5000噸氟硅酸鈉車間設(shè)計重點(diǎn)設(shè)計

附：畢業(yè)論文的格式及要求（封面無頁眉及頁碼）江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文5000噸氟硅酸鈉車間設(shè)計（題目：宋體二號加粗居中；“題目”兩個字需去掉）（以下一律用四號宋體）系部商學(xué)院年級2016級專業(yè)XXXXXX學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)老師職稱二〇一X年X月目錄一、緒論 噸氟硅酸鈉車間設(shè)計【摘要】在磷酸工段中,磷礦中的氟大部分以SiF4和HF氣體的形式逸出。由于氟化物對環(huán)境和生態(tài)平衡的危害極大,日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,這迫使生產(chǎn)廠家要對氟化物進(jìn)行處理和回收。氟化物的回收加工,既能使環(huán)境得到保護(hù),又可化害為利、變廢為寶,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。含氟氣體通常用水吸收,生成氟硅酸。以此為原料,可以加工成氟化鋁、氟硅酸鈉、冰晶石多種氟化物鹽類。目前以用于生產(chǎn)氟化鋁和氟硅酸鈉為多。由于我國磷礦資源豐富,中小型磷銨廠和磷肥廠遍布全國各地,氟硅酸產(chǎn)量大，再加上氟硅酸鈉生產(chǎn)的原料食鹽來源廣,流程簡單,操作控制容易,生產(chǎn)成本低,規(guī)模不受限制,因而利用氟硅酸生產(chǎn)氟硅酸鈉的方法目前可以得到廣泛的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】氟硅酸鈉；車間設(shè)計；設(shè)計反應(yīng)；分離一、緒論（一）研究背景和意義由于磷礦一般含有3%左右的氟，在普鈣、重鈣及濕法磷酸的生產(chǎn)過程中常常逸出有毒含氟廢氣，給人體及動植物帶來嚴(yán)重危害。如不加強(qiáng)綜合治理和回收利用，既會污染環(huán)境，也造成資源的浪費(fèi)。將含氟廢氣吸收轉(zhuǎn)化為氟硅酸，在一定程度上解決和控制了有毒氣體的污染和排放，但所生成的氟硅酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性，能夠腐蝕玻璃、碳鋼及其它金屬，對人的皮膚和呼吸器官有腐蝕和毒性。所以，氟硅酸不能作為生產(chǎn)廢水直接外排，只能中和處理達(dá)標(biāo)排放或加工成有市場效益的氟鹽產(chǎn)品。我國目前由磷肥副產(chǎn)的氟硅酸加工的氟鹽品種不到10種，其中發(fā)展較快、規(guī)模較大的產(chǎn)品有氟化鋁、冰晶石、氟硅酸鈉等，還有少量的氟硅酸鉀、氟硅酸鎂和氟化鎂等。目前我國大多數(shù)磷復(fù)肥企業(yè)副產(chǎn)氟硅酸鈉時，均采用氯化鈉法。由于其工藝比較成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，加之原鹽成本相對較低，成為許多企業(yè)的首選。本文以XX化工公司為例，分析5000噸氟硅酸鈉的車間設(shè)計的反應(yīng)和分離技術(shù)，具有一定的現(xiàn)實意義。(二)研究現(xiàn)狀目前，關(guān)于氟硅酸鈉生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)和研究主要是著眼于對現(xiàn)有生產(chǎn)的改善，體現(xiàn)在以下幾個方面:（1）提高Na2SiF6的收率，以期達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。主要措施有：A.提高SiF4的吸收效率，控制較低的吸收溫度、吸收液較低的氟硅酸濃度，吸收設(shè)備保證氣液的良好接觸；B.提高氟硅酸利用率，防止氟硅酸管道、儲槽漏酸、酸槽排污與清理；C.回收處理母液中的氟硅酸鈉；D.增大結(jié)晶粒度及延長結(jié)晶后的沉降時間。這些措施的提出與實施都基于對現(xiàn)有生產(chǎn)條件與狀況的改良。（2）提高氟硅酸鈉的純度，主要是提高H2SiF6的品質(zhì)，主要包括:A.要防止氟硅酸中PZOS,Fe203,SO4含量超標(biāo)，方法是防止旋風(fēng)除沫器回磷酸管阻塞或結(jié)垢、閃蒸室溢流管堵塞等等；B.在氟吸收酸中加入適量活性硅藻土，使F轉(zhuǎn)換為SiFb，并加速氟硅酸的沉降:C.加速貯存氟硅酸中硅膠沉降的工藝條件及絮凝劑研究，減少硅膠對氟硅酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量的影響。（3）防止Na2SiF6結(jié)塊措施。