年产10万吨碳酸钡工艺设计(1)

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1、Chlooroaacettic aciid北方民族族大学学士学位位论文论文题目目:年产十十万吨碳碳酸钡工工艺设计计(碳化化法)院(部)名 称称:化学学与化学学工程学学院 学 生 姓 名名:吴蔓蔓祺 专 业: 化学学工程与与工艺 学 号号:20008330611指导教师师姓名: 谢谢 明 论文提交交时间:论文答辩辩时间:学位授予予时间:北方民族族大学教教务61摘要碳酸钡不不仅是广广泛应用用于显像像管、蓄蓄电池、电电容器、陶陶瓷、搪搪瓷、光光学玻璃璃、颜料料、涂料料、橡胶胶、油漆漆、铁氧氧体、焊焊条、水水处理、钢钢铁渗碳碳、无线线电元件件、高层层建筑用用砖及其其他钡盐盐制造等等行业的的重要的的无机

2、化化工产品品之一1,8，还可可以用作作净水剂剂和杀鼠鼠剂55。本次毕业业设计是是采用碳碳化法生生产碳酸酸钡，碳碳化法的的优点在在于所得得产品质质量稳定定、生产产成本较较低8。根据生产产要求和和查阅的的资料，进进行碳化化法生产产碳酸钡钡的工艺艺设计以以及相关关设备的的设计和和选型。利利用AuutoCCAD制制图软件件画出工工艺流程程图、设设备布置置图，使使设计成成果能基基本满足足生产要要求。关键字：碳酸钡钡，碳化化法，工工艺设计计北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设计AbsttracctBariium carrbonnatee noot oonlyy iss wiidelly u

3、usedd inn baatteery, caapaccitoor, tubbe, cerramiic, enaamell, ooptiicall gllasss, ppainnt, coaatinng, rubbberr, ppainnt, ferrritte, welldinng rrod, waaterr trreattmennt, steeel cemmenttitee, rradiio ccompponeentss, hhighh-riise buiildiing witth bbricck aand othher Barriumm saalt mannufaactuurinng i

4、induustrriess off thhe iimpoortaant onee off thhe pprodductts oof iinorrgannic cheemiccalss, ccan alsso bbe uusedd ass a apppliccabiilitty aand killl tthe ratts aagennt.The graaduaatioon ddesiign is usee caarboonizzatiion metthodd too prroduuct barriumm caarboonatte, thee addvanntagges of thee meeth

5、ood iis tto iincoome carrbidde, staablee prroduuct quaalitty, prooducctioon ccostt iss loow.Accoordiing to thee prroduuctiion reqquirremeentss annd aacceess to infformmatiion, caarriies on thee caarboonizzatiion metthodd baariuum ccarbbonaate prooducctioon pproccesss deesiggn aand rellateed eequiipm

6、eent dessignn annd sseleectiion. Usse AAutooCADD drrawiing sofftwaare draaw tthe proocesss ffloww diiagrram, eqquippmennt llayoout, whhichh maakess thhe ddesiign ressultts ccan bassic to sattisffy tthe prooducctioon rrequuireemennts.KEY WORRDS: Baariuum ccarbbonaate ,Carrbonnizaatioon ,Proocesss dde

7、siign目录前言1第一章碳碳化法生生产碳酸酸钡31.1 碳化法法生产碳碳酸钡的的探讨331.1.1沉淀淀碳酸钡钡工艺流流程31.1.2 生生产原理理41.2 三废的的治理661.2.1废气气的治理理61.2.2 废废渣的治治理81.2.3 废废水的治治理8第二章碳碳化工段段工艺探探讨92.1 连续碳碳化工艺艺92.1.1 碳碳化机理理92.1.2 反反应温度度102.1.3 硫硫化钡的的浓度1102.1.4 二二氧化碳碳的流量量102.2 连续碳碳化新工工艺的探探讨1222.3 结论144第三章工工艺设计计及设备备选型1153.1 概述1553.2 设计依依据1553.2.1 生生产能力力1

8、63.2.2 原原料规格格163.3 工艺计计算1663.3.1 物物料衡算算163.4 热量计计算1883.5 设设备计算算193.5.1回转转炉(基础数数据)193.5.2 浸浸取器2243.5.3碳化化塔的设设计3003.5.4加热热水箱换换热面积积的确定定323.5.5 石石灰窑3323.5.6 泵泵343.5.7 过过滤机335第四章设设备选型型364.1 设备的的选型依依据3664.2 主要设设备一览览表3664.3 主要工工艺控制制点一览览表377第五章结结束语338致谢399参考文献献40外文翻译译41英语原文文50附录600北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设

9、计前言碳酸钡是是重要的的基本化化工原料料之一, 也是是最为重重要的钡钡盐之一一，它应应用于电电子行业业、玻璃璃和陶瓷瓷行业、化化工原料料的生产产等领域域。随着着科学技技术及其其它行业业的发展展, 碳酸酸钡的应应用领域域日益扩扩大, 对其质质量及性性能的要要求也越越来越高高。我国国碳酸钡钡产品正正朝着系系列化、规规格化、专专用化方方向发展展7, 以满满足不同同行业的的要求。我国生产产碳酸钡钡最常用用的方法法有：复复分解法法、纯碱碱法、毒毒重石法法、碳化化法9。复分分解法生生产碳酸酸钡可使使碳酸钡钡产品硫硫含量非非常低，但但碳酸钡钡精制步步骤复杂杂且不易易获得高高纯度产产品；纯纯碱法生生产碳酸酸钡

