1、作者：Pan Hon glia ng僅供個(gè)人學(xué)習(xí)第一章總論1.1設(shè)計(jì)的依據(jù)和目的本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)鋼材酸洗工段的酸洗廢水的處理及回用提供工藝設(shè)計(jì)，該工藝實(shí)現(xiàn)“零”排放，主要參照吉林中國一汽富奧標(biāo)準(zhǔn) 件公司酸洗廢水車間工藝流程，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的水質(zhì)水量，選擇合 適的工藝流程。處理任務(wù)酸洗廢水量為20噸，且含有大量的硫酸亞鐵。以往通 過加入堿性藥劑進(jìn)行中和處理的方法，不僅造成了大量的酸堿物料的 浪費(fèi)，同時(shí)在中和過程中產(chǎn)生的大量亞鐵沉淀物給后處理工作造成了 很大的困難。因此結(jié)合以往同類硫酸廢液的治理經(jīng)驗(yàn)， 提出了采取冷卻結(jié)晶工 藝分別回收硫酸及水和硫酸亞鐵的綜合治理改造方案。根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度特性，

2、以及酸洗工序的工藝特點(diǎn)，因此將在酸洗溫度（65 C左右）條件下接近硫酸亞鐵飽和狀態(tài)的硫酸廢液進(jìn)行加酸冷凍結(jié)晶， 使其達(dá)到過飽和條件而結(jié)晶析出，從而實(shí)現(xiàn)廢硫酸母液的回收利用及 副產(chǎn)硫酸亞鐵水合沉淀物。1.2處理廢水的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的主要條件及技術(shù)參數(shù)：表1廢水水質(zhì):指標(biāo)進(jìn)水出水硫酸含量< 10%20-40%硫酸亞鐵含量> 25%5-8%水量20噸20噸1.3酸洗廢水的來源鋼廠的酸洗工序是將鋼材侵入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右的硫酸洗槽中進(jìn)行酸洗。隨著酸洗的進(jìn)行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不 斷增高，當(dāng)溶液中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至6% 8%,生成的硫酸亞鐵質(zhì)量濃度超過200250g/l時(shí)，酸洗速

3、率下降，必須更換酸洗液， 排放酸洗廢液。酸洗好的鋼材必須用清水進(jìn)行沖洗以去除表面的酸性 物質(zhì)，又造成了廢酸水的外排。另外也可用鹽酸代替硫酸，形成鹽酸 廢水。第二章工藝方法論證2.1硫酸酸洗廢水的方法（1）提高廢酸濃度，在低溫或高溫下使硫酸亞鐵從廢液中析出， 回收 的硫酸再用于酸洗。低溫分離有濃縮冷凍、蒸汽噴射真空結(jié)晶 （簡稱 蒸噴真空結(jié)晶）。產(chǎn)品為FeSQ7H2O和再生酸。（2）某一物質(zhì)于廢液內(nèi)，在一定的條件下使之與游離酸反應(yīng)生成其他 有用的物質(zhì)后予以回收。如加入鐵屑使之全部生成硫酸亞鐵的鐵屑法、 加鐵屑和苛性鈉處理的氧化鐵紅法、 加氨處理的氧化鐵紅一一硫酸銨 法（HA法）等。（2）廢液中硫酸

4、亞鐵重新變?yōu)榱蛩岷脱趸F（或純鐵），以回收全部硫 酸如用擴(kuò)散滲析法電解法、氯化氫置換法 （魯茲鈉法）等。酸洗過程中，在鋼件表面的氧化鐵得到去除的同時(shí)， 也使大量單 質(zhì)鐵與硫酸反應(yīng)而進(jìn)入酸洗液中，這是酸洗液硫酸消耗的主要因素。 當(dāng)酸洗液硫酸濃度降低到10%左右時(shí)，酸洗速度就會(huì)影響到生產(chǎn)進(jìn)度， 從而需要重新調(diào)整酸洗液硫酸濃度或全部進(jìn)行置換。對(duì)于酸洗硫酸廢液的處理，國內(nèi)一般傳統(tǒng)工藝一是采用焚燒法回 收硫酸和氧化鐵，但由于耗能較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等問題，以被廢棄； 二是采用石灰中和法進(jìn)行中和處理，但由于產(chǎn)生大量的泥渣給后續(xù)處 理造成了較大的困難（采用碳酸那種和也同樣要產(chǎn)生大量的碳酸鐵沉 淀），而且，中和

