聯(lián)堿畢業(yè)設(shè)計(jì)--年產(chǎn)15萬(wàn)噸純堿生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　XX大學(xué)</b></p><p><b>　?。╔屆）</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1</b></p><

2、p>　　1.1 純堿的性質(zhì)和用途1</p><p>　　1.1.1 純堿的性質(zhì)1</p><p>　　1.1.2 純堿的用途1</p><p>　　1.2 純堿工業(yè)的發(fā)展史2</p><p>　　1.2.1 中國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展史2</p><p>　　1.2.2 世界純堿工業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀2</p&g

3、t;<p>　　1.3 純堿的生產(chǎn)方法2</p><p>　　1.3.1 侯氏制堿法2</p><p>　　1.3.2 蘇爾維制堿法3</p><p>　　1.4 聯(lián)合制堿法與氨堿法的比較3</p><p><b>　　4</b></p><p>　　2.1 純堿工藝的生產(chǎn)原

4、理和工藝概述4</p><p>　　2.1.1 生產(chǎn)原理和工藝簡(jiǎn)述4</p><p>　　2.1.2 工藝流程4</p><p>　　2.2 生產(chǎn)工藝流程5</p><p>　　2.2.1 生產(chǎn)工藝流程5</p><p>　　2.2.2 工藝流程示意圖6</p><p><b&

5、gt;　　7</b></p><p>　　3.1 聯(lián)堿法析氨的相圖及過(guò)程分析7</p><p>　　3.2 制堿原則性流程7</p><p>　　3.3 物料衡算9</p><p>　　3.4 循環(huán)過(guò)程中的工藝指標(biāo)11</p><p>　　3.5 聯(lián)合法的運(yùn)作要點(diǎn)12</p><

6、;p>　　3.5.1 循環(huán)系統(tǒng)的水平衡12</p><p>　　3.5.2 副產(chǎn)品氨水13</p><p>　　3.5.3 鈣鎂雜質(zhì)對(duì)聯(lián)堿法生產(chǎn)的影響13</p><p><b>　　14</b></p><p>　　4.1 碳化塔的選型與計(jì)算14</p><p>　　4.1.1 外

7、冷式碳化塔的特點(diǎn)14</p><p>　　4.1.2 碳化塔內(nèi)徑的計(jì)算15</p><p>　　4.2 結(jié)晶器的選型15</p><p>　　4.2.1 內(nèi)循環(huán)鹽析結(jié)晶器15</p><p>　　4.2.2 結(jié)晶器特點(diǎn)15</p><p>　　4.3 結(jié)晶器尺寸設(shè)計(jì)15</p><p&g

8、t;<b>　　18</b></p><p>　　5.1 人員配備18</p><p>　　5.2 車間布置18</p><p>　　5.2.1 廠房的平面布置18</p><p>　　5.2.2 廠房的立面布置19</p><p>　　5.2.3 廠房的建筑結(jié)構(gòu)19</p>

9、<p>　　5.2.4 管道布置設(shè)計(jì)19</p><p>　　5.3 安全生產(chǎn)20</p><p>　　5.3.1 安全隱患20</p><p>　　5.3.2 安全措施20</p><p>　　5.4 環(huán)保及三廢處理21</p><p>　　5.5 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義21</p>

10、<p><b>　　22</b></p><p>　　6.1 主要工藝參數(shù)22</p><p>　　6.1.1 產(chǎn)品組成22</p><p>　　6.1.2 各主要物料的實(shí)際消耗量22</p><p>　　6.1.3 工資及各物料的價(jià)格22</p><p>　　6.1.4 建

11、設(shè)期資金投入22</p><p>　　6.2 投資估算23</p><p>　　1.1 純堿的性質(zhì)和用途</p><p>　　純堿即碳酸鈉（Na2CO3），也稱蘇打或堿灰。</p><p>　　1.1.1 純堿的性質(zhì)</p><p>　　碳酸鈉的性狀為白色粉末或者顆粒，無(wú)氣味，有堿性，是堿性的鹽，有吸濕性，溶于水和

12、甘油，水溶液呈堿性，pH為11.6，相對(duì)密度為2.53，熔點(diǎn)845~852℃[1]。</p><p>　　碳酸鈉與水生成Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O三種水合物，依據(jù)顆粒大小、堆積密度的不同依次可分為：超輕質(zhì)純堿、輕質(zhì)純堿和重質(zhì)純堿。</p><p><b>　　1) 溶解性</b></p&g

13、t;<p>　　碳酸鈉易溶于水和甘油，微溶于無(wú)水乙醇，不溶于丙醇。碳酸鈉是一種強(qiáng)堿弱酸鹽，溶于水后發(fā)生水解反應(yīng)（碳酸鈉水解會(huì)產(chǎn)生碳酸氫鈉和氫氧化鈉），使溶液顯堿性，有一定的腐蝕性，并且能與酸進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽并放出二氧化碳?xì)怏w[1]。</p><p><b>　　2) 穩(wěn)定性</b></p><p>　　碳酸鈉穩(wěn)定性較強(qiáng)，但高溫下也會(huì)分解，生成氧

14、化鈉和二氧化碳?xì)怏w。長(zhǎng)期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分和二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結(jié)成硬塊。吸濕性很強(qiáng)，很容易結(jié)成硬塊，在高溫下也不分解。</p><p>　　1.1.2 純堿的用途</p><p>　　1) 用作基本化工原料</p><p>　　純堿用途廣泛且需求量大，是重要的基本化工原料?；どa(chǎn)中經(jīng)常以純堿為原料制取其他性質(zhì)的堿和無(wú)機(jī)鹽等化工產(chǎn)品，例如：以堿的

15、酸化法可以用來(lái)制取小蘇打；用苛化法制取苛化燒堿；硅砂與純堿在熔融條件下，可以制取硅酸鈉（泡花堿）；以再結(jié)晶法可以制取十水碳酸鈉（晶堿）；以石灰硫化氫法和硫化鋇法，都可以用純堿來(lái)制取硫化堿；以純堿為原料還可以制取各種含鈉鹽類；還被用做生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品的原料或輔料[1]。</p><p>　　2) 用作基本工業(yè)原料</p><p>　　純堿還大量用于冶金工業(yè)（如煉鋁）、玻璃工業(yè)、合成洗滌劑、紡

16、織工業(yè)、石油化工、搪瓷、造紙、印染、食品及民用等方面。因此純堿被稱為基本工業(yè)原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，它的產(chǎn)量和用量通常標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平[1]。</p><p>　　1.2 純堿工業(yè)的發(fā)展史</p><p>　　對(duì)中國(guó)純堿工業(yè)的發(fā)展史和世界純堿工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀進(jìn)行分析。</p><p>　　1.2.1 中國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展史</p><

17、p>　　中國(guó)純堿工業(yè)的發(fā)展可分為兩個(gè)時(shí)期，一是天然堿的加工利用，二是現(xiàn)代純堿工業(yè)的建立和發(fā)展。天然堿的利用歷史悠久，從三代建都河洛時(shí)期，就用天然堿。河套平原建郡時(shí)，已是天然堿產(chǎn)地。近代制堿工業(yè)以采用路布蘭法制堿為先，四川最早以芒硝為原料制純堿。20世紀(jì)初天津成立永利制堿公司，采用索爾維法制堿工藝。1921年侯德榜擔(dān)任永利制堿公司技師，刻苦鉆研技術(shù)問(wèn)題，1924年開(kāi)始生產(chǎn)堿。1926年美國(guó)博覽會(huì)上，永利的紅三角牌純堿獲金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢蛉?/p>

