聚合硫酸鋁年產(chǎn)量萬噸概要設計說明
項目名稱： 10000（5000）T/n-(聚合)硫酸鋁項目
建議單位：鞏義市佰科水處理材料有限公司
地 址：中國鞏義
項目負責：佰科公司工程部
編 制：張固濤
編制日期：2010年12月18日
鞏義市佰科水處理材料有限公司
目 錄
0.摘要………………………………………………………………1
1.總論………………………………………………………………1
2.生產(chǎn)方法概述及選擇……………………………………………4
3.工藝生產(chǎn)流程……………………………………………………4
4.設計依據(jù)…………………………………………………………5
5.工藝計算…………………………………………………………6
6設備選型…………………………………………………………11
7.安全生產(chǎn)與工廠選址及車間布置………………………………14
8.三廢處理及副產(chǎn)品的綜合利用…………………………………17
9.除鐵工藝…………………………………………………………18
10.經(jīng)濟核算…………………………………………………………19
11.參考文獻…………………………………………………………20
0.【摘 要】
本文概述并簡單介紹了(聚合)硫酸鋁的生產(chǎn)方法，對(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)及工序進行了設計，同時介紹了車間廠房的布置依據(jù)以及(聚合)硫酸鋁除鐵的方法
關鍵詞：(聚合)硫酸鋁 生產(chǎn)方法 工藝設計 除鐵技術
1 總論[1]
1.1(聚合)硫酸鋁概述
化學品中文名稱： (聚合)硫酸鋁
分子式： Al2(SO4)3
分子量： 342.20
熔點(℃)： 770(分解)
相對密度(水=1)： 2.71
外觀與性狀：白色晶體, 有甜味。
溶解性： 溶于水，不溶于乙醇等。
危險性：對眼睛、粘膜有一定的刺激作用。誤服大量(聚合)硫酸鋁對口腔和胃產(chǎn)生刺激作用。
皮膚接觸： 脫去污染的衣著，用流動清水沖洗。
眼睛接觸： 提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。
吸入： 脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。如呼吸困難，給輸氧。就醫(yī)。
食入： 飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。
儲存注意事項：儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與氧化劑分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應備有合適的材料收容泄漏物。
1.2 作用與用途
(聚合)硫酸鋁的D1大用途是在造紙中，大約占(聚合)硫酸鋁總產(chǎn)量的50％。它在這里有四種用途：即施膠、調pH值、澄清加工過程中用水及做媒染劑。由于(聚合)硫酸鋁施膠為酸性施膠，紙張長期貯存易變黃、變脆，故只能用于低檔紙。目前國外造紙技術由酸性施膠向中性施膠及堿性施膠轉變，而不用或少用(聚合)硫酸鋁，中性及堿性施膠劑已開始大量進入市場；國內已有少數(shù)城市能生產(chǎn)中性及堿性施膠劑。因此，盡管國內造紙產(chǎn)量有待增加，但未來造紙用(聚合)硫酸鋁消耗量增加不會太大。
(聚合)硫酸鋁的第二大用途是在飲用水、工業(yè)用水和工業(yè)廢水處理中做絮凝劑，大約占(聚合)硫酸鋁總產(chǎn)量40％。當向這類水中加入(聚合)硫酸鋁后，可以生成膠狀的、能吸附和沉淀出細菌、膠體和其他懸浮物的氫氧化鋁絮片，用在飲用水處理中可控制水的顏色和味道。但近年來，隨著聚合氯化鋁、聚合(聚合)硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸(聚合)硫酸鋁、有機高分子絮凝劑等的不斷出現(xiàn)，占領了凈水劑不少市場。尤其是近年來關于飲用水中存在鋁離子會損害健康的觀點流行，如人為(聚合)硫酸鋁殘留在水中的高濃度殘余可溶性鋁是骨質疏松和早老性癡呆的誘發(fā)劑，所以使其在飲用水中用量受到了限制。
(聚合)硫酸鋁的其他用途包括染色的媒染劑、凈化脂肪和油類、藥物化妝品、滅火劑、鞣革以及生產(chǎn)各種復式鋁鹽。在美國(聚合)硫酸鋁在絕熱材料、絕緣材料方面正得到越來越廣泛的應用。
綜述：
①(聚合)硫酸鋁是優(yōu)良的、凈化劑，大約有一半以上的(聚合)硫酸鋁產(chǎn)品用作造紙工業(yè)的水處理劑。還可用作白色皮革的鞣劑、雨衣的上漿劑、醫(yī)藥的收斂劑、油脂的澄清劑、防火材料、石油精制的除臭脫色劑，在化學工業(yè)中用于制造催化劑等。
②聚氯化鋁是優(yōu)良的絮凝劑、水處理劑。
③(聚合)硫酸鋁鉀（鉀明礬即明礬）、(聚合)硫酸鋁銨（銨明礬）是重要的凈水劑，(聚合)硫酸鋁鉀還可用作造紙的上漿劑、印染的媒染劑和醫(yī)藥。
④硅酸鋁、硝酸鋁、碘化鋁均可作化學工業(yè)的催化劑，硅酸鋁還可作涂料的。
⑤磷酸二氫鋁是的，電氣絕緣材料等。
⑥偏磷酸鋁用作高溫絕緣粘合劑、釉藥和用來制特種玻璃。
⑦氫氧化鋁是制造其他鋁化合物的原料，還可作醫(yī)藥。
1.3 發(fā)展前景及存在的問題
目前(聚合)硫酸鋁產(chǎn)品的品種結構尚不能滿足國內外市場的需求，特別是高氧化鋁產(chǎn)品和高效聚合產(chǎn)品。例如，(聚合)硫酸鋁已大于市場需求，而其他附加值較高、市場增長較快的聚合(聚合)硫酸鋁、聚合硅酸(聚合)硫酸鋁、無鐵(聚合)硫酸鋁等產(chǎn)品的產(chǎn)量還有待于提高，有些尚在實驗階段。尤其值得注意的是聚合硅酸(聚合)硫酸鋁（PASS），其化學式為：AlA(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E,它是(聚合)硫酸鋁的更新?lián)Q代產(chǎn)品。在造紙工業(yè)中，由于它酸性小，不腐蝕設備，即可以用于中性或堿性施膠，還可以增加陽離子淀粉或碳酸鈣的滯留能力，同時提供大量的填充形Al2O3和SiO2，提高紙漿白度和施膠度。在凈水工業(yè)中，特別適合高濁水和低溫，低濁水的處理和脫色，而且被處理水中殘留鋁量低。此產(chǎn)品美、日在九十年代初開始大批量進入市場，我國1994年開始研制，擁有著廣闊的發(fā)展前景。此外，在(聚合)硫酸鋁的應用方面國外已廣泛將其應用于絕熱材料及絕緣材料當中，國內尚需對其應用進行開發(fā)和研究。