5、處理法本身也造成了資源的浪費(fèi)。2.2工藝基本原理根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度特性，以及酸洗工序的工藝特點(diǎn)，我們處 理含硫酸小于10%勺廢液，因此將在酸洗溫度（65 C左右）條件下接近 硫酸亞鐵飽和狀態(tài)的硫酸廢液進(jìn)行加酸冷凍結(jié)晶，加酸是使酸度增加的同時(shí)硫酸亞鐵的溶解度減??；此過程在沉降池中完成，并且同時(shí)實(shí) 現(xiàn)自然冷卻，使溫度接近硫酸亞鐵析出所需的臨界溫度， 因?yàn)樵谒岫?一定的條件下，溫度越低，硫酸亞鐵的溶解度越小，所以要繼續(xù)降低 廢液溫度，此過程在結(jié)晶罐里完成，用冷凍鹽水冷卻將廢液溫度降低 至0度左右，使其達(dá)到過飽和條件，硫酸亞鐵結(jié)晶析出，從而實(shí)現(xiàn)廢 硫酸母液的回收利用及副產(chǎn)硫酸亞鐵水合沉淀物。比較于其

6、他的回收利用方法，加酸冷凍結(jié)晶法集濃縮冷凍法和蒸 噴真空結(jié)晶法的優(yōu)點(diǎn)于一身，它的主要優(yōu)點(diǎn)是無需蒸發(fā)濃縮，減少蒸 氣耗能這一項(xiàng)，操作簡便，但需要冷凍設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度大。2.3處理工藝可行性分析在處理過程中通過加酸的方式，使得酸洗廢水中的SQ2 +濃度升 高，使FeSQ的溶解平衡向著結(jié)晶析出的方向移動(dòng)，從而使Fe2 +以結(jié)晶 的形式析出，達(dá)到綜合利用的目的；析出FeSQ4后的酸液經(jīng)過處理后 可回用于鋼材的酸洗工藝，間接減少了新酸的消耗。其工藝原理是基 于不同溫度、HSQ濃度條件下FeSQ的溶解度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).見圖1通過理論計(jì)算得出，將原廢水硫酸濃度調(diào)到25%時(shí)2.4工藝流程2.5工藝流程簡介(1)

7、向酸洗廢液中加工業(yè)硫酸，硫酸濃度由10%提高到2425% 以提高廢液的酸度和硫酸亞鐵的飽和度；(2) 含硫酸濃度24 25%勺廢酸液加入冷卻槽，自然降溫冷卻 到30C。以降低硫酸亞鐵的溶解度；(3) 30 C的廢酸液泵入結(jié)晶器中，加冷凍鹽水冷卻至5C,間歇操作，繼續(xù)降低硫酸亞鐵的溶解度；(4) 為達(dá)到析出臨界溫度，廢酸液被冷卻到5C,大部分硫酸亞鐵呈七水硫酸亞鐵結(jié)晶析出。(5) 結(jié)晶料漿流入人工卸料的三足式離心機(jī)中間歇操作，分離硫 酸亞鐵回收利用，此回收晶體采用人工包裝，人力運(yùn)輸入庫。(6) 母液自流入母液槽，然后泵送母液進(jìn)入酸洗槽，并加入水調(diào) 節(jié)硫酸濃度至25%左右，可以直接送入酸洗槽中進(jìn)行

8、酸洗，即達(dá)到回 收利用作用，實(shí)現(xiàn)“零”排放。第三章物料衡算硫酸含量硫酸亞鐵含量已知數(shù)據(jù)< 10%> 25%選取數(shù)據(jù)10%25%3.1硫酸消耗總量（沉降池中加酸）10%（+Q=（Q+Q）25% Q i=20t/d Q 2=4rn/d3.2硫酸亞鐵晶體回收總量/d3.3耗水量表3進(jìn)水出水加算量硫酸含量10%25%4m3/d進(jìn)水出水晶體回收量硫酸亞鐵含量25%:6% 3.87m3/d循環(huán)水1.71m3/d第四章熱量衡算表4已知數(shù)據(jù)：指標(biāo)進(jìn)水出水硫酸含量< 10%20-40%硫酸亞鐵含量> 25%5-8%水量20t/d20t/d溫度55 C -65 °C表5選取數(shù)據(jù)：

