 98% diluted sulfuric acid into 55 percent of water consumption 15 tons of sulphuric acid. Join 110.5 tons of water, aluminum sulfate and water requirements by adding aluminum sulfate concentration ratio reached 54.31 percent, the evaporation need to seek out 91.464 tons of water. Through the data for that 115 ℃ steam in the enthalpy H = 2702.5kJ/kg, obtained from the evaporation of water evaporation of water to absorb heat 247181.46 × 103kJ, aluminum sulfate solution for the absorption of 4425.5 × 103kJ. Set heat loss for the heat 3 percent of the total, calculated heat loss to 7548.2 × 103kJ. At 25 ℃, feed into the heat Rectifiable be regarded 12909.9 × 103kJ, heating steam for the release of heat 84524.87 × 103kJ. Operation of equipment selected as the jaw crusher, Raymond Mill, the reactor, the settlement trough, and in the slot, concentrated crystallization of the pot, finished grinder. The reactor of the volume of 22 m3, for the high-3.64 m. According to process the request, investment, land conditions, and other factors, a comprehensive comparison of the aluminum sulfate production plant for the layout. Costs of raw materials for 2.2162815 million / year, electricity consumption of 4.7 million yuan / year, fuel costs for power 0.6284071 million / year, fixed-asset depreciation costs 710,000 yuan / year, maintenance costs 355,000 yuan / year, Labor costs 288,000 yuan / year, the laboratory analysis of costs 28,800 yuan / year, waste management costs 32,000 yuan / year, the aluminum sulfate market price of 1,000 yuan /

ton, 33 percent of state tax revenue, accounting to taxable income :10000-4221.9978 = 5.7780022 million, the amount of income tax in redeeming: 5778.0022 × 33% = 1.9067407 million
Keywords：aluminum sulfate；the present situation；ProductionProcess；kaolin
前言
硫酸铝化学名（Aluminium sulfate）Al2(SO4)3，无色单斜结晶，在空气中长 期存放易吸潮结块。易溶于水，水溶液显酸性，难溶于醇，是无机盐基本品种之 一，应用十分广泛。加热至 770 度是开始分解为氧化铝、三氧化铝、二氧化铝、 二氧化硫和水蒸气。水解后生成氢氧化铝。工业品为白色或灰白色粉立状晶体。 主要用于净水与造纸[2]。在造纸工业中可作纸的填料和处理造纸工业废水。在净 水方面，作为城市用水和废水处理的絮凝剂，可以除去水中的磷酸盐、锌、铬等 杂质，以及除菌、控制水的颜色和气味。硫酸铝还可以用来生产其他铝盐、硫酸 铝衍生物，无机高分子絮凝剂及铵明矾、钾明矾等。 硫酸铝的第一大用途是在造纸中，大约占硫酸铝总产量的 50％。它在这里 有四种用途：即施胶、调 pH 值、澄清加工过程中用水及做媒染剂。由于硫酸铝 施胶为酸性施胶[3]，纸张长期贮存易变黄、变脆，故只能用于低档纸。目前国外 造纸技术由酸性施胶向中性施胶及碱性施胶转变，而不用或少用硫酸铝，中性及 碱性施胶剂已开始大量进入市场；国内已有少数城市能生产中性及碱性施胶剂。 因此，尽管国内造纸产量有待增加，但未来造纸用硫酸铝消耗量增加不会太大。 表 1 我国造纸施胶剂的生产经历的几个阶段 时间 1979 年之前 1975 年 1990 年 1992 年 1995 年 1997 年 浆内施胶剂的种类 松香皂化胶 强化桦香皂 阴离子乳液松香施胶剂 ADK 中性施胶剂 中性松香施胶剂 阳离子乳液松香施胶剂
硫酸铝的第二大用途是在饮用水、工业用水和工业废水处理中做絮凝剂，大 约占硫酸铝总产量 40％。当向这类水中加入硫酸铝后，可以生成胶状的、能吸 附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片，用在饮用水处理中可控制 水的颜色和味道。但近年来，随着聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合 硅酸硫酸铝、有机高分子絮凝剂等的不断出现，占领了净水剂不少市场。尤其是 近年来关于饮用水中存在铝离子会损害健康的观点流行， 如人为硫酸铝残留在水 中的高浓度残余可溶性铝是骨质疏松和早老性痴呆的诱发剂， 所以使其在饮用水 中用量受到了限制。 硫酸铝在工业和市政废水处理中被用混凝剂，将其加入到水中，反应生成三 水合氧化铝胶状沉淀，吸收沉降细菌、胶体以及其他悬浮物质。随着水排放指标 的日益提高， 硫酸铝在水

处理中的用量加大。 硫酸铝在饮用水中用来脱色、 去味。 在饮用水处理过程中。因为消毒副产品的增加，使得硫酸铝的加入量增大，导致 硫酸铝市场需求的上升。 硫酸铝的其他用途包括染色的媒染剂、净化脂肪和油类、药物化妆品、灭火 剂、鞣革以及生产各种复式铝盐。在美国硫酸铝在绝热材料、绝缘材料方面正得 到越来越广泛的应用。 本设计以高岭土为原料，拟设计一套年产 10 万吨硫酸铝的生产车间。
1. 总论
1.1 设计的目的和意义 通过具体的年产 10 万吨硫酸铝的车间工艺设计， 我们可以很大程 度上将在大学中所学的基础化学以及化工专业基础课程应用到实践 中。这样不仅对我们的理论知识是一次深化，更能陪样我们理论联系 实际, 将理论应用到实践中去的能力, 更重要的是可以通过此工艺的 设计对现有硫酸铝生产工艺进行全面深入的调查研究 ，对比不同工 艺，取各工艺技术之优点融合为一合理先进的工艺设计。通过此设计
的完成得到了如何在建设年产 10 万吨硫酸铝生产车间的原料， 设备， 厂房等各方面建设筹备参数。 此设计中也提出了自己的想法和新的工 艺，并做了论证。通过完成本设计，基本掌握过年产 10 万吨硫酸铝 车间的工艺流程设计、基本工艺计算、主要设备选型、工艺技术指标 确定等设计理论和设计技能； 对通用工程设计有一个系统的了解和整 体的把握，达到大学工科本科生应具备的专业设计能力。 1.2 设计依据
根据《年产 10 万吨硫酸铝工艺车间设计》任务书的要求，本设计将遵循以下要 求进行设计。 1.2.1 该项目建设地址位于某市西郊，占地约 50 亩以上，地段属南北向； 1.2.2 生产能力：年产 10 万吨硫酸铝 原 料：高岭土（含硫酸铝 39.50 %） 、98%硫酸
成品质量标准：GB2942-92 标准 年生产日：300 天（全天候） 日产硫酸铝 每小时生产 1.2.3 各物质的分子量 硫酸 水 98 18 102 342 100000/300=333.33 吨 333.33/8=41.666 吨/小时
三氧化二铝 硫酸铝 1.2.4 原料投入
高岭土 19.1 吨 硫酸 19.9 吨
1.3 设计指导思想
以设计任务书为基础， 适应我国硫酸铝生产工业发展的需要， 在硫酸铝工艺设计中巩固 和应用所学的基础理论和专业知识，通过收集资料加以整体设计。加强理论联系实际，扩大 知识面；培养独立思考、独立工作的能力。整个设计应贯彻节省基建投资，充分重视技术进 步，降低工程造价，节约能源和降低原料消耗等角度出发，同时积极治理三废和综合利用副 产物， 充分重视环保以利于生活， 生产和提高经济效益为原则进行设计， 尽量采用定型原料， 节约占地面积，生产高质量的

