论文总字数：22535字

摘 要

众所周知，我国的钢铁行业在世界上有着举足轻重的地位。但是，伴之而来的却是一系列的污染，这些污染以钢铁酸洗废液为主。酸洗废液严重污染了环境，制约着钢铁行业的发展，所以开发出合理有效的工艺回收利用酸洗废液愈发重要。以酸洗废液生产的氧化铁黄是重要的无机颜料，也是生产氧化铁红的重要原料，应用十分广泛。

本次设计基于实验室师兄的实验研究，以资源化、无害化处理钢铁酸洗废液为起点，以高需求、高附加值的氧化铁黄为终点，在处理钢铁酸洗废液的同时，对传统氧化铁黄合成工艺进行了优化与改进，创造性地提出了以降膜塔为反应器合成氧化铁黄，极大地提高了生产效率。并对工艺流程中的原料除杂、晶种制备、合成产品进行了设计，确定了工艺的反应条件与流程，对主要设备进行了选型与设计，并对辅助设备进行了简单选型，最终得到了一套完整的生产工艺流程。

利用钢铁酸洗废液生产氧化铁黄，是对化工风暴的积极响应，同时也保护了环境，还创造了良好的经济效益，具有远大的应用前景。希望此次设计能够对我们的环境起到一丝积极作用。

关键词：氧化铁黄；钢铁酸洗废；除杂；氧化；降膜塔

Abstract

As we all know, China's steel industry has a decisive position in the world. However, it was accompanied by a series of pollutions, which were dominated by steel pickling waste liquid. Pickling waste liquid seriously pollutes the environment and restricts the development of the iron and steel industry, so it is increasingly important to develop a reasonable and effective process to recycle pickling waste liquid. Iron oxide yellow produced from pickling waste liquid is an important inorganic pigment and an important raw material for the production of iron oxide red. It is widely used.

This design is based on the experimental research of the laboratory brothers and sisters. It takes the resource-based and harmless treatment of steel pickling waste liquid as the starting point, and the high demand and high value-added iron oxide yellow as the end point. , The traditional iron oxide yellow synthesis process has been optimized and improved, and a falling film tower is used as a reactor to synthesize iron oxide yellow, which greatly improves the production efficiency. The design of raw materials for impurity removal, seed crystal preparation, and synthesis products in the process flow were determined, the reaction conditions and flow of the process were determined, the main equipment was selected and designed, and the auxiliary equipment was simply selected. Get a complete set of production process.

Using iron and steel pickling waste liquid to produce iron oxide yellow is a positive response to chemical storms. It also protects the environment and creates good economic benefits. It has great application prospects. I hope this design will play a positive role in our environment.

Key words: iron oxide yellow；steel pickling waste liquid；impurity removal ；oxidation ；falling film tower

