104362846年產15萬噸純堿生產車間工藝設計畢業(yè)設計完成

1、（2014屆）本科畢業(yè)設計（論文）資料題目名稱：年產15萬噸純堿生產車間工藝設計學院（部）：包裝與材料工程學院專業(yè)：應用化學學生姓名： 班級：應化101學號： 指導教師姓名： 職稱：高級工程師最終評定成績：湖南工業(yè)大學教務處2014屆本科畢業(yè)設計（論文）資料第一部分 畢業(yè)設計（2014屆）本科畢業(yè)設計（論文）題目名稱：年產15萬噸純堿生產車間工藝設計學院（部）：包裝與材料工程學院專業(yè)：應用化學學生姓名：王燁興班級：應化101學號：10404600124指導教師姓名：陶炳職稱：高級工程師2014 年 5 月湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計）誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計），題目年產1

2、5萬噸純堿生產車間工藝設計是本人在指導教師的指導下，進行研究工作所取得的成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設計）不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應承擔的責任。作者簽名：（此處連同下面的日期用手寫）日 期： 年 月 日湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）摘 要作為基本的化工和工業(yè)原料，純堿很早就廣泛應用于工業(yè)的各個領域。本文闡述了聯(lián)合制堿法的過程，相比較氨堿法，聯(lián)合制堿在原料利用率、產品價值、設備使用率、環(huán)境保護等方面都取得了較好的進步。本文介紹的聯(lián)合制堿法采用兩次吸氨，一次碳化，一次加鹽的方法，工藝則分為

3、兩個過程：一過程為制堿過程，即銨鹽水碳酸化生成nahco3沉淀。二過程是用冷析和加nacl鹽析的方法將nh4cl分離出來。一二過程在生產中能循環(huán)交替，所以在原料使用率和環(huán)境保護方面得到了保證，循環(huán)生產過程也為工業(yè)生產提出了一個新概念。在能源意識與環(huán)境意識尤為重要的新時代，能提出循環(huán)生產以節(jié)約能源無疑將得到廣泛認可與推廣。本設計說明書包括：聯(lián)合制堿工藝過程論證、工藝計算、主要設備選型與計算、非工藝部分、技術經濟指標分析等內容。關鍵詞：聯(lián)合制堿法；純堿；氯化銨abstractas the basic chemical and industrial raw materials, each field

4、 of soda ash had widely used in industrial production. this paper describes the process of synthesis, compared with ammonia soda process, combined alkali in the utilization rate of raw materials, product value, the utilization rate of the equipment, environmental protection has made good progress. t

5、wo times the ammonia absorbing the combined alkali method introduced in this paper, a carbonization, a salt method, the process is divided into two processes: a process for soda process, namely the ammonium salt carbonate formation of nahco3 precipitation. the two process is the method for analysis

6、of cold and salting out separate nh4cl from nacl. one or two cycles in the production process, so is guaranteed in the rate and the environmental protection use of raw materials, recycling production process also proposed a new concept for industrial production. in the new era is particularly import

7、ant energy consciousness and awareness of the environment, the cycle of production to save energy undoubtedly will be widely recognized and promotion. this design manual includes: combined alkali process demonstration, process calculation, main equipment selection and calculation, non technology par

8、t, technical and economic index analysis etc.keywords: hous process; hoda ash; ammonium chloride目 錄第1章 概述11.1 純堿的性質和用途11.1.1 純堿的性質11.1.2 純堿的用途11.2 純堿工業(yè)的發(fā)展史11.2.1 中國純堿工業(yè)發(fā)展史21.2.2 世界純堿工業(yè)發(fā)展及現狀21.3 純堿的生產方法21.3.1 侯氏制堿法21.3.2 蘇爾維制堿法31.4 聯(lián)合制堿法與氨堿法的比較3第2章 工藝流程42.1 純堿工藝的生產原理和工藝概述42.1.1 生產原理和工藝簡述42.1.2 工藝流程42

