年產30萬噸純堿項目課程設計

1、<p>　　設計題目：年產30萬噸純堿項目</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、 總論-------------------------------------3</p><p>　　二、 生產流程或生產方案確定---------- 9</p><p>　　三、 生產流程簡述

2、 ------------------------15</p><p>　　四、 工藝計算書-----------------------------16</p><p>　　五、 主要的設備工藝計算-----------------27</p><p>　　六、 環(huán)境保護與安全措施-----------------31</p><p>　　

3、七、 參考資料 -------------------------------34</p><p><b>　　一、總論</b></p><p><b>　　概述</b></p><p><b>　　1.1純堿</b></p><p>　　碳酸鈉（Na2CO3）sodium c

4、arbonate，分子量105.99，俗名塊堿、純堿、石堿、蘇打(Soda)、口堿（歷史上，一般經張家口和古北口轉運全國，因此又有“口堿”之說），無結晶水的工業(yè)名稱為輕質堿，有一個結晶水的工業(yè)名稱為重質堿。CAS編號497-19-8，外觀白色粉末或細粒結晶(無水純品)，　　口味澀，相對密度(水=1)2.532，熔點851℃，強堿弱酸鹽 ，純堿不是堿，是鹽類！</p><p>　　化學性質：溶液顯堿性，能與酸反應。

5、穩(wěn)定性：高溫下可分解，生成氧化鈉和二氧化碳。長期來自http://www.5qma.com暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結成硬塊。吸濕性很強 ，很容易結成硬塊，在高溫下也不分解。含有結晶水的碳酸鈉有3種：NaCO3· 10 H2O外，尚有NaCO3·7H2O及NaCO3· H2O等。它們之間的轉變溫度分別為 31.5oC和32.5oC，即</p><p>

6、　　溶解性：易溶于水，微溶于無水乙醇，不溶于丙醇。碳酸鈉易溶于水，是一種弱酸鹽，溶于水后發(fā)生水解反應，使溶液顯堿性，有一定的腐蝕性，能與酸進行中和反應，生成相應的鹽并放出二氧化碳。</p><p>　　健康危害：本品具有刺激性和腐蝕性。直接接觸可引起皮膚和眼灼傷。生產中吸入其粉塵和煙霧可引起呼吸道刺激和結膜炎，還可有鼻粘膜潰瘍、萎縮及鼻中隔穿孔。長來自http://www.5qma.com時間接觸本品溶液可發(fā)生濕

7、疹、皮炎、雞眼狀潰瘍和皮膚松弛。接觸本品的作業(yè)工人呼吸器官疾病發(fā)病率升高。誤服可造成消化道灼傷、粘膜糜爛、出血和休克。</p><p><b>　　毒理學資料：</b></p><p>　　LD50：4090 mg/kg(大鼠經口)</p><p>　　LC50：2300mg/m3，2小時(大鼠吸入)</p><p>　

8、　燃爆危險：本品不燃，具腐蝕性、刺激性，可致人體灼傷?！?</p><p><b>　　消防措施：</b></p><p>　　危險特性： 具有腐蝕性。未有特殊的燃燒爆炸特性。 </p><p>　　有害燃燒產物： 自然分解產物未知。 </p><p>　　滅火方法： 消防人員必須穿全身耐酸堿消防服。滅火時盡可能將容器從

9、火場移至空曠處。 </p><p>　　泄漏應急處理：隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。避免揚塵，小心掃起，置于袋中轉移至安全場所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。 </p><p>　　操作注意事項：密閉操作，加強通風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡

10、，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。避免產生粉塵。避免與酸類接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或制備溶液時，應把堿加入水中，避免沸騰和飛濺。 </p><p>　　儲存注意事項：儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與酸類等分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應備有合適的材料收容泄漏物。</p><p>　　運輸注意事項：起運時包裝要完整

11、，裝載應穩(wěn)妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與酸類、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。 1.2 我國純堿行業(yè)的市場現(xiàn)狀</p><p>　　縱觀全球純堿生產形勢，質高價廉的美國天然堿繼續(xù)受到歡迎，受出口及自身經濟發(fā)展增長的需求其產量繼續(xù)增長，處于經濟發(fā)展成熟期的歐洲市場基本持平，而處于發(fā)展中的亞洲卻處于強力增長勢頭；除了異軍突起的中國外，伊

12、朗(由中國天辰化工工程公司設來自http://www.5qma.com計兩個能力共400 kt／a氨堿裝置，烏茲別克(由中國成達工程公司設計100 kt／a氨堿裝置)、印度等均有新建、擴建項目。此外土耳其的天然堿項目也在考慮中。</p><p><b>　　1.2.1需求</b></p><p>　　伴隨美國經濟的增長，2004年美國國內純堿最大的用戶玻璃行業(yè)的產銷勢

13、頭看好。玻璃容器的銷量較2003年有所增長，庫存下降。2005年美國的純堿銷售玻璃行業(yè)占49% ，化學品制造業(yè)占29% ，肥皂和洗滌劑占11% ，煙氣脫硫占29%，紙漿和造紙2% ，水處理1% ，其他7% 。</p><p>　　2005年我國純堿下游產品生產情況：平板玻璃36 573．6萬重量箱，同比增長16.8% ；日用玻璃制品871.8萬t，同比增長15.0%；合成洗衣粉294．1萬t，同比增長1O.1%

14、；氧化鋁860．87萬t，同比增長23.2%。</p><p>　　從發(fā)展上看，隨著廢玻璃瓶罐回收率的提高、玻璃容器的重量趨于減輕和PET聚酯塑料容器的廣泛應用，預計若干年后玻璃容器對純堿的需求量將逐年減少，玻璃工業(yè)對純堿的總需求量不會有明顯增長。</p><p><b>　　1.2.2進出口</b></p><p>　　美國因其得天獨厚的天然

15、堿優(yōu)勢，多年來在世界上一直保持著產能第一、出口量第一的地位。2005年美國純堿產量1 170萬t、出口量達480萬t，其中向亞洲出口占了4O %。2005年我國純堿出口量177萬t，比2004年增加34萬t，同比增長23.78 %；2005年進口量是7萬t，比2004年減少13萬t。</p><p><b>　　文獻綜述</b></p><p>　　2.1我國純堿行業(yè)

16、的技術</p><p>　　純堿作為基本化工原料在國民經濟的建設與發(fā)展中起著舉足輕重的作用，是不可替代的產品?？v觀全球的形勢，隨著美國、歐洲、日本等發(fā)達國家的經濟進入市場成熟期，純堿行業(yè)的供求也達到了基本平衡。</p><p>　　近幾年我國的純堿工業(yè)得到了長足的發(fā)展，無論是在產品產量、品種、質量，還是在生產技術水平和設備水平方面，均取得了長足進步，部分工序已躋身世界先進行列。自2003年

17、起我國的純堿產量超過1 100萬t，躍居世界首位；2004年達1 250萬t，2005年繼續(xù)增產，全國純堿產量達到了1 400萬t，成為世界純堿生產第一大國。生產企業(yè)數(shù)量位居全球首位，生產工藝方法最全，我國的純堿生產工藝不僅包括傳統(tǒng)的氨來自http://www.5qma.com堿工藝、天然堿工藝也有我國自行開發(fā)的聯(lián)堿工藝。</p><p><b>　　2.1.1碳化</b></p>