10、，其其生产流流程短，产产品纯度度高，而而且原料料易得，但但生产的的碳酸钡钡含有碱碱性组分分而且硫硫化钠溶溶液较稀稀，回收收利用价价值不大大；毒重重石法生生产碳酸酸钡产品品含硫和和其他杂杂质较少少，但产产品成本本高，操操作条件件困难；碳化法法生产碳碳酸钡产产品硫及及碱含量量较低，但但设备较较复杂，流流程较长长7。经综综合各因因素分析析比较，以以碳化法法生产碳碳酸钡所所得的产产品质量量较稳定定，成本本较低，所所以中国国工业生生产碳酸酸钡主要要采用碳碳化法。我国碳酸酸钡生产产厂家在在不断增增加，生生产能力力也在提提高中，据据统计，2001年全国就已有14个省、市、自治区的30余个厂家从事碳酸钡生产，

11、而总产能达50万t/a产能万口以上的主要有河北集钡盐集团、贵州镇宁红蝶钡业公司、山东青岛集益化工集团、山东诸城众泰化工有限公司、湖北京山楚天钡盐有限公司、湖北楚星集团、湖南大荣化工农药有限公司、湖南宏湘化工有限公司、河南洛阳化工、山东安丘化工三厂4。近年来, 国内内汽车、建建筑业的的发展和和家电行行业的繁繁荣带动动了磁性性材料、无无线电元元件及工工业陶瓷瓷的增长长,从而拉拉动了市市场对碳碳酸钡的的需求量量。我们国国家在汽汽车、工业陶陶瓷等相相关行业业中，对对碳酸钡钡的需求求量为每每年3万万到4万吨，碳酸钡钡还可作作为三聚聚磷酸钠钠（五钠钠）的湿法磷磷酸除硫硫酸根用用。我国国的彩电显显像管玻玻壳

12、的生生产需要要大量的的使用到到粒状碳碳酸钡, 因为为碳酸钡钡具有较较强的XX射线、射线屏蔽能力, 在玻壳中加人碳酸钡能有效地吸收高压电流产生的射线、射线, 防止其对人体的危害。办公自动化设备及电脑的普遍化使用, 在一定程度上促使碳酸钡在国内的需求不断增长。随着现代生活中电子产品的精美小巧化, 类似集成电路和电容器等配件也变得小巧, 生产此类产品需要以高纯度的碳酸钡为原料 ,因此高纯碳酸钡的市场得以拓展。我国对高纯碳酸钡的年需求量在1000t左右, 其中需要进口200t。预期在未来一段时间内就会有所增长。据调查显示,显像管玻壳在碳酸钡消费结构中占38%, 磁性材料占15%, 陶瓷及渗碳剂各占7%

13、, 相关钡盐制造占17%, 其余占18%。而国际市场上，一些发达国家因为资源短缺、生产成本高、环境受到破坏等原因, 碳酸钡的产量日益降低, 从而加强了与我国相关企业的合作，合资生产碳酸钡。因为部分国际电子产品龙头企业在东南亚的投资, 也使这些国家成为碳酸钡的消费大国。碳酸钡在国际市场消费组成为玻壳45%, 热处理剂6%, 玻璃制品20%, 陶瓷工业4%, 蓄电池1%, 电容器4%, 建材2%, 精制工业水3%, 其他钡盐制造25%4。为满足碳碳酸钡消消费的国国内国际际市场的的需求，碳碳酸钡的的生产技技术有了了突飞猛猛进的发发展。我我们在生生产碳酸酸钡中引引入了一一些新技技术，使使生产的的碳酸钡

14、钡更加适适应市场场需要。微微机配料料的引入入使原料破碎得以自动动控制, 使原料混混合更均均匀、配配比更精精准, 提高了了生产效效率, 减少了粗粗硫化钡钡中杂质质的含量量, 使其含量上升升8%一一10%。对粗钡回回转炉的的余热加加以利用用, 这样样，回收收的饱和和蒸汽就就可以提提供碳化化所需的的热量。余余热回收收符合现现代工业业能源循循环利用用的要求求，减少少了能源源的损耗耗。新型型造粒技技术就是是在使用用粘结剂剂的条件件下, 用圆圆盘造粒粒机将粉粉状碳酸酸钡直接接造粒成成球形粒粒状，然然后经高高温烘干干、筛选选、除铁铁工序后后就可获获到符合粒粒径标准准的球形形粒状产产品, 其颗粒强强度及颗颗粒

15、堆密密度等质质量指标标均达到到部分标标准。新新型造粒粒技术的的引入使使工艺简简单化，产产品质量量更优良良。本次毕业业设计是是以碳化化法生产产碳酸钡钡的工艺艺设计，与与实际生生产有较较强的联联系，通通过此次次设计能能让我们们对碳酸酸钡的性性质、用用途和发发展有所所认识，最最重要的的是让我我们对碳碳酸钡的的生产流流程有整整体了解解，掌握握基本的的工艺计计算和对对相关设设备的选选取，了了解工艺艺设计在在化工中中的重要要性。第一章 碳化化法生产产碳酸钡钡1.1 碳化法法生产碳碳酸钡的的探讨由于碳化化法生产产碳酸钡钡产品质质量稳定定、生产产成本较较低，因因而被我我国碳酸酸钡生产产厂家采采用。原料种类类和

16、规格格重晶石：BaSSO4 85% SiOO25%SrSOO41.77%CaSOO4 1%MgSOO40.003原料煤：固定碳碳70%挥发物10%水分66%灰分117%发热量 65000石灰石：CaOO 52.1%SiO22 1%S 0.225%烧失量 42%1.1.1沉淀淀碳酸钡钡工艺流流程将重晶石石和煤按按1000:25527（以以重量计计）配比比混合，经经粉碎、筛筛分后连连续地加加入回转转炉中，在在900012000进行煅煅烧还原原。制得得粗硫化化钡熔体体，输入入搅拌浸浸取器中中，通过过逆流浸浸取，使使硫化钡钡溶液浓浓度达到到13551500g/LL，用泵泵打入连连续澄清清器，然然后放入

