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1、年產(chǎn)15萬噸重鉻酸鈉焙燒段的工藝設(shè)計(jì)巢玉琳（指導(dǎo)老師：魏先紅）（湖北師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 黃石435002）1.設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1.1重鉻酸鈉生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)1.1.2換熱器的設(shè)計(jì)1.1.3設(shè)計(jì)規(guī)模1）年產(chǎn)：1.5萬噸/年2）年生產(chǎn)日：300天3）日生產(chǎn)能力：1.5/300=50噸/天1. 2設(shè)計(jì)依據(jù)該設(shè)計(jì)說明書是依據(jù)湖北振華集團(tuán)有限公司的生產(chǎn)技術(shù)及工藝資料的基礎(chǔ)上，并結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書的內(nèi)容年產(chǎn)1.5萬噸重鉻酸鈉的技術(shù)要求。1.3產(chǎn)品及規(guī)格 原料: 鉻鐵礦 產(chǎn)品：重鉻酸鈉規(guī)格：產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中華人民共和國工業(yè)重鉻酸鈉標(biāo)準(zhǔn)（GB / T 1611-2014）一等品規(guī)格，重鉻酸鈉質(zhì)量符

2、合下表要求。表1 重鉻酸鈉質(zhì)量指標(biāo)表 化學(xué)性質(zhì) 國家標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)含量(Na2Cr2O72H2O)%98.398.5硫酸鹽(SO42-)%0.300.20氯化物(Cl-)%0.100.051.4重鉻酸鈉的性質(zhì)及基本用途1.4.1重鉻酸鈉組成 重鉻酸鈉又名紅帆鈉（英文名：sodium dichromate），化學(xué)式：Na2Cr2O72H2O，相對(duì)分子質(zhì)量297.99。經(jīng)流行病學(xué)調(diào)查表明，對(duì)人有潛在致癌危險(xiǎn)性，有腐蝕性。 CAS號(hào)：7789-12-0；10588-01-9； 沸點(diǎn)()：400（無水）； 分子式：Cr2H4Na2O9； 熔點(diǎn)()：357（無水）； 分子量：298； 相對(duì)密度（水=1）

3、：2.35； EINECS號(hào)：234-190-3； 分子式：Na2Cr2O72H2O；Mol文件：7789-12-0.mol； 溶解性：溶于水，不溶于醇。1 重鉻酸鈉結(jié)構(gòu)式1 重鉻酸鈉化工詞典1.4.2硫酸的物理性質(zhì) 1）紅色至桔紅色結(jié)晶，略有吸濕性。易溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈酸性。 2）100時(shí)失去結(jié)晶水，約400時(shí)開始分解。1%水溶液的pH為4，10%水溶液的pH為3.5。 3）相對(duì)密度2.348。熔點(diǎn)356.7（無水品）。有強(qiáng)氧化性，與有機(jī)物摩擦或撞擊能引起燃燒。 4）中等毒，半數(shù)致死量（大鼠，經(jīng)口）50mg/kg（無水品）。1.4.3 重鉻酸鈉的化學(xué)性質(zhì) 1）穩(wěn)定性1.易潮解，粉化

4、。為強(qiáng)氧化劑。與有機(jī)物接觸摩擦、撞擊能引起燃燒。有腐蝕性。容易被還原成三價(jià)鉻。 2.穩(wěn)定性：穩(wěn)定。3.禁配物： 強(qiáng)還原劑、醇類、水、活性金屬粉末、硫、磷、強(qiáng)酸。4.避免接觸的條件：潮濕空氣。5.聚合危害：不聚合。 2）重鉻酸鈉毒理學(xué)數(shù)據(jù)1.急性毒性 LD50：50mg/kg（大鼠經(jīng)口）2.刺激性 暫無資料3.致突變性 微生物致突變：鼠傷寒沙門菌50g/皿。DNA損傷：大鼠肝10mol/L。姐妹染色單體交換：倉鼠肺140g/L。4.致癌性 IARC致癌性評(píng)論：組1，對(duì)人類是致癌物。5.其他：大鼠腹腔注射最低中毒劑量（TDLo）：20mg/kg（染毒8周，雄性），影響精子生成。 3）重鉻酸鈉生態(tài)學(xué)

5、數(shù)據(jù)LC50：18133mg/L（96h）（魚）。IC50：0.58mg/L（72h）（藻類）。1.4.4重鉻酸鈉的用途2 重鉻酸鈉的用途十分廣泛。主要用于制造鉻黃顏料，鉻酸酐及其他鉻鹽。也用于金屬的浸漬和蝕刻，電鍍，毛織物染色時(shí)的媒染、鞣革等。在印染工業(yè)中，用于苯胺染料染色時(shí)作氧化劑，硫化還原染料染色時(shí)作后處理劑，酸性媒介染料染色時(shí)作媒染劑。醫(yī)藥工業(yè)用于生產(chǎn)胺苯砜，苯佐卡因、葉酸、雷佛奴爾等。電鍍工業(yè)用于鍍鋅后鈍化處理、增加光亮度。也用于金屬表面處理。用于生產(chǎn)堿性湖藍(lán)染料、糖精、合成樟腦、合成纖維、合成香料。2 作用與用途化工詞典 1.4.5 注意事項(xiàng)3 1）危險(xiǎn)性概述 健康危害：急性中毒：

