年產(chǎn)30萬噸純堿項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)30萬噸純堿項(xiàng)目</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、 總論-------------------------------------3</p><p>　　二、 生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案確定---------- 9</p><p>　　三、 生產(chǎn)流程簡述

2、 ------------------------15</p><p>　　四、 工藝計(jì)算書-----------------------------16</p><p>　　五、 主要的設(shè)備工藝計(jì)算-----------------27</p><p>　　六、 環(huán)境保護(hù)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(jīng)張家口和古北口轉(zhuǎn)運(yùn)全國，因此又有“口堿”之說），無結(jié)晶水的工業(yè)名稱為輕質(zhì)堿，有一個(gè)結(jié)晶水的工業(yè)名稱為重質(zhì)堿。CAS編號497-19-8，外觀白色粉末或細(xì)粒結(jié)晶(無水純品)，　　口味澀，相對密度(水=1)2.532，熔點(diǎn)851℃，強(qiáng)堿弱酸鹽 ，純堿不是堿，是鹽類！</p><p>　　化學(xué)性質(zhì)：溶液顯堿性，能與酸反應(yīng)。

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(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。含有結(jié)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(zhuǎn)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(yīng)，使溶液顯堿性，有一定的腐蝕性，能與酸進(jìn)行中和反應(yīng)，生成相應(yīng)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(chǎn)中吸入其粉塵和煙霧可引起呼吸道刺激和結(jié)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(shí)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(xué)資料：</b></p><p>　　LD50：4090 mg/kg(大鼠經(jīng)口)</p><p>　　LC50：2300mg/m3，2小時(shí)(大鼠吸入)</p><p>　

8、　燃爆危險(xiǎn)：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(xiǎn)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(chǎn)物： 自然分解產(chǎn)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(shí)盡可能將容器從

9、火場移至空曠處。 </p><p>　　泄漏應(yīng)急處理：隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。避免揚(yáng)塵，小心掃起，置于袋中轉(zhuǎn)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(yùn)至廢物處理場所處置。 </p><p>　　操作注意事項(xiàng)：密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)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(xué)安全防護(hù)眼鏡

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

11、，裝載應(yīng)穩(wěn)妥。運(yùn)輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與酸類、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。運(yùn)輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。車輛運(yùn)輸完畢應(yīng)進(jìn)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(chǎn)形勢，質(zhì)高價(jià)廉的美國天然堿繼續(xù)受到歡迎，受出口及自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長的需求其產(chǎn)量繼續(xù)增長，處于經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(shè)來自http://www.5qma.com計(jì)兩個(gè)能力共400 kt／a氨堿裝置，烏茲別克(由中國成達(dá)工程公司設(shè)計(jì)100 kt／a氨堿裝置)、印度等均有新建、擴(kuò)建項(xiàng)目。此外土耳其的天然堿項(xiàng)目也在考慮中。</p><p><b>　　1.2.1需求</b></p><p>　　伴隨美國經(jīng)濟(jì)的增長，2004年美國國內(nèi)純堿最大的用戶玻璃行業(yè)的產(chǎn)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(xué)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(chǎn)品生產(chǎn)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(yīng)用，預(yù)計(jì)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(huì)有明顯增長。</p><p><b>　　1.2.2進(jìn)出口</b></p><p>　　美國因其得天獨(dú)厚的天然

15、堿優(yōu)勢，多年來在世界上一直保持著產(chǎn)能第一、出口量第一的地位。2005年美國純堿產(chǎn)量1 170萬t、出口量達(dá)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(jìn)口量是7萬t，比2004年減少13萬t。</p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　2.1我國純堿行業(yè)

16、的技術(shù)</p><p>　　純堿作為基本化工原料在國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)與發(fā)展中起著舉足輕重的作用，是不可替代的產(chǎn)品。縱觀全球的形勢，隨著美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入市場成熟期，純堿行業(yè)的供求也達(dá)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(chǎn)品產(chǎn)量、品種、質(zhì)量，還是在生產(chǎn)技術(shù)水平和設(shè)備水平方面，均取得了長足進(jìn)步，部分工序已躋身世界先進(jìn)行列。自2003年