18、國(guó)際市場(chǎng)。</p><p>　　1.2.2 世界純堿工業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　人類使用堿的歷史已有幾千年，最早是取自草木灰和天然堿。大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始于18世紀(jì)末，隨后法國(guó)人路布蘭提出以食鹽、硫酸、石灰石、煤粉為原料的工業(yè)生產(chǎn)純堿方法，現(xiàn)稱路布蘭制堿法。隨后1861年索爾維發(fā)現(xiàn)用食鹽水吸收氨和二氧化碳的實(shí)驗(yàn)中可以得到碳酸氫鈉，他因此而獲得了用海鹽和石灰石為原料制取純堿的專利，被

19、稱為索爾維制堿法。1939年侯德榜開(kāi)展改進(jìn)氨堿法的實(shí)驗(yàn)研究，把索爾維制堿工業(yè)和合成氨工業(yè)聯(lián)合起來(lái)，這種即產(chǎn)純堿、又產(chǎn)氯化氨的新工藝取得成功，被稱為“侯氏制堿法”，現(xiàn)稱“聯(lián)合制堿法”[1]。</p><p>　　世界純堿工業(yè)經(jīng)歷兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，20世紀(jì)末期純堿的總生產(chǎn)能力達(dá)44Mt，其中合成法純堿約30Mt，占68%；天然堿法14Mt，占32%，純堿產(chǎn)量約35Mt[1]。</p><p>　

20、　1.3 純堿的生產(chǎn)方法</p><p>　　純堿的生產(chǎn)方法有很多種，下文主要介紹侯氏制堿法與氨堿法并作簡(jiǎn)單的比較。</p><p>　　1.3.1 侯氏制堿法</p><p>　　該方法主要采用食鹽、氨以及合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w為原料，同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨，將純堿和合成氨兩大生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)，簡(jiǎn)稱“聯(lián)合制堿”，這種方法使得原料鹽的利用率從70%提高到9

21、6%。此外，污染環(huán)境而且難以處理的廢物氯化鈣成為有用的產(chǎn)品氯化銨，變廢為寶，還能減少設(shè)備，因此其優(yōu)越性大大超過(guò)了蘇爾維制堿法，從而開(kāi)創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新紀(jì)元。</p><p>　　制堿的主要原料是氯化鈉，而四川的鹽是井鹽，提純?cè)斐沙杀靖?，并且蘇爾維制堿法的缺點(diǎn)就是食鹽利用率不高，使成本更高，所以侯德榜不用蘇爾維制堿法而另辟蹊徑。</p><p>　　他先分析了蘇爾維制堿法的缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)主要原

22、因在于原料的利用率過(guò)低，只用了石灰石中的碳酸根離子和食鹽中的鈉，二者結(jié)合生成了純堿，然而石灰中的鈣和食鹽中的另一半氯結(jié)合生成了氯化鈣，這個(gè)顯然沒(méi)有利用上，那么怎樣才能利用上氯化鈣，這個(gè)問(wèn)題困擾著侯德榜。他考慮到制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供，濾液中的氯化銨如果加入食鹽水，讓它沉淀出來(lái)，這樣氯化銨就即可以作為化工原料也可以作為化肥，這種方法大大提高了食鹽的利用率，還可以省去許多設(shè)備。直到他進(jìn)行了500多次試驗(yàn)后終于成功了使設(shè)想成為了現(xiàn)

23、實(shí)[1]。</p><p>　　1.3.2 蘇爾維制堿法</p><p>　　蘇爾維制堿法主要是采用石灰石、食鹽、氨和焦炭為原料。二氧化碳和石灰乳的制備是將石灰石在煅燒窯內(nèi)分解得到氧化鈣和二氧化碳?xì)怏w，氧化鈣加水制成氫氧化鈣乳液；鹽水的制備和精制則是將原鹽溶于水制得飽和食鹽水溶液，因?yàn)辂}水中含有鈣鎂等雜質(zhì)離子，它們的存在會(huì)影響后續(xù)工序的正常進(jìn)行，所以鹽水溶液必須精制；氨鹽水的制備則是精制后

24、的鹽水吸氨制備含氨的鹽水溶液；之后氨鹽水的碳酸化是氨堿法中最重要的工序，在這里將二氧化碳通入氨鹽水作用，生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉濃度過(guò)飽和后即結(jié)晶析出，從而與溶液分離。這一過(guò)程包括了而二氧化碳的吸收、氣液相反應(yīng)、溶液的結(jié)晶和等[1]。</p><p>　　碳酸氫鈉的煅燒過(guò)程中煅燒的目的是為了分解碳酸氫鈉，以獲得純堿Na2CO3，同時(shí)回收近一半的CO2氣體（其含量約為90%），供碳酸化使用；氨的回收是指碳

25、酸化后分離出來(lái)的母液中含有NH4Cl、NH4OH、(NH4)2CO3和NH4HCO3等，需要將氨回收循環(huán)使用。</p><p>　　1.4 聯(lián)合制堿法與氨堿法的比較</p><p>　　聯(lián)合制堿法最大的優(yōu)點(diǎn)是使食鹽的利用率提高到96%以上，首先等量的食鹽比氨堿法能生產(chǎn)更多的純堿。另外它綜合利用了氨廠的二氧化碳和堿廠的氯離子，同時(shí)生產(chǎn)出兩種產(chǎn)品純堿和氯化銨。將氨廠的廢氣二氧化碳，轉(zhuǎn)變?yōu)閴A廠的

26、主要原料來(lái)制取純堿，這樣就節(jié)省了堿廠里用于制取二氧化碳的龐大的石灰窯；將堿廠無(wú)用成分氯離子（Cl-）來(lái)代替價(jià)格較高的硫酸固定氨廠里的氨，制取氮肥氯化銨。從而不再生成即沒(méi)有多大用處，又難于處理的氯化鈣，減少了對(duì)環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。</p><p>　　氨堿法的優(yōu)點(diǎn)則是原料食鹽和石灰石成本較為便宜，而且產(chǎn)品純堿的純度高，副產(chǎn)品二氧化碳和氨都可以回收循環(huán)使用，并

27、且制造步驟較為簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。但是氨堿法也有許多缺點(diǎn)，首先是兩種原料的成分都只利用了一半，石灰石成分里的碳酸根離子（CO32-）和食鹽成分里的鈉離子（Na+）結(jié)合成了碳酸鈉，可是石灰石的另一成分鈣離子（Ca2+）和食鹽的另一成分氯離子（Cl-）卻結(jié)合成了沒(méi)有多大用途且污染環(huán)境的氯化鈣（CaCl2），因此如何處理氯化鈣就成為一個(gè)很大的問(wèn)題。其實(shí)氨堿法的最大缺點(diǎn)還是在于原料食鹽的利用率只有72%~74%，沒(méi)利用上的食鹽都隨著氯化鈣溶

28、液作為廢液被拋棄了，這是一個(gè)很大的損失。</p><p>　　2.1 純堿工藝的生產(chǎn)原理和工藝概述</p><p>　　純堿的生產(chǎn)方法主要有兩種：聯(lián)合制堿法和氨堿法。本設(shè)計(jì)采用聯(lián)合制堿法的生產(chǎn)方案，對(duì)聯(lián)合制堿法做簡(jiǎn)要的工藝流程介紹和物料衡算。</p><p>　　聯(lián)合制堿法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了氨堿法的大部分優(yōu)點(diǎn)，消除了氨堿法原料利用率低的主要缺點(diǎn)，使食鹽的利用率從70%提

