纯碱厂蒸吸的化工过程及设备的研究

（山东工业职业学院，山东淄博市，256414） 武永爱

1 纯碱厂蒸吸的化工过程及工艺条件

1.1 蒸氨法及其特性

用热平衡法计算出蒸氨母液等效6.35m2，蒸汽消耗约1.8t碱。把过滤液和含有氨气的杂水，蒸汽输入到蒸氨塔内；把蒸氨塔内的废液排除掉；把经过蒸氨塔的过滤液，引入到冷凝器中，使之与蒸氨塔发生作用，然后进入吸氨塔；把石灰乳置入预灰桶，开始蒸氨工作。图1为该过程具体示意图。

图1 蒸氨流程示意图

首先是废液流失的氨气应尽量少，减少氨吸温度；举例来说，如果废水中含有30.0%的氨水，那么含有10%的纯氨的废水需要按照工艺要求被氧化，而剩下的氧化钙通常只有0.8滴。如以石灰石计算，每吨碱液中氧化钙浪费25kg。就化学过程而言，氨蒸馏工艺比常规蒸馏工艺具有以下特点。

①最大限度地保证二氧化碳和液氨的提取，氨蒸馏塔能起到蒸馏的作用。

②氨蒸馏塔对蒸馏气成分要求不高，蒸馏效果不佳，有的氨蒸馏塔甚至没有蒸馏塔板（如母液入口上方的塔板）。凝结液和上升气体通过管路间的冷却气罐类似于蒸馏塔，理论塔板是以水箱与管路之间的传质为基础。

③加热蒸汽进入塔内后进入塔内可降低氦分压。有效促进氨的蒸馏。

④根据氨蒸馏塔塔高的不同，气量和液量有较大的差别。

1.2 氨蒸发生产条件

从经济角度看，在氨蒸汽处理条件下，含氨废液及过多氧化钙应进行鉴定。举例来说，废液含有30mg/L氨水和10kg废液。该废物中有0.3kg氮的损失，相当于每吨氨氮消耗的10～20%。普通用量为0.8滴，在氧化钙中每吨的损失可达25kg左右。氨蒸馏过程中对工艺条件要求很高，与系统的压力和温度有密切的关系。蒸馏时，温度和压力相互制约，系统的压力取决于塔盘阻力，而真空泵的最终容量则取决于进入氨吸收系统的氨压力。

1.3 吸氨过程工艺条件

提供的条件以及碳化要求。盐水和氨盐水组成的确定。并且，氨气吸收系统的压力取决于氨蒸发压力和系统阻力。氨水易溶于水，因此氨水的吸氨量大，而盐水对氨水的吸氨量取决于冷却速度，因此冷却是这项工艺的关键环节。由于换热系数较高，国内碱厂基本上采用了将液体引入塔内冷却的工艺。主要条件吸收氨气：氨注入氨塔，温度65℃，温度760mmHg。氨水：FNI3100-104;TCI88-91;34～38℃。滤网中游离氨的浓度在2.5滴定度以下，FNI3/NaCl=1.14-1.20。塔顶气温低于40℃。

1.4 高压蒸氨操作

在氨蒸馏过程中，高温会降低轻组分（氨和二氧化碳）和重组分（水）的相对挥发性。废弃的氨气已加入装置。但增加压力可使其它真空系统的生产能力提高。这一结论应有别于特殊氨蒸馏系统在运行过程中的结疤，导致塔底压力升高。显然，增加地板结疤的压力会降低生产率。

2 纯碱厂蒸吸装置探析

2.1 纯碱装置蒸吸装置

蒸馏法是利用各组分在溶液中的不同挥发性（在相同温度下，各组分的蒸汽压力）来进行分离。分离过程的质量传递依靠液气分离来实现。蒸馏和吸收均为传质过程，蒸馏和吸收装置分为填料塔和板式塔。平型塔比填料塔压强，但一般认为平型塔比填料塔压强。

①范围广泛；

②容气速度高；

③工作稳定；

④容易清洗。

近几年板式塔发展很快，在石油化工行业浮阀塔等新型塔型被广泛地应用。但是由于纯碱原料易结垢等原因，泡罩塔仍然是纯碱行业的主流产品。近年来有报道称，大孔径筛板塔可用于制造氨蒸汽，但一般认为其操作灵活性较差。它的工作弹性范围是3～5个，而且大于9个。泡罩塔特别耐数十毫米的腐蚀。泡罩塔结构复杂，尽管其造价高，流动阻力大，但在碱厂精馏过程中仍然起着重要作用。

2.2 氨蒸馏塔加热分解工段填料高度及塔板数

蒸馏出的母液或稀释剂的组分在纯碱装置中也是类似的，因为过程和操作条件相似。该系统不仅能满足一般生产要求，而且具有较好的稳定性。能够适应多种因素的变化，达到所需标准。在新设计的氨蒸馏塔中，设计者通常会根据氨蒸馏塔的现有数量调整一到两个塔板，但计算结果未必精确。其主要原因是氨蒸发塔板的计算方法不够完善，由于计算需要的基础数据不完整，造成计算结果可靠性低。但计算过程和结果可能部分地反映了精馏过程，主要受原料组成和有关因素的影响。热解截面的计算原则应根据双膜理论导出下列公式：

2.3 塔板结构

板材的作用可归纳为两点：

（1）创造卓越的流体力学状态，接触界面变大，表面也在不断更新。

（2）防止上升气体和下游液体的轴向反向混合。泡沫和液体的混合物汽泡沿轴向反方向混合。两者都降低了色谱柱的分离效果。对板塔的具体要求如下：液体均匀地从塔板上流动。气体应尽可能沿塔段均匀分布，且压力应较低。气液必须在泡沫状态下充分混合，并采取液封措施。气泡内混和气体的量要小，托盘之间的间距要合适。溢流管必须有足够的体积和高度，使液体保持在外溢管内，使气泡分开，而不会发生液体外溢（也就是溢流管中的液面过高，就会溢出到上面的塔顶，防止液体下流）。

2.4 申请新设备

氨氮吸收法的工艺条件基本上取决于前苏联氨碱法的主要发展方向，它具有高效率的传质与传热特性。两者的结合为纯碱生产自动化奠定了基础。蒸馏装置包括一个吸收塔和一个蒸馏塔，日产量在850～950t。塔体结构为槽形塔盘和管形换热器。这家公司每天还使用550～60t的蒸馏水。电容器的传热系数约为700w/m2·C（1w=0.86kcal/h），可使损失的金属量减少一半，维护时间延长。采用具有对流孔的BC3（2）型模拟蒸馏换热器。在蒸馏过程中，塔阻力由10%提高到15%，塔阻力减少20%。采用逆流接触式稀相蒸馏塔减少废液，提高废液中氯含量，有利于氯化钙的生产。

3 结语

总之，纯碱厂蒸汽吸收工艺有其特点和工艺条件，为了保证其适用性，纯碱生产工艺应随时进行调整。并通过改进生产工艺，保证原料得到有效利用，生产出了合格的碱。与此同时，制碱工艺应随时调整，以确保达到合适的条件。为提高氨蒸发效率，氨蒸发剂的优化可广泛应用于纯碱生产过程中。