碳化塔冷卻技術(shù)探討及對結(jié)晶質(zhì)量影響分析

王 遠(yuǎn),丁超然

(江蘇井神鹽業(yè)有限公司,江蘇 淮安 223200)

碳化塔冷卻技術(shù)探討及對結(jié)晶質(zhì)量影響分析

王 遠(yuǎn),丁超然

(江蘇井神鹽業(yè)有限公司,江蘇 淮安 223200)

簡要介紹了碳化工序工藝及碳化塔冷卻技術(shù),并根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對碳化塔的冷卻系統(tǒng)從設(shè)備的設(shè)計(jì)配置到生產(chǎn)實(shí)際操作,進(jìn)行了分析和建議,歸納一些操作經(jīng)驗(yàn),以期對碳化工序的操作有所借鑒,并在實(shí)際生產(chǎn)控制中對碳化的工藝技術(shù)有所改進(jìn)。

純堿;碳化;冷卻;結(jié)晶

碳化工序集化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)動力學(xué)、流體力學(xué),傳質(zhì)傳熱等各項(xiàng)復(fù)雜工藝于一體,是整個純堿生產(chǎn)中最為復(fù)雜的核心工序。在化學(xué)反應(yīng)的同時,存在著氣、液、固三相共存的工況,并伴隨著相變過程。有CO2氣體的溶解和吸收反應(yīng);有 NaCl生成NaHCO3的復(fù)分解反應(yīng);其中NaHCO3的結(jié)晶反應(yīng)是反應(yīng)控制的重點(diǎn)。反應(yīng)結(jié)晶過程是一個吸收傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、放熱傳熱、相變過程同時存在的結(jié)晶反應(yīng)過程。整個反應(yīng)過程是一個放熱化學(xué)反應(yīng)和相變放熱反應(yīng)。碳化塔的冷卻是移出熱量主要手段。為保證碳化反應(yīng)的正常進(jìn)行,尤其是保證結(jié)晶反應(yīng)的正常進(jìn)行,冷卻技術(shù)是碳化操作中一項(xiàng)重要的技術(shù)。它影響著碳化轉(zhuǎn)化率的高低,NaHCO3的結(jié)晶粒徑分布,決定著后續(xù)工序的蒸汽、電、工藝水、原鹽和石灰石等原材料消耗。對于碳化冷卻技術(shù),主要包含:冷卻面積、冷卻強(qiáng)度、冷卻點(diǎn)分布、冷卻溫度的控制等諸方面。筆者將對以上技術(shù)提出見解。

1 碳化工序工藝及碳化塔簡介

碳化塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)是一個復(fù)雜的多項(xiàng)復(fù)合反應(yīng)過程,大約有十幾個化學(xué)反應(yīng)同時存在,其反應(yīng)機(jī)理目前仍不確切,但其總反應(yīng)可用如下反應(yīng)式表示:

其反應(yīng)熱量及相變熱大約為1690.3 MJ/t,除去碳化出堿液、碳化尾氣帶出的熱量、碳化塔的表面散熱損失,需要冷卻系統(tǒng)移出的熱量大約為1632.6 MJ/t[1]。即碳化塔的反應(yīng)熱主要還是需要靠冷卻系統(tǒng)移出。

如此大的熱量移出,需要在碳化塔配置冷卻裝置。因此在傳統(tǒng)的索爾維碳化塔均配置了足夠面積的冷卻段。由此,碳化塔分為洗滌段、吸收反應(yīng)段、冷卻反應(yīng)段。其反應(yīng)如圖1所示[2]。

圖1 制堿塔內(nèi)溶液主要成分變化曲線

圖1是典型的傳統(tǒng)索爾維碳化塔的各種參數(shù)的曲線圖。實(shí)際上各氨堿廠的碳化塔操作曲線圖與圖1有較大的區(qū)別。如中部反應(yīng)區(qū)趨于下移,中部溫度也高于圖1中所示。碳化反應(yīng)的最終目的是最大限度地提高氯化鈉的轉(zhuǎn)化率,生成大結(jié)晶粒度的NaHCO3。但由于反應(yīng)物濃度、反應(yīng)條件的限制,氯化鈉的轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到75%左右,其中反應(yīng)溫度的影響是其原因之一。

2 反應(yīng)結(jié)晶控制理論觀點(diǎn)

最早的碳化反應(yīng)理論是:通過冷卻移出反應(yīng)熱量,使得反應(yīng)得到強(qiáng)化、深化,以得到更高的碳化轉(zhuǎn)化率。但是由于生成的NaHCO3結(jié)晶反應(yīng)的存在,碳化冷卻對結(jié)晶質(zhì)量影響極大,尤其是在冷卻段的熱量移出后,碳化液的過飽和度的生成與破壞,使得結(jié)晶的增長速度小于結(jié)晶析出速度,導(dǎo)致二次晶核的析出,因而 NaHCO3的結(jié)晶中細(xì)晶數(shù)量增多,NaHCO3的結(jié)晶粒度分布過細(xì),這是碳化操作不希望發(fā)生的結(jié)果。

近些年來,對于碳化反應(yīng)控制理論,尤其是對結(jié)晶質(zhì)量的控制,制堿工程師們更傾向于反應(yīng)結(jié)晶學(xué)說。即碳化反應(yīng)過程中的過飽和控制是反應(yīng)結(jié)晶過程,而不是冷卻結(jié)晶過程。也就是說只有通過反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng),才能獲得更多的反應(yīng)生成物,達(dá)到生成物飽和、過飽和狀態(tài),結(jié)晶相變反應(yīng)的推動力得以提高。如果沒有反應(yīng)的進(jìn)行,生成物的結(jié)晶析出反應(yīng)推動力會降低,結(jié)晶總量會因此降低。因此,要獲得高質(zhì)量的結(jié)晶,首要的是要強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在反應(yīng)進(jìn)行充分的基礎(chǔ)上,有效地控制結(jié)晶相變過程,控制結(jié)晶析出速度和數(shù)量,從而獲得大粒徑,均勻分布的結(jié)晶質(zhì)量。對于冷卻控制僅僅是對于反應(yīng)速度的控制,更確切的是對碳化吸收反應(yīng)的過飽和狀態(tài)的控制。從這個意義上講,控制碳化反應(yīng)尤其是對結(jié)晶質(zhì)量的控制,重要的是對碳化吸收反應(yīng)速度的控制。而冷卻僅僅是諸多控制手段中的一種。從結(jié)晶理論出發(fā),主要是控制結(jié)晶的析出速度和結(jié)晶增長速度的反應(yīng)。對于碳化結(jié)晶反應(yīng),我們期望的是粒徑分布更趨于顆粒粗大,而不是細(xì)晶太多。