(聚合)硫酸鋁工業(yè)存在良好發(fā)展前景的同時也存在著許多問題。首先，近年來一些企業(yè)盲目倉促上馬導致規(guī)劃欠周到，設計不合理，設備不配套，產(chǎn)量質量都無法達到初衷要求。而由于(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)設備的一次性投入比較大無法按期收回成本進行技術改造革新導致低水平發(fā)展現(xiàn)象嚴重。此外由于部分生產(chǎn)廠家規(guī)模較小，經(jīng)濟效益差導致產(chǎn)品積壓嚴重、投資無法收回，使企業(yè)背上沉重的經(jīng)濟包袱。產(chǎn)量快速增長，應用開發(fā)滯后，競相壓價也是目前(聚合)硫酸鋁工業(yè)存在的嚴重問題之一。
2. 生產(chǎn)方法概述及選擇
2.1鋁土礦化學加工方法概述
鋁土礦是冶金工業(yè)、的重要原料，用化學方法可將鋁土礦加工成一系列的鋁化合物。已發(fā)現(xiàn)的含鋁礦物約有250種，（其中硅鋁酸鹽礦約占40％）,工業(yè)價值較大的是鋁土礦,主要成分是,還含有二氧化硅、氧化鐵、水等。鋁土礦有一水硬鋁石( -Al2O3-H2O)、一水軟鋁石(γ-Al2O3-H2O)和三水鋁石(Al2O3-3H2O)等類型。世界鋁土礦儲量超過20Gt,澳大利亞、幾內亞、巴西、印度、牙買加和喀麥隆的儲量占世界總儲量的3/4以上。中國的鋁土礦儲量也十分豐富,而且品位高。鋁土礦主要開采國有澳大利亞、幾內亞、牙買加、巴西、蘇里南、南斯拉夫、希臘、圭亞那、印度、法國、美國等。1981年，世界開采量為77.5Mt。
鋁土礦的加工方法主要有酸法、堿法和氯化法。酸法主要用來制取相應酸的鋁鹽（主要是(聚合)硫酸鋁），堿法主要用來制取氫氧化鋁，從氧化鋁、氫氧化鋁可進一步加工成各種鋁化合物和金屬鋁
（見圖[鋁土礦化學加工產(chǎn)品衍生關關系] ）
鋁土礦化學加工產(chǎn)品衍生關關系圖
一、酸法：主要用來制(聚合)硫酸鋁。要求鋁土礦中氧化鋁的含量高于56％,氧化鐵含量低于3％。硫酸分解鋁土礦常用的方法有：
①焙燒酸解法：將焙燒（使鋁土礦脫水和活化）過的鋁土礦粉加入帶有攪拌的酸解槽中酸解，硫酸活化）過的鋁土礦粉加入帶有攪拌的酸解槽中酸解，硫酸濃度控制在55％～60％，反應式為：
Al2O3+3H2SO4─→Al2 (SO4)3 +3H2O
將酸解漿液放入沉降槽中進行固液分離，再經(jīng)濃縮熔融，得到含18個分子結晶水的固體(聚合)硫酸鋁。如將熔融的(聚合)硫酸鋁流入結片機則得片狀(聚合)硫酸鋁。
②加壓酸解法：與焙燒酸解法的區(qū)別在于鋁土礦粉無需進行焙燒，直接裝入帶攪拌的、壓力為0.3MPa左右的加壓釜中,反應6～8h，漿液送入沉降槽。加壓酸解法能耗低、工藝簡單，被廣泛采用。為了制取適于造紙用的無鐵(聚合)硫酸鋁，可采用無鐵氫氧化鋁原料或用萃取法除鐵。
二、堿法： 堿法分為加壓堿解法、燒結法和聯(lián)合法等多種。
①加壓堿解法（或稱拜耳法）：用來制取氫氧化鋁。該法要求鋁土礦中氧化鋁含量大于40％，二氧化硅小于5％,通常Al2O3:SiO2≥7～8。將鋁土礦粉加入壓力釜中與燒堿液反應，生成偏鋁酸鈉，反應式為：
Al2O3+2NaOH─→2NaAlO3+H2O
原料為三水鋁石型時，反應溫度為120～140℃，原料為一水硬鋁石型時，反應溫度為240～260℃，以獲得較高的轉化率。若鋁土礦中含有少量的二氧化硅，則需加入少量石灰以減少堿的消耗。將生成的偏鋁酸鈉與殘渣分離，進一步精制，將精制后的偏鋁酸鈉液加酸水解即可得到氫氧化鋁。此法工藝簡單、投資少、成本低、產(chǎn)品質量好，是廣泛采用的方法，但礦石的適應性稍差，特別是含硅量高的礦石難以加工。
②燒結法: 可將含硅量高的鋁土礦加工成偏鋁酸鈉。將鋁土礦粉與純堿、石灰石混合后在回轉窯內焙燒，使鋁土礦中的氧化鋁與純堿反應生成偏鋁酸鈉，加入的石灰石與二氧化硅生成硅酸鈣,以減少鈉的損失,反應式為：
Al2O3+Na2CO3─→2NaAlO3+CO
SiO2+CaCO3─→CaSiO2+CO
經(jīng)浸取、過濾、洗滌得偏鋁酸鈉溶液，進一步加工的方法與堿解法相同。
③聯(lián)合法: 將加壓堿解法與燒結法并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)來加工鋁土礦，以使工藝更為合理。
三、氯化法：用以制備無水三氯化鋁，此法對鋁土礦的質量要求高，礦中硅、鐵的含量越低越好。將鋁土礦粉焙燒后與高質煤混合，加入粘結劑造粒、干燥，在氯化塔中于850～950℃下，通入氯氣和空氣進行氯化，反應式為：
Al2O3+3C+3Cl2─→2AlCl3+3CO
氯化塔用固定床或沸騰床。氯化鋁呈氣態(tài)逸出，其中夾有少量雜質，經(jīng)冷卻、精制可得無水三氯化鋁。
2.2 生產(chǎn)工藝及設備概述
(聚合)硫酸鋁整個生產(chǎn)過程已基本定型，工藝已進入成熟期。國內外(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)原料主要以鋁土礦、氫氧化鋁為主。國外主要以生產(chǎn)液體(聚合)硫酸鋁為主，國內主要以生產(chǎn)固體(聚合)硫酸鋁為主。(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)工藝分為連續(xù)法和間歇法。美國、日本用連續(xù)法生產(chǎn)的廠家占多數(shù)，國內全部采用間歇法生產(chǎn)，并在間歇法生產(chǎn)的單元工序上加以改進。在生產(chǎn)水平上，原料由焙燒常壓反應發(fā)展到一步加壓反應，在濃縮工序蒸發(fā)器由搪鉛排管發(fā)展到鈦管陽極保護，使設備使用壽命由原來的一年延長到十年。1997年山東淄博制酸廠的科技人員又提出了外加熱式鈦管蒸發(fā)器用于(聚合)硫酸鋁生產(chǎn)的開發(fā)實驗，這將為(聚合)硫酸鋁濃縮工序連續(xù)化生產(chǎn)開辟光明的前景。另外有的廠使用銅制蒸發(fā)器，其使用壽命也在一年以上，且換熱器表面無結垢現(xiàn)象。在結晶工序許多企業(yè)用滾筒結晶機、鋼帶結晶機代替了原來的結晶池，即減輕了工人的勞動強度，又提高了產(chǎn)品質量。在沉降工序采用逆流增濃倒槽洗滌，在計量包裝工序實行自動計量包裝。在設備防腐方面，原來搪鉛的毒害作業(yè)逐漸被耐酸瓷板防腐、鑄石材料防腐所取代，另外一些廉價的耐腐蝕設備配件，如鑄石閥門、管路陶瓷泵、搪玻璃管、襯四氟塑料閥門等也在該行業(yè)得到廣泛的開發(fā)利用，并受到顯著效果。在三廢治理方面，通過多年努力，產(chǎn)品廢渣在水泥工業(yè)得到了廣泛的應用，并取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。[1]
