酸浸渣提硅及碱回收初步设计

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1、酸浸渣提硅制备白炭黑和苛化法碱回收初步设计前言酸浸渣提硅制备白炭黑和苛化法碱回收共分三个工段，即酸浸渣碱溶制备高模数水玻璃、水玻璃碳化法生产白炭黑和碳化液苛化回收烧碱。每个工段又由多个工序组成，在初步设计时以系统为单元或按操作过程单列处理。酸浸渣来自前工段—酸浸提铝，酸浸处理量折干基为：3163kg/h，设计年生产时间为330天，每天分三班，每班8小时制，则年处理折干基量为：2.5万吨。凡采用板框过滤机进行液固分离的操作，固相水分含量以30%，计，采用离心分离进行液固分离时，固相自由水含量以10%计。需进行升温加热的设备，除特别说明外，均为直接蒸汽加热，蒸

2、汽为0.6Mpa的饱和蒸汽。第一章物料平衡一、水玻璃的制备酸浸工段提供的酸浸渣量为：3163kg/h，由于酸浸固液分离采用板框压滤机，故酸浸渣自由水含量取30%，则单位小时处理实物料量为：4519kg。表1-1酸浸渣主要成分分析序号SiO2（%）Al2O3（%）Fe2O3（%）其它183.353.191.3912.07281.766.51.7310.01385.257.01.844.01平均83.455.561.659.3447故酸渣碱溶制备水玻璃时，酸渣组份取平均值进行计算。1.1水玻璃制备工艺过程方框图固体烧碱苛化稀碱液清水过滤洗涤三洗二洗滤液滤渣过滤

3、提模反应酸浸渣滤液碱溶反应碱溶渣送堆场一洗去碳化水玻璃制备物料衡算方框图1.2工艺过程描述1)开车时，用固体烧碱与酸浸【渣】直接反应得低模数水玻璃，正常生产时，酸浸渣则直接加入到提模反应槽内；2)将低模数水玻璃泵入提模反应槽内，直接加入等量的酸浸渣，用于提高碱溶反应所得的低模数水玻璃，经此反应后，水玻璃的模数控制在3.0～3.5之间；471)提模反应时间1～1.5h，温度为60～70℃，反应物采用板框压滤机过滤，滤饼不用洗涤，直接返回碱溶反应制备低模数水玻璃，水玻璃的模数由提模反应希望制备的水玻璃模数确定，具体计算时则应综合考虑，即需要通过分析酸渣中硅含量

4、、提模反应中硅的转化率，最终确定碱溶时加碱量，保证碱溶制备的水玻璃模数在所设定范围；2)过滤后的提模酸渣直接加入碱溶反应槽，反应液固比为4：1，配液水来自苛化反应回收的稀碱液，根据2）的计算方法，不足的碱量则直接补加固体碱，反应时间为0.5～1h，温度为95～97℃；3)碱溶反应过虑采用板框压滤机，滤饼用上次一洗液进行置换，置换液和滤液合并后作为提模反应的原液，滤饼经三次洗涤，洗涤过程为逆流操作，即二洗变一洗液，三洗变二洗液，最后用1.5倍酸浸渣量的清水洗涤，其洗液则为三洗液，经洗涤的滤饼PH在9.5左右，用车转运堆场；1.3相关化学反应1)提模主反应：N

5、a2O·xSiO2＋SiO2=Na2O·nSiO2。……………（1）其中：x=1.8～2.0，n=3.0～3.5。为计算方便取x=2.0、n=3.5。2)碱溶主反应：2NaOH＋xSiO2=Na2O·xSiO2＋H2O…………（2）1.4物料衡算用于生产白炭黑的水玻璃是通过碱溶和提模两步完成的，47二者的关系既独立又密切相关，故物料衡算时作为一个系统考虑。1.4.1酸浸渣量的确定酸浸渣量是由前工段酸浸反应确定的，由酸浸反应工段的物料衡算可知，干基量为3163kg/h，其中含量30%的水份，其量为1356kg/h。1.4.2碱用量1.4.2.1计算依据碱溶反

6、应液固比为4：1，其中水来自苛化反应回收的稀碱液，碱不足时用固体烧碱补充。碱溶反应硅的收率为60%，最终水玻璃模数为3.5，则整体反应可用下式表示：2NaOH＋3.5SiO2=Na2O·3.5SiO2＋H2O………（3）8021027218X0.8345×0.6×3163YZ则，X=603（kg/h）Y=2051（kg/h）Z=136（kg/h）在酸渣碱溶反应过程中，因其它组份转入碱溶液的量很少，故在物料衡算中不予考虑。产生的碱渣量为：3163-3163×0.8345×0.6=1579（kg/h）表1-2碱溶渣化学成份SiO2（%）Al2O3（%）Fe2O

7、3（%）其它4766.8711.143.0118.98所得水玻璃按下式进行碳化反应，生产白炭黑，经实验测定，其碳化率平均为87%，碳化后固液分离采用离心分离机，故白炭黑中含自由水为10%，结合水平均为0.17。Na2O·3.5SiO2＋CO2＋0.17H2O=Na2CO3＋3.5SiO2·0.17H2O2724431062132051×0.87xyzw则，x=289（kg/h）y=20（kg/h）z=695（kg/h）w=1397（kg/h）用碳化的分离液进行苛化，碱回收率85%，碱液浓度一般为3%左右。具体反应式如下：Na2CO3＋CaO＋H2O=2Na

8、OH＋CaCO3106561880100695abcd则，a=36