對于碳化反應(yīng)速度的控制,一個比較有效的手段是通過溫度來抑制碳化吸收反應(yīng)的速度。由于碳化吸收CO2反應(yīng)是一個放熱反應(yīng),當(dāng)系統(tǒng)溫度被反應(yīng)熱升高到一定程度,碳化吸收反應(yīng)速度減緩,這種反應(yīng)速度的減緩為減小NaHCO3溶液過飽和度起到一定的作用,同時也降低了結(jié)晶反應(yīng)的推動力,使得結(jié)晶析出速度小于結(jié)晶增長速度,保證了以結(jié)晶增長為主的結(jié)晶反應(yīng),獲得較大顆粒的NaHCO3結(jié)晶。

從上世紀(jì)80年代末,異徑碳化塔在國內(nèi)純堿行業(yè)逐漸被采用。如引進(jìn)德國的φ2800/3000異徑篩板碳化塔;國內(nèi)研究開發(fā)的大型φ3000/3400異徑菌帽碳化塔。這些碳化塔的結(jié)晶質(zhì)量明顯優(yōu)于同徑傳統(tǒng)碳化塔。在碳化塔的反應(yīng)高溫區(qū),通過擴(kuò)徑增加了碳化液的停留時間,以彌補(bǔ)由于反應(yīng)速度被抑制后影響的碳化吸收反應(yīng)。使結(jié)晶反應(yīng)在高溫區(qū)能夠繼續(xù)進(jìn)行,以增加結(jié)晶的增長。

盡管異徑碳化塔的高溫反應(yīng)區(qū)對結(jié)晶的增長起到了良好的作用。但由于碳化塔擴(kuò)徑增加了反應(yīng)物的停留時間,碳化吸收反應(yīng)熱使得碳化塔高溫區(qū)碳化液溫度相對增高,甚至可超過70℃。在這種條件下,溫度升高造成的反應(yīng)抑制現(xiàn)象,使得吸收、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)減緩,反應(yīng)速度降低的同時,反應(yīng)生成量也相對減少。從另外的角度分析,在進(jìn)入冷卻段前,反應(yīng)物的濃度相對降低得也小,因而保持著因反應(yīng)物濃度相對較高而具備的反應(yīng)推動力。而當(dāng)如此高溫的碳化液進(jìn)入冷卻段后,溫度梯度會發(fā)生較大的變化,導(dǎo)致碳化吸收反應(yīng)被強(qiáng)化,產(chǎn)生較大的過飽和度,其結(jié)晶反應(yīng)的推動力徒增,結(jié)晶析出速度大于結(jié)晶增長速度,從而產(chǎn)生大量的NaHCO3二次晶核,導(dǎo)致細(xì)晶增多。這種現(xiàn)象在異徑碳化塔中表現(xiàn)比較突出,尤其是篩板碳化塔的高塔板效率,更容易造成碳化塔的中部溫度過高,細(xì)晶現(xiàn)象也較明顯。碳化塔高溫區(qū)過渡到冷卻段的控制在碳化操作中顯得更加重要,因此碳化塔的冷卻問題必須高度重視。

3 碳化塔設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

近年來,行業(yè)中工程技術(shù)人員致力于不冷碳化塔的研究[3],此發(fā)明基于反應(yīng)結(jié)晶理論。通過在碳化過程中加氨、加鹽,以提高碳酸化的反應(yīng)推動力,出堿溫度在40℃時仍然能夠達(dá)到高碳化度(Rc達(dá)到186%～190%),獲得80%～85%的高碳化轉(zhuǎn)化率和碳酸氫鈉結(jié)晶平均粒徑為120～150μm,重堿結(jié)晶沉降時間可≤30 s。

上述研究和發(fā)明,證明了反應(yīng)結(jié)晶理論的成立和實(shí)現(xiàn)的可能性。但對于已經(jīng)配置了冷卻段的碳化塔,重要的是研究已經(jīng)存在的冷卻段的配置和操作方法,使得冷卻段的配置和操作方法符合反應(yīng)結(jié)晶的理論,避免認(rèn)識和理解上的誤區(qū),在實(shí)際應(yīng)用中改善碳化結(jié)晶質(zhì)量。

3.1 碳化塔冷卻段高度

碳化塔的冷卻段高度對于改善碳化塔的結(jié)晶質(zhì)量及提高碳化轉(zhuǎn)化率是一個重要指標(biāo)。純堿工程師對這個指標(biāo)選取都有著自己的見解。冷卻段高度決定著碳化吸收反應(yīng)高溫區(qū)域的位置,決定著冷卻強(qiáng)度的大小,決定著碳化液在高溫區(qū)和冷卻區(qū)的停留時間。從而也決定著碳化結(jié)晶的質(zhì)量。在碳化塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中冷卻高度占總塔高比率是一個值得研究的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)一般為40%～50%,通常選取45%為宜。但是由于純堿行業(yè)中的對增加高溫區(qū),延長高溫吸收段的液體停留時間,以增加結(jié)晶的增長的理念,碳化塔的冷卻段高度的設(shè)計(jì)取值有趨于降低的趨勢。如國內(nèi)φ2500碳化塔冷卻段配置10個水箱,冷卻段高度占總塔高度的50.2%;天堿自行開發(fā)的φ3200碳化塔冷卻段高度占總塔高度的49.8%;?；儔A廠引進(jìn)德國的φ2800/3000篩板碳化塔配置 8個水箱,冷卻段高度為44.76%。氨堿法碳化塔推廣應(yīng)用比較多的是φ3000/3400異徑菌帽碳化塔,冷卻水箱配置也是8個,冷卻段高度為總塔高度的48.8%(見表1)。

表1 各種碳化塔冷卻段數(shù)據(jù)

同時,由于鈦冷卻管在行業(yè)中被認(rèn)可,采用鈦管冷卻逐步替代了鑄鐵管冷卻,不僅使得冷卻管的耐腐蝕性、耐沖刷性增強(qiáng),同時使得傳熱效率也大大提高。即在換熱面積相同的設(shè)計(jì)條件下,其換熱強(qiáng)度得到大大提高。因此,使得碳化塔的設(shè)計(jì)者在選取碳化冷卻段高度時,認(rèn)為可以減少冷卻面積,并減少冷卻水箱的個數(shù),使得整個冷卻段高度降低。