2.2 生產(chǎn)工藝選擇
根據(jù)現(xiàn)有的工藝成熟條件，我建議選用以鋁土礦為主要原料，采用酸法生產(chǎn)固體(聚合)硫酸鋁產(chǎn)品。由于不同礦區(qū)鋁土礦的品位不同，所以生產(chǎn)前對(聚合)硫酸鋁制備的工業(yè)條件也不同，我國(聚合)硫酸鋁工業(yè)通常采用煅燒型，水蒸氣加壓型，加壓加熱型等。由于本設計主要考慮本地區(qū)的工藝生產(chǎn)條件，所以采用高溫且在一定壓力下的反應工藝。
硫酸與鋁土礦反應制備(聚合)硫酸鋁的反應式為：
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O
此法鋁土礦在高溫高壓下反應，產(chǎn)品收率較高。
3 工藝生產(chǎn)流程
3.1 反應原理
化學反應方程式：
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O
3.2 生產(chǎn)流程
詳情見《鋁土礦-硫酸生產(chǎn)(聚合)硫酸鋁工藝流程圖》
1.鋁土礦的粉碎
原礦經(jīng)過鱷式破碎機的D1次破碎后，再經(jīng)過球磨機的第二次破碎，使其礦粉的顆粒大約在80～90目之間。
2.鋁土礦的酸解
在反應釜中投入礦體粉末，并注入98％的濃硫酸及水使硫酸濃度降低到55％，同時不斷攪拌，并控制壓力在2kgf/cm2左右使之反應。
3.(聚合)硫酸鋁溶液的沉降
使用真空壓縮機將反應釜中的液體壓出，引入沉降鍋中使之沉降，且加入聚丙烯酰胺作為沉降劑。經(jīng)過五次沉降后，將沉降合格清液抽至中和鍋。
使用真空壓縮機將反應釜中的液體壓出，引入沉降鍋中使之沉降，且加入聚丙烯酰胺作為沉降劑。經(jīng)過五次沉降后，將沉降合格清液抽至中和鍋。
4.(聚合)硫酸鋁溶液的中和
準確分析清液的酸堿度和鹽基度后。準確中和酸性鋁液和堿性鋁液，使中和后的Al2(SO4)3溶液不溶物≤0.25％，鹽基度（按Al2O3g/l）保持在0.1～0.4，然后抽入濃縮高位槽。
5.濃縮
采用水蒸汽加熱法，將水蒸汽通入列管換熱器。加熱濃縮時，需使溶液浸沒換熱管。
6.結晶
當濃縮后的(聚合)硫酸鋁溶液濃度達到53％時，即可出料，將溶液放入結晶池結晶。
7.破碎、包裝
將(聚合)硫酸鋁通過破碎機破碎后，即可包裝成產(chǎn)品。
4 設計依據(jù)
4.1 設計生產(chǎn)能力
年產(chǎn)(聚合)硫酸鋁 10000噸
年生產(chǎn)日 300天
日產(chǎn)(聚合)硫酸鋁 5000/250=33.33噸
采用3班間歇式生產(chǎn) 33.33/3=11.11噸/次
4.2 原料組成
4.2.1硫酸
俗稱：98酸
分子式：H2SO4 分子量：98.08
物化性質：濃硫酸是一種無色、無臭、透明的油狀液體，20ºC時的密度為1.836g/cm3，結晶溫度為0.7ºC，它可以與水任 何比例混合并放出大量熱。它具有強烈的腐蝕性、氧化性、吸水性，能與多種金屬和非金屬發(fā)生作用。
質量標準：GB 534—89
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指標名稱
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指 標
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||
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優(yōu)等品
|
一等品
|
合格品
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|
|
硫酸(H2SO4)含量，%≥
|
98.0
|
98.0
|
98.0
|
|
灰分，%≤
|
0.03
|
0.03
|
0.10
|
|
鐵(Fe)含量%≤
|
0.010
|
0.010
|
—
|
|
砷(As)含量%≤
|
0.0001
|
0.005
|
—
|
|
鉛(Pb)含量%≤
|
0.01
|
—
|
—
|
|
透明度，mm≥
|
50
|
50
|
-
|
|
色度，ml≤
|
2.0
|
2.0
|
-
|
包裝及儲運：
1、應裝于專用的槽車(船)內運輸，并定期清洗；
2、也可裝入瓷壇 (或其他耐酸包裝容器內)運輸、酸壇置于木箱內、壇周圍襯草、刨花或細爐渣等物，壇蓋用耐酸材料密封；
3、包裝容器上應貼有腐蝕性物品標志；
4、裝運硫酸的容器，應按硫酸濃度與溫度選用適當?shù)牟馁|。
4.2.2鋁土礦
鋁土礦（質量百分組成如下）
Al2O3 39.5％
雜質 60.5％
溶出率 89.4%
鋁礬土
1、概述：
鋁礬土是用來生產(chǎn)氧化鋁和鋁的一種自然界存在的不均勻的物質。鋁礬土的主要成份包括三水鋁礦、薄水鋁礦和水鋁石。
2、用途：
全球開采出來的鋁礬土，超過85％是用來生產(chǎn)氧化鋁，繼而生產(chǎn)金屬鋁。10％用于生產(chǎn)非金屬使用的氧化鋁，剩余的用于非冶練鋁礬土應用。
3、分布：
澳大利亞是世界上擁有鋁礬土資源較多的國家，其次是幾內亞，巴西，牙買加，中國，印度。我國山西省鋁礬土資源較多，其儲量占全國儲量的41%，貴州、廣西、河南次之；生產(chǎn)鋁礬土熟料主要在山西、河南和貴州，次為湖南、廣西等地區(qū)。
4、鋁礬土熟料：