29、高到96%；同時(shí)產(chǎn)物NH4Cl可用做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2，這樣就省去了CaCO3制CO2的工序，精簡(jiǎn)了設(shè)備。</p><p>　　NH3+H2O+CO2=NH4HCO3</p><p>　　NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓</p><p>　　2.1.1 生產(chǎn)原理和工藝簡(jiǎn)述</p><p&g

30、t;　　聯(lián)合制堿法工藝分為兩個(gè)過(guò)程：一過(guò)程為制堿過(guò)程，即銨鹽水碳酸化生成NaHCO3沉淀。</p><p>　　NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl</p><p>　　該過(guò)程中的碳酸化和吸氨的原理與氨堿法基本相同，可用相圖分析法進(jìn)行討論，下章節(jié)有分析。過(guò)程中分離出NaHCO3的母液稱為母液Ⅰ，其中主要含NH4Cl、NH4HCO3和未利用的NaCl。</p&g

31、t;<p>　　二過(guò)程是用加NaCl鹽析和冷析的方法從母液Ⅰ中將NH4Cl分離出來(lái)。由于母液Ⅰ中NH4HCO3是飽和的，所以直接采用鹽析和冷析的方法無(wú)法使NH4Cl單獨(dú)分離出來(lái)。如果將母液Ⅰ氨化，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：</p><p>　　NH3+HCO3-=NH4++CO32-</p><p>　　NH3+HCO3-=NH2CO3-+H2O</p><p>

32、;　　這樣溶液中的HCO3-濃度會(huì)降低，NaHCO3溶液便不再是飽和的了。氨化后再采用降溫和鹽析的方法就可以使NH4Cl單獨(dú)析出。析出NH4Cl固體后的母液稱為母液Ⅱ，母液Ⅱ再經(jīng)吸氨、吸二氧化碳來(lái)制取重堿，如此一、二過(guò)程可交替循環(huán)進(jìn)行，這就是聯(lián)合制堿法的過(guò)程分析。</p><p>　　2.1.2 工藝流程</p><p>　　生產(chǎn)工藝流程是生產(chǎn)過(guò)程中的主要參照標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工藝流程圖即是一個(gè)生

33、產(chǎn)過(guò)程的簡(jiǎn)要介紹。</p><p>　　2.2 生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　2.2.1 生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　聯(lián)合制堿法有多種流程，由加入原料的次數(shù)不同可分為兩次吸氨與一次吸氨，兩次碳化與一次碳化等不同工序。</p><p>　　我國(guó)的聯(lián)合制堿法主要通過(guò)兩次吸氨一次碳化，一次加鹽的方法，其中原鹽在洗鹽機(jī)中用飽和鹽水洗滌，以除

34、去其中影響之后反應(yīng)的鈣鎂等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)的粉碎，慮鹽機(jī)的分離，制成符合規(guī)定純度和粒度的“洗鹽”，然后再將“洗鹽”送往鹽析結(jié)晶器等待下一步反應(yīng)。其中洗滌液循環(huán)使用，當(dāng)液中雜質(zhì)含量增高時(shí)回收處理[2]。</p><p>　　原始結(jié)晶器主要用來(lái)制備飽和食鹽水，飽和食鹽水再經(jīng)吸氨器吸氨制成氨鹽水，此氨鹽水在外冷式碳化塔內(nèi)與合成氨系統(tǒng)提供的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行反應(yīng)即碳化過(guò)程，所得到的重堿再經(jīng)過(guò)濾堿機(jī)的分離，然后送到煅燒

35、爐內(nèi)加熱分解成就得到了產(chǎn)品純堿。煅燒分解出的爐氣，經(jīng)爐氣冷凝器與爐氣洗滌器，回收其中的氨氣與堿粉，并使水蒸氣冷凝降低爐氣溫度，再使?fàn)t氣進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)壓縮，重新送回碳化塔供制堿使用。過(guò)濾重堿后的母液稱為母液Ⅰ，由于母液Ⅰ中NaHCO3已經(jīng)飽和，如果母液Ⅰ立即在制銨過(guò)程中進(jìn)行冷卻加鹽，將導(dǎo)致鈉離子濃度增高，而使一部分重碳酸鹽與氯化銨同時(shí)析出，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了使氯化銨單獨(dú)析出，生產(chǎn)中母液Ⅰ首先需要經(jīng)過(guò)吸氨器吸氨，成為氨母液Ⅱ，以破壞

36、HCO3-，降低其濃度，然后送往冷析結(jié)晶器中降溫，使部分氯化銨析出，這個(gè)過(guò)程稱為“冷析”，冷析后母液稱為“半母液Ⅱ”。由于冷析結(jié)晶器流入鹽析結(jié)晶器，加入洗鹽，所以由于同離子效應(yīng)，可再析出部分氯化銨，并補(bǔ)充了下一過(guò)程中所需要的鈉離子。由冷析結(jié)晶器及鹽析結(jié)晶器的下部取出的氯化銨懸浮液，然后經(jīng)稠厚器、濾銨機(jī)，再干燥就得成品氯化銨。濾液送回鹽析結(jié)晶器，鹽析結(jié)晶器母液Ⅱ送入母液換</p><p>　　濾銨機(jī)通常使用自動(dòng)卸料

37、離心機(jī)，濾渣中含水分7%左右。氯化銨經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)筒的干燥或流態(tài)化干燥，這樣使得其含水量降至1%以下就能作為產(chǎn)品。</p><p>　　結(jié)晶器是析銨過(guò)程中的主要設(shè)備，分為冷析結(jié)晶器和鹽析結(jié)晶器，構(gòu)造有差別，但原理相似。對(duì)結(jié)晶器的要求為：</p><p>　　有足夠的容積。足夠的容積能使母液在反應(yīng)器內(nèi)平均停留時(shí)間大于8h，以穩(wěn)定結(jié)晶質(zhì)量。鹽析結(jié)晶器的析銨負(fù)荷應(yīng)大于冷析結(jié)晶器，所以其相應(yīng)地容積也應(yīng)該較

38、大[2]。</p><p>　　能起分級(jí)作用。因?yàn)榻Y(jié)晶器的上段是清液段，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；懸浮段的流速為0.025~0.05 m·s-1。中下段是懸浮段，所以能保持晶體懸浮在母液中并不斷成長(zhǎng)；為了使晶體能有足夠時(shí)間長(zhǎng)大，懸浮段一般應(yīng)高3m左右[2]。</p><p>　　起攪拌和循環(huán)作用。如同鹽析結(jié)晶器中有中央循

39、環(huán)管一樣，利用軸流泵使晶漿在結(jié)晶器中循環(huán)。冷析結(jié)晶器也有軸流泵抽送晶漿循環(huán)通過(guò)外冷器[2]。</p><p>　　食鹽用于析銨前首先要經(jīng)過(guò)精制。常用的預(yù)處理工藝是粉碎法洗滌。原鹽經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩后能夠分離出原鹽夾帶的石塊和草屑等雜物，這是第一步處理，然后通過(guò)給料器進(jìn)入螺旋推進(jìn)式的洗鹽機(jī)，通過(guò)飽和食鹽水的逆流洗滌，使得原鹽夾帶的細(xì)草和粉泥浮在洗滌液面上漂走，原鹽所含可溶性雜質(zhì)氯化鎂、硫酸鎂和硫酸鈣等雜質(zhì)溶解，這里是第二步

