毕业论文答辩年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
∑Q入= ∑Q出 - ∑Q损
式中:∑Q入 一输入设备热量总和； ∑Q出 —输出设备热量总和； ∑Q损 —损失热量总和
容器消耗能量 Q1=110.83×﹙1＋5％﹚＝116.3715kw 反应釜消耗能量 Q2=284.286×﹙1＋5％﹚＝298.5003kw 干燥器消耗能量 Q3=379868.34kJ/h=105.52kw 消耗低压蒸汽量
年产1800吨活性氧化铝的制备工 艺设计
文献综述 工艺部分 非工艺部分 结论
目录
文献综述
活性氧化铝的发展前景
我国企业在近几年才开始涉足纳米氧化铝的生产。我国的纳 米材料及纳米技术企业中, 有60%以上成立于仪2000年以后, 主要是2003年左右。而较早成立的纳米材料生产企业, 实际 上也都是2000年以后才开始涉足纳米氧化铝生产领域的。可 见, 我国纳米氧化铝生产刚刚起步, 纳米氧化铝生产企业还 未成熟。
AlCl3+3NH3·H2O→Al( OH) 3↓+3NH4CL 2Al(OH)3→AL2O3﹢3H2O 该方法的成本为4971.99元
2．碱法 其反应方程式表示如下： NaAlO2+HNO3﹢H2O→Al(OH)3↓+NaNO3 2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 该方法的成本为12876.8元
来自百度文库
活性氧化铝的特点
活性氧化铝俗称矾土，化学式Al2O3，白色粉末，密 度3.9~4.0g/cm3，熔点2050 ℃，沸点2980 ℃，不 溶于水，能缓慢溶于浓硫酸。
r- A l2O 3 属于过渡形态氧化铝。为粉状, 微球状或柱状 灰白色固体。其晶体结构不同于工业氧化铝。 Al2O3 属于 四角晶系, 晶格与尖晶石 (MgAl2O4 )的结构十分类似。在 r - Al2O3 中, 只有21 又 1 /2 个铝原子分布在 24 个阳 离子部位, 在八面体值置上有 2 又 2/3 个空位, 而 8 个 铝原子分布在四面体空隙中, r- A l2O 3 的晶体是无序的, 这种无序性主要由铝原子的无序性来决定 , 正因为铝原子 的无序性: 控制其制备条件, 可制得多种不同比表面积和孔 容的 r-Al2O 3 产品, 因此在催化领域中使用最多。
经过第一个过滤器损失为3％，则：管道2中产品的 流量为240.84×﹙1＋3％﹚＝248.066kg∕h
设反应收率为95.0%，则：反应釜中理论产量为 248.066/95.0%=261.122kg/h。
最后得到各个管道中物料流量
能量衡算
能量衡算定义
根据能量守恒定律，利用能量传递和转化 的规则，用以确定能量比例和能量转变的定 量关系的过程称为能量衡算。
活性氧化铝的制备方法
活性氧化铝一般由氢氧化铝加热脱水制得。 氢氧化铝也称水合氧化铝，其化学组成为 Al2O3.nH2O，通常按所含结晶水数目不同， 可分为三水氧化铝和一水氧化铝。氢氧化铝 加热脱水后，可制得γ—Al2O3，即通常所讲 的活性氧化铝 。
一般有酸法，碱法，醇铝法，溶胶凝胶法， 均相沉淀法，蒸发冷凝法等。
经焙烧炉时损失2%，则：管道8中产品的流量为 223.65×（1+2%）=228.123kg/h。
经干燥器损失量为2.5%，则：管道7中产品的流量 为228.123×（1+2.5%）=233.826kg/h。
经第二个过滤器损失为3％，则：管道4中产品的 流量为233.826×﹙1＋3％﹚＝240.84kg∕h
工艺设计部分
工艺框图
无水氯化铝 和水
管道1
容器
氨水
反应釜
管道3
管道2
管道4
过滤器
水
储罐
产品
管道5
管道9
焙烧炉
管道8
干燥器 管道7的 过滤器
管道6
经济概算
经济概算是以生产一吨活性氧化铝为基准， 所需的原料的费用。上网查的各原料的价格， 根据原料价格及用量得到所需的成本。
1．酸法 其反应方程式表示如下：
系统中用1MPa低压水蒸汽加热，1MPa低压水蒸汽的潜热为 r=2019.7kJ/kg，则所需蒸汽量为消耗能量与水蒸气潜热之 比。
3．醇铝法 其反应方程式表示如下：
2Al+6C3H8O→2(C3H7O)3Al+3H2↑ 2(C3H7O)3Al﹢4H2O→Al2O3·H2O﹢6C3H7OH Al2O3·H2O→Al2O3﹢H2O 该方法的成本为48085.99元 由以上比较知：方法1是最经济的生产方法。