耐火材料行業(yè)所稱的鋁礬土通常是指煅燒后Al2O3>=48%、而含F(xiàn)e2O3較低的鋁土礦，高鋁礬土熟料是經(jīng)過煅燒的鋁礬土礦。熟料為灰白淺黃及深灰色，它主要用于高鋁質耐火材料，也可用來制作電熔棕剛玉。 高鋁礬土熟料是按AL2O3含量及Fe2O3、TiO2、CaO+MgO、K2O+Na2O等雜質含量和熟料體積密度與吸水等項指標來分級的。
5、鋁土礦及鋁礬土熟料標準:
鋁土礦石YB/T5057-93
本標準適用于供生產(chǎn)氧化鋁、剛玉型研磨材料和高鋁水泥等用的由
含水氧化鋁、氧化鎂與氧化硅等所組成的鋁土礦石。
1）、產(chǎn)品按其化學成分分為七個品級，各級應符合表的規(guī)定：表11
鋁礬土是用來生產(chǎn)氧化鋁和鋁的一種自然界存在的不均勻的物質。鋁礬土的主要成份包括三水鋁礦、薄水鋁礦和水鋁石。
2、用途：
全球開采出來的鋁礬土，超過85％是用來生產(chǎn)氧化鋁，繼而生產(chǎn)金屬鋁。10％用于生產(chǎn)非金屬使用的氧化鋁，剩余的用于非冶練鋁礬土應用。
3、分布：
澳大利亞是世界上擁有鋁礬土資源較多的國家，其次是幾內亞，巴西，牙買加，中國，印度。我國山西省鋁礬土資源較多，其儲量占全國儲量的41%，貴州、廣西、河南次之；生產(chǎn)鋁礬土熟料主要在山西、河南和貴州，次為湖南、廣西等地區(qū)。
4、鋁礬土熟料：
耐火材料行業(yè)所稱的鋁礬土通常是指煅燒后Al2O3>=48%、而含F(xiàn)e2O3較低的鋁土礦，高鋁礬土熟料是經(jīng)過煅燒的鋁礬土礦。熟料為灰白淺黃及深灰色，它主要用于高鋁質耐火材料，也可用來制作電熔棕剛玉。 高鋁礬土熟料是按AL2O3含量及Fe2O3、TiO2、CaO+MgO、K2O+Na2O等雜質含量和熟料體積密度與吸水等項指標來分級的。
5、鋁土礦及鋁礬土熟料標準:
鋁土礦石YB/T5057-93
本標準適用于供生產(chǎn)氧化鋁、剛玉型研磨材料和高鋁水泥等用的由
含水氧化鋁、氧化鎂與氧化硅等所組成的鋁土礦石。
1）、產(chǎn)品按其化學成分分為七個品級，各級應符合表的規(guī)定：表11
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品級
|
化學成分
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用途舉例
|
|
|
Al2O3:SiO2
(鋁硅比)
不小于
|
Al2O3 %
不小于
|
||
|
一級品
|
12
|
73
69
66
60
|
剛玉型研磨材料
高鋁水泥、氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
|
二級品
|
9
|
71
67
64
50
|
高鋁水泥、氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
|
三級品
|
7
|
69
66
62
|
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
|
四級品
五級品
六級品
七級品
|
5
4
3
6
|
62
58
54
48
|
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
氧化鋁
|
注：一~六級品適用于一水硬鋁石型礦石；七級口適用于三水鋁石型礦石。
2）、根據(jù)鋁土礦其他質量指標，分為不同類型，列于表2。表2
|
鋁礬土類型
|
質量指標名稱
|
質量指標值，%
|
|
低鐵型
含鐵型
中鐵型
高鐵型
|
Fe2O3
|
<3
3~6
6~15
>15
|
|
低硫型
中硫型
高硫型
|
S
|
<0.30
0.30~0.80
>0.80
|
3）、用作高鋁水泥的鋁土礦石，其中含
Fe2O3<2.5%,TiO2<3.5%,R2O<1.0%,MgO<1.0%。
4）、用作剛玉型研磨材料的鋁土礦石，其中含
FeO3<5.0%,Al2O3/SiO2>=15,TiO2<5.0%,CaO+MgO<=1.0%
５）、鋁土礦石塊度不得大于400mm。用作剛玉型研磨材料時，其塊度為20~300mm。
６）、鋁土礦石中不得混入粘土、石灰?guī)r等外來雜物優(yōu)質高鋁礬土熟料
YB/T5179-93本標準適用于耐火材料用的高鋁礬土熟料產(chǎn)品。
1）、產(chǎn)品按理化指標分為下列牌號。
|
牌號
|
化學組成%
|
體積密度 g/cm
|
吸水率 %
|
||||
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
Ti2O
|
CaO+MgO
|
K2O+Na2O
|
|||
|
GA1-88
|
≥88
|
≤1.5
|
≤4.0
|
≤0.4
|
<=0.4
|
≥3.15
|
≤4
|
|
GA1-85
|
≥85
|
≤1.8
|
≤4.0
|
≤0.4
|
<=0.4
|
≥3.10
|
≤4
|
|
GA1-80
|
≥80
|
≤2.0
|
≤4.0
|
≤0.5
|
≤0.5
|
≥2.90
|
≤5
|
|
GA1-70
|
>70-80
|
≤2.0
|
-
|
≤0.6
|
≤0.6
|
≥2.75
|
≤5
|
|
GA1-60
|
>60-70
|
≤2.0
|
-
|
≤0.6
|
≤0.6
|
≥2.65
|
≤6
|
|
GA1-50
|
>50-60
|
≤2.5
|
-
|
≤0.6
|
≤.6
|
≥2.45
|
≤6
|
4.3 各物質的分子量
|
序號
|
名稱
|
分子量
|
|
1
|
硫酸
|
98.08
|
|
2
|
水
|
18
|
|
3
|
三氧化二鋁
|
102
|
|
4
|
(聚合)硫酸鋁
|
342
|
4.4 原料投入
鋁土礦5.1噸
硫酸 5.2噸
5 工藝計算[7,8,9]
物料衡算
(一) 酸解段
(1) 進料量:
每次投礦的組成(含量):
Al2O3 5.1×39.5%×89.4%=1.8噸
不溶物 5.1×(1－39.5%×89.4%)=3.3噸
投入硫酸的組成(含量):
H2SO4 5.2×98%=5.09噸
H2O 5.2×(1－98%)=0.11噸
使98%硫酸稀釋成55%硫酸的用水量4噸。
(2) 出料量
根據(jù)反應式:
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O