硫酸铝。
1.4 设计的主要内容
（1） 、硫酸铝生产工艺流程设计与论证 （2） 、工艺技术指标设计与论证 （3） 、物料衡算、热量衡算 （4） 、主要生产设备设计选型 （5） 、设计绘图 ①硫酸铝生产工艺流程图（简图） ； ②生产设备连接及控制系统图； ③主要设备结构图； ④硫酸铝车间平面布置图、立面布置图*； ⑤车间总平面布置图； （6） 经济效益指标分析 、
1.5 1.5 设计原则
根据原料的特性，参考工业生产中成功的经验和科研最新成果，对所收集的
文献、资料进行分析比较，设计适宜的工艺流程和操作条件，选择合适的生产设 备，并进行科学、合理的配置；设计适用的厂房结构，确保生产的正常进行；配 备必要的劳动定员，满足正常生产需要。应本着“工艺先进、技术可靠、系统科 学、经济合理、安全环保”的原则，取得良好的社会效益和经济效益。
1.6 1.6 设计重点
设计重点：年产 10 万吨硫酸铝车间生产工艺流程、主要生产设备设计和工 艺技术指标设计。
2.硫酸铝产业概论 硫酸铝产业概论 硫酸铝产业
表 2 工业硫酸铝分为固体和液体两类，其中固体有分为三种类型。 项 目 Ⅰ型固体 一等品 15.80 0.30 0.10 3.0 合格品 15.60 0.50 0.20 3.0 Ⅱ型固体 一等品 15.80 0.005 0.20 3.0 合格品 15.80 0.010 0.20 3.0 Ⅲ型 固体 液 体
（Al2O3）%≥ （Fe）%≤ 水不溶物含量%≤ Ph 值（1%水溶液）
17.00 0.010 0.10 3.0
6.0 0.20
3.0
2.1 我国硫酸铝的工业生产现状
世界上自美国 1884 年首先发明硫酸铝以来，至今已有一百多年的历史，在 我国 1949 年前东北辽宁省已有生产， 1957 年全国产量已达 1.7 万 t。 通过几十年 建设，特别是“七五”期间硫酸铝工业迅速发展，一方面是大型骨干企业通过技 改，生产水平及规模有了很大提高；另一方面是许多乡镇企业异军突起，上马迅 速，遍地开花。至“八五”末，全国硫酸铝生产厂家达 190 多家，从业人数达 5 000 多人。在生产规模上，年产量万吨以上的企业已达 29 个，3000t 至 10000t 的企业达 85 个。全国硫酸铝生产能力已达 115 万 t，产量突破 95 万 t，仅次于美
国和日本，而居世界第三位[4]。
2.2 发展前景[5]
目前硫酸铝产品的品种结构尚不能满足国内外市场的需求，特别是高氧化铝 产品和高效聚合产品。例如，硫酸铝已大于市场需求，而其他附加值较高、市场 增长较快的聚合硫酸铝、聚合硅酸硫酸铝、无铁硫酸铝等产品的产量还有待于提 ，其化学式 高，有些尚在实验阶段。尤其值得注意的是聚合硅酸硫酸铝（PASS） 为：AlA(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E,它是硫酸铝的更新换代产

品。在造纸工业中， 由于它酸性小，不腐蚀设备，即可以用于中性或碱性施胶，还可以增加阳离子淀 粉或碳酸钙的滞留能力，同时提供大量的填充形 Al2O3 和 SiO2，提高纸浆白度和 施胶度。在净水工业中，特别适合高浊水和低温，低浊水的处理和脱色，而且被 处理水中残留铝量低。此产品美、日在九十年代初开始大批量进入市场，我国 1994 年开始研制，拥有着广阔的发展前景[5]。此外，在硫酸铝的应用发面国外已 广泛将其应用于绝热材料及绝缘材料当中，国内尚需对其应用进行开发和研究。
2.3 存在问题[1] 存在问题
虽然我国硫酸铝工业已有很大发展， 但也存在许多问题。 目前产品供大于求， 市场状况不佳，效益下降，整个行业处于比较艰难的时期。无论是生产技术、装 备水平，还是生产规模、产品质量、品种及应用等方面，与国外先进的发达国家 相比，还有较大差距。当前对硫酸铝行业存在的问题进行认真探索，取得全行业 共识，采取相应对策，保证我国硫酸铝工业持续、快速、健康的发展很有意义。 我们认为，目前行业主要存在以下几个问题。 2.3.1 一些企业盲目上马，低水平发展现象严重 一些企业盲目上马， 硫酸铝是一个资源性能耗高的产品， 就其生产工艺而言， 生产水平比较简单， 如有资源较易投产。但由于设备腐蚀严重，浓缩设备尚需铜、钛、铅等较昂贵的 有色金属，上马一次性投入较大。有些企业因仓促上马，规划欠周到，设计不合 理，设备不配套，产量、质量都无法达到初衷要求。某些老企业，设备早已陈旧， 但由于缺乏资金，无力改造，单耗上升，成本提高。这些年来，生产的发展主要 不是依靠技术进步，而是依靠于老工艺老设备的简单重复，照抄照搬，不时还打
折扣。这种低水平发展不仅造成了大量资源、人力、物力及财力的浪费 ,而且使 企业及行业处于低水平、低效益状态下运行，缺乏竞争力，缺乏发展后劲。 2.3.2 产品单一，质量不高，新产品开发能力弱，品种结构不合理 产品单一，质量不高，新产品开发能力弱，品种结构不合理 硫酸铝行业，只有少数企业能生产一部分系列产品及专用产品，大多数企业 都生产单一产品硫酸铝，而且国内大部分产品有效成分氧化铝含量偏低，能生产 出优等品的厂家很少，且受资源影响 ,产品有害杂质、铁含量偏高 ,有的企业受 产品结晶设备的影响，破碎后产品粒度不均匀，细粉较多，贮存中易吸潮结块。 再说产品品种结构仍不能满足国内外市场的需求， 特别是高氧化铝产品和高效聚 合产品。 2.3.3 生产规模小，经济效益差 生产规模小， 在我国 190