18、;<p>　　傳統(tǒng)的索爾維碳化塔已有100多年的歷史，隨著科學技術的現(xiàn)代化及新材料、新技術的出現(xiàn)，我國的制堿工作者向傳統(tǒng)的碳化塔提出了挑戰(zhàn)。近年來研制開發(fā)了多種新型碳化塔：1)大型異徑笠帽碳化塔：該塔的優(yōu)點是生產能力大、制堿周期長、冷卻效率高、轉化率高、結晶質量好。目前許多大中型氨堿廠及聯(lián)堿廠已采用這種碳化塔。2)篩板碳化塔：它的特點是生產能力大、塔中溫度高、結晶質量好、容易清洗、操作彈性好。氨堿法是連續(xù)生產、設備多、流程

19、長，生產中易出現(xiàn)波動，篩板塔抗波動性強。3)外冷碳化塔：該塔具有設備結構簡單、投資省、可連續(xù)長周期運轉、生產能力大、結晶質量好、吸收率高等優(yōu)點，適用于聯(lián)堿廠。4)不冷碳化塔：環(huán)流式碳化塔又稱不冷碳化塔，生產的重堿結晶粒度大、塔的生產能力大、設備結構簡單、造價低，作業(yè)周期長、操作簡單。該塔適合于聯(lián)堿工藝。</p><p><b>　　2.1.2濾過</b></p><p&g

20、t;　　濾過工序的操作質量、工藝指標的優(yōu)劣，影響著純堿工藝多相消耗指標的水平，影響著制造成本的高低；影響著產品質量的好壞。1)濾堿洗水添加助濾劑技術的應用：由大連化工研究設計院研制開發(fā)的系列ZL助濾劑，專用于純堿制造過程的重堿濾過，已在10多家純堿廠應用，現(xiàn)已由單一品種發(fā)展為適合不同純堿生產廠操作工況的系列產品。經不斷改進，該產品及其應用技術已實現(xiàn)更新?lián)Q代，可實現(xiàn)降水分3% ，提高燒成率2%，節(jié)省洗水量。對純堿成品無不良影響，得到用戶好

21、評。2)用離心機二次過濾重堿：為了降低重堿水份和鹽份，提高產品質量，節(jié)約能源，提高煅燒爐能力，先后有幾家堿廠分別引進離心機，將真空過濾機過濾洗滌后的濕重堿直接進離心機進行二次分離。3)噴嘴在濾堿機洗水系統(tǒng)上的應用：青島堿廠根據(jù)本廠洗水消耗當量及濾過設備的特點，經過多次、多品種的噴嘴試驗和改進，確定噴嘴的流體結構，使洗水得到了很好的霧化；改變了純堿行業(yè)濾堿機的傳統(tǒng)洗水淋灑方法，解決了由于洗水分布不均勻，引起局部鹽份變化大，對產品質量的穩(wěn)定

22、性造成的影響及洗水利用率低的問題。降低了母液的處理量，減少了生產成本，創(chuàng)造了良好的經濟效益。4)真空轉鼓濾堿機：多年來我國一直采</p><p><b>　　2.1.3煅燒</b></p><p>　　在純堿生產中，重堿的煅燒技術一直是制堿行業(yè)的主要研究課題，因為煅燒爐的運行工況直接影響產品的質量，其能耗的高低又影響著經濟效益。國內外堿廠的重堿煅燒工序均采用蒸汽煅燒技

23、術，蒸汽煅燒技術又分為外返堿煅燒爐和自身返堿爐。1)φ3×30 m 外返堿煅燒爐：技術領先的φ 3×30 m外返堿煅燒爐，是大化集團化機廠在吸收國內外同類產品的先進經驗基礎上研制出來的，適用于大中型堿廠。2)自身返堿煅燒爐：小型聯(lián)堿廠大多采用自身返堿蒸汽煅燒爐。近年來自身返堿蒸汽煅燒爐在技術上有了較大的改進；使用返堿連續(xù)進爐結構；爐頭設預混段；改進了爐體密封結構、進汽裝置、排水裝置等等，使技術經濟指標有了顯著的提高。

24、</p><p><b>　　2.1.4重質純堿</b></p><p>　　隨著科學技術的進步和各工業(yè)領域的發(fā)展，基本化工產品純堿也相應發(fā)生了較大的變化，加快發(fā)展低鹽重質純堿，已成為純堿行業(yè)的一項重要任務。它的主要生產方法有：1)液相水合法：由天津堿廠自行開發(fā)設計的液相水合法生產重質純堿的生產過程中，中間產品一水碳酸鈉的質量直接影響重質純堿的質量。其關鍵設備是水合結

25、晶器，在多年生產實踐基礎上，將攪拌機改為帶導流筒的雙層螺旋槳式。改造后設備運轉可靠，生產能力提高，操作彈性大。2)固相、改良固相水合法：以大連化工研究設計院為主，聯(lián)合開發(fā)的固相及改良的固相水合法重質純堿生產技術，已在多家企業(yè)應用。目前我國純堿行業(yè)的固相水合法生產重質純堿的企業(yè)，根據(jù)自身的特點采用了各種干燥設備：青島的流化床，山東?；姆序v床，唐山三友、湖北雙環(huán)的回轉爐等。3)擠壓法重質純堿：擠壓法生產重質純堿與前面講述的液相水合法及固相

26、水合法均不相同，它是純物理的方法，生產過程中無化學反應發(fā)生?，F(xiàn)在自貢鴻鶴及唐山三友都有該方法的重質純堿生產。該法過程簡單，設備小型，布置緊湊，操作簡單，管理方便，制得的成品顆粒均勻、強度高、耐磨損，可根據(jù)用戶要求調整粒度，具有投資、能耗低的優(yōu)點；缺點是無法改變輕灰的成</p><p>　　2.2我國純堿行業(yè)的展望</p><p>　　我國純堿工業(yè)繼續(xù)發(fā)展面臨的主要困難與挑戰(zhàn)是能力增長過快、

27、美國天然堿的威脅、環(huán)保問題、搬家問題、廠家過多能力分散、勞動生產率低。</p><p>　　2.2.1生產規(guī)?？焖僭黾?lt;/p><p>　　截止2005年底我國已有純堿生產裝置55套，總產量達1 400萬t。其中生產能力超過800 kt／a的大型企業(yè)有4家，超過600 kt／a是7家，超過300kt／a為13家，100 kt／a以上32家，其余為小于100kt的小廠，形成以大型企業(yè)為主的純

28、堿市場格局。全行業(yè)共有8家企業(yè)的純堿產品、4家企業(yè)的氯化銨產品被評為“中國名牌產品”，?；傍S都”、連云港“長江三角”、唐山“三友”、大化“工聯(lián)”、天堿“紅三角”、青島“自力”、湖北“紅雙環(huán)”、自貢“鶴牌”，這8個品牌2005年的純堿產量為768萬t占總產量的55% ；同時大化“大地”、湖北“紅雙圈”、自貢“鶴牌”、天堿“海王星”牌氯化銨在2005年也被評為“中國名牌產品”。</p><p>　　2.2.2 消費