9、.2 生產工藝流程52.2.1 生產工藝流程52.2.2 工藝流程示意圖6第3章 工藝計算73.1 聯(lián)堿法析氨的相圖及過程分析73.2 制堿原則性流程73.3 物料衡算93.4 循環(huán)過程中的工藝指標113.5 聯(lián)合法的運作要點123.5.1 循環(huán)系統(tǒng)的水平衡123.5.2 副產品氨水133.5.3 鈣鎂雜質對聯(lián)堿法生產的影響13第4章 主要設備的選型與計算144.1 碳化塔的選型與計算144.1.1 外冷式碳化塔的特點144.1.2 碳化塔內徑的計算154.2 結晶器的選型154.2.1 內循環(huán)鹽析結晶器154.2.2 結晶器特點154.3 結晶器尺寸設計15第5章 非工藝部分185.1 人員

10、配備185.2 車間布置185.2.1 廠房的平面布置185.2.2 廠房的立面布置195.2.3 廠房的建筑結構195.2.4 管道布置設計195.3 安全生產205.3.1 安全隱患205.3.2 安全措施205.4 環(huán)保及三廢處理215.5 本次畢業(yè)設計的意義21第6章 技術經濟指標分析226.1 主要工藝參數226.1.1 產品組成226.1.2 各主要物料的實際消耗量226.1.3 工資及各物料的價格226.1.4 建設期資金投入226.2 投資估算23結 論24參考文獻25致 謝264 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）第1章 概述1.1 純堿的性質和用途純堿即碳酸鈉（na2co3）

11、，也稱蘇打或堿灰。1.1.1 純堿的性質碳酸鈉的性狀為白色粉末或者顆粒，無氣味，有堿性，是堿性的鹽，有吸濕性，溶于水和甘油，水溶液呈堿性，ph為11.6，相對密度為2.53，熔點8458521。碳酸鈉與水生成na2co3h2o、na2co37h2o和na2co310h2o三種水合物，依據顆粒大小、堆積密度的不同依次可分為：超輕質純堿、輕質純堿和重質純堿。1) 溶解性碳酸鈉易溶于水和甘油，微溶于無水乙醇，不溶于丙醇。碳酸鈉是一種強堿弱酸鹽，溶于水后發(fā)生水解反應（碳酸鈉水解會產生碳酸氫鈉和氫氧化鈉），使溶液顯堿性，有一定的腐蝕性，并且能與酸進行復分解反應生成相應的鹽并放出二氧化碳氣體1。2) 穩(wěn)定

12、性碳酸鈉穩(wěn)定性較強，但高溫下也會分解，生成氧化鈉和二氧化碳氣體。長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，并結成硬塊。吸濕性很強，很容易結成硬塊，在高溫下也不分解。1.1.2 純堿的用途1) 用作基本化工原料純堿用途廣泛且需求量大，是重要的基本化工原料?；どa中經常以純堿為原料制取其他性質的堿和無機鹽等化工產品，例如：以堿的酸化法可以用來制取小蘇打；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；還被用做生產其它化工產品的原料

13、或輔料1。2) 用作基本工業(yè)原料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，在國民經濟中占有重要地位，它的產量和用量通常標志著一個國家的工業(yè)水平1。1.2 純堿工業(yè)的發(fā)展史對中國純堿工業(yè)的發(fā)展史和世界純堿工業(yè)的發(fā)展和現狀進行分析。1.2.1 中國純堿工業(yè)發(fā)展史中國純堿工業(yè)的發(fā)展可分為兩個時期，一是天然堿的加工利用，二是現代純堿工業(yè)的建立和發(fā)展。天然堿的利用歷史悠久，從三代建都河洛時期，就用天然堿。河套平原建郡時，已是天然堿產地。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

14、初天津成立永利制堿公司，采用索爾維法制堿工藝。1921年侯德榜擔任永利制堿公司技師，刻苦鉆研技術問題，1924年開始生產堿。1926年美國博覽會上，永利的紅三角牌純堿獲金質獎章，打入國際市場。1.2.2 世界純堿工業(yè)發(fā)展及現狀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)生產開始于18世紀末，隨后法國人路布蘭提出以食鹽、硫酸、石灰石、煤粉為原料的工業(yè)生產純堿方法，現稱路布蘭制堿法。隨后1861年索爾維發(fā)現用食鹽水吸收氨和二氧化碳的實驗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，被稱為索爾維制堿法。1939年侯德榜開展改進氨堿法的實驗研究，把索爾維制