多家硫酸铝生产企业中，我们一方面应该看到许多厂家生产原料 自给能力强，管理经验较丰富，多年经营，市场情况稳定，经济效益较好。但也 有些厂家，由于前段市场情况不好，又盲目生产、销售，造成很多三角债，有的 厂由于决策失误，盲目兼并、投产、上项目，资金投入较大，未能达到预期目标， 投资不能收回，背上沉重经济包袱。尤其是生产规模小的企业，生产水平低，土 法上马，设备简陋，操作环境恶劣，产品成本高，管理经验差，市场占有面窄， 质量差，其市场竞争力相当脆弱。近一、二年硫酸铝价格回落，产品积压严重 , 规模大的企业尚能支撑， 小企业也就岌岌可危。 现年产 3000t 的厂基本处于淘汰， 年产 5000 t 的厂也接近淘汰边缘。 2.3.4 产量快速增长，应用开发滞后，竞相压价，损害企业及行业利益 产量快速增长，应用开发滞后，竞相压价， 近年来，硫酸铝市场疲软，其中一个重要原因是产量增速过快，应用开发滞 后， 许多企业在长期计划经济体制下形成的重生产轻应用的旧观念并不因体制的 转变而及时得到更新，它们既不去了解市场而盲目建厂投产，又不主动开发新用 途去拓展市场，势必造成产品供大于求的局面。针对这种情况，有些企业采取消 极的态度，推销产品。更有甚者，为了争夺市场，不惜亏本经营，造成企业严重 亏损。 竞相压价的结果并没有使企业摆脱困境， 反而陷入更深的泥淖而不能自拔 , 同时又殃及其它企业，最终危及行业发展。
2.4 发展建议
我国不仅拥有丰富的高岭土资源 ,又拥有广阔的国内外市场 ,这为我国硫酸 铝工业的发展创造了极其有利的条件 ,但对今后硫酸铝工业的发展应注意以下 几个问题： （1） 、硫酸铝是一个资源性能耗高、低附加值的产品 ,小厂不宜再盲目上马; 现有企业的发展应着重于在革新、挖潜上做文章 ,不能盲目扩产。 （2） 为节省能源 ,如果产品用户离生产厂较近 ,建议多出液体产品 ,以降低 、 成本和方便用户。初步估算 ,生产液铝比固铝成本至少降低 20 %。 （3） 、加快企业改造 ,实行国内开发和引进国外先进技术相结合的政策 ,创 造条件尽快用新技术、新工艺、新设备、新材料 ,提高行业机械化、自动化、现 代化的水平。 （4） 要开展对新用途的研究 ,扩大其应用范围;开发新品种 ,满足社会需要 , 、 增加产品附加值及市场竞争能力。 （5） 、接受国内“VC”大战的教训 ,不能盲目降价 , 努力保护行业利益。
3.生产工艺调查与拟设计工艺的选择 生产工艺调查与拟设计工艺的 生产
3.1 原料
生产硫酸铝的含铝原料种类繁多，大概有如下几种：

铝矾土、明矾石、氢氧 化铝、铝灰、煤矸石等[6]。我国主要是采用铝矾土为含铝原料，有部分厂家采用 煤矸石和铝灰为原料。氢氧化铝是最理想的用于生产硫酸铝的含铝原料。但只有 生产特种硫酸铝才会利用它。 在我国 1949 年前辽宁省已有生产，在国外早在 19 世纪就已经出现了生产硫 酸铝的工厂。近年来，随着改革开放的深入发展和市场竞争的优胜劣汰，全国硫 酸铝产业出现了发展迅速、生产力水平提高、技改成果显著等可喜局面，但同时 在生产和技术上也存在这许多问题， 国外的硫酸铝工业经过一百多年的锤炼已经 具备了一整套成熟的技术和生产工艺。
3.2 生产工艺 3.2.1 铝矾土硫酸
3.2.1.1 常压反应法 此法是我国硫酸铝生产最早的方法。整个工艺过程分为七个工序：即铝矾土 粉碎、焙烧、常压反应、沉淀、蒸发、冷却结晶、成品粉碎、包装。 常压反应在钢板制内搪铅（或衬瓷板）的敞口反应锅中进行。主要控制技术 指标有：硫酸浓度 55—60%，每锅次反应时间 6—8 小时，反应锅夹层保温蒸汽 压 2—3kg/cm2（表压） ，反应完成液盐基度 6—8 克/立升。 3.2.1.2 加压反应法[7] 七十年代初，山东淄博制酸厂首次将此法应用于生产，目前，我国绝大多数 硫酸铝生产厂都相继采用此法。此法的特点是：砍掉了焙烧工序，由“生粉加压 反应”取代了原“煅粉常压反应” 。简化了反应操作，改善了操作环境。 生粉加压反应操作如下：先在反应锅中加入配酸用的二遍洗液（或清水） ， 开动浆式搅拌器，加入计量好的生粉，然后加入浓硫酸，在常压下反应由缓慢趋 向激烈，待锅内温度回落 2—3℃时，密闭反应锅（俗称封压） ，使反应在逐步加 压下进行，反应 5 小时左右，排除锅内压力，用二遍洗液（或清水）冲稀锅内反 应物，然后将其放入沉淀槽。 加压反应主要控制技术指标有：浓硫酸度 55—60%，总反应时间 5—6 小时 ，反应锅内最大压力不大于 3.2kg/ cm2，反应完成液盐基度 2—3 克/立升。 流程如下图：
由于我国大部分企业生产硫酸铝都采用铝矾土，导致我国目前铝矾土原料减 少，原料质量普遍下降。硫酸铝的消耗定额也受到一定影响。 3.2.2 氢氧化铝硫酸常压反应法生产硫酸铝[8] 该法生产全过程分常压反应、冷却结晶、粉碎包装三个工序。主要控制技术 指标： 配酸浓度 56%左右， 反应时间 3.5—4 小时， 反应器保温蒸汽压 2.5—3kg/cm2 （表压） ，用氢氧化铝为原料生产的产品含铁量（以 Fe2O3 计）小于 0.02%，外 观色泽较好。 流程如下图：
由于该法生产工艺简单， 操作工艺指标无法严格规定， 所以产品质量不稳定。 另外