6、吸入后可引起急性呼吸道刺激癥狀、鼻出血、聲音嘶啞、鼻粘膜萎縮，有時(shí)出現(xiàn)哮喘和紫紺。重者可發(fā)生化學(xué)性肺炎?？诜纱碳ず透g消化道，引起惡心、嘔吐、腹痛、血便等；重者出現(xiàn)呼吸困難、紫紺、休克、肝損害及急性腎功能衰竭等。慢性影響：有接觸性皮炎、鉻潰瘍、鼻炎、鼻中隔穿孔及呼吸道炎癥等。燃爆危險(xiǎn)：該品助燃，為致癌物，具強(qiáng)腐蝕性、刺激性，可致人體灼傷。3 重鉻酸鈉MSDS 2）急救措施皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。眼睛接觸：提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸，及時(shí)就醫(yī)。食入：用水

7、漱口，用清水或 1%硫代硫酸鈉溶液洗胃。給飲牛奶或蛋清，及時(shí)就醫(yī)。3）消防措施 危險(xiǎn)特性：強(qiáng)氧化劑。遇強(qiáng)酸或高溫時(shí)能釋出氧氣，促使有機(jī)物燃燒。與硝酸鹽、氯酸鹽接觸劇烈反應(yīng)。有水時(shí)與硫化鈉混合能引起自燃。與有機(jī)物、還原劑、易燃物如硫、磷等接觸或混合時(shí)有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。具有較強(qiáng)的腐蝕性。有害燃燒產(chǎn)物：可能產(chǎn)生有害的毒性煙霧。滅火方法：采用霧狀水、砂土滅火。 4）泄漏應(yīng)急處理 應(yīng)急處理：隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。勿使泄漏物與有機(jī)物、還原劑、易燃物接觸。小量泄漏：用潔凈的鏟子收集于干燥、潔凈、有蓋的容器中。大量泄漏：收集回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。5

8、）操作處置與儲(chǔ)存 操作注意事項(xiàng)：密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴頭罩型電動(dòng)送風(fēng)過濾式防塵呼吸器，穿聚乙烯防毒服，戴橡膠手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。避免產(chǎn)生粉塵。避免與還原劑、醇類接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不超過35，相對(duì)濕度不超過75%。包裝密封。應(yīng)與還原劑、醇類等分開存放，切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。1.5生產(chǎn)路線的選擇 重鉻酸鈉的生產(chǎn)主要包括鉻酸鈉制造和鉻酸鈉

9、轉(zhuǎn)化成重鉻酸鈉兩個(gè)工序。鉻酸鈉轉(zhuǎn)化目前工業(yè)上主要采用硫酸法。正在開發(fā)的有電解法。 硫酸法將鉻鐵礦粉碎至200目，與純堿(一般用量為理論量的90%93%)、自云石粉、石灰石粉和礦渣按一定配比混合后送入轉(zhuǎn)窯，在11001150進(jìn)行氧化焙燒152 h，使三氧化二鉻轉(zhuǎn)化為鉻酸鈉。燒成的熟料經(jīng)冷卻粉碎后，用稀溶液和水在浸取器中多級(jí)逆流浸取、抽濾，得到3540B的鉻酸鈉溶液。將PH調(diào)至78，使鋁酸鈉水解成氫氧化鋁沉淀，經(jīng)過濾后除去。中性濾液蒸發(fā)至48B后，加入濃硫酸酸化，使鉻酸鈉轉(zhuǎn)化為重鉻酸鈉。經(jīng)兩次蒸發(fā)，使硫酸鈉完全除去，再經(jīng)澄清以除去全部不溶性雜質(zhì)。把澄清液冷卻至3040進(jìn)行結(jié)晶，經(jīng)離心分離，制得重鉻

10、酸鈉成品。母液返回中和或用于制造其他鉻鹽產(chǎn)品。其4(FeOCr2O3) + 8Na2CO3 + 7O2 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO22Na2CrO4 + H2SO4 Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O2.工藝部分2.1工藝崗位操作2.1.1工藝流程說明 鉻礦 粉碎 與Na2CO3混勻 空氣高溫 Cr6+固態(tài)物（Na2CrO4） 生料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行高溫1100-1200堿性焙燒，生產(chǎn)品為含鉻酸鈉的熟料。副產(chǎn)品為尾氣帶出的回收料，由于進(jìn)密生料的潤濕，回收料量可明顯降低，回收料視含硅量的變化直接或經(jīng)處理夠經(jīng)計(jì)算與生料一起進(jìn)入窯內(nèi)循環(huán)使用。 沒有生成六價(jià)鉻的平行反應(yīng)，無

