【文章內(nèi)容簡介】 m左右。如年產(chǎn) 1 萬 t氯化銨的冷析結(jié)晶器，懸浮段直徑 ,清液段直徑 ，總高 左右。 起攪拌和循環(huán)作用 —— 如鹽析結(jié)晶器中有中央循環(huán)管，利用軸流泵使晶漿在結(jié)晶器中循環(huán)。冷析 結(jié)晶器也有軸流泵抽送晶漿循環(huán)通過外冷器。 結(jié)晶器一般是用鋼板卷焊的。因物料有強(qiáng)烈的腐蝕性，設(shè)備受蝕比較嚴(yán)重，要內(nèi)襯塑料板或涂布防腐層。 食鹽用于析銨前要經(jīng)過精制。常用的預(yù)處理工藝是洗滌 粉碎法。原鹽經(jīng)振動篩分出原鹽夾帶的草屑和石塊等雜物，通過給料器進(jìn)入螺旋推進(jìn)式的洗鹽機(jī)，用飽和食鹽水逆流洗滌。原鹽夾帶的細(xì)草和粉泥浮在洗滌你液面上漂走，原鹽所含可溶性雜質(zhì)（氯化鎂、硫酸鎂和硫酸鈣等）溶解。洗鹽由螺旋輸送機(jī)送入球磨機(jī)。球磨機(jī)的主體是回轉(zhuǎn)的圓筒，襯有耐磨襯里，筒內(nèi)裝有鋼球。在圓筒旋轉(zhuǎn)時，利用鋼球下落的沖擊和滑動起研 磨作用，將粗鹽粉碎成細(xì)粒。粉碎后的鹽漿經(jīng)鹽漿桶送往分級器，顆粒較大的鹽粒下沉，由底部排去重新研磨，細(xì)粒鹽隨鹽漿經(jīng)沉降后用離心濾鹽機(jī)分出鹽水，洗鹽送去鹽析。洗鹽的粒度有 85％在 20～ 40目（ ～ ） ,NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 98％， Ca2+,Mg2+,SO42等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于％。 聯(lián)堿法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為： 氨利用率： 91％碳化塔容積系數(shù)： m2 d1 鈉利用率： 89％結(jié)晶器容積系數(shù)： m2 d1 每噸純堿母液量： 。 四、工藝 計(jì)算書 1. 聯(lián)堿法析銨的相圖及過程分析 冷凍法制 NaHCO3及 NH4CI的重要條伴為它們都單獨(dú)結(jié)晶析出。析出 NaHCO3。晶體的理論知識在氨堿祛碳酸化工段已有敘述。 為便于說明如何從這樣復(fù)雜的多組分體體系中將 NH4CI結(jié)晶析出，假定體系只是由氯化氨和氧化鈉兩種鹽組成的 NH4CINaClH2O三組分體系。 氯化銨 和和 氯化 鈉在水 中溶 解度 的實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù) 如表 10－ 4所 示。 16 從表 10－ 4不難看出，氯化銨的單獨(dú)溶解廢隨溫度改變很大；而氯化鈉的溶解度隨溫廢變化不大。當(dāng)溶液中這兩種鹽共存時，由于同離子效應(yīng)，其溶解度都較單獨(dú) 溶解度低。 圖 10－ 8系為 NH4CINaClH2O三元系溶解度相圖，其橫坐標(biāo)為在 100g水中含有的 NH4CI量，縱坐桿為在 100g水中含有的 NaCl量，在橫坐標(biāo)上的 A0、 A1 AA45各點(diǎn)表示各相應(yīng)溫度下氯化銨的單獨(dú)溶解度；在縱坐標(biāo)軸上的 B0、 B1 B B45各點(diǎn)表示各相應(yīng)溫度下氯化鈉的單獨(dú)溶解； C0、 C1 C C45各點(diǎn)表示被兩種鹽共飽和時的溶液組成。