年产30万吨膨润土的生产工艺设计

年产30万吨膨润土的生产工艺设计内容摘要：

同时向水中加入钙基膨润土和纯碱 , 加碱量采用最大湿粘度和最低失水量法确定 , 一般要加过量碱 , 液固比为 1~ 8, 经浸泡造浆后脱水 ,干燥 , 磨粉即得钠基土。 ( 2) 陈化法。 在原矿或加工后的干粉中 ,按所需的 Na+ 量 ( 常为矿石量 3% ~ 5% 的 Na2CO3 量 ) 化成水溶液加入 , 拌匀 , 堆放。 整个矿石含水量控制在 30% 左右 , 堆放时间 7~ 10d, 并常翻动拌合 , 老化后干燥 , 磨粉。 该法钠化效率较差。 ( 3) 挤压法。 此法是在加入改型剂的同时 , 施加一定的压力 ( 剪切力 ) 使蒙脱石颗粒分开 , 加速 Na+ 交换 Ca2+ 的进程。 这种方法是目 前最常用的 , 已取得了较好的效果。 在钠化改型时 , 挤压是关键一步 , 因为挤压起到了剥片作用 , 使蒙脱石颗粒之间、晶层之间 , 产生相对运动而分离 , 从而增加了与 Na+ 离子的接触面积 , 易于进行充分的离子交换。 由于挤压摩擦产生 了大量热能 , 加快了离子运动速度 , 扩大了运动范围 , 从而增加了反应机会与阳离子交换过速度。 蒙脱石在大的挤压作用下 , 化学键遭到了破坏 , 产生断键。 这有利于吸附相反电荷的 Na+ 离子 , 从而增加了钠化反应的进行 钠化流程 在生产中广泛使用半干法对钙基膨润土进行钠化改性，可分为钠化剂粉末加入法和钠化剂水溶液加入法。 钠化剂粉末加入法工艺流程是：原土 → 干粉碳酸钠 → 加水碾压 → 存放 → 粉碎成粉 → 性能检测。 钠化剂水溶液加入法工艺流程是：原土 → 碳酸钠水溶液 → 碾压 → 存放→ 粉碎成粉 → 性能检测。 性能指标评价 钠基土应用广泛，各行业有不同的质量标准，但没有统一的国家标准。 膨胀容是表征粘土矿物水化特性的参数，而蒙脱石是水化性能最强的粘土矿物之一。 复用性是表征膨润土高温特性的参数，复用性好的膨润土受多次热作用后，粘结力下降比复用性差的膨润土要少，所以在选用膨润土时应注意其复用性好坏。 因此 应 采用膨胀容和复用性来检验钠基土的质量。 膨胀倍越大，钠基土的性能越好，即钠化效果越好。 复用性越好，钠基膨润土的有效膨润土含量越高，则实际生产中的经济性也越高。 应 着重考察了钠化含水量 、 碳酸钠加入量 、 陈化时间和挤压次数对钠化效果的影 响。 钠化剂水溶液加入法工艺下各因素的影响及试验结果分别见表 表 2和表 3所示，各影响因素与膨胀容的关系见图 1（ 图中膨胀倍为同一水平下 3次试验结果的算术平均值）。 表一 水溶液加入法正交试验影响因素及水平 表二 水溶液加入法膨胀容极差分析 表三 水溶液加入法正交试验方案及结果 图 1 实验表明 ， 膨胀容随着含水量的增加而减小，钠化含水量为 27%时最合适； Na2CO3的加入量为 5%最合适；膨胀容随陈化时间的增加而增大，故陈化时间可以选择 3天；挤压次数对膨胀容的影响不是很 明显，而且膨胀容随 挤压次数的增加而减小，因此选用挤压次数为 3次即可。 本设计用钠化剂水溶液加入法工艺 钙基膨润土人工钠化的流程一般为：钙基土原矿→破碎→加入碳酸钠(湿法还需加水 )→混合挤压→回转炉干燥→碾磨→空气分级→钠基土产品。 4 膨润土加工工艺设备 选型 设备选型依据 物料衡算是 设备选型的依据，而设备选型则要符合生产工艺的要求。 设备选型既是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，又是工艺布置的基础，并且为动力配电、水汽用量计算提供依据。 设备选型应根据每一个品种单位时间（ h或 min）产量的物料平衡情况和设 备生产能力来确定所需要设备的台数。 若有几种产品都需要共同的设备，在不同时间使用时，应按处理量最大的品种所需的台数来确定。 对生产中的关键设备，除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑有备用设备。 一般后道工序设备的生产能力要略大于前道，以防物料挤压。 设备选型原则 对不同厂家不 同品牌不同规格性能的同类设备：从安全环保、技术先进、性价比高、兼容互换性高、技术支持优良、等五个方面对矿井设备进行选型。 设备选型思路 安全、核心及重点主要类设备 :依照高可靠性、高技术、高质量、高稳定性适应高效率生产的的设备，选用知名厂家的一流设备。 