17、起我國的純堿產(chǎn)量超過1 100萬t，躍居世界首位；2004年達(dá)1 250萬t，2005年繼續(xù)增產(chǎn)，全國純堿產(chǎn)量達(dá)到了1 400萬t，成為世界純堿生產(chǎn)第一大國。生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量位居全球首位，生產(chǎn)工藝方法最全，我國的純堿生產(chǎn)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(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化及新材料、新技術(shù)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(diǎn)是生產(chǎn)能力大、制堿周期長、冷卻效率高、轉(zhuǎn)化率高、結(jié)晶質(zhì)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(diǎn)是生產(chǎn)能力大、塔中溫度高、結(jié)晶質(zhì)量好、容易清洗、操作彈性好。氨堿法是連續(xù)生產(chǎn)、設(shè)備多、流程

19、長，生產(chǎn)中易出現(xiàn)波動(dòng)，篩板塔抗波動(dòng)性強(qiáng)。3)外冷碳化塔：該塔具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、投資省、可連續(xù)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)、生產(chǎn)能力大、結(jié)晶質(zhì)量好、吸收率高等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎn)的重堿結(jié)晶粒度大、塔的生產(chǎn)能力大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)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(zhì)量、工藝指標(biāo)的優(yōu)劣，影響著純堿工藝多相消耗指標(biāo)的水平，影響著制造成本的高低；影響著產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。1)濾堿洗水添加助濾劑技術(shù)的應(yīng)用：由大連化工研究設(shè)計(jì)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(yīng)用，現(xiàn)已由單一品種發(fā)展為適合不同純堿生產(chǎn)廠操作工況的系列產(chǎn)品。經(jīng)不斷改進(jìn)，該產(chǎn)品及其應(yīng)用技術(shù)已實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代，可實(shí)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(jī)二次過濾重堿：為了降低重堿水份和鹽份，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，提高煅燒爐能力，先后有幾家堿廠分別引進(jìn)離心機(jī)，將真空過濾機(jī)過濾洗滌后的濕重堿直接進(jìn)離心機(jī)進(jìn)行二次分離。3)噴嘴在濾堿機(jī)洗水系統(tǒng)上的應(yīng)用：青島堿廠根據(jù)本廠洗水消耗當(dāng)量及濾過設(shè)備的特點(diǎn)，經(jīng)過多次、多品種的噴嘴試驗(yàn)和改進(jìn)，確定噴嘴的流體結(jié)構(gòu)，使洗水得到了很好的霧化；改變了純堿行業(yè)濾堿機(jī)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)成本，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。4)真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)：多年來我國一直采</p><p><b>　　2.1.3煅燒</b></p><p>　　在純堿生產(chǎn)中，重堿的煅燒技術(shù)一直是制堿行業(yè)的主要研究課題，因?yàn)殪褵隣t的運(yùn)行工況直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，其能耗的高低又影響著經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外堿廠的重堿煅燒工序均采用蒸汽煅燒技

23、術(shù)，蒸汽煅燒技術(shù)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(shù)領(lǐng)先的φ 3×30 m外返堿煅燒爐，是大化集團(tuán)化機(jī)廠在吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)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(shù)上有了較大的改進(jìn)；使用返堿連續(xù)進(jìn)爐結(jié)構(gòu)；爐頭設(shè)預(yù)混段；改進(jìn)了爐體密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)汽裝置、排水裝置等等，使技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了顯著的提高。