碳化塔降低冷卻段高度的設(shè)計(jì)理念,從延長高溫吸收反應(yīng)段延長結(jié)晶增長時間和提高傳熱效率強(qiáng)化冷卻角度分析是合理的。但是如果從反應(yīng)結(jié)晶理論上分析,這種設(shè)計(jì)理念存在著一定的不足。尤其是與不冷碳化塔的設(shè)計(jì)理念相比,這種高強(qiáng)度冷卻更不利于溫度梯度的緩慢降低,在高溫區(qū)被抑制的吸收反應(yīng),很容易在冷卻段得到強(qiáng)化,產(chǎn)生較大的過飽和度,并生成較多的二次晶核。由于高效傳熱材質(zhì)的應(yīng)用,使得冷卻介質(zhì)與被冷卻介質(zhì)的溫差較大,更易在冷卻小管表面發(fā)生結(jié)晶反應(yīng),析出結(jié)晶,我們稱為小管表面結(jié)疤現(xiàn)象。

碳化塔的設(shè)計(jì)和實(shí)際操作中,忽視強(qiáng)化冷卻強(qiáng)度概念并造成碳化細(xì)晶增多、結(jié)晶質(zhì)量下降的現(xiàn)象普遍存在。碳化塔設(shè)計(jì)者更注重強(qiáng)化碳化熱量的移出,而忽略了對結(jié)晶反應(yīng)的影響,因此碳化塔的8個高水箱冷卻配置已經(jīng)成為主流設(shè)計(jì),冷卻段高度趨于降低,重要的是其碳化液在塔內(nèi)的停留時間尤其是冷卻段的停留時間發(fā)生很大的變化。碳化塔的總?cè)莘eV總=0.785D2HV。而有效容積V有效=φ·V總。其中φ為填充系數(shù),即除去冷卻管、菌帽塔板或篩板等塔件占據(jù)的空間。傳統(tǒng)的碳化塔設(shè)計(jì)時一般取φ=80%,其中主要是冷卻小管的占據(jù)空間體積,而且碳化塔的下部進(jìn)氣量大,氣體空間體積也大于塔的中上部。因此在冷卻段的碳化液的停留時間不能簡單的按照塔高比例計(jì)算,碳化液在冷卻段的實(shí)際停留時間要小得多。這種停留時間縮短,且要達(dá)到最終出堿液溫度要求的冷卻指標(biāo),顯然冷卻強(qiáng)度必須得以提高,即通過改善和提高傳熱效率達(dá)到冷卻效果。碳化液在冷卻段停留時間縮短,且又要達(dá)到強(qiáng)化碳化反應(yīng)的效果,以提高碳化最終轉(zhuǎn)化率,其反應(yīng)速度必須相對增加,以保證出堿液達(dá)到最終反應(yīng)平衡。這種工況顯然對結(jié)晶反應(yīng)是不相適宜的。所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是粗顆粒結(jié)晶和細(xì)晶比例都相對增多,在測定碳化出堿液沉降秒時,能夠明顯表現(xiàn)出雙界面重合時間增加。大型異徑篩板碳化塔和大型異徑菌帽碳化塔超負(fù)荷運(yùn)行時,此現(xiàn)象表現(xiàn)尤為突出。

3.2 碳化塔冷卻面積的影響

在設(shè)計(jì)碳化塔冷卻面積時,業(yè)內(nèi)有一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),即冷卻面積定額6～8 m2·d/t,或者每平方米傳熱面積每日可生產(chǎn)純堿125～170 kg。出堿溫度數(shù)據(jù)是重要的設(shè)計(jì)依據(jù),正常出堿溫度設(shè)定為28～30℃,而未冷卻前的制堿液在碳化塔中部溫度為65～68℃,異徑大型碳化塔的高溫區(qū)溫度可達(dá)70℃。當(dāng)這部分熱量必須被移出時,在冷卻面積減少的情況下,需要通過大冷卻水量、高傳熱效率來完成換熱。如φ2800/3000篩板碳化塔,配置的冷卻面積為1416 m2,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為260 t/d,而實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中,該塔型的能力接近于300 t/d,其單位冷卻面積已經(jīng)超過前面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,達(dá)到了183.6～211.9 kg/m2·d。在這種工況下,往往會出現(xiàn)冷卻出水溫度過低,如低于40℃,甚至在30℃左右。冷卻小管的內(nèi)外表面如此大的溫差,極易導(dǎo)致冷卻小管表面的結(jié)晶反應(yīng),形成堿疤。而一旦形成堿疤后,其傳熱系數(shù)會遞減1倍,將更影響傳熱效率。要保證出堿溫度,勢必要增加水量,從而更加降低了出水溫度。這種惡性循環(huán)導(dǎo)致了碳化結(jié)晶反應(yīng)的惡化,甚至導(dǎo)致堵塔。

碳化塔設(shè)計(jì)工程師也意識到冷卻段與高溫吸收反應(yīng)段較大溫差所產(chǎn)生的結(jié)晶反應(yīng)的突變,因此在設(shè)計(jì)冷卻段最上層冷卻面積時,有意減少冷卻管的數(shù)量,以減緩冷卻強(qiáng)度。比如φ2500碳化塔的高水箱底圈和最上部冷卻小管數(shù)量為168根,而中間的水箱冷卻小管數(shù)量為214根。這種設(shè)計(jì)理念是通過減少冷卻小管換熱面積來降低該區(qū)域的冷卻強(qiáng)度,使得碳化液的溫度梯度變化盡量減小。對于冷卻段上部的水箱冷卻小管數(shù)量減少,從結(jié)晶反應(yīng)而言,利小弊大。在實(shí)際的操作中,這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也的確使得碳化液的主體溫度變化較小。但是對于冷卻管表面溫度,由于管內(nèi)的冷卻介質(zhì)的流速隨流通面積的縮小而提高,使得冷卻介質(zhì)的傳熱系數(shù)提高,冷卻小管表面溫度相對降低。同時由于此部分的碳化液結(jié)晶反應(yīng)推動力仍相對較大,且存在著較大的過飽和度,在溫度較低的條件下,結(jié)晶反應(yīng)速度仍然會導(dǎo)致結(jié)晶的大量析出,這對于消除冷卻管表面結(jié)晶反應(yīng)是不利的。因此容易造成冷卻小管的表面結(jié)疤,影響換熱效率,增大冷卻介質(zhì)與碳化液的溫差。在實(shí)際生產(chǎn)中,這種現(xiàn)象在制堿初期更為明顯,冷卻出水溫度衰減,冷卻用水量遞增,而制堿后期冷卻管表面溫度與碳化液主體溫差更大,冷卻管表面結(jié)晶反應(yīng)加劇,嚴(yán)重時會因結(jié)疤導(dǎo)致堵塔,影響作業(yè)周期。