17、入澄清罐罐澄清，最最后打入入碳化塔塔内，同同时将石石灰窑制制得的CCO2气体经经水洗、分分离、压压缩导入入碳化塔塔内，进进行碳化化反应，制制得的沉沉淀碳酸酸钡浆，放放入脱硫硫罐加碱碱脱硫，入入过滤机机滤去水水分，钡钡饼由转转筒烘干干经皮运运机、磁磁辊脱铁铁器风送送到成品品仓包装装，即为为沉淀碳碳酸钡成成品5,8。图 1.1 碳碳化法生生产碳酸酸钡流程程图解1.1.2 生生产原理理1.1.2.11 晶石石的还原原重晶石和和煤在回回转炉中中进行还还原反应应，温度度在60008000，按下下式反应应：BaSOO4+2CBBaS+2COO2-Q由于物料料中煤的的作用，伴伴随着有有一氧化化碳生成成。CO

18、2+C22CO物料不断断前移，温温度在990012000按下列列反应进进行：BaSOO4+4CBBaS+4COO-QBaSOO4+4CCOBBaS+CO22在煅烧过过程中，还还会产生生下列副副反应。重重晶石首首先还原原成BaaSO33，然后后再还原原成BaaS.2BaSSO4+C2BaaSO33+COO2当炉温较较低时，空空气过剩剩，或BBaS与与潮湿空空气接触触还易生生成碳酸酸钡：2BaSS+3OO22BBaO+SO22BaO+CO22BaaCO33BaS+CO22+H2OBBaCOO3+H2S含在重晶晶石中的的杂质在在煅烧中中也会参参加反应应，生成成BaSSiO33、BaaS2O3、Baa

19、Fe22O3、Baa2Al2O4对重晶晶石的还还原和BBaS的的浸取都都是有害害的。1.1.2.22 化钡钡原理硫化钡在在水中水水解：2BaSS+2HH2OBBa(HHS)22+Baa(OHH)21.1.2.33 二氧氧化碳制制取原理理青石和煤煤按一定定配比，在在石灰窑窑内900012000下发生生下列反反应：CaCOO3 22CaOO+COO2QC+O22COO2 +Q1.1.2.44 碳化化原理硫化钡溶溶液与CCO2在碳化化塔内发发生如下下反应：Ba(OOH)22+COO2BaaCO33+H2O2BaSS +22H2OBBa(OOH)22Ba(HS)2Ba(HHS)22+COO2+H2OB

20、BaCOO3+2HH2S由于空气气含O2及SO2，伴随随着碳化化反应有有BaSSO4BaSSO3BaSS2O3及S的产生生。1.1.2.55 钡浆浆脱硫原原理为了除去去碳酸钡钡浆中的的硫化物物，加入入纯碱，并并加热至至90，发生生如下反反应：BaSOO3+Naa2CO3BaCCO3+Naa2SO3BaS22O3+ NNa2CO3BaCCO3+ NNa2S2O3BaS+ Naa2CO3BaCCO3+Naa2S1.2 三废的的治理化学工业业的迅猛猛发展也也拉动了了社会经经济的快快速提升升，但环环境却因因此受到到严重污污染。对对于这一一不可忽忽视的问问题，根根据可持持续发展展和环境境友好型型社会的的

21、要求，近近年来，工工厂的三三废处理理问题受受到很大大重视，废废气废渣废水需需经一定定的处理理达到排排放标准准才能排排放出来来。1.2.1废气气的治理理碳化工序序是生产产碳酸钡钡最重要要的一个个工序，在在这一工工序中硫硫化钡溶溶液与二二氧化碳碳气体反反应生成成碳酸钡钡和硫化化氢气体体。如何何处理反反应产生生的硫化化氢气体体是整个个碳酸钡钡生产过过程需要要重视和和解决的的重要问问题。废废气中主主要含有有36% H2S、55%COO2、3%C0和和50%的氮气气。可利利用尾气气中的HH2S生产硫硫磺、硫硫氢化钠钠和硫脲脲等产品品8。碳化尾气气生产工工业硫磺磺和硫代代硫酸钠钠工艺流流程：由碳酸钡钡生产

22、过过程中碳碳化工序序来的尾尾气，通通过脱水水罐气液液分离后后，分别别进入110000m3气柜混混合贮存存，再同同脱油空空气一起起由喷嘴嘴进入燃烧烧炉，进进行部分分燃烧，炉炉内控制制温度990010000。燃烧烧后酸气气在余热锅锅炉冷却却，降温温至28803500。然后进进入热交交换器，和一冷来的150170的混合气进行热交换，使燃烧后混合酸气降温至240280进入一转化器内，在触媒的用下，使未氧化的硫化氢与燃烧生产的SO2反应生成气态S和H2O，经一冷却器水冷降温至150170使硫蒸气冷凝成液硫入保温罐。冷凝硫磺后的一冷混合气返回到热交换器使温度上升到200250入二转化器使未转化的-.与.#

23、继续转化为气态S和H2O，再经二冷却器水冷降温至130150冷凝液硫流入保温罐。二冷排出混合气依次经金属网捕集器，捕集室捕集后，达到排放标准排放。保温罐之液硫经制片机，皮运机，包装得产品3。2H2SS+O222SS+H22O2H2SS+3OO22SSO2+2HH2OH2S+2SOO23SS+2HH2O生产硫磺磺后的尾尾气含有有一定量量的SOO2气体体, 不能能直接排排放。用用鼓风机机将它送送入吸收收塔, 与从吸吸收塔顶顶喷淋而而下的碳碳酸钠溶溶液起中中和反应应, 制得得Na22 SOO3溶液液。在溶溶液中加加入硫磺磺粉, 并保持持一定温温度, 进行硫硫化反应应, 制得得硫代硫硫酸钠溶溶液, 再