9、指標(biāo)進(jìn)水出水硫酸含量10%25%硫酸亞鐵含量25%6%水量20t20t溫度65 C5C4.1冷卻沉降池（廢液池）此過程為自然冷卻過程，根據(jù)試驗(yàn)冷卻時(shí)間為24h設(shè)沉降池的出口溫度為30 C式中：cl-30%H2SO4 比熱，0.74kcal/kg T-溫度變化，Cp - H 2SQ密度,kg/lV-廢液體積4.2冷卻結(jié)晶器總制冷量設(shè)進(jìn)口溫度為30 C ,出口溫度為5 C ,則總體需要完成的制冷量 為：單位制冷量設(shè)每天為4個(gè)處理周期，每個(gè)處理周期為3h,則按量完成的制冷量應(yīng) 為：冷卻劑(25%CaCL鹽水)(1) 設(shè)冷卻劑進(jìn)入結(jié)晶器的溫度為-15 C ,出口溫度為10C。所需制冷劑的質(zhì)量：M2=2

10、4.244 X103 kg又因?yàn)镸=p 2X V2p 2-25%CaCL2鹽水密度V 2-鹽水體積33所以所需的制冷劑的體積:V2=24.244 X 10/1228=19.74m(3) 每天為4個(gè)處理周期，則每個(gè)處理周期需要的制冷劑質(zhì)量為：3M二M/4=24.244/4=6.061 X 10 kg(4) 每個(gè)處理周期需要的制冷劑體積為：V3=19.74/4=4.9m3第五章主體設(shè)備計(jì)算5.1冷卻沉降池(廢酸池)作用：用以水量，酸量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均合，主要起到對(duì)酸洗廢液進(jìn)行加酸調(diào)節(jié)濃度的作用，并對(duì)較大的顆粒物有自然沉降的作用，減輕水質(zhì)水量變化對(duì)后續(xù)反應(yīng)構(gòu)筑物的沖擊。設(shè)計(jì)原則(1) 冷卻沉降池的容積可

11、根據(jù)廢水的濃度和流量變化規(guī)律與要求 調(diào)節(jié)均勻程度來計(jì)算。(2) 在計(jì)算冷卻池時(shí)，要按最不利的情況，即濃度和流量在高峰時(shí) 的區(qū)間來計(jì)算。(3) 調(diào)節(jié)時(shí)間越長，廢水水質(zhì)越均勻，要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況和處理 要求選擇合適的冷卻沉降時(shí)間。設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)最大流量：Q=20m/d設(shè)計(jì)計(jì)算涉及1座冷卻沉降池，因有濃度和流量的變化，對(duì)比吉林氣標(biāo)廠 的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定自然沉降時(shí)間取 24h,自然冷卻至30C。(1) 冷卻沉降池的容積表6計(jì)算中所選取的數(shù)據(jù)進(jìn)水出水硫酸含量10%25%因?yàn)?10%V+V2=(V1+V2)25%2+V=(20+V2)25%V2=4mV1-廢酸液體積20mV2-需要加酸體積總體積:V=V1+V

12、2=20+4=24rn(2) 冷卻沉降池的面積設(shè)溶液水高為2mA=V/h=24/2=12mi(3) 冷卻沉降池的長，寬在池內(nèi)設(shè)折流隔墻，間距為1m取n=4,則長L=1X 4=4m寬b二A/L=12/4=3m,則只有1個(gè)廊道L=4m(4) 結(jié)構(gòu)示意圖綜上所述，取整數(shù)，則 V=24m。5.2冷卻結(jié)晶器作用通過夾層中鹽水的冷卻作用，使攪拌釜內(nèi)的廢酸液冷卻至5 C左右，設(shè)有攪拌器使釜內(nèi)液體充分?jǐn)嚢韪魈帨囟葎蛞?，F(xiàn)eSQ7H2O析出。設(shè)計(jì)原則(1) 設(shè)夾套內(nèi)各處溫度相同，釜內(nèi)液體充分?jǐn)嚢韪魈帨囟染唬?2) 此反應(yīng)為簡單的非定態(tài)傳熱過程；(3) 換熱量不小于所需制冷量；(4) 釜的有效容積不小于每個(gè)周期

13、處理量；(5) 計(jì)算時(shí)按最不利的情況來計(jì)算，即溫差最大是。計(jì)算參數(shù)設(shè)廢液進(jìn)入結(jié)晶釜時(shí)溫度為 30C，出口溫度為5C。設(shè)計(jì)計(jì)算1. 結(jié)晶器容積選擇結(jié)晶器，因?yàn)橛袚Q熱面積，有效容積的制約，所以首要的是確定 容積?？傮w需要完成的換熱量:(見3.2.1)則每個(gè)周期需要的換熱量:q 2/4=528.47 X 10 kj(b)設(shè)每天有4個(gè)處理周期，則每個(gè)處理周期處理量為 V/4=24/4=6m3, 不考慮備用，選用2臺(tái)容積為5000L的搪玻璃反應(yīng)罐，初步選用QFK160 型。表7各項(xiàng)主要數(shù)據(jù)如下型號(hào)公稱設(shè)計(jì)壓力換熱罐體內(nèi)加套內(nèi)入孔尺寸容積罐體夾套面積徑徑(mm)(L)(MPa)(MPa)(m2)(mm)(

