每日130T硫酸亚铁全自动连续冷冻结晶方案
概述
项目内容：基本情况如下
酸洗产生的废硫酸液采用冷冻结晶法处理
| 项目 | 单位 | 正常值 |
|---|---|---|
| 废酸浓度 | % | 5-8 |
| 废酸温度 | ℃ | ≤40 |
| 铁离子含量 | g/l | 180-200 |
酸再生处理量 130t/d，零排放，全部回用。系统设备性能可靠，在满足工艺要求前提下，采取能耗最少、费用最低的设计。
产品特点及工艺选择
一、原液特点
硫酸的性质：
浓硫酸在浓度高时具有强氧化性，同时它还具有脱水性，强氧化性，强腐蚀性，难挥发性，酸性，稳定性，吸水性等。
98%酸：质量分数 98%，密度 1.84g/ml，摩尔浓度 18.4mol/L，沸点 338℃
硫酸亚铁
蓝绿色单斜结晶或颗粒，无气味。在干燥空气中风化，在潮湿空气中表面氧化成棕色的碱式硫酸铁。在 56.6℃成为四水合物，在 65℃时成为一水合物。溶于水，几乎不溶于乙醇。
其水溶液冷时在空气中缓慢氧化，在热时较快氧化。加入碱或露光能加速其氧化。相对密度(d15)1.897。
有刺激性。无水硫酸亚铁是白色粉末，含结晶水的是浅绿色晶体，晶体俗称"绿矾"，溶于水水溶液为浅绿色。
- 外观与性状：浅蓝绿色单斜晶体
- 熔点（℃）：64（失去 3个结晶水）
- 相对密度（水=1）：1.897（15℃）
- 分子式及分子量：FeSO4·7H2O（278.03）FeSO4（152）
- 溶解性：溶于水、甘油，不溶于乙醇
- 沸点：330ºC at 760 mmHg
溶解度数据：
不同温度时硫酸亚铁在废酸液中的溶解度
| 温度℃ | FeSO4溶解度g/L | 温度℃ | FeSO4溶解度g/L |
|---|---|---|---|
| 30 | 240 | 5 | 95 |
| 20 | 190 | 0 | 79 |
| 15 | 130 | -2 | 59 |
| 10 | 117 | -6 | 38 |
二、工艺
本工艺为连续工艺，自动化程度高，有利于操作，首先要实现含硫酸亚铁废酸回收和再生酸的利用，有几个工艺关键。
- 要保证再生酸的质量，即必须确保再生酸Fe2+含量低于80g/L，H2SO4含量在 22%左右，满足酸洗车间酸洗钢管的工艺要求。
- 产品FeSO4产品为大颗粒结晶，质量优质，有好的市场价格。
- 整个项目废水零排放。
工艺主要原理
预冷后的溶液最后进入冷冻结晶器内进行硫酸亚铁悬浮结晶。当晶体长大从冷冻结晶器的特殊位置最初合格的大颗粒硫酸亚铁结晶。
大颗粒硫酸亚铁在离心机中进行固液分离，分离出的FeSO4颗粒通过下料斗落入吨袋包装出售。
离心机分离出的22%硫酸母液自流进入再生酸罐，此再生酸回到生产线来回循环使用。
结晶本方案采用连续结晶方式，60℃的溶液连续进入结晶器，在 0℃结晶，同时保证其结晶浓度处于对应条件下的介稳区内，保证晶体均匀成长的同时不发生爆发成核现象。
结晶系统由结晶器、两台外挂式冷却器及两台大流量轴流循环泵组成，同时辅以必要的物料周转泵和槽罐。两台冷却器同时运行并可进行无阀切换，停车检修及清理方便。结晶器内部没有换热面，可有效抑制结壁现象。
2.2工艺原理
结晶过程是个相对复杂的过程，简单的概括，溶液中晶体的形成分成三个阶段：溶液过饱和的形成、晶核的生成和长大三个过程。晶体的生成与长大受诸多因素影响，有物料本身因素也有设备和工艺选型因素。溶剂体系不同晶体长大后的颗粒形貌也有很大的差别。
溶液浓度超过对应温度下的饱和浓度称为溶液的过饱和，过饱和是晶体生成和长大的动力。在一定情况下当溶液超过其饱和浓度时，晶体并不从溶液中析出，当过饱和增加到一定程度后溶液才开始产生晶体，这个浓度区间称为溶液的介稳区。大多情况下介稳区没有一个固定的数值，它跟溶液的温度、浓度、扰动情况等多方因素有关。在介稳区内当有晶核存在时，晶体就会长大，溶液浓度会随之下降。
连续结晶就是充分利用了这个概念，使得高浓度溶液以特定的方式进入系统，并使得体系浓度处于介稳区内，一部分晶体不断长大，一部分新晶核不断生成。结晶器内溶液始终保持相对恒定的浓度与温度，系统连续进料连续出料实现连续化生产。
2.3设备选型说明
根据工艺要求，本方案采用一级降温冷却结晶的方案。60℃溶液一步到位直接降温到目标温度，固液分离后母液回用。
冷却结晶器是采用外挂式换热器和大流量的循环泵来实现把来料中的热量和结晶过程中产生的热量移出，从而实现连续低温结晶过程。热物料以特定方式送入结晶器内与结晶器内的晶体接触，料液浓度处于介稳区内，晶体逐步长大，来料过饱和度得到消除。
结晶系统由结晶器、两台外挂式冷却器及两台大流量循环泵组成，同时辅以必要的物料周转泵和槽罐。两台冷却器同时运行并可进行无阀切换，设有清洗管路及低位放空阀，停车检修及清理方便。结晶器内部没有换热面，可有效抑制结壁现象。
从结晶器出来的母液还有一定的过饱和度，需要泵入稠厚器消除过饱和后进入离心机进行固液分离。
本方案选用 oslo型结晶器，它属于清夜循环型结晶器的一种。上清母液高速循环进入外挂冷却器进行冷却换热，降温后的母液返回结晶器，消除过饱和，晶体长大。此种结晶器的主要特点是过饱和度产生的区域与晶体生长的区域分别设置在结晶器的两处，晶体在循环母液液流中流化悬浮，为晶体生长提供良好的条件，在连续操作的基础上能生长出大而均匀的晶体。
主要构筑物设计
1、主要建筑物
本工艺主要建筑物为连续结晶等装置，采用钢结构，主体装置长 15米，宽 12米，高 12米。