15、堿工業(yè)和合成氨工業(yè)聯(lián)合起來，這種即產純堿、又產氯化氨的新工藝取得成功，被稱為“侯氏制堿法”，現稱“聯(lián)合制堿法”1。世界純堿工業(yè)經歷兩個世紀的發(fā)展，20世紀末期純堿的總生產能力達44mt，其中合成法純堿約30mt，占68%；天然堿法14mt，占32%，純堿產量約35mt1。1.3 純堿的生產方法純堿的生產方法有很多種，下文主要介紹侯氏制堿法與氨堿法并作簡單的比較。1.3.1 侯氏制堿法該方法主要采用食鹽、氨以及合成氨生產過程中產生的二氧化碳氣體為原料，同時生產純堿和氯化銨，將純堿和合成氨兩大生產系統(tǒng)聯(lián)合起來，簡稱“聯(lián)合制堿”，這種方法使得原料鹽的利用率從70%提高到96%。此外，污染環(huán)境而且難以

16、處理的廢物氯化鈣成為有用的產品氯化銨，變廢為寶，還能減少設備，因此其優(yōu)越性大大超過了蘇爾維制堿法，從而開創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新紀元。制堿的主要原料是氯化鈉，而四川的鹽是井鹽，提純造成成本高，并且蘇爾維制堿法的缺點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。他先分析了蘇爾維制堿法的缺點，發(fā)現主要原因在于原料的利用率過低，只用了石灰石中的碳酸根離子和食鹽中的鈉，二者結合生成了純堿，然而石灰中的鈣和食鹽中的另一半氯結合生成了氯化鈣，這個顯然沒有利用上，那么怎樣才能利用上氯化鈣，這個問題困擾著侯德榜。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

17、沉淀出來，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，還可以省去許多設備。直到他進行了500多次試驗后終于成功了使設想成為了現實1。1.3.2 蘇爾維制堿法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分解得到氧化鈣和二氧化碳氣體，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，因為鹽水中含有鈣鎂等雜質離子，它們的存在會影響后續(xù)工序的正常進行，所以鹽水溶液必須精制；氨鹽水的制備則是精制后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

18、水作用，生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉濃度過飽和后即結晶析出，從而與溶液分離。這一過程包括了而二氧化碳的吸收、氣液相反應、溶液的結晶和等1。碳酸氫鈉的煅燒過程中煅燒的目的是為了分解碳酸氫鈉，以獲得純堿na2co3，同時回收近一半的co2氣體（其含量約為90%），供碳酸化使用；氨的回收是指碳酸化后分離出來的母液中含有nh4cl、nh4oh、(nh4)2co3和nh4hco3等，需要將氨回收循環(huán)使用。1.4 聯(lián)合制堿法與氨堿法的比較聯(lián)合制堿法最大的優(yōu)點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，同時生產出兩種產品純堿和

19、氯化銨。將氨廠的廢氣二氧化碳，轉變?yōu)閴A廠的主要原料來制取純堿，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；將堿廠無用成分氯離子（cl-）來代替價格較高的硫酸固定氨廠里的氨，制取氮肥氯化銨。從而不再生成即沒有多大用處，又難于處理的氯化鈣，減少了對環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現了大規(guī)模聯(lián)合生產的優(yōu)越性。氨堿法的優(yōu)點則是原料食鹽和石灰石成本較為便宜，而且產品純堿的純度高，副產品二氧化碳和氨都可以回收循環(huán)使用，并且制造步驟較為簡單，適合于大規(guī)模生產。但是氨堿法也有許多缺點，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+

20、）結合成了碳酸鈉，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-）卻結合成了沒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很大的問題。其實氨堿法的最大缺點還是在于原料食鹽的利用率只有72%74%，沒利用上的食鹽都隨著氯化鈣溶液作為廢液被拋棄了，這是一個很大的損失。第2章 工藝流程2.1 純堿工藝的生產原理和工藝概述純堿的生產方法主要有兩種：聯(lián)合制堿法和氨堿法。本設計采用聯(lián)合制堿法的生產方案，對聯(lián)合制堿法做簡要的工藝流程介紹和物料衡算。聯(lián)合制堿法的優(yōu)點是結合了氨堿法的大部分優(yōu)點，消除了氨堿法原料利用率低的主要缺點，使食鹽的利用率從70%提高到96

