毕业论文答辩年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计

《毕业论文答辩年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文答辩年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计 目录文献综述工艺部分非工艺部分结论 文献综述活性氧化铝的发展前景活性氧化铝的发展前景我国企业在近几年才开始涉足纳米氧化铝的生产。我国的纳米材料及纳米技术企业中,有60%以上成立于仪2000年以后,主要是2003年左右。而较早成立的纳米材料生产企业,实际上也都是2000年以后才开始涉足纳米氧化铝生产领域的。可见,我国纳米氧化铝生产刚刚起步,纳米氧化铝生产企业还未成熟。纳米产品的产量按小规模(年产不足10t)、中规模(年产50t)左右和大规模(年产100t以上)划分,我国有80%的企业处于尝试性地小规模生产,存在产品稳定性差、生产成本高等问题。可见,我国纳米

2、氧化铝的生产还没达到一定的生产规模。规模效应无法发挥作用也是纳米氧化铝产业发展的制约因素。近年来,纳米氧化铝需求一直保持增长势头,“上海六鉴电子商务有限公司”的专业调查人员表示纳米氧化铝将以每年的25%速率增长,纳米氧化铝的市场前景非常乐观。活性氧化铝的特点活性氧化铝俗称矾土，化学式Al2O3，白色粉末，密度3.94.0g/cm3，熔点2050，沸点2980，不溶于水，能缓慢溶于浓硫酸。r-A l2O 3 属于过渡形态氧化铝。为粉状,微球状或柱状灰白色固体。其晶体结构不同于工业氧化铝。Al2O3 属于四角晶系,晶格与尖晶石(MgAl2O4)的结构十分类似。在 r-Al2O3 中,只有21 又

3、1/2 个铝原子分布在 24 个阳离子部位,在八面体值置上有 2 又 2/3 个空位,而 8 个铝原子分布在四面体空隙中,r-A l2O 3 的晶体是无序的,这种无序性主要由铝原子的无序性来决定,正因为铝原子的无序性:控制其制备条件,可制得多种不同比表面积和孔容的 r-Al2O 3 产品,因此在催化领域中使用最多。活性氧化铝的制备方法活性氧化铝一般由氢氧化铝加热脱水制得。氢氧化铝也称水合氧化铝，其化学组成为Al2O3.nH2O，通常按所含结晶水数目不同，可分为三水氧化铝和一水氧化铝。氢氧化铝加热脱水后，可制得Al2O3，即通常所讲的活性氧化铝。一般有酸法，碱法，醇铝法，溶胶凝胶法，均相沉淀法，

4、蒸发冷凝法等。经选择，酸法工艺简单，且原料易得，本课题采用酸法，原料为铝盐，沉淀剂选择氨水。将沉淀物在pH=89范围内老化一定时间，使之变成水铝石，再洗涤至无氯离子。将滤饼用酸胶溶成流动性能较好的溶胶，用滴加法滴入油氨柱内，在油中受表面张力作用收缩成球，再进入氨水中，经中和和老化后形成较硬的凝胶球状物（直径在13mm之间），经水洗油氨后进行干燥。也可将酸化的溶胶喷雾到干燥机内，生成4080m的微球氢氧化铝。工艺设计部分工艺框图无水氯化铝和水管道8管道3管道4管道5管道7的氨水管道2管道1产品容器过滤器储罐过滤器干燥器焙烧炉反应釜水管道6管道9经济概算经济概算是以生产一吨活性氧化铝为基准，所需的

5、原料的费用。上网查的各原料的价格，根据原料价格及用量得到所需的成本。1酸法 其反应方程式表示如下：AlCl3+3NH3H2OAl(OH)3+3NH4CL 2Al(OH)3AL2O33H2O 该方法的成本为4971.99元2碱法 其反应方程式表示如下：NaAlO2+HNO3H2OAl(OH)3+NaNO3 2Al(OH)3Al2O3+3H2O 该方法的成本为12876.8元3醇铝法 其反应方程式表示如下：2Al+6C3H8O2(C3H7O)3Al+3H2 2(C3H7O)3Al4H2OAl2O3H2O6C3H7OH Al2O3H2OAl2O3H2O 该方法的成本为48085.99元由以上比较知：

6、方法1是最经济的生产方法。物料衡算目的是根据物料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为能量衡算、其他工艺设计及设备计算打基础。物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量”。年产1800 t，每年的操作时间是8000小时（部分为连续操作，部分是间歇操作）。设产品纯度为99.4%；含水为0.5%；杂质为0.1%。则：活性氧化铝的流量为225kg/h0.994223.65kgh。经焙烧炉时损失

