純堿廠蒸吸的化工過程及設(shè)備的研究

宋義鵬 張振濤（大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司，遼寧大連 116031）

1 純堿廠蒸吸的化工過程及工藝條件

1.1 蒸氨過程及其特點(diǎn)

過程是在一般壓力下進(jìn)行的，吸氨塔進(jìn)氣壓力定為760毫米汞柱。蒸氨母液當(dāng)量6.35 米3，熱衡算所求得的蒸汽消耗量約1.8 噸/噸堿。通過氨蒸餾從母液和堿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的其他含氨水中回收氨和二氧化碳。氨返回到氨吸收系統(tǒng)，其次吸收到精鹽水中以產(chǎn)生氨鹽水，過程中每噸純堿回收約480公斤氨。該過程如圖1所示。

圖1 蒸氨流程示意圖

（1）從廢液中流失的氨氣應(yīng)盡可能小，并應(yīng)降低吸收氨氣的氨氣溫度。

（2）蒸汽消耗低。

（3）設(shè)備理應(yīng)保持運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)能力高，投資成本低。

從化學(xué)過程的觀點(diǎn)來看，氨蒸餾過程與常規(guī)蒸餾過程相比具有以下特征。①盡量減少液氨和二氧化碳的萃取。氨蒸餾塔主要用于提餾。②由于對(duì)蒸餾氣體組成的要求不高，氨蒸餾塔的精餾效果低，并且一些氨蒸餾塔甚至沒有蒸餾塔板（即，母液入口上方的塔板）。冷卻氣罐，冷凝水和上升的氣體在管子之間向下流動(dòng)，類似于精餾塔板進(jìn)行傳質(zhì)，其中理論塔板可以以水箱及管之間的傳質(zhì)作為基礎(chǔ)。③加熱后的蒸汽進(jìn)入塔之后進(jìn)入塔內(nèi)可以降低氦的分壓。促進(jìn)了氨的蒸餾。④氣體量和液體量根據(jù)氨蒸餾塔的塔高而有很大差異。

1.2 蒸氨的工藝條件

在氨蒸工藝處理?xiàng)l件下，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，應(yīng)確定含有氨和過量氧化鈣的廢液。例如，廢液包含30 mg/L的氨和10 kg的廢液。廢液中損失了0.3千克氮，占每噸蘇打灰氨消耗量的10-20%。氧化鈣一般的劑量為0.8 滴度，同時(shí)每一噸的純堿中氧化鈣的損失可以達(dá)到25千克左右。其次氨蒸餾的工藝條件要求相對(duì)較為嚴(yán)格，與系統(tǒng)的壓力情況和溫度情況有著莫大的關(guān)系，蒸餾操作過程中的溫度和壓力成為彼此的牽制。其中塔板的阻力決定了系統(tǒng)的壓力情況，最后得到的氨氣真空泵的容量以氨氣進(jìn)入的氨吸收系統(tǒng)的壓力為主要因素。

1.3 吸氨過程的工藝條件

提供的條件和碳化要求。確定鹽水和氨鹽水的組成，并通過氨蒸發(fā)壓力和系統(tǒng)阻力確定氨吸收系統(tǒng)的壓力。由于氨很容易溶于水，因此氨的吸收率很高，鹽水中的氨吸收率取決于冷卻速率，因此冷卻是該過程的關(guān)鍵要素。因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)較高，在我國(guó)所有的堿廠基本都采取將液體引入塔中進(jìn)行冷卻的過程為主。

吸氨的主要條件:

將氨氣以65°C的溫度和760 mm Hg的壓力進(jìn)料到氨塔中。

氨水:FNI3100 到104 滴定度; TCI88-91 滴度；溫度34 至38℃。FNI3/NaCl ＝1.14-1.20。氨凈化器中的游離氨小于2.5滴定度。塔頂?shù)臍怏w溫度低于40°C。

1.4 壓力下蒸氨操作

在壓力下進(jìn)行氨蒸餾操作期間，較高的溫度降低了輕組分（氨和二氧化碳）和重組分（水）的相對(duì)揮發(fā)性。設(shè)備會(huì)增加廢氨。但是，增加壓力可以提高生產(chǎn)能力，這是有關(guān)其他真空系統(tǒng)組成的結(jié)論，這個(gè)結(jié)論應(yīng)與某一確定的蒸氨系統(tǒng)在操作過程中因結(jié)疤而造成塔底壓力升高的情況相區(qū)別。顯然，增加由結(jié)疤引起的地板壓力會(huì)降低生產(chǎn)率。

2 純堿廠蒸吸設(shè)備探究

2.1 純堿廠的蒸吸設(shè)備

蒸餾操作是使用溶液中每種組分的不同揮發(fā)性（即，在每種組分的蒸氣壓為相同溫度的溫度下）分離組分。分離過程取決于液相和氣相之間的差異實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)。蒸餾和吸收都是傳質(zhì)過程，用于蒸餾和吸收的設(shè)備主要分為兩種：填料塔和板式塔。