，所用原料氢氧化铝价格较高，仅氢氧化铝一项就占总成本的 37%，而用铝 矾土为原料仅占成本的 10%左右。虽然工艺中省掉沉降分离、蒸发二个程序（其 费用占总成本的 15%左右） ，但总成本仍然偏高。 目前，我国氢氧化铝供应紧张的情况下，与生产铝氧、金属氧争原料来生产 一、二级品硫酸铝不合理。因此仅少数厂家采用此法。
3.2.3 铝灰硫酸生产低铁硫酸铝[9]
在过去，冶炼厂所产生数千吨的铝灰，皆是白白扔掉，这既浪费了资源，又 污染了环境。为了使铝灰得到充分利用，从而制定了以铝灰为含铝原料生产硫酸 铝工艺路线，给铝灰找到了出路，同时，也使硫酸铝的生产成本大大降低，提高 了经济效益和社会效益。
流程如下图：
虽然铝灰可以大量生产硫酸铝，但是在工业应用上却没有丝毫可观的利用价 值。 3.2.4 混合固结法生产粗制硫酸铝 此法工艺过程较简单， 产品中含有不高于 24%的二氧化硅等不溶物及部分游 离酸，故名为粗制硫酸铝。粗制硫酸铝可直接用作净水的凝聚剂，成本较廉。 该法生产环境比较恶劣， 且产品使用有局限性， 所以， 在国内已基本被淘汰。 3.2.5 以新疆哈密地区的毛矾石矿为原料生产硫酸铝[10] 矿石中的有效成分是可溶性天然硫酸铝。 其工艺流程为原矿经破碎筛分至 0.5mm，加水搅拌浸取(固液比 1∶2)30min 后， 沉淀澄清， 矿渣排放， 上清液加入还原剂除铜。 除铜后清液升温至 80～100℃ 加入沉降剂进行除铁反应，加絮凝剂保温沉降。底部沉淀剂返回浸取 ,上清液蒸 发至 115～117℃后出料，放入结晶槽中冷却结晶，然后破碎、包装。 流程如下图：
毛矾石矿是国内少见的含天然硫酸铝的矿石，生产过程可直接用水浸出，而 不需加酸、加压和加热，从而使生产过程简化，成本降低。但是，原矿含铁量高， 为取得合格的产品，必须除铁。加大了生产压力，不适合使用。 3.2.6 高岭土常压反应法 我国非煤建造型高岭土，资源储量居世界第五位。截至 2003 年底，对我国 21 个省市 232 处产地统计，基础储量为 5．46 亿 t。而我国含煤沉积型高岭土资 源储量占世界首位，探明远景储量及推算储量 108．5 亿 t，主要分布在东北、西 北和石炭二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独形成矿层独立存在，其中 以内蒙古准格尔煤田的资源最为丰富，达 8．1 亿 t。利用高岭土生产硫酸铝，不 仅可以产生很好的社会效益和环境效益，而且也有很好的经济效益[11]。 高岭土中含有丰富的氧化铝，通过酸浸反应提取氧化铝是利用高岭土生产铝 盐产品及其深加工产品的基础反应，反应过程较为复杂。目前开发利

用高岭土的 首要任务是揭示反应过程的动力学规律，从而选择适宜的操作条件，提高氧化铝 的浸出率，同时为设计计算酸浸反应器提供动力学方程。研究高岭土酸浸反应动 力学，对于高岭土的开发利用具有重要理论意义[3]。 其工艺过程分为高岭土粉碎、焙烧、制浆、配料（一级反应） 、调整溶出（二 级反应） 、过滤、调沉、蒸发、冷却结晶、粉碎包装十个工序。 流程如下图：
用高岭土制取硫酸铝成本低廉但生产方法相对较复杂，这是由于矿物中的铝 一般不能被酸直接溶出，必须经一系列加工处理之后，才能使铝溶出。制备过程 中会产生大量的酸浸废渣，若加以利用，可作为高活性的高硅材料，也可作为优 良的涂料及板材制品填料。若进一步用偶联剂处理以提高其吸油值，还可以作为
塑料和橡胶的填料，从而实现了综合利用和无废渣排放。因此，高岭土是一种廉 价且附加值较高的硫酸铝的原料。 综合以上对各种生产工艺优缺点的分析以及我国目前资源紧张的现状， 以高 综合以上对各种生产工艺优缺点的分析以及我国目前资源紧张的现状， 岭土为原料生产硫酸铝是一种较适合我国国情的生产方法。 岭土为原料生产硫酸铝是一种较适合我国国情的生产方法。 高岭土在 510—800℃发生分解，其反应方程式为： A l2O3·2SiO2·nH2O→A l2O3+2SiO2+nH2O↑
Al2O3 转化率%
30
20
10
温度℃
400
500
600
700
800
900
1000
图 1 Al2O3 转化率与温度的关系
上述温度中煅烧后的高岭土为无定形的 A l2O3 和 SiO2，此时无定形 A l2O3 容易被分解。如果温度大于 800℃时，高岭土生成新的不溶化合物硅线石 A l2O3· 2 和富铝红柱石。 SiO 因此， 制取硫酸铝， 煅烧高岭土温度不宜超过 800℃。
[12]
铝的溶出率是其反应是否完全的主要标志，也是提高产品质量、降低生产成 本的关键工序。影响铝的溶出率的主要因素有酸浓度、固液比、反应温度和反应
时间。[13] 然后对产品进行多次过滤，使液态低浓度的硫酸铝与固体杂质分离。过滤得 到的液态硫酸铝经过浓缩，烘干，从而得到相应结晶水的硫酸铝最终产品。 由于工业的需求不同，硫酸铝也分为两类，即精致硫酸铝和粗制硫酸铝。精 致硫酸铝下图所示：
3.3 工艺确定
通过各种原料的优缺点对比， （1） 、由于我国大部分企业生产硫酸铝都采用 铝矾土，长年生产，导致我国目前铝矾土原料减少，原料质量普遍下降。生产得 的到的硫酸铝也不的质量也受到了相当影响，能量的消耗也受到较大的影响。因 、由于用氢氧化钠该法生产工艺简单， 此采取其方