40、處理。第三步洗鹽由螺旋輸送機(jī)送入球磨機(jī)，在圓筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用鋼球下落的沖擊和滑動(dòng)起研磨作用，將粗鹽粉碎成細(xì)粒。粉碎后的鹽漿經(jīng)鹽漿桶送往分級(jí)器，顆粒較大的鹽粒自動(dòng)下沉，由底部排出去經(jīng)過(guò)重新研磨，細(xì)粒鹽則隨鹽漿經(jīng)沉降后用離心濾鹽機(jī)分出鹽水，經(jīng)過(guò)這三步處理后就制得了符合需要的洗鹽，洗鹽就可以送去鹽析。NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)98%，Ca2+，Mg2+，SO42-等離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%[2]。</p><p>　　2.2

41、.2 工藝流程示意圖</p><p>　　圖2.1 聯(lián)合制堿法工藝流程示意圖</p><p>　　3.1 聯(lián)堿法析氨的相圖及過(guò)程分析</p><p>　　冷析法制NaHCO3及NH4Cl的重要條件為它們都能單獨(dú)結(jié)晶析出。為便于說(shuō)明如何從這樣復(fù)雜的多組分體體系中將NH4Cl結(jié)晶析出，假定體系只是由氯化氨和氧化鈉兩種鹽組成的NH4Cl-NaCl-H2O三組分體系[2]。

42、</p><p>　　氯化銨和和氯化鈉在水中溶解度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 NH4Cl和NaCl的溶解度（單位：g/100gH2O）</p><p>　　從表3.1中不難看出，氯化銨的單獨(dú)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(dāng)溶液中這兩種鹽共存時(shí)，由于同離子效應(yīng)，其溶解度都較單獨(dú)溶解度低。</p>&l

43、t;p>　　3.2 制堿原則性流程</p><p>　　在圖3.2中繪出了35℃無(wú)NH3和10℃含NH3量為0.35（mol／mol干鹽）時(shí)的Na+、NH4+／HCO3-、Cl-、H2O體系相圖。</p><p>　　圖3.1 不同溫度和NH3量下，P1及P2點(diǎn)變化軌跡</p><p>　　暫設(shè)碳酸化的最終溫度為35℃，其母液Ⅰ在圖3.2中為I．它處于35℃的

44、NaHCO3結(jié)晶區(qū)內(nèi)。當(dāng)母液Ⅰ吸氨后成為氨母液Ⅰ時(shí)，在相圖上體系點(diǎn)的位置并未變化，但由于結(jié)晶區(qū)移動(dòng)了，I點(diǎn)由35℃NaHCO3結(jié)晶區(qū)變成了10℃的NH4Cl結(jié)晶區(qū)。如果冷凍到10℃，就會(huì)析出NH4Cl晶體。除冷凍外，還可用NaCl和NH4HCO3鹽析，增加NH4Cl的析出量[1]。</p><p>　　圖3.2 聯(lián)合制堿法的相圖</p><p>　　當(dāng)氨母液Ⅰ進(jìn)行碳酸化時(shí)，相當(dāng)于往體系中加

45、人NH4HCO3，故體系點(diǎn)就沿著ID連線移到E，它處于10℃的NH4Cl結(jié)晶區(qū)內(nèi)，析出NH4Cl固體，液相移動(dòng)到F。經(jīng)冷凍析出NH4Cl的過(guò)程稱為冷析過(guò)程，F(xiàn)母液則稱為冷析母液或半母液Ⅱ[1]。</p><p>　　當(dāng)母液F及加入NaCl（其組成點(diǎn)為B），使體系點(diǎn)達(dá)到G時(shí)，又會(huì)析出NH4Cl固體。這一NH4Cl結(jié)晶過(guò)程稱為鹽析過(guò)程，其中NH4Cl母液稱為鹽析母液或者母液Ⅱ。母液Ⅱ吸氨時(shí)，在相圖上停留在I點(diǎn)不動(dòng)，溶

46、液稱為氨母液Ⅰ。此時(shí)由于吸氨時(shí)的放熱效應(yīng)，溫度升高到40℃以上。</p><p>　　當(dāng)加人少量NaCl固體時(shí)，體系點(diǎn)到達(dá)H。這是第二次加鹽,加入的NaCl量不一定完全溶解而是以懸浮狀態(tài)送去碳酸化。</p><p>　　在含有NH3的溶液碳酸化時(shí)，相當(dāng)于加人NH4HCO3。于是體系點(diǎn)沿著HD連線移動(dòng)到K，它落在35℃的NaHCO3結(jié)晶區(qū)內(nèi)。如果碳酸化最終溫度為35℃，析出NaHCO3后又得

47、到母液。從而構(gòu)成了一個(gè)閉合循環(huán)，交替加入NH3、CO2和NaCl,生產(chǎn)出純堿和NH4Cl兩種產(chǎn)品。綜上所述，聯(lián)合制堿法的原則流程應(yīng)該如下：</p><p>　　圖3.3 聯(lián)合制堿法原則流程圖</p><p>　　在第一、第二兩個(gè)過(guò)程中，都添加NH3、CO2和NaCl，只不過(guò)加入量有多有少，各步的溫度也有所不同而已。這種在兩個(gè)過(guò)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

48、化流程[1]。</p><p>　　在聯(lián)合制堿法中，由于過(guò)程循環(huán)進(jìn)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過(guò)低問(wèn)題。在聯(lián)堿法中，所要追求的工藝指標(biāo)是每一次循環(huán)中所得到的最大NaHCO3和NH4Cl產(chǎn)量。而循環(huán)產(chǎn)量主要決定于母液Ⅰ和母液Ⅱ的組成[1]。</p><p><b>　　3.3 物料衡算</b></

49、p><p>　　以1mol干鹽的母液Ⅱ?yàn)榛鶞?zhǔn)，作第一過(guò)程的物料衡算。式中的符號(hào)同表3.1。其中x表示陽(yáng)離子中NH4-的摩爾分?jǐn)?shù)；y表示陰離于中Cl的摩爾分?jǐn)?shù)．р表示每mol干鹽的H2Omol量；m表示每mol干鹽的H2Omol量。下標(biāo)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(guò)程的總反立式為：</p><p>　　x2 NH4+

50、 x1 NH4+</p><p>　　1-x2 Na+ aNaCl 1-x1 Na+</p><p>　　y2 HCO3- + bNH3 → y1 HCO3- +γNaHCO3 (1)</p><p>　　1-y2 Cl- cCO2 1-y1

51、 Cl-</p><p>　　p2 NH3 dH2O p1 NH3</p><p>　　m2 H2O m1 H2O</p><p>　　因?yàn)榈谝贿^(guò)程生產(chǎn)1mol的NaHCO3，第二過(guò)程必然生產(chǎn)1mol的NH4Cl，兩個(gè)過(guò)程中共用去1mol的NaCl、NH3、CO2和H2O，于是第

52、二過(guò)程的總反應(yīng)式為：</p><p>　　母液Ⅰ 母液Ⅱ</p><p>　　x1 NH4+ x2 NH4+</p><p>　　1-x1 Na+ (γ-a)NaCl 1-x2 Na+</p>&