21、%；同時產物nh4cl可用做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣co轉化成co2，這樣就省去了caco3制co2的工序，精簡了設備。nh3+h2o+co2=nh4hco3nh4hco3+nacl=nh4cl+nahco32.1.1 生產原理和工藝簡述聯(lián)合制堿法工藝分為兩個過程：一過程為制堿過程，即銨鹽水碳酸化生成nahco3沉淀。nacl+nh3+co2+h2o=nahco3+nh4cl該過程中的碳酸化和吸氨的原理與氨堿法基本相同，可用相圖分析法進行討論，下章節(jié)有分析。過程中分離出nahco3的母液稱為母液，其中主要含nh4cl、nh4hco3和未利用的nacl。二過程是用加nacl鹽析和

22、冷析的方法從母液中將nh4cl分離出來。由于母液中nh4hco3是飽和的，所以直接采用鹽析和冷析的方法無法使nh4cl單獨分離出來。如果將母液氨化，會發(fā)生如下反應：nh3+hco3-=nh4+co32-nh3+hco3-=nh2co3-+h2o這樣溶液中的hco3-濃度會降低，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單獨析出。析出nh4cl固體后的母液稱為母液，母液再經吸氨、吸二氧化碳來制取重堿，如此一、二過程可交替循環(huán)進行，這就是聯(lián)合制堿法的過程分析。2.1.2 工藝流程生產工藝流程是生產過程中的主要參照標準，結合工藝流程圖即是一個生產過程的簡要介紹。

23、2.2 生產工藝流程2.2.1 生產工藝流程聯(lián)合制堿法有多種流程，由加入原料的次數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。我國的聯(lián)合制堿法主要通過兩次吸氨一次碳化，一次加鹽的方法，其中原鹽在洗鹽機中用飽和鹽水洗滌，以除去其中影響之后反應的鈣鎂等雜質，然后再經過粉碎機的粉碎，慮鹽機的分離，制成符合規(guī)定純度和粒度的“洗鹽”，然后再將“洗鹽”送往鹽析結晶器等待下一步反應。其中洗滌液循環(huán)使用，當液中雜質含量增高時回收處理2。原始結晶器主要用來制備飽和食鹽水，飽和食鹽水再經吸氨器吸氨制成氨鹽水，此氨鹽水在外冷式碳化塔內與合成氨系統(tǒng)提供的二氧化碳氣體進行反應即碳化過程，所得到的重堿再經

24、過濾堿機的分離，然后送到煅燒爐內加熱分解成就得到了產品純堿。煅燒分解出的爐氣，經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，再使爐氣進入二氧化碳壓縮機壓縮，重新送回碳化塔供制堿使用。過濾重堿后的母液稱為母液，由于母液中nahco3已經飽和，如果母液立即在制銨過程中進行冷卻加鹽，將導致鈉離子濃度增高，而使一部分重碳酸鹽與氯化銨同時析出，從而影響產品質量，為了使氯化銨單獨析出，生產中母液首先需要經過吸氨器吸氨，成為氨母液，以破壞hco3-，降低其濃度，然后送往冷析結晶器中降溫，使部分氯化銨析出，這個過程稱為“冷析”，冷析后母液稱為“半母液”。由于冷析結晶器流入鹽析結晶

25、器，加入洗鹽，所以由于同離子效應，可再析出部分氯化銨，并補充了下一過程中所需要的鈉離子。由冷析結晶器及鹽析結晶器的下部取出的氯化銨懸浮液，然后經稠厚器、濾銨機，再干燥就得成品氯化銨。濾液送回鹽析結晶器，鹽析結晶器母液送入母液換熱器與氨母液進行換熱，經吸氨器制成氨母液，再經澄清桶除去氨母液中的泥后，送去碳化塔制堿。生產過程中的各種含氨雜水送入淡液蒸餾塔以回收氨2。濾銨機通常使用自動卸料離心機，濾渣中含水分7%左右。氯化銨經過轉筒的干燥或流態(tài)化干燥，這樣使得其含水量降至1%以下就能作為產品。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，但原理相似。對結晶器的要求為：有足夠的