24、</p><p><b>　　2.1.4重質(zhì)純堿</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和各工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，基本化工產(chǎn)品純堿也相應(yīng)發(fā)生了較大的變化，加快發(fā)展低鹽重質(zhì)純堿，已成為純堿行業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。它的主要生產(chǎn)方法有：1)液相水合法：由天津堿廠自行開發(fā)設(shè)計(jì)的液相水合法生產(chǎn)重質(zhì)純堿的生產(chǎn)過程中，中間產(chǎn)品一水碳酸鈉的質(zhì)量直接影響重質(zhì)純堿的質(zhì)量。其關(guān)鍵設(shè)備是水合結(jié)

25、晶器，在多年生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)上，將攪拌機(jī)改為帶導(dǎo)流筒的雙層螺旋槳式。改造后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，生產(chǎn)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(shè)計(jì)院為主，聯(lián)合開發(fā)的固相及改良的固相水合法重質(zhì)純堿生產(chǎn)技術(shù)，已在多家企業(yè)應(yīng)用。目前我國純堿行業(yè)的固相水合法生產(chǎn)重質(zhì)純堿的企業(yè)，根據(jù)自身的特點(diǎn)采用了各種干燥設(shè)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(zhuǎn)爐等。3)擠壓法重質(zhì)純堿：擠壓法生產(chǎn)重質(zhì)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(chǎn)過程中無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生?，F(xiàn)在自貢鴻鶴及唐山三友都有該方法的重質(zhì)純堿生產(chǎn)。該法過程簡單，設(shè)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(qiáng)度高、耐磨損，可根據(jù)用戶要求調(diào)整粒度，具有投資、能耗低的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)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(dòng)生產(chǎn)率低。</p><p>　　2.2.1生產(chǎn)規(guī)?？焖僭黾?lt;/p><p>　　截止2005年底我國已有純堿生產(chǎn)裝置55套，總產(chǎn)量達(dá)1 400萬t。其中生產(chǎn)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(chǎn)品、4家企業(yè)的氯化銨產(chǎn)品被評為“中國名牌產(chǎn)品”，海化“鳶都”、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(gè)品牌2005年的純堿產(chǎn)量為768萬t占總產(chǎn)量的55% ；同時(shí)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(chǎn)品”。</p><p>　　2.2.2 消費(fèi)

29、需求緩慢增長</p><p>　　下游產(chǎn)品前幾年的快速發(fā)展得益于有新項(xiàng)目，自2004年新投產(chǎn)24條浮法線，2005年投產(chǎn)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(chǎn)量無明顯增長；2005年五鈉和洗衣粉共耗堿106萬t，預(yù)計(jì)2006年五鈉和洗衣粉的耗堿總量將達(dá)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(shí)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(cái)政政策、西部大開發(fā)、2008年奧運(yùn)、2010年世博會(huì)，建筑節(jié)能政策及強(qiáng)制性法規(guī)的出臺等都將不斷擴(kuò)大玻璃的應(yīng)用領(lǐng)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(huì)專家預(yù)測，到2007年平板玻璃需求年增長率將達(dá)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(dá)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(dòng)我國經(jīng)濟(jì)增長的主要產(chǎn)業(yè)是房地產(chǎn)業(yè)和汽車行業(yè)，這兩個(gè)行業(yè)都與純堿行業(yè)有關(guān)。而建設(shè)小康社會(huì)必然推動(dòng)農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，從而帶動(dòng)房地產(chǎn)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(dòng)生產(chǎn)率低</p><p>　　我國純堿企業(yè)數(shù)量過多，綜合平均技術(shù)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(chǎn)能力僅占1／4，平均能力低于世界平均水平。生產(chǎn)裝置自動(dòng)化水平不高，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。2O世紀(jì)8O年代，世界純堿生產(chǎn)控制技術(shù)已進(jìn)入微機(jī)綜合控制階段，德國萊茵堡堿廠的制堿過程控制已實(shí)現(xiàn)了全部自動(dòng)化；進(jìn)入2O世紀(jì)9O

