【正文】 程分析 7 制堿原則性流程 7 物料衡算 9 循環(huán)過(guò)程中的工藝指標(biāo) 11 聯(lián)合法的運(yùn)作要點(diǎn) 12 循環(huán)系統(tǒng)的水平衡 12 副產(chǎn)品氨水 12 鈣鎂雜質(zhì)對(duì)聯(lián)堿法生產(chǎn)的影響 13 第 4 章 主要設(shè)備的選型與計(jì)算 14 碳化塔的選型與計(jì)算 14 外冷式碳化塔的特點(diǎn) 14 碳化塔內(nèi)徑的計(jì)算 14 結(jié)晶器的選型 15 內(nèi)循環(huán)鹽析結(jié)晶器 15 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 結(jié)晶器特點(diǎn) 15 結(jié)晶器尺寸設(shè)計(jì) 15 第 5 章 非工藝部分 18 人員配備 18 車間布置 18 廠房的平面布置 18 廠房的立面布置 19 廠房的建筑結(jié)構(gòu) 19 管道布置設(shè)計(jì) 19 安全生產(chǎn) 20 安全隱患 20 安全措施 20 環(huán)保及三廢處理 20 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義 21 第 6 章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析 22 主要工藝參數(shù) 22 產(chǎn)品組成 22 各主要物料的實(shí)際消耗量 22 工資及各物料的價(jià)格 22 建設(shè)期資金投入 22 投資估算 22 結(jié) 論 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 概述 純堿的性質(zhì)和用途 純堿即碳酸鈉（ Na2CO3），也稱蘇打或堿灰。 2) 穩(wěn)定性 碳酸鈉穩(wěn)定性較強(qiáng)，但高溫下也會(huì)分解，生成氧化鈉和二氧化碳?xì)怏w。 中國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展史 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 中國(guó)純堿工業(yè)的發(fā)展可分為兩個(gè)時(shí)期，一是天然堿的加工利用，二是現(xiàn)代純堿工業(yè)的建立和發(fā)展。大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始于 18 世紀(jì)末，隨后法國(guó)人路布蘭提出以食鹽、硫酸、石灰石、煤粉為原料的工業(yè)生產(chǎn)純堿方法，現(xiàn)稱路布蘭制堿法。 他先分析了蘇爾維制堿法的缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)主要 原因 在于原料的利用率過(guò)低，只用了石灰石中的碳酸根 離子和 食鹽中的鈉，二者結(jié)合生成 了 純堿， 然而 石灰中的鈣和食鹽中 的另一半氯結(jié)合生成了氯化鈣，這個(gè) 顯然 沒(méi)有利用上，那么怎樣才能利用上氯化鈣 ，這個(gè)問(wèn)題困擾著侯德榜。另外它綜合利用了氨廠的二氧化碳和堿廠的氯離子，同時(shí)生產(chǎn)出兩種產(chǎn)品純堿和氯化銨。 聯(lián)合制堿法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了氨堿法的大部分優(yōu)點(diǎn)，消除了氨堿法原料利用率低的主要缺點(diǎn)，使食鹽的利用率從 70%提高到 96%；同時(shí)產(chǎn)物 NH4Cl 可用做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣 CO 轉(zhuǎn)化成 CO2，這樣就省去了 CaCO3制 CO2的工序，精簡(jiǎn)了設(shè)備。析出 NH4Cl 固體后的母液稱為母液 Ⅱ ，母液 Ⅱ 再經(jīng)吸氨、吸二氧化碳來(lái)制取重堿，如此一、二過(guò)程可交替循環(huán)進(jìn)行，這就是聯(lián)合制堿法的過(guò)程分析。由于冷析結(jié)晶器流入鹽析結(jié)晶器，加入洗鹽，所以由于同離子效應(yīng)，可再析出部分氯化銨，并補(bǔ)充了下一過(guò)程中所需要的鈉離子。足夠的容積能使母液在反應(yīng)器內(nèi)平均停留時(shí)間大于 8h，以穩(wěn)定結(jié)晶質(zhì)量。如同鹽析結(jié)晶器中有中央循環(huán)管一樣，利用軸流泵使晶漿在結(jié)晶器中循環(huán)。 工藝流程示意圖 圖 聯(lián)合制堿法工藝流程示意圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 工藝計(jì)算 聯(lián)堿法析氨的相圖及過(guò)程分析 冷析法制 NaHCO3 及 NH4Cl 的重要條件為它們都能單獨(dú)結(jié)晶析出。如果冷凍到10℃ ，就會(huì)析出 NH4Cl 晶體。 當(dāng)加人少量 NaCl 固體時(shí)，體系點(diǎn)到達(dá) H。