29、需求緩慢增長</p><p>　　下游產品前幾年的快速發(fā)展得益于有新項目，自2004年新投產24條浮法線，2005年投產23條浮法線，目前仍有25條浮法線在建；2005年氧化鋁耗堿30萬t，2006年氧化鋁的產量無明顯增長；2005年五鈉和洗衣粉共耗堿106萬t，預計2006年五鈉和洗衣粉的耗堿總量將達11O萬t。</p><p>　　我國目前正處于工業(yè)化的中期階段，也是城鎮(zhèn)化水平提高最快

30、的時期，需增加大量住房和全面改善住房條件。再加上國家繼續(xù)執(zhí)行積極的財政政策、西部大開發(fā)、2008年奧運、2010年世博會，建筑節(jié)能政策及強制性法規(guī)的出臺等都將不斷擴大玻璃的應用領域，為玻璃工業(yè)提供廣闊的發(fā)展空間和美好的發(fā)展前景。</p><p>　　據(jù)2003年美國鹽湖城國際純堿大會專家預測，到2007年平板玻璃需求年增長率將達4%，建筑市場玻璃需求將增長4.3% ，汽車行業(yè)玻璃需求將增長2.2%。</p&

31、gt;<p>　　與世界發(fā)達國家相比我國的人均純堿消耗量不足10 kg(美國23 kg、法國2O kg、俄羅斯15 kg)，所以今后幾年，拉動我國經濟增長的主要產業(yè)是房地產業(yè)和汽車行業(yè)，這兩個行業(yè)都與純堿行業(yè)有關。而建設小康社會必然推動農村人口向城鎮(zhèn)轉移，從而帶動房地產業(yè)的發(fā)展，增加玻璃用量，增大純堿需求。隨著人民生活水平的提高，合成洗滌劑的用量將增加。</p><p>　　2.3發(fā)展中的問題與困難

32、</p><p>　　2.3.1 規(guī)模效益差、勞動生產率低</p><p>　　我國純堿企業(yè)數(shù)量過多，綜合平均技術水平還比較落后．現(xiàn)有大中小企業(yè)5O余家，占全球純堿企業(yè)總數(shù)的1／3，生產能力僅占1／4，平均能力低于世界平均水平。生產裝置自動化水平不高，勞動生產率低。2O世紀8O年代，世界純堿生產控制技術已進入微機綜合控制階段，德國萊茵堡堿廠的制堿過程控制已實現(xiàn)了全部自動化；進入2O世紀9O

33、年代國外堿廠的控制已實現(xiàn)全廠網絡化，包括生產、銷售、儲運、公用工程、能源和管理等實現(xiàn)自動化和智能化。</p><p>　　我國純堿制造業(yè)的自動化水平一直很低，20世紀8O年代在重要工段、主要設備上引進了國外技術，由于種種原因并沒有起到應有的作用，自控裝置只作為集中顯示儀表。隨著計算機技術的普及，國內配套裝置的技術進步，使純堿企業(yè)的自動化水平得到了提高。但各企業(yè)的發(fā)展水平參差不齊，大部分堿廠處在部分車間的DCS監(jiān)控

34、和常規(guī)儀表控制水平上，一些重要的控制點還沒有實現(xiàn)自控；有些廠的生產控制仍然處于手工操作階段，自動化程度不高。到目前為止還沒有一個堿廠達到全自動化。</p><p>　　2.3.2 產品質量差、結構不合理</p><p>　　產品質量差、結構不合理是我國純堿行業(yè)目前存在的另一大問題。美國由于其得天獨厚的高品位天然堿，其原料含鹽低、加工方法簡單，所以產品純度高、含鹽低、粒度均勻、白度高。而我國

35、目前純堿仍以普通輕質純堿和普通重質純堿為主，產品粒度不均勻、鹽分高，尤其是聯(lián)堿法純堿的Ca，Mg水不容物含量比天然堿和氨堿法純堿都高，一些特殊行業(yè)的市場只能被進口堿所取代。尚無低鹽輕質純堿，重質純堿的比例較低，特別是低鹽重質純堿的比例更低，與先進國家相比仍有較大差距。</p><p>　　2.3.3 環(huán)境治理問題嚴重</p><p>　　環(huán)保問題是許多純堿企業(yè)，特別是氨堿企業(yè)發(fā)展面臨的主要

36、難題之一?，F(xiàn)已引起各堿廠的高度重視，因為環(huán)保問題已直接關系到某些氨堿企業(yè)的生死存亡，目前大化集團、天津堿廠、青島堿廠、福州耀隆、合肥四方、杭州龍山等幾家企業(yè)正因為城市發(fā)展及環(huán)保問題面臨搬遷改造。</p><p>　　二、生產流程或生產方案確定</p><p><b>　　1、生產方案的確定</b></p><p>　　純堿的生產方法有兩種：氨堿

37、法和聯(lián)合制堿法。</p><p>　　在查閱大量相關資料后，確定該項目的生產方案采用聯(lián)合制堿法來制取目的產物。</p><p>　　聯(lián)合制堿法的優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96％；NH4Cl可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。 （1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3</p&g

38、t;<p>　　NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓ ； 氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，這是第一步。第二步是：碳酸氫銨與鹵化鈉反應生成一分子的鹵化銨和碳酸氫鈉沉淀，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為他的溶解度很小。 根據(jù) NH4Cl 在常溫時的溶解度比 NaCl 大，而在低溫下卻比 NaCl 溶解度小的原理，在 278K ～ 283K(5 ℃～ 10 ℃ ) 時，向母液中加入食鹽細粉，

39、而使 NH4Cl 單獨結晶析出供做氮肥。</p><p>　　2、聯(lián)合制堿法的原理</p><p>　　聯(lián)合制堿法工藝分為兩個過程：一工程為制堿過程，即銨鹽水碳酸化生成NaHCO3沉淀:</p><p>　　該過程中的吸氨和碳酸化原理與氨堿法基本相同，可用氨堿法相圖進行討論。分離出NaHCO3的母液稱為母液Ⅰ，其中主要含NH4Cl、NH4HCO3和未利用的NaCl。

40、</p><p>　　二過程是用冷析和家NaCl鹽析的方法從母液Ⅰ中將NH4Cl分離出來。由于母液Ⅰ中NH4HCO3是飽和的，如直接采用鹽析和冷析的方法無法使NH4Cl單獨分離采用出來。如果將母液Ⅰ氨化，會發(fā)生如下反應：</p><p>　　這樣溶液中的HCO3-濃度降低，NaHCO3便不是飽和的。氨化后采用降溫和鹽析的方法可使NH4Cl單獨析出。析出NH4Cl固體后的母液稱為母液Ⅱ，母液

41、Ⅱ再經吸氨、吸二氧化碳制取重堿，如此一、二過程可交替循環(huán)進行。</p><p>　　3、聯(lián)堿法與氨堿法的比較</p><p><b>　　3.1原料</b></p><p>　　氨堿法因有鹽水精制過程，所以對原鹽質量要求不高，有條件的地方還可采用鹵水作原料。聯(lián)堿法必須用質量較高的固體鹽為原料，如鹽質較差，則需增設洗滌鹽過程。聯(lián)堿法的鈉和氯的利用