11、鈣焙燒時(shí)，鉻鐵礦中的Fe幾乎全部同鎂反應(yīng)，鎂除了生成鐵酸鎂和鋁酸鎂鈉之外，其余以游離MgO形態(tài)存在。2.1.2工藝原理主反應(yīng)： 2Cr2O3+4Na2CO3+3O2 4Na2CrO4+4CO2副反應(yīng)：Al2O3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2 Fe2O3 + Na2CO3 2NaFeO2 + CO2 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 Na2SiO3 + 2NaAlO2 + MgO + 2SiO2 Na4MgAl2Si3O122.1.2.1工藝流程說明 1）焙燒工藝物料:礦粉，渣粉，工業(yè)堿。反應(yīng)窯冷卻窯均為傾斜窯體。其中:物料在反應(yīng)窯內(nèi)煅燒后進(jìn)冷卻窯冷卻時(shí)間為

12、自然冷卻。冷卻后的生料進(jìn)槽車后加黃綠色的工業(yè)水將鋼球狀的生料中的含鉻物質(zhì)浸泡入水中，過濾回收含鉻產(chǎn)品的水送入其他車間加工成產(chǎn)品。注:1. 物料進(jìn)反應(yīng)窯內(nèi)煅燒分為四個(gè)部分:預(yù)熱、分解、高溫、冷卻。2. 設(shè)備剛開始工作時(shí)，投入煤粉后需加紫火將其點(diǎn)燃。此時(shí)窯體不轉(zhuǎn)動(dòng)，待煤燃燒產(chǎn)生的熱量使窯體內(nèi)也開始翻動(dòng)反應(yīng)。3. 煤粉通入風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)將其吹入窯體內(nèi)燃燒，其中窯體內(nèi)的溫度也是由煤粉進(jìn)窯內(nèi)燃燒的量(風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率)控制的。若預(yù)熱段溫度比冷卻段高，則應(yīng)將風(fēng)機(jī)頻率減小使工序正常運(yùn)行。4. 反應(yīng)窯內(nèi)物料經(jīng)煅燒后生成的鋼球狀生料經(jīng)冷卻窯自然冷卻后進(jìn)入槽車內(nèi)，往車內(nèi)加入黃綠色的工業(yè)水(槽車底部有一方形的沙桶)，經(jīng)水

13、浸泡后過濾將含鉻產(chǎn)品的水加以回收送至其他車間，加工成產(chǎn)品。2）無鈣焙燒工藝 鉻鐵礦同純堿，返渣計(jì)量后，連同回收的窯灰在一起在混料機(jī)內(nèi)混合。生料送回轉(zhuǎn)窯焙燒。熟料趁熱水萃取浸取，或冷卻后濕磨浸取。漿液用旋流器分為粗漿和細(xì)漿。粗，細(xì)漿分別過濾洗滌。粗渣經(jīng)烘干后，返回配料；細(xì)渣經(jīng)解毒后排放，粗細(xì)漿的濾液(堿性液)合并后進(jìn)行中和以沉淀氫氧化鋁，經(jīng)過過濾，洗滌，排出鋁泥；中性液送后工段。無鈣焙燒后工段流程與有鈣焙燒基本相同，不同之處是無鈣焙燒需脫釩。3）窯頭及窯尾尾氣處理路線 物料在旋窯內(nèi)煅燒反應(yīng)，因?yàn)樵摳G體為副窯，所以反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣及空氣由旋窯窯尾向外排出。此外，由風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)也會(huì)將附著在尾氣中的原料

14、細(xì)小顆粒一同吹向窯尾排出。排出旋窯尾氣(附著原料)經(jīng)過沉降室由于重力因素，原粒顆粒會(huì)沉降下來，經(jīng)過初步處理的尾氣通過余熱鍋爐回收熱量。尾氣再次經(jīng)過布袋除塵器(原理:布袋除塵器是基于過濾原理的過濾式除塵器，利用有機(jī)纖維或無機(jī)過濾布將氣體中的粉塵過濾出來，重力沉降作用，熱運(yùn)動(dòng)作用，慣性力作用，篩濾作用。)進(jìn)一步除塵，處理好的尾氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)吹出排氣筒外。2.2物料衡算2.3熱量衡算3 典型設(shè)備換熱器的選擇與設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)條件選型說明：光管浮頭式換熱器塔頂流體流量為7115kg/h入口溫度為：60出口溫度為：40冷卻水入口溫度為：33冷卻水出口溫度為：403.2 計(jì)算3.2.1 基本數(shù)據(jù) 表2 介質(zhì)物性表溫度/導(dǎo)熱系數(shù)/W/(mK)比熱容/J/(KgK)粘度/Pas密度/（Kg/m3）垢阻/(m2K/W)熱流入口630.273829464.01910-47650.000172出口400.268828585.63110-4785冷流入口330.630641817.59310-49930.000344出口400.63