辅助设备：按照性价比高，质量优良，可靠性、稳定性满足生产需要的设备应选则国内中上等设备。 一般设备：不属于安全、核心及重点主要类及辅助设备，可选用国内中等水平设备。 转筒干燥机 转筒干燥器是最古老的干燥设备之一，目前仍被广泛应用于化 工、建材和冶金等领域。 转筒干燥机（烘干机）主要由筒体装置前后托轮装置、进出料装置、传动装置与齿轮罩等部件组成。 （与烘干机配套的附属设备：燃烧室、喂料出料设备、收尘设备 等均不属本机范围）。 主要用于选矿、建材、冶金、化工等部门烘干一定湿度或粒度的物料。 回转烘干机对物料的适应性强，可以烘干各种物料，且设备操作简单可靠，故得到普遍采用。 回转圆筒干燥器是一种处理大量物料干燥的干燥器。 由于运转可靠， 操作弹性大、适应性强、处理能力 大， 广泛使用于冶金、建材、轻工等部门。 在化工行业中，如硫酸按、硫化碱、安福粉、硝酸 铵、尿素、草 酸 、重 铬 酸钾、聚氯乙烯、二氧化 锰 、碳 酸 钙、磷酸 铵 、硝酸磷肥、钙镁磷肥、磷矿、普通过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸三钠、三聚磷酸钠等的干 燥， 大多使用回转圆筒干燥器。 回转圆筒干燥器生产流程如图 8— l。 需要干燥的湿物 料 由皮带运输机或斗式提升机送到 料斗， 然后经料斗的加料机构通过加料管进入进料 端。 加 料 管的斜 度 要大于物料自然倾 角， 以便物料顺利 溜 入干燥器 内。 干燥器圆筒是一个与水平线 略 成倾斜的旋转圆筒。 物料从较高一端加入 ，载 热体由低 端 进入 ， 与物料成逆流 接触， 也有载热体和物 料 一起并流进入简体的。 随着圆筒的转动， 物料受重力作用运行到较低的一端。 湿物料在 筒 内前移过程中，直接或间接 得 到了 载 热体的给热，使湿 物 料得以干燥，然后在出料端经皮带机或螺旋输送机送出。 在圆筒内壁上装有抄板，它的作用是把物料抄起来又洒 ， 使物料与气流的接触表面增 大， 以提高 干 燥速率并促进物 料 前进。 载 热体一般为热空气、烟道气等。 载 热体经干燥器以后，一般需经旋风除尘器将气体内所带物 料捕 集下 来。 如须进一步减少民气含尘量，还应经过袋式除尘器或湿法除 尘 器后再放空。 回转圆筒干燥器一 般 适用于 颗粒状物料， 也可用部分 掺 入 干 物料的办法干操 粘 性 膏 状物料或含水量较高的 物 料，并 已成功地用于溶液物料 (料浆 )的造粒干燥中。 国内回转圆筒 干 燥器直径一般在 ~3m，个别的达 5m。 干燥器长度一 般 在 2— 30 m，也有长 50m 甚至更长的。 一般 L／ D 在 6~l0。 所处理的 物料 含水量范围为 3~25%，也有高达 50%的。 干燥后的含水量可达到 %左右，甚至可达到 %。 物 料在干燥器内的停留时间在 5分钟到 2小时。 气流速度，对粒径为 1mm 左右的 物 料，气速在 0． 3~1。 0m／ s 范围；对粒径为 l~5mm 的物料，气速在 1． 2~2． 2m／ s 范围内。 回转圆筒干燥器的优点是生产能力大、适应范围 广、液体阻力小、操作上允许波动范围较大、操作方便。 缺点是设备复杂庞大、一次性投资大、占地面积大、填充系数小、热损失较大。 回转圆筒干燥器在物料和载热体并流操作时，筒体内物料温度即 使在出口处也很接近于气体的湿球温度，这说明干燥过程基本上是在等速阶段进行。 即水分主要从粒子表面蒸发而无降速阶段。 这是因为当粒子与气流接触时，水分从表面蒸发，但当粒子埋入料层后，水分几乎停止蒸发。 这时粒于内部的水分继续向表面扩散，当较子再露出料层与气流接触时，粒子表面又有自由水分存在，使粒于温度一直维持在气流的温球温度附近。 故 可认为此干燥过程仅仅是物科与气体之间的外部传热、传质过程。 筒壁和抄板与气流接触时被加热，面与物料接触时被冷却，但由于变化周期较短，温度变化幅度很小，所以筒壁湿度基本上可以认为是一常数。 此外，由于物料对筒壁传导的给热系数大于气体对简壁的对流给热系数，故筒壁湿度实际上接近于料温，加上物料只有很薄的一层被加热故料层中心温度升高极少。 根据许多资料表明，热传导的热量所占比例很小，只有在分格式转筒中才占 30%左右。 回转圆筒干燥器中一部分热量是颗粒幅射传热，这时 粒 子表面接受辐射热。 