相同溫度下的 A點(diǎn)與 C點(diǎn)的連線為含不同濃度氯化鈉的氯化銨溶解度等溫線，各 B點(diǎn)與 C點(diǎn)的連線為含不同濃度氯化銨的氯化鈉溶解度等溫線。 當(dāng)物 系的組成點(diǎn)處于某一溫度下的溶解度曲線 AtCt和 BtCt與兩坐標(biāo)軸所包圍的區(qū)域 OAtCtBt時，因物系中兩種鹽的濃座均低于該溫度下的飽和濃度，故該物系為末飽和溶液， OAtCtBt區(qū)域?yàn)槲达柡蛥^(qū)，溶解度等溫線外邊的區(qū)域?yàn)榻Y(jié)晶區(qū)，其中 AtCt線的右方為氯化銨結(jié)晶區(qū)， BtCt線的正上方為氯化鈉的結(jié)晶區(qū)， Ct點(diǎn)的右上方為兩種鹽的共晶區(qū)。當(dāng)物系處結(jié)晶區(qū)時，則鹽的晶體與飽和溶液共存（見圖 10－ 9）。 根據(jù)溶解度相圖．掌握氯化銨和氯化鈉的溶解度與溫度的關(guān)系，就可以選擇結(jié)晶方法；確定結(jié)晶操作條件，將氯化銨從溶液中結(jié)晶析出。 17 設(shè)某一物系，其組成相當(dāng)于圖 10－ 8上的 P點(diǎn)，此點(diǎn)位于 30oC等溫線上。當(dāng)溫度為 30oC時，則此物系為 NH4Cl的飽和溶液，若溫度高于 30oC（如 45oC），則 P點(diǎn)落在 45oC等溫線的未飽和區(qū)。此時就不會有 NH4Cl的晶體析出。若將溶液從 45oC冷卻至 30oC，則 NH4CI達(dá)飽和，若進(jìn)一步冷卻．如冷卻至 15oC，則 P點(diǎn)落在 15OC等溫線的 NH4Cl結(jié)晶區(qū)；于是有 NH4Cl結(jié)晶析出。此肘 NaCl尚未達(dá)飽和，故溶液中 NaCl的含量不變，溶液的組成沿平行于橫坐標(biāo)軸左移，直至 15oC等溫線上的 Q點(diǎn)，此時析出 NH4Cl量由線段 PQ長座來確定。冷卻的溫度愈低，析出的 NH4Cl量愈多。只靠冷卻結(jié)晶操作，析出 NH4Cl的量有限，為此還可在母液中加入 NaCl進(jìn)行鹽折結(jié)晶操作。如在 15oC組成相當(dāng)于 Q點(diǎn)（圖 10－ 8）溶液，對于 NH4Cl是飽和溶液，而對 NaCl并未達(dá)飽和，若往此溶液中加人 NaCl晶體，則 NaCl溶解，溶液中 NaCl的濃度逐漸變大，而 NH4CI因同離子效應(yīng)而溶解度降低，從而以結(jié)晶析出，若溫度保持不變，則溶液組成將沿著 QC15向 C15方向變化。直至溶液被兩種鹽所飽和即達(dá) C15肘為止．加人 NaCl量與析出 NH4Cl,可分別由圖 10－ 8上的 C15R之長度與 QR之長度來表示。 2. 制堿原則性流程 在圖 133中繪出了 35oC無 NH3和 10oC含 （ mol／ mol干鹽）時的 Na+、NH4+／ HCO Cl、 H2O體系相圖。 18 暫設(shè)碳酸化的最終溫度為 35oC，其母液Ⅰ在圖 133中為 I．它處于 35℃的NaHCO3結(jié)晶區(qū)內(nèi)。當(dāng)母液Ⅰ吸氨后成為氨母液Ⅰ時，在相圖上體系點(diǎn)的位置并未變化，但由于結(jié)晶區(qū)移動了． I點(diǎn)由 35℃ NaHCO3結(jié)晶區(qū)變成了 10℃的 NH4Cl結(jié)晶區(qū)。如果冷凍到 10℃，就會析出 NH4Cl晶體。除冷凍外，還可用 NaCl和 NH4HCO3鹽析，增加 NH4Cl的析出量。 