純堿工藝設備

純堿純堿，學名碳酸鈉，俗名蘇打、石堿、洗滌堿，化學式Na?CO?，屬于鹽類，含十個結晶水的碳酸鈉為無色晶體，結晶水不穩(wěn)定，易風化，變成白色粉末Na2CO3，為強電解質，具有鹽的通性和熱穩(wěn)定性，易溶于水，其水溶液呈堿性。是一種重要的化工原料，很多工業(yè)都要用到純堿。關于純堿的一些常識：碳酸鈉的用途：發(fā)酵粉、洗碗、制肥皂、制藥、制松花蛋、紡織、玻璃、造紙、漂染，還可以用于其他含鈉化合物的制備。

堿生產方法自路布蘭法至今二百多年來，已經有很多變革和進步。因原料的不同而產生不同的新方法，例如原鹽、天然堿、鉀石鹽、芒硝等作原料，生產方法自然各不相同。原料相同，因路線不同而變遷的有氨堿法、聯(lián)合制堿法（候氏制堿法）。新旭法等，都是以食鹽為原料，而工藝路線不同。在天然堿加工方面也有不同的原料和工藝路線，如倍半碳酸鈉法和一水碳酸鈉法、天然堿鹵水的碳酸化法生產純堿等。本課程重點講聯(lián)合制堿法，又名候氏制堿法（聯(lián)合制堿這一專用名稱，國際上盡管各不相同，其實質上是一樣的）。所謂聯(lián)合，就是將氨減法與合成氨工藝進行聯(lián)合的改進工藝，在合成氨生產中有CO生成，我們是將其轉化為CO2,在進行排放等處理，但是排空的CO2使原料利用不盡合理，而且對空氣也有一定的污染，在聯(lián)合制堿法中我們綜合利用了合成氨的原料CO2和NH3，用來生產純堿，既充分利用了合成氨的原料，也減少環(huán)境污染。一、聯(lián)合制堿法的原理總反應方程式：NaCl+CO2

+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl（可作氮肥）2NaHCO3=加熱=Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循環(huán)使用）(在反應中NaHCO3沉淀，所以這里有沉淀符號，這也正是這個方法的便捷之處）即：①NaCl(飽和溶液)+NH3（先加）+H2O（溶液中）+CO2（后加）=NH4Cl+NaHCO3↓（NaHCO3能溶于水，但是侯氏制堿法向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣，由于氯化鈉溶液飽和，生成的碳酸氫鈉溶解度小于氯化鈉，所以碳酸氫鈉以沉淀析出）先添加NH3而不是CO2：CO2在NaCl中的溶解度很小，先通入NH3使食鹽水顯堿性，能夠吸收大量CO2氣體，產生高濃度的HCO3-,才能析出NaHCO3晶體。）②2NaHCO3（加熱）=Na2CO3+H2O+CO2↑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，減少可能造成的環(huán)境污染。注：純堿就是碳酸鈉（Na2CO3）在制堿過程中向濾出NaHCO3晶體后的NH4Cl溶液中加熟石灰以回收氨，使之循環(huán)使用：2NH4Cl+Ca（OH）2（加熱）=CaCl2+2NH3↑+2H2O不足之處侯氏聯(lián)合制堿法也存在不足。較氨堿法而言，它的用氨量較大，在有些情況下不適用。二、氨堿法（索爾維制堿法）氨堿法的原理：其優(yōu)點原料易于取得且價廉，生產過程中的氨可循環(huán)利用，損失較少；能夠大規(guī)模連續(xù)生產，易于機械化，自動化；可得到較高質量的純堿產品。