Na2SiF6結(jié)塊主要是按照“吸濕一顆粒表面溶解一水分蒸發(fā)結(jié)晶再析出一顆粒間橋接”的順序循環(huán)，經(jīng)過一段時間而結(jié)塊，為防止結(jié)塊，就需做到:工藝上制備較大而均勻的結(jié)晶顆粒；對結(jié)晶充分洗滌以除去吸附在表面的雜質(zhì)；在低濕度和較低料溫度下包裝；嚴(yán)格按要求堆放，降低儲存壓力。此外還可以在NaSiF6中添加少量防結(jié)塊劑。防結(jié)塊劑有兩類:一是惰性防結(jié)塊劑（如滑石粉、嶺土、膨潤土、白炭黑等），作用原理是覆蓋于Na2SiF6晶體表面，起機(jī)械隔離和吸收晶體表面水分的作用，防止晶體間聯(lián)結(jié)點(diǎn)的形成；二是表面活性劑，作用原理是表面活性劑在晶體表面發(fā)生吸附，形成局部的離散包覆膜，同時表面活性劑降低了溶液的表面張力和固液接觸角，使晶體表面自由能顯著下降，使顆粒之間的粘連作用減弱。（4）降低鹽耗，以期降低生產(chǎn)成本。為防止出現(xiàn)逆反應(yīng)，并盡量回收Na2SiF6，要求鹽過量，在保證氟硅酸鈉收率的同時降低鹽耗。（5）硫酸鈉替代氯化鈉生產(chǎn)Na2SiF6。一是生產(chǎn)廠家少，二是存在問題較多，干法生產(chǎn)粒度較細(xì)，難以控制，有人建議加晶種解決；濕法生產(chǎn)時硫酸鈉易于析出，堵塞管線設(shè)備，需嚴(yán)格控制好鹽液溫度；國內(nèi)有人在研究磷酸中的脫氟效果時認(rèn)為:硫酸鈉優(yōu)于碳酸鈉，是因為對具有同離子效應(yīng)，能促進(jìn)氟硅酸鹽的沉淀，這預(yù)示著硫酸鈉替代可能使得氟硅酸鈉的收率提高。（6）污水回用研究。有的磷肥廠將稀鹽酸水用于磨礦用水，據(jù)稱效益不錯，但對設(shè)備的潛在腐蝕不可忽視；稀硫酸污水在磷酸裝置的回用尚未見報道。也有研究表明，適量的氟硅酸進(jìn)入稀磷酸系統(tǒng)，可減少過濾設(shè)備的結(jié)垢，延長系統(tǒng)的清洗周期，這對氟硅酸鈉替代試驗中適度減少鈉鹽加料系數(shù)，增大氟硅酸根離子濃度提供了依據(jù)。(三)研究內(nèi)容和方法本文采用文獻(xiàn)分析法、案例分析法和數(shù)據(jù)分析法。在大量閱讀與氟硅酸鈉的車間設(shè)計反應(yīng)和分離技術(shù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，通過對貴州XX化工公司5000噸氟硅酸鈉的設(shè)計和分離技術(shù)的研究，得出其工藝流程和設(shè)計方法。二、設(shè)計過程本項目是貴州XX化工公司30萬噸/年磷酸氫二銨工程的配套氟廢氣治理與利用項目。磷酸氫二銨產(chǎn)品生產(chǎn)的主要原料之一是磷礦石，磷礦中含有一定量的氟、硅化合物,在對磷礦進(jìn)行加工制取磷酸氫二銨、過磷酸鈣、萃取磷酸、重過磷酸鈣等時,其中的一部分氟與硅反應(yīng),最終以四氟化硅和氟化氫含氟廢氣形式逸出。磷銨車間萃取磷酸濃縮過程中逸出的含氟廢氣很有利用價值,并多以水吸收,反應(yīng)生成氟硅酸并析出硅膠,然后進(jìn)一步加以利用。磷肥產(chǎn)生中，主要有害物質(zhì)均包括氟廢氣。氟的致毒作用主要表現(xiàn)在對機(jī)體中各種酶發(fā)生作用，影響人體的硬組織和骨組織。磷銨車間中排放的有害氣體主要是含氟氣體SiF4和HF。這些含氟氣體均為有毒氣體，能腐蝕皮膚、玻璃、陶瓷、鉛及其他金屬；對人的呼吸器官有毒害，侵害神經(jīng)系統(tǒng)；含氟廢氣體易與空氣中的水分結(jié)合，形成的酸霧，能毒害農(nóng)作物；含氟氣體被水吸收后，在灌溉農(nóng)田時，氟元素富集到植物的果實中和水生動物體，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。氟的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，幾乎不能單獨(dú)存在，在地球上的分布相當(dāng)廣泛。氟對于人體有利的面非常窄，氟高了以后容易造成氟中毒。當(dāng)前,我國國內(nèi)絕大多數(shù)磷肥廠對含氟廢氣的回收率過低，有的廠甚至因為磷酸濃縮濃度較低,回收的氟硅酸濃度較低而無法利用，只好以石灰乳中和后排放。由此可見，磷肥生產(chǎn)中含氟廢氣的排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。這些作為“三廢”排放的氟、硅污染物，只要經(jīng)過合理有效的利用均可以成為寶貴的化工資源。因此，利用磷銨車間含氟廢氣生產(chǎn)氟硅酸鈉是很有現(xiàn)實意義的。(一)氟硅酸鈉生產(chǎn)工藝原理生產(chǎn)磷酸氫二銨逸出的含氟氣體，采用水吸法將其凈化，由HF和SiF4的物理性質(zhì)可知HF和SiF4都極易溶于水，且溫度越低，其溶解度越大，含氟廢氣的吸收效果也就越好。