42、率可達到93%，而氨堿法的鈉利用率只有73%左右，氯利用率為0。氨堿法由于氨回收及提供C02，需消耗石灰石約1.3 t/t堿，焦炭(或無煙煤)約100 kg/t堿。聯(lián)堿法利用合成氨副產的C02作原料，不需消耗石灰石及焦炭。</p><p><b>　　3.2 廢棄物排放</b></p><p>　　氨堿法每生產1t純堿約排出10m3廢液和300一400 kg廢渣(與石

43、灰石及鹽的質量有關)。聯(lián)堿法在生產過程中通過母液澄清、壓濾將鹽中夾帶的雜質分離出系統(tǒng)，每生產It純堿其量只有幾公斤到幾十公斤(與鹽質量有關)。</p><p><b>　　3.3 能耗</b></p><p>　　可比單位綜合能耗，氨堿法在12000一14000MJ/t堿，聯(lián)堿法在7100一8 200 MJ/t堿.</p><p><b&

44、gt;　　3.4 產品</b></p><p>　　聯(lián)堿法在生產純堿時，同時產出等量的氯化銨。氯化銨主要用作農用氮肥，也可進一步加工成為工業(yè)用氯化銨。</p><p>　　氯化銨的市場需求是聯(lián)堿法生存和發(fā)展的關鍵，為了認真研究氯化銨在不同土壤、不同農作物上的肥效，并通過肥效和機理的研究，明確含氯化肥(包括氯化鉀)適宜使用的作物及施用技術，在以往取得分區(qū)農田試驗數(shù)據(jù)的基礎上，由政

45、府部門立項，在全國進行了更大規(guī)模的農田試驗，連續(xù)進行了7年，取得了豐碩而系統(tǒng)的研究成果。主要內容是:摸清了主要農區(qū)的土壤含氯水平與分布特點，明確了使用含氯化肥的地區(qū)與土壤;進行了農作物耐氯能力的測定與分級，依據(jù)耐氯臨介濃度劃分了耐氯作物、中等耐氯作物和弱耐氯作物;提出了含氯化肥的科學施肥技術等等。這些研究對聯(lián)堿法的發(fā)展及其布局起到了重要作用。</p><p>　　由于氯化銨有良好的造粒性能，我國國內的氯化銨大部分

46、加工成氮、磷、鉀粒狀復合肥，很受農民歡迎。</p><p>　　3.5聯(lián)堿法的技術進展</p><p>　　中國的聯(lián)堿工業(yè)在發(fā)展過程中對生產工藝和設備進行了不斷改進，目前，中國的聯(lián)堿技術與初期相比有了很大提高。下面簡要介紹一些主要的技術進步項目。</p><p>　　3.5.1 氯化銨冷析結晶循環(huán)系統(tǒng)的改進</p><p>　　氯化銨冷析結晶

47、器設有外部冷卻器用以降低母液溫度，析出氯化銨結晶。結晶器與外冷器之間設有循環(huán)泵及大直徑循環(huán)管。由于外冷卻器傳熱面要結疤，需定期切換清洗，因此在大直徑循環(huán)管上須設</p><p>　　切斷閥。由于介質的腐蝕性以及存在結疤和晶漿沖刷等惡劣條件，循環(huán)軸流泵的軸瓦及循環(huán)管上的切斷閥經常發(fā)生故障，成了影響連續(xù)生產的首要間題，后來設計了無底瓦軸流泵及無切斷閥循環(huán)系統(tǒng)，解</p><p><b&g

48、t;　　決了這一問題。</b></p><p>　　3.5.2 致冷系統(tǒng)的改進</p><p>　　由于氯化銨冷析過程要求精確控制溫度，初期建設的聯(lián)堿裝置，冷析過程是通過液氨蒸發(fā)冷卻鹵水，再用冷鹵水去冷卻母液，從而析出氯化銨結晶。以后改為液氨直接進入外冷器蒸發(fā)冷卻母液的流</p><p>　　程，解決了溫度控制技術。液氨致冷不但縮短了流程，減少了設備及管

49、線，而且由于因減少換熱次數(shù)，減少傳熱溫差從而提高了液氨的蒸發(fā)溫度，降低了冷凍系統(tǒng)的能耗。</p><p>　　3.5.3吸氨設備的改進</p><p>　　如前所述 ，聯(lián)堿生產中有二次吸氨，原來采用與氨堿法相似的吸氨塔，塔高33 m，重100多噸。</p><p>　　以后開發(fā)出噴射吸氨器，設備直徑接近管道直徑，每個吸氨器只有幾十公斤重。大大降低了設備造價。<

50、/p><p>　　3.5.4 自身返堿蒸汽鍛燒爐的應用及發(fā)展</p><p>　　眾所周知 ，NaHC03緞燒過程需要加人大量返堿，因此鍛燒工序都設置有多臺返堿運輸設備。</p><p>　　20世紀60年代，在新建的冷水江聯(lián)堿廠中采用了第一臺自身返堿蒸汽鍛燒爐。這種緞燒爐在爐體外設置了螺旋管，爐尾的純堿通過螺旋管運至爐頭作為返堿。這樣省去了爐外的返堿運輸設備。不<

51、;/p><p>　　但減少設備，降低建設費用，降低能耗，而且改善了環(huán)境。此后，新建的聯(lián)堿廠大都采用這種緞燒爐，并不斷進行改進，使各項指標更為先進。</p><p>　　3.5.5外冷式碳化塔的開發(fā)</p><p>　　20世紀80年代，開發(fā)了一種自然循環(huán)外冷式碳化塔，這種碳化塔在塔的外部進行冷卻，冷卻器可定期切換進行清洗，塔體可連續(xù)作業(yè)I個多月。這種塔還具有吸收效率高、

52、設備結構簡單、重量輕等優(yōu)</p><p>　　點。目前已有40多臺這種自然循環(huán)外冷式碳化塔在中國聯(lián)堿廠中使用，最大的單臺能力達到日產300t純堿。</p><p>　　3.5.6 變換氣制堿的開發(fā)</p><p>　　為了進一步降低聯(lián)堿法能耗和減少建設費用，中國制堿專家們于20世紀60年代又開發(fā)出了變換氣制堿新流程，這種流程將合成氨生產中的變換氣直接送人聯(lián)堿碳化塔，

53、在脫除變換又生成NaHC03。這是中國繼侯德榜發(fā)明聯(lián)堿法后又一次在世界上創(chuàng)造出一種新的純堿生產工藝。變換氣制堿將純堿生產與合成氨生產進一步聯(lián)合起來。純堿生產的碳化工序同時又是合成氨生產的脫碳工序，它省掉了合成氨生產中的脫C02工序、聯(lián)堿生產的C02壓縮工序，同時還節(jié)省了合成氨脫C02</p><p>　　溶液再生需要消耗的能量，其節(jié)能效益和經濟效益十分顯著。</p><p>　　2000年

54、，中國成達工程公司與石家莊市聯(lián)堿廠共同開發(fā)出適用于變換氣制堿的外冷式碳化塔。原變換氣制堿流程中為了使出碳化系統(tǒng)的尾氣達到合成氨生產的要求(C02≤O．2％)，采用制堿塔與清洗</p><p>　　塔串聯(lián)作業(yè)流程，這樣碳化系統(tǒng)壓力降為0．45～0.5MPa，由于壓力降大，回合成氨系統(tǒng)的氫、氮氣必須經增壓機加壓。采用外冷式碳化塔后，由于塔的吸收效率提高，出制堿塔的尾氣可以達到合成氨生</p><p

55、>　　產要求，因此，不必采用串聯(lián)流程，碳化系統(tǒng)壓力降≤O.35 MPa，可以不設增壓機。這樣既縮短了流程，又降低了能耗。外冷式變換氣制堿碳化塔，由于結構簡單，可以使設備大型化，目前最大的塔上部直徑2.8 m，中部直徑4.8 m，下部直徑3.2 m，單塔能力</p><p>　　250—300 t/d。</p><p>　　目前，變換氣中c02濃度l7％ ～28％，碳化壓力1.2—2.

