純堿廠蒸吸的化工過程及設(shè)備的研究

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博市，256414） 武永愛

1 純堿廠蒸吸的化工過程及工藝條件

1.1 蒸氨法及其特性

用熱平衡法計(jì)算出蒸氨母液等效6.35m2，蒸汽消耗約1.8t堿。把過濾液和含有氨氣的雜水，蒸汽輸入到蒸氨塔內(nèi)；把蒸氨塔內(nèi)的廢液排除掉；把經(jīng)過蒸氨塔的過濾液，引入到冷凝器中，使之與蒸氨塔發(fā)生作用，然后進(jìn)入吸氨塔；把石灰乳置入預(yù)灰桶，開始蒸氨工作。圖1為該過程具體示意圖。

圖1 蒸氨流程示意圖

首先是廢液流失的氨氣應(yīng)盡量少，減少氨吸溫度；舉例來說，如果廢水中含有30.0%的氨水，那么含有10%的純氨的廢水需要按照工藝要求被氧化，而剩下的氧化鈣通常只有0.8滴。如以石灰石計(jì)算，每噸堿液中氧化鈣浪費(fèi)25kg。就化學(xué)過程而言，氨蒸餾工藝比常規(guī)蒸餾工藝具有以下特點(diǎn)。

①最大限度地保證二氧化碳和液氨的提取，氨蒸餾塔能起到蒸餾的作用。

②氨蒸餾塔對(duì)蒸餾氣成分要求不高，蒸餾效果不佳，有的氨蒸餾塔甚至沒有蒸餾塔板（如母液入口上方的塔板）。凝結(jié)液和上升氣體通過管路間的冷卻氣罐類似于蒸餾塔，理論塔板是以水箱與管路之間的傳質(zhì)為基礎(chǔ)。

③加熱蒸汽進(jìn)入塔內(nèi)后進(jìn)入塔內(nèi)可降低氦分壓。有效促進(jìn)氨的蒸餾。

④根據(jù)氨蒸餾塔塔高的不同，氣量和液量有較大的差別。

1.2 氨蒸發(fā)生產(chǎn)條件

從經(jīng)濟(jì)角度看，在氨蒸汽處理?xiàng)l件下，含氨廢液及過多氧化鈣應(yīng)進(jìn)行鑒定。舉例來說，廢液含有30mg/L氨水和10kg廢液。該廢物中有0.3kg氮的損失，相當(dāng)于每噸氨氮消耗的10～20%。普通用量為0.8滴，在氧化鈣中每噸的損失可達(dá)25kg左右。氨蒸餾過程中對(duì)工藝條件要求很高，與系統(tǒng)的壓力和溫度有密切的關(guān)系。蒸餾時(shí)，溫度和壓力相互制約，系統(tǒng)的壓力取決于塔盤阻力，而真空泵的最終容量則取決于進(jìn)入氨吸收系統(tǒng)的氨壓力。

1.3 吸氨過程工藝條件

提供的條件以及碳化要求。鹽水和氨鹽水組成的確定。并且，氨氣吸收系統(tǒng)的壓力取決于氨蒸發(fā)壓力和系統(tǒng)阻力。氨水易溶于水，因此氨水的吸氨量大，而鹽水對(duì)氨水的吸氨量取決于冷卻速度，因此冷卻是這項(xiàng)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于換熱系數(shù)較高，國內(nèi)堿廠基本上采用了將液體引入塔內(nèi)冷卻的工藝。主要條件吸收氨氣：氨注入氨塔，溫度65℃，溫度760mmHg。氨水：FNI3100-104;TCI88-91;34～38℃。濾網(wǎng)中游離氨的濃度在2.5滴定度以下，F(xiàn)NI3/NaCl=1.14-1.20。塔頂氣溫低于40℃。

1.4 高壓蒸氨操作

在氨蒸餾過程中，高溫會(huì)降低輕組分（氨和二氧化碳）和重組分（水）的相對(duì)揮發(fā)性。廢棄的氨氣已加入裝置。但增加壓力可使其它真空系統(tǒng)的生產(chǎn)能力提高。這一結(jié)論應(yīng)有別于特殊氨蒸餾系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的結(jié)疤，導(dǎo)致塔底壓力升高。顯然，增加地板結(jié)疤的壓力會(huì)降低生產(chǎn)率。

2 純堿廠蒸吸裝置探析

2.1 純堿裝置蒸吸裝置

蒸餾法是利用各組分在溶液中的不同揮發(fā)性（在相同溫度下，各組分的蒸汽壓力）來進(jìn)行分離。分離過程的質(zhì)量傳遞依靠液氣分離來實(shí)現(xiàn)。蒸餾和吸收均為傳質(zhì)過程，蒸餾和吸收裝置分為填料塔和板式塔。平型塔比填料塔壓強(qiáng)，但一般認(rèn)為平型塔比填料塔壓強(qiáng)。