當(dāng)氨母液Ⅰ進(jìn)行碳酸化時，相當(dāng)于往體系中加人 NH4HCO3，故體系點(diǎn)就沿著 ID連線移到 E，它處于 10oC的 NH4Cl結(jié)晶區(qū)內(nèi)，析出 NH4Cl固體，液相移 動到 F。經(jīng)冷凍析出 NH4Cl的過程稱為冷析過程； F母液則稱為冷析母液或半母液Ⅱ。 當(dāng)母液 F及加入 NaCI（其組成點(diǎn)為 B），使體系點(diǎn)達(dá)到 G時，又會析出 NH4Cl固體。這一 NH4Cl結(jié)晶過程．稱為鹽析過程，其 NH4Cl母液稱為鹽析母液或稱為母液Ⅱ。母液Ⅱ吸氨時，在相圖上停留在 I點(diǎn)不動，溶液稱為氨母液Ⅰ。此時由于吸氨的放熱效應(yīng)，溫度升高到 40oC以上。 當(dāng)加人少量 NaCl固體時，體系點(diǎn)到達(dá) H。這是第二次加鹽 ,加入的 NaCl量不一定完全溶解而以懸浮狀態(tài)送去碳酸化。 在含 NH3溶液碳酸化時，相當(dāng)于加人 NH4HCO3。于是體系點(diǎn)沿著 HD連線移動 19 到 K，它落在 35oC的 NaHCO3隊(duì)結(jié)晶區(qū)內(nèi)。如果碳酸化最終溫度為 35oC，析出 NaHCO3后又得到母液。 從而構(gòu)成了一個閉合循環(huán)，交替加入 NH CO2和 NaCl,生產(chǎn)出重堿和 NH4Cl兩種產(chǎn)品。綜上所述，聯(lián)合制堿法的原則流程應(yīng)該安排如 在第一、第二兩個過程中，都添加 NH CO2和 NaCl，只不過加入量有多有少，各步的溫度也有所不同而已。這種在兩個過程中都要加鹽，吸氨，碳酸化的流程稱為兩次加鹽、兩次吸氨、兩次碳酸化流程。 在聯(lián)合制堿法中，由于過程循環(huán)進(jìn)行， 從理論上講， NaCl和 NH4HCO3的利用 20 是充分的，不再存在像氨堿法中的鈉利用率和氨利用率的高低問題。在聯(lián)合法中，所要追求的工藝指標(biāo)是每一次循環(huán)中所得到的最大 NaHCO3和 NH4Cl產(chǎn)量。而循環(huán)產(chǎn)量主要決定于母液Ⅰ和母液Ⅱ的組成。 以 1mol干鹽的母液Ⅱ?yàn)榛鶞?zhǔn)，作第一過程的物料衡算。式中的符號同表 1－31。其中χ表示陽離子中 NH4的摩爾分?jǐn)?shù)；У表示陰離于中 Cl的摩爾分?jǐn)?shù)．р表示每 mol干鹽的 H2Omol量； m表示每 mol干鹽的 H2O mol量。下標(biāo) 2分別代表母液 I和母液 Ⅱ；系數(shù) a， b， c， d， e， r均為 mol量。第一過程的總反立式為： 3233411111122323342222221111N a HC OOHNHClHC ONaNHmpyyxxOdHc C Ob N Ha N a C lOHNHClHC ONaNHmpyyxx??????????????????????????? ????????????????????????????????????????????母液 （ 1） 因?yàn)榈谝贿^程生產(chǎn) 1mol的 NaHCO3,第二過程必然生產(chǎn) 1mol的 NH4Cl,兩個過程中共用去 1mol的 NaCl、 NH CO2和 H2O，于是第二過程的總反應(yīng)式為： ? ?? ?? ?? ?ClNHOHNHClHC ONaNHmpyyxxOHdCOcNHbN a C laOHNHClHC ONaNHmpyyxxe 4233422222222323341111111111????