56、0 MPa，碳化系統(tǒng)壓降0.35 MPa，出碳化系統(tǒng)氫、氮氣中CO2≤0.2％，NH3≤0．2 g／m3，完全符合合成氨生產要求。重堿結晶粒度增大，NaHC03</p><p>　　的平均粒徑>120μm。顯而易見，采用外冷式碳化塔后，變換氣制堿比一般的聯(lián)堿法縮短了流程，減少設備，因而建設投資與運行能耗都顯著降低。自從變換氣制堿外冷碳化塔開發(fā)成功后，中國變換氣制</p><p>　　

57、堿生產能力迅速提高。</p><p>　　總之，中國聯(lián)堿工業(yè)通過技術進步，提高了原料利用率，降低了能耗，減少廢棄物排放。這些都與中國政府關于可持續(xù)發(fā)展的政策相吻合的。</p><p><b>　　三、生產流程簡述</b></p><p>　　聯(lián)合法制堿的生產流程如附圖所示，其第一過程與氨堿法相似。</p><p>　　制

58、堿系統(tǒng)送來的氨母液Ⅰ經換熱器與母液Ⅱ換熱，母液Ⅱ是鹽析出氯化銨后的母液。換熱后的氨母液Ⅰ送入冷析結晶器。在冷析結晶器中，利用冷析軸流泵將氨母液Ⅰ送到外部冷卻器冷卻并在結晶器中循環(huán)。因溫度降低，氯化銨在母液中呈過飽和狀態(tài)，生長結晶析出。適當加強攪拌、降低冷卻速率、晶漿中存在一定量的晶核和延長停留時間都能促進結晶成長和析出。</p><p>　　冷析結晶器的晶漿溢流至鹽析結晶器，同時加入粉碎的洗鹽，并用軸流泵在結晶器

59、中循環(huán)。過程中洗鹽逐漸溶解，氯化銨因同離子效應而析出，其結晶不斷長大。鹽析結晶器底部沉集的晶漿送往濾銨機。鹽析結晶器溢流出來的清母液Ⅱ與氨母液Ⅰ換熱后送去制堿。</p><p>　　濾銨機常用自動卸料離心機，濾渣含水分6％～8％。之后氯化銨經過轉筒干燥或流態(tài)化干燥，使含水量降至1％以下作為產品。</p><p>　　結晶器是析銨過程中的主要設備，分為冷析結晶器和鹽析結晶器，構造有差別，但原

60、理相似。對結晶器的要求為：</p><p>　　有足夠的容積——使母液在器內平均停留時間大于8h，以穩(wěn)定結晶質量。鹽析結晶器的析銨負荷大于冷析結晶器，相應地容積也較大。</p><p>　　能起分級作用——結晶器的中下段是懸浮段，保持晶體懸浮在母液中并不斷成長；上段是清液段，溢流的液體以低的流速溢流，這區(qū)域的流速一般為0.015～0.02m·s-1；懸浮段的流速則為0.025～0

61、.05 m·s-1。為了使晶體能有足夠時間長大，懸浮段一般應高3m左右。如年產1萬t氯化銨的冷析結晶器，懸浮段直徑2.5m,清液段直徑5.0m，總高7.7m左右。</p><p>　　起攪拌和循環(huán)作用——如鹽析結晶器中有中央循環(huán)管，利用軸流泵使晶漿在結晶器中循環(huán)。冷析結晶器也有軸流泵抽送晶漿循環(huán)通過外冷器。</p><p>　　結晶器一般是用鋼板卷焊的。因物料有強烈的腐蝕性，設備

62、受蝕比較嚴重，要內襯塑料板或涂布防腐層。</p><p>　　食鹽用于析銨前要經過精制。常用的預處理工藝是洗滌-粉碎法。原鹽經振動篩分出原鹽夾帶的草屑和石塊等雜物，通過給料器進入螺旋推進式的洗鹽機，用飽和食鹽水逆流洗滌。原鹽夾帶的細草和粉泥浮在洗滌你液面上漂走，原鹽所含可溶性雜質（氯化鎂、硫酸鎂和硫酸鈣等）溶解。洗鹽由螺旋輸送機送入球磨機。球磨機的主體是回轉的圓筒，襯有耐磨襯里，筒內裝有鋼球。在圓筒旋轉時，利用鋼

63、球下落的沖擊和滑動起研磨作用，將粗鹽粉碎成細粒。粉碎后的鹽漿經鹽漿桶送往分級器，顆粒較大的鹽粒下沉，由底部排去重新研磨，細粒鹽隨鹽漿經沉降后用離心濾鹽機分出鹽水，洗鹽送去鹽析。洗鹽的粒度有85％在20～40目（0.84～0.42mm）,NaCl質量分數(shù)超過98％，Ca2+,Mg2+,SO42-等的質量分數(shù)小于0.3％。</p><p>　　聯(lián)堿法的技術經濟指標為：</p><p>　　氨利

64、用率：91％碳化塔容積系數(shù)：0.76t m-2·d-1</p><p>　　鈉利用率：89％結晶器容積系數(shù)：0.74t m-2·d-1</p><p>　　每噸純堿母液量：10.4m3。</p><p><b>　　四、工藝計算書</b></p><p>　　聯(lián)堿法析銨的相圖及過程分析</p&g

65、t;<p>　　冷凍法制NaHCO3及NH4CI的重要條伴為它們都單獨結晶析出。析出NaHCO3。晶體的理論知識在氨堿祛碳酸化工段已有敘述。</p><p>　　為便于說明如何從這樣復雜的多組分體體系中將NH4CI結晶析出，假定體系只是由氯化氨和氧化鈉兩種鹽組成的NH4CI-NaCl-H2O三組分體系。</p><p>　　氯化銨和和氯化鈉在水中溶解度的實驗數(shù)據(jù)如表10－4所

66、示。</p><p>　　從表10－4不難看出，氯化銨的單獨溶解廢隨溫度改變很大；而氯化鈉的溶解度隨溫廢變化不大。當溶液中這兩種鹽共存時，由于同離子效應，其溶解度都較單獨溶解度低。</p><p>　　圖10－8系為NH4CI-NaCl-H2O三元系溶解度相圖，其橫坐標為在100g水中含有的NH4CI量，縱坐桿為在100g水中含有的NaCl量，在橫坐標上的A0、A15、A30、A45各點表