53、lt;p>　　e y1 HCO3- + (γ-b)NH3 → y2 HCO3- +γNH4Cl (2)</p><p>　　1-y1 Cl- (γ-c)CO2 1-y2 Cl-</p><p>　　p1 NH3 (γ-d)H2O p2 NH

54、3</p><p>　　m1 H2O m2 H2O</p><p>　　對(duì)式(1)作Na+衡算：(1-x2)+a=e(1-x1)+ (3)</p><p>　　對(duì)式(2)作Cl-衡算：(1-y2)+a=e(1-y1)

55、 (4)</p><p>　　(3)、(4)兩式相減得：=e(x1-y1)-(x2-y2) (5)</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(chǎn)生NaHCO3和NH4Clmol量。γ的數(shù)值的大小就代表循環(huán)產(chǎn)量的大小。</p&

56、gt;<p>　　由式(5)可以看出，當(dāng)(x1-y1)增大和(x2-y2)減少時(shí)，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(jié)晶區(qū)內(nèi)。在圖中，過(guò)I作BD對(duì)角線的平行線交BC邊于M，則BM線段的長(zhǎng)度即代表(x1-y1)。在NaHCO3結(jié)晶區(qū)內(nèi)各點(diǎn)所作這樣線段的長(zhǎng)度以母液Ⅰ落在P1點(diǎn)時(shí)為最大。故

57、由式(5)可以得出這樣的結(jié)論：每當(dāng)母液Ⅰ落在P1點(diǎn)時(shí)循環(huán)產(chǎn)量為最大。過(guò)I點(diǎn)作BD對(duì)角線的平行線交BC邊于N，BN線段的長(zhǎng)度即代表(x2-y2)值，在NH4Cl結(jié)晶區(qū)各點(diǎn)所作的(x2-y2)的長(zhǎng)度以母液Ⅰ落在P2點(diǎn)時(shí)為最短。這就是說(shuō)，當(dāng)母液Ⅰ落在P2點(diǎn)時(shí)可以使循環(huán)產(chǎn)量最大[1]。</p><p>　　在整個(gè)循環(huán)過(guò)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

58、)中的系數(shù)a、b、c、d及式(5)中的系數(shù)(γ-a)、(γ-b)、(γ-c)、(γ-d)都必須為正值，即a、b、c、d大于等于0而又小于等于γ?？捎晌锪虾馑愕贸鋈缦玛P(guān)系：</p><p>　　由式(4)可得：a=e(1-y1)-(1-y2) (6)</p><p>　　由式(1)作全氨衡算：b=(x1+

59、p1)-(x2+p2) (7)</p><p>　　由式(1)作CO2衡算，并將式(5)的γ關(guān)系代入其中，可得：c=ex1-x2 (8)</p><p>　　對(duì)式(1)作H2O衡算：d=(x1+m1)-(x2+m2)

60、 (9)</p><p>　　式(5)至式(9)五個(gè)方程式表明，a、b、c、d、r五個(gè)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(lái)試算這五個(gè)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(gòu)成良好的循環(huán)。返之，如果它們之中有一個(gè)為負(fù)值或大于γ，則所選用的這對(duì)母液Ⅰ和母液Ⅱ就不可能進(jìn)行穩(wěn)定的循環(huán)產(chǎn)生[1]。</p><p>　

61、　母液Ⅰ和母液Ⅱ雖然以落在P1、P2點(diǎn)時(shí)循環(huán)產(chǎn)量最大，但為了選擇構(gòu)成良好循環(huán)的母液Ⅰ和母液Ⅱ的操作點(diǎn)及操作時(shí)容許的波動(dòng)幅度，往往將母液Ⅰ選在NaHCO3結(jié)晶區(qū)的內(nèi)部，將母液Ⅱ選在NH4Cl結(jié)晶區(qū)上網(wǎng)內(nèi)部，當(dāng)然盡可能地靠近P1點(diǎn)和P2點(diǎn)[1]。</p><p>　　在第一過(guò)程中加入CO2是碳酸化制取NaHCO3所必需的，不能省略。如果省去第Ⅱ過(guò)程的碳酸化就成了一次碳酸化流程。作式(2)的CO2衡算，</p&g

62、t;<p>　　并令(γ-c)=0,即得：y2=ey1 (10)</p><p>　　或由式(1)作CO2的衡算，并令γ=c,得：x2=ex1 (11)</p><p>　　第Ⅰ

63、過(guò)程的吸氨是中和HCO3，以免NaHCO3與NH4Cl同時(shí)析出，就是省略不得的。但可省略第一過(guò)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：e(x1+p1)=x2+p2 (12)</p><p>　　第Ⅰ過(guò)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

64、a=0即得一次加鹽流程的條件為：e(1-y1)=1-y (13)</p><p>　　如果既要采用一次碳酸化，又要一次加鹽，則必須同時(shí)滿足式(11)和式(9)，則得：y1=y2；e=1.00 (14)</p>

65、<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(shí)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(qiáng)了NH4Cl的鹽析作用

66、[1]。</p><p>　　采用二次加鹽時(shí)，由于在氨母液Ⅱ中NaCl中溶解度有限，NaCl是以懸浮狀態(tài)進(jìn)入碳酸化塔中，食鹽中的Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)會(huì)影響純堿的質(zhì)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><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

67、，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(guò)程的吸氨量只占總吸氨量的30%~40%，主要的還是在第一過(guò)程中加入氨的[1]。</p><p>　　3.4 循環(huán)過(guò)程中的工藝指標(biāo)</p><p>　　母液在循環(huán)過(guò)程中要控制3個(gè)濃度作為工藝指標(biāo)：α值、β值和γ值。α值：α值是指氨母液Ⅰ中游離氨對(duì)CO2的物質(zhì)的量之比（或游離氨對(duì)HCO3-的物質(zhì)的量濃度比）。氨母

68、液Ⅰ是析堿后第一次吸氨的母液，吸氨是為使HCO3-轉(zhuǎn)化成CO32-，因HCO3-不多，吸氨量不需要很多，吸氨的反應(yīng)為：</p><p>　　2NaHCO3+2NH3=Na2CO3+(NH4)2CO3</p><p>　　反應(yīng)是放熱的，當(dāng)母液Ⅰ中HCO3-的量一定時(shí)，降低溫度，有較少過(guò)量的氨就可使反應(yīng)完成，α值可以較低。但無(wú)論溫度如何，α值總大于2。α值與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)值為：</p&g

69、t;<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><p>　　β值：β值是氨母液Ⅱ中游離氨與NaCl的物質(zhì)的量之比（或物質(zhì)的量濃度比）。氨母液Ⅱ是吸氨后準(zhǔn)備送去碳酸化的母液，NaCl已接近飽和。吸氨量適當(dāng)有利于碳酸化時(shí)NH4HCO3的生成，促進(jìn)NaHCO3析出[1]。</p&

70、gt;<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(shí)的P1點(diǎn)的成分，則母液中干鹽的離子分率為：</p><p>　　[Na+]=0.144；[NH4+]=0.856；[Cl-]=0.865；[HCO3-]=0.135。以母液中1mol總鹽為基準(zhǔn)，要生成這些鹽，氨母液中應(yīng)有NaCl量為xmol，氨量為ymol，忽略生成NH4HCO3所需的水量，可列反應(yīng)式為：</p&g

71、t;<p>　　xNaCl+yNH4HCO3=mNaHCO3+[Na+]0.144+[NH4+]0.856+[Cl-]0.865+[HCO3-]0.135</p><p>　　分別對(duì)Na+和NH4+衡算得：x=m+0.144，y=0.856</p><p>　　分別對(duì)Cl-和HCO3-衡算得：x=0.865，y=m+0.135</p><p>　　解得