氟化氫溶于水生成氫氟酸；四氟化硅溶于水則生成氟硅酸，此反應(yīng)過程可以認(rèn)為是分兩步進(jìn)行的，首先四氟化硅與水反應(yīng)生成氟化氫：SiF4+2H2O====4HF↑+SiO2生成的氟化氫繼續(xù)和四氟化硅反應(yīng)，生成氟硅酸2HF+SiF4=====H2SiF6總反應(yīng)式為3SiF4+2H2O====2H2SiF6+SiO2含氟氣體經(jīng)雙輥潑水輪、文丘里、填料塔等吸收裝置吸收后，吸收率可達(dá)到99%以上，當(dāng)氟硅酸溶液的濃度達(dá)到8～12%時（工程經(jīng)驗值：濃度過高，SiF4蒸氣壓大，吸收率急劇降低，而如果濃度過低，則會消耗大量的水）將其澄清精制、去雜質(zhì)后，送入氟硅酸鈉復(fù)分解反應(yīng)器進(jìn)行合成，生成氟硅酸鈉晶體。經(jīng)離心分離并洗滌，然后在氣流干燥器中于300℃以下的溫度進(jìn)行干燥、粉碎、旋風(fēng)分離、脈沖除塵制成符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)氟硅酸鈉，再經(jīng)包裝后即為成品。離心分離后的工藝水的硫酸含量：6—10％，返回磷礦石磨漿或萃取磷酸工序中循環(huán)利用，每噸氟硅酸鈉產(chǎn)品工藝返水量為：約7m3，每小返水量為：1.389t×7m3為：9.723m3。每天返水量為：233.35m3。每天返回的硫酸量折100％計（1噸氟硅酸鈉產(chǎn)生硫酸量：0.52噸，日產(chǎn)氟硅酸鈉量33噸×0.52），約17.16噸/天。磷酸氫二銨生產(chǎn)過程中每年可節(jié)省100％含量硫酸約5148t×500元/t，價值約257.4萬元/年。1、尾氣處理主要設(shè)備及其特點(diǎn)（1）尾氣風(fēng)機(jī)（130000m3／h；30kW）從法國引進(jìn)。萃取槽排放尾氣含氟約5％并含酸霧，腐蝕性強(qiáng)，普通不銹鋼不耐腐蝕。國內(nèi)中小磷鍍廠采用襯膠風(fēng)機(jī)，自法國引進(jìn)的風(fēng)機(jī)葉輪襯天然橡膠，硬度為78Hs，蝸殼襯預(yù)硫化丁基軟膠板，厚度均為4mm。風(fēng)機(jī)葉輪采用前彎葉片，最高轉(zhuǎn)速為979r／min，風(fēng)量50000～130000m3／h，電動機(jī)功率為35kw，電壓6000V，轉(zhuǎn)速1482r／min。采用液壓聯(lián)軸器調(diào)速裝置可正確調(diào)節(jié)風(fēng)量，控制料漿溫度。（2）文丘里洗滌器文丘里洗滌器傳質(zhì)單元數(shù)為3，它具有較高的捕集氣體中固體顆粒的能力，結(jié)構(gòu)簡單投資少，但能耗較高。法商設(shè)計的文丘里喉管氣速較低。喉管直徑為934mm，收縮管長1298mm，擴(kuò)散管長4390mm，材質(zhì)為鋼襯天然硬橡膠，喉管上有6個噴嘴，從法國引進(jìn)，材質(zhì)為聚丙烯。（3）旋風(fēng)噴淋洗滌塔尾氣處理系統(tǒng)采用兩個直徑為3400mm的旋風(fēng)噴淋洗滌塔，兩個塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，第一塔為空塔，內(nèi)設(shè)兩層噴淋層，每層由6個噴嘴構(gòu)成。第一層在7400mm，第二層在9400mm高處。第二塔結(jié)構(gòu)較特殊，見圖3-1。噴淋塔是傳統(tǒng)的洗滌設(shè)備，阻力小。為提高第二塔的洗滌效率，采取了以下四條措施：切線進(jìn)氣，使氣體形成旋風(fēng)式旋轉(zhuǎn)，采用高壓噴嘴噴淋洗滌（0.4～0.6MPa），選用引進(jìn)的聚丙烯噴嘴，采用兩段洗滌。由圖可見，第二旋風(fēng)噴淋洗滌塔是將兩個塔疊在一起，中間用螺旋葉片封閉過渡，上塔的洗滌液不能直接流到下塔，塔內(nèi)共設(shè)4層噴淋層，上下塔各兩層，每層各設(shè)噴嘴6個共24個。圖示安裝位置能獲得最佳洗滌效率。塔內(nèi)最高噴淋層距頂約752mm，該空間作除沫用，塔頂Φ800×300接管作為排氣筒。旋風(fēng)噴淋洗滌塔內(nèi)壁及各部件襯貼一層4mm的預(yù)硫化丁基橡膠板，膠板搭接方向應(yīng)順著氣流方向。圖1旋風(fēng)噴淋洗滌塔（4）聚丙烯噴嘴聚丙烯噴嘴（自法國引進(jìn)）結(jié)構(gòu)見圖3-2，特點(diǎn)是能防止堵塞，利用沖擊、離心作用使液體分散噴淋均勻，范圍廣，效率高。國外用于磷酸和磷酸濃縮氟吸收的噴頭大都是防堵噴嘴，噴嘴借沖擊或離心作用使液體分散，兩種噴嘴均容許采用大的噴口，故可防止硅膠等堵塞。這類噴頭采用聚丙烯材料制作。