67、示各相應溫度下氯化銨的單獨溶解度；在縱坐標軸上的B0、B15、B30、B45各點表示各相應溫度下氯化鈉的單獨溶解；C0、C15、C30、C45各點表示被兩種鹽共飽和時的溶液組成。相同溫度下的A點與C點的連線為含不同濃度氯化鈉的氯化銨溶解度等溫線，各B點與C點的連線為含不同濃度氯化銨的氯化鈉溶解度等溫線。</p><p>　　當物系的組成點處于某一溫度下的溶解度曲線AtCt和BtCt與兩坐標軸所包圍的區(qū)域OA-tC

68、tBt時，因物系中兩種鹽的濃座均低于該溫度下的飽和濃度，故該物系為末飽和溶液，OAtCtBt區(qū)域為未飽和區(qū)，溶解度等溫線外邊的區(qū)域為結晶區(qū)，其中AtCt線的右方為氯化銨結晶區(qū)，BtCt線的正上方為氯化鈉的結晶區(qū)，Ct點的右上方為兩種鹽的共晶區(qū)。當物系處結晶區(qū)時，則鹽的晶體與飽和溶液共存（見圖10－9）。</p><p>　　根據(jù)溶解度相圖．掌握氯化銨和氯化鈉的溶解度與溫度的關系，就可以選擇結晶方法；確定結晶操作條

69、件，將氯化銨從溶液中結晶析出。</p><p>　　設某一物系，其組成相當于圖10－8上的P點，此點位于30oC等溫線上。當溫度為 30oC時，則此物系為NH4Cl的飽和溶液，若溫度高于30oC（如45oC），則P點落在45oC等溫線的未飽和區(qū)。此時就不會有NH4Cl的晶體析出。若將溶液從45oC冷卻至30oC，則NH4CI達飽和，若進一步冷卻．如冷卻至15oC，則P點落在15OC等溫線的NH4Cl結晶區(qū)；于是有

70、NH4Cl結晶析出。此肘NaCl尚未達飽和，故溶液中NaCl的含量不變，溶液的組成沿平行于橫坐標軸左移，直至15oC等溫線上的Q點，此時析出NH4Cl量由線段PQ長座來確定。冷卻的溫度愈低，析出的NH4Cl量愈多。只靠冷卻結晶操作，析出NH4Cl的量有限，為此還可在母液中加入NaCl進行鹽折結晶操作。如在15oC組成相當于Q點（圖10－8）溶液，對于NH4Cl是飽和溶液，而對NaCl并未達飽和，若往此溶液中加人NaCl晶體，則NaCl溶

71、解，溶液中NaCl的濃度逐漸變大，而NH4CI因同離子效應而溶解度降低，從而以結晶析出，若溫度保持不變，則溶液組成將沿著QC15向C15方向變化。直至溶液被兩種鹽所飽和即達C15肘為止．加人NaC</p><p><b>　　制堿原則性流程</b></p><p>　　在圖1-3-3中繪出了35oC無NH3和10oC含NH30.35（mol／mol干鹽）時的Na+、N

72、H4+／HCO3-、Cl-、H2O體系相圖。</p><p>　　暫設碳酸化的最終溫度為35oC，其母液Ⅰ在圖1-3-3中為I．它處于35℃的NaHCO3結晶區(qū)內。當母液Ⅰ吸氨后成為氨母液Ⅰ時，在相圖上體系點的位置并未變化，但由于結晶區(qū)移動了．I點由35℃NaHCO3結晶區(qū)變成了10℃的NH4Cl結晶區(qū)。如果冷凍到10℃，就會析出NH4Cl晶體。除冷凍外，還可用NaCl和NH4HCO3鹽析，增加NH4Cl的析出量

73、。</p><p>　　當氨母液Ⅰ進行碳酸化時，相當于往體系中加人NH4HCO3，故體系點就沿著 ID連線移到 E，它處于10oC的 NH4Cl結晶區(qū)內，析出 NH4Cl固體，液相移動到F。經冷凍析出 NH4Cl的過程稱為冷析過程；F母液則稱為冷析母液或半母液Ⅱ。</p><p>　　當母液F及加入NaCI（其組成點為B），使體系點達到G時，又會析出NH4Cl固體。這一NH4Cl結晶過程．

74、稱為鹽析過程，其NH4Cl母液稱為鹽析母液或稱為母液Ⅱ。母液Ⅱ吸氨時，在相圖上停留在I點不動，溶液稱為氨母液Ⅰ。此時由于吸氨的放熱效應，溫度升高到40oC以上。</p><p>　　當加人少量NaCl固體時，體系點到達H。這是第二次加鹽,加入的NaCl量不一定完全溶解而以懸浮狀態(tài)送去碳酸化。</p><p>　　在含NH3溶液碳酸化時，相當于加人NH4HCO3。于是體系點沿著HD連線移動到

75、K，它落在35oC的NaHCO3隊結晶區(qū)內。如果碳酸化最終溫度為35oC，析出NaHCO3后又得到母液。</p><p>　　從而構成了一個閉合循環(huán)，交替加入NH3、CO2和NaCl,生產出重堿和NH4Cl兩種產品。綜上所述，聯(lián)合制堿法的原則流程應該安排如</p><p>　　在第一、第二兩個過程中，都添加NH3、CO2和NaCl，只不過加入量有多有少，各步的溫度也有所不同而已。這種在兩個

76、過程中都要加鹽，吸氨，碳酸化的流程稱為兩次加鹽、兩次吸氨、兩次碳酸化流程。</p><p>　　在聯(lián)合制堿法中，由于過程循環(huán)進行，從理論上講，NaCl和NH4HCO3的利用是充分的，不再存在像氨堿法中的鈉利用率和氨利用率的高低問題。在聯(lián)合法中，所要追求的工藝指標是每一次循環(huán)中所得到的最大NaHCO3和NH4Cl產量。而循環(huán)產量主要決定于母液Ⅰ和母液Ⅱ的組成。</p><p>　　以1mol

77、干鹽的母液Ⅱ為基準，作第一過程的物料衡算。式中的符號同表1－3-1。其中χ表示陽離子中NH4-的摩爾分數(shù)；У表示陰離于中Cl的摩爾分數(shù)．р表示每mol干鹽的H2Omol量；m表示每mol干鹽的H2O mol量。下標 1、 2分別代表母液 I和母液 Ⅱ；系數(shù) a，b，c， d，e，r均為mol量。第一過程的總反立式為：</p><p><b>　?。?）</b></p><

78、p>　　因為第一過程生產1mol的NaHCO3,第二過程必然生產1mol的NH4Cl,兩個過程中共用去1mol的NaCl、NH3、CO2和H2O，于是第二過程的總反應式為：</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　對式（1）作Na+衡算 （3）</p><p>　　對式（2）作Cl-衡算

79、 (4)</p><p>　　(3)、（4）兩式相減</p><p><b>　　（5）</b></p><p>　　式（5）中的γ為每一循環(huán)中，1摩爾干鹽的母液Ⅱ所產生NaHCO3和NH4Clmol量。γ的數(shù)值的大小就代表循環(huán)產量的大小。</p><p>　　由式（5）可以看出，當（x1-y1）增大和（