72、：β=y/x=0.99</p><p>　　15℃時(shí)，P1溶液的β值為1.01。</p><p>　　考慮到碳酸化時(shí)部分氨會(huì)被尾氣帶走以及其它額外損失，通常會(huì)將氨母液Ⅱ中的β值控制在1.04~1.12范圍。當(dāng)β值到達(dá)1.15~1.20時(shí)，碳酸化時(shí)會(huì)析出大量碳酸氫銨結(jié)晶。</p><p>　　γ值：γ值是母液Ⅱ中鈉離子對(duì)結(jié)合氨的物質(zhì)的量之比或物質(zhì)的量濃度比。母液Ⅱ是經(jīng)

73、過(guò)鹽析析銨的母液，準(zhǔn)備送去吸氨和碳酸化。γ值越大，表示析氨過(guò)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(shí)會(huì)生成較多的NaHCO3。但為了避免過(guò)多NaCl混雜于產(chǎn)品NH4Cl中，當(dāng)鹽析溫度為10~15℃時(shí)，γ值控制在1.5~1.8。</p><p>　　3.5 聯(lián)合法的運(yùn)作要點(diǎn)</p><p>　　3.5.1 循環(huán)系統(tǒng)的水平衡</p><

74、p>　　聯(lián)合法是封閉循環(huán)的，系統(tǒng)內(nèi)的各種母液的體積必須保持恒定，不能膨脹，要做到這一點(diǎn)，進(jìn)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，這樣既影響環(huán)境，又浪費(fèi)氨和鹽等原料。所以保持母液平衡是進(jìn)行正常生產(chǎn)的前提和保護(hù)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(gè)出處：一是化學(xué)反應(yīng)用去的水；二是重堿濾渣帶走的水；三是NH4Cl成品帶走的水。對(duì)這三項(xiàng)水量分別

75、計(jì)算如下：</p><p>　　(1) 每合成1噸純堿（同時(shí)也聯(lián)產(chǎn)1噸氯化銨）所需要的水量可按反應(yīng)式計(jì)算：</p><p>　　碳酸化：NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl；</p><p>　　煅燒：2NaHCO3=NaCO3+H2O+CO2</p><p>　　后一反應(yīng)產(chǎn)生的H2O經(jīng)過(guò)煅燒氣送入爐氣冷凝塔形成含NH3

76、、Na2CO3、(NH4)2CO3的凝縮液而離開(kāi)循環(huán)系統(tǒng)，所以循環(huán)系統(tǒng)中消耗的水為碳酸化過(guò)程中所示，消耗的水量： 1000×2×18.016/106=340(kg)</p><p>　　式中106，18.016分別為Na2CO3和H2O的相對(duì)分子質(zhì)量。</p><p>　　(2) 根據(jù)NaHCO3晶體的粒度和均勻程度，一般用真空過(guò)濾機(jī)所得的重堿濾渣中水分在18%~21%

77、范圍之內(nèi)，良好時(shí)為16%~20%，相應(yīng)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)；</p><p>　　(3) 合成一噸純堿就聯(lián)產(chǎn)一噸氯化銨，其中含H2O量4%，故一噸氯化銨帶走H2O量為42(kg),而合成15噸純堿由15噸氯化銨帶走的水量

78、為630(kg)；</p><p>　　由此可見(jiàn)，如果要使母液總量平衡，在真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾重堿時(shí)，所加入的洗水不應(yīng)超過(guò)10200+(9000~11700)+630~870=19830~22770(kg)；</p><p>　　在聯(lián)堿生產(chǎn)中水量能否平衡主要決定于過(guò)濾洗水的用量，而重堿結(jié)晶的好壞對(duì)過(guò)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(jié)晶質(zhì)量，其次為嚴(yán)格控制洗鹽的含水

79、量。</p><p>　　3.5.2 副產(chǎn)品氨水</p><p>　　以煤為原料制氨時(shí)，1t氨約需變換氣4300m2，其中含CO為28%，含CO2量=4300×0.28=1024m3,制造1t純堿需CO2為520m3制造15萬(wàn)噸純堿需CO2為7800m3，所以如果用變換氣直接碳酸化制堿，生產(chǎn)1t噸CO2只能生產(chǎn)純堿1204/520=2.32t（也即NH4Cl的量）。</p&

80、gt;<p>　　1t氯化銨實(shí)際氨耗為0.340t，因此1t氨可加工成NH4Cl=1/0.340=2.94t（也即為Na2CO3的量）。</p><p>　　因此所產(chǎn)的CO2不能滿足將NH3全部加工成NH4Cl的要求，有一部分氨必須以氨水出售。</p><p>　　3.5.3 鈣鎂雜質(zhì)對(duì)聯(lián)堿法生產(chǎn)的影響</p><p>　　聯(lián)合法所用的洗鹽，其中仍含有

81、，當(dāng)加到鹽析結(jié)晶器中時(shí)，由于母液中有和存在，會(huì)生成及其復(fù)鹽。這些固體雜質(zhì)，如被氯化銨產(chǎn)品帶走，并無(wú)大礙。因?yàn)閺氖褂媒嵌葋?lái)看，農(nóng)用氯化銨帶有少量雜質(zhì)，并不會(huì)影響使用效果，況且兩者都是植物中的中量營(yíng)養(yǎng)元素，尤其鎂是營(yíng)造葉綠素的元素?？上н@些沉淀太細(xì)，一部分隨同母液Ⅱ進(jìn)入噴射吸氨器隨之進(jìn)入氨母液Ⅱ桶沉降。鹽中鈣鎂含量的增加會(huì)使氨母液Ⅱ泥量增加，排放時(shí)不僅處理麻煩，而且使氨及鹽的損失增加。還會(huì)使沉降后的氨母液Ⅱ的濁度增加，在碳酸化時(shí)，使重堿粒度

82、變細(xì)，直接影響到過(guò)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(zhì)量差，過(guò)濾及洗滌困難，洗水增加，就會(huì)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(yīng)不大于鈣離子的澄清率；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&

83、gt;<p>　　4.1 碳化塔的選型與計(jì)算</p><p>　　4.1.1 外冷式碳化塔的特點(diǎn)</p><p>　　外冷式碳化塔與傳統(tǒng)的索爾維塔有很大區(qū)別，外冷式碳化塔主要有以下特點(diǎn)：采用外部自然循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)；采用較低的中部作業(yè)溫度；采用特殊的高效塔板；采用異徑塔結(jié)構(gòu)外冷塔；采用自然循環(huán)方案；采用氣體動(dòng)力活化塔底部結(jié)晶的環(huán)形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)解決了塔底堆堿的影響[1]。</p&

84、gt;<p>　　1-篩板A；2-中心管；3-篩板B；4-氣液分離器；5—環(huán)形篩板；6-角閥7-外冷器；8-氣體分布器；9-氨母液入口；</p><p>　　10-尾氣出口；11-二氧化碳出口；12-出堿；13-冷卻水入口；14-冷卻水出口</p><p>　　圖4.1 外冷式碳化塔</p><p>　　4.1.2 碳化塔內(nèi)徑的計(jì)算</p>