面生产硫酸铝逐渐减少； （2） 操作工艺指标无法严格规定，所以产品质量不稳定。另外，所用原料氢氧化铝价 格较高，因此仅少数厂家采用此法； （3） 、铝灰可以大量生产硫酸铝，但在工业 应用上却没有丝毫可观的利用价值； （4） 、混合固结法生产粗制硫酸铝在国内已 基本被淘汰； （5） 、毛矾石矿含铁量高。 所以，在本设计中才用高岭土为原料来生产硫酸铝。
4 工艺计算
4.1 生产流程
生产工艺过程主要分 4 个工段： （1）高岭土煅烧 高岭土煅烧过程的反应方程式： A l2O3·2SiO2·2H2O→A l2O3+2SiO2+2H2O↑ 煅烧过程的目的是为了活化，通过煅烧使高岭土的氧铝八面体中的 OH 脱去， 使铝的配位数由 6 变成 5 或者 4，同时使得原有有序结构的高岭土变成无序结构 的高岭土， 获得活性。 从热力学角度来说， 温度是决定反应能否进行的关键因数， 所以活化的关键是控制煅烧温度，温度过高会使高岭土石化，使其活性大大降低 甚至消失； 温度过低， 不能脱水或脱水太少， 从而高岭土没有活性或者活性太低， 达不到目的。 （2）加酸分解 高岭土加酸分解过程的反应方程式：
A l2O3·2SiO2·2H2O+3H2SO4+13H2O→Al2(SO4)3·18H2O+2SiO2 分解反应是关键点， 为使反应加快， 分解彻底， 必须加入过量的硫酸来反应， 铝的溶出率是其反应是否完全的主要标志，也是提高产品质量、降低生产成本的 关键。 （3）过滤 采用板式过滤机，将硫酸铝溶液于其他固体杂质分离。 （4）浓缩结晶 硫酸铝经过浓缩蒸发掉多余水分，从而结晶得到相应的结晶水硫酸铝最终产 品。 4.1.1 工艺流程方块图 高领土先经过破碎，研磨，过筛等一系列预处理过程，然后通过煅烧，酸容， 过滤的过程，除去原料中的杂质，将得到的容易通过浓缩，结晶，破碎，得到硫 酸铝产品。
图 2 硫酸铝工艺流程方块图
预处理： 4.1.2 预处理： 粗高岭土矿先经过破碎，研磨，等一系列处理过程，使其变成颗粒粉末状，
方便反应，节约耗能，然后通过水洗筛分的过程，除去原料中的杂质，从而得到 高岭土精矿，高岭土精矿再经过焙烧活化的过程。使内部杂质再度去除，最后将 其粉碎，过筛送进生产车间。
图 3 硫酸铝粗高岭土矿预处理方块图
4.2 物料衡算
4.2.1 设计生产能力 年产硫酸铝 年生产日 100000 吨 300 天
日产硫酸铝
100000 ＝333.33吨 300
每小时生产
333.33 ＝41.666吨 8
产品质量：Al2(SO4)3 含量 54.31% 分子量：H2SO4 4.2.2 原料组成 表 3．原料组成表 成分 Al2O3 SiO2 CaO 含量(%) 39.50 43.02 0.24 成分 TiO2 Fe2O3 MgO 含量 1.60 0.90 0.35 成分 S C 焙烧损失 含量(%) 0.21 0.21 13.