而對于底圈冷卻水箱的冷卻小管數(shù)量的減少相對是合理的。底圈冷卻水箱冷卻小管數(shù)量的減少,可相對提高管內(nèi)冷卻水的流速,強(qiáng)化冷卻效率,使碳化液的最終反應(yīng)在低溫條件下得以強(qiáng)化,以提高碳化轉(zhuǎn)化率。另外,碳化塔接近出堿位置的碳化液,其反應(yīng)推動力因液體的反應(yīng)物濃度降低而減弱,不會因?yàn)槔鋮s強(qiáng)度的提高而產(chǎn)生小管表面結(jié)疤反應(yīng)或二次晶核的析出,因此在碳化塔底圈冷卻水箱減少冷卻小管數(shù)量更為合理。

3.3 碳化水箱冷卻水流向設(shè)置分析

對于碳化水箱冷卻水流向分布,在業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員中重視程度不一。隨著碳化結(jié)晶質(zhì)量指標(biāo)對節(jié)能減排的影響日益受到重視,反應(yīng)結(jié)晶理論被認(rèn)知以及冷卻系統(tǒng)對結(jié)晶反應(yīng)的影響,冷卻水箱的流向的確是值得重視的課題。碳化塔內(nèi)流體的軸向返混是導(dǎo)致結(jié)晶質(zhì)量下降的一個重要因素,尤其是菌帽塔板的軸向返混,是難以解決的問題。但是對于致力于改善結(jié)晶質(zhì)量的業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員,仍然希望在結(jié)晶反應(yīng)區(qū)域內(nèi),溫度梯度的變化盡可能的減小,所產(chǎn)生的過飽和度能夠最大限度地被消除,以利于結(jié)晶的增長。因此,我們希望在碳化塔的同一層面上的碳化液的濃度、溫度應(yīng)最大限度的接近,尤其是冷卻段的溫度,其碳化液流體主體的溫度梯度應(yīng)是均衡的。

碳化塔水箱的冷卻方式仍然是較為粗獷的設(shè)計(jì)。這主要是忽略了碳化液的溫度梯度的變化,因此在設(shè)計(jì)碳化塔冷卻水箱的冷卻水流向上存在著“田”字形和“弓”字形兩種結(jié)構(gòu)形式,如圖2。

圖2 碳化塔冷卻水箱流向圖

按照傳熱傳質(zhì)原理,“弓”字形配置應(yīng)該更合理。碳化塔的冷卻設(shè)計(jì),不僅僅是為了移出反應(yīng)熱量,重要的是要考慮結(jié)晶反應(yīng)的控制,因此“弓”字形水箱流向更利于碳化塔同一層面上的碳化液溫度相近,其溫度對反應(yīng)速度的影響也是相近,這對于穩(wěn)定控制結(jié)晶反應(yīng)是十分有利的。但“弓”字形流向易出現(xiàn)冷卻水走偏現(xiàn)象,從而導(dǎo)致碳化液的溫度也出現(xiàn)偏差,其反應(yīng)結(jié)晶速度也受到影響。大型碳化塔由于塔徑的增大,冷卻水箱進(jìn)水橫向分布增大,對冷卻小管內(nèi)水量的均勻分布更增加難度。

而“田”字形流向分布由于在冷卻水進(jìn)水橫向分布上一分為二,縮短了橫向分布。但由于在同一層面上冷卻介質(zhì)的回程流向使得回程的冷卻介質(zhì)溫度有溫差存在,其傳熱效率也受其影響,因而導(dǎo)致碳化液在同一層面上的冷卻強(qiáng)度有偏差,其碳化液的溫度梯度會產(chǎn)生偏差,這勢必影響碳化反應(yīng)速度,其碳化度甚至過飽和度也存在差異,這對于結(jié)晶反應(yīng)控制是十分不利的?！疤镒帧毙蔚牧飨蚍植几诶鋮s水的均勻分布,因此“田”字形水箱冷卻水流向分布更多地被采用,尤其是大直徑碳化塔為防止冷卻水走偏,都采用了“田”字形流向設(shè)計(jì)。

3.4 冷卻進(jìn)出水的設(shè)置分析

碳化塔的冷卻水進(jìn)出水的設(shè)置取決于設(shè)計(jì)者對碳化塔冷卻系統(tǒng)的理解。有配置雙進(jìn)雙出的冷卻水系統(tǒng),有單進(jìn)雙出、三出冷卻水配置的,其設(shè)計(jì)理念在于:雙進(jìn)雙出主要是對冷卻水的資源利用問題,尤其是夏季地表水溫升高后,碳化冷卻系統(tǒng)因水溫太高影響換熱效率,因此采用地下水或者人工冷凍降溫水,低溫水用在冷卻段的下部,以降低最終出堿溫度,達(dá)到提高碳化轉(zhuǎn)化率的目的。但是這種雙進(jìn)水系統(tǒng),尤其是低溫水的出水溫度很難控制到與上層進(jìn)水溫度的接近,因此容易形成兩段水箱的冷卻水溫度差異,對碳化液的溫度梯度變化是不利的。

另外低溫冷卻水的用水量跟高溫冷卻水的用量出現(xiàn)的差異會導(dǎo)致冷卻管的傳熱效率的偏差,這同樣對碳化液的溫度梯度及反應(yīng)速度造成差異,同樣不利于結(jié)晶反應(yīng)的進(jìn)行。因此,碳化塔內(nèi)的反應(yīng)不是簡單的放熱及傳熱過程,其相變反應(yīng)及氣、固、液三相共存的物化特性要求碳化塔的冷卻系統(tǒng)必須符合碳化反應(yīng)的要求。

碳化塔的出水設(shè)計(jì)始終存在的兩種出水口的配置,甚至是上、中、下出水口配置,這種設(shè)計(jì)理念主要還是從強(qiáng)化冷卻反應(yīng),延長高溫作業(yè)區(qū)的角度考慮。但是實(shí)際上開用中層出水或下層出水,跟降低冷卻段高度,強(qiáng)化冷卻反應(yīng)的道理是一致的。尤其是在新制堿初期,只開用下層或中層出水,對冷卻小管的換熱效率衰減是非常明顯的,某純堿廠大型碳化塔作業(yè)周期達(dá)不到40 h,與制堿初期開用下層出水導(dǎo)致冷卻小管表面結(jié)疤有很大關(guān)系。因此,從碳化反應(yīng)尤其是結(jié)晶反應(yīng)角度分析,配置多層出水的設(shè)計(jì)理念不盡合理。