26、容積。足夠的容積能使母液在反應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應大于冷析結晶器，所以其相應地容積也應該較大2。能起分級作用。因為結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0.0150.02ms-1；懸浮段的流速為0.0250.05 ms-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；為了使晶體能有足夠時間長大，懸浮段一般應高3m左右2。起攪拌和循環(huán)作用。如同鹽析結晶器中有中央循環(huán)管一樣，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2。食鹽用于析銨前首先要經過精制。常用的預處理工藝是粉碎法洗滌。原鹽經

27、過振動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，然后通過給料器進入螺旋推進式的洗鹽機，通過飽和食鹽水的逆流洗滌，使得原鹽夾帶的細草和粉泥浮在洗滌液面上漂走，原鹽所含可溶性雜質氯化鎂、硫酸鎂和硫酸鈣等雜質溶解，這里是第二步處理。第三步洗鹽由螺旋輸送機送入球磨機，在圓筒旋轉時，利用鋼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，顆粒較大的鹽粒自動下沉，由底部排出去經過重新研磨，細粒鹽則隨鹽漿經沉降后用離心濾鹽機分出鹽水，經過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質量分數超過98%，ca2+，mg2+，so42-等離子的質量

28、分數小于0.3%2。2.2.2 工藝流程示意圖圖2.1 聯(lián)合制堿法工藝流程示意圖第3章 工藝計算3.1 聯(lián)堿法析氨的相圖及過程分析冷析法制nahco3及nh4cl的重要條件為它們都能單獨結晶析出。為便于說明如何從這樣復雜的多組分體體系中將nh4cl結晶析出，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。氯化銨和和氯化鈉在水中溶解度的實驗數據如表3.1所示。表3.1 nh4cl和nacl的溶解度（單位：g/100gh2o）溫度nh4cl的單獨溶解度nacl的單獨溶解度在兩種鹽的共飽和溶液中nh4cl的溶解度nacl的溶解度029.735.614.628.616

29、35.535.819.926.73041.636.525.524.94548.436.032.223.4從表3.1中不難看出，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。3.2 制堿原則性流程在圖3.2中繪出了35無nh3和10含nh3量為0.35（molmol干鹽）時的na+、nh4+hco3-、cl-、h2o體系相圖。圖3.1 不同溫度和nh3量下，p1及p2點變化軌跡暫設碳酸化的最終溫度為35，其母液在圖3.2中為i它處于35的nahco3結晶區(qū)內。當母液吸氨后成為氨母液時，在相圖上體系點的位置并未變

30、化，但由于結晶區(qū)移動了，i點由35nahco3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1。圖3.2 聯(lián)合制堿法的相圖當氨母液進行碳酸化時，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10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1。當母液f及加入nacl（其組成點為b），使體系點達到g時，又會析出nh4cl固體。這一nh4cl結晶過程稱為鹽析過程，其中nh4cl母液稱為鹽析母液或者母液

31、。母液吸氨時，在相圖上停留在i點不動，溶液稱為氨母液。此時由于吸氨時的放熱效應，溫度升高到40以上。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是以懸浮狀態(tài)送去碳酸化。在含有nh3的溶液碳酸化時，相當于加人nh4hco3。于是體系點沿著hd連線移動到k，它落在35的nahco3結晶區(qū)內。如果碳酸化最終溫度為35，析出nahco3后又得到母液。從而構成了一個閉合循環(huán)，交替加入nh3、co2和nacl,生產出純堿和nh4cl兩種產品。綜上所述，聯(lián)合制堿法的原則流程應該如下：圖3.3 聯(lián)合制堿法原則流程圖在第一、第二兩個過程中，都添加nh3、co2和nac