缺點原料利用率低，造成大量廢液廢渣排出，嚴重污染環(huán)境；碳化后母液中含有大量的氯化銨，需加入石灰乳使之分解，然后蒸餾以回收氨，這樣就必須設置蒸氨塔并消耗大量的蒸汽和石灰，從而造成流程長，設備龐大和能量上的浪費。聯(lián)合制堿法與氨堿法都有下列優(yōu)點：原料利用率高；不需石灰石及焦碳，降低了很多成本；純堿部分不需要蒸氨塔、石灰窖、化灰機等笨重設備，縮短了流程，建長投資花費減少；無大量廢液、廢渣排出，可在內地建廠。不同點（列表）侯氏制堿法對氨堿法加以改進：將析出NaHCO3的母液選在5~10℃時加入食鹽粉末是不易結晶的NH4Cl結晶析出，這不僅使原料NaCl充分利用，又獲得大量化肥，也使氨堿法中CaCl2的處理問題得到解決。侯德榜為制堿做出的卓越貢獻是值得我們驕傲和敬佩的！聯(lián)合制堿法生產原理本聯(lián)堿生產采用的是“一次加鹽、兩次吸氨、一次碳化”生產循環(huán)過程，第一過程為純堿生產過程，第二過程為氯化銨生產過程。如圖1—1所示，由母液Ⅱ開始，在第一過程加入原料氨（NH3）和二氧化碳（CO2），得到碳酸氫鈉（NaHCO3）和母液Ⅰ，在第二過程加入原料鹽（NaCL），得到氯化銨（NH4CL）和母液Ⅱ，如此完成一個循環(huán)。聯(lián)合制堿法工藝流程聯(lián)合制堿法工藝流程(設備)首先是原鹽的精制在聯(lián)合制堿生產中，原料鹽是以固體形態(tài)加入系統(tǒng)的，可以想象到伴隨著固體鹽中的不溶性和可溶性雜質進入系統(tǒng)，它必然會影響到最終產品的質量。原鹽精制的任務是把原料鹽中的鈣、鎂、硫酸根等雜質除去。常用的處理工藝是洗滌-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液面上飄走，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。球磨機將粗鹽粉碎成細鹽，粉碎后的鹽漿經鹽漿桶送往分離器，顆粒大的鹽粒下沉，由底部排去重新研磨，細鹽隨鹽漿沉降后用離心濾鹽機分出鹽水，洗鹽送去鹽析。原鹽精制的主要設備螺旋洗鹽機這里介紹一種雙螺旋洗鹽機，它有兩個同步配合的螺旋帶，一邊攪拌、混合、洗滌，一邊輸送物料。雙螺旋洗鹽機是傾斜安裝的，如圖所示，原鹽從低處進料端加入，洗滌鹽從后端高處輸出；洗滌液飽和鹵水則在機的中部淋洗，從低處高端溢流而出。球磨機球磨機是物料被破碎之后，再進行粉碎的關鍵設備，主要應用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產行業(yè)。球磨機根據(jù)排礦方式不同可分格子型和溢流型兩種類型，可分為干式和濕式兩種磨礦方式，適用于粉磨各種礦石及其它物料，廣泛用于選礦、建材及化工等行業(yè)。特點（1）主軸承采用了大直徑雙列調心棍子軸承，代替原來的滑動軸承，減少了摩擦，降低耗能，磨機容易啟動。（2）保留了普通磨機的端蓋結構形式，大口徑進出料口，處理量大。（3）給料器分為聯(lián)合給料器和鼓形給料器兩種，結構簡單，分體安裝。（4）沒有慣性沖擊，設備運行平穩(wěn)，并減少了磨機停機停車維修時間，提高了效率。