目录

第1章 绪论 1

1.1钢铁酸洗废液工艺研究背景 1

1.2钢铁酸洗废液的处理工艺 1

1.2.1物理方法 1

1.2.2化学方法 2

1.2.3生物方法 2

1.3氧化铁系颜料及氧化铁黄 2

1.3.1氧化铁系颜料 2

1.3.2氧化铁黄 3

1.4本设计的设计内容及现实意义 4

第2章 工艺流程 6

2.1除杂工段 6

2.2氧化铁黄晶种制备工段 7

2.3合成氧化铁黄工段 7

第3章 设备选型与设计 9

3.1物料衡算 9

3.2除杂釜的设计 10

3.2.1除杂釜的机械设计 10

3.2.2水压试验及应力校核 15

3.2.3搅拌传动装置、除杂釜轴封以及其他附属装置的选型与计算 16

3.2.4设计结果一览表 22

3.3氧化釜的设计 22

3.3.1氧化釜的机械设计 22

3.3.2水压试验及强度校核 26

3.3.3搅拌传动装置、氧化釜轴封及附属装置的选型与计算 27

3.3.4结果一览表 28

3.4降膜塔的设计 28

3.4.1降膜塔的机械设计 29

3.4.2水压试验及强度校核 32

3.4.3附属装置的选型与计算 33

3.4.4设计一览表 33

3.5其他装置的选型 34

3.5.1泵和风机的选型与设计 34

3.5.2过滤设备的选型 36

3.5.3储罐的选型 36

第4章 总结与展望 37

4.1总结 37

4.2展望 37

参考文献 39

附录 41

厂区总平面布置图 41

除杂工段平面布置图 42

PID图 43

氧化釜装配图 44

降膜塔装配图 45

致谢 46

第1章 绪论

1.1钢铁酸洗废液工艺研究背景

钢铁是国民经济的重要组成部分，是衡量一个国家经济水平和综合国力的重要指标。我国的钢产量自1996年以来，一直保持着世界排名第一的位置。据国家工信部最新数据显示，2019年我国钢材产量更是达到了12.05亿吨，再创新高。但是，钢铁的生产过程中也产生了巨量的酸洗废液。这类废液直接排放会对环境造成不可估量的危害：①腐蚀下水管道以及钢制结构；②影响水生生物、作物生长；③破坏土层结构；④废液中重金属离子的毒害作用。由于其对环境的巨大危害，酸洗废液被列为危险废液。因此，为减少环境污染，尤其是近几年我国的化工环保风暴持续加强，钢铁酸洗废液的资源化、无害化处理工艺研究迫在眉睫。

1.2钢铁酸洗废液的处理工艺

钢铁酸洗废液严重威胁着环境安全，且由于钢铁的需求一直居高不下，酸洗废液必将长期制约着钢铁行业的发展，因此如何高效处理利用钢铁酸洗废液一直都是各大钢铁企业面临的巨大问题。近几十年来，世界上投入了巨大的人力物力精力，钢铁酸洗废液处理工艺取得了很大的成功。至今为止，当前处理钢铁酸洗废液的工艺方法主要有物理方法、化学方法以及生物方法。

1.2.1物理方法

酸洗废液处理工艺的物理方法主要有：蒸发法、膜处理法、溶剂萃取法、高温焙烧法等。

1.2.1.1蒸发法

蒸发法的基本原理是利用盐酸受热易挥发的性质，然后通过冷凝器冷凝液体并加以回流收集。通常为解决重复利用酸的浓度低的问题，主要采用浓硫酸蒸发工艺和负压蒸发工艺。万金宝等^[1]利用负压蒸发工艺回收废液中的酸和盐。该方法操作简单，运行稳定，经济效益良好，甚至可以实现酸的零排放。

1.2.1.2膜处理法

利用膜的选择透过性^[2]处理酸洗废液是当前应用前景比较广泛的一种物理方法。膜分离技术作为一种高效的分离技术，具有环保、安全、操作简单等优势。根据孔径大小可以细分为：超滤、微滤、反渗透等。此外，利用膜蒸馏^[3]技术可以实现良好的分离效果。

1.2.1.3溶剂萃取法

溶剂萃取法是一种利用溶质在溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质所组成的溶液里提取出来的操作方法。阿卡娜·阿格罗瓦尔等^[4]对当地钢铁公司酸洗废液进行研究，并成功优化了萃取剂的浓度、酸的浓度、萃取温度等因素，得到了较好的处理结果。

1.2.1.4高温焙烧法

高温焙烧法又称高温水解法，其原理^[5]是：在较高的温度下，废液中的酸气化，亚铁盐与空气和水发生氧化反应生成氧化铁固体和酸，焙烧会使固体和气体分离。这种工艺方法工作能力大，操作简单，具有良好的经济效益。

其反应历程可用化学反应方程式表述为：

，

。

1.2.2化学方法

酸洗废液的化学处理方法主要是将酸洗废液转化为工业产品，目前最为广泛的是用来制备铁系颜料和铁系混凝剂^[6]。铁系混凝剂主要有复合二铁絮凝剂、聚合三氯化铁、硫酸亚铁等，该工艺方法趋于成熟，已经应用于工业上。铁系颜料将在后面部分做详细说明。

1.2.3生物方法

生物湿法冶金是一种利用某些微生物或其代谢产物对一些特定矿物或元素进行氧化还原，溶解吸收，以及从矿石中溶解金属或从水中回收有价值金属的方法。与传统的冶金技术相比，生物湿法具有成本低，无污染，操作简单等优点。王丽丽等^[7]利用此方法在最佳条件下，回收了近100%铜，去除了51.94%的铁，取得了良好的实验效果。

1.3氧化铁系颜料及氧化铁黄

1.3.1氧化铁系颜料

氧化铁系颜料是全球范围内近次于钛白的第二大无机颜料。世界消费的全部氧化铁系颜料中，70%以上是化学合成的^[8]。我国是世界上氧化铁系颜料的生产和消费大国之一，目前全球氧化铁生产总量超过100万吨，我国生产的氧化铁系颜料约占世界总产量的1/3^[9]。

一般而言，氧化铁系颜料包括氧化铁红、黑、黄和棕等。其主要的结构和性质列于表1-1。

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