24、经结结晶、甩甩干、水水洗制得得成品。Na2CCO3 + SO22 Naa2SO3 + CO22Na2SSO3 + S Naa2S2O3处理后的的尾气中中的含硫硫气体全全部被吸吸收, 剩余部部分为水水蒸气、二二氧化碳碳和惰性性气体, 可以以达标排排放。碳化尾气气生产硫硫氢化钠钠工艺流流程：合合格的硫硫化钠溶溶液经加加热澄清清后, 放入循循环槽,进入吸吸收塔循循环, 逆流吸吸收碳化化尾气中中的硫化化氢气体体。当第第一吸收收塔的循循环溶液液合格时时, 用泵泵打入硫硫氢化钠钠贮罐, 把第第二循环环槽的吸吸收液打打入第一一循环槽槽, 再往往第二循循环槽中中补充硫硫化钠溶溶液, 继续吸吸收。碳碳化尾气气通

25、过两两个串联联的吸收收塔吸收收, 再通通过两台台串联的的鼓风机机后排入入烟囱。吸吸收工序序来的NNaHSS溶液在在贮罐中中加温澄澄清后, 经浓浓缩, 制片, 过磅包包装得产产品。主反应方方程式：Na2SS + H2S 2NNaHSS硫化钠是是强碱弱弱酸正盐盐, 氢硫硫酸是二二元酸,在硫化化钠溶液液里通入入硫化氢氢气体则则生成酸酸式盐硫硫氢化钠钠。副反应方方程式:CO2 + NNa2S+ H2O Naa2CO3 + H2SSO2 + NNa2S+ H2O Naa2SO3 + H2SCO2是是酸性气气体, 与Na22S起化学学反应生生成碳酸酸钠和亚亚硫酸钠钠。碳化尾气气生产硫硫脲工艺艺流程：将石灰

26、灰氮与水水在反应应釜中混混合均匀匀, 边搅搅拌边通通入硫化化氢气体体进行合合成反应应, 生成成硫脲溶溶液, 将溶液液过滤后后, 进冷冷却结晶晶器中冷冷冻结晶晶, 离心心分离, 晶体体烘干即即得成品品。H2S + CCaCNN2 + 2H22O(NHH2)2CS + CCa(OOH)21.2.2废渣渣的治理理钡渣中含含有0.95%的BaaS、114.222%的的BaCCO3、399.6%的 HH2O 、111.557%的的BaSSiO33和100.344%的BBaSOO4。将钡钡渣、石石灰、石石膏和水水按一定定比例混混合均匀匀，陈化化24hh后，经经制砖机机机械压压制，再再经蒸汽汽养护，得得到钡

27、渣渣砖成品品。蒸汽汽养护又又分为静静停、升升温、恒恒温、降降温4个过程程8。1.2.3 废废水的治治理碳酸钡生生产过程程中，废废Na22SO3水的主主要来源源为离心心机过滤滤废水，水水温655，废水水中含有有0.88%的BBaCOO3、0.5%的的Na22SO3、0.44的Naa2S、0.66的Na2S2O2。过滤滤废水进进入澄清清罐澄清清，回收收的沉淀淀BaCCO3再利用用，清液液去化钡钡工序，达达到循环环利用8。第二章 碳化工工段工艺艺探讨2.1 连续碳碳化工艺艺在碳酸钡钡生产中中, 常常常出现碳碳酸钡的的颗粒和和堆密度度的变化化, 而且且往往一一时很难难找到其其变化的的原因, 在深深入研

28、究究其反应应机理的的基础上上, 用结结晶动力力学的观观点解释释这一现现象获得得了圆满满的成功功。在此此基础上上又提出出了连续续碳化对对提高碳碳酸钡的的质量的的意义, 连续续碳化可可以得到到大颗粒粒, 堆密密度大质质量好的的产品。并并提出连连续碳化化新工艺艺的方案案。2.1.1 碳碳化机理理硫化钡的的水溶液液为：2BaSS +22H2O=Ba(OH)2Ba(HS)2也就是说说硫化钡钡的水溶溶液, 实质上上是氢氧氧化钡和和硫氢化化钡的混混合物。在在碳化时时CO22首先与与Ba(OH)2 Baa(HSS)2中的BBa(OOH)22发生反反应, 表现在在开始碳碳化时, 很长长时间无无H2S逸出出。即首

29、首先进行行Ba(OOH)22+COO2BaaCO33+H2O然后再进进行Ba(HHS)22+COO2+H2OBBaCOO3+2HH2S这是由于于第一个个反应的的反应速速度大大大超过第第二个反反应的反反应速度度的缘故故。实践践证明,反应速速度太快快单位时时间形成成碳酸钡钡晶种多多,颗粒很很难长大大, 所得得产品相相对密度度小, 流动性性不好。另另外由于于迅速结结晶的结结果, 会产生生包裹现现象, 使产品品中硫化化物含量量过高。例例如采用用三塔串串联时, 每塔塔都装新新鲜硫化化钡溶液液, 第一一塔接触触的是石石灰窑来来的气体体, 第二二塔接触触的是第第一塔的的尾气（硫硫化氢的的含量增增加）, 第三

30、三塔接触触的是第第二塔的的尾气（硫硫化氢的的含量更更增加）。将将三个塔塔的产品品进行比比较发现现, 第一一个塔中中产品含含S2-0.115%, 第二二个塔中中的产品品含S22-0.1%, 第三三个塔的的产品含含S2-0.007%以以下77。这这是由于于在第二二或第三三塔中硫硫化钡溶溶液部分分发生如如下反应应Ba(OOH)22Ba(HHS)22+2HH2S22Ba(HS)2+2HH2O也就是说说硫化钡钡溶液中中的一部部分Baa(OHH)2和H2S反应应生成BBa(HHS)22, 减少少Ba(OH)2直接和和CO22接触的的机会, 增加加CO22和Baa(HSS)2反应的的几率, 从整整体上降降低

