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年产1800吨活性氧化铝的制备工艺设计目录文献综述工艺部分非工艺部分结论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。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。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-Al2O3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-Al2O3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-Al2O3产品,因此在催化领域中使用最多。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。工艺设计部分工艺框图无水氯化铝和水管道8管道3管道4管道5管道7的氨水管道2管道1产品容器过滤器储罐过滤器干燥器焙烧炉反应釜水管道6管道9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：AlCl3+3NH3·H2O→Al(OH)3↓+3NH4CL2Al(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↓+NaNO32Al(OH)3→Al2O3+3H2O该方法的成本为12876.8元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﹢6C3H7OHAl2O3·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1800t，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。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。∑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。∴容器1所需的蒸汽量为m1=207.43kg/h；反应器所需的蒸汽量为m2=532.06kg/h；干燥器所需的蒸汽量为m3=188.08kg/h；则：总的蒸汽消耗量为：m=m1+m2+m3=207.43+532.06+188.08=927.57kg/h。设备选型计算工艺设备选择应遵循以下原则：1.设备装备水平应按国内先进水平考虑；2.尽量采用国产设备；3.工艺过程尽量选择连续作业，以减少设备体积和投资；4.车间和设备要求防腐；5.设备选型应符合高效、节能、可靠、易于操作、便于维修的要求；6.选择生产设备数量少的生产系列，以减少投资、降低成本和便于实现自动控制；7.符合本工程冶金计算的物料平衡；8.参考国内外类似生产流程的运行时间经验及生产参数指标。反应器计算与选型釜式反应器是一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程，器内常设有搅拌装置。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。按操作方式不同釜式反应器可分为：间歇釜式反应器、连续釜式反应器和半连续釜式反应器。本论文中用到的是间歇釜式反应器。其特点是操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。估算反应釜体积因为该反应为液-固相物料反应且需要搅拌，所以反应釜种类为一般搅拌反应釜。该反应的反应物总体积为V，设反应时间为7.5h，采用间歇反应，8个小时的物料同时加入。管道1总的AlCl3溶液密度取1.05×103kg/m3；氨水的密度为0.9×103kg/m3；（表观密度0.1×103kg/m3，LAS70%）。AlCl3溶液体积V1==5.20m3，氨水体积为V2==4.79m3，∴反应釜的操作容积V0≈V1+V2=5.20+4.79=9.99m3取装料系数η=0.65，操作容积V0=ηV（V为反应釜体积），则反应釜体积V=15.37m3。估算反应釜直径Di、高度H忽略封头容积，Di=2.47m将Di的计算结果圆整成压力容器的公称直径，则Di=2600mm。查JB/T4746-2002得Di=2600mm时椭圆封头的曲面高度h1=650mm；直边取40mm；VF=2.51m3；得：H=2.42m。对H的计算结果圆整成压力容器的标准高度H=2.6m，满足液固相物料反应釜=1~1.3的要求。该釜的装料系数η=0.613∴该反应釜的装料系数η满足有泡沫产生或成沸腾状态的反应釜的装料系数在0.6~0.7内的要求。反应釜的夹套尺寸Hj=1.883m，∴取Hj=2m。经查得2000mm≤Di≤3000mm时，夹套内径Dj=Di+200mm=2800mm反应釜容器壁厚因为该反应的设计压力较低，所以由内压强度计算公式算得的厚度δ较小无法满足制造、运输和吊装等方面的要求。因此，采用筒体最小壁厚。查得当筒体内径Di≤3800mm时δmin=且不小于3mm∴δ=5.2mm设该反应器的设计寿命为15年，每年的腐蚀率为0.1mm/a，计入钢板的负偏差C1=0.8mm，取圆整值Δ=0.5mm[32]。得：δn=δ+C1+C2+=5.2+0.1×15+0.8+0.5=8mm3mm，满足要求。储罐选型计算储罐用以存放酸、醇、气体等提炼的化学物质。其种类很多，大体上有：滚塑储罐，玻璃钢储罐，陶瓷储罐、橡胶储罐、焊接塑料储罐等。就储罐的性价比来讲，现在以滚塑储罐最为优越，滚塑储罐又可以分钢衬塑储罐，全塑储罐两大系，分别包括立式，卧式，运输，搅拌等多个品种。储罐分类：A立式贮罐B卧式贮罐C立式圆筒形固定顶贮罐系列(HG21502.1-92)D立式圆筒形内浮顶贮罐系列﹙HG21502.2=92﹚E球罐系列计算容积氧化铝储罐因为产品要在储罐内静止，老化，不易存太多。一次性存入1天的量V=8835.84／2420×1=3.65m³取填料系数为0.9∴V0=V／0.9=4.06m³贮罐尺寸确定选取卧式椭球形封头容器一只技术指标:公称直径1400m长度：3400mm公称容积：6m³压力：6Kgf／cm²材质：不锈钢重量：1210kg过滤与洗涤设备在催化剂制备中对杂质的含量有一定的限制，因为有时即使很少量的杂质离子也会影响到催化剂的性能。但在实际生产中原料几乎不可避免地带进杂质这就需要用洗涤的方法除去沉淀物中的杂质离子。沉淀物的过滤与洗涤在催化剂生产周期中占用较多时间，正确选择过滤方法与设备可以缩短催化剂的生产周期。根据本项目的工艺条件过滤与洗涤工序设备选用板框压滤机，过滤与洗涤同时进行。干燥设备选型在催化剂生产中干燥操作通常用于沉淀物（水凝胶）干燥、成型后物料干燥及浸渍后物料干燥，干燥是催化剂制备中不可缺少的一个步骤。在本项目设计的干燥工序采用的是喷雾干燥。喷雾干燥是采用雾化器将原料浆液分散成雾滴，并用热风干燥雾滴，而获得产品的一种干燥方法。其包括空气加热系统，供料系统，干燥塔，雾化器，气固分离系统，卸料及运输系统，煅烧设备选型在催化剂制备过程中较普遍使用的回转式焙烧炉，可用烟道气直接加热、烟道气间接加热（筒体伸入焙烧室内旋转）和电间接加热。本项目设计中本工序采用天然气加热。回转窑工艺设计计算（1）窑内物料盘存量物料盘存量是决定煅烧时间的重要参数物料盘存=加料量×物料停留时间（2）回转窑的全容积式中Va—回转窑的全容积，m3；Ψ1—物料填充系数，分率；Ψ2—有效利用系数，分率；ρ—物料密度，t/m3。3012957.751720.7250.250.922.42aWVm（3）有效长度的确定设回转窑的直径为10米式中L—回转窑的有效长度，m；D—回转窑的直径，m。221720.72521.920m0.7850.78510aVLmD（取22）（4）运转参数的确定由下述公式可求得回转窑的任一运转参数，并假设斜度为已知（0.01）式中N—回转窑的转速，；S—回转窑的斜度，分率。综合以上分析本项目中煅烧设备选用回转窑作为煅烧设备。设备规格为ф10×25m，功率为35kW。0.190.1921.920=1.39/min30100.01LNrDS非工艺部分环境评价主要环境污染源、污染物排放状况及治理环境影响评价分析经济效益