7、2%，则：管道8中产品的流量为223.65（1+2%）=228.123kg/h。经干燥器损失量为2.5%，则：管道7中产品的流量为228.123（1+2.5%）=233.826kg/h。经第二个过滤器损失为3，则：管道4中产品的流量为233.82613240.84kgh经过第一个过滤器损失为3，则：管道2中产品的流量为240.8413248.066kgh设反应收率为95.0%，则：反应釜中理论产量为248.066/95.0%=261.122kg/h。最后得到各个管道中物料流量能量衡算能量衡算定义 根据能量守恒定律，利用能量传递和转化的规则，用以确定能量比例和能量转变的定量关系的过程称为能量衡算

8、。Q入=Q出-Q损 式中:Q入 一输入设备热量总和；Q出 输出设备热量总和；Q损 损失热量总和容器消耗能量 Q1=110.8315116.3715kw 反应釜消耗能量 Q2=284.28615298.5003kw 干燥器消耗能量 Q3=379868.34kJ/h=105.52kw 消耗低压蒸汽量 系统中用1MPa低压水蒸汽加热，1MPa低压水蒸汽的潜热为r=2019.7kJ/kg，则所需蒸汽量为消耗能量与水蒸气潜热之比。容器1所需的蒸汽量为m1=207.43kg/h；反应器所需的蒸汽量为m2=532.06 kg/h；干燥器所需的蒸汽量为m3=188.08kg/h；则：总的蒸汽消耗量为：m=m1

9、+m2+m3=207.43+532.06+188.08=927.57kg/h。设备选型计算工艺设备选择应遵循以下原则：1.设备装备水平应按国内先进水平考虑；2.尽量采用国产设备；3.工艺过程尽量选择连续作业，以减少设备体积和投资；4.车间和设备要求防腐；5.设备选型应符合高效、节能、可靠、易于操作、便于维修的要求；6.选择生产设备数量少的生产系列，以减少投资、降低成本和便于实现自动控制；7.符合本工程冶金计算的物料平衡；8.参考国内外类似生产流程的运行时间经验及生产参数指标。反应器计算与选型 釜式反应器是一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过

10、程，器内常设有搅拌装置。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。按操作方式不同釜式反应器可分为：间歇釜式反应器、连续釜式反应器和半连续釜式反应器。本论文中用到的是间歇釜式反应器。其特点是操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。估算反应釜体积 因为该反应为液-固相物料反应且需要搅拌，所以反应釜种类为一般搅拌反应釜。该反应的反应物总体积为V，设反应时间为7.5h，采用间歇反应，8个小时的物料同时加入。管道1总的AlCl3溶液密度取

11、1.05103kg/m3；氨水的密度为0.9103kg/m3；（表观密度0.1103kg/m3，LAS70%）。AlCl3溶液体积V1=5.20m3，氨水体积为V2=4.79m3，反应釜的操作容积V0V1+V2=5.20+4.79=9.99m3 取装料系数=0.65，操作容积V0=V（V为反应釜体积），则反应釜体积 V=15.37 m3。估算反应釜直径Di、高度H 忽略封头容积，Di=2.47 m 将Di的计算结果圆整成压力容器的公称直径，则Di=2600 mm。查JB/T4746-2002得Di=2600 mm时椭圆封头的曲面 高度h1=650 mm；直边取40 mm；VF=2.51 m3；

12、得：H=2.42m。对H的计算结果圆整成压力容器的标准高度H=2.6 m，满足液固相物料反应釜=11.3的要求。该釜的装料系数=0.613该反应釜的装料系数满足有泡沫产生或成沸腾状态的反应釜的装料系数在0.60.7内的要求。反应釜的夹套尺寸 Hj=1.883m，取Hj=2m。经查得2000 mmDi3000 mm时，夹套内径Dj=Di+200 mm=2800 mm反应釜容器壁厚 因为该反应的设计压力较低，所以由内压强度计算公式算得的厚度较小无法满足制造、运输和吊装等方面的要求。因此，采用筒体最小壁厚。查得当筒体内径Di3800 mm时min=且不小于3 mm =5.2 mm 设该反应器的设计寿

13、命为15年，每年的腐蚀率为0.1 mm/a，计入钢板的负偏差C1=0.8 mm，取圆整值=0.5 mm32。得：n=+C1+C2+=5.2+0.115+0.8+0.5=8 mm3 mm，满足要求。储罐选型计算 储罐用以存放酸、醇、气体等提炼的化学物质。其种类很多，大体上有：滚塑储罐，玻璃钢储罐，陶瓷储罐、橡胶储罐、焊接塑料储罐等。就储罐的性价比来讲，现在以滚塑储罐最为优越，滚塑储罐又可以分钢衬塑储罐，全塑储罐两大系，分别包括立式，卧式，运输，搅拌等多个品种。储罐分类：A立式贮罐 B卧式贮罐 C立式圆筒形固定顶贮罐系列(HG21502.1-92)D立式圆筒形内浮顶贮罐系列HG21502.2=92