①范圍廣泛；

②容氣速度高；

③工作穩(wěn)定；

④容易清洗。

近幾年板式塔發(fā)展很快，在石油化工行業(yè)浮閥塔等新型塔型被廣泛地應(yīng)用。但是由于純堿原料易結(jié)垢等原因，泡罩塔仍然是純堿行業(yè)的主流產(chǎn)品。近年來有報(bào)道稱，大孔徑篩板塔可用于制造氨蒸汽，但一般認(rèn)為其操作靈活性較差。它的工作彈性范圍是3～5個(gè)，而且大于9個(gè)。泡罩塔特別耐數(shù)十毫米的腐蝕。泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，盡管其造價(jià)高，流動(dòng)阻力大，但在堿廠精餾過程中仍然起著重要作用。

2.2 氨蒸餾塔加熱分解工段填料高度及塔板數(shù)

蒸餾出的母液或稀釋劑的組分在純堿裝置中也是類似的，因?yàn)檫^程和操作條件相似。該系統(tǒng)不僅能滿足一般生產(chǎn)要求，而且具有較好的穩(wěn)定性。能夠適應(yīng)多種因素的變化，達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)。在新設(shè)計(jì)的氨蒸餾塔中，設(shè)計(jì)者通常會(huì)根據(jù)氨蒸餾塔的現(xiàn)有數(shù)量調(diào)整一到兩個(gè)塔板，但計(jì)算結(jié)果未必精確。其主要原因是氨蒸發(fā)塔板的計(jì)算方法不夠完善，由于計(jì)算需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不完整，造成計(jì)算結(jié)果可靠性低。但計(jì)算過程和結(jié)果可能部分地反映了精餾過程，主要受原料組成和有關(guān)因素的影響。熱解截面的計(jì)算原則應(yīng)根據(jù)雙膜理論導(dǎo)出下列公式：

2.3 塔板結(jié)構(gòu)

板材的作用可歸納為兩點(diǎn)：

（1）創(chuàng)造卓越的流體力學(xué)狀態(tài)，接觸界面變大，表面也在不斷更新。

（2）防止上升氣體和下游液體的軸向反向混合。泡沫和液體的混合物汽泡沿軸向反方向混合。兩者都降低了色譜柱的分離效果。對(duì)板塔的具體要求如下：液體均勻地從塔板上流動(dòng)。氣體應(yīng)盡可能沿塔段均勻分布，且壓力應(yīng)較低。氣液必須在泡沫狀態(tài)下充分混合，并采取液封措施。氣泡內(nèi)混和氣體的量要小，托盤之間的間距要合適。溢流管必須有足夠的體積和高度，使液體保持在外溢管內(nèi)，使氣泡分開，而不會(huì)發(fā)生液體外溢（也就是溢流管中的液面過高，就會(huì)溢出到上面的塔頂，防止液體下流）。

2.4 申請(qǐng)新設(shè)備

氨氮吸收法的工藝條件基本上取決于前蘇聯(lián)氨堿法的主要發(fā)展方向，它具有高效率的傳質(zhì)與傳熱特性。兩者的結(jié)合為純堿生產(chǎn)自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。蒸餾裝置包括一個(gè)吸收塔和一個(gè)蒸餾塔，日產(chǎn)量在850～950t。塔體結(jié)構(gòu)為槽形塔盤和管形換熱器。這家公司每天還使用550～60t的蒸餾水。電容器的傳熱系數(shù)約為700w/m2·C（1w=0.86kcal/h），可使損失的金屬量減少一半，維護(hù)時(shí)間延長。采用具有對(duì)流孔的BC3（2）型模擬蒸餾換熱器。在蒸餾過程中，塔阻力由10%提高到15%，塔阻力減少20%。采用逆流接觸式稀相蒸餾塔減少廢液，提高廢液中氯含量，有利于氯化鈣的生產(chǎn)。

3 結(jié)語

總之，純堿廠蒸汽吸收工藝有其特點(diǎn)和工藝條件，為了保證其適用性，純堿生產(chǎn)工藝應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。并通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，保證原料得到有效利用，生產(chǎn)出了合格的堿。與此同時(shí)，制堿工藝應(yīng)隨時(shí)調(diào)整，以確保達(dá)到合適的條件。為提高氨蒸發(fā)效率，氨蒸發(fā)劑的優(yōu)化可廣泛應(yīng)用于純堿生產(chǎn)過程中。