32、l，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1。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過低問題。在聯(lián)堿法中，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和母液的組成1。3.3 物料衡算以1mol干鹽的母液為基準，作第一過程的物料衡算。式中的符號同表3.1。其中x表示陽離子中nh4-的摩爾分數；y表示陰離于中cl的摩爾分數表示每mol干鹽的h2omol量；m表示每mo

33、l干鹽的h2omol量。下標1、2分別代表母液i和母液；系數a，b，c，d，e，r均為mol量。第一過程的總反立式為：x2 nh4+ x1 nh4+1-x2 na+ anacl 1-x1 na+ y2 hco3- + bnh3 y1 hco3- +nahco3 (1)1-y2 cl- cco2 1-y1 cl-p2 nh3 dh2o p1 nh3m2 h2o m1 h2o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：母液 母液x1 nh4+ x2 nh4+1-x1 na+ (-

34、a)nacl 1-x2 na+ e y1 hco3- + (-b)nh3 y2 hco3- +nh4cl (2)1-y1 cl- (-c)co2 1-y2 cl-p1 nh3 (-d)h2o p2 nh3m1 h2o m2 h2o對式(1)作na+衡算：(1-x2)+a=e(1-x1)+g (3)對式(2)作cl-衡算：(1-y2)+a=e(1-y1) (4)(3)、(4)兩式相減得：g=e(x1-y1)-(x2-y2) (5)式(5)中的為每一循環(huán)中，1摩爾干鹽的母液所產生nahco3和nh4clmol量。的數值的大小就代表循環(huán)產量的大小。由式(5)可以看出，當(x1-y1)增大和(x2-y

35、2)減少時，的數值都增加，而(x1-y1)和(x2-y2)取決于母液和母液的組成。(x1-y1)代表母液的組成，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：每當母液落在p1點時循環(huán)產量為最大。過i點作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)的長度以母液落在p2點時為最短。這就是說，當母液落在p2點時可以使循環(huán)產量最大1。在整個循環(huán)過程中，nacl、nh

36、3、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a、b、c、d及式(5)中的系數(-a)、(-b)、(-c)、(-d)都必須為正值，即a、b、c、d大于等于0而又小于等于。可由物料衡算得出如下關系：由式(4)可得：a=e(1-y1)-(1-y2) (6)由式(1)作全氨衡算：b=(x1+p1)-(x2+p2) (7)由式(1)作co2衡算，并將式(5)的關系代入其中，可得：c=ex1-x2 (8)對式(1)作h2o衡算：d=(x1+m1)-(x2+m2) (9)式(5)至式(9)五個方程式表明，a、b、c、d、r五個系數都是x1、y1、x2、y2和

37、e的函數。在選定母液和母液以后，就可以假定某一e值來試算這五個系數。如果它們都是正值，且又小于，那么所選的母液和母液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，則所選用的這對母液和母液就不可能進行穩(wěn)定的循環(huán)產生1。母液和母液雖然以落在p1、p2點時循環(huán)產量最大，但為了選擇構成良好循環(huán)的母液和母液的操作點及操作時容許的波動幅度，往往將母液選在nahco3結晶區(qū)的內部，將母液選在nh4cl結晶區(qū)上網內部，當然盡可能地靠近p1點和p2點1。在第一過程中加入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(-c)

38、=0,即得：y2=ey1 (10)或由式(1)作co2的衡算，并令=c,得：x2=ex1 (11)第過程的吸氨是中和hco3，以免nahco3與nh4cl同時析出，就是省略不得的。但可省略第一過程中的吸氨，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：e(x1+p1)=x2+p2 (12)第過程中的加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：e(1-y1)=1-y (13)如果既要采用一次碳酸化，又要一次加鹽，則必須同時滿足式(11)和式(9)，則得：y1=y2；e=1.00 (14)采用一次吸氨，一次碳酸化和一次加鹽的

39、流程，就必須同時滿足式(11)、式(7)和式(8)。在二次碳酸化流程中，由于母液要再次吸收co2，就必須吸收大量的nh3，才能避免nahco3、nh4hco3與nh4cl一起析出。因此氨母液和母液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的nh4+含量，加強了nh4cl的鹽析作用1。采用二次加鹽時，由于在氨母液中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。流程中分兩次吸氨，氨母液和