得到酸解過程總物料衡算表:
表1 酸解段物料衡算表
|
入料
|
出料
|
||||
|
物料名稱
|
組成
（%）
|
質量
(噸)
|
物料名稱
|
組成
（%）
|
質量
(噸)
|
|
硫酸
|
98
|
5.2
|
(聚合)硫酸鋁
|
100
|
6.1
|
|
鋁土礦
|
39.5
|
5.1
|
水
|
100
|
4.9
|
|
工業(yè)水
|
100
|
4
|
雜質
|
-
|
3.3
|
|
合計
|
|
14.3
|
合計
|
|
14.3
|
(二) 沉降中和段
(1) 進料量
(聚合)硫酸鋁 6.1噸 水 4.9噸 雜質 3.3噸
表2 不同百分比濃度(聚合)硫酸鋁溶液在25℃下密度[9]
|
序號
|
密度
(×103kg/m3)
|
百分比濃度
(%)
|
|
1
|
1.1062
|
10
|
|
2
|
1.1293
|
12
|
|
3
|
1.1529
|
14
|
|
4
|
1.1770
|
16
|
|
5
|
1.2017
|
18
|
|
6
|
1.2272
|
20
|
|
7
|
1.2534
|
22
|
|
8
|
1.2803
|
24
|
|
9
|
1.3079
|
26
|
|
10
|
1.3204
|
28
|
表3 (聚合)硫酸鋁生產(chǎn)工藝對沉降過程的波美度要求
|
一次沉降
|
二次沉降
|
三次沉降
|
四次沉降
|
五次沉降
|
|
35
|
20
|
10
|
5
|
2
|
用清液儲槽中濃度為4%的清液打底使料液波美度至35Bé。
在數(shù)值上ρ=144.3/(144.3－Bé)
ρ=144.3/(144.3－Bé)=144.3/(144.3－35)=1.320×103kg/m3
由表2查得料液加入4%清液后濃度變?yōu)?8%
設加入的4%清液的量為X
則 X=（6.1+4%X）/28%－(6.1+4.9)
=12.5噸
抽取上層清液11.55噸后進入二次沉降工序并加4%清液使波美度至20 Bé。
同理可求得: 料液濃度: 15%
加4%清液量: 13.8噸
抽取上層清夜11.55噸后進入三次沉降工序并加4%清液使波美度至10 Bé。
同理可求得: 料液濃度: 8%
加4%清液量: 24.3噸
抽取上層清夜11.55噸后進入四次沉降工序并加水使波美度降至5 Bé。
可求得： 料液濃度: 5%
加水量: 16.02噸
抽取上層清液25.3噸進入清液儲槽后進入五次沉降工序并加水使波美度降至2 Bé。
可求得： 料液濃度: 3%
加水量: 23.16噸
抽取清夜25.3噸進入清液儲液槽后將五次沉降后的剩余料液排空。
由上可知沉降工序的總加水量為:
16.02+23.16=39.18噸
加入4%清液量為：
12.5+13.8+24.3=50.6噸
(2) 出料量
(聚合)硫酸鋁:
入濃縮: 11.55×（28%+15%+8%）=5.89噸
損失: 6.1－5.89=0.21噸
水:
入濃縮: 11.55×3－5.89=28.76噸
排放: 4.9+39.18－28.76=15.32噸
3%清液：25.3噸
5%清液：25.3噸
雜質(排放): 3.3噸
表4 沉降段物料衡算表
|
入料
|
出料
|
||||
|
物料名稱
|
組成
（%）
|
質量
(噸)
|
物料名稱
|
組成
（%）
|
質量
(噸)
|
|
(聚合)硫酸鋁
|
100
|
6.1
|
(聚合)硫酸鋁（濃縮）
|
100
|
5.89
|
|
|
|
|
(聚合)硫酸鋁（損失）
|
100
|
0.21
|
|
水
|
100
|
4.9
|
水（濃縮）
|
-
|
28.76
|
|
水（加入）
|
100
|
39.18
|
水（排放）
|
-
|
15.32
|
|
雜質
|
-
|
3.3
|
雜質
（排放）
|
-
|
3.3
|
|
4%清液
|
4%
|
50.6
|
|
|
|
|
3%清液
|
3%
|
25.3
|
循環(huán)排放
|
|
25.3
|
|
5%清液
|
5%
|
25.3
|
循環(huán)排放
|
|
25.3
|
|
合計
|
|
104.08
|
合計
|
|
104.08
|
(三) 濃縮段
(1) 進料量
(聚合)硫酸鋁: 5.89噸 水: 28.76噸
(2) 出料量
濃縮后要求(聚合)硫酸鋁濃度達到52.98%，濃縮前料液濃度為:
5.89/(5.89+28.76)×100%=17%
可求得濃縮過程需蒸發(fā)掉的水量為:
W=F(1－X0/X1)
W 水蒸發(fā)量, 噸
F 料液加入量, 噸
X0 料液初始濃度
X1 完成液濃度
得W=23.54噸
表5 濃縮段物料衡算表
|
入料
|
出料
|
||||
|
物料名稱
|
組成
（%）
|
質量
(噸)
|
物料名稱
|
組成
（%）
|
質量
(噸)
|
|
(聚合)硫酸鋁
|
100
|
5.89
|
(聚合)硫酸鋁
成品
|
53%以上
|
11.11
|
|
水
|
100
|
28.76
|
水（蒸發(fā)）
|
-
|
23.54
|
|
合計
|
|
34.65
|
合計
|
|
34.65
|
焓衡算
根據(jù)公式：
D（Hs－ hs）+ Fh0 = Lh + WH + Q
D 加熱蒸汽消耗量， ㎏/h
Hs 加熱蒸汽的焓, kJ/㎏
F 料液的進料量, ㎏/h
h0 料液的焓， kJ/㎏
L 完成液流量， ㎏/h h 完成液的焓， kJ/㎏
W 水分蒸發(fā)量， ㎏/h
H 二次蒸汽（溫度為t的過熱蒸汽）的焓， kJ/㎏
hs 加熱器中冷凝水的焓， kJ/㎏
Q 熱損失， kJ/h
本生產(chǎn)工藝每8小時為一個間歇，所以以下計算以8小時記
（一）吸熱:
過熱二次蒸汽吸收熱量:
查得115℃蒸汽的焓H=2702.5kJ/kg，水蒸發(fā)量為23.54噸。
Q=23.54×103×2702.5=63616.85×103kJ
完成液吸收得熱量:
h = Ct
完成液的熱容按(聚合)硫酸鋁與水的質量百分比計算，得:
C=C(聚合)硫酸鋁×52.98%+C水×(1－52.98%)
=259.14×52.98%+75.295×(1－52.98%)
=172.75 J/mol
=910.88J/㎏
完成液溫度為115℃,質量為11.11噸。
Q=11.11×103×910.88×115