圖2聚丙烯噴嘴圖2聚丙烯噴嘴2、現(xiàn)有洗滌器的類型目前在磷肥工業(yè)中（用于磷酸、磷銨、重鈣生產(chǎn)中）最普遍使用的洗滌設(shè)有：噴淋塔、填料塔、噴淋錯流洗滌器、噴淋錯流填充床洗滌器、文丘里洗滌器、旋風(fēng)噴淋洗滌器、聯(lián)合洗滌系統(tǒng)。文丘里洗滌器。文丘里洗滌器的結(jié)構(gòu)簡單（見圖3-3），投資少，由于使用的流體都屬于是液體或氣體流速很高，在很短的接觸時間內(nèi)氣體和液體達(dá)到高度混合，所以能耗很高。能量輸入可通過驅(qū)動氣體或水實現(xiàn)。驅(qū)動水能耗也高，故一般多使用氣體驅(qū)動的洗滌器。因為液氣的分散度高，在文丘里洗滌器后面需接上高效除霧系統(tǒng)。在多數(shù)情況下采用旋風(fēng)分離裝置。文丘里洗滌器大多結(jié)合采用噴淋塔或旋風(fēng)分離除霧。據(jù)報道，按照氣體速度18～38m／s或壓力降26.6～33.3kPa（200～250mmHg，表壓）的不同，文丘里本身的傳質(zhì)單元數(shù)為2.4～3.6的數(shù)量級。美國環(huán)境保護(hù)局還要求文丘里的傳質(zhì)單元數(shù)在2～4之間，壓力降較高，約在40～80kPa（表壓）。圖3文丘里洗滌器（2）旋風(fēng)噴淋洗滌器。旋風(fēng)噴淋洗滌器（或洗滌塔）通過將洗滌液噴入流動氣相而提供了大量液～氣接觸表面。切線進(jìn)口使氣體從底部到頂部作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。所產(chǎn)生的離心力消除了洗滌液的大量夾帶，如圖3-4所示盡管這種裝置的吸收能力比一般噴淋塔高，但由于上述文中已提到的原因，它還是有限的。聯(lián)合洗滌系統(tǒng)由于當(dāng)前環(huán)境保護(hù)要求日趨嚴(yán)格，一段洗滌系統(tǒng)常常無法達(dá)到環(huán)保要求，只有多段洗滌系統(tǒng)才能達(dá)到高除氟率要求。最普通的結(jié)合形式是噴淋塔和填料塔組合，也可以是錯流洗滌器和文丘里洗滌器后隨旋風(fēng)噴淋洗滌器。不常用文丘里串聯(lián)，因為其壓力降大，能耗高。圖4旋風(fēng)噴淋洗滌器(二)工藝過程的選擇鑒于HF和SiF4都極易溶于水的特性，本設(shè)計采用水吸凈化法凈化含氟廢氣。濕法凈化技術(shù)采用水,堿性溶液或某些鹽類溶液來吸收含氟廢氣中的氟化物,從而達(dá)到凈化回收的目的,同時還可以得到副產(chǎn)品氟硅酸鈉,冰晶石,氟硅酸等.濕法凈化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于凈化設(shè)備體積小,易實現(xiàn),凈化工藝過程可以連續(xù)操作和回收各種氟化物,凈化效率高,效果好,其缺點(diǎn)是會造成二次污染,在寒冷的地區(qū)還需要保溫措施。生成氟硅酸鈉的過程中干燥是其中的重要階段，本設(shè)計采用氣流干燥技術(shù)。氣流干燥也稱“瞬間干燥”，是固體流態(tài)化中氣相輸送在干燥方面的應(yīng)用。該法是使熱介質(zhì)（空氣、惰性氣體、燃?xì)饣蚱渌麩釟怏w）和待干燥固體顆粒直接接觸，并使待干燥固體顆粒懸浮于流體中，因而兩相接觸面積大，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程，廣泛應(yīng)用于散狀物料的干燥單元操作。1、干燥概述干燥通常是指將熱量加于濕物料并排除揮發(fā)性濕分（大多數(shù)情況下是水），而獲得一定濕含量固體產(chǎn)品的過程。濕分以松散的化學(xué)結(jié)合形式或以液態(tài)溶液存在于固體中，或積集在固體的毛細(xì)微結(jié)構(gòu)中。這種液體的蒸汽壓低于純液體的蒸汽壓，稱之為結(jié)合水分。而游離在表面的濕分則稱為非結(jié)合水分。當(dāng)濕物料作熱力干燥時，以下兩種過程相繼發(fā)生：過程1.能量（大多數(shù)是熱量）從周圍環(huán)境傳遞至物料表面使表面濕分蒸發(fā)。過程2.內(nèi)都濕分傳遞到物料表面，隨之由于上述過程而蒸發(fā)。干燥速率由上述兩個過程中較慢的一個速率控制，從周圍環(huán)境將熱能傳遞到濕物料的方式有對流、傳導(dǎo)或輻射。在某些情況下可能是這些傳熱方式聯(lián)合作用，工業(yè)干燥器在形式和設(shè)計上的差別與采用的主要傳熱方法有關(guān)。在大多數(shù)情況下，熱量先傳到濕物料的表面然后傳人物料內(nèi)部，但是介電、射頻或微波干燥時供應(yīng)的能量在物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量然后傳至外表面。兩個過程為：過程1.液體以蒸汽形式從物料表面排除，此過程的速率取決于溫度、空氣溫度、濕度和空氣流速、暴露的表面積和壓力等外部條件。此過程稱外部條件控制過程。也稱恒速干燥過程。過程2.