31、碳酸酸钡生成成的生产产，产品品结晶的的颗粒增增大, 包裹现现象减轻轻, 所以以S2-含量下下降。关于反应应速度对对碳酸钡钡的颗粒粒和堆密密度的影影响还可可以从下下几个方方面看出出:2.1.2 反反应温度度反应速度度和反应应物质的的浓度和和温度成成正比的的关系。温温度升高高时虽然然可以使使反应速速度加快快但COO2的溶解解度降低低, 例如如30时的溶溶解度为为0.6665HHm3/m3水, 400时的溶溶解度为为0.5521 Hm33/m3水。在在生产条条件下CCO2溶解度度降低对对反应的的影响占占主导地地位。例例如采用用BaSS浓度为为4.22%, 温度为为39.5和466.9下进行行碳化,

32、得到到的产品品堆密度度分别为为0.667和00.911。2.1.3 硫硫化钡的的浓度反应速度度除了与与二氧化化碳的浓浓度有关关以外, 还与与硫化钡钡的浓度度有关, 硫化化钡浓度度高反应应速度快快。如采采用浓度度为4.32%和2.89%的硫化化钡溶液液, 得到到产品的的堆密度度分别为为0.991和11.2002.1.4 二二氧化碳碳的流量量CO2的的流量快快, 供给给量充足足反应快快, 单位位时间得得到的产产品多。反反之, 则反应应慢, 单位时时间内得得到的产产品少。单单位时间间产量与与堆密度度的关系系如下图图。图 3.1a碳化速速度与堆堆密度的的关系图图从以上试试验数据据可以证证明, 碳酸钡钡

33、颗粒的的大小与与生成碳碳酸钡时时的反应应速度有有很大关关系, 反应速速度快, 单位位时间内内形成的的晶种多多,则颗粒粒增长速速度减慢慢。反应应速度慢慢, 单位位时间内内形成的的晶种少少, 则结结晶颗粒粒增长速速度加快快,这样就就可以得得到大颗颗粒的结结晶, 且堆密密度也大大。其实工业业生产为为了提高高碳酸钡钡产品的的质量也也注意了了这个问问题。目目前工业业生产中中采用三三塔串联联间歇式式操作。第第一塔为为碳化塔塔, 第二二塔为半半碳化塔塔, 第三三塔为预预碳化塔塔。新鲜鲜硫化液液先入预预碳化塔塔, 在此此和第二二塔的尾尾气主要要发生如如下的反反应：Ba（OOH）2 Ba（HHS）2+2HH2S

34、BBa（HHS）2+H2O在预碳化化时硫化化钡溶液液中的SS2-离子子增加一一倍, 这是长长期以来来所追求求的理论论要求, 然而而实际上上达不到到, 这是是因为接接触的气气体中不不完全是是硫化氢氢而还有有二氧化化碳气体体，还会会有如下下反应发发生：Ba(OOH)22+COO2BaaCO33+H2O例如入预预碳化塔塔时BaaS浓度度1400克/升升, 预碳碳化终了了为2660克/升, 仅增加加了0.8577倍。在预碳化化塔中反反应600分钟后后, 通过过阀门改改变气体体路线, 使第第一塔的的尾气通通入原预预碳化塔塔, 也就就是说原原来预碳碳化塔作作为半碳碳化塔, 原来来的半碳碳化塔作作为碳化化塔

35、, 原来的的碳化塔塔作为预预碳化塔塔, 再过过60分分钟再变变换一次次。经过过2000分钟以以后, 原来的的预碳化化塔完成成了预碳碳化, 半碳化化, 碳化化三个过过程。所所谓半碳碳化就是是将硫氢氢化钡碳碳化约一一半的程程度, 碳化是是半碳化化后的溶溶液直接接和窑气气接触, 2000分钟钟为一个个循环周周期, 在这个个周期内内BaSS、H22S、CCO2浓度的的变化如如图。 图 33.1bb碳化时时间与BBaS、HH2S、CCO2浓度变变化图从图中可可看出如如下问题题:预碳碳化时前前30分分钟无HH2S放出出,30分钟钟后迅速速上升, 半碳碳化与碳碳化段相相比, 硫化钡钡和二氧氧化碳的的浓度下下

36、降速度度要慢, 也就就是说碳碳化段生生成碳酸酸钡的速速度比半半碳化段段快, 从而判判定二氧氧化碳的的浓度对对碳化反反应起着着重要作作用。2.2 连续碳碳化新工工艺的探探讨中国工业业碳酸钡钡的生产产主要采采用碳酸酸化法, 碳酸化过程程分为“预碳酸酸化”和“主碳酸酸化”两步8。这里里所指的的是将碳碳酸化过过程中产产生的硫硫化氢气气体导入入一个塔塔中，与与硫化钡钡水解产产物中氢氢氧化钡钡反应，生生成硫氢氢化钡:2BaSS + 2H22OBa(HS)2 + Ba(OH)2(1)Ba(OOH)22 + 2H22S Baa(HSS)2 + 2H22O (22)直至硫化化钡溶液液全部转转化为硫硫氢化钡钡为止

37、。第二步溶溶液里的的硫氢化化钡, 与二氧氧化碳进进行主碳碳化反应应：Ba(HHS)22 + CO22 + H2O BaaCO33+ 22H2S (33)同时也有有下述反反应发生生：BaSnn+ CCO2 + H2OBaCCO3 + H2S+ SSn-11(4)生产厂碳碳化时, 若在一定定压力下下单孔集集中导入入CO2气体, 溶液中就就会产生生大量大大小不一一的气泡泡, 因为为气液接接触面积积较小, 只有有气泡边边缘与溶溶液接触触, 所以以, 影响响了(33) 中中的反应应, 气泡泡内部二二氧化碳碳气体不不会立刻刻就反应应, 因而而就降低低了(33)中的反应应速度。集集中导入入二氧化化碳气体体的