33、年代國外堿廠的控制已實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)化，包括生產(chǎn)、銷售、儲運(yùn)、公用工程、能源和管理等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。</p><p>　　我國純堿制造業(yè)的自動(dòng)化水平一直很低，20世紀(jì)8O年代在重要工段、主要設(shè)備上引進(jìn)了國外技術(shù)，由于種種原因并沒有起到應(yīng)有的作用，自控裝置只作為集中顯示儀表。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，國內(nèi)配套裝置的技術(shù)進(jìn)步，使純堿企業(yè)的自動(dòng)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(diǎn)還沒有實(shí)現(xiàn)自控；有些廠的生產(chǎn)控制仍然處于手工操作階段，自動(dòng)化程度不高。到目前為止還沒有一個(gè)堿廠達(dá)到全自動(dòng)化。</p><p>　　2.3.2 產(chǎn)品質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)不合理</p><p>　　產(chǎn)品質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)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(dú)厚的高品位天然堿，其原料含鹽低、加工方法簡單，所以產(chǎn)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(zhì)純堿和普通重質(zhì)純堿為主，產(chǎn)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(jìn)口堿所取代。尚無低鹽輕質(zhì)純堿，重質(zhì)純堿的比例較低，特別是低鹽重質(zhì)純堿的比例更低，與先進(jìn)國家相比仍有較大差距。</p><p>　　2.3.3 環(huán)境治理問題嚴(yán)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?yàn)榄h(huán)保問題已直接關(guān)系到某些氨堿企業(yè)的生死存亡，目前大化集團(tuán)、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?yàn)槌鞘邪l(fā)展及環(huán)保問題面臨搬遷改造。</p><p>　　二、生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案確定</p><p><b>　　1、生產(chǎn)方案的確定</b></p><p>　　純堿的生產(chǎn)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(guān)資料后，確定該項(xiàng)目的生產(chǎn)方案采用聯(lián)合制堿法來制取目的產(chǎn)物。</p><p>　　聯(lián)合制堿法的優(yōu)點(diǎn)：保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消除了它的缺點(diǎn)，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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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?yàn)樗娜芙舛群苄　?根據(jù) NH4Cl 在常溫時(shí)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(shí)，向母液中加入食鹽細(xì)粉，

39、而使 NH4Cl 單獨(dú)結(jié)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(gè)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(jìn)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(dú)分離采用出來。如果將母液Ⅰ氨化，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：</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(dú)析出。析出NH4Cl固體后的母液稱為母液Ⅱ，母液

41、Ⅱ再經(jīng)吸氨、吸二氧化碳制取重堿，如此一、二過程可交替循環(huán)進(jìn)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(zhì)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(zhì)量較高的固體鹽為原料，如鹽質(zhì)較差，則需增設(shè)洗滌鹽過程。聯(lián)堿法的鈉和氯的利用

42、率可達(dá)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)量有關(guān))。聯(lián)堿法在生產(chǎn)過程中通過母液澄清、壓濾將鹽中夾帶的雜質(zhì)分離出系統(tǒng)，每生產(chǎn)It純堿其量只有幾公斤到幾十公斤(與鹽質(zhì)量有關(guān))。</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(chǎn)品</b></p><p>　　聯(lián)堿法在生產(chǎn)純堿時(shí)，同時(shí)產(chǎn)出等量的氯化銨。氯化銨主要用作農(nóng)用氮肥，也可進(jìn)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(guān)鍵，為了認(rèn)真研究氯化銨在不同土壤、不同農(nóng)作物上的肥效，并通過肥效和機(jī)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(shù)，在以往取得分區(qū)農(nóng)田試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，由政

45、府部門立項(xiàng)，在全國進(jìn)行了更大規(guī)模的農(nóng)田試驗(yàn)，連續(xù)進(jìn)行了7年，取得了豐碩而系統(tǒng)的研究成果。主要內(nèi)容是:摸清了主要農(nóng)區(qū)的土壤含氯水平與分布特點(diǎn)，明確了使用含氯化肥的地區(qū)與土壤;進(jìn)行了農(nóng)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(xué)施肥技術(shù)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(nèi)的氯化銨大部分

