摘 要

当前，世界各地水体污染问题日益严重，人们也开始重视污水处理问题。在材料领域中，有一部分材料具有光催化的功能，在光照作用下，能够催化废水中的物质分解，因此，这部分材料被大家广泛关注和研究。Bi₂Fe₄O₉就是其中一种光催化材料，Bi₂Fe₄O₉是一个多频带半导体，其禁带宽度约为 2.0 eV，铁酸铋（Bi₂Fe₄O₉）由于具有较窄的禁带宽度和较好的可见光响应，被认为是半导体催化剂的候选材料之一。

铁酸铋的生产方法有多种，本文主要应用水热法来进行铁酸铋生产的工业设计。设计过程中，查阅了许多文献和手册，对生产原料进行物料衡算，然后根据结果来设计工艺过程所用到的设备，如反应釜、搅拌器、过滤装置等。随后又对此工艺的车间布置进行简单设计，同时也设计了废水处理工艺，设计出了一个绿色、高效的工艺流程。

本设计能够实现铁酸铋的量产，铁酸铋作为一种材料研究中的热点，铁酸铋的量产能够加速铁酸铋在现实生活中的应用，也能给研究带来更多的原材料，对铁酸铋的研究和发展具有一定意义。

关键词：铁酸铋；水热法；年产50吨

Abstract

At present, the problem of water pollution is becoming more and more severe around the world, and people start to pay attention to the problem of sewage treatment. In the field of materials, some materials have the function of photocatalysis. Under the action of light, they can catalyze the decomposition of substances in sewage. Therefore, this part of materials start to be widely concerned and studied. Bi₂Fe₄O₉ is one of the photocatalysis materials. Bi₂Fe₄O₉ is a multi band semiconductor with a band gap of about 2.0 ev. Bismuth ferrite (Bi₂Fe₄O₉) is supposed to one of the candidate materials for semiconductor catalyst due to its narrow band gap and better visible light response.

There are many ways to produce bismuth ferrite. In this paper, the hydrothermal method is mainly used for the industrial design of bismuth ferrite production. In the design process, many documents and manuals were consulted to calculate the raw materials for production, and then the equipment used in the process, such as reaction kettle, agitator, filter device, was designed according to the results. Then, the workshop layout of this process is designed simply. At the same time, the wastewater treatment process is designed, with a green and efficient process.

This design can produce many productions of bismuth ferrite. Bismuth ferrite is a hot spot in the research of materials. The mass production of bismuth ferrite can accelerate the application of bismuth ferrite in real life and bring more raw materials to the research. It has certain significance for the research and development of bismuth ferrite.

Keywords: bismuth ferrite; hydrothermal method; annual output of 50 tons

目录

摘要 I

第一章 绪 论 1

1.1 前言 1

1.2铁酸铋的概况 2

1.2.1铁酸铋的简介 2

1.2.2铁酸铋的研究进展 2

1.3铁酸铋的制备方法 3

1.3.1固相法制备Bi₂Fe₄O₉粉末^[7] 3

1.3.2溶胶-凝胶法制备Bi₂Fe₄O₉粉末^[8] 3

1.3.3共沉淀法制备Bi₂Fe₄O₉粉末 3

1.3.4水热法制备Bi₂Fe₄O₉粉末 4

第二章 水热法生产工艺流程 5

2.1基本原理 5

2.2生产流程及工艺流程方框图 5

2.3原料规格 6

2.4关键设备的选用 7

第三章 衡算 8

3.1 衡算任务 8

3.2衡算数据及依据 8

3.3物料衡算过程及结果 8

3.3.1搅拌釜反应工段物料衡算 9

3.3.2水热釜反应工段物料衡算 10

3.3.3水热釜反应工段热量衡算 11

第四章 设备设计 12

4.1 搅拌釜的设计 12

4.1.1搅拌釜几何尺寸的确定 12

4.1.2搅拌釜壁厚的计算 12

4.1.3搅拌釜的水压试验校核 13

4.2水热釜的设计 13

4.2.1水热反应釜几何尺寸的确定 13

4.2.2水热反应釜夹套几何尺寸的确定 14

4.2.3水热釜壁厚的计算 14

4.2.4夹套厚度的计算 15

4.2.5水热反应釜筒体水压试验应力校核 16

4.2.6水热反应釜夹套水压试验应力校核 16

4.3釜有关数据 16

4.4支座的选型 17

4.5 搅拌器的设计 17

4.5.1设计任务 17

4.5.2设计依据 17

4.5.3 搅拌器型式及转速 18

4.5.4 搅拌器轴功率 19

4.6釜的传动装置 19

4.6.1常见电机及其连接尺寸 20

4.6.2减速的选用 20

4.7轴封装置 20

4.8人孔设计 21

4.9储罐设计 21

4.9.1丙酮原料罐设计 21

4.9.2氨水原料罐设计 21

4.9.3九水硝酸铁储罐设计 21

4.9.4五水硝酸铋储罐设计 21

4.9.5沉淀储罐设计 21

4.9.6 NaOH溶液储罐设计 21

4.10泵的设计 22

第五章 车间布置 23

5.1 车间布置原则 23

5.2公用工程 23

第六章 三废处理及环境保护 25

6.1设计概述 25

6.2三废处理 25

6.2.1三废来源 25

6.2.2废水处理 25

6.3厂区绿化 26

结论 27

参考文献 28

致谢 29

第一章 绪 论

1.1 前言

当前，水体污染作为全球十大环境问题之一，使得人们逐渐关心水的洁净程度和安全品质，水对人类的生存至关重要，水的品质与人类健康息息相关。陆地上的淡水资源占地球总的水资源的比例较低，而我们能利用的部分只有地表面淡水以及地下水，这些一共只占地球淡水总量的0.3%左右。如今，这些现有的稀缺淡水资源，正在被人类生产生活活动所污染，这些被污染的水，如果被人类使用，会危害着人类的健康。

我国人口众多，因此需要生产大量粮食，随着农业生产规模化，为了让生产过程中的工作量更小，需要机械化的施展一些农业活动，例如施肥、杀虫、除草，而这些操作需要使用较多的化学物质，这样效率会有较大提高，然而这些也会对环境造成一定污染，这就是目前农业生产所存在的一些问题。与农业生产所遇到的问题类似，我国的工业生产也遇到了环境污染的问题，在工业生产中，会产生各种各样的废水、废气、废固，特别是化工企业，产生的污染物更多，但是随着环保工作的进行，目前情况有所好转，但是我们依然要重视环境污染问题，其中污水处理就是一件我们需要尽力来完成的一件事情。