40、氨母液中的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1。3.4 循環(huán)過程中的工藝指標母液在循環(huán)過程中要控制3個濃度作為工藝指標：值、值和值。值：值是指氨母液中游離氨對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反應是放熱的，當母液中hco3-的量

41、一定時，降低溫度，有較少過量的氨就可使反應完成，值可以較低。但無論溫度如何，值總大于2。值與溫度關系的經驗值為：值：2.35；2.22；2.09；2.02。常用析銨溫度為10，值控制在2.12.4范圍。值：值是氨母液中游離氨與nacl的物質的量之比（或物質的量濃度比）。氨母液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1。值可根據物料衡算求得，若碳酸化后得到的母液是相圖中30時的p1點的成分，則母液中干鹽的離子分率為：na+=0.144；nh4+=0.856；cl-=0.865；hco3-=0.135。以母液中1mol總鹽

42、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：xnacl+ynh4hco3=mnahco3+na+0.144+nh4+0.856+cl-0.865+hco3-0.135分別對na+和nh4+衡算得：x=m+0.144，y=0.856分別對cl-和hco3-衡算得：x=0.865，y=m+0.135解得：=y/x=0.9915時，p1溶液的值為1.01?？紤]到碳酸化時部分氨會被尾氣帶走以及其它額外損失，通常會將氨母液中的值控制在1.041.12范圍。當值到達1.151.20時，碳酸化時會析出大量碳酸氫銨結晶。值：值是母液中

43、鈉離子對結合氨的物質的量之比或物質的量濃度比。母液是經過鹽析析銨的母液，準備送去吸氨和碳酸化。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1015時，值控制在1.51.8。3.5 聯(lián)合法的運作要點3.5.1 循環(huán)系統(tǒng)的水平衡聯(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，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

44、基本要求。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；二是重堿濾渣帶走的水；三是nh4cl成品帶走的水。對這三項水量分別計算如下：(1) 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：碳酸化：nacl+nh3+co2+h2o=nahco3+nh4cl；煅燒：2nahco3=naco3+h2o+co2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： 1000218.016/106=340(kg)式中106，18.016分別為na2co3和

45、h2o的相對分子質量。(2) 根據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渣中水分在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，即1.8831.846噸，因此1噸堿由粗重堿帶出系統(tǒng)的水分為(1.8831.948)(0.160.20)=300390(kg)；(3) 合成一噸純堿就聯(lián)產一噸氯化銨，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為630(kg)；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+(90

46、0011700)+630870=1983022770(kg)；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。3.5.2 副產品氨水以煤為原料制氨時，1t氨約需變換氣4300m2，其中含co為28%，含co2量=43000.28=1024m3,制造1t純堿需co2為520m3制造15萬噸純堿需co2為7800m3，所以如果用變換氣直接碳酸化制堿，生產1t噸co2只能生產純堿1204/520=2.32t（也即nh4cl的量）。1t氯化銨實際氨耗為0.340t，因此1t氨可加

47、工成nh4cl=1/0.340=2.94t（也即為na2co3的量）。因此所產的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。3.5.3 鈣鎂雜質對聯(lián)堿法生產的影響聯(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，一部分隨同母液進入噴射吸氨器隨之進入氨母液桶沉降。鹽中鈣鎂含量的增加會使氨母液泥量增加，排放時不僅處理麻煩，而且使氨及鹽的損失增加。

48、還會使沉降后的氨母液的濁度增加，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。在氨母液澄清液中澄清后的氨母液的濁度應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。第4章 主要設備的選型與計算4.1 碳化塔的選型與計算4.1.1 外冷式碳化塔的特點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：采用外部自然循環(huán)冷卻結

49、構；采用較低的中部作業(yè)溫度；采用特殊的高效塔板；采用異徑塔結構外冷塔；采用自然循環(huán)方案；采用氣體動力活化塔底部結晶的環(huán)形進氣結構解決了塔底堆堿的影響1。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；10-尾氣出口；11-二氧化碳出口；12-出堿；13-冷卻水入口；14-冷卻水出口圖4.1 外冷式碳化塔4.1.2 碳化塔內徑的計算設計一個年產15萬噸的聯(lián)合制堿法制純堿設備裝置，反應操作時間如下：置換1h，進料1.5h，反應18h，出料2.5h，清理1h。反應操作時間為8000小時,消耗定額1.1噸nacl/naco3,試求碳酸