46、加工成氮、磷、鉀粒狀復(fù)合肥，很受農(nóng)民歡迎。</p><p>　　3.5聯(lián)堿法的技術(shù)進(jìn)展</p><p>　　中國的聯(lián)堿工業(yè)在發(fā)展過程中對生產(chǎn)工藝和設(shè)備進(jìn)行了不斷改進(jìn)，目前，中國的聯(lián)堿技術(shù)與初期相比有了很大提高。下面簡要介紹一些主要的技術(shù)進(jìn)步項(xiàng)目。</p><p>　　3.5.1 氯化銨冷析結(jié)晶循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)</p><p>　　氯化銨冷析結(jié)晶

47、器設(shè)有外部冷卻器用以降低母液溫度，析出氯化銨結(jié)晶。結(jié)晶器與外冷器之間設(shè)有循環(huán)泵及大直徑循環(huán)管。由于外冷卻器傳熱面要結(jié)疤，需定期切換清洗，因此在大直徑循環(huán)管上須設(shè)</p><p>　　切斷閥。由于介質(zhì)的腐蝕性以及存在結(jié)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(jīng)常發(fā)生故障，成了影響連續(xù)生產(chǎn)的首要間題，后來設(shè)計(jì)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(jìn)</p><p>　　由于氯化銨冷析過程要求精確控制溫度，初期建設(shè)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(jié)晶。以后改為液氨直接進(jìn)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(shù)。液氨致冷不但縮短了流程，減少了設(shè)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(shè)備的改進(jìn)</p><p>　　如前所述 ，聯(lián)堿生產(chǎn)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(shè)備直徑接近管道直徑，每個(gè)吸氨器只有幾十公斤重。大大降低了設(shè)備造價(jià)。<

50、/p><p>　　3.5.4 自身返堿蒸汽鍛燒爐的應(yīng)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(shè)置有多臺返堿運(yùn)輸設(shè)備。</p><p>　　20世紀(jì)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(shè)置了螺旋管，爐尾的純堿通過螺旋管運(yùn)至爐頭作為返堿。這樣省去了爐外的返堿運(yùn)輸設(shè)備。不<

51、;/p><p>　　但減少設(shè)備，降低建設(shè)費(fèi)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(jìn)行改進(jìn)，使各項(xiàng)指標(biāo)更為先進(jìn)。</p><p>　　3.5.5外冷式碳化塔的開發(fā)</p><p>　　20世紀(jì)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(jìn)行冷卻，冷卻器可定期切換進(jìn)行清洗，塔體可連續(xù)作業(yè)I個(gè)多月。這種塔還具有吸收效率高、

52、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)</p><p>　　點(diǎn)。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(dá)到日產(chǎn)300t純堿。</p><p>　　3.5.6 變換氣制堿的開發(fā)</p><p>　　為了進(jìn)一步降低聯(lián)堿法能耗和減少建設(shè)費(fèi)用，中國制堿專家們于20世紀(jì)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(chǎn)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(chǎn)工藝。變換氣制堿將純堿生產(chǎn)與合成氨生產(chǎn)進(jìn)一步聯(lián)合起來。純堿生產(chǎn)的碳化工序同時(shí)又是合成氨生產(chǎn)的脫碳工序，它省掉了合成氨生產(chǎn)中的脫C02工序、聯(lián)堿生產(chǎn)的C02壓縮工序，同時(shí)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(jīng)濟(jì)效益十分顯著。</p><p>　　2000年

54、，中國成達(dá)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(dá)到合成氨生產(chǎn)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?dú)獗仨毥?jīng)增壓機(jī)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(dá)到合成氨生</p><p

