重質(zhì)碳酸鈉的粒度改造

王剛，徐峰，吳建勝

（杭州龍山化工有限公司，杭州 蕭山 311228）

碳酸鈉（Na2CO3）的用途很廣，一般都是利用它的堿性。它可用于制造玻璃，如平板玻璃、瓶玻璃、光學(xué)玻璃和高級(jí)器皿；也可利用脂肪酸與碳酸鈉的反應(yīng)制肥皂；還可用于硬水的軟化、石油和油類的精制、冶金工業(yè)中脫除硫和磷、選礦、以及銅、鉛、鎳、錫、鈾、鋁等金屬的制備、化學(xué)工業(yè)中制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、漂白劑、填料、洗滌劑、催化劑及染料等、陶瓷工業(yè)中制取耐火材料和釉?？傊?，它是一種重要的大噸位的化工原料。

碳酸鈉按物理性質(zhì)分為重質(zhì)碳酸鈉和輕質(zhì)碳酸鈉兩種。重質(zhì)碳酸鈉由于顆粒大、表觀密度高、雜質(zhì)含量低、不易結(jié)塊、飛揚(yáng)損失少、便于儲(chǔ)運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到用戶的喜愛(ài)。粒度是重質(zhì)碳酸鈉的一個(gè)重要指標(biāo)。杭州龍山化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱本公司）生產(chǎn)的重質(zhì)碳酸鈉由于粒度不穩(wěn)定，影響了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，也影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

重質(zhì)碳酸鈉采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB210.1-2004，質(zhì)量要求如表1所示。

表1 重質(zhì)碳酸鈉質(zhì)量指標(biāo)（GB210.1-2004）

1 生產(chǎn)原理

目前的重質(zhì)碳酸鈉均是以輕質(zhì)碳酸鈉為原料生產(chǎn)的，按加水量的多少分為液相水合法和固相水合法兩種生產(chǎn)方式。本公司采用的是固相水合法。

固相水合法是將輕質(zhì)碳酸鈉，在水合機(jī)內(nèi)與化合水進(jìn)行化合反應(yīng)生成一水堿結(jié)晶，反應(yīng)如下：

生成的Na2CO3·H2O晶體（又名一水堿，下同）進(jìn)入煅燒爐脫水干燥，將其水份去掉而制得重質(zhì)碳酸鈉，反應(yīng)如下：

在這個(gè)過(guò)程中，碳酸鈉的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有改變，只是其物理狀態(tài)從輕質(zhì)的粉狀變?yōu)橹刭|(zhì)的粒狀，產(chǎn)品的堆積密度得以提高。

2 原生產(chǎn)流程

原生廠流程如圖1所示。

輕灰煅燒爐出來(lái)的熱輕灰，定量進(jìn)入水合機(jī)進(jìn)堿螺旋輸送機(jī)，在水合機(jī)內(nèi)與定量的化合水充分化合后生成一水堿。從水合機(jī)出來(lái)的一水堿進(jìn)入煅燒爐爐頭。在煅燒爐內(nèi)，一水堿受到來(lái)自蒸汽管傳遞的熱量進(jìn)行干燥，去掉水份后生成重質(zhì)碳酸鈉，重質(zhì)碳酸鈉返回爐頭取出后降溫，通過(guò)堿篩進(jìn)入重質(zhì)碳酸鈉倉(cāng)可以包裝。

煅燒爐爐頭出來(lái)的帶堿塵的爐氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器分離堿塵，堿塵落入分離器底部由絞刀返回爐頭。分離堿塵后的爐氣與水合機(jī)出氣箱引出的氣體匯合后進(jìn)入爐氣洗滌塔，凈化后的氣體經(jīng)引風(fēng)機(jī)排空。

從外管網(wǎng)送來(lái)的中壓蒸汽，由煅燒爐爐尾汽室進(jìn)內(nèi)爐內(nèi)，通過(guò)爐內(nèi)加熱管與一水堿間接換熱，凝水自流入凝水缸，凝水缸與閃發(fā)器相連，可以閃發(fā)二次蒸汽并入低壓蒸汽網(wǎng)，低壓凝水送入低壓凝水管網(wǎng)。

圖1 改造前的生產(chǎn)工藝流程圖

重質(zhì)碳酸鈉粒度控制一直是生產(chǎn)的難題，以2013年7月30日到8月4日共計(jì)6天的重質(zhì)碳酸鈉產(chǎn)品的日平均粒度為例，如表2所示。

表2 改造前重質(zhì)碳酸鈉日平均粒度（2013年）

因質(zhì)量問(wèn)題，2013年上半年的重質(zhì)碳酸鈉銷量欠佳，經(jīng)常是開(kāi)開(kāi)停停，這樣不僅造成了設(shè)備的閑置，資源浪費(fèi)，同時(shí)設(shè)備閑置時(shí)又生成鐵銹，影響產(chǎn)品質(zhì)量，形成了一種惡性循環(huán)。

