酸浸渣提硅及堿回收初步设计.doc

酸浸渣提硅制备白炭黑和苛化法碱回收初步设计 前言 酸浸渣提硅制备白炭黑和苛化法碱回收共分三个工段，即酸浸渣碱溶制备高模数水玻璃、水玻璃碳化法生产白炭黑和碳化液苛化回收烧碱。每个工段又由多个工序组成，在初步设计时以系统为单元或按操作过程单列处理。 酸浸渣来自前工段—酸浸提铝，酸浸处理量折干基为：3163kg/h，设计年生产时间为330天，每天分三班，每班8小时制，则年处理折干基量为：2.5万吨。 凡采用板框过滤机进行液固分离的操作，固相水分含量以30%，计，采用离心分离进行液固分离时，固相自由水含量以10%计。需进行升温加热的设备，除特别说明外，均为直接蒸汽加热，蒸汽为0.6Mpa的饱和蒸汽。 第一章 物料平衡 水玻璃的制备 酸浸工段提供的酸浸渣量为：3163kg/h，由于酸浸固液分离采用板框压滤机，故酸浸渣自由水含量取30%，则单位小时处理实物料量为：4519kg。 表1-1 酸浸渣主要成分分析 序号 SiO2（%） Al2O3（%） Fe2O3（%） 其它 1 83.35 3.19 1.39 12.07 2 81.76 6.5 1.73 10.01 3 85.25 7.0 1.84 4.01 平均 83.45 5.56 1.65 9.34 故酸渣碱溶制备水玻璃时，酸渣组份取平均值进行计算。 1.1水玻璃制备工艺过程方框图 1.2 工艺过程描述 开车时，用固体烧碱与酸浸【渣】直接反应得低模数水玻璃，正常生产时，酸浸渣则直接加入到提模反应槽内； 将低模数水玻璃泵入提模反应槽内，直接加入等量的酸浸渣，用于提高碱溶反应所得的低模数水玻璃，经此反应后，水玻璃的模数控制在3.0～3.5之间； 提模反应时间1～1.5h，温度为60～70℃，反应物采用板框压滤机过滤，滤饼不用洗涤，直接返回碱溶反应制备低模数水玻璃，水玻璃的模数由提模反应希望制备的水玻璃模数确定，具体计算时则应综合考虑，即需要通过分析酸渣中硅含量、提模反应中硅的转化率，最终确定碱溶时加碱量，保证碱溶制备的水玻璃模数在所设定范围； 过滤后的提模酸渣直接加入碱溶反应槽，反应液固比为4：1，配液水来自苛化反应回收的稀碱液，根据2）的计算方法，不足的碱量则直接补加固体碱，反应时间为0.5～1h，温度为95～97℃； 碱溶反应过虑采用板框压滤机，滤饼用上次一洗液进行置换，置换液和滤液合并后作为提模反应的原液，滤饼经三次洗涤，洗涤过程为逆流操作，即二洗变一洗液，三洗变二洗液，最后用1.5倍酸浸渣量的清水洗涤，其洗液则为三洗液，经洗涤的滤饼PH在9.5左右，用车转运堆场； 1.3 相关化学反应 提模 主反应：Na2O·xSiO2 ＋SiO2 = Na2O·nSiO2。……………（1） 其中：x=1.8～2.0，n=3.0～3.5。为计算方便取x=2.0、n=3.5。 碱溶 主反应：2NaOH ＋xSiO2 = Na2O·xSiO2 ＋H2O …………（2） 1.4 物料衡算 用于生产白炭黑的水玻璃是通过碱溶和提模两步完成的，二者的关系既独立又密切相关，故物料衡算时作为一个系统考虑。 1.4.1 酸浸渣量的确定 酸浸渣量是由前工段酸浸反应确定的，由酸浸反应工段的物料衡算可知，干基量为3163kg/h，其中含量30%的水份，其量为1356 kg/h。 1.4.2 碱用量 1.4.2.1 计算依据 碱溶反应液固比为4：1，其中水来自苛化反应回收的稀碱液，碱不足时用固体烧碱补充。 碱溶反应硅的收率为60%，最终水玻璃模数为3.5，则整体反应可用下式表示： 2NaOH ＋ 3.5SiO2 = Na2O·3.5SiO2 ＋H2O ………（3） 80 210 272 18 X 0.8345×0.6×3163 Y Z 则，X=603（kg/h） Y=2051（kg/h） Z=136（kg/h） 在酸渣碱溶反应过程中，因其它组份转入碱溶液的量很少，故在物料衡算中不予考虑。产生的碱渣量为： 3163-3163×0.8345×0.6=1579（kg/h） 表1-2碱溶渣化学成份 SiO2（%） Al2O3（%） Fe2O3（%） 其它 66.87 11.14 3.01 18.98 所得水玻璃按下式进行碳化反应，生产白炭黑，经实验测定，其碳化率平均为87%，碳化后固液分离采用离心分离机，故白炭黑中含自由水为10%，结合水平均为0.17。 Na2O·3.5SiO2 ＋CO2 ＋0.17H2O = Na2CO3 ＋ 3.5SiO2·