55、>　　產(chǎn)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(shè)增壓機(jī)。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(jié)構(gòu)簡單，可以使設(shè)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?dú)庵蠧O2≤0.2％，NH3≤0．2 g／m3，完全符合合成氨生產(chǎn)要求。重堿結(jié)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(shè)備，因而建設(shè)投資與運(yùn)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(chǎn)能力迅速提高。</p><p>　　總之，中國聯(lián)堿工業(yè)通過技術(shù)進(jìn)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(guān)于可持續(xù)發(fā)展的政策相吻合的。</p><p><b>　　三、生產(chǎn)流程簡述</b></p><p>　　聯(lián)合法制堿的生產(chǎn)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(jīng)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(jié)晶器。在冷析結(jié)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(jié)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(jié)晶析出。適當(dāng)加強(qiáng)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(shí)間都能促進(jìn)結(jié)晶成長和析出。</p><p>　　冷析結(jié)晶器的晶漿溢流至鹽析結(jié)晶器，同時(shí)加入粉碎的洗鹽，并用軸流泵在結(jié)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(yīng)而析出，其結(jié)晶不斷長大。鹽析結(jié)晶器底部沉集的晶漿送往濾銨機(jī)。鹽析結(jié)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(jī)常用自動(dòng)卸料離心機(jī)，濾渣含水分6％～8％。之后氯化銨經(jīng)過轉(zhuǎn)筒干燥或流態(tài)化干燥，使含水量降至1％以下作為產(chǎn)品。</p><p>　　結(jié)晶器是析銨過程中的主要設(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

60、理相似。對結(jié)晶器的要求為：</p><p>　　有足夠的容積——使母液在器內(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)荷大于冷析結(jié)晶器，相應(yīng)地容積也較大。</p><p>　　能起分級作用——結(jié)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(shí)間長大，懸浮段一般應(yīng)高3m左右。如年產(chǎn)1萬t氯化銨的冷析結(jié)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(jié)晶器中有中央循環(huán)管，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)通過外冷器。</p><p>　　結(jié)晶器一般是用鋼板卷焊的。因物料有強(qiáng)烈的腐蝕性，設(shè)備

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

63、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)鹽漿桶送往分級器，顆粒較大的鹽粒下沉，由底部排去重新研磨，細(xì)粒鹽隨鹽漿經(jīng)沉降后用離心濾鹽機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)超過98％，Ca2+,Mg2+,SO42-等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3％。</p><p>　　聯(lián)堿法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(jié)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(jì)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(dú)結(jié)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(fù)雜的多組分體體系中將NH4CI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(shí)驗(yàn)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(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><p>　　圖10－8系為NH4CI-NaCl-H2O三元系溶解度相圖，其橫坐標(biāo)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(biāo)上的A0、A15、A30、A45各點(diǎn)表

67、示各相應(yīng)溫度下氯化銨的單獨(dú)溶解度；在縱坐標(biāo)軸上的B0、B15、B30、B45各點(diǎn)表示各相應(yīng)溫度下氯化鈉的單獨(dú)溶解；C0、C15、C30、C45各點(diǎn)表示被兩種鹽共飽和時(shí)的溶液組成。相同溫度下的A點(diǎn)與C點(diǎn)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(diǎn)與C點(diǎn)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(dāng)物系的組成點(diǎn)處于某一溫度下的溶解度曲線AtCt和BtCt與兩坐標(biāo)軸所包圍的區(qū)域OA-tC

68、tBt時(shí)，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?yàn)槲达柡蛥^(qū)，溶解度等溫線外邊的區(qū)域?yàn)榻Y(jié)晶區(qū)，其中AtCt線的右方為氯化銨結(jié)晶區(qū)，BtCt線的正上方為氯化鈉的結(jié)晶區(qū)，Ct點(diǎn)的右上方為兩種鹽的共晶區(qū)。當(dāng)物系處結(jié)晶區(qū)時(shí)，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(guān)系，就可以選擇結(jié)晶方法；確定結(jié)晶操作條