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在聯(lián)合制堿法中，由于過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，從理論上講， NaCl 和 NH4HCO3 的利用是充分的，不再存在像氨堿法中的鈉利用率和氨利用率的過(guò)低問(wèn)題。 γ的數(shù)值的大小就代表循環(huán)產(chǎn)量的大小。 在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中， NaCl、 NH CO2 和 H2O 只允許加入，并只允許以 NH4Cl、NaHCO3形式取出，因此式 (1)中的系數(shù) a、 b、 c、 d 及式 (5)中的系數(shù) (γa)、 (γb)、 (γc)、(γd)都必須為正值，即 a、 b、 c、 d 大于等于 0 而又小于等于 γ。作式 (2)的 CO2衡算， 并令 (γc)=0,即得： y2=ey1 (10) 或由式 (1)作 CO2的衡算，并令 γ=c,得： x2=ex1 (11) 第 Ⅰ 過(guò)程的吸氨是中和 HCO3，以免 NaHCO3與 NH4Cl 同時(shí)析出，就是省略不得的。 流程中分兩次吸氨，氨母液 Ⅰ 和氨母液 Ⅱ 中的 NH4的濃度比較均衡，氨蒸氣壓較低，可以減少氨的損失，改善環(huán)境，所以世界上的聯(lián)減廠除日本外都采用兩次吸氨流程。 β 值： β 值是氨母液 Ⅱ 中游離氨與 NaCl 的物質(zhì)的量之比（或物質(zhì)的量濃度比）。母液 Ⅱ是經(jīng)過(guò)鹽析析銨的母液，準(zhǔn)備送去吸氨和碳酸化。對(duì)這三項(xiàng)水量分別計(jì)算如下： (1) 每合成 1 噸純堿（同時(shí)也聯(lián)產(chǎn) 1 噸氯化銨）所需要的水量可按反應(yīng)式計(jì)算： 碳酸化： NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3 +NH4Cl； 煅燒： 2NaHCO3=NaCO3+H2O +CO2 后一反應(yīng)產(chǎn)生的 H2O經(jīng)過(guò)煅燒氣送入爐氣冷凝塔形成含 NH Na2CO (NH4)2CO3的凝縮液而離開(kāi)循環(huán)系統(tǒng)，所以循環(huán)系統(tǒng)中消耗的水為碳酸化過(guò)程中所示，消耗的水量： 10002(kg) 式中 106， 分別為 Na2CO3和 H2O的相對(duì)分子質(zhì)量。因?yàn)閺氖褂媒嵌葋?lái)看，農(nóng)用氯化銨帶有少量雜質(zhì)，并不會(huì)影響使用效果，況且兩者都是植物中的中量營(yíng)養(yǎng)元素，尤其鎂是營(yíng)造葉綠素的元素。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 4 章 主要設(shè)備的選型與計(jì)算 碳化塔的選型與計(jì)算 外冷式碳化塔的特點(diǎn) 外冷式碳化塔與傳統(tǒng)的索爾維塔有很大區(qū)別，外冷式碳化塔主要有以下特點(diǎn)：采用外部自然循 環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)；采用較低的中部作業(yè)溫度；采用特殊的高效塔板；采用異徑塔結(jié)構(gòu)外冷塔；采用自然循環(huán)方案；采用氣體動(dòng)力活化塔底部結(jié)晶的環(huán)形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)解決了塔底堆堿的影響 [1]。半母液由中心循環(huán)管上口進(jìn)入，鹽漿及濾液由側(cè)方插入。本著合理人性化的管理理念，在生產(chǎn)中強(qiáng)調(diào)人的重要性，同時(shí)也盡可能的降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但為了在經(jīng)濟(jì)上和生產(chǎn)上取得平衡，進(jìn)行了如下人員配置：采用四班三到制，每班分為中控崗位、現(xiàn)場(chǎng)巡檢崗位、質(zhì)量控制崗位、調(diào)度崗位。 柱網(wǎng)布置一般根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)而定，總體而言，要求較高的地方，一般框架結(jié)構(gòu)廠房，這時(shí)多采用的柱網(wǎng)間距多為 6m，也有采用 ；要求較低的地方，可采用混合結(jié)構(gòu)或內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，這時(shí)柱網(wǎng)間距可為采用 4m、 5m、或 6m。同時(shí)還要考慮好儀表、管道、閥門的安裝要求，以及對(duì)設(shè)備安裝和檢修的要求。坡度一般要根據(jù)介質(zhì)的特點(diǎn)考慮，一般在 1/100~5/1000，粘度大的則坡度也大，如果 有結(jié)晶物料，坡度可以考慮到5/100。 3) 安全因素 (1) 不銹鋼管與普通鋼管不直接接觸，以防電化學(xué)腐蝕。