85、<p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)15萬(wàn)噸的聯(lián)合制堿法制純堿設(shè)備裝置，反應(yīng)操作時(shí)間如下：</p><p>　　置換1h，進(jìn)料1.5h，反應(yīng)18h，出料2.5h，清理1h。</p><p>　　反應(yīng)操作時(shí)間為8000小時(shí),消耗定額1.1噸NaCl/NaCO3,試求碳酸化塔的體積和管道的通過(guò)能力：</p><p>　　解：碳酸化塔的生產(chǎn)能力為15萬(wàn)噸/年,每批操作周

86、期為24小時(shí)，碳酸化塔每批的生產(chǎn)量為：(150000×24)/8000=450t/批</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：(1.1×450)/(2.532×0.9)=217m3</p><p>　　可假設(shè)碳化塔高度為10m，根據(jù)公式：Vth=d2h/4</p><p

87、>　　式中：Vth—碳化塔容積，m3；</p><p>　　d—該碳化塔圓柱部分內(nèi)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(nèi)徑為5.3m。</p><p>　　4.2 結(jié)晶器的選型</p><p>　　結(jié)晶器是氯化銨結(jié)晶設(shè)備的主要設(shè)備。母液過(guò)飽和度的消失

88、，晶核的生成及長(zhǎng)大都在結(jié)晶器中進(jìn)行[2]。</p><p>　　4.2.1 內(nèi)循環(huán)鹽析結(jié)晶器</p><p>　　上部為清液段，中部為懸浮段，下部為錐底。中心循環(huán)管由拉筋固定在結(jié)晶中心位置，頂蓋下邊設(shè)有套筒。半母液由中心循環(huán)管上口進(jìn)入，鹽漿及濾液由側(cè)方插入。懸浮段的中部設(shè)有晶漿取出口，錐底開(kāi)有母液放出口、排渣口及人孔等，渣液段上部設(shè)有母液溢流槽[2]。</p><p&g

89、t;　　4.2.2 結(jié)晶器特點(diǎn)</p><p>　　結(jié)晶器是制銨過(guò)程的主要設(shè)備，它必須滿足如下要求：應(yīng)有足夠的容積與高度；要有分級(jí)作用；晶漿取出口的位置要合適；結(jié)晶器內(nèi)壁應(yīng)該力求平整、光滑、缺少死角[2]。</p><p>　　4.3 結(jié)晶器尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　現(xiàn)年產(chǎn)15萬(wàn)噸氯化銨，結(jié)晶器的尺寸如下：</p><p>　　每年工作日

90、按330天計(jì)算，則每天產(chǎn)454.5t，每小時(shí)18.9t。根據(jù)工藝計(jì)算，冷析產(chǎn)量占總產(chǎn)量的45%，則冷析每小時(shí)產(chǎn)量為18.9×0.45×1000=8505kg/h，取AI流量為m3/h，則計(jì)算出：</p><p><b>　　(1) 過(guò)飽和度S</b></p><p>　　一般生產(chǎn)廠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)S=1.1~1.2kg/m3，過(guò)去中間試驗(yàn)為0.8kg/m3

91、，現(xiàn)在選S=1.0kg/m3。</p><p>　　(2) 母液循環(huán)量Q</p><p>　　Q=產(chǎn)量/過(guò)飽和度=8505/1.0=8505m3/h</p><p>　　選取Q=8500m3/h，則實(shí)際S=8505/8500=0.99kg/m3</p><p><b>　　(3) 表觀流速U</b></p>

92、<p>　　選取經(jīng)驗(yàn)值U=0.035m/s</p><p>　　(4) 中心管流速V</p><p>　　選取經(jīng)驗(yàn)值V=1.0m/s</p><p>　　Q=8500+15=8515m3/h，則中心管直徑：d=1.736m</p><p>　　取529×9鋼管，則中心管內(nèi)實(shí)際流速</p><p>

93、　　V=8515/(0.785×0.5112×3600)=11.54m/s</p><p>　　(5) 懸浮段直徑D</p><p>　　D2-d2=8515/(0.785×0.035×3600)</p><p>　　解的D=9.44m,取D=9.5m</p><p>　　則實(shí)際表觀流速可求得：<

94、/p><p>　　U=8515/(9.52-1.7362)×0.785×3600=0.0346m/s</p><p>　　(6) 清液段直徑D，考慮軸流泵的安裝倒換，以及保證結(jié)晶器的一定容積，取清液段直徑D=5.0m。</p><p>　　(7) 其它尺寸，清液段高取1.0m，一般取=30，收縮段高2.1m,懸浮段高取3.1m,錐底高取1.5m，總高

95、7.7m。</p><p>　　1-排渣口；2-入孔；3-懸浮段；4-連接段；5—清液段；6-溢流段7-軸流泵；8-結(jié)晶器頂蓋；9-結(jié)晶器筒體；</p><p>　　10-取出口；11-中心循環(huán)管；12-錐底；13-放出口；</p><p>　　圖4.2 內(nèi)循環(huán)鹽析結(jié)晶器</p><p><b>　　5.1 人員配備</b&g

96、t;</p><p>　　為了維持日常生產(chǎn)，安排好化工廠的人員配置，是非常重要的。本著合理人性化的管理理念，在生產(chǎn)中強(qiáng)調(diào)人的重要性，同時(shí)也盡可能的降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但為了在經(jīng)濟(jì)上和生產(chǎn)上取得平衡，進(jìn)行了如下人員配置：采用四班三到制，每班分為中控崗位、現(xiàn)場(chǎng)巡檢崗位、質(zhì)量控制崗位、調(diào)度崗位。人員配備為中控每班1人，現(xiàn)場(chǎng)出于安全與作業(yè)難度考慮分配2人，質(zhì)量控制分2人分別做取樣與分析工作，調(diào)度崗位做過(guò)程控制工作即相當(dāng)于班

97、長(zhǎng)1人，即每班6人，一天共24人。</p><p><b>　　5.2 車間布置</b></p><p>　　5.2.1 廠房的平面布置</p><p>　　1) 廠房的平面布置</p><p>　　化工廠房平面型式的選擇原則是，在滿足生產(chǎn)工藝要求下，盡量簡(jiǎn)單、美化，同時(shí)符合建筑規(guī)范要求。</p><

98、p>　　一般的廠房型式有長(zhǎng)方形、L形、T形和∏形。長(zhǎng)方形一般作為優(yōu)先考慮的布置形式，適用于中小型車間。其優(yōu)點(diǎn)是便于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于今后的發(fā)展，有利于設(shè)備布置和物料工藝流程連續(xù)化，縮短管線長(zhǎng)度，方便安排交通和安全出入口，有較多的可供自然采光和通風(fēng)的墻面，但有時(shí)由于長(zhǎng)方形廠房因長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以在總圖布置時(shí)可能會(huì)有一定的困難，這時(shí)，為了適應(yīng)廠地要求或生產(chǎn)要求，也可以采用L形、T形和∏形，但這個(gè)應(yīng)該充分考慮采光、通風(fēng)、交通和

99、立面布置等各方面的要求。</p><p>　　2) 廠房的柱網(wǎng)布置</p><p>　　廠房的橫向、縱向立柱同時(shí)構(gòu)成了，在平面布置圖上即形成為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)要根據(jù)生產(chǎn)需要的面積、設(shè)備布置要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等因素來(lái)確定，此餐，還要符合建筑模數(shù)制的要求，以充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制件，節(jié)約設(shè)計(jì)和施工力量，加快施工進(jìn)度。</p><p>　　柱網(wǎng)布置一般根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)而定，總

