石煤提钒工艺研究及关键设备设计

论文摘要

钒是工业生产中的一种重要金属元素,由于它的一些优良的特性,如今得到了愈来愈广泛的应用。钒资源主要存在于石煤中,因此从石煤中提钒成为我国利用钒资源的一个重要发展方向。传统的石煤提钒方法存在钒的回收率较低、浪费资源,有害气体排放量大、严重污染环境的问题,因此研究一种新工艺代替传统工艺,减少污染,提高资源利用率具有重要意义。本文采用湿法工艺提取石煤中的五氧化二钒,设计正交试验考察了操作压力、硫酸浓度、保温时间对石煤中五氧化二钒浸出率的影响,确定最佳操作条件;以压力容器设计的相关标准和规范为基准,设计了一套石煤提钒的反应装置;在反应器的上方安装安全阀,防止由于压力过大而发生爆炸,设计基于单片机的石煤提钒设备的控制系统。研究结果表明,硫酸浓度为25%(质量浓度),液固比为0.8:1(体积比),在1.5MPa的饱和水蒸汽压力环境下保温2.5h,钒的浸出率在78%左右。反应器的设计压力为1.7MPa,设计温度为205℃,反应器的主要壁厚为9mm,材料为16MnR;反应器的温度控制系统反应灵敏、控制稳定。该工艺不产生有害气体和烟尘,钒的回收率高,反应装置和温度控制系统运行情况良好,为该工艺的工业化提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 石煤矿提钒的意义
• 1.2 国内外提钒工艺的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本课题的意义、目的及内容
• 1.3.1 本课题研究的目的及意义
• 1.3.2 本课题研究的内容
• 第二章 石煤提钒试验研究
• 2.1 试验原料及样品的制备
• 2.2 试验药品及设备仪器
• 2.2.1 试验药品
• 2.2.2 试验仪器及设备
• 2.3 试验步骤
• 2.4 分析及计算方法
• 2.4.1 石煤中钒含量的分析方法
• 2.4.2 石煤中V2O5含量的计算方法
• 2.4.3 石煤浸出液中钒含量的分析方法
• 2.4.4 钒溶液钒浓度的计算方法
• 2.5 石煤提钒的因素分析
• 2.5.1 正交试验设计及数据分析
• 2.5.2 方差分析及讨论
• 2.6 本章小结
• 第三章 石煤提钒关键设备设计
• 3.1 压力容器简介
• 3.2 压力容器材料的选择
• 3.3 容器设计参数的确定
• 3.3.1 筒体的装料量和全容积
• 3.3.2 压力容器直径
• 3.3.3 筒体的长径比和高度
• 3.3.4 设计压力
• 3.3.5 设计温度
• 3.3.6 压力容器薄壁圆筒的壁厚计算
• 3.3.7 强度校核
• 3.4 压力容器标准件
• 3.4.1 法兰设计
• 3.4.2 安全阀
• 3.4.3 压力容器封头的设计
• 第四章 基于单片机的提钒设备控制系统
• 4.1 单片机控制系统的选择
• 4.2 AT89S52芯片
• 4.2.1 AT89S52芯片功能特性描述
• 4.2.2 AT89S52管脚结构
• 4.2.3 AT89S52组成框图
• 4.3 热电偶温度传感器
• 4.3.1 K型热电偶
• 4.3.2 温度AD转换芯片MAX6675
• 4.4 系统总体设计
• 4.5 单片机控制系统板电路设计
• 4.5.1 时钟电路设计
• 4.5.2 信号输入电路设计
• 4.5.3 复位电路设计
• 4.5.4 信号输出电路设计
• 4.5.5 显示电路设计
• 4.6 软件设计
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附1:压力罐结构图
• 附2:温度控制程序