50、化塔的體積和管道的通過能力：解：碳酸化塔的生產能力為15萬噸/年,每批操作周期為24小時，碳酸化塔每批的生產量為：(15000024)/8000=450t/批在操作條件下nacl的密度為2.532kg/m3，碳酸化塔的裝填系數為0.9，則所需體積為：(1.1450)/(2.5320.9)=217m3可假設碳化塔高度為10m，根據公式：vth=d2hp/4式中：vth碳化塔容積，m3；d該碳化塔圓柱部分內徑，m；h該碳化塔高度，m。就可算出碳酸化塔的圓柱部分內徑為5.3m。4.2 結晶器的選型結晶器是氯化銨結晶設備的主要設備。母液過飽和度的消失，晶核的生成及長大都在結晶器中進行2。4.2.1 內

51、循環(huán)鹽析結晶器上部為清液段，中部為懸浮段，下部為錐底。中心循環(huán)管由拉筋固定在結晶中心位置，頂蓋下邊設有套筒。半母液由中心循環(huán)管上口進入，鹽漿及濾液由側方插入。懸浮段的中部設有晶漿取出口，錐底開有母液放出口、排渣口及人孔等，渣液段上部設有母液溢流槽2。4.2.2 結晶器特點結晶器是制銨過程的主要設備，它必須滿足如下要求：應有足夠的容積與高度；要有分級作用；晶漿取出口的位置要合適；結晶器內壁應該力求平整、光滑、缺少死角2。4.3 結晶器尺寸設計現年產15萬噸氯化銨，結晶器的尺寸如下：每年工作日按330天計算，則每天產454.5t，每小時18.9t。根據工藝計算，冷析產量占總產量的45%，則冷析每小

52、時產量為18.90.451000=8505kg/h，取ai流量為m3/h，則計算出：(1) 過飽和度s一般生產廠經驗數據s=1.11.2kg/m3，過去中間試驗為0.8kg/m3，現在選s=1.0kg/m3。(2) 母液循環(huán)量qq=產量/過飽和度=8505/1.0=8505m3/h選取q=8500m3/h，則實際s=8505/8500=0.99kg/m3(3) 表觀流速u選取經驗值u=0.035m/s(4) 中心管流速v選取經驗值v=1.0m/sq=8500+15=8515m3/h，則中心管直徑：d=1.736m取f5299鋼管，則中心管內實際流速v=8515/(0.7850.51123600

53、)=11.54m/s(5) 懸浮段直徑dd2-d2=8515/(0.7850.0353600)解的d=9.44m,取d=9.5m則實際表觀流速可求得：u=8515/(9.52-1.7362)0.7853600=0.0346m/s(6) 清液段直徑d，考慮軸流泵的安裝倒換，以及保證結晶器的一定容積，取清液段直徑d=5.0m。(7) 其它尺寸，清液段高取1.0m，一般取q=30，收縮段高2.1m,懸浮段高取3.1m,錐底高取1.5m，總高7.7m。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-結晶器頂蓋；9-結晶器筒體；10-取出口；11-中心循環(huán)管；12-錐底

54、；13-放出口；圖4.2 內循環(huán)鹽析結晶器第5章 非工藝部分5.1 人員配備為了維持日常生產，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，在生產中強調人的重要性，同時也盡可能的降低人的勞動強度，但為了在經濟上和生產上取得平衡，進行了如下人員配置：采用四班三到制，每班分為中控崗位、現場巡檢崗位、質量控制崗位、調度崗位。人員配備為中控每班1人，現場出于安全與作業(yè)難度考慮分配2人，質量控制分2人分別做取樣與分析工作，調度崗位做過程控制工作即相當于班長1人，即每班6人，一天共24人。5.2 車間布置5.2.1 廠房的平面布置1) 廠房的平面布置化工廠房平面型式的選擇原則是，在滿足生產工藝要