物料內(nèi)部濕分的遷移是物料性質(zhì)、溫度和濕含量的函數(shù)。此過程稱內(nèi)部條件控制過程。也稱降速干燥過程。整個干燥循環(huán)中兩個過程相繼發(fā)生，并先后控制干燥速率。2、干燥原理、干燥方法（1）外部條件控制的干燥過程（過程1）在干燥過程中基本的外部變量為溫度、濕度、空氣的流速和方向、物料的物理形態(tài)、攪動狀況，以及在干燥操作時干燥器的進(jìn)料方法。外部干燥條件在干燥的初始階段，即在排除非結(jié)合表面濕分時特別重要，因為物料表面的水分以蒸汽形式通過物料表面的氣膜向周圍擴(kuò)散，這種傳質(zhì)過程伴隨傳熱進(jìn)行，故強(qiáng)化傳熱便可加速干燥。但在某些情況下，應(yīng)對干燥速率加以控制，例如瓷器和原木類物料在自由濕分后，從內(nèi)部到表面產(chǎn)生很大的濕度梯度，過快的表面蒸發(fā)將導(dǎo)致顯著的收縮，此即過干燥和過度收縮。這會在物料內(nèi)部造成很高的應(yīng)力，致使物料龜裂或彎曲。在這種情況下，應(yīng)采用相對濕度較高的空氣，既保持較高的干燥速率又防止出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。此外，根莖類蔬菜和水果切片如在過程1中干燥過快，會導(dǎo)致臨界含水量的提高而不利于干燥全過程速率的提高。（2）內(nèi)部條件控制的干燥過程（過程2）在物料表面沒有充足的自由水分時，熱量傳至濕物料后，物料就開始升溫并在其內(nèi)部形成溫度梯度，使熱量從外部傳入內(nèi)部，而濕分從物料內(nèi)部向表面遷移，這種過程的機(jī)理因物料結(jié)構(gòu)特征而異。主要為擴(kuò)散、毛細(xì)管流和由于干燥過程的收縮而產(chǎn)生的內(nèi)部壓力。在臨界濕含量出現(xiàn)至物料干燥到很低的最終濕含量時，內(nèi)部濕分遷移成為控制因素，了解濕分的這種內(nèi)部遷移是很重要的。一些外部可變量可計算用量，通常會提高表面蒸發(fā)速率，此時則降低了重要性。如物料允許在較高的溫度下停留較長的時間就有利此過程的進(jìn)行。這可使物料內(nèi)部溫度較高從而造成蒸汽壓梯度使?jié)穹謹(jǐn)U散到表面并會同時使液體濕分遷移。對內(nèi)部條件控制的干燥過程，其過程的強(qiáng)化手段是有限的，在允許的情況下，減小物料的尺寸，以降低濕分（或氣體）的擴(kuò)散阻力是很有效的。施加振動、脈沖、超聲波有利于內(nèi)部水分的擴(kuò)散，而由微波提供的能量則可有效地使內(nèi)部水分汽化，此時如輔以對流或抽真空則有利于水蒸氣的排除。（3）物料的干燥特性如上所述，物料中的濕分可能是非結(jié)合水或結(jié)合水。有兩種排除非結(jié)合水的方法：蒸發(fā)和汽化。當(dāng)物料表面水分的蒸汽壓等于大氣壓時，發(fā)生蒸發(fā)。這種現(xiàn)象是在濕分的溫度升高到沸點(diǎn)時發(fā)生的，在轉(zhuǎn)筒干燥器中出現(xiàn)的即為此種現(xiàn)象。如果被干燥的物料是熱敏性的，那么出現(xiàn)蒸發(fā)的溫度，即沸點(diǎn)，可由降低壓力來降低（真空干燥）。如果壓力降至三相點(diǎn)以下，則無液相存在，物料中的濕分被凍結(jié)。加熱引起冰直接升華為水蒸氣如冷凍干燥。在汽化時，干燥是由對流進(jìn)行的，即熱空氣掠過物料，將熱量傳給物料而空氣被物料冷卻，濕分由物料傳入空氣，并被帶走。在這種情況下，物料表面上的濕分蒸汽壓低于大氣壓，且低于物料中的濕分對應(yīng)溫度的飽和蒸汽壓，但大于空氣中的蒸汽分壓。選擇適宜的干燥器及設(shè)計干燥器尺寸，必須了解物料對所采用干燥方法的干燥特性（干燥動力學(xué)），物料的平衡濕分及物料對溫度的敏感性，以及由特定熱源可獲得的溫度極限等。物料的干燥特性與采用的干燥方法也有關(guān)，這種特性通常用濕含量和時間函數(shù)，即干燥曲線或干燥速率曲線表示。圖5定性地描述了吸水性物料的典型干燥速率曲線。在第1干燥階段干燥速率是常數(shù)，此時表面含有自由水分。當(dāng)其完全汽化后，濕表面時表面含有自由水分。當(dāng)其完全汽化后，濕表面時表面含有自由水分。當(dāng)其完全汽化后，濕表面一些收縮。在此階段，控制速率的是水蒸氣穿過空氣收縮。在此階段，控制速率的是水蒸氣穿過空氣——濕分界面（氣映）的擴(kuò)散，在此階段的后期，濕分界面可能內(nèi)移，濕分將從物料內(nèi)部因毛細(xì)管力遷移到表面，且干燥速率仍可能為常數(shù)。經(jīng)平均濕含量達(dá)到臨界濕含量時，進(jìn)一步干燥會使表面出現(xiàn)干點(diǎn)。由于以總的物料表面積來計算干燥速率，故干燥速率下降。雖然每單位濕物料表面的干燥速率仍為常數(shù)。這樣就進(jìn)入第2干燥階段或降速干燥階段的第1段，即不飽和表面干燥階段。