80、x2-y2）減少時，γ的數(shù)值都增加，而（x1-y1）和（x2-y2）取決于母液Ⅰ和母液Ⅱ的組成。</p><p>　　（x1-y1）代表母液Ⅰ的組成，它必須落在NaHCO3結晶區(qū)內。在圖中，過I作BD對角線的平行線交BC邊于M，則BM線段的長度即代表（x1-y1）。在NaHCO3結晶區(qū)內各點所作這樣線段的長度以母液Ⅰ落在P1點時為最大。故由式（5）可以得出這樣的結論：每當母液Ⅰ落在P1點時循環(huán)產量為最大。過I點作

81、BD對角線的平行線交BC邊于N，BN線段的長度即代表（x2-y2）值，在NH4Cl結晶區(qū)各點所作的（x2-y2）的長度以母液Ⅰ落在P2點時為最短。這就是說，當母液Ⅰ落在P2點時可以使循環(huán)產量最大。</p><p>　　在整個循環(huán)過程中，NaCl、NH3、CO2和H2O只允許加入，并只允許以NH4Cl、NaHCO3形式取出，因此式（1）中的系數(shù)a、b、c、d及式（5）中的系數(shù)（γ-a）、（γ-b）、（γ-c）、（γ

82、-d）都必須為正值，即a、b、c、d≥0而又≤γ。可由物料衡算得出如下關系：</p><p>　　由式（4）： （6）</p><p>　　由式（1）作全氨衡算 （7）</p><p>　　由式（1）作CO2衡算，并將式（5）的γ關系代入其中，可得：</p><p><b>　　(8)</

83、b></p><p>　　對式（1）作H2O衡算： （9）</p><p>　　式(5)——式（9）五個方程式表明，a、b、c、d、r五個系數(shù)都是x1、y1、x2、y2和e的函數(shù)。在選定母液Ⅰ和母液Ⅱ以后，就可以假定某一e值來試算這五個系數(shù)。如果它們都是正值，且又小于γ，那么所選的母液Ⅰ和母液Ⅱ就可以構成良好的循環(huán)。返之，如果它們之中有一個為負值或大于γ，則所選用的這對母

84、液Ⅰ和母液Ⅱ就不可能進行穩(wěn)定的循環(huán)產生。</p><p>　　母液Ⅰ和母液Ⅱ雖然以落在P1、P2點時循環(huán)產量最大，但為了選擇構成良好循環(huán)的母液Ⅰ和母液Ⅱ的操作點及操作時容許的波動幅度，往往將母液Ⅰ選在NaHCO3結晶區(qū)的內部，將母液Ⅱ選在NH4Cl結晶區(qū)上網內部，當然盡可能地靠近P1點和P2點。</p><p>　　在第一過程中加入CO2是碳酸化制取NaHCO3所必需的，不得省略。如果省去

85、第Ⅱ過程的碳酸化就成了一次碳酸化流程。作式（2）的CO2衡算，并令（γ-c）=0,即得： （10）</p><p>　　或由式（1）作CO2的衡算，并令γ=C,得：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　第Ⅰ過程的吸氨是中和HCO3-,以免NaHCO3與NH4Cl同時析出，就是省略不得的。但課省略

86、第一過程中的吸氨，成為一次吸氨流程。令式（7）中的b=0,即得出一吸氨流程的條件為 （12）</p><p>　　第Ⅰ過程中的加NaCl是為了鹽析NH4Cl所必需的，因此不能省略。令式（6）中的a=0,即得一次加鹽流程的條件為</p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　如果既要采用一次碳酸化，又要

87、一次加鹽，則必須同時滿足式（11）和式（9），則得 e=1.00 (14)</p><p>　　采用一次吸氨，一次碳酸化和一次加鹽的流程，就必須同時滿足式（11）、式（7）和式（8）。</p><p>　　在二次碳酸化流程中，由于母液Ⅰ要再次吸收CO2，就必須吸收大量的NH3，才能避免NaHCO3、NH4HCO3與NH4Cl一起析出。因此氨母液Ⅰ和母液Ⅱ中

88、的氨蒸氣較一次碳酸流程中的要高，氨損失較多，環(huán)境條件較差。但由于二次碳酸化增加了母液Ⅰ的NH4+含量，加強了NH4Cl的鹽析作用。</p><p>　　采用二次加鹽時，由于在氨母液Ⅱ中NaCl中溶解度有限，NaCl是以懸浮狀態(tài)進入碳酸化塔中，食鹽中的Ca2+、Mg2+等雜質會影響純堿的質量，所以除原蘇聯(lián)和Reinders-Nicolai等少數(shù)工廠采用兩次加鹽外，世界上大部分聯(lián)減廠都只采用一次加鹽。</p&g

89、t;<p>　　流程中分兩次吸氨，氨母液Ⅰ和氨母液Ⅱ中的NH4的濃度比較均衡，氨蒸氣壓較低，可以減少氨的損失，改善環(huán)境，所以世界上的聯(lián)減廠除日本外都采用兩次吸氨流程。在二次吸氨流程中，第Ⅰ過程的吸氨量只占總吸氨量的30%--40%，主要的還是在第一過程中加入氨的。</p><p>　　循環(huán)過程中的工藝指標</p><p>　　母液在循環(huán)過程中要控制3個濃度作為工藝指標：α值、

90、β值和γ值。</p><p>　　α值：α值是指氨母液Ⅰ中游離氨對CO2的物質的量之比（或游離氨對HCO3-的物質的量濃度比）。氨母液Ⅰ是析堿后第一次吸氨的母液，吸氨是為使HCO3-轉化成CO32-，因HCO3-不多，吸氨量不需要很多，吸氨的反應為：2NaHCO3+2NH3=Na2CO3+(NH4)2CO3</p><p>　　反應是放熱的。當母液Ⅰ中HCO3-的量一定時，降低溫度，有較少

91、過量的氨就可使反應完成，α值可以較低。但無論溫度如何，α值總大于2。α值與溫度關系的經驗值為：</p><p>　　析銨溫度/℃ 20 10 0 -10</p><p>　　α值 2.35 2.22 2.09 2.02</p><p>　　常用析銨溫度為10℃，α值控制在2.1～2.4范圍。</p

92、><p>　　β值：β值是氨母液Ⅱ中游離氨與NaCl的物質的量之比（或物質的量濃度比）。氨母液Ⅱ是吸氨后準備送去碳酸化的母液，NaCl已接近飽和。吸氨量適當有利于碳酸化時NH4HCO3的生成，促進NaHCO3析出。</p><p>　　β值可根據(jù)物料衡算求得。若碳酸化后得到的母液Ⅰ是相圖中30℃時的P1點的成分，則母液中干鹽的離子分率為</p><p>　　[Na+]=

93、0.144,[NH4+]=0.856;[Cl-]=0.865,[HCO3-]=0.135。以母液中1mol總鹽為基準，要生成這些鹽，氨母液中應有NaCl量為xmol，氨量為ymol，忽略生成NH4HCO3所需的水量，可列反應式為：</p><p>　　分別對Na+和NH4+衡算得：x=m+0.144,y=0.856</p><p>　　分別對Cl-和HCO3-衡算得：x=0.865,y=m