制堿工藝（一過程）工藝流程該工序主要是利用氨母液Ⅱ在碳化塔中吸收二氧化碳，制得碳酸氫鈉結晶及適合二過程要求的氨母液Ⅰ，達到氯化鈉轉化率高和母液當量低的要求，下圖為制堿工藝流程圖。主要化學反應為：NaCl+H2O+CO2+NH3=NaHCO3+NH4CL主要設備一、吸氨設備：吸氨噴射器吸氨噴射器由四個可拆卸件組成：組成材料作用頭蓋灰鑄鐵保證噴嘴安裝的軸向精度氨氣的吸入室灰鑄鐵防止氮氣流影響噴射直線前進噴嘴不銹鋼使母液具有較大動能，能充分吸收氨氣。擴壓器鋁鑄鐵使母液充分吸收氨氣吸氨噴射器的特點：吸收強度很高，但氣體通過的阻力降很大，只要系統(tǒng)真空能夠克服阻力降，大多數(shù)堿廠均采用這種設備。二、碳酸化設備常用碳化設備為索爾維式碳化塔（見圖）。高約20～30m,塔內裝有菌帽型塔板,塔板下面是帶孔的錐形隔板，上面是周邊開有鋸齒的錐形菌帽，起分布氣體的作用，這種塔板不妨礙懸浮液的流動。自塔高1／2處以下，在兩個塔板之間，裝有很多橫穿的冷卻管，管內通水，以移去反應過程中放出的熱量。塔內自上而下分成3個反應區(qū)域:①吸收區(qū)。在塔上部，溶液吸收二氧化碳，尚無結晶析出。②生成區(qū)。在塔中部，約從塔高2／3處開始析出碳酸氫鈉結晶，并繼續(xù)吸收二氧化碳，使結晶長大。③冷卻區(qū)。在塔下部，吸收二氧化碳的同時進行冷卻，結晶繼續(xù)成長。生成區(qū)的溫度對結晶質量影響很大，通常要求在60～65℃。含結晶的懸浮液從塔底部取出。取出液在索爾維法生產中，溫度控制在25～30℃，在侯氏制堿法中控制在34～40℃。吸收后尾氣從塔頂排出。特點

在制堿過程中，碳化塔內壁,特別是冷卻管表面,會形成碳酸氫鈉疤層。作業(yè)時間越長，疤層越厚。當疤層結到一定厚度后，由于傳熱效率下降，以及氣、液通道變小，作業(yè)便不能正常進行。所以碳化塔一般作業(yè)幾十小時后，需要進行清洗。通常，將幾臺碳化塔編成一組，輪換清洗。材質

碳化塔一般都用鑄鐵制造，近年來在侯氏制堿法中開始用碳鋼制造，內加防腐蝕層。冷卻管用鑄鐵（有的還在管外加防腐蝕層），也有用不銹鋼的，少數(shù)用鈦材。為提高結晶質量,延長作業(yè)時間以及簡化設備結構等,現(xiàn)研究采用帶溢流管的篩板塔、外部冷卻式碳化塔等新結構。此外，碳酸化塔還有篩板式碳酸化塔、外冷式碳酸化塔等。三、過濾設備制堿中常用的過濾設備有轉鼓真空過濾機，轉鼓真空過濾機是連續(xù)式過濾機的一種。構造與轉筒真空過濾機相似，操作原理也相同。以負壓作過濾推動力，過濾面在圓柱形轉鼓表面的連續(xù)過濾機。這種過濾機最初用于制堿和采礦工業(yè)，后來應用擴展到化工、煤炭和污泥脫水等部門。工作原理：分配閥的動盤固定在轉鼓軸頸上，與轉鼓同步旋轉。動盤端面有一圈孔。每個孔與轉鼓上對應的一個濾室相連。閥座不轉動，其內側端面上開有幾條弧形槽，分別與外側的接管連通。閥座與動盤貼合，各弧形槽順序與動盤上的孔相通，旋轉的濾室即可與固定的真空或壓縮空氣系統(tǒng)順序聯(lián)接，使過濾操作循環(huán)進行。采用繞帶轉鼓真空過濾機可使濾布得到充分洗滌。如果懸浮液中的顆粒較重,沉降速度很快,則宜采用懸浮液在轉鼓上方加料的結構或內濾面轉鼓真空過濾機。