4 碳化塔冷卻操作控制分析

4.1 碳化中部溫度控制分析

碳化塔中部溫度是碳化反應(yīng)的一個重要操作指標(biāo)。碳化反應(yīng)過程是一個放熱反應(yīng)過程,通過放出的熱量提高的碳化液的溫度,碳化塔中部溫度反映了碳化液吸收反應(yīng)的程度。中溫偏低,反映出碳化液在吸收反應(yīng)段沒有充分吸收CO2及進(jìn)行化學(xué)反應(yīng);中溫偏高一般反映出碳化液的反應(yīng)程度較高,釋放出足夠的反應(yīng)熱量。近年來,由于業(yè)內(nèi)更傾向于延長高溫區(qū)能夠改善碳化結(jié)晶質(zhì)量的觀念,因此在碳化操作中,將碳化塔中部溫度控制在高限,甚至超過高限,例如前面所說的中部溫度超過70℃,甚至接近80℃的個別現(xiàn)象。

這是一個誤區(qū)。碳化塔上中部在沒有熱量移出裝置配置下,碳化的溫度提升來源于碳化的吸收、化學(xué)反應(yīng)。但是對于預(yù)碳化反應(yīng)程度不同的碳化液,在制堿塔中部,其反應(yīng)溫度是不同的。預(yù)碳化程度越低的碳化液,反而會造成制堿塔中部碳化液溫度越高的現(xiàn)象,但這種狀況下的碳化液的碳化度不一定會更高。其原因在于在預(yù)碳化過程中反應(yīng)出的熱量沒有被冷卻系統(tǒng)移出,而進(jìn)入制堿過程吸收CO2并放出熱量使得碳化液中溫度升高,這是一種溫度假象,并不能代表碳化反應(yīng)的真實(shí)程度。因此在預(yù)碳化較低的工況下,制堿過程碳化吸收反應(yīng)的程度不高,如果再控制高溫區(qū)停留時間延長,碳化的吸收反應(yīng)受到抑制現(xiàn)象會更加突出。這對追求出堿口最終碳化轉(zhuǎn)化率來說,剩余的碳化反應(yīng)需要在冷卻段進(jìn)行,在溫度梯度變化較大的工況下,完成碳化吸收、結(jié)晶反應(yīng),其反應(yīng)速度強(qiáng)化提高,這對于結(jié)晶控制是十分不利的。

預(yù)碳化差且制堿塔中部溫度過高的操作工況,會發(fā)生碳化液游離氨被解吸現(xiàn)象,解吸的氨隨氣體上升至塔頂,當(dāng)與溫度較低的進(jìn)塔預(yù)碳化液接觸時,會形成吸氨過程,而這個吸氨過程會因氨的溶解熱而導(dǎo)致碳化液溫度的升高。國內(nèi)某堿廠曾經(jīng)發(fā)生過此種現(xiàn)象。這種塔頂吸氨造成的溫度升高使得碳化液在碳化塔中部時塔溫更高,形成一種惡性循環(huán),使得最終出堿液氨鹽比過低,轉(zhuǎn)化率降低,細(xì)晶多,沉降秒高。解決這種惡性循環(huán)的重要手段就是降低碳化塔中部溫度至正?？刂品秶?/p>

碳化塔的中部溫度控制與否,似乎跟碳化冷卻系統(tǒng)的控制無直接關(guān)系,中部溫度與冷卻水出水溫度的溫差是有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的。當(dāng)預(yù)碳化程度較好的碳化液(CO2含量超過65 tt)在制堿塔的中部溫度與冷卻出水溫度的溫差不應(yīng)該超過20℃,這是一個應(yīng)該引起重視的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這個溫差工況下,碳化液的結(jié)晶反應(yīng)不會出現(xiàn)較大的過飽和度,會避免驟冷導(dǎo)致結(jié)晶反應(yīng)加劇而使二次晶核的大量生成,結(jié)晶質(zhì)量惡化現(xiàn)象。這個經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)溫度是碳化塔的中部溫度,如果過高的中部溫度工況,則對冷卻段的冷卻效率要求更高,即相對較高的出水溫度。較高的出水溫度對于制堿末期的碳化塔要達(dá)到這個指標(biāo)是比較困難的,因此在制堿塔末期通過加大氣量提高塔溫是得不償失的操作。如果設(shè)定碳化塔中部溫度為62～68℃,則在制堿末期維持中部溫度偏低限是必要的。碳化塔末期追求高中部溫度,只能是浪費(fèi)CO2氣和導(dǎo)致結(jié)晶質(zhì)量下降。

4.2 低水溫操作影響

低冷卻水溫操作必須引起足夠的重視,尤其是在冬季北方地域純堿廠,冬季冷卻水溫度低于5℃時占總作業(yè)時間的比例很大,這種低水溫冷卻操作雖然提高了傳熱的推動力,可節(jié)約冷卻用水,但是低溫冷卻水作業(yè)對碳化操作帶來的弊端是相當(dāng)大的。這主要是因?yàn)樘蓟鋮s段的碳化液在冷卻水箱處主要靠上升的CO2氣體的攪動而產(chǎn)生相對流動,其流動狀態(tài)為非湍流狀態(tài),層流狀態(tài)的傳熱效率的降低,使冷卻小管表面的溫度與液體主體溫度溫差很大,這種大溫差會導(dǎo)致冷卻小管表面反應(yīng)加劇,結(jié)晶的析出會在冷卻管表面進(jìn)行,造成冷卻管表面的結(jié)疤。在冬季一些純堿廠的碳化塔堵塔現(xiàn)象頻發(fā),塔壓低,出堿口噴氣,就是冷卻小管表面結(jié)疤堵塞氣體通道所致。

冬季低溫冷卻水,會減少冷卻水的用量,但是隨著冷卻小管表面反應(yīng)的進(jìn)行,結(jié)疤嚴(yán)重。冷卻小管表面結(jié)疤的生成與加厚,使得冷卻管的導(dǎo)熱系數(shù)會大幅度降低,傳熱效率降低,用水量也隨之增加。因此,冬季的5℃甚至更低溫度的冷卻水跟夏季接近30℃的冷卻水用量,不是簡單按溫度計(jì)算的用水量,單純低溫冷卻不一定會像理論計(jì)算的那樣節(jié)省冷卻用水,實(shí)際經(jīng)驗(yàn)是冬季的低溫冷卻水當(dāng)量往往是超過理論當(dāng)量。