97 98 H2O 18 Al2O3 102 Al2(SO4)3 342
浓缩后要求硫酸铝浓度达到 54.31% 每次生产硫酸铝中 Al2(SO4)3 的含量是：41.666×54.31%=22.63 吨。 Al2O3 溶出率 89.4% 根据反应式: Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O 每次投入的 Al2O3 的含量是：
22.63 × 102＝6.745吨 342
原高岭土投入量为：
6.745 ＝19.1吨 39.5% × 89.4%
硫酸的投入量为：
22.63 × 98 × 3＝19.5吨 342
98%的硫酸投入量为：
19.5 ＝19.9吨 98%
19.1 吨
以 1h 计，投入原料：高岭土
表 4．焙烧段物料衡算表 入料 Al2O3 SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO MgO S C 焙烧损失 合计 4.2.1 酸浸段： 酸浸段 Al2O3 溶出率 89.4%，则反应掉：7.5445×89.4%=6.745 吨 酸浸反应式：Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O Al2O3 —— 3H2SO4 —— Al2(SO4)3 含量(%) 39.50 43.02 1.60 0.90 0.24 0.35 0.21 0.21 13.97 100 质量(吨) 7.5445 8.2168 0.3057 0.1719 0.0458 0.0668 0.0401 0.0401 2.6683 19.1 合计 100 16.4317 出料 Al2O3 SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO MgO S C 含量(%) 45.91 50.01 1.86 1.05 0.28 0.41 0.24 0.24 质量(吨) 7.5445 8.2168 0.3057 0.1719 0.0458 0.0668 0.0401 0.0401
6.745 102
＝
x 3 × 98
＝
y 342
解得：Al2(SO4)3
22.63 吨
H2SO4
19.44 吨
使 51.9 吨的 98%硫酸稀释成 55%硫酸的用水量 15 吨。 表 5 酸解段物料衡算表 入料 浓硫酸 高岭土 水 合计 组成(%) 98 39.50 100 质量(吨) 19.9 19.1 15 54 出料 硫酸铝 水 杂质 合计 含量(%) 100 100 100 质量(吨) 22.63 18.38 12.99 54
表 6 不同百分比浓度硫酸铝溶液在 25℃下密度[15] 密度(×103kg/m3) 1.1062 1.1529 1.2017 1.2534 1.3079 4.2.3 加热浓缩段： 热浓缩段： (1) 进料量 硫酸铝：22.63 吨 百分比浓度(%) 10 14 18 22 26 密度(×103kg/m3) 1.1293 1.1770 1.2272 1.2803 1.3204 百分比浓度(%) 12 16 20 24 28
水：110.5 吨 (2) 出料量 浓缩后要求硫酸铝浓度达到 54.31%，浓缩前料液浓度为：
22.63 × 100%＝17% 22.63 + 110.5
可求得浓缩过程需蒸发掉的水量为: W=F(1－X0/X1) W 水蒸发量, 吨 F 料液加入量, 吨 X0 料液初始浓度 X1 完成液浓度 得 W=91.464 吨 表 7 浓缩段物料衡算表 入料 硫酸铝 水 合计 组成(%) 100 100 质量(吨) 22.63 110.5 133.13 出料 含量(%) 质量(吨) 41.666 91.464 133.13
硫酸铝 （成品） >54.31% 水（蒸发） 合计 100
4.3 能量衡算[16]
本生产工艺每 1 小时为一个间歇，所以以下计算以 1 小时记 4.3.1 吸热 吸热:
蒸发水吸收热量： 查得 115℃蒸汽的焓 H=2702.5kJ/kg，水蒸发量为 91.464 吨 Q=91.464×103×2702.5 =247181.46×103kJ 求得在浓缩过程中。蒸发水吸收的热量为 247181.46×103kJ。 Al2(SO4)3 溶液吸收得热量： Al2(SO4)3 溶液的热容按硫酸铝与水的质量百分比计算，得： C=C 硫酸铝×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 溶液温度为 115℃，质量为 41.666 吨。由公式 h = Ct 得： Q=MCt =41.666×103×0.9236×115 =4425.5×103kJ 求得 Al2(SO4)3 溶液的吸热量为 4425.5×103kJ。 设在蒸发过程中，热量损失为总热量的 3%，得： Q 损=(Q 水+Q 完成液)×3% =(247181.46×103+4425.5×103)×3% =7548.2×103kJ 在反应釜中。蒸发水吸热 247181.46×103kJ，Al2(SO4)3 溶液吸热量 4425.5×103kJ，
热量损失 7548.2×103kJ。 4.3.2 放热 放热: 料液带入的热量： 料液的热容以水与硫酸铝的质量百分比计算 由公式 h0= C0t0 得： C0=C 水×83%+C 硫酸铝×17% =75.295×83%+259.14×17% =106.5J/mol =1457.31J/kg =1.45731kJ/kg 由于料液温度为 25℃ Q= MC0t =354.35×103×25×1.45731 =12909.9×103kJ 加热蒸汽释放的热量: 采用 4.0Kgf/cm2 蒸汽加热， 由公式：D（Hs－ hs）+ Fh0= Lh + WH + Q D 加热蒸汽消耗量， ㎏/h Hs 加热蒸汽的焓, kJ/㎏ F 料液的进料量, ㎏/h h0 料液的焓， kJ/㎏
L 完成液流量， ㎏/h
h
完成液的焓， kJ/㎏
W 水分蒸发量， ㎏/h H 二次蒸汽（温度为 t 的过热蒸汽）的焓， kJ/㎏ hs 加热器中冷凝水的焓， kJ/㎏ Q 热损失， kJ/h 求得：汽化热即 Hs－ hs 为 734.5kJ/Kg 39.53×103×734.5=84524.87×103kJ 将以上计算结果汇总在表 8 中。 表 8 热量衡算表 入料 蒸发水 Al2(SO4)3 溶液 损失 合计 吸热(×103kJ) 247181.46 4425.5 7548.2 259155.16 合计 259155.16 出料 加热蒸汽 料液 放热(×103kJ) 246245.26 12909.9
5.设备技术参数计算与选型 设备技术参数计算与选型 设备技术参数计算与
5.1 反应釜
反应设备在化工、医药、食品、染料、生化等工业生产中被广泛应用。尤其 是化工工艺过程的各种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提，对于加 热、冷却、和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程均需要采用搅拌才能得到好 的效果，并可为客户设计，加工外盘管反应锅。 对反应釜来说,基本物料为液相,加入物料为固相,要保证固液物料充分均匀混
合,搅拌形式必须满足传质要求,搅拌器要具有合适的剪切、循环比。因搅拌器的 混合性能与桨叶的排出性能、剪切性能有关,排出性能高可以造成液体的快速循 环流动,而剪切性能高又能造成液体强烈的湍流扩散,这些都是混合过程所需要 的。搅拌器反应罐就具有合适的剪切、循环比特性好,能满足过程搅拌的需要。 搅拌式反应釜： 硫酸浸取高岭土中氧化铝的反应可表示为： Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O 为方便起见，以下用 A 表示 H2SO4，用 B 表示 Al2O3。酸浸连续搅拌反应釜， 如上图所示。硫酸浸取高岭土中氧化铝的反应是典型的液固反应，物料在反应过 程中的体积基本不变。由于搅拌速度较大，反应物料在反应器内的流动状况可视 为呈全混流，在定态时

，在等温等容条件下对整个反应器作 A 的物料衡算： VR =
Q0 C AO X Af rAf =
(1)
t=
VR Q0
C AO X Af rAf
(2)
VR，反应器容积，L； Q0，物料体积流量，L/s； CA0，A 的初始浓度，mol/L； XAf，A 的最终反应率； rAf，按 A 出口浓度计算的反应速率，mol/(L/s)； t，物料在反应器内的平均反应时间，s 硫酸浸取高岭土中氧化铝的反应速率为： rA=kCA0.5=k(CA0－CA0XAf)0.5 即 rA=k[CA0(1－XAf)]0.5 (3)
rA，反应速率，mol/(L·s)； k，反应速率常数，(mol/L)0.5/s； CA，A 的浓度，mol/L。 将式(3)代入式(2)得： t=CA00.5XAf／[k(1-XAf)0.5] 反应速率常数和温度的关系为： k=k0exp(-EA/RgT) =2.03×109exp(-61450/RgT) =2.03×109exp(-7394.7/T) (5) k0，频率因子，(mol/L)0.5/s； EA，反应活化能，J/mol； Rg，气体常数，8.31〔J/mol·K〕 ； T，反应温度，K。 将式(5)代入式(4)得： CA00.5XAf/(1-XAf)0.5=2.03×109exp(-7394.7/T)·t (6) (4)
当 A 和 B 按化学计量关系配料时，氧化铝浸出率 XB 和 XAf 相等，将 XB 代入式 (6)得： CA00.5XB/(1-XB)0.5=2.03×109exp(-7394.7/T)·t (7)
式(7)是反应器容积计算的基础公式，其中有 CA0、XB、T 和 t，4 个操作参 数，其大小决定反应器的容积。一般说来，在满足工艺要求的 CA0 和 XB 时，通 过式(7)计算平均反应时间和反应温度的关系，然后综合考虑设备投资和操作费 用，选择适宜的反应温度和平均反应时间，再计算反应器容积。 反应器容积按下式计算：
VR =
Q0 t
(8)
Q0=QA+QB
(9)
式中：QA 和 QB，分别为硫酸和高岭土的体积流量。 QA=6WαXB/(MBCA0) (10)
式中：W，单位时间处理的高岭土质量；α，高岭土内氧化铝的质量分数；MB， 氧化铝分子量。 QB=W/ρ (11)
式中ρ：高岭土密度。 每 8h 处理高岭土 51 吨，高岭土中 Al2O3 占 39.50%，培烧后为 45.91%。反应温 度 115℃，溶出率 89.1%。 由(9)、(10)、(11)得： Q0=QA+QB 6 × 51 × 10 3 × 45.91% × 89.1% 51 × 10 3 + 102 × 12.89 1.5 × 10 3
=
=129.2m3
VR =
Q0 t
=
129.2 8
=16.15m3
设装填系数为 75%，则反应器计算体积为：
V=VR/0.75=21.533m3≈22m3
由计算得反应器体积为 22m3，反应器 H/Di=1.3，平均搅拌功率取
1.32Hp/m3=735.499W[13] 反应釜的高度与底面直径关系： H=1.3Di 底面直径：
Di = 3
4V 4 × 22 =3 = 2.8m 1.3π 1.3 × 3.14
反应釜高： H=1.3Di=2.8×1.3=3.64m 设计温度：115℃+20℃＝135℃ 设计压力： 反应釜内溶液最高为反应釜高的 75%，Al2O3 密度 1.20g/cm3， 则工作压力：
PT = ρgh + P θ = 1.2 × 10 3 × 10 × 273 + 0.1 × 10 6 = 4.28 × 10 6 Pa = 4.28MPa
设计压力为工作压力的 110%，则设计压力为： Pc=1.1PT=1.1×4.28MPa=4.71MPa 设备选材：16MnR 低碳钢 厚度计算： Pc=4.71MPa，