如果懸浮液中的固體顆粒很細或形成可壓縮性濾渣，則應在轉鼓過濾面上預先吸附一層固體助濾物，或在懸浮液中混入一定量的固體助濾物，使濾渣較為疏松，可提高過濾速度。主要特點：主機刮刀系統(tǒng)變頻器控制，自動進刀卸料。主機與物料接觸部分的材質為304或316L。主機傳動系統(tǒng)為二級齒輪減速，并由交流變頻器無級調速控制。本機轉鼓預敷助濾劑（硅藻土、珍珠巖、活性炭）的厚度一般在80mm以上。主機連續(xù)操作、運轉平穩(wěn)、維修方便。本機具有分離固相濃度很低、粒度極細、易堵濾布的懸浮液能力。主要技術參數(shù)：四、重堿（碳酸氫納）鍛燒設備重堿煅燒的任務是把真空過濾機分離的濕重堿加熱分解制取無水碳酸鈉。用于熱分解的裝置主要是回轉式煅燒爐，但也有應用立式流化床煅燒設備的。管式回轉煅燒爐 主要技術參數(shù)和配置常用的煅燒爐主要是外管式煅燒爐，其爐的結構較為復雜，除了回轉爐體和加熱系統(tǒng)外，還包括著一整套完整的進、出堿運輸機械。外管式煅燒爐的特點：它的兩端爐頭、爐尾成錐形，它是個鑄鐵或螺絲與爐體連接成一體。整個煅燒爐出兩端錐形外，全部置于磚砌的密閉墻內。圍墻是用高鋁耐火磚及紅磚筑成的爐膛，其間有必須的煙氣通道。煅燒爐間接受熱，熱源可以是固體燃燒煤，也可以是液體燃料重、渣油或氣體燃燒煤氣燃料在爐膛內燃燒后的煙氣圍繞爐體四周通過；而后由爐尾圍墻上側的煙囪排出。使用液體的煅燒爐，燃料應先用泵送往換熱器升溫后，再進燃燒室；也可以借助于機械油壓式噴射霧化?；剞D煅燒爐的進堿裝置是一個固定的螺旋輸送機，它與爐體傳動之間的連接是通過結構簡單的金屬端面密封，并用彈簧壓住。出堿裝置由堿螺旋輸送機、圓篩和簸箕組成，出堿螺旋輸送機是單獨固定在一個高位的鋼筋凝土基礎上；它沿爐體的中心線約有1/2伸入爐內。安裝在爐內的圓篩與螺旋同心。氯化銨工藝（二過程）工藝流程該工序主要是將氨母液Ⅰ在結晶器中經冷卻和加鹽，使氯化銨結晶析出，同時通過補充鹽維持母液組成，供碳化制堿。工藝流程圖如下：主要設備一、結晶器用于結晶操作的設備。結晶器的類型很多，按溶液獲得過飽和狀態(tài)的方法可分蒸發(fā)結晶器和冷卻結晶器；按流動方式可分母液循環(huán)結晶器和晶漿（即母液和晶體的混合物）循環(huán)結晶器；按操作方式可分連續(xù)結晶器和間歇結晶器。而制銨過程中的結晶器主要是冷析結晶器和鹽析結晶器兩種，一般是用鋼板卷焊的，因物料有強烈的腐蝕性，設備受蝕比較嚴重，要內襯塑料板或涂布防腐層。（1）冷析結晶器冷析結晶器的構造如圖所示，由于冷析是制冷的來源，附有外冷器，故主軸流泵是多組的，以備外冷器結垢后，傳熱能力下降倒換清洗的需要，每臺軸流泵直接與一臺外冷器相連，一起開用，一起停用。這一部分是無閥操作，靠啟動軸流泵后自動抽母液送往外冷器，再循環(huán)回來進入多組泵相連的分配箱上自流入冷析結晶器的中心管內下行至器底，再向上穿過晶漿層，使結晶生長，而制冷后的溫度過飽和度也隨之而消失，周而復始地循環(huán)。特點：冷析結晶器的中心管直徑較大，質量也很大而且在急激流動的晶床層中必須牢靠地加以固定。晶床內的晶漿由晶漿管斜向下方插入抽取，這樣可以避免不取出時不致為晶漿堵塞；停止取出時，虹吸去稠厚器的晶漿在閥門關閉后靠重力返回晶床。（2）鹽析結晶器鹽析結晶器的產量約為冷析的一倍，因此它需要較大的反應容積，并且進入它的半母