從這個觀念出發(fā),低溫冷卻水操作是不可取的。不能簡單的把低溫冷卻水當(dāng)成是利于傳熱過程的優(yōu)勢,必須兼顧碳化塔的反應(yīng)特性綜合分析和采取技術(shù)措施。

4.3 水箱水垢泥沙對換熱效率降低的影響

冷卻水中含的泥沙對冷卻傳熱效率的影響經(jīng)常被忽略,實(shí)際上各純堿廠的冷卻水都不進(jìn)行凈化處理,其中含有大量的泥沙。由于冷卻水中的泥沙極易造成冷卻管淤積,降低冷卻面積。泥沙的淤積主要是表現(xiàn)在冷卻管的內(nèi)壁,更多的是沉積在冷卻管的底部,這比較容易理解和發(fā)現(xiàn),但是泥沙淤積在冷卻水箱的花板箱內(nèi)卻容易被忽略。由于冷卻水在花板箱內(nèi)的流速突然降低,所含有的泥沙會沉積并堆積在花板箱底部,甚至堵塞部分冷卻水管的進(jìn)口,使得部分冷卻管不能正常發(fā)揮換熱作用,這在大修拆除花板箱端蓋時會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。

因此冷卻水含有的泥沙沉積會嚴(yán)重影響冷卻系統(tǒng)的傳熱效率,并會導(dǎo)致結(jié)晶質(zhì)量的影響,必須采取必要的技術(shù)措施解決冷卻水含泥沙問題。

4.4 操作技術(shù)及習(xí)慣因素分析

碳化塔冷卻用水操作對碳化塔的冷卻管結(jié)疤及結(jié)晶質(zhì)量都會產(chǎn)生較大的影響。由于碳化塔的冷卻不是單純的移出熱量的操作,更重要的在移出熱量的同時兼顧結(jié)晶反應(yīng)速度的控制,以保證結(jié)晶的析出速度和結(jié)晶的增長速度的均衡,防止冷卻管表面的結(jié)晶反應(yīng)并防止結(jié)疤,因此碳化塔的冷卻用水操作應(yīng)引起足夠的重視。

從清洗塔新改為制堿塔后,由于冷卻管表面被清洗干凈,冷卻管的導(dǎo)熱系數(shù)恢復(fù)到單純的金屬管材的導(dǎo)熱系數(shù),因此這期間的傳熱效率是比較高的。另外從清洗塔改為制堿塔,改為下段高濃度CO2氣制堿,CO2濃度及氣量由低到高,在這個階段其吸收反應(yīng)速度相對較高,產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)致碳化液溫度的溫升很快。同時對結(jié)晶反應(yīng)及結(jié)晶析出的相變過程的推動力較高,因此穩(wěn)定控制碳化塔的溫度梯度是控制反應(yīng)速度的有效手段。冷卻水的使用操作,緩慢降低系統(tǒng)溫度,是控制結(jié)晶反應(yīng)的顯著因素。如果在這個階段突開冷卻用水,會使得碳化液的溫度梯度發(fā)生較大變化,并伴隨著結(jié)晶反應(yīng)速度的提高,因此,制堿初期的冷卻用水是至關(guān)重要的操作。

從控制碳化液的溫度梯度角度分析,制堿塔初期的冷卻操作應(yīng)避免大水量高冷卻強(qiáng)度的降溫過程。除少開、緩開冷卻水操作外,更應(yīng)避免在制堿初期開用中層出水或下層出水操作。制堿初期強(qiáng)化冷卻的操作,對冷卻管的結(jié)疤影響是非常大的,需要強(qiáng)調(diào)的是:在制堿初期,碳化塔的最重要的技術(shù)指標(biāo)是結(jié)晶質(zhì)量而不是碳化轉(zhuǎn)化率。

5 碳化塔冷卻系統(tǒng)技術(shù)措施建議

5.1 碳化塔冷卻系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)技術(shù)建議

冷卻段高度應(yīng)引起足夠的重視。碳化塔冷卻段高度應(yīng)趨于接近高溫反應(yīng)區(qū),其占總塔高比不應(yīng)低于50%。冷卻高度增加而冷卻強(qiáng)度降低,使冷卻水的出水溫度更高,冷卻水出水與碳化液溫差更低,這有利于高溫碳化液過渡到冷卻段時,不會因?yàn)闇囟韧蛔兌斐煞磻?yīng)速度的改變。對于碳化塔冷卻段的配置,筆者更傾向于配置10個水箱或者12個矮水箱。

冷卻水箱之間的菌帽的作用不可忽略。菌帽的作用不僅增加了氣液傳質(zhì)的浸潤傳質(zhì)面積,氣體通過菌帽鼓泡的攪動,更有利于碳化液溫度的均勻分布,這對于改善冷卻水箱間相對流動狀態(tài)較差的碳化液的流動狀態(tài)是非常必要的措施。

矮水箱比高水箱的配置更合理。矮水箱的配置可增加水箱間菌帽的數(shù)量,矮水箱更利于冷卻水的分配,減少冷卻水造成的溫度差異及對結(jié)晶的負(fù)面影響。矮水箱的投資造價(jià)也低于高水箱,因此建議碳化塔采用矮水箱配置。

冷卻水“弓”形流向更合理,利于溫度梯度合理變化。筆者更傾向“弓”形設(shè)計(jì)水流流向,尤其是冷卻介質(zhì)流量充足,進(jìn)水壓力充分的條件下,“弓”形分布也可以達(dá)到均勻分布的效果。第一圈水箱采用雙進(jìn)水、最上層水箱雙出水管或和多進(jìn)水出水管口配置,更利于冷卻水的均勻分布,防止冷卻水走偏。

各水箱等數(shù)量小管數(shù)配置更為合理。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念中,減少上層冷卻水箱冷卻小管根數(shù)是從降低冷卻面積角度考慮弱化冷卻強(qiáng)度的作用。但是對于冷卻管的傳熱系數(shù)會因管內(nèi)冷卻水流速的提高而增強(qiáng),會導(dǎo)致冷卻管表面溫度相對降低,這對于防止冷卻管表面結(jié)疤是不利的,應(yīng)控制冷卻介質(zhì)的均勻流速而減少傳熱效率的波動。因此如果要降低上層出水的冷卻強(qiáng)度應(yīng)通過提高冷卻水的溫度而降低傳熱推動力,達(dá)到弱化冷卻強(qiáng)度的目的。