在化工干燥作业中 ，气体温度一般不太高，故辐射的热量在最佳条件下不超过物料在干燥器中所得热量的 6%，所以在大多数场合下，在热力计算中可以不予考虑。 回转干燥主要是属于对流干燥，热能以对流方式由热气体传给与其直接接触的温物料表面，再由表面传至物料内部，这是一个传热过程。 水分从物料内部以液态或气态扩散，透过物料层而达到表面，然后水汽通过物料表面的气膜而扩散到载热体的主体，这是一个传质过程。 所以干燥是由传热和传质两个过程所组成，两者之间是相互联系的。 干燥过程得以进行的条件， 是必须使被干燥物料表面所产生水汽或其他蒸气的压力大于载热体中 水汽或其他蒸气的分压，压差越大，干燥过程进行得越迅速。 为此，载热体须及时地将气化的水汽带走，以保持一定的气化水分的推动力。 所以，在回转圆筒干燥器中都设有鼓风机或引风机。 （烘干机）工作原理： 烘干机的热源来自燃烧装置，本烘干机采用顺流式加热方式。 因此需要烘干的物料，从进料箱、进料溜进入筒体，即被螺旋抄板推向后。 由于烘干机倾斜放置，物料一方面在重力和回转作用下流向后端，另一方面物料被抄板反复抄起，带至上端再不断地扬撒下来，使物料在筒内形成均匀的幕帘，充分与筒内的热气流进行热交换，由于物料 反复扬撒，所含的水分逐渐被烘干，从而达到烘干的目的。 转筒干燥机特点： 结构简单，操作方便 ； 适应范围广，可以用它干燥颗粒状的物料，附着性大的物料用它干燥也很有利 操作弹性大，生产上允许产量有较大波动，不致影响产品的质量； 生产能力大，可以连续操作 故障少，维修费用低。 设备体积大，一次性投资多； 安装、拆卸工作量大； 物料在干燥器内停留时间长，物料颗粒之间的停留时间差异较大，对于温度有严格要求的物料不适用。 、流向的选择 湿物 料和载热体流向有并流和逆流两种，也有逆、并流合用的。 3 . 物料移动方向与载热体流动方向相同。 干燥过程中湿含量高的物料与温度最高而湿含量 小的载热体在进口端相遇，此处干燥推动力大。 而在出口端，则湿含量较小的物料和湿含量较大的载热体相接触，干燥推动力小。 所以并流的特点是推动力沿物料移动方向逐渐减少。 在干燥最后阶段，干燥推动力减少到很小，干燥速度因此很慢，影响生产能力。 并流方式适用于下列物料的干燥 (1)物料在湿度较大时，允许快速干燥而不会发生裂纹或焦化现象。 (2)干燥后物料不能耐高温，即产品遇高温会发生分解、氧化等变化。 (3)干燥后的物料吸湿性很小，否则干燥后的物料会从载热体中吸回水分，降低产品质量。 逆流 物料移动方向与载热体流动方向相反。 在入口处，湿度高的物料与湿度大、温度低的载热体接触，在出口处，湿度低的物料与湿度高的湿度小的载热体相接触，因此干燥器内各部分的干燥推动力相差不大，分布比较均匀。 逆流方式适用于下列物料的干燥： ‘ (1)物料在湿度较大时，不允许有快速干燥，以免引起物料发生龟裂等现象。 (2)干燥后的物料可以耐高湿，不会发 生分解、氧化等现象。 (3)干燥后的物料具有较大的吸湿性。 (4)要求干燥速度大，同时又要求物料干燥程度大。 逆流流向的缺点是入口处的物料湿度较低，而载热体湿度很大，接触时，载热体中的水汽会冷却而冷凝在物料上，使物料湿度增加，干燥时间延长影响生产能力。 、载热体的选择 载热体及其最高温度的决定在于被处理而体物料的性质及其是否允许被污染等因素。 若被处理的固体物料不怕高温，且非最后产品，可以允许在处理过程中稍被污染可采用烟道气作为载热体，则能得到较高的体积蒸发率和热效率，例如，对于进口含水量较高的 物料干燥，采用气体进口温度为 300176。 C 时。 干燥器的体积蒸发率为 15kg 水 /m3 h，热效率为30~50%；若气体进口温度为 500176。 C，则体积蒸发率为 35kg 水／ m3 h， 热效率为 50~70％。 所以对于处理矿石、砂砾、煤、过磷酸钙等物料的转筒干燥器都带有直接产生烟道气的燃烧炉，其燃料可以是煤、油或者天然气等。 若处理的物料不允许被污染，则用热空气做载热体。 热空气是经空气预热器加热的。 加热介质可用蒸汽加热器、电加热器，或用烟道气经预热器加热热空气等方法。 也可用其他工业废热气体来加热空气。 也有用间接加热的方式 ，即热量由金属壁传给被干燥物料，如外加热式的回转圆筒干燥器。 若被干燥物料的产品不允许被污染，而且不允许被空气冲淡，则热量应通过转筒壁传入。 此时，可以将转筒装在砖室内，筒外通以烟道气；也可在筒内安装中心管或列管、套管等表。