=1163.79×103kJ
設蒸發(fā)過程中的熱量損失為總熱負荷的3%
Q損=(Q水+Q完成液)×3%
=(63616.85×103+ 1163.79×103)×3%
=1943.42×103kJ
（二）放熱:
料液帶入的熱量:
h0 = C0t0
料液的熱容以水與(聚合)硫酸鋁的質量百分比計算:
C0=C水×83%+C(聚合)硫酸鋁×17%
=75.295×83%+259.14×17%
=106.5J/mol
=1457.31J/Kg
料液溫度為25℃
Q=34.65×103×25×1457.31
=1262.40×103kJ
加熱蒸汽釋放的熱量:
采用4.0Kgf/cm2蒸汽加熱,汽化熱即Hs－ hs為2139.87kJ/Kg。
30.60×103×2139.87=65461.66×103kJ
表6 熱量衡算表
|
吸熱(×103kJ)
|
放熱(×103kJ)
|
|
二次蒸汽 63616.85
|
加熱蒸汽 65461.66
|
|
完成液 1163.79
|
料液 1262.40
|
|
損失 1943.42
|
|
|
合計 66724.06
|
66724.06
|
6 設備選型[7,8,10]
本工藝采用連續(xù)式蒸發(fā),工藝計算以每小時計
加熱管
加熱管換熱面積:
A=Q/K(TS-T)
A 換熱面積, ㎡
Q 傳熱量, kcal/h
K 傳熱系數(shù), kcal/m2·h·℃
(TS-T) 平均傳熱溫度差, ℃
每小時換熱量:
Q=65461.66×103/8=8182.70×103kJ/h=1954.31×103kcal/h
由冷凝蒸汽到水的傳熱系數(shù)范圍在250～4000 kcal/m2·h·℃,取K=2000 kcal/m2·h·℃
完成液溫度T為115℃,加熱蒸汽溫度TS為142.9℃
(TS-T)=142.9-115=27.9℃
A=1954.31×103/2000×27.9=35m2
采用Ф25×2.5mm無縫鋼管做加熱管,管長1.2m
初步估算所需管數(shù)
n/=A/πd0(L-0.1)
A 傳熱面積, ㎡
D0 管徑, mm
L 管長, m
n/=35/3.14×0.025×(1.2-1)
=406
循環(huán)管
內徑：
中央式循環(huán)管蒸發(fā)器的循環(huán)管截面積可取加熱管總截面積的40%～100%，這里取80%。
D1=（0.8×402×0.022）1/2=0.36m
管長與加熱管相同為1.2米
采用Ф400×10mm無縫鋼管
實際需要加熱管數(shù)：
n=0.402/0.8×0.022=500
加熱室
內徑:
加熱管按正三角形排列，管束中心線管數(shù)nc=1.1 n1/2=25
加熱室內徑Di=t(nc-1)+2b/
t 管心距
b/ (1～1.5)D0 取1.5 D0
Di=0.032×(25-1)+2×1.5×0.025=0.843m
選取Ф870×10mm殼體
加熱料液一般占加熱室體積的1/3～2/3，這里取2/3，則加熱室高度為:
1.2×3/2=1.8m
保溫層
整個蒸發(fā)過程中的熱量損失中加熱室上損失掉的占其中的絕大部分,可估算出加熱室外壁與保溫層之間的溫度t1
設加熱室內外壁溫度差為Δt(加熱室采用不銹鋼,其導熱系數(shù)λ=17 W/m·k
Q1=1943.42×103/8=242.93×103kJ/h
Q1=Δt/Ln(r2/r1)/2πlλ
242.93×103=Δt/Ln(0.435/0.425)/2×3.14×1.2×17
Q1 單位時間的熱損失, kJ/h
Δt 內外壁溫差, ℃
R2 加熱室半徑(含壁厚), m
R1 加熱室內半徑, m
L 加熱管長度, m
λ 導熱系數(shù), W/m·k
得到Δt=44.1℃
則t1=115-44.1=70.9℃
在加熱室壁上實際損失的熱量為:
Q=44.1/ Ln(r2/r1)/2πlλ
=44.1/ Ln(0.87/0.85)/2×3.14×1.2×17
=242.865×103kJ
則保溫層損失的熱量為
q/=(242.93-242.865)×103=650kJ
保溫層選用石棉與混凝土,根據(jù)以往的經(jīng)驗,石棉保溫層的厚度δ1=30mm， λ1=0.15W/m·K，混凝土的λ2=1.28 W/m·K。
根據(jù)公式:Q1=Δt/δ1/λ1+δ2/λ2+1/a
a=a0+6μ1/2
因為室內無風
a0取10kcal/m2·h·℃
即 q//4.187×2πlδ2=Δt /δ1/λ1+δ2/λ2+1/a
650/4.187×2×3.14×0.425×δ2=70.9/0.03/0.15+δ2/1.28+1/10
可求得δ2=0.068m
圓整δ2=0.07m
保溫層總厚度:
30+70=100mm
接管尺寸
流體進出口接管的內徑按下式計算
d=(4Vs/3600πυ)1/2
Vs 流體的體積流量
υ 流體的適宜流速
表7 流體的適宜流速
強制流動的液體,m/s 自然流動的液體, m/s 飽和蒸汽,m/s 空氣及其他氣體,m/s
0.8～1.5 0.08～0.15 20～30 15～20
入料液管:
每小時入料液量34.65/8=4.33噸/h，濃度為17%，由表2可查得密度并求出體積為3.64m3, υ取0.08m/s
d=(4×3.64/3600×3.14×0.08)1/2=0.13m
出完成液管:
每小時出完成液量11.11/8=1.39噸/h，濃度為52.98%，由表2可推得密度并求出體積為0.86m3, υ取0.15m/s
d=(4×0.86/3600×3.14×0.15)1/2=0.045m
加熱蒸汽入口:
每小時進入蒸汽量30.6/8=3.825噸/h，可查得密度并求得體積為1804m3, υ取20m/s
d=(4×1804/3600×3.14×20)1/2=0.18m
表8 設備一覽表
|
設備名稱
|
反應釜
|
沉降槽
|
中和槽
|
濃縮鍋
|
|
尺寸(mm)
|
2800×3600
|
3000×4500
|
3000×4500
|
1070×1910
|
7 安全生產(chǎn)與工廠選址及車間布置說明[7]
7.1 安全生產(chǎn)[2]