板式塔的壓力比填料塔大，但通常認(rèn)為板式塔具有以下優(yōu)點(diǎn)：①范圍廣；②容納氣速多；③運(yùn)行穩(wěn)定；④易于清潔。

近年來，板式塔發(fā)展迅速，諸如浮閥塔之類的新型塔被廣泛用于石油和化工行業(yè)，但是由于純堿材料非常容易結(jié)疤的因素，泡罩塔仍是純堿行業(yè)的主流。盡管最近已報(bào)導(dǎo)氨蒸氣也可使用大孔徑篩板塔，但通常認(rèn)為篩板塔的操作靈活性相對(duì)較小。工作彈性范圍為3到5，泡罩塔的工作彈性則可以達(dá)到9或更高，尤其是泡罩塔可以承受數(shù)十毫米厚的結(jié)疤，因此泡罩塔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雖然其成本高且流體阻力大，但泡罩塔在堿廠蒸餾中仍起主要作用。

2.2 蒸氨塔加熱分解段的填料高度和塔板數(shù)

工藝和操作條件相似，所以從純堿廠蒸餾的母液或淡液的成分相似?，F(xiàn)有的生產(chǎn)單元不僅可以通過實(shí)際生產(chǎn)滿足一般生產(chǎn)要求，而且還具有出色的穩(wěn)定性，并能適應(yīng)各種因素的變化以達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)人員通常根據(jù)現(xiàn)有的氨蒸餾塔的數(shù)量來調(diào)整一個(gè)或兩個(gè)塔板，以確定新設(shè)計(jì)的氨蒸餾塔中的塔板數(shù)量，但是計(jì)算并不能計(jì)算塔板數(shù)量。主要原因是氨氣蒸發(fā)過程沒有完善的塔盤計(jì)算方法，計(jì)算所需的基本數(shù)據(jù)不完整，因此計(jì)算結(jié)果的可靠性不可靠。但是，計(jì)算過程和結(jié)果可能在一定程度上反映了蒸餾過程，該過程受物質(zhì)組成和相關(guān)因素變化的影響。

加熱分解段的計(jì)算應(yīng)基于雙膜理論為計(jì)算原則，并得出以下公式：

2.3 塔板結(jié)構(gòu)

板的作用可以概括為兩個(gè)方面：①創(chuàng)建出色的流體力學(xué)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)更大的兩相接觸界面并不斷更新表面。②防止上升氣體和下游液體軸向反向混合。氣體霧沫和液體混合氣泡沿軸向反向混合。兩者都會(huì)降低塔板分離效果。

對(duì)于塔板提出的具體要求如下:

①液體勻稱地流過塔板。②氣體應(yīng)沿塔橫截面盡可能平均地分布，并且壓力應(yīng)較低。③氣體和液體必須在泡沫狀態(tài)下完全混合，必須有一定的液封措施。④氣體的霧沫混合量要少，塔板間隙要適當(dāng)。⑤溢流管必須具有足夠的體積和高度，以使液體留在溢流管中，氣泡得以分離，并且不會(huì)發(fā)生液體溢流（即，溢流管中的液位過高，因此液體溢流到上塔中，致使液體不能流下來）。

2.4 新設(shè)備應(yīng)用

吸氨工藝的技術(shù)條件基本上是由蘇聯(lián)改進(jìn)氨堿生產(chǎn)中改進(jìn)氨堿生產(chǎn)的主要方向決定的，該設(shè)備的特點(diǎn)是有效的傳質(zhì)和傳熱。這些設(shè)備的組合是自動(dòng)純堿生產(chǎn)線的基礎(chǔ)。

生產(chǎn)能力為850～950 噸/日的蒸餾部分由吸收塔和蒸餾塔組成，塔的結(jié)構(gòu)是具有凹型塔板和管式熱交換器的裝置。該公司還使用日產(chǎn)550 至60 噸的蒸餾冷凝器冷卻器。該冷凝器的傳熱系數(shù)約為700 W/m2·°C（1 W=0.86 kcal/小時(shí)），金屬消耗減少了一半，維護(hù)周期得以增加。

BC3（2）使用帶有對(duì)流孔板的蒸餾模擬熱交換器。蒸餾負(fù)荷可以從10%增加到15%，而塔阻可以降低20%。JIC3（3）采用逆流接觸淡液蒸餾塔，減少了廢液量，增加了廢液中的氯含量，有利于氯化鈣的生產(chǎn)。

3 結(jié)語

總而言之，純堿廠的蒸汽吸過程具有其自身的特征和過程條件，同時(shí)也要隨時(shí)調(diào)整制堿過程，確保其達(dá)到適宜條件。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)已廣泛應(yīng)用蒸氨過程智能優(yōu)化控制策略，達(dá)到了提高關(guān)鍵工藝參數(shù)的穩(wěn)定性，減少材料消耗和能耗的效果，為企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。