14、E球罐系列计算容积 氧化铝储罐 因为产品要在储罐内静止，老化，不易存太多。一次性存入1天的量 V=8835.8424201=3.65m 取填料系数为0.9 V0=V0.9=4.06m贮罐尺寸确定 选取卧式椭球形封头容器一只 技术指标:公称直径 1400m 长度：3400mm 公称容积：6m 压力：6Kgfcm 材质：不锈钢 重量：1210kg过滤与洗涤设备 在催化剂制备中对杂质的含量有一定的限制，因为有时即使很少量的杂质离子也会影响到催化剂的性能。但在实际生产中原料几乎不可避免地带进杂质这就需要用洗涤的方法除去沉淀物中的杂质离子。沉淀物的过滤与洗涤在催化剂生产周期中占用较多时间，正确选择过滤方

15、法与设备可以缩短催化剂的生产周期。根据本项目的工艺条件过滤与洗涤工序设备选用板框压滤机，过滤与洗涤同时进行。干燥设备选型 在催化剂生产中干燥操作通常用于沉淀物（水凝胶）干燥、成型后物料干燥及浸渍后物料干燥，干燥是催化剂制备中不可缺少的一个步骤。在本项目设计的干燥工序采用的是喷雾干燥。喷雾干燥是采用雾化器将原料浆液分散成雾滴，并用热风干燥雾滴，而获得产品的一种干燥方法。其包括空气加热系统，供料系统，干燥塔，雾化器，气固分离系统，卸料及运输系统，煅烧设备选型 在催化剂制备过程中较普遍使用的回转式焙烧炉，可用烟道气直接加热、烟道气间接加热（筒体伸入焙烧室内旋转）和电间接加热。本项目设计中本工序采用天

16、然气加热。回转窑工艺设计计算 （1）窑内物料盘存量 物料盘存量是决定煅烧时间的重要参数 物料盘存=加料量物料停留时间（2）回转窑的全容积 式中 Va 回转窑的全容积，m3；1 物料填充系数，分率；2有效利用系数，分率；物料密度，t/m3。3012957.751720.7250.25 0.92 2.42aWVm（3）有效长度的确定 设回转窑的直径为10米 式中 L回转窑的有效长度，m；D 回转窑的直径，m。221720.72521.920m0.7850.785 10aVLmD（取22）（4）运转参数的确定 由下述公式可求得回转窑的任一运转参数，并假设斜度为已知（0.01）式中 N 回转窑的转速，

17、；S 回转窑的斜度，分率。综合以上分析本项目中煅烧设备选用回转窑作为煅烧设备。设备规格为1025m，功率为35kW。0.190.19 21.920=1.39/min30 10 0.01LNrDS非工艺部分环境评价 主要环境污染源、污染物排放状况及治理环境影响评价分析经济效益分析 经济效益分析 投资估算 本项目设计包括工艺设备及安装、自控、配电、供电、建筑、采暖通风、给排水等多项投资。其中，设备资金按照出厂价格估算，其他项目资金按照行业价格估算。经估算，设备金额251400，厂房建设480000，供电、供水200000，设备安装200000，采暖通风100000，总计1231400 资金筹措 本

18、项目投资130万元，含建设期利息22.5万元。其中75万元为国家专项贷款，企业通过入股等方式自筹55万元。企业自筹部分占42.3%。本项目的流动资金按项目成本及广告费用估算为500万元，分两年使用，其中250万元向当地工商银行贷款，企业从综合效益中自筹250万元。分析财务评价销售利润 本项目正常年销售收入为7740万元，售税金847.92万元。盈亏平衡分析 本项目正常的年生产能力利用率的盈亏平衡点计算式为 BEP=f/(P-T-V)式中：f年固定成本，P年销售收入 T年销售税金，V年不变成本 经计算其平衡点为52.2%，此结果说明，本项目正常开工年的能力利用率达到此即可保本，大于此值时即可盈利

19、，本项目具有抗风险能力。结论 本文对目前活性氧化铝在工业中最广泛制备方法进行了工艺设计，设计中的主要工作如下：（1）对制备活性氧化铝的几种方法进行经济概算。通过查阅资料得到主要的生产原料当前的价格，并根据反应方程式对各制备方法进行进行概算，从中选取了最经济的制备工艺（工业中用到的制备方法）。（2）对选取的制备方法进行了初步工艺流程设计。以文献中提到的方法为依据，对生产工艺流程进行设计和完善。例如：主要生产设备的采用自动控制，绘制出了带控制点的工艺流程图；过滤采用转筒真空过滤机，有效地减少了生产中所需人力；洗涤水采用反渗透技术进行处理，有效地节省水资源。（3）对工艺流程进行物料衡算、能量衡算，并