14、mm)QFK160 5000 0.20.413160017500300X 4002. 每小時(shí)需要的換熱量（見322）設(shè)每天為4個(gè)處理周期，每個(gè)處理周期為3h,則每小時(shí)需要的換 熱量應(yīng)為：3. 換熱面積為便于計(jì)算，此過程可看為定態(tài)傳熱過程。入- 硫酸 的 導(dǎo)熱 系數(shù) ，-1 .k-1,§ D 1-D2=1750-1600=150mm因?yàn)锳 m<2X 103 m,所以傳熱面積符合QFK16C型反應(yīng)罐，選擇合理。4. 冷卻劑選用25%CaG鹽水作為冷卻劑。T1-冷卻劑進(jìn)入溫度，-15 CT2-冷卻劑流出溫度，10C入 2-25%CaCL2鹽水的導(dǎo)熱系數(shù)，0.57 w.m -1 .k

15、-1因?yàn)锳m<2 X103 m,所以傳熱面積符合QFK16C型反應(yīng)罐，選擇合 理。5.3制冷機(jī)作用冷卻從結(jié)晶器中流出的鹽水的作用，使鹽水的溫度在1h內(nèi)達(dá)到 -15 C的條件。選型原則冷凍機(jī)的產(chǎn)量不小于冷卻劑在結(jié)晶罐中所放出的熱量。單位時(shí)間內(nèi)冷卻劑所放出的熱量q3=41.8 X103kcal/h（計(jì)算見3.2.2）。查資料選用8AS17型冷凍機(jī)，其產(chǎn)量為440X 103kcal/h.>q 3,所以 選型合適。表8制冷機(jī)的配套設(shè)備型號(hào)規(guī)格如下表冷凝設(shè)備LN 150蒸發(fā)設(shè)備LZL -200配套設(shè)備型號(hào)規(guī)油分離器YF -125格貯氨器ZA -2.0集油器JY -300空氣分離器KF32電動(dòng)

16、機(jī)型號(hào)JS136-8/180啟動(dòng)設(shè)備GTZ-5301 53A5.4離心機(jī)541作用用來分離從冷卻結(jié)晶罐中流出的料漿，即硫酸亞鐵晶體和母液， 其結(jié)晶物由人工出料，人工包裝。選型原則(1) 能夠分離的固體量不小于硫酸亞鐵晶體的回收量；(2) 本著功率合適的原則；(3) 省時(shí),省電。選型參數(shù)硫酸亞鐵晶體單位時(shí)間回收總量 q3=3.78t/d(詳見2.2計(jì)算)； 總流量約為24m1/d。選擇設(shè)備設(shè)每次料漿分三次分離，則每次分離量約為24/3=8m3，查資料,采用三足式離心機(jī) ss-1250, 2臺(tái)。5.5母液池作用儲(chǔ)存從離心機(jī)分離后的含硫酸水溶液，加水調(diào)節(jié)是存量為2om設(shè)計(jì)原則(1) 池容積根據(jù)廢水的

17、濃度和流量變化規(guī)律與要求調(diào)節(jié)均勻程度 來計(jì)算。(2) 在計(jì)算儲(chǔ)量池時(shí)，要按最不利的情況，即濃度和流量在高峰 時(shí)的區(qū)間來計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)最大流量Q=20m/d硫酸含量為29%設(shè)計(jì)計(jì)算加水將硫酸濃度調(diào)至25%(24-3.78) X 29%+V=(24-3.78+V) X 25%3V=1.132m3V 總=24-3.78+1.132=20.008m母液池的長，寬長L=4m 寬b=3m,高為2m 超高0.5m，母液池面積 A=12結(jié)構(gòu)示意圖第六章管道計(jì)算6.1沉降池至泵入口管路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則為了防腐,均采用襯膠管道。設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 充滿度 0.6-0.8;(2) 流速 u>0.4m3/h。設(shè)計(jì)計(jì)算