工作人員要具有熟練的操作技術(shù)才能上崗，上崗前必須嚴(yán)格進(jìn)行安全培訓(xùn)，了解原材料的產(chǎn)品危險(xiǎn)性和有關(guān)知識(shí)，遵循外傷、中毒和爆炸事故的應(yīng)急措施，以及高壓容器安全技術(shù)規(guī)程。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是借助于一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行的，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是表明企業(yè)對(duì)設(shè)備、原材料、勞動(dòng)力、資金、時(shí)間等的利用狀況及經(jīng)濟(jì)效果大 小的指標(biāo)。 盡管在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多的難題，但是在同學(xué)們的互相幫助與探討下，問(wèn)題都一一得到了解決，很好的體現(xiàn)得團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，在整個(gè)設(shè)計(jì)的完成過(guò)程中學(xué)到了很多新知識(shí)，也取得了不少的收獲，但是我同時(shí)認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐的差距，明顯感覺(jué)到自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)還很不完善，更待今后的努力。我會(huì)繼續(xù)努力，創(chuàng)造一片屬于我的天空。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 參考文獻(xiàn) [1] 大連化工研究設(shè)計(jì)院．純堿工學(xué) [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020:2553． [2] 文建光．純堿與燒堿 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Gariside. C. . [J]. Trans. Instion Chem. Engres. 1954, 32(35):12109. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 致 謝 常感謝陶炳老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他給了我耐心的指導(dǎo)和無(wú)私 的幫助。 資金投入比例 :第一年 60%，第二年 40%。 環(huán)保及三廢處理 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 由于聯(lián)合制堿法采用循環(huán)過(guò)程，過(guò)程中產(chǎn)生的廢物能大部分有效的再利用，因此廢物的處理上能做到有效、達(dá)標(biāo)、環(huán)保。 (3) 易燃易爆介質(zhì)的管道不能寬穿越電纜溝，并考慮采用接地措施。 (5) 管道布置時(shí)還要考慮開(kāi)、停車和事故處理的需要。高溫、有毒氣體廠房，要適當(dāng)加高層高，或者設(shè)置天窗，以利于通風(fēng)、散熱和采光。 3) 廠房的寬度 為了充分利用自然光，有利于通風(fēng)，并考慮到建筑的經(jīng)濟(jì)性，一般單層廠房寬度這超過(guò) 30m，多層不超過(guò) 24m，且寬度一般都應(yīng)采用 3m 的倍數(shù)，如 9m、 12m、 15m、18m 和 24m。 車間布置 廠房的平面布置 1) 廠房的平面布置 化工廠房平面型式的 選擇原則是，在滿足生產(chǎn)工藝要求下，盡量簡(jiǎn)單、美化，同時(shí)符合建筑規(guī)范要求。 結(jié)晶器特點(diǎn) 結(jié)晶器是制銨過(guò)程的主要設(shè)備，它必須滿足如下要求：應(yīng)有足夠的容積與高度；要有分級(jí)作用；晶漿取出口的位置要合適；結(jié)晶器內(nèi)壁應(yīng)該力求平整、光滑、缺少死角 [2]。 反應(yīng)操作時(shí)間為 8000 小時(shí) ,消耗定額 噸 NaCl/NaCO3,試求碳酸化塔的體積和管道的通過(guò)能力： 解：碳酸化塔的生產(chǎn)能力為 15 萬(wàn)噸 /年 ,每批操作周期為 24 小時(shí)，碳酸化塔每批的生產(chǎn)量為： (15000024)/8000=450t/批 在操作條件下 NaCl 的密度為 ，碳酸化塔的裝填系數(shù)為 ，則所需體積為： (450)/()=217m3 可假設(shè)碳化塔高度為 10m，根據(jù)公式： Vth=d2h /4 式中： Vth—碳化塔容積， m3； d—該碳化塔圓柱部分內(nèi)徑， m； h—該碳化塔高度， m。鹽中鈣鎂含量的增加會(huì)使氨母液 Ⅱ 泥量增加，排放時(shí)不僅處理麻煩，而且使氨及鹽的損失增加。因此欲使系統(tǒng)水量