69、件，將氯化銨從溶液中結(jié)晶析出。</p><p>　　設(shè)某一物系，其組成相當(dāng)于圖10－8上的P點(diǎn)，此點(diǎn)位于30oC等溫線上。當(dāng)溫度為 30oC時(shí)，則此物系為NH4Cl的飽和溶液，若溫度高于30oC（如45oC），則P點(diǎn)落在45oC等溫線的未飽和區(qū)。此時(shí)就不會(huì)有NH4Cl的晶體析出。若將溶液從45oC冷卻至30oC，則NH4CI達(dá)飽和，若進(jìn)一步冷卻．如冷卻至15oC，則P點(diǎn)落在15OC等溫線的NH4Cl結(jié)晶區(qū)；于是有

70、NH4Cl結(jié)晶析出。此肘NaCl尚未達(dá)飽和，故溶液中NaCl的含量不變，溶液的組成沿平行于橫坐標(biāo)軸左移，直至15oC等溫線上的Q點(diǎn)，此時(shí)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(jié)晶操作，析出NH4Cl的量有限，為此還可在母液中加入NaCl進(jìn)行鹽折結(jié)晶操作。如在15oC組成相當(dāng)于Q點(diǎn)（圖10－8）溶液，對于NH4Cl是飽和溶液，而對NaCl并未達(dá)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(yīng)而溶解度降低，從而以結(jié)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(dá)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(shí)的Na+、N

72、H4+／HCO3-、Cl-、H2O體系相圖。</p><p>　　暫設(shè)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(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

73、。</p><p>　　當(dāng)氨母液Ⅰ進(jìn)行碳酸化時(shí)，相當(dāng)于往體系中加人NH4HCO3，故體系點(diǎn)就沿著 ID連線移到 E，它處于10oC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(dāng)母液F及加入NaCI（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(shí)，在相圖上停留在I點(diǎn)不動(dòng)，溶液稱為氨母液Ⅰ。此時(shí)由于吸氨的放熱效應(yīng)，溫度升高到40oC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以懸浮狀態(tài)送去碳酸化。</p><p>　　在含NH3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

75、K，它落在35oC的NaHCO3隊(duì)結(jié)晶區(qū)內(nèi)。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(gòu)成了一個(gè)閉合循環(huán)，交替加入NH3、CO2和NaCl,生產(chǎn)出重堿和NH4Cl兩種產(chǎn)品。綜上所述，聯(lián)合制堿法的原則流程應(yīng)該安排如</p><p>　　在第一、第二兩個(gè)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(gè)

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(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高低問題。在聯(lián)合法中，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。</p><p>　　以1mol

77、干鹽的母液Ⅱ?yàn)榛鶞?zhǔn)，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?jǐn)?shù)；У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H2O mol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。第一過程的總反立式為：</p><p><b>　?。?）</b></p><

78、p>　　因?yàn)榈谝贿^程生產(chǎn)1mol的NaHCO3,第二過程必然生產(chǎn)1mol的NH4Cl,兩個(gè)過程中共用去1mol的NaCl、NH3、CO2和H2O，于是第二過程的總反應(yīng)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(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><p>　　由式（5）可以看出，當(dāng)（x1-y1）增大和（

80、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>　?。▁1-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(jié)晶區(qū)內(nèi)各點(diǎn)所作這樣線段的長度以母液Ⅰ落在P1點(diǎn)時(shí)為最大。故由式（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I點(diǎn)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(jié)晶區(qū)各點(diǎn)所作的（x2-y2）的長度以母液Ⅰ落在P2點(diǎn)時(shí)為最短。這就是說，當(dāng)母液Ⅰ落在P2點(diǎn)時(shí)可以使循環(huán)產(chǎn)量最大。</p><p>　　在整個(gè)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?？捎晌锪虾馑愕贸鋈缦玛P(guān)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(guān)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(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，則所選用的這對母

84、液Ⅰ和母液Ⅱ就不可能進(jìn)行穩(wěn)定的循環(huán)產(chǎn)生。</p><p>　　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)。</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>　　（11）</b></p><p>　　第Ⅰ過程的吸氨是中和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(shí)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(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