20、根据计算绘制出物料衡算图和能量衡算图。（4）对工艺流程中主要设备进行设备选型计算。主要参照化工工程手册、化工工艺设计手册、化工原理（天大版），按照工艺流程中的生产能力对设备进行选型计算并根据计算结果进行选型，并绘制了反应釜结构图。参考文献1郭秋宁，活性氧化铝的性质，制备及应用，广西化工，1996年4期2刘纯玉，刘朝霞，活性氧化铝及其发展，轻金属，2001年4期3李国印，支建平，张玉林，活性氧化铝孔结构的控制，无机化学学报，2007年4期4马云杰，黄高山，活性氧化铝想制备及改性，广东化工，2010年11期5 郝臣，陈彩凤，陈志刚，等.化学法合成纳米氧化铝粉体工艺研究J.机械工程材料.2002.7

21、(26)6刘建良，孙加林，施安，等.高纯氧化铝制备技术和生产现状J.中国有色金属学会第六届学术年会论文集，2005.10:215-218.7 Atanas Serbezov，Adsorption Equilibrium of Water Vapor on F-200 Activated Alumina，Publication Date(Web):February 20,20038Younghun Kim,Changmook Kim,Inhee Choi,Selvaraj Rengaraj,and Jongheop Yi，Arsenic Removal Using Mesoporous Alum

22、ina Prepared via a Templating Method，Environ.Sci.Technol.,2004,38(3),pp 9249319 耿新玲，袁伟.纳米氧化铝的制备与进展J.河北化工，2003.3：1-5.10刘东亮，邓建国，金永中.超声化学法合成纳米-氧化铝粉末J.陶瓷，2006.（6）：22-25.11余忠清.溶胶一凝胶法制备超细球形氧化铝粉末N.无机材料学报，1999.12（9）：475-479.12 骆树立.高纯氧化铝的制备方法P，中国专利，ZL 专利号 02108991.4.9、静夜四无邻，荒居旧业贫。22.8.322.8.3Wednesday,August

23、 03,202210、雨中黄叶树，灯下白头人。17:04:2617:04:2617:048/3/2022 5:04:26 PM11、以我独沈久，愧君相见频。22.8.317:04:2617:04Aug-223-Aug-2212、故人江海别，几度隔山川。17:04:2617:04:2617:04Wednesday,August 03,202213、乍见翻疑梦，相悲各问年。22.8.322.8.317:04:2617:04:26August 3,202214、他乡生白发，旧国见青山。2022年8月3日星期三下午5时4分26秒17:04:2622.8.315、比不了得就不比，得不到的就不要。2022

24、年8月下午5时4分22.8.317:04August 3,202216、行动出成果，工作出财富。2022年8月3日星期三17时04分26秒17:04:263 August 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。下午5时4分26秒下午5时4分17:04:2622.8.39、没有失败，只有暂时停止成功！。22.8.322.8.3Wednesday,August 03,202210、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。17:04:2617:04:2617:048/3/2022 5:04:26 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累

25、。22.8.317:04:2617:04Aug-223-Aug-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。17:04:2617:04:2617:04Wednesday,August 03,202213、不知香积寺，数里入云峰。22.8.322.8.317:04:2617:04:26August 3,202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2022年8月3日星期三下午5时4分26秒17:04:2622.8.315、楚塞三湘接，荆门九派通。2022年8月下午5时4分22.8.317:04August 3,202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。202

26、2年8月3日星期三17时04分26秒17:04:263 August 202217、空山新雨后，天气晚来秋。下午5时4分26秒下午5时4分17:04:2622.8.39、杨柳散和风，青山澹吾虑。22.8.322.8.3Wednesday,August 03,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。17:04:2617:04:2617:048/3/2022 5:04:26 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。22.8.317:04:2617:04Aug-223-Aug-2212、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:04:2617:04:2617:04Wednesday,Au

27、gust 03,202213、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。22.8.322.8.317:04:2617:04:26August 3,202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2022年8月3日星期三下午5时4分26秒17:04:2622.8.315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2022年8月下午5时4分22.8.317:04August 3,202216、业余生活要有意义，不要越轨。2022年8月3日星期三17时04分26秒17:04:263 August 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午5时4分26秒下午5时4分17:04:2622.8.3MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