此階段進(jìn)行到液體的表面液膜全部蒸發(fā)干，這部分曲線為整個降速階段的一部分。圖5恒定干燥條件下的典型干燥速率曲線在進(jìn)一步干燥時（第2降速段或第3干燥階段）由于內(nèi)部和表面的濕度梯度，濕分通過物料擴(kuò)散至表面然后排除，干燥速率受到限制。此時熱量先傳至表面，再向物料內(nèi)部傳遞。由于干濕界面的深度逐漸增大，而外部干區(qū)的導(dǎo)熱系數(shù)非常小，故干燥速率受熱傳導(dǎo)的影響加大。但是，如果干物料具有相當(dāng)高的密度和小的微孔空隙體積，則干燥受導(dǎo)熱的影響就不那么強(qiáng)，而是受物料內(nèi)部相當(dāng)高的擴(kuò)散阻力影響，干燥速率受濕分從內(nèi)部擴(kuò)散到表面，然后由表面的傳質(zhì)所控制。在此階段，某些由吸附而結(jié)合的濕分被排除。最后由于干燥降低了內(nèi)部濕分的濃度，濕分的內(nèi)部遷移速率降低，干燥速率下降比以前更快。在物料的濕含量降至與氣相濕度相應(yīng)的平衡值X*時，干燥就停止。在實踐中，最初的原料可能具有很高的濕含量，而產(chǎn)品可能也要求較高的殘留濕含量，那么整個干燥過程可能均處于等速階段。然而在大多數(shù)情況下，兩種階段均存在。并對難干物料而言，大部分干燥是在降速階段進(jìn)行的。如物料的初始濕含量相當(dāng)?shù)颓乙笞罱K濕含量極低，則降速階段就很重要，干燥時間就很長?？諝馑俣?、濕度、溫度、物料厚度及床層深度對傳熱速率（也及對等速干燥階段）全都重要。當(dāng)擴(kuò)散速率是控制因素時，即在降速階段，干燥速率則隨物料厚度的平方變化，特別當(dāng)需要很長的干燥時間以獲得低的濕含量時，用攪拌、振動等方法，使物料顆?；?、降低切片厚度或在穿流干燥器中采用薄層將有利于降速干燥過程。3、干燥技術(shù)的未來趨勢一般干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢仍將沿著實現(xiàn)有效利用能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量、減少環(huán)境影響、安全操作、易于控制、一機(jī)多用等方向發(fā)展。目前干燥技術(shù)發(fā)展的總趨勢為：1.干燥設(shè)備研制向?qū)I(yè)化方向發(fā)展2.干燥設(shè)備的大型化、系列化和自動化3.改進(jìn)趕照射吧，強(qiáng)化干燥過程4.采用新的干燥方法及組合干燥方法5.降低干燥過程中能量的消耗6.閉路循環(huán)干燥流程的開發(fā)與應(yīng)用7.消除干燥操作造成的公害問題(三)氟硅酸鈉工藝流程簡圖

水硫酸鈉化鹽化鹽水F%<0.1g/m3洗滌洗滌吸收合成過濾吸收合成過濾干燥粉碎干燥粉碎包裝圖6氟硅酸鈉工藝流程圖氟硅酸硫酸鈉溶液復(fù)分回轉(zhuǎn)干燥機(jī)解來自磷肥廠的含氟廢器離心機(jī)粉碎機(jī)吸.收槽..氟硅酸鈉成品圖3-7副產(chǎn)法生產(chǎn)氟硅酸鈉流程圖對圖6和圖7的說明：利用含氟廢氣中的SiF4和HF氣體都易于溶解于水中的特點(diǎn)，首先以水來吸收來自磷肥廠的含氟廢氣。本設(shè)計以食鹽為原料，在化鹽崗位將其制成飽和溶液，進(jìn)入復(fù)分解反應(yīng)器與H2SiF6進(jìn)行合成。其反應(yīng)方程式為：H2SiF6＋2NaCl==Na2SiF6＋2HCl，生成氟硅酸鈉。再經(jīng)過濾、洗滌、干燥和粉碎制成符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的氟硅酸鈉，包裝后即為氟硅酸鈉成品。(四)各崗位操作法1、化鹽崗位操作法（1）崗位任務(wù)本崗位的任務(wù)是制備澄清的飽和硫酸鈉溶液,確保合成崗位用鹽水的需要。（2）化鹽崗位工藝流程示意圖圖8化鹽崗位工藝流程圖1.地磅2.硫酸鈉皮帶機(jī)3.溶鹽池4.截止閥5.隔膜閥6.陶瓷泵（3）對圖8化鹽崗位工藝流程的說明首先將硫酸鈉定量稱量后由（硫酸鈉）皮帶機(jī)輸送到溶鹽池中，將硫酸鈉溶解后充入壓縮空氣并通過截止閥來控制輸入的壓縮空氣量，在溶鹽池中制得飽和硫酸鈉溶液后再由陶瓷泵輸送到鹽水高位槽中，為下一步的合成反應(yīng)做好準(zhǔn)備。2、合成崗位操作法（1）崗位任務(wù)將氟硅酸和硫酸鈉溶液,按照規(guī)定工藝條件,經(jīng)合成反應(yīng)、結(jié)晶、洗滌、固液分離操作,制得符合要求的氟硅酸鈉料漿,供給過濾崗位。（2）合成崗位工藝流程示意圖圖9氟硅酸鈉工段示意圖1.氟硅酸高位槽2.酸虹吸流量計3.結(jié)晶器4.鹽水高位槽5.第一增稠器6.第二增稠器7.緩沖槽8.鹽水濃度測量器9.酸濃度發(fā)訊器10.校量槽11.自來水虹吸槽12.鼓風(fēng)機(jī)13.