T=135℃，Di=2800mm，[δt]=157MPa，φ=1.0(双面焊对接， 100%探伤)，腐蚀裕量 C2=2mm
S= = Pc Di 2[σ t ]Φ ? Pc
4.71MPa × 2800mm 2 × 157 MPa × 1.0 ? 4.71MPa = 42.64mm
S d = S + C2 = 42.64mm + 2mm = 44.64mm
Sd=44.64，则负偏差 C1=1.2mm Sd+C1=45.84mm 圆整后取 46mm
水压校验： 根据 σ T =
1.25 PC ( Di + Se) ≤ 0.9Φσ s 有： 2 Se
0.9Φσ s = 0.9 × 1.0 × 305MPa = 274.5MPa
σT =
1.25 PC ( Di + Se) 2 Se 1.25 × 4.71MPa × (2800mm + 46mm ? 2mm) = 2 × (46mm ? 2mm) = 190.27 MPa
由此得： σ T ≤ 0.9Φσ S ，其强度满足要求。
图 4 反应釜基本构造 表 9 反应釜的主要技术特性 序号 名称 指标
1 2 3 4 5 6
工作压力 MPa 工作温度℃ 物料名称 全容积 M3 搅拌速度 r/min 平均搅拌功率 W
4.71 115 稀硫酸，高岭土 22 62.5 735.499
由于釜内介质的强腐蚀性, 要求对釜体及釜盖内表面进行搪铅处理(铅层厚 6 —8 )并衬耐酸瓷板二层。考虑到搪铅工艺的实施和搪铅时的铅中毒， 釜体和釜 盖须采用法兰连接。此外 ，还考虑到釜内介质的反应速度难以控制以及介质的 强腐蚀性。 设备不宜采用安全阀作超压泄放装置， 故设置了一泄放口径为 200mm 的爆破片 （厚 3mm 的铅制平板型爆破片内衬厚 2mm 的耐酸橡胶板） 作为设备的超压泄放装置。
5.2 颚式破碎机 颚式破碎机
5.2.1 简摆颚式破碎机工作原理： 动颚悬挂在心轴上，可作左右摆动，偏心轴旋转时，连杆做上下往复运动。 带动两块推力板也做往复运动， 从而推动动颚做左右往复运动， 实现破碎和卸料。 此种破碎机采用曲柄双连杆机构，虽然动颚上受有很大的破碎反力，而其偏心轴 和连杆却受力不大，所以工业上多制成大型机和中型机，用来破碎坚硬的物料。 此外，这种破碎机工作时，动颚上每点的运动轨迹都是以心轴为中心的圆弧，圆 弧半径等于该点至轴心的距离，上端圆弧小，下端圆弧大，破碎效率较低，其破 碎比 i 一般为 3-6.由于运动轨迹简单，故称简单摆动颚式破碎机。 简摆颚式破碎机结构紧凑简单，偏心轴等传动件受力较小；由于动颚垂直位 移较小，加工时物料较少有过度破碎的现象，动颚颚板的磨损较小。
5.2.2 工作特点： 颚式破碎机在矿山，建材和基建部门主要用作粗碎机和中碎机。按照给料口 宽度大小，分为大，中，小型三种，给料口宽度大于 600MM 的为大型机，给料 口宽度在 300-600MM 的为中型机，给料口宽度小于 300MM 的为小型机。 颚式破碎机的工作部分是两块颚板，一是固定颚板（定颚） ，垂直（或上端 略外倾）固定在机体前壁上，另一是活动颚板（动颚） ，位置倾斜，与固定颚板 形成上大下小的破碎腔(工作腔)。活

动颚板对着固定颚板做周期性的往复运动， 时而分开，时而靠近。分开时，物料进入破碎腔，成品从下部卸出；靠近时，使 装在两块颚板之间的物料受到挤压，弯折和劈裂作用而破碎。
图 5 颚式破碎机外烧窑炉的基本构形 5.3 雷蒙磨
5.3.1 工作原理： 雷蒙磨将大块状原材料破碎到所需的进料粒度后，由畚斗提升机将物料输送 到储料仓，然后由电磁振动给料机均匀地送到主机的磨腔内，进入到磨腔的物料 在磨辊与磨环之间研磨，粉磨后的粉子由风机气流带到分析机分级，达到细度要 求的细粉随气流经管道进入大旋风收集器内，进行分离收集，再经卸料器排出即 为成品。主机工作过程中，铲刀系统起到了非常重要的作用。其位于磨辊下端， 铲刀与磨辊同转过程中把物料铲起抛喂入磨辊辊环之间，形成垫料层，该料层受
磨辊旋转产生向外的挤压力将物料碾碎，由此达到制粉目的。 5.3.2 操作流程： 雷蒙磨开动前，应检查所有检修门关闭是否严密，检查破碎机的腭板间隙是 否符合进料粒度尺寸，调整分析机转速应达近似成品粒度要求。最后按以顺序开 机 。1、开动畚斗提升机；2、开动鄂式破碎机；3、待料仓存有物料后，启动分 析机；4、启动鼓风机（空负荷启动，待正常运行后再加载） ；5、启动雷蒙磨主 机，在启动主机瞬间随即启动电磁振动给料机。此时雷蒙磨粉磨工作即为开始。 雷蒙磨操作顺序简易如下： 启动：提升机→破碎机→分析机→风机→主机→给料机。 雷蒙磨停机时应按下列顺序关闭各机： （1） 、先关闭给料机停止给料； （2） 、约一分钟后停止主机； （3） 、吹净残留的粉子后停止鼓风机； （4） 、最后关闭分析机。 雷蒙磨停机顺序是：给料机→主机→鼓风机→分析机。 注：提升机输运物料至料仓一定量后，先停止破碎机而后再停止提升，此项 应由储料量现时变动。 （5） 、雷蒙磨在正常工作时不准随意加油，要确保生产安全，磨粉机在任何 部分发生不正常噪音，或负荷突然增大应立即停机检查，排除故障，以免发生重 大事故。 再继续开机时必须将磨机内余料取出， 否则开机时电流过大， 影响启动。
图 6 雷蒙磨结构示意图
5.4 板式过滤机
过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒， 而实现固、液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、 选矿、煤炭和水处理等部门。 过滤机应根据悬浮液的浓度、 固体粒度、 液体粘度和对过滤质量的要求选用。 先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过 滤速度