物料衡算
目的是根据物料与产品之间的定量转化关系，计算 原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产 量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为 能量衡算、其他工艺设计及设备计算打基础。
物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行 计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统（体 系）的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物 料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量”。
年产1800 t，每年的操作时间是8000小时（部分为 连续操作，部分是间歇操作）。设产品纯度为 99.4%；含水为0.5%；杂质为0.1%。则：活性氧化 铝的流量为225kg/h×0.994﹦223.65kg∕h。
纳米产品的产量按小规模(年产不足10t)、中规模(年产50t) 左右和大规模(年产100t以上)划分, 我国有80%的企业处于 尝试性地小规模生产, 存在产品稳定性差、生产成本高等问 题。可见, 我国纳米氧化铝的生产还没达到一定的生产规模。 规模效应无法发挥作用也是纳米氧化铝产业发展的制约因素。
近年来, 纳米氧化铝需求一直保持增长势头, “上海六鉴电 子商务有限公司” 的专业调查人员表示纳米氧化铝将以每 年的25%速率增长, 纳米氧化铝的市场前景非常乐观。
经选择，酸法工艺简单，且原料易得，本课 题采用酸法，原料为铝盐，沉淀剂选择氨水。
将沉淀物在pH=8~9范围内老化一定时间，使 之变成α—水铝石，再洗涤至无氯离子。将滤 饼用酸胶溶成流动性能较好的溶胶，用滴加 法滴入油氨柱内，在油中受表面张力作用收 缩成球，再进入氨水中，经中和和老化后形 成较硬的凝胶球状物（直径在1~3mm之间）， 经水洗油氨后进行干燥。也可将酸化的溶胶 喷雾到干燥机内，生成40~80μm的微球氢氧 化铝。
式中:∑Q入 一输入设备热量总和； ∑Q出 —输出设备热量总和； ∑Q损 —损失热量总和
容器消耗能量 Q1=110.83×﹙1＋5％﹚＝116.3715kw 反应釜消耗能量 Q2=284.286×﹙1＋5％﹚＝298.5003kw 干燥器消耗能量 Q3=379868.34kJ/h=105.52kw 消耗低压蒸汽量
年产1800吨活性氧化铝的制备工 艺设计
文献综述 工艺部分 非工艺部分 结论
目录
文献综述
活性氧化铝的发展前景
我国企业在近几年才开始涉足纳米氧化铝的生产。我国的纳 米材料及纳米技术企业中, 有60%以上成立于仪2000年以后, 主要是2003年左右。而较早成立的纳米材料生产企业, 实际 上也都是2000年以后才开始涉足纳米氧化铝生产领域的。可 见, 我国纳米氧化铝生产刚刚起步, 纳米氧化铝生产企业还 未成熟。
AlCl3+3NH3·H2O→Al( OH) 3↓+3NH4CL 2Al(OH)3→AL2O3﹢3H2O 该方法的成本为4971.99元
2．碱法 其反应方程式表示如下： NaAlO2+HNO3﹢H2O→Al(OH)3↓+NaNO3 2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 该方法的成本为12876.8元
来自百度文库
活性氧化铝的特点
活性氧化铝俗称矾土，化学式Al2O3，白色粉末，密 度3.9~4.0g/cm3，熔点2050 ℃，沸点2980 ℃，不 溶于水，能缓慢溶于浓硫酸。
r- A l2O 3 属于过渡形态氧化铝。为粉状, 微球状或柱状 灰白色固体。其晶体结构不同于工业氧化铝。 Al2O3 属于 四角晶系, 晶格与尖晶石 (MgAl2O4 )的结构十分类似。在 r - Al2O3 中, 只有21 又 1 /2 个铝原子分布在 24 个阳 离子部位, 在八面体值置上有 2 又 2/3 个空位, 而 8 个 铝原子分布在四面体空隙中, r- A l2O 3 的晶体是无序的, 这种无序性主要由铝原子的无序性来决定 , 正因为铝原子 的无序性: 控制其制备条件, 可制得多种不同比表面积和孔 容的 r-Al2O 3 产品, 因此在催化领域中使用最多。