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(qiáng)了NH4Cl的鹽析作用。</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&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(biāo)</p><p>　　母液在循環(huán)過程中要控制3個(gè)濃度作為工藝指標(biāo)：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(zhì)的量之比（或游離氨對HCO3-的物質(zhì)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(zhuǎn)化成CO32-，因HCO3-不多，吸氨量不需要很多，吸氨的反應(yīng)為：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

91、過量的氨就可使反應(yīng)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(guān)系的經(jīng)驗(yàn)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(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。</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(shí)的P1點(diǎn)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(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><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(shí)，P1溶液的β值為1.01。</p><p>　　考慮到碳酸化時(shí)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(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：

95、γ值是母液Ⅱ中鈉離子對結(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)過鹽析析銨的母液，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>　　鹽析溫度和母液Ⅱ中氯化鈉飽和濃度的關(guān)系如下表所示：</

96、p><p>　　聯(lián)合制堿法正常操作時(shí)，各母液的組成如下表所列：</p><p><b>　　聯(lián)合法的運(yùn)作要點(diǎn)</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(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

97、，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；二是重堿濾餅帶走的水；三是NH4Cl成品帶走的水。對這三項(xiàng)水量分別計(jì)算如下：</p><p>　?、?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

98、><b>　　碳酸化：</b></p><p><b>　　煅燒：</b></p><p>　　后一反應(yīng)產(chǎn)生的H2O經(jīng)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(zhì)量。</p><p>　?、?根據(jù)NaHCO3晶體的粒度和均勻程度，一般用真空過濾機(jī)所得的重堿濾餅中水分在18%-21%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)</

100、p><p>　　③ 合成一噸純堿就聯(lián)產(chǎn)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(jī)過濾重堿時(shí)，所加入的洗水不應(yīng)超過10200+（9000~11700）+1260~1740=18720~21420（kg）</p><p>

101、　　在聯(lián)堿生產(chǎn)中水量能否平衡主要決定于過濾洗水的 用量，而重堿結(jié)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(jié)晶質(zhì)量，其次為嚴(yán)格控制洗鹽的含水量。</p><p>　?。?）鈣鎂雜質(zhì)對聯(lián)合法生產(chǎn)的影響</p><p>　　聯(lián)合法所用的洗鹽，其中仍含有，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，并無大礙。因?yàn)閺?/p>

102、使用角度來看，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養(yǎng)元素，尤其鎂是營造葉綠素的元素?？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)，使重堿粒度變細(xì)，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(zhì)量差，過濾及洗滌困難，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%。現(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(shè)備工藝計(jì)算</p>&l

104、t;p>　　1.主要工藝技術(shù)指標(biāo)計(jì)算</p><p>　?。?）碳酸化塔內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)30萬噸的聯(lián)合制堿法制純堿設(shè)備裝置，反應(yīng)操作時(shí)間表如下：</p><p>　　置換 1h，進(jìn)料1.5 h 反應(yīng)18 h 出料2.5 h 清理1 h</p><p>　　反應(yīng)操作時(shí)間為8000

105、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能力：</p><p>　　解：碳酸化塔的生產(chǎn)能力為30萬噸/年,每批操作周期為24小時(shí)，碳酸化塔每批的生產(chǎn)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(shè)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(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7.5m</p>&l

107、t;p><b>　?。?）物料衡算</b></p><p>　　以1mol干鹽的母液Ⅱ?yàn)榛鶞?zhǔn)，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?jǐn)?shù)；У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H2O mol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。第一過程的總反立式

108、為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　因?yàn)榈谝贿^程生產(chǎn)1mol的NaHCO3,第二過程必然生產(chǎn)1mol的NH4Cl,兩個(gè)過程中共用去1mol的NaCl、NH3、CO2和H2O，于是第二過程的總反應(yīng)式為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>