硫酸與鋁土礦的反應屬于一個典型的放熱反應。隨著反應的進行，反應釜內的溫度、壓力達到一定的數(shù)值。而反應釜存在一個受壓極限，因此應在反應釜上安裝防爆管及泄壓閥，并時刻通過泄壓閥來控制反應釜內的壓力，以避免發(fā)生爆炸事故。同時要定期對設備進行維護檢修。
7.2 廠址的選擇
在選擇化工廠廠址時,應考慮下面各項因素:
一. 原料和市場
二. 能源
三. 氣候
四. 運輸條件
五. 供水
六. 對環(huán)境的影響
七. 勞動力的來源
八. 節(jié)約用地,盡量少占耕地
九. 協(xié)作條件
十. 預防災害及其他
7.3 車間布置說明
車間的布置應滿足三個方面的要求:
一. 生產(chǎn)要求
二. 安全要求
三. 發(fā)展要求
7.3.1 廠房安排
廠房安排主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點、廠區(qū)面積、廠區(qū)地形以及地質等條件而定。
生產(chǎn)規(guī)模較小,車間中各工段聯(lián)系頻繁,生產(chǎn)特點無顯著差異時,在附和建筑設計防火規(guī)范及工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準的前提下,結合建廠地點的具體情況,可將車間的生產(chǎn)、輔助、生活部門集中布置在一棟廠房內。醫(yī)藥、農(nóng)藥、一般化工的生產(chǎn)車間都是這樣布置的。
生產(chǎn)規(guī)模較大，車間內各工段生產(chǎn)特點有顯著差異，需要嚴格分開，或者廠區(qū)平坦地形的地面較少時，廠方多采用單體式。大型化工廠（如石油化工）一半生產(chǎn)規(guī)模較大，生產(chǎn)特點是易燃易爆、或有明火設備，如工業(yè)爐等，這時廠房的安排采用單體式，即把原料處理、成品包裝、生產(chǎn)工段、回收工段、控制室以及特殊設備，獨立設置，分散為許多單體。
7.3.2 廠房層數(shù)
化工廠廠房可根據(jù)工藝流程的需要設計成單層、多層或單層與多層相結合的形式。一般來說單層廠房利用率較高，建設費用也低，因此除了由于工藝流程的需要必須設計為多層外，工程設計中一般多采用單層。有時因受建設場地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設計成多層的。對于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設計的廠房，由于在生產(chǎn)過程中對于工藝路線還需不斷的改進、完善，所以一般都設計成一個高單層廠房，利用便于移動、拆裝、改建的鋼操作臺代替鋼筋混凝土操作臺或多層廠房的樓板，以適應工藝流程變化的需要。
廠房層數(shù)的設計要根據(jù)工藝流程的要求、投資、用地的條件等各種因素，進行綜合的比較，然后才能較后決定。
7.3.3 廠房布置
（1）廠房平面布置
廠房平面布置，其外形一般有長方形，L型，T型和∏型。長方形便于總平面的布置，節(jié)約用地，有利于設備排列，縮短管線，易于安排交通出入口，有較多可供自然采光和通風的墻面；但有時由于廠房總長度較長，在總圖布置有困難時，為了適應地形的要求或生產(chǎn)的需要，也有采用L型，T型或∏型的，此時應充分考慮采光、通風、交通和立面等各方面的因素。
廠房的柱網(wǎng)布置，要根據(jù)廠房結構而定，生產(chǎn)類別為甲、乙類生產(chǎn)，宜采用框架結構，采用的柱網(wǎng)間距一般為6m，也有采用7.5m的。丙、丁、戊類生產(chǎn)可采用混合結構或框架結構，開間采用4m、5m或6m。但不論框架結構或混合結構，在一棟廠房中不宜采用多種柱距。柱距要盡可能符合建筑模數(shù)的要求，這樣可以充分利用建筑結構上的標準預制構件，節(jié)約設計和施工力量，加速基建進度。
廠房的寬度問題，生產(chǎn)廠方為了盡可能利用自然采光和通風以及建筑經(jīng)濟上的要求，一般單層廠房寬度不宜超過30m，多層廠房寬度不宜超過24m，廠房常用寬度有9m、12m、14.4m、15m、18m,也有用24m的。廠房中柱子布置既要便于設備排列和工人操作，又要有利于固體物料運輸，因此單層廠房常為單垮的，即跨度等于廠房寬度，廠房內沒有柱子。多層廠房若跨度為9m,廠房中間如不立柱子，所用的梁就要很大，因而不經(jīng)濟。一般較經(jīng)濟廠房的常用跨度，控制在6m左右，例如12m、14.4m、15m、18m寬度的廠房，常分別布置成6－6，6－2.4－6，6－3－6，6－6－6形式，[6－2.4－6表示三跨，跨度為6米，2.4米，6米，中間的2.4米是內走廊的寬度。]
一般車間的短邊（即寬度）常為2～3跨，其長邊（即長度）則根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及工藝要求決定。
在進行車間布置時，要考慮廠房安全出入口，一般不應少于兩個。如車間面積小，生產(chǎn)人數(shù)少，可設一個，但應慎重考慮防火安全等問題（具體數(shù)值詳見建筑設計放火規(guī)范）。
（2）廠房垂直布置
化工廠廠房的高度，主要由工藝設備布置要求所決定。廠房的垂直布置要充分利用空間，每層高度取決于設備的高低、安裝的位置、檢修要求及安全衛(wèi)生等條件。一般框架或混合結構的多層廠房，層高多采用5m、6m，較低不得低于4.5m；每層高度盡量相同，不宜變化過多。裝配式廠房層高采用300mm的模數(shù)。在有高溫及有毒害性氣體的廠房中，要適當加高建筑物的層高或設置拔風式氣樓（即天窗），以利于自然通風、采光散熱。氣樓中可布置多段蒸汽噴射泵、高位槽、冷凝器等，以充分利用廠房空間。
有爆炸危險車間宜采用單層，廠房內設置多層操作臺以滿足工藝設備位差的要求。如必須設在多層廠房內，則應布置在廠房頂層。如整個廠房均有爆炸危險，則在每層樓板上設定一定面積的泄爆孔。這類廠房還應設置必要的輕質屋面、或增加外墻以及門窗的泄壓面積。泄壓面積與廠房體積的比值一般采用0.05-0.1m2/m3。泄壓面積應布置合理，并應靠近爆炸部位，不迎面對人員集中的地方和主要交通道路。車間內防爆區(qū)與非防爆區(qū)（生活、輔助及控制室等）間應設防火墻分割。如兩個區(qū)域需要互通時，中間應設雙門斗，即設兩道彈簧門隔開。上下層防火墻應設在同一軸線處。防爆區(qū)上層不應布置非防爆區(qū)。有爆炸危險的車間的樓梯間宜采用封閉式樓梯間。