38、碳化化方法, 降低低了预碳碳酸化过过饱和态态。溶液液的过饱饱和态越越低, 晶核成成长的推推动力就就越小, 这就是抑制晶核核成长的的主要因因素。受受到抑制制，晶核核成长不不完善就就成为一一种有缺缺陷的结结晶。这这样的结结晶表面面活性很很强,较强吸吸附力会会导致钡钡浆粘结结。这样样的结晶晶对水分分子有一一定的吸吸附力。为为了降低低钡浆的的水分, 需增加加过滤时时间降低低了设备备的利用用率, 加大了能能耗, 不仅使使煤耗上升升, 又增加了工工人的劳劳动强度度。所以以要改变变碳化方方法。从从碳化塔塔不同的的高度, 不同的部位, 以不同同的角度, 分散导导入二氧氧化碳气气体。气气体进入入塔内, 从不不同

39、的高度,不同的部位, 和在不不同的位置进行行( 33)式反反应, 出现一一个立体体碳化模模式22。由由于气体体接触面面积比较较广泛, 提高高了( 3)的的反应效效果,使晶核成成长有了了一个合合适的环环境和条条件, 有效地地促进了了结晶的的完善。此外，目目前采用用的碳化化流程是是间歇式式加料间间歇式出出料, 实质上上是间歇歇式理想想混合反反应器。间间歇式反反应不但但在操作作上麻烦烦而且产产品质量量不佳, 设备备庞大。多多年来很很多人作作了大量量的试验验和研究究但都未未实现连连续化6。这里里关键的的问题是是碳化过过程中的的结疤问问题。为为解决此此问题实实现连续续碳化新新工艺, 提出出如下方方案。连

40、续碳化化方案之之一, 我们知知道纯碱碱生产中中的碳化化和碳酸酸氢氨生生产中的的碳化都都是连续续的。都都是采用用两个碳碳化塔, 一塔塔碳化一一塔预碳碳化, 控制操操作条件件在预碳碳化中不不产生固固相, 两塔定定期轮换换使用, 所以以预碳化化时正是是碳化的的清洗过过程, 也等于于一塔在在清洗一一塔在碳碳化。可可是在碳碳酸钡生生产中, 因碳碳酸钡的的溶解度度很低,凡有二二氧化碳碳和硫化化钡溶液液接触的的地方就就有碳酸酸钡固相相生成, 如像像上述那那样分为为两个塔塔,不能控控制在预预碳化中中不生成成固相, 所以以实现不不了连续续碳化该方案的的实质是是碳化和和半碳化化在一个个塔进行行, 窑气气通过该该塔

41、后二二氧化碳碳气体降降至很低低, 经过过一个脱脱除二氧氧化碳的的设备, 将二二氧化碳碳脱除。然然后通入入另一个个塔, 在这个个塔中硫硫化氢和和硫化钡钡溶液接接触进行行预碳化化, 由于于气相中中无COO2, 所以以反应才才能进行行的彻底底,反应完完后溶液液中S22-增加加一倍已已成为可可能连续碳化化方案之之二, 该方案案是一塔塔碳化一一塔清洗洗, 清洗洗时最好好用硝酸酸或盐酸酸直接生生成酸钡钡或氯化化钡的溶溶液, 蒸发结结晶后可可得氯化化钡或硝硝酸钡产产品, 亦可实实现连续续碳化的的目的。2.3 结论二氧化碳碳和硫化化钡的反反应速度度慢, 生成晶晶种少, 控制制条件使使其颗粒粒慢慢长长大可以以获

42、得大大颗粒, 堆密密度大, 流动动性好的的产品。生生产厂碳碳化时, 集中中导入二二氧化碳碳气体, 降低低了一预预和二预预的过饱饱和态, 造成成产品品品质低下下。新碳碳化方法法分散导导入二氧氧化碳气气体, 再辅以以二氧化化碳气体体以适当当的压力力和浓度度等工艺艺条件, 产品品品质能能够得到到较大提提高。目目前国内内采用的的是间歇歇式空塔塔鼓泡生生产, 反应慢慢, 效率率低, 设备庞庞大, 控制起起来也比比较困难难。目前前实现连连续碳化化的关键键就是“结疤”问题。针针对此顽顽症提出出了两个个连续碳碳化的工工艺流程程。特别别是第一一方案, 不但但可以实实现连续续碳化, 还可可以提高高碳酸钡钡的质量量

43、, 生产产出高纯纯的硫化化氢气体体, 给硫硫化氢的的利用带带来方便便。第三章 工艺设设计及设设备选型型3.1 概述鉴于上一一章所说说的连续续碳化问问题，我我试探性性设计出出以下碳碳酸钡生生产的碳碳化方法法：其碳碳化工段段分为预预碳化和和碳化两两个过程程，用两两塔串联联连续生生产，一一塔碳化化，一塔塔预碳化化，碳化化塔的尾尾气通过过收集储储存，然然后压缩缩通入预预碳化塔塔中进行行反应，其其主反应应为：Ba（OOH）2+2H2SBBa(HHS)22+H2O在通入的的气体中中，含有有少量CCO2 （小于于5%），因因此还会会发生如如下反应应：Ba（OOH）2+COO2BaaCO33+H2OBaS+C

44、O22+H2OBBaCOO3+H2S而后两个个反应的的反应速速率较快快，因此此可以在在预碳化化塔中实实现H22S的净净化，使使反应能能彻底进进行，因因而使SS2-的含含量增倍倍，Baa2+完全全以Baa(HSS)2的形式式存在，预预碳化相相当于除除去了 Ba（HHS）2中的杂杂质，同同时生成成少量质质量较低低的碳酸酸钡产品品，塔底底产出的的液体经经沉降可可得到质质量较低低的碳酸酸钡，沉沉降后的的溶液通通过泵打打入碳化化塔进行行碳化，控控制反应应温度在在90以上，可可得到质质量较高高的碳酸酸钡产品品。在此过程程中，沉沉降池可可做为储储存设备备，当碳碳化塔需需要清洗洗时，预预碳化仍仍然可以以进行，