高導(dǎo)熱系數(shù)材質(zhì),高湍流流體狀態(tài),可有效提高傳熱效率,如采用鈦波紋管冷卻管技術(shù)。并且由于波紋管可使得管內(nèi)冷卻水的流動狀態(tài)呈非勻速流動,管內(nèi)流體在較低的流速下,束管處即可形成湍流。流速及湍流狀態(tài)的改變可改善、提高傳熱系數(shù),換熱效率較普通直管可提高1倍多。碳化塔冷卻小管壁結(jié)疤是影響冷卻水箱換熱效果的重要因素,結(jié)疤成分的導(dǎo)熱系數(shù)與冷卻管材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)相差極大,而且一旦形成管外壁結(jié)疤后會造成惡性循環(huán),使得結(jié)疤速度遞增,這也是導(dǎo)致碳化塔作業(yè)周期縮短的重要原因。但是由于波紋管的熱脹系數(shù)與結(jié)疤成分的熱脹系數(shù)存在更大的差異,波紋管的熱脹特性,可在波紋管的熱脹變形時,破壞堿結(jié)疤的表面附著力,造成輕微結(jié)疤的脫落。因此波紋管具有防結(jié)疤能力,可有效減緩結(jié)疤,這對提高碳化塔的作業(yè)周期是一個非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢。目前大直徑波紋管技術(shù)已經(jīng)成熟,如φ63 mm的波紋管成型技術(shù)已經(jīng)研發(fā)成功,這是碳化塔冷卻系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)的突破點(diǎn),將會給碳化塔的能力提高、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的改善、結(jié)晶質(zhì)量的改善、作業(yè)周期的延長及碳化塔編組等帶來革命性的技術(shù)進(jìn)步,因此筆者更傾向于在碳化塔內(nèi)采用波紋管冷卻小管的技術(shù)。

5.2 碳化制堿塔冷卻系統(tǒng)操作技術(shù)建議

根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),冬季碳化塔冷卻水進(jìn)水溫度不應(yīng)低于15℃。最好是18℃。當(dāng)?shù)陀?5℃時,必須采取技術(shù)措施以提高進(jìn)水溫度,如碳化高溫出水通過泵加壓再返回到進(jìn)水總管,將冷卻水溫提高至超過15℃,我們稱為碳化冷卻自身循環(huán)系統(tǒng)。這種技術(shù)措施可以杜絕冬季碳化塔堵塔噴氣現(xiàn)象,提高碳化冷卻進(jìn)水溫度,冷卻水量增加,管內(nèi)流速加大,傳熱系數(shù)改善,傳熱效率也相對提高。另外冷卻小管內(nèi)外溫差的降低,可有效減少冷卻小管的結(jié)疤,保持較高的傳熱效率。且由于是從冷卻出水中返回部分循環(huán)使用,不會增加一次冷卻水的用量,增加的只是提高出水返回系統(tǒng)的動能能耗,對于北方內(nèi)陸缺水地區(qū),這是一項(xiàng)非常有效的技術(shù)措施。青島堿業(yè)從實(shí)施該項(xiàng)技術(shù)后,已經(jīng)有20多年沒有出現(xiàn)碳化塔堵塔噴氣現(xiàn)象,是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)措施。

新制堿塔初期的開用冷卻水控制,避免驟冷結(jié)疤,采取早開、慢開、勤調(diào)、漸調(diào),不必等中部溫度完全升高再開用海水。即當(dāng)碳化塔中部接近50℃時,即可少開冷卻水,控制著冷卻水出水溫度盡量接近碳化液溫度,且移出熱量小于反應(yīng)熱量,以保證碳化液溫升繼續(xù)進(jìn)行。在緩慢的、漸冷的工況下碳化塔中部溫度達(dá)到指標(biāo)值,即62～68℃。在制堿初期須保證冷卻出水溫度與碳化塔中部溫度溫差≤20℃,這對保證碳化塔改塔后的結(jié)晶質(zhì)量是非常有效的經(jīng)驗(yàn)。

影響碳化出水溫度的因素除冷卻小管外結(jié)疤、進(jìn)水溫度過低等因素外,冷卻管內(nèi)淤積泥沙也是導(dǎo)致冷卻效率降低的一個重要原因。冷卻水箱及冷卻管內(nèi)淤積泥沙對傳熱效率的影響,在碳化塔冷卻流程設(shè)計(jì)時,曾有過技術(shù)措施,如倒沖水箱流程,但是在實(shí)際操作中,水箱及冷卻管淤積經(jīng)常被忽略,因而倒沖水箱操作經(jīng)常不被使用,這主要是因?yàn)榈箾_水箱時操作較為復(fù)雜;倒沖后效果不是太理想;倒沖操作時容易造成碳化結(jié)晶質(zhì)量變壞,甚至由于長時間不用倒沖水閥,致使水閥銹蝕開關(guān)困難等。

清理冷卻水箱和冷卻小管的淤積泥沙的技術(shù)措施是必須的。一種行之有效的沖洗水箱的技術(shù)在青島堿業(yè)公司應(yīng)用了20多年,這種沖洗水箱的技術(shù)主要是利用了氣體的高強(qiáng)度攪動,將水箱中的淤泥沖起,并被冷卻水帶出冷卻系統(tǒng)。產(chǎn)生強(qiáng)烈攪動的氣體取自清洗氣,有兩種可實(shí)現(xiàn)的做法,一是如果壓縮清洗氣冷卻塔采用直接冷卻方式的,可將冷卻塔的出水用于水箱沖洗。壓縮冷卻出水中溶解部分CO2氣,稱之為“酸化水”,這種連氣帶水的酸化水,兌入碳化塔冷卻水進(jìn)水管,與冷卻水一同進(jìn)入冷卻水箱。由于減壓,酸化水釋放出CO2在冷卻小管內(nèi)產(chǎn)生劇烈攪動,將淤積的泥沙沖起。這種措施我們稱為酸化水沖洗法,這種方法的另外優(yōu)點(diǎn)是利用了壓縮CO2氣溶解于水中形成的酸性,可溶解冷卻水鈣、鎂離子形成的鹽類結(jié)疤,提高換熱效率。缺點(diǎn)是操作起來需要碳化崗位與壓縮崗位協(xié)調(diào)進(jìn)行,尤其是壓縮崗位對冷卻塔的液面調(diào)節(jié)尤為重要,液面過低會造成大量清洗氣浪費(fèi);第二種方法是直接將清洗氣管接到碳化塔進(jìn)水管,具體的位置應(yīng)該在碳化塔冷卻水倒沖出水管上,當(dāng)開啟倒沖出水閥時,酸化水進(jìn)入冷卻水水箱起到強(qiáng)烈攪動作用。這種方法是操作比較簡單,只需配置清洗氣管在碳化冷卻系統(tǒng)附近,由碳化崗位自行操作調(diào)節(jié)即可。需要強(qiáng)調(diào)的是這種氣體攪動沖洗水箱的技術(shù)措施,必須是單塔進(jìn)行操作,對碳化塔組來說應(yīng)逐一進(jìn)行。這主要是為了保證沖洗的效果和節(jié)省CO2氣,如果同時對所有碳化塔組進(jìn)行沖洗,一定量的CO2氣分散到各塔中,氣體的攪動降低,沖洗的效果較差。