经过第一个过滤器损失为3％，则：管道2中产品的 流量为240.84×﹙1＋3％﹚＝248.066kg∕h
设反应收率为95.0%，则：反应釜中理论产量为 248.066/95.0%=261.122kg/h。
最后得到各个管道中物料流量
能量衡算
能量衡算定义
根据能量守恒定律，利用能量传递和转化 的规则，用以确定能量比例和能量转变的定 量关系的过程称为能量衡算。
活性氧化铝的制备方法
活性氧化铝一般由氢氧化铝加热脱水制得。 氢氧化铝也称水合氧化铝，其化学组成为 Al2O3.nH2O，通常按所含结晶水数目不同， 可分为三水氧化铝和一水氧化铝。氢氧化铝 加热脱水后，可制得γ—Al2O3，即通常所讲 的活性氧化铝 。
一般有酸法，碱法，醇铝法，溶胶凝胶法， 均相沉淀法，蒸发冷凝法等。
经焙烧炉时损失2%，则：管道8中产品的流量为 223.65×（1+2%）=228.123kg/h。
经干燥器损失量为2.5%，则：管道7中产品的流量 为228.123×（1+2.5%）=233.826kg/h。
经第二个过滤器损失为3％，则：管道4中产品的 流量为233.826×﹙1＋3％﹚＝240.84kg∕h
工艺设计部分
工艺框图
无水氯化铝 和水
管道1
容器
氨水
反应釜
管道3
管道2
管道4
过滤器
水
储罐
产品
管道5
管道9
焙烧炉
管道8
干燥器 管道7的 过滤器
管道6
经济概算
经济概算是以生产一吨活性氧化铝为基准， 所需的原料的费用。上网查的各原料的价格， 根据原料价格及用量得到所需的成本。
1．酸法 其反应方程式表示如下：
系统中用1MPa低压水蒸汽加热，1MPa低压水蒸汽的潜热为 r=2019.7kJ/kg，则所需蒸汽量为消耗能量与水蒸气潜热之 比。
3．醇铝法 其反应方程式表示如下：
2Al+6C3H8O→2(C3H7O)3Al+3H2↑ 2(C3H7O)3Al﹢4H2O→Al2O3·H2O﹢6C3H7OH Al2O3·H2O→Al2O3﹢H2O 该方法的成本为48085.99元 由以上比较知：方法1是最经济的生产方法。
物料衡算
目的是根据物料与产品之间的定量转化关系，计算 原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产 量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为 能量衡算、其他工艺设计及设备计算打基础。
物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行 计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统（体 系）的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物 料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量”。
年产1800 t，每年的操作时间是8000小时（部分为 连续操作，部分是间歇操作）。设产品纯度为 99.4%；含水为0.5%；杂质为0.1%。则：活性氧化 铝的流量为225kg/h×0.994﹦223.65kg∕h。
纳米产品的产量按小规模(年产不足10t)、中规模(年产50t) 左右和大规模(年产100t以上)划分, 我国有80%的企业处于 尝试性地小规模生产, 存在产品稳定性差、生产成本高等问 题。可见, 我国纳米氧化铝的生产还没达到一定的生产规模。 规模效应无法发挥作用也是纳米氧化铝产业发展的制约因素。
近年来, 纳米氧化铝需求一直保持增长势头, “上海六鉴电 子商务有限公司” 的专业调查人员表示纳米氧化铝将以每 年的25%速率增长, 纳米氧化铝的市场前景非常乐观。
经选择，酸法工艺简单，且原料易得，本课 题采用酸法，原料为铝盐，沉淀剂选择氨水。
将沉淀物在pH=8~9范围内老化一定时间，使 之变成α—水铝石，再洗涤至无氯离子。将滤 饼用酸胶溶成流动性能较好的溶胶，用滴加 法滴入油氨柱内，在油中受表面张力作用收 缩成球，再进入氨水中，经中和和老化后形 成较硬的凝胶球状物（直径在1~3mm之间）， 经水洗油氨后进行干燥。也可将酸化的溶胶 喷雾到干燥机内，生成40~80μm的微球氢氧 化铝。