45、当当预碳化化塔需清清洗时，碳碳化仍然然可以进进行。清清洗碳化化塔时，关关闭尾气气收集阀阀门，清清洗预碳碳化塔时时，关闭闭沉降池池进口阀阀门，即即为清洗洗时各塔塔独立反反应。清清洗周期期可设为为一个检检修周期期。此设计中中影响连连续生产产主要因因素就是是“结疤”问题，因因此可增增大液体体流速，减减小主物物料浓度度，使液液流体能能够及时时带走反反应结晶晶物，减减小结晶晶物在塔塔底的停停留时间间。3.2 设计依依据3.2.1 生生产能力力年产100万吨碳碳酸钡, 工作作时间：3000天/年年, 安安全系数数：1.15,即工作作时间tt=3000*224=77200h。 日生产产能力：3333.333

46、吨/天天，考虑虑安全系系数后：3833.333吨/天天，即115.997吨/小时。3.2.2 原原料规格格硫化钡溶溶液：1145gg/L,窑气：CCO2含量440%，NN2含量50%，其其他气体体含量110%。3.3 工艺计计算3.3.1 物物料衡算算3.3.1.11 反应应物料计计算已知碳化化塔入口口气体含含量：wwCO2240%,出口气体体含量:wCOO25%、wwH2SS36%根据反应应方程可可得： 硫化钡钡溶液年年用量VV=(11000000106/1997.334)1699.399/1455（L）=5.922108L二氧化碳碳用量MM=（115.997106/1997.334）444

47、0%/(440%-5%)=4.007106g/hh二氧化碳碳年耗量量M总=（10000000/1197.34）4440%/(440%-5%)=254481.76t/a窑气年总总用量MM=254481.76/1.9964/40%=3224366.05103m3/a碳化塔的的进气量量M1=324436.05103/72000=45505.01 mm3/h在通入预预碳化塔塔的气体体中，有有5%的的二氧化化碳，反反应时，需需消耗:nBa22+=324436.051035%/1.9964/44=18.77106moll因此硫化化钡溶液液年用量量应为VV=（188.777106169.39/1455）+5

48、.92108L =66.144108L硫化钡溶溶液的流流量V11=6.114108/72000=8.53104L/hh窑气的流流量M22=324436.05103/72000=4.50103 m3/h碳化塔入入口液体体流量VV2=5.922108/72000=8.22104 L/h预碳化塔塔进口气气体流量量M3=(10000000106/1997.334)342/11.4117/336%/72000=9.38103 m3/h碳化塔中中二氧化化碳的吸吸收量MM3=324436.0510335%/72200=15766.755 m3/h预碳化塔塔中硫化化氢的吸吸收量M4=(10000000106/

49、1997.334)34/2/11.4117/772000=8444.336 mm3/h 碳碳化塔中中硫化氢氢的生成成量M5=(10000000106/1997.334)342/11.4117/772000=33377.50 mm3/h由计算可可知：碳碳化塔尾尾气中的的硫化氢氢可供预碳碳化使用用。预碳碳化后的的尾气含含二氧化化碳较低低，而硫硫化氢含含量较高高，因此此可以再再次通入入预碳化化塔中使使用。将将预碳化化塔的尾尾气与碳碳化塔尾尾气按一一定比列列混合后后再次通通入预碳碳化塔中中，可降降低预碳碳化塔进进口中二二氧化碳碳的含量量，使预预碳化进进行更彻彻底，提提高硫氢氢化钡的的产量。在反应中中有

50、水参参与，根根据反应应方程可可知，参参加反应应的水的的总量与与反应生生成的水水的总量量相同，在在各塔的的反应中中，水仅仅作为中中间物质质，而原原料硫化化钡溶液浓浓度较低低，溶液液中的水水足以使使反应顺顺利进行行，所以以反应中中不需要要补给水水。3.3.1.22 预碳碳化塔取取出液含含量计算算：碳酸钡含含量W1=(18.771061977.34/72000)/8.22104（1455+10000）=0.55% 假设预预碳化彻彻底进行行，则硫硫氢化钡钡含量W2=(10000000106/1997.334)2033.466/72000/8.222104（1455+10000）=15.221%3.3.

51、1.3 碳化化塔取出出液含量量计算碳酸钡含含量W3=(10000000106)/72200/ 88.222104（1455+10000）=14.776%在硫化钡钡溶液制制备过程程中含有有一定的的杂质，因因此在预预碳化前前应先除除去大部部分杂质质再通入入塔中，减减少杂质质参加反反应，可可提高产产品纯度度，在碳碳化和预预碳化过过程中，因因反应的的局限性性，可能能含有少少量其他他形式的的钡盐，因因此加入入少量碳碳酸钠脱脱硫，提提高产品品纯度。3.4 热量计计算查资料得得20时，qqnCO22=15557.1922KJ/moll碳化塔内内反应温温度在990以上，所所以得qn=qn-1.6744（t-2

52、0） =115577.1992（900-200）=11090003KKJ/mmol二氧化碳碳溶解量量M3=15776.9991.9964 /444（kmmol/h）=70.39 kmool/hh二氧化碳碳溶解放放热量QQ1=10990033703990=7.6673109KJ/h碳酸钡结结晶热qqn=12216.2899KJ/moll碳酸钡结结晶放热热量Q22=12216.289916106/1977.34=9.86107 KJJ/h总放热量量Q3=7.7772109 KJJ/h水的比热热C=44.022103J/KKg假设水的的比热为为溶液的的比热，则则反应放放出的全全部热量量能使液液体升高

