1、年产 1 万吨硫酸铝车间工艺设计摘要我国硫酸铝的生产现状，年产量万吨以上的企业已达 29 个，3000t 至10000t 的企业达 85 个。全国硫酸铝生产能力已达 115 万 t，产量突破 95 万 t，仅次于美国和日本，而居世界第三位 1；硫酸铝生产中存在的问题是，设计不合理，设备不配套，产量质量都无法达到初衷要求以及部分生产厂家规模较小，经济效益差导致产品积压严重、投资无法收回，使部分企业背上沉重的经济包袱；生产工艺主要有铝灰、铝渣法、活性氢氧化铝法、铝矾土常压法、煤矸石加压法等，对各个工艺的优缺点进行对比，发现以高岭土为原料生产硫酸铝，具有原料成本低，产量高，产品质量好，过程易控制等优
2、点，制备过程中产生的废渣可作为高活性的高硅材料，也可作为优良的涂料及板材制品填料，从而实现了综合利用和无废渣排放，具有积极的环保意义；采用高岭土为原料生产硫酸铝，符合设计的目的和指导思想。高岭土生产硫酸铝，使高岭土经过预处理过程，排除高岭土中的粗石英砂、杂质，用于生产水泥玻璃，得到高岭土精矿，经过煅烧活化，粉碎，过筛送致生产车间，与 55%的硫酸容易混合送至反应釜，经过反应的酸浸，沉降，分离和中和处理，得到合格的硫酸铝容易，送至浓缩结晶槽中，进行浓缩结晶，并通过成品粉碎机将硫酸铝晶体粉碎，包装。关键词：硫酸铝；现状；生产工艺；高岭土AbstractThe plants having 10,00
3、0 tons of annual output of aluminum sulfate in China hav being upto 29, and the plants having 3000 t to 10000 t, being upto 85.The aluminum sulfate production capacity has reached 1.15 million t, yield breakthroughs 950,000 t, after the United States and Japan, the third in the world live;Aluminum s
4、ulfate production in the problem is that the unreasonable design, equipment is not supporting, yield and quality are unable to meet its mind and requested some smaller manufacturers, leading to poor economic returns serious backlog of products, investment is not possible, so that some enterprises ba
5、ck heavy The economic burden of production of a major Al Grey, Al Jardine, of aluminum hydroxide, bauxite atmospheric pressure, such as coal gangue compression method, all of the advantages and disadvantages compared to that of raw materials for the production of kaolin Aluminum sulfate, a low-cost
6、raw materials, high yield, good quality products, process-control advantages, in the course of preparation of the high-activity waste residue can be used as the high-silicon material, but also as a fine of paint and sheet metal products fill, so as to achieve a comprehensive Use and no waste residue
7、 emissions, have a positive environmental significance of raw materials used for the production of kaolin aluminum sulfate, with the design of purpose and guiding ideology.Kaolin production of aluminum sulfate, kaolin After pretreatment process, rule out the possibility of kaolin in the rough quartz
8、 sand, impurities, the glass used in the production of cement, by Kaolin concentrate, after calcination activated, crushing, screening sent to the production workshop, with 55 percent of the sulfuric acid Mixed easily sent to the reactor, the reaction of acid leaching, settlement, and in the separat
9、ion and processing of aluminum sulfate be qualified easily, and sent to concentration crystallization tank, concentrated fruit and refined through the grinder will crush aluminum sulfate crystals, Packaging.Keywords：aluminum sulfate；the present situation；ProductionProcess ；kaolin前言硫酸铝化学名（Aluminium s