| 序号 | 名称 | 层数 | 占地面积 m2 | 结构形式 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 生产装置 | 多层 | 200 | 钢结构 |
| 2 | 水池等 | - | 50 | 混凝土 |
项目设备表
| 类别 | 序号 | 位号 | 名称 | 规格型号 | 材料 | 数量 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 原料工段 | 1 | 原料罐 | ||||||||||
| 合计 | ||||||||||||
| 1结晶工段 | 1 | E-0101 | 一级循环水预冷器 | S=20m2 | 石墨 | 1 | ||||||
| 2 | E-0102 | 二级母液预冷器 | S=20m2 | 石墨 | 1 | |||||||
| 3 | V-0102 | 冷冻结晶器 | V=50m3 | 玻璃钢 | 1 | |||||||
| 4 | E-0103 | 冷冻外冷器 | 材质：石墨；S=200m2 | 石墨 | 2 | |||||||
| 5 | V-0103 | 母液罐 | Φ2000；材质：PP | PP | 1 | |||||||
| 6 | V-0104 | 乙二醇循环罐 | V=10m3 | PP | 1 | |||||||
| 合计 1 | ||||||||||||
| 2泵过滤类 | 1 | P-0101 | 预冷进料泵 | Q=8m3/h | 2 | |||||||
| 2 | P-0102 | 预冷循环泵 | Q=30m3/h | 2 | ||||||||
| 3 | P-0103 | 物料循环泵 | Q=600m2/h | 2 | ||||||||
| 4 | P-0104 | 冷冻液泵 | Q=20m2/h | 2 | ||||||||
| 6 | P-0105 | 母液泵 | Q=10m3/h | 2 | ||||||||
| 9 | P-0106 | 冷冻液循环泵 | Q=200m3/h | 2 | ||||||||
| 10 | M-0101 | 离心机 | 1 | |||||||||
| 合计 2 | ||||||||||||
| 3凉水塔/冷冻机系统 | 1 | 凉水塔 | 1 | |||||||||
| 2 | 冷冻机配套 | 冷却介质乙二醇 | 1 | |||||||||
| 合计 3 | ||||||||||||
| 4阀门类 | 1 | 截止阀 1 | 1套 | |||||||||
| 2 | 截止阀 2 | 1套 | ||||||||||
| 3 | 疏水阀 | 1套 | ||||||||||
| 4 | 手动球阀 | 1套 | ||||||||||
| 5 | 电磁阀 | 1套 | ||||||||||
| 6 | 止回阀 | 1套 | ||||||||||
| 7 | 电动调节阀 | 1套 | ||||||||||
| 其它 | ||||||||||||
| 合计 4 | ||||||||||||
| 5仪表类 | 1 | 温度变送器 | 物料热电阻PT100；现场远传 | 1套 | ||||||||
| 2 | 压力变送器 | 1套 | ||||||||||
| 3 | 压力表 | 隔膜减震压力表，耐高温 | 1套 | |||||||||
| 4 | 雷达/超声液位计 | 1套 | ||||||||||
| 5 | 电磁流量计 | 0-10m³/h，材质：衬氟；含安装法兰 | 1套 | |||||||||
| 6 | 现场其他仪表 | |||||||||||
| 合计 5 | ||||||||||||
| 6自控 | 1 | PLC自控柜 | 西门子 PLC，昆仑通态 15寸触摸屏 | 1 | ||||||||
| 2 | 电控柜 | 1 | ||||||||||
| 合计 6 | 1 | |||||||||||
| 7安装类 | 1 | 管道及法兰 | 含软连接 | 1 | ||||||||
| 2 | 配件 | 螺栓等 | 1 | |||||||||
| 3 | 配电 | 含电缆及桥架 | 1 | |||||||||
| 4 | 安装施工 | 系统安装 | 1 | |||||||||
| 5 | 保温 | 含保温材料 | 1 | |||||||||
| 6 | 框架结构 | 含框架安装 | 1 | |||||||||
| 7 | 防雷接地 | 1 | ||||||||||
| 8 | 地基基础 | 1 | ||||||||||
| 9 | 围堰地面处理 | 1 | ||||||||||
| 10 | 水池 | 1~2 | ||||||||||
| 合计 7 | ||||||||||||
| 8工程设计 | 设计 | |||||||||||
| 合计 8 | ||||||||||||
| 9运输 | 1 | 运输 | ||||||||||
| 合计 9 | ||||||||||||
| 总合计 | ||||||||||||
技术服务及售后服务
提供技术资料
一阶段：25日内提供：
1.1 全套 PID工艺流程图
1.2 主设备的总图
1.3 电气控制要求（监测液位，流量等指标）
1.4 泵的选型
二阶段：30日内提供：
1.5 建议场地规划计划
1.6 建议设备平立布置图纸
1.7 建议钢架结构和建议地基荷载基础图
1.8 使用说明书操作规程等