轉(zhuǎn)子流量計（3）對圖9氟硅酸鈉工段示意圖的說明存儲在鹽水高位槽中的飽和硫酸鈉溶液通過轉(zhuǎn)子流量計來控制其進(jìn)入結(jié)晶器的流量，而氟硅酸高位槽中所存儲的氟硅酸是由酸虹吸流量計來控制氟硅酸進(jìn)入結(jié)晶器的流量。結(jié)晶器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：H2SiF6＋Na2SO4==Na2SiF6＋H2SO4再將Na2SiF6和H2SO4溶液的混合物先后移至第一增稠器和第二增稠器中進(jìn)行增稠，最后經(jīng)過在緩沖槽中進(jìn)行攪拌后將混合液排至過濾崗位。3、過濾崗位操作法圖10干燥工藝流程圖1.電爐2.半成品加料螺旋3.松動器4.半成品料斗5.電動葫蘆6.氣流干燥管7.成品收塵器8.成品星形下料器9.成品大貯斗10.脈沖袋式除塵器11.螺旋12.翻板段氣閥13.包裝螺旋14.磅秤15.變壓排風(fēng)機(jī)16.包裝鼓風(fēng)機(jī)17.冷卻抽風(fēng)機(jī)18.空氣過濾機(jī)19氣水分離器20.空氣貯罐21.集水器氟硅酸鈉半成品從半成品漏斗進(jìn)入氣流干燥管后經(jīng)過電流或熱空氣加熱后送至成品收塵器中，再經(jīng)過成品星型下料斗進(jìn)入成品大貯斗中，最后經(jīng)包裝螺旋制得成品，由磅秤稱量產(chǎn)品。該過程中的氣體經(jīng)脈沖袋式除塵器后一部分放空，一部分存儲在空氣貯罐中。(五)物料衡算1、項目所用的磷礦的組成表1本項目所用的磷礦組成成分P2O5CaOFe2O3Al2O3MgOMnO含量%31.2145.031.181.651.260.02成分灼燒矢量CO2酸不溶物SiO2FSO4含量%4.503.1511.468.662.341.532、本項目生產(chǎn)規(guī)模氟硅酸鈉5000T/a3、本項目的技術(shù)要求生產(chǎn)過程中，磷礦石中的氟40%留在產(chǎn)品的固相中,隨生產(chǎn)磷酸的石膏廢渣或隨污水排出。60%的氟以HF和SiF4的形式從氣相中排出。（1）吸收要求保證混合器，萃取崗位的氣體含氟量<0.18g/m3，排放的尾氣含氟量<0.1g/m3，達(dá)到國家三級排放標(biāo)準(zhǔn)。氟硅酸貯槽：控制氟硅酸濃度在8～15%。（2）干燥要求Na2SiF6含量>98%HCl含量<0.1%HF含量<0.1%成品水分含量<0.01%水不溶物含量<0.5%加料點(diǎn)負(fù)壓>60mmH2O烘干熱空氣入口溫度>400℃（3）每小時生成的Na2SiF6的量每年以300天工作日計，則每小時生產(chǎn)的Na2SiF6的量如下：5000/（30024）=0.694t/小時a.每小時被吸收的F量為：1/6Na2SiF6～1/6H2SiF6～F（1/6）176190.84tG則G=0.694196/176=0.5000tb.根據(jù)本項目要求，在吸收工段中，氟的吸收率為98%，則通過吸收工段的F氣體總量為：F1=0.5000/98%=0.510t有60%的F作為氣體逸出，則總共的氟為：F0=0.510/60%=0.85t則固相的氟含量為：F2=0.85t×40％=0.34t隨廢氣排放到空氣中的氟為：F3=0.510t（1-98%）=0.0102t符合國家關(guān)于含氟廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)。（4）每小時消耗的磷礦總量氟總量0.85t÷磷礦石氟含量按2%計=42.5t磷礦石/小時（5）干燥工段的物料衡算基本假設(shè)a.粒子系圓球形。b.粒子在干燥過程中，由于除去水分而引起粒子的改變及高度的變化略去不計。c.在氣流干燥管中粒子均勻分散懸浮于氣流中，無相互粘貼現(xiàn)象。d.粒子進(jìn)入氣流干燥管后，粒子濃度對其運(yùn)動軌跡的影響略去不計。已知基本參數(shù)：a.物料的基本參數(shù)，生產(chǎn)能力G0=0.180×103kg/h（干基），物料的粒子平均直徑d=200um物料的粒子最大直徑dmax=500um；物料密度ρm=2000kg/m3；物料要求從M1=25%（干基）干燥至M2=0.01%（干基）；物料進(jìn)口溫度tm1=20℃；干物料比熱容Cm=1.26kg/（kg?k）,物料臨界濕含量MC=2%（干基）；平衡濕含量極小，可忽略不計。b.空氣的基本參數(shù)，進(jìn)氣流干燥管的空氣溫度t1=400℃，進(jìn)氣流干燥管的空氣濕含量x1=0.025物料衡算和熱量衡算：a.物料衡算氣體干燥管內(nèi)的物料衡算式為：GC（M1-M2）=L（X1-X2）絕干物料量180kg/h干燥除去水分W=GC（M1-M2）=180×（0.25-0.0001）=44.98kg/h代入上式44.98=L（X2-0.025）b.