7.3.4 設備布置
中小型化工廠的設備布置，一般常采用室內布置，尤其是氣溫較低的地區(qū)，
此外，也可采用室內、露天聯(lián)合布置方法。
設備露天布置有下列優(yōu)點：可以節(jié)約建筑面積，節(jié)省基建投資；可減少土建施工工程量，加快基建進度；有火災及爆炸危險性的設備，露天布置可降低廠房耐火等級，降低廠房造價；有利于化工生產(chǎn)的防火、防爆和防毒（對毒性較大或劇毒的化工生產(chǎn)除外）；對廠房的擴建、改建具有較大的靈活性。
生產(chǎn)中一般不需要經(jīng)常操作的或可用自動化儀表控制的設備，如塔、冷凝器、液體原料貯罐、成品貯罐、氣柜等都可布置在室外。需要大氣調節(jié)溫濕度的設備，如涼水塔、空氣冷卻器等也都露天布置或半露天布置。
不允許有顯著溫度變化，不能受大氣影響的一些設備，如反應罐、各種機械傳動的設備、裝有精密度極高儀表的設備及其他應該布置在室內的設備，則應布置在室內。
7.3.5 車間輔助室和生活室的布置
（1）生產(chǎn)規(guī)模較小的車間，多數(shù)是將輔助室、生活室集中布置在車間中的一個區(qū)域內。
（2）有時輔助房間也有布置在廠房中間的，譬如配電室安排在用電負荷中心，空調室布置在需要空調的房間附近，但這些房間一般都布置在廠房北面房間。
（3）生活室中的辦公室、化驗室、休息室等宜布置在南面，以充分利用太陽能采暖，更衣室、廁所、浴室等可布置在廠房北面房間。
（4）生產(chǎn)規(guī)模較大時，輔助室和生活室可根據(jù)需要布置在有關的單體建筑物內。
（5）有毒的或者對衛(wèi)生方面有特殊要求的工段必須設置專用的浴室
車間布置的較終成品是車間平、立面布置圖。如規(guī)模大時，還需要有一張聯(lián)系各建筑物的裝置總平面圖。
8 三廢處理及副產(chǎn)品的綜合利用[3][4]
由于此工藝反應過程中在理論上不會生產(chǎn)氣體，只有鋁土礦中含有的雜質會與硫酸反應產(chǎn)生廢氣且量很少，故可直接向大其中排放。工藝流程中酸不斷的被稀釋并與鋁土礦反應，所以較后排出的廢水可直接排放。廢渣則可用于制造水泥及濕法生產(chǎn)高模數(shù)水玻璃。
9 除鐵工藝的研究[5][6]
低鐵或無鐵級(聚合)硫酸鋁可以廣泛應用于制造GJ紙張、白色橡膠和白色皮革等領域，石油工業(yè)中所使用的催化劑載體Al2O3對鐵的含量有嚴格的要求，一般說來，必須以低鐵級(聚合)硫酸鋁做原料，經(jīng)轉化生成具有一定物理性質的Al2O3。下面，我介紹幾種除鐵的工藝供大家參考。
（1） 沉淀法除鐵（適用于普通(聚合)硫酸鋁除鐵）
向(聚合)硫酸鋁熱溶液中定量加入高錳酸鉀溶液，此時有大量棕褐色沉淀生成
3Fe2++MnO4-+8H2O=3Fe(OH)3↓+MnO2·H2O↓+5H+
過濾后，濾液經(jīng)濃縮、結晶即得含鐵量較少的產(chǎn)品。由于殘留的鐵為高價鐵，產(chǎn)品成黃色，外觀色澤較差。如果在濃縮過程中用少量鋁片將未除盡的鐵還原為亞鐵，則所得產(chǎn)品呈淺綠色，色澤較好，產(chǎn)品放置3個月，顏色幾乎不變。
溶液pH值對除鐵效果得影響
溶液pH值越高，則越容易形成Fe(OH)3、MnO2·H2O及少量Al(OH)3沉淀，鐵的去除率也越高。但pH值越高，(聚合)硫酸鋁的回收率越低。通過對濾渣進行洗滌，可減少(聚合)硫酸鋁的損失。
除鐵劑及其用量的影響
高錳酸鉀用量不足，則鐵的去除率降低，甚至達不到除鐵的目的。高錳酸鉀首先將Fe2+氧化為Fe3+，錳被還原成Mn2+，這時沒有Fe(OH)3沉淀生成；隨著高錳酸鉀的不斷加入，Mn2+被氧化為Mn4+，此時才有MnO2·H2O及Fe(OH)3沉淀生成，少量鋁被吸附一同形成沉淀。生成MnO2·H2O的含量越多，鐵的去除率就越高。
溶液懸浮物對除鐵的影響
(聚合)硫酸鋁溶液中存在的少量懸浮物對除鐵是有利的。這是因為少量懸浮物（約為0.1％，主要是偏硅酸）起著成核中心的作用，便于形成顆粒較大的沉淀。如溶液中無懸浮物，則除鐵效果較差。未反應完的粗礦渣起不到上述作用，相反只會增大高錳酸鉀的用量。這是因為粗礦渣中存在一些還原性物質，如Fe2+等。
此外，濃縮時向濾液中投入少量鋁片，待濾液中Fe3+ 全部轉變成Fe2+時，取出鋁片，進一步濃縮至所需濃度，冷卻后結晶即得純品。實驗測得鋁片的消耗量基本上是定量的。
實例
取1000ml工業(yè)品(聚合)硫酸鋁溶液，其中c(Al3+)=2.08mol/L，c(Fe2+)=0.052mol/L，加入87ml0.20mol/L的KMnO4溶液，加熱，趁熱過濾、濃縮，加入鋁片還原，待Fe3+全部被還原成Fe2+時取出鋁片，繼續(xù)濃縮至溶液的溫度升至114℃，停止加熱，讓其自然冷卻得630g固體(聚合)硫酸鋁。產(chǎn)品中含Al2O316.1％，鐵0.22％，鋁片失重0.240g，鐵的去除率為48.8%,(聚合)硫酸鋁的回收率為95.2%。提純后的產(chǎn)品符合一級品要求。
（2） 脂肪酸萃�。ㄟm用于生產(chǎn)無鐵、低鐵級(聚合)硫酸鋁）
脂肪酸萃取鐵的反應方程式可用下式表示：
Fe(SO4)3+6HR=2FeR3+3H2SO4
式中HR表示脂肪酸。
萃取后得到的載鐵有機相一般均采用酸類進行反萃取。所用的酸類則根據(jù)具體情況而定，可以是硫酸、硝酸或鹽酸。
綜合上述，鐵的去除機理是復雜的，受到多種條件的影響。因此，必須對具體情況做深入細致的研究，并要經(jīng)過一定規(guī)模的試驗后才能在工業(yè)上加以應用。
10 經(jīng)濟核算
表7 (聚合)硫酸鋁的經(jīng)濟核算表
名稱 鋁土礦 硫酸 工業(yè)用電 低耗 (聚合)硫酸鋁
單價（元/噸或度） 165 240 0.45 17.23 340
注：每月的維修費用2000元，每月發(fā)放工資總數(shù)40000元。每月用電量為1000度，低耗量為450噸。
年獲利為：
340×10000-165×5.1×3×300-240×5.2×3×300-0.45×1000×12-17.23×450×12-2000×12-4000×12=1349008元
參考文獻
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[10] 陳聲宗主編.化工設計.化學工業(yè)出版社.北京