根據(jù)青島堿業(yè)的經(jīng)驗(yàn),碳化塔水箱的沖洗應(yīng)該保證在每周2次,當(dāng)然要根據(jù)冷卻水含泥沙量而定。沖洗與否取決出水溫度高低,當(dāng)冷卻水出水溫度低于35℃時,或者出水溫度與碳化塔中部溫度溫差≥25℃時,沖洗操作就需要進(jìn)行。定期沖洗碳化水箱操作是值得提倡的經(jīng)驗(yàn)。

使用壓縮空氣替代CO2清洗氣是完全可行的,而且還可節(jié)省CO2氣,但需要另外配置空氣壓縮機(jī)和管道。用壓縮空氣的最大的優(yōu)點(diǎn)是可防止清洗氣中含有的少量的CO從出水管釋放后,對操作人員造成傷害。

5.3 碳化清洗塔操作技術(shù)建議

清洗塔的作用是碳化液的預(yù)碳化和制堿塔的結(jié)疤清洗。對于碳化塔的清洗操作,關(guān)鍵在于清洗的重點(diǎn)部位。傳統(tǒng)意義上的清洗部位重點(diǎn)在菌帽和塔板的氣液通道,但是實(shí)際上最需要清洗的是冷卻小管的表面結(jié)疤,而且由于冷卻小管的分布排列,使得管間距是氣液通道的最小間距,而塔內(nèi)的結(jié)疤最嚴(yán)重部位也是在冷卻小管的表面,因此對于清洗效果的提高,首先要考慮到冷卻管表面的堿疤溶解清洗,也就是說,清洗塔的清洗重點(diǎn)部位應(yīng)該是冷卻水箱。

根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),CO2氣體的攪動對于清洗效果作用是最顯著的,這對于單純的走鹵量的清洗效果更明顯,因此,從清洗的初期就應(yīng)該加強(qiáng)氣體攪動對清洗效果的作用,這與傳統(tǒng)的清洗塔操作是有區(qū)別的。傳統(tǒng)清洗塔初期的操作,往往是加少量的CO2清洗氣,而主要是靠氨鹽水的溶解度來溶解堿疤。甚至認(rèn)為清洗的初期由于加大了CO2清洗氣量,CO2氣溶于氨鹽水后降低了氨鹽水溶解堿疤的溶解度和溶解速度。但是這種清洗操作很容易造成清洗液走偏,尤其是有結(jié)疤堵塞通道的地方,會因?yàn)樽啕u量不足而清洗效果不好。對于塔底部積堿的清洗塔,如果不依靠氣體的攪動,堆積在冷卻管或塔板上的積堿會因比表面積小而影響溶解反應(yīng)速度。因此筆者建議從清洗操作一開始進(jìn)行,清洗氣就應(yīng)該加足,靠大清洗氣量產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪動作用,使得清洗作用更加充分。在碳化塔冷卻段,由于菌帽數(shù)量相對較少,更應(yīng)該通過底圈的大清洗氣量在菌帽處產(chǎn)生更好的鼓泡效果和氣體攪拌作用。在多年的實(shí)際應(yīng)用中,其效果也是顯著的。這種氣體攪拌作用可以加速堿疤溶解表面的更新,比較有效地溶解清洗冷卻管表面的結(jié)疤。使用鈦冷卻小管的碳化塔,這種操作技術(shù)應(yīng)該推廣,高質(zhì)量的清洗冷卻小管表面結(jié)疤作業(yè),對改善冷卻效果意義重大。

6 結(jié) 論

對于碳化塔的冷卻系統(tǒng),筆者從設(shè)備的設(shè)計(jì)配置到生產(chǎn)實(shí)際操作,根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行了分析并提出建議,這些分析主要基于對碳化塔的工藝原理的理解,更確切的說是基于對碳化塔結(jié)晶質(zhì)量的重要性的理解。對于碳化塔的主要工藝指標(biāo),結(jié)晶質(zhì)量重要意義更大于碳化轉(zhuǎn)化率。因此對于碳化冷卻系統(tǒng)的研究也是從改善碳化結(jié)晶質(zhì)量角度考慮,而不是單純化學(xué)反應(yīng)熱量的移出及傳熱過程。如果能夠把碳化結(jié)晶反應(yīng)作為碳化塔化工過程的主要研究目標(biāo),相信會得到共識。

對于碳化塔操作的技術(shù)建議,也是通過實(shí)際操作與化工原理的對接而改進(jìn)的技術(shù)措施,如冬季碳化冷卻系統(tǒng)自身循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水箱沖洗技術(shù)等等,都是有著實(shí)效的技術(shù)研究實(shí)例,期望能夠在行業(yè)中得以推廣和應(yīng)用。無論是對碳化塔的分析還是操作建議,都是從反應(yīng)結(jié)晶理論的觀點(diǎn)出發(fā),如果我們能夠?qū)⑻蓟?nèi)的化工工藝從單純的化學(xué)復(fù)分解反應(yīng)、傳熱過程中更多地考慮結(jié)晶反應(yīng)的化學(xué)工程,把研究的重點(diǎn)放在結(jié)晶質(zhì)量的控制上,碳化塔的工藝技術(shù)研究會有一個統(tǒng)一的技術(shù)觀念,而這種技術(shù)觀念會對碳化工藝操作產(chǎn)生很大的推動作用。

[1]王楚,傅孟嘉,戎壽昌,周光耀.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991.

[2]中國純堿工業(yè)協(xié)會.純堿工學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1990.

[3]王全.制取碳酸氫鈉的方法-循環(huán)和不冷式碳化塔的氨堿過程[J].純堿工業(yè),2009,(1):

TQ 114.1

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:1005-8370(2011)01-03-09

2010-05-18