53、高T，T=7.77221012/【8.22104（1455+10000）4.02103】 =20.54出塔液体体温度为为90，通入入换热器器壳层与与进入碳碳化塔的的冷流体体进行接接触，冷冷流体预预热，热热流体冷冷却。碳化塔入入口液体体流量VV2=8.222104 L/h，反应所耗耗水量忽忽略不记记，则碳碳化塔出出口液体体流量应应等于入入口液体体流量。冷流体预预热使温温度升高高至500，再通通入碳化化塔进行行反应，则则液体升升温至990所需热热量Q44=【（88.2221452033.466/1669.339）+8.221.00103】4.00210340 =11.5552109J/hh若用11

54、10的过热热蒸汽来来加热，换换热后冷冷凝水的的温度为为80则所需需蒸汽量量MT=11.5552109/（44.02210330）=12.87tt/h碳化塔的的尾气中中还含有有较多的的热量，因因此可以以通过换换热器与与冷流体体换热，以以降低自自身温度度，并且且还可使使冷流体体预热，以以达到能能源的回回收利用用。3.5 设设备计算算3.5.1回转转炉(基基础数据据)1.生产产规模年产100万吨碳碳酸钡，年年操作时时间72200小小时，安安全系数数：1.152.原料料参数重晶石 含含硫酸钡钡85%、杂质质15%白煤 含碳量量70.98%、灰分分23.4%烟煤 发热量量291185kkJ/kkg/、灰

55、灰分200%3.生产产经验数数据每吨碳酸酸钡重晶晶石消耗耗量折1100%硫酸钡钡为1.6266吨原料配比比：重晶石（1100%BaSSO4）:白白煤（含含碳量884%）=1000:255 (1)重晶石（1100%BaSSO4）:烟烟煤（发发热量2293002kJJ/kgg）=1100:20 (22)4.炉内内化学反反应式BaSOO4+ 2CC=BBaS+2COO2C+O22=COO2(二)设设备工艺艺计算1进炉炉生料计计算进炉重晶晶石量1.622610000000/0.85=19112944.122t/aa考虑安全全系数，则则：19912994.1121.115/772000=300.555t

56、/hh进炉白煤煤量按式式（1）折折算30.5550.885：（00.70089XX/0.84）=1000：255则x=77.699t/hh进炉烟煤煤按式（22）折算算30.5550.885：（2291885Y/293302）=1000：200则y=55.211t/hh进炉生料料量=进进炉重晶晶石量+进炉白白煤量+进炉烟烟煤量=30.55+7.669+55.211=433.455t/hh2.出炉炉熟料量量W1=WWBaSS+W未反反应BaaSO44+W杂质质+W煤粉粉=W* （33）式中W11出炉炉熟料量量，t/hW重重晶石投投料量，330.555t/hx重重晶石含含BaSSO4,855%TBB

57、aSOO4炉内转转化率，665%M白白煤的投投料量，77.699t/hhx1白煤中中灰分含含量，223.44%N烟烟煤投料料量，55.211t/hhX2烟煤中中灰分含含量，220%0.72253为为BaSS/BaaSO44分子量量之比W1=330.555*00.855*0.65*0.772533+300.555*0.85*0.335+330.555*00.155+7.69*0.2234+5.221*00.2=28.75tt/h3.回转转还原炉炉主要计计算式（4）G回回转炉小小时产量量（即熟熟料量），tt/h；L回回转炉的的有效长长度，mm；K系系数，取取0.00480.0056.变（4）式式为

58、：= （55）式中， 为回转转炉长径径比，根根据生产产经验为为1520，取取 =118由（5）式式得：L=188Di=3.888*118=669.88(m)核算回转转炉尺寸寸物料在回回转炉内内停留的的时间按按（6）式式计算：（6）式中 物料料休止角角，取335 S回转转炉的倾倾斜角33%66%，取取4%，相相当于22.2991 n回转转炉的转转速，11r/mmin。 T与与回转炉炉长度及及内径的的关系如如下： (7)核算生产产能力;回转炉小小时产量量前文已述述，根据据设计要要求和消消耗定额额情况，按按（3）式式计算的的熟料量量为288.755t/hh，故回回转炉能能满足生生产要求求。回转炉尾尾

59、气由式式（8）式式所列的的几部分分组成：Vg=VVf+VVe+VVr+VVw+VVo (88)式中 Vg炉尾尾排出废废气量，mm3/kgg； VVf燃料燃燃烧生成成废气量量，m33/kgg； VVe燃料燃燃烧过剩剩空气量量，m33/kgg； VVr生料分分解生成成废气量量，m33/kgg； VVw生料含含水蒸发发生成废废气量，mm3/kgg； VVo漏气量量，m33/kgg。 炉炉气废气气量计算算均以每每公斤熟熟料量为为基准。燃料燃烧烧生成废废气量(9)式中 燃料料燃烧热热值，kkcall/kgg； Gc燃料消消耗量，kkg/kkg燃料燃烧烧过剩空空气量燃料燃烧烧过剩空空气量（10）式中燃料燃燃烧需要要空气量量，m33/kgg；过剩剩空气系系数，取取1.22. 对固体体燃料m3/kkg3生料分分解生成成废气量量（11）式中 Ir生料料燃烧失失量，%； 1.9777标准准状态下下CO22气体的的密度，kkg/mm3。生料量 443.445t/h ,熟料量量 228.775t/hIr=（43.45-28.75）/43.45=33.83%4生料含含水蒸发发生成废废气量（12）式中 干生生料消耗耗量，kkg/kkg WW生料料含水，% 00.8005标准状状态下水水蒸气密密度，kkg/mm3生料含水水以白煤煤、烟煤煤含水量量计，取取8%5漏气量量漏气量可可按出炉炉废气来来那个的的百分数