熱量衡算氣體干燥管被熱量衡算式為：LI1+GC（CM+CWM1）tmi=LI2+GC（CM+CWM2）tm2選定空氣的出口溫度t2=95%假設(shè)物料的出口溫度tm2=80℃對于空氣—水系統(tǒng)運(yùn)用下式I=（1.01+1.88X）t+2490X式中1.01kj/（kg?k）為空氣比熱容，1.88kj/（kg?k）為水蒸氣比熱容，2490kj/（kg?k）為水的汽化潛熱進(jìn)口空氣的焓值為：I1=（1.01+1.88×0.025）×400+2490×0.025=485kj/kg出口空氣的焓值為：I2=（1.01+1.88X2）×95+2490X2=96+2669X2將I1,I2代入熱量衡算式：L×485+180×（1.26+4.186×0.25）×20=L×（96+2669X2）+180×（1.26+4.186×0.0001）×80將物料和熱量衡算式聯(lián)立求解得：L=333.9kg/h；X2=0.16；I2=523.04kj/kgc.校核假設(shè)的物料出口溫度tm2按下式進(jìn)行校核（t2-tm2）=（t2-tw）{rwM2-Cm（t2-tw）（M2/MC）[MCRW/CM（t2-tw）]}/[Mcrw-Cm（t2-tm）]查得tw=61℃；rw=2355kj/kg；Mc=2%代入上式得tm2=81℃與假設(shè)的基本一致，可以不必再試算。H1，H2—— 分別為濕空氣進(jìn)出干燥器時的濕度，Kg/Kg絕干氣X1，X2——分別為兩物料的干基含水量，Kg水分/Kg絕干料濕物料G1中的濕基含水量：W1=8%則:X1=W1/（1-W1）=0.087Kg水分/Kg絕干料干燥產(chǎn)品G2中的濕基含水量:W2=0.10%（暫定）X2=W2/（1-W2）=0.0010Kg水分/Kg絕干料濕物料G1的流量可暫定為4t/h則干燥產(chǎn)品的流量：G2=G1（1-W1）/（1-W2）=4103（1-0.08）]/（1-0.001）=3.68103Kg/h以上圖作水分的衡算，以h為基準(zhǔn)，設(shè)干燥器內(nèi)無物料損失利用公式:W=L（H2–H1）=G（X1-X2）計算有:W——每小時的水分蒸發(fā)量，Kg/hG——每小時絕干物料的流量，Kg/hW=G1（1-W1）（X1-X2）=1389Kg/h=1.389t/h三、結(jié)論磷酸二銨生產(chǎn)過程中的含氟氣體是污染源之一，但同時也是寶貴的氟、硅資源。在磷酸工段中，磷礦中的氟大部分以SiF4和HF氣體的形式逸出。由于氟化物對環(huán)境和生態(tài)平衡的危害極大，日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，這迫使本企業(yè)要對氟化物進(jìn)行處理和回收利用。氟化物的回收加工利用，既能使污染物得到治理，生態(tài)環(huán)境得到保護(hù)，又可化害為利、變廢為寶，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。含氟氣體通常用水吸收，生成氟硅酸，以此為原料，可以加工成氟化鋁、氟硅酸鈉、冰晶石等多種氟化物鹽類。目前用于生產(chǎn)氟硅酸鈉、氟化鋁和冰晶石為多。由于我國磷礦資源豐富，中小型磷銨廠和磷肥廠遍布全國各地，氟硅酸產(chǎn)量大，再加上氟硅酸鈉生產(chǎn)的原料芒硝來源廣，生產(chǎn)氟硅酸鈉后的稀硫酸（硫酸含量8％左右）返回磷礦石濕法制磷酸系統(tǒng)，無廢水、廢渣、廢氣產(chǎn)生；本項目流程精簡，操作控制容易，生產(chǎn)成本低，規(guī)模不受限制，投資少，處理量大，因而利用氟硅酸生產(chǎn)氟硅酸鈉的方法目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國磷肥工業(yè)的發(fā)展，磷酸、普鈣和復(fù)肥生產(chǎn)裝置的大型化，氟硅酸鈉的生產(chǎn)技術(shù)隨之發(fā)展進(jìn)步，裝置規(guī)模不斷提高，具有工藝先進(jìn)，消耗低，控制水平高，生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度低，操作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)先進(jìn)成熟的工藝技術(shù)。XX化工公司采用濕法凈化技術(shù)，使用水溶液吸收含氟廢氣中的氟化物，再進(jìn)一步生產(chǎn)氟硅酸鈉產(chǎn)品，為企業(yè)可實現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，也可以治理氟污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，在節(jié)能減排、資源循環(huán)利用、和污染源治理等方面都具有顯著意義！

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