94、+0.135</p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　15℃時，P1溶液的β值為1.01。</p><p>　　考慮到碳酸化時部分氨被尾氣帶走及其他損失，通常將氨母液Ⅱ中的β值控制在1.04～1.12范圍。當β值到達1.15～1.20時，碳酸化時會析出大量碳酸氫銨結晶。</p><p>　　γ值：

95、γ值是母液Ⅱ中鈉離子對結合氨的物質的量之比或物質的量濃度比。母液Ⅱ是經過鹽析析銨的母液，準備送去吸氨和碳酸化。γ值越大，表示析氨過程中NaCl溶入多，NH4Cl析出多，殘留的NH4Cl少；也表示吸氨和碳酸化時會生成較多的NaHCO3。但為了避免過多NaCl混雜于產品NH4Cl中，當鹽析溫度為10～15℃時，γ值控制在1.5～1.8。</p><p>　　鹽析溫度和母液Ⅱ中氯化鈉飽和濃度的關系如下表所示：</

96、p><p>　　聯(lián)合制堿法正常操作時，各母液的組成如下表所列：</p><p><b>　　聯(lián)合法的運作要點</b></p><p>　?。?）循環(huán)系統(tǒng)的水平衡</p><p>　　聯(lián)合法是封閉循環(huán)的，系統(tǒng)內的各種母液的體積必須保持恒定，不能膨脹，要做到這一點，進入系統(tǒng)的水量不能大于系統(tǒng)中取水的水量。否則，就不得不排放一部分

97、，這樣既影響環(huán)境，又浪費氨和鹽等原料。所以保持母液平衡是進行正常生產的前提和保護環(huán)境、節(jié)能降耗的基本要求。</p><p>　　首先循環(huán)系統(tǒng)中消耗掉的水量。水有三個出處：一是化學反應用去的水；二是重堿濾餅帶走的水；三是NH4Cl成品帶走的水。對這三項水量分別計算如下：</p><p>　?、?每合成1噸純堿（同時也聯(lián)產1噸氯化銨）所需要的水量可按反應式計算</p><p

98、><b>　　碳酸化：</b></p><p><b>　　煅燒：</b></p><p>　　后一反應產生的H2O經過煅燒氣送入爐氣冷凝塔形成含NH3、Na2CO3、（NH4）2CO3的凝縮液而離開循環(huán)系統(tǒng)，所以循環(huán)系統(tǒng)中消耗的水為碳酸化過程中所示，消耗的水量為：</p><p>　　式中106，18.016分別為

99、Na2CO3和H2O的相對分子質量。</p><p>　　② 根據(jù)NaHCO3晶體的粒度和均勻程度，一般用真空過濾機所得的重堿濾餅中水分在18%-21%范圍之內，良好時為16%-20%，相應的燒成53.1%-51.4%，而一噸純堿所需的粗重堿量為燒成率的倒數(shù)，即1.883~1.846噸，因此1噸堿由粗重堿帶出系統(tǒng)的水分為（1.883~1.948）×（0.16~0.20）=300~390(kg)</

100、p><p>　?、?合成一噸純堿就聯(lián)產一噸氯化銨，其中含H2O4%，故一 噸氯化銨帶走H2O量=42（kg）,而合成30噸純堿由30噸氯化銨帶走的水量為1260（kg）</p><p>　　由此可見，如果要使母液總量平衡，在真空過濾機過濾重堿時，所加入的洗水不應超過10200+（9000~11700）+1260~1740=18720~21420（kg）</p><p>

101、　　在聯(lián)堿生產中水量能否平衡主要決定于過濾洗水的 用量，而重堿結晶的好壞對過濾洗水的用量影響極大。因此欲使系統(tǒng)水量保持平衡，首先要提高重堿的結晶質量，其次為嚴格控制洗鹽的含水量。</p><p>　?。?）鈣鎂雜質對聯(lián)合法生產的影響</p><p>　　聯(lián)合法所用的洗鹽，其中仍含有，當加到鹽析結晶器中時，由于母液中有和存在，會生成及其復鹽。這些固體雜質，如被氯化銨產品帶走，并無大礙。因為從

102、使用角度來看，農用氯化銨帶有少量雜質，并不會影響使用效果，況且兩者都是植物中的中量營養(yǎng)元素，尤其鎂是營造葉綠素的元素?？上н@些沉淀太細，一部分隨同母液Ⅱ進入噴射吸氨器隨之進入氨母液Ⅱ桶沉降。鹽中鈣鎂含量的增加會使氨母液Ⅱ泥量增加，排放時不僅處理麻煩，而且使氨及鹽的損失增加。還會使沉降后的氨母液Ⅱ的濁度增加，在碳酸化時，使重堿粒度變細，直接影響到過濾后重堿的水含量和水不溶物含量，須增加原料和能量的消耗。在造成母液膨脹的諸多因素中，氨母液Ⅱ

103、的碳酸化是否正常起著決定性作業(yè)。如果碳酸化失常，重堿質量差，過濾及洗滌困難，洗水增加，就會使母液膨脹。</p><p>　　在氨母液Ⅱ澄清液中澄清后的氨母液Ⅱ的濁度應不大于200×10-6，鈣離子的澄清率；約為80%~90%，而鎂離子的澄清率卻少于50%?，F(xiàn)在工廠中常添加聚炳烯酸作助沉劑以提高二者的澄清效率。</p><p>　　五、主要的設備工藝計算</p>&l

104、t;p>　　1.主要工藝技術指標計算</p><p>　?。?）碳酸化塔內徑的計算</p><p>　　設計一個年產30萬噸的聯(lián)合制堿法制純堿設備裝置，反應操作時間表如下：</p><p>　　置換 1h，進料1.5 h 反應18 h 出料2.5 h 清理1 h</p><p>　　反應操作時間為8000

105、小時,消耗定額1.1噸NaCl/NaCO3,試求碳酸化塔的體積和管道的通過能力：</p><p>　　解：碳酸化塔的生產能力為30萬噸/年,每批操作周期為24小時，碳酸化塔每批的生產量為：</p><p><b>　　t/批</b></p><p>　　在操作條件下NaCl的密度為2.532kg/m3，碳酸化塔的裝填系數(shù)為0.9，則所需體積為：

106、</p><p>　　可假設碳化塔高度為10m 根據(jù)公式：</p><p>　　式中： Vth——碳化塔容積，m3 ； </p><p>　　d—— 該碳化塔圓柱部分內徑，m；</p><p>　　h——該碳化塔高度,m。</p><p>　　就可算出碳酸化塔的圓柱部分內徑為7.5m</p>&l

107、t;p><b>　?。?）物料衡算</b></p><p>　　以1mol干鹽的母液Ⅱ為基準，作第一過程的物料衡算。式中的符號同表1－3-1。其中χ表示陽離子中NH4-的摩爾分數(shù)；У表示陰離于中Cl的摩爾分數(shù)．р表示每mol干鹽的H2Omol量；m表示每mol干鹽的H2O mol量。下標 1、 2分別代表母液 I和母液 Ⅱ；系數(shù) a，b，c， d，e，r均為mol量。第一過程的總反立式

108、為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　因為第一過程生產1mol的NaHCO3,第二過程必然生產1mol的NH4Cl,兩個過程中共用去1mol的NaCl、NH3、CO2和H2O，于是第二過程的總反應式為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>