3 技術(shù)改造

3.1 原因分析

固相水合法中重質(zhì)碳酸鈉的粒度形成，主要和水堿比、攪拌均勻度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、鹽分含量等都有關(guān)系。因此，要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的重質(zhì)碳酸鈉，必須從以上因素中找出解決方法。

3.2 調(diào)整工藝參數(shù)

首先，調(diào)整水堿比。水堿比是指進(jìn)水合機(jī)的化合水與輕質(zhì)碳酸鈉的比例。適宜的水堿比，對(duì)一水堿的生成有最直接的關(guān)系，其好壞直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。我們?cè)谶M(jìn)輕質(zhì)碳酸鈉一定量的情況下，對(duì)進(jìn)水量做出變化，按不同的水堿比，對(duì)一水堿的成色進(jìn)行對(duì)比。反應(yīng)好的一水堿，色澤微發(fā)灰，顆粒均勻；而反應(yīng)不好的一水堿，灰白相間，顆粒不勻稱且有粉狀物。最后，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有裝置下，最佳水堿比為1：3左右。

其次，調(diào)整反應(yīng)溫度。由于輕質(zhì)碳酸鈉溫度較高（160℃ ～170℃），加上反應(yīng)生產(chǎn)一水堿也要放熱，故部分水會(huì)蒸發(fā)走。所以這個(gè)水堿比不能單純地從數(shù)據(jù)上看數(shù)字，還要分析生產(chǎn)實(shí)際情況?？刂品磻?yīng)生成的一水堿溫度在90℃左右，既滿足了反應(yīng)的要求，也抑制了水的蒸發(fā)，保證了水堿比不會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)。這樣，可以生成出較好的重質(zhì)碳酸鈉。

3.3 調(diào)整工藝流程

一水堿比和反應(yīng)溫度確定后，接著對(duì)鹽分進(jìn)行調(diào)控。重質(zhì)碳酸鈉的鹽分都是輕質(zhì)碳酸鈉和化合水帶來(lái)的，化合水是二次脫鹽水在循環(huán)洗滌堿塵后送來(lái)的。在分析洗滌塔的洗滌水時(shí)，發(fā)現(xiàn)水中的鹽分較高，而洗滌水補(bǔ)充水采用的是二次脫鹽水，理論上水中的鹽分很低。洗滌水除了接觸到堿塵外，沒(méi)有別的物質(zhì)與其接觸，故又對(duì)分離器中的堿塵進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)堿塵鹽分較高。經(jīng)分析可能是鹽分顆粒較小，隨爐氣帶出較多，而帶出的鹽分又隨堿塵返回爐內(nèi)。將改造前輕、重質(zhì)碳酸鈉的日平均鹽分對(duì)比，如表3所示。

表3 改造前輕、重質(zhì)碳酸鈉日平均鹽分對(duì)比（2013年）

從表3看出，重質(zhì)碳酸鈉的鹽分均較輕質(zhì)碳酸鈉的鹽分高。在無(wú)法對(duì)輕質(zhì)碳酸鈉中的鹽分進(jìn)行脫除的情況下，減少化合水和堿塵帶入的鹽分就很有必要。

針對(duì)此情況，我們將堿塵絞刀取消，改設(shè)一個(gè)堿塵料倉(cāng)。分離下來(lái)的堿塵落入堿塵料倉(cāng)，可以包裝送別處使用。

調(diào)整后的生產(chǎn)工藝如圖2所示。

圖2 改造后的生產(chǎn)工藝流程圖

改造后輕、重質(zhì)碳酸鈉鹽分，選取最近6天的日平均鹽分對(duì)比，如表4所示。

表4 改造后輕、重質(zhì)碳酸鈉日平均鹽分對(duì)比（2013年）

從表4中可以發(fā)現(xiàn)，改造后的鹽分，重質(zhì)碳酸鈉明顯比輕質(zhì)碳酸鈉低。前后一對(duì)比，重質(zhì)碳酸鈉的鹽分有了明顯下降。

4 改造的效果

同樣選取改造前2013年7月30日到8月4日共計(jì)6天的日平均粒度數(shù)據(jù)，同經(jīng)過(guò)改造后的11月21日到11月26日6天數(shù)據(jù)作比較，如表5所示。

表5 改造前后重質(zhì)碳酸鈉日平均粒度對(duì)比

從表5可以看出，改造后粒度較改造前提升了10個(gè)百分點(diǎn)以上。雖然數(shù)據(jù)只選取了連續(xù)生產(chǎn)的6天，但是改造是于8月下旬完成的，目前經(jīng)過(guò)3個(gè)月的生產(chǎn)，重質(zhì)碳酸鈉生產(chǎn)穩(wěn)定，平均粒度在180μm篩余物都在80%左右，質(zhì)量得以顯著提高。

重質(zhì)碳酸鈉粒度改造，并沒(méi)有投入大量資金，只是優(yōu)化了水堿比，增設(shè)了一個(gè)堿塵倉(cāng)，費(fèi)用低，但成果很明顯，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提升。