18、取 u=1.5m/s, Q=u.A所以可選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍也是DN806.2泵出口至結(jié)晶器段管路設(shè)計(jì)同理，取 u=1.5m/s, Q=u.A所以泵出口至結(jié)晶器段管路也選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭，管箍是DN806.3結(jié)晶器至離心機(jī)段管路設(shè)計(jì)同理取 u=1.5m/s, Q=u.A結(jié)晶器至離心機(jī)段管路也選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN806.4離心機(jī)出口至母液池段管路設(shè)計(jì)同理,取 u=1.5m/s, Q=u.A離心機(jī)出口至母液池段管路也選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN806.5母液池至泵入口管路設(shè)計(jì)同理，取 u=1.5m/s, Q=u.A母液池至泵入口管路也

19、選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN806.6鹽水管線設(shè)計(jì)原則為了防腐,均采鋼塑復(fù)合管道。設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 充滿度 0.6-0.8;(2) 流速 u>0.4m3/h設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)試驗(yàn)，確定每個(gè)制冷劑的冷卻周期約為 3h，則每個(gè)周期每天 需要的制冷劑體積為：所以可選擇DN65鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍也是DN656.7酸洗液管線各部分水頭損失表9阻力系數(shù)如下表名稱L(m)入口出口閘閥彎頭三通入沉降池至泵入口1210.50.17 X10.75 X 19.086泵出口至結(jié)晶器220.510.17 X20.75 x 51x 19.086結(jié)晶器至離心機(jī)610.50.17 X20.75 x 20.5

20、 x 29.086離心機(jī)出口至母 液池150.510.17 X20.75 x 61x 19.086母液池至泵入口510.50.17 X20.75 x 29.086沿程水力損失便于計(jì)算按層流算，u=Q/A=m/s入=64/R=64 / p ud=23X 64 x Q/1831dA =9.086表10綜上所述各管線的沿程水頭損失如下表沉降池至泵入口泵出口至鄉(xiāng)士日竺 三口晶器結(jié)晶器至離心機(jī)離心機(jī)出口至母液池母液池至泵入口總水頭沿程損失沿程水頭損失(m)199.49365.71249.36106.399.75997.45部水頭損失6.8鹽水管線各部分水頭損失各段的阻力系數(shù)表11閘閥 彎頭三通 入型號(hào)名

21、稱L(m)入出口口蒸發(fā)器至泵入口510.5 0.17 X 30.75 X 31X 11.197 D)N65泵出口至結(jié)晶器入30.510.17 X 20.75 X 81.197 )N65口100.17 X 40.75 X 10.7364DN40結(jié)晶器出口10110.17 X 50.7364DN40至蒸發(fā)器入口300.75 X 71.197 )N65便于計(jì)算,設(shè)流態(tài)全為層流。DN65DN406.82 冷凍機(jī)至泵入口管線沿程水頭損失同理：泵出口至結(jié)晶器入口沿程水頭損失為同理:結(jié)晶器出口至冷凍機(jī)入口沿程水力損失為總的沿程水力損失為局部水力損失同理：綜上所述，總的局部水頭損失為：hm=0.7557+1.

22、122+1.178+8.074=11.13m6.9酸泵選型作用把廢酸液提升吸入結(jié)晶釜，進(jìn)行冷卻結(jié)晶692選擇原則用泵的介質(zhì)為硫酸，故均選用耐酸，耐腐蝕泵，在此選用BK2型玻璃鋼泵，其性能在初氫氟酸外的任何酸100C以內(nèi)的情況下勻耐腐蝕。選泵參數(shù)處理水量20t設(shè)備選型設(shè)允許吸上真空度為3,則揚(yáng)程H二h+H=5.5m總流量為24nVh,選 用2臺(tái)酸水泵，型號(hào)為80FZ13-30L,材料為襯F4,電動(dòng)機(jī)功率11KW 6.10鹽水泵選型作用輸送提升冷卻劑的泵體。選型原則根據(jù)總流量2om/h,冷卻劑溫度在-15 C-10 C之間,H=5.5m 則：選用2臺(tái)鹽水泵，型號(hào)為IMD65-50-130Z,2臺(tái)，

23、材料襯F4,電動(dòng)機(jī) 功率為5.5KW6.11顯示儀表選擇(1)僅設(shè)溫度顯示； 各泵出口設(shè)壓力表PV0.3MP,共4塊；(4)冷凍介質(zhì)進(jìn)口設(shè)溫度測量。版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律 的規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以外，將本 文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí)，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人的書面 許可，并支付報(bào)酬。Users may use the contents or services of this articlefor pers onal study, research or appreciati on, and other non-commercial or