100、體而言，要求較高的地方，一般框架結(jié)構(gòu)廠房，這時(shí)多采用的柱網(wǎng)間距多為6m，也有采用7.5m；要求較低的地方，可采用混合結(jié)構(gòu)或內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，這時(shí)柱網(wǎng)間距可為采用4m、5m、或6m。但不論是哪種廠房結(jié)構(gòu)，在一幢廠房中不宜采用多種柱間距，同時(shí)柱間距應(yīng)當(dāng)滿足建筑模數(shù)的要求。</p><p><b>　　3) 廠房的寬度</b></p><p>　　為了充分利用自然光，有利于通風(fēng)，

101、并考慮到建筑的經(jīng)濟(jì)性，一般單層廠房寬度這超過(guò)30m，多層不超過(guò)24m，且寬度一般都應(yīng)采用3m的倍數(shù)，如9m、12m、15m、18m和24m。柱子布置時(shí)要便于設(shè)備排列和員工操作，同時(shí)又有利于交通運(yùn)輸，所以，單層廠房一般為單跨，即跨度等于廠房寬度，廠房?jī)?nèi)沒(méi)有柱子。多層廠房一般跨度6m，或者采用6m~3m的組合跨度，以滿足廠房寬度的要求；如果廠房中間要設(shè)置起廊，中間走廊一般寬度設(shè)置為2.4m。</p><p>　　與此

102、同時(shí)，還要充分考慮廠房安全出入口，一般要保證兩個(gè)，若車間面積不大，操作人員少，可以只設(shè)1個(gè)，具體要按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》進(jìn)行，車間的門(mén)一律要向外開(kāi)。</p><p>　　5.2.2 廠房的立面布置</p><p>　　廠房的高度和層數(shù)，由工藝設(shè)備布置利用和設(shè)備的高低綜合確定。要充分利用空間。同時(shí)還要考慮好儀表、管道、閥門(mén)的安裝要求，以及對(duì)設(shè)備安裝和檢修的要求。</p><

103、;p>　　通常情況下，框架和混合結(jié)構(gòu)廠房的高度可采用4.5m、5m、6m等模數(shù)，且保證每層的高度盡量相同。高溫、有毒氣體廠房，要適當(dāng)加高層高，或者設(shè)置天窗，以利于通風(fēng)、散熱和采光。</p><p>　　如果有爆炸危險(xiǎn)，車間主要采用單層結(jié)構(gòu)，如整個(gè)廠房有爆炸危險(xiǎn)，則在每層樓板上要設(shè)置泄爆孔。泄壓面積與廠房面積比應(yīng)保證在0.05~0.1m2/m3。在車間內(nèi)的防爆區(qū)與非防爆區(qū)之間要設(shè)置防火墻隔開(kāi)，如要互通時(shí)，則應(yīng)

104、設(shè)兩道彈簧門(mén)分隔開(kāi)。</p><p>　　5.2.3 廠房的建筑結(jié)構(gòu)</p><p>　　工業(yè)廠房有排架結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)兩種，其中框架結(jié)構(gòu)廠房在寬度上可以是等跨或者不等跨的，在層高可以是等高，也可以不等高，因此設(shè)計(jì)比較方便，由于化工裝置的大型化特點(diǎn)，對(duì)于中、大型類化工生產(chǎn)廠房，宜采用框架結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)廠房結(jié)構(gòu)考慮采用裝配式整體框架結(jié)構(gòu)。</p><p>　　5.2.4

105、管道布置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1) 物料因素</b></p><p>　　(1) 輸送有毒介質(zhì)時(shí)，應(yīng)保證人行道上沒(méi)有障礙管件；</p><p>　　(2) 輸送易燃易爆介質(zhì)的管道應(yīng)避開(kāi)生活間、樓梯和走廊等位置，并要安裝安全閥、防爆膜、阻火器、水封等防火防爆安全裝置，并采取可靠的接地措施；</p><p>　　

106、(3) 冷、熱流體管道要相互避開(kāi)，如不能避開(kāi)時(shí)，則要保持其保溫層外表面的間距，并行時(shí)應(yīng)保持在0.5m以上，交叉排列時(shí)，應(yīng)保持在0.25m以上；</p><p>　　(4) 管道鋪設(shè)時(shí)要保持一定坡度，以防止管道內(nèi)積液。坡度一般要根據(jù)介質(zhì)的特點(diǎn)考慮，一般在1/100~5/1000，粘度大的則坡度也大，如果有結(jié)晶物料，坡度可以考慮到5/100。除制冷系統(tǒng)外，一般管道坡度方向與介質(zhì)流動(dòng)方向保持一致。</p>

107、<p>　　(5) 管道布置時(shí)還要考慮開(kāi)、停車和事故處理的需要。</p><p>　　(6) 在蒸汽主管道上要設(shè)置帶疏水器的放水口，為了安全，不要把高壓蒸汽引入低壓蒸汽系統(tǒng)。</p><p>　　(7) 污水應(yīng)排放到專門(mén)的系統(tǒng)，并考慮綜合利用；真空管路應(yīng)盡可能短，并避免使用截止閥，以減小管路阻力。</p><p>　　2) 施工、操作及維修因素</

108、p><p>　　(1) 管道盡量集中架空鋪設(shè)，平行排列，走直線，少拐彎、少交叉；支管多的管道布置在外側(cè)；并列管線上的閥門(mén)錯(cuò)開(kāi)排列；管道在穿樓板和墻時(shí)，應(yīng)加一個(gè)套管。</p><p>　　(2) 管道在布置時(shí)不能妨礙其它部件、設(shè)備、儀表、電氣等專業(yè)的操作檢修，避開(kāi)電動(dòng)機(jī)、儀表盤(pán)、配電盤(pán)上空；不從設(shè)備人孔的正前方通過(guò)；在人行過(guò)道上的安裝高度要在2.2m以上。</p><p>

109、;　　(3) 管道及管架盡量沿墻鋪設(shè)，管道與墻之間、管道與管道之間要留有便于檢修的距離，一般平行管道之間的距離不小于50~80mm，管道最突出部分距墻不小于100mm。</p><p><b>　　3) 安全因素</b></p><p>　　(1) 不銹鋼管與普通鋼管不直接接觸，以防電化學(xué)腐蝕。</p><p>　　(2) 管道跨人行道時(shí)的凈空

110、高不低于2.2m；跨汽車通道的凈空高不低于4.5m；跨鐵路的凈空高不低于5.5m。</p><p>　　(3) 易燃易爆介質(zhì)的管道不能寬穿越電纜溝，并考慮采用接地措施。</p><p>　　(4) 由于管道與設(shè)備連接時(shí)要裝配墊片，因此，相距較近的兩個(gè)設(shè)備之間不宜采用直連管道，以防止由于墊片配不準(zhǔn)而產(chǎn)生的連接不緊密。</p><p>　　(5) 管路及其附件的重量要落

111、在管道支架上，而不是設(shè)備上；閥門(mén)要布置在易于操作的位置，容易引起誤操作的閥門(mén)之間的距離要拉開(kāi)，并涂刷不同顏色。</p><p><b>　　5.3 安全生產(chǎn)</b></p><p>　　5.3.1 安全隱患</p><p>　　純堿生產(chǎn)具有高度的連續(xù)性，在工藝過(guò)程中，許多物質(zhì)往往具有易燃、易爆、易中毒和易腐蝕的特性，稍有不慎，就有可能引起事故的