、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步 选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。 正在发展的新型过滤设备有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的 动态过滤机；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。 在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设 备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过滤机理，以及过滤介质的研究，都 是重要的课题。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。
图 7 板式过滤机基本构造 表 10．卧式密闭自动过滤机主要规格和技术参数 筒体直径 (mm) 工作压力 (MPa) 工作温度 (℃) 处理能力 (T/h·m2)
面积(m2)
5-20 20-50
800 1200
额定压力 0.1-0.4 最高压力 ≤150 0.6
50-80
1500
0.5
5.5 浓缩结晶锅
主要用途： 主要适用于制药、食品、化工等工业部门对液料的浓缩。并且亦能回收酒精 和简单的回流提取。 结构： 本设备主要包括浓缩罐、第一冷凝器、汽液分离器、第二冷凝器、冷却器、 受液桶六个部件组成， 全部有不锈钢制造。 浓缩罐为夹套结构， 冷凝器为列管式， 冷却器为蛇管式。
图 8 浓缩结晶锅基本构造 1、浓缩罐 2、第一冷凝器 3、汽液分离器 4、第二冷凝器 5、冷却器 6、受液槽 表 11 浓缩结晶锅主要技术参数 设备参数 加热面积 M2 冷凝面积 M2 冷却面积 M2 受热槽容积 L 设备净重 kg 外形尺寸长×宽×高 mm 1.45 3.2 0.7 100 800 2100×1200×3400
5.6 主要设备汇总 主要设备汇总 将以上计算和选择的生产设备汇总在表 12 中。
表 12 一些主要设备表
序号 名称 数量 主要参数 功率ＫＷ 总价 万元 供货单位
1
颚式破碎机
2台
破碎抗压强度不超过 320 兆帕 最大进料细度 1520mm
5.5
2
河南红星矿山机器有 限公司设计
2
雷蒙磨
2台
15
50
郑州市宏科机械设备 有限公司
3
反应釜
4个
工作压力 4.71MPa 工 作温度 115℃
17
50
大连通达反应釜厂
4
煅烧炉
1
20
定制
5
板式过滤机
2个
5.5
33
宜 兴 市 精 益 机 械 厂
夹套直径 Φ1500 6 浓缩结晶锅 4个 筒体直径 Φ1400 转速 6-15r.p.n 5.5 20 无锡市雪浪发酵工程 设备厂
7
成品粉碎机
2台
13
10
定货
总计
68
185
6.三废处理及副产品的综合利用 三废处理及副产品的综合利用
[17]
由于此工艺反应过程中硫酸不易挥发，所以基本不产生废气；工艺流程中酸 不断的被稀释并与高岭土反应，所以最后少量酸

性废水经过中和后可以直接排 放；废渣则可用于制造水泥及湿法生产高模数水玻璃。
7.厂房安排 厂房安排
[16]
厂房安排主要根据生产规模、生产特点、厂区面积、厂区地形以及地质等条 件而定。 生产规模较大，车间内各工段生产特点有显著差异，需要严格分开，或者厂 区平坦地形的地面较少时，厂方多采用单体式。大型化工厂（如石油化工）一半 生产规模较大，生产特点是易燃易爆、或有明火设备，如工业炉等，这时厂房的 安排采用单体式，即把原料处理、成品包装、生产工段、回收工段、控制室以及 特殊设备，独立设置，分散为许多单体。
7.1 厂房层数
化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的 形式。一般来说单层厂房利用率较高，建设费用也低，因此除了由于工艺流程的 需要必须设计为多层外，工程设计中一般多采用单层。有时因受建设场地的限制 或者为了节约用地， 也有设计成多层的。 对于为新产品工业化生产而设计的厂房， 由于在生产过程中对于工艺路线还需不断的改进、完善，所以一般都设计成一个 高单层厂房，利用便于移动、拆装、改建的钢操作台代替钢筋混凝土操作台或多 层厂房的楼板，以适应工艺流程变化的需要。 厂房层数的设计要根据工艺流程的要求、投资、用地的条件等各种因素，进 行综合的比较，然后才能最后决定。 本设计采用三层厂房，高度为 6 米。
7.2 厂房布置
7.2.1 厂房平面布置
厂房平面布置见附图，其外形一般有长方形，L 型，T 型和∏型。长方形便 于总平面的布置， 节约用地， 有利于设备排列， 缩短管线， 易于安排交通出入口， 有较多可供自然采光和通风的墙面；但有时由于厂房总长度较长，在总图布置有 困难时，为了适应地形的要求或生产的需要，也有采用 L 型，T 型或∏型的，此 时应充分考虑采光、通风、交通和立面等各方面的因素。 厂房的柱网布置，要根据厂房结构而定，生产类别为甲、乙类生产，宜采用 框架结构，采用的柱网间距一般为 6m，也有采用 7.5m 的。丙、丁、戊类生产可 采用混合结构或框架结构，开间采用 4m、5m 或 6m。但不论框架结构或混合结 构，在一栋厂房中不宜采用多种柱距。柱距要尽可能符合建筑模数的要求，这样 可以充分利用建筑结构上的标准预制构件， 节约设计和施工力量， 加速基建进度。 厂房的宽度问题，生产厂方为了尽可能利用自然采光和通风以及建筑经济上 的要求，一般单层厂房宽度不宜超过 30m，多层厂房宽度不宜超过 24m，厂房常 用宽度有 9m、12m、14.4m、15m、18m,也有用 24m