10、ulfate）Al 2(SO4)3，无色单斜结晶，在空气中长期存放易吸潮结块。易溶于水，水溶液显酸性，难溶于醇，是无机盐基本品种之一，应用十分广泛。加热至 770 度是开始分解为氧化铝、三氧化铝、二氧化铝、二氧化硫和水蒸气。水解后生成氢氧化铝。工业品为白色或灰白色粉立状晶体。主要用于净水与造纸 2。在造纸工业中可作纸的填料和处理造纸工业废水。在净水方面，作为城市用水和废水处理的絮凝剂，可以除去水中的磷酸盐、锌、铬等杂质，以及除菌、控制水的颜色和气味。硫酸铝还可以用来生产其他铝盐、硫酸铝衍生物，无机高分子絮凝剂及铵明矾、钾明矾等。1.物料衡算1.1 工艺流程框图 （3）过滤采用板式过滤机，将硫酸
11、铝溶液于其他固体杂质分离。（4）浓缩结晶硫酸铝经过浓缩蒸发掉多余水分，从而结晶得到相应的结晶水硫酸铝最终产品。1.2 预处理：粗高岭土矿先经过破碎，研磨，等一系列处理过程，使其变成颗粒粉末状，方便反应，节约耗能，然后通过水洗筛分的过程，除去原料中的杂质，从而得到高岭土精矿，高岭土精矿再经过焙烧活化的过程。使内部杂质再度去除，最后将其粉碎，过筛送进生产车间。图 3 硫酸铝粗高岭土矿预处理方块图1.3 设计生产能力 年产硫酸铝 10000 吨 年生产日 300 天 日产硫酸铝 吨 3.01每小时生产 吨 17.483.产品质量：Al 2(SO4)3 含量 54.31%浓缩后要求硫酸铝浓度达到 54
12、.31%每次生产硫酸铝中 Al2(SO4)3 的含量是：4.1754.31%=2.27 吨。Al2O3 溶出率 89.4%根据反应式: Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O每次投入的 Al2O3 的含量是： 吨 705.1.原高岭土投入量为： 吨 9.%4.85.970分子量：H 2SO4 98 H2O 18 Al2O3 102 Al2(SO4)3 342 1.4 各工序的物料衡算1.4.1 高岭土煅烧（起到活化作用）高岭土煅烧过程的反应方程式：A l2O32SiO22H2OA l 2O3+2SiO2+2H2O煅烧过程的目的是为了活化，通过煅烧使高岭土的氧铝八面体中的 OH
13、脱去，使铝的配位数由 6 变成 5 或者 4，同时使得原有有序结构的高岭土变成无序结构的高岭土，获得活性。从热力学角度来说，温度是决定反应能否进行的关键因数，所以活化的关键是控制煅烧温度，温度过高会使高岭土石化，使其活性大大降低甚至消失；温度过低，不能脱水或脱水太少，从而高岭土没有活性或者活性太低，达不到目的。（1）流程示意图（2）反应式A l2O32SiO22H2OA l 2O3+2SiO2+2H2O（3）计算过程流股 1 是未活化的高岭土矿表 3原料组成表成分 含量(%) 成分 含量 成分 含量(%)Al2O3 39.50 TiO2 1.60 S 0.21SiO2 43.02 Fe2O3
14、0.90 C 0.21CaO 0.24 MgO 0.35 焙烧损失 13.97 Al2O3 ：1.9939.50% = 0.7580 吨 SiO2 ：1.99 43.05% = 0.8300 吨 TiO2 ：1.991.60% = 0.0307 吨 其他杂质含量：1.991,91% = 0.0367 吨 焙烧损失：1.9913.97% = 0.2682 吨流股 2 是活化后的高岭土矿 Al2O3 ：39.50%13.97%+39.50% = 45.01% SiO2 ：43.02%13.97%+43.05% = 49.03% TiO2 ：1.60% 13.97%+1.60%=1.82% 其他杂质
15、：4.14%表 4焙烧段物料衡算表1.4.2 酸浸段：加酸分解高岭土加酸分解过程的反应方程式：A l2O32SiO22H2O+3H2SO4+13H2OAl 2(SO4)318H2O+2SiO2分解反应是关键点，为使反应加快，分解彻底，必须加入过量的硫酸来反应，铝的溶出率是其反应是否完全的主要标志，也是提高产品质量、降低生产成本的关键。（1）流程示意图（2）反应式A l2O32SiO22H2O+3H2SO4+13H2OAl 2(SO4)318H2O+2SiO2（3）计算过程设转化率为 96% 流股 1 为高岭土中的氧化铝F(Al2O3 )=6.91Kmol/h=0.705 吨 流股 2 为硫酸F
16、(H2SO4)=20.74Kmol/h=2.03 吨 流股 3 为硫酸铝F(Al2(SO4)3)=6.9196%=6.637Kmol/h 流股 4 为水F(H2O)=19.91Kmol/h=0.36 吨使 2.03 吨的 98%硫酸稀释成为 55%硫酸的用水量 1.63 吨表 5 酸解段物料衡算表 入料 组成(%) 质量(吨) 出料 含量(%) 质量( 吨)浓硫酸 98 2.03 硫酸铝 100 2.27高岭土 39.50 1.99 水 100 1.99水 100 1.63 杂质 100 0.9合计 5.65 合计 5.16表 6 不同百分比浓度硫酸铝溶液在 25下密度 15 密度(10 3k
17、g/m3) 百分比浓度(%) 密度(10 3kg/m3) 百分比浓度(%)1.1062 10 1.1293 121.1529 14 1.1770 161.2017 18 1.2272 201.2534 22 1.2803 241.3079 26 1.3204 281.4.3 加热浓缩段：浓缩结晶硫酸铝经过浓缩蒸发掉多余水分，从而结晶得到相应的结晶水硫酸铝最终产品。（1）流程示意图（2）计算过程流股 1 为未浓缩的硫酸铝和水 Al2(SO4)3：2.27 吨 通过饱和溶液得出此时需要 H2O：11.5 吨流股 2 为浓缩后的硫酸铝和水Al 2(SO4)3：4.17 吨浓缩后要求硫酸铝浓度为 54
18、.31%，则浓缩前料液浓度为：%1705.127. 可求得浓缩过程需蒸发掉的水量为: W=F(1X 0/X1) W 水蒸发量 , 吨 F 料液加入量 , 吨 X0 料液初始浓度 X1 完成液浓度 W=F(1X 0/X1) =13.77（1 ）543.7=13.770.687=9.46 吨表 7 浓缩段物料衡算表 入料 组成(%) 质量(吨) 出料 含量(%) 质量( 吨)硫酸铝 100 2.27 硫酸铝（成品） 54.31% 4.17水 100 11.5 水（蒸发） 100 9.46合计 13.77 合计 13.632.能量衡算 16 2.1 计算依据由公式：D（Hs hs）+ Fh0= Lh + WH + QD 加热蒸汽消耗量， /h Hs 加热蒸汽的焓, kJ/F 料液的进料量 , /hh0 料液的焓， kJ/L 完成液流量， /h h 完成液的焓， kJ/ W 水分蒸发量， /h H 二次蒸汽（温度为 t 的过热蒸汽）的焓， kJ/ hs 加热器中冷凝水的焓， kJ/Q 热损失， kJ/h本生产工艺每 1 小时为一个间歇，所以以下计算以 1 小时记2.1 吸热: 蒸发水吸收热量：查得 115蒸汽的焓 H=2702.5kJ/kg，水蒸发量为 9.46 吨Q=9.461032702.5=25565.65103kJ