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????母液母液 （ 2） 對式（ 1）作 Na+衡算 ? ? ? ? ?????? 12 11 xeax （ 3） 對式（ 2）作 Cl衡算 ? ? ? ?12 11 yeay ???? (4) (3)、（ 4）兩式相減 ? ? ? ?2211 yxyxe ????? （ 5） 式（ 5）中的γ為每一循環(huán)中， 1摩爾干鹽的母液Ⅱ所產(chǎn)生 NaHCO3和 NH4Clmol量。γ的數(shù)值的大小就代表循環(huán)產(chǎn)量的大小。 由式（ 5）可以看出，當(dāng)（ x1y1）增大和（ x2y2）減少時，γ的數(shù)值都增 21 加，而（ x1y1）和（ x2y2）取決于母液Ⅰ和母液Ⅱ的組成。 （ x1y1）代表母液Ⅰ的組成，它必須 落在 NaHCO3結(jié)晶區(qū)內(nèi)。在圖中，過 I作 BD對角線的平行線交 BC邊于 M，則 BM線段的長度即代表（ x1y1）。在 NaHCO3結(jié)晶區(qū)內(nèi)各點(diǎn)所作這樣線段的長度以母液Ⅰ落在 P1點(diǎn)時為最大。故由式（ 5）可以得出這樣的結(jié)論：每當(dāng)母液Ⅰ落在 P1點(diǎn)時循環(huán)產(chǎn)量為最大。過 I點(diǎn)作 BD對角線的平行線交 BC邊于 N， BN線段的長度即代表（ x2y2）值，在 NH4Cl結(jié)晶區(qū)各點(diǎn)所作的（ x2y2）的長度以母液Ⅰ落在 P2點(diǎn)時為最短。這就是說，當(dāng)母液Ⅰ落在 P2點(diǎn)時可以使循環(huán)產(chǎn)量最大。 在整個循環(huán)過程中， 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)（γ a）、（γ b）、（γ c）、（γ d）都必須為正值，即 a、 b、 c、 d≥ 0而又≤γ?？捎晌锪虾馑愕贸鋈缦玛P(guān)系： 由式（ 4）： ? ? ? ?21 11 yyea ???? （ 6） 由式（ 1）作全氨衡算 ? ? ? ?2211 pxpxeb ???? （ 7） 由式（ 1）作 CO2衡算，并將式（ 5）的γ關(guān)系代入其中，可得： 21 xexc ?? (8) 對式（ 1） 作 H2O衡算： ? ? ? ?2211 mxmxed ???? （ 9） 式 (5)—— 式（ 9）五個方程式表明， a、 b、 c、 d、 r五個系數(shù)都是 x y xy2和 e的函數(shù)。在選定母液Ⅰ和母液Ⅱ以后，就可以假定某一 e值來試算這五個系數(shù)。如果它們都是正值，且又小于γ，那么所選的母液Ⅰ和母液Ⅱ就可以構(gòu)成良好的循環(huán)。返之，如果它們之中有一個為負(fù)值或大于γ，則所選用的這對母液Ⅰ和母液Ⅱ就不可能進(jìn)行穩(wěn)定的循環(huán)產(chǎn)生。 母液Ⅰ和母液Ⅱ雖然以落在 P P2點(diǎn)時循環(huán)產(chǎn)量最大，但為了選擇構(gòu)成良好循環(huán)的母液Ⅰ和母液Ⅱ的操作點(diǎn)及操作時容許的波動幅度，往往將母液Ⅰ選在NaHCO3結(jié)晶區(qū)的內(nèi)部，將母液Ⅱ選在 NH4Cl結(jié)晶區(qū)上網(wǎng)內(nèi)部，當(dāng)然盡可能地靠近P1點(diǎn)和 P2點(diǎn)。 在第一過程中加入 CO2是碳酸化制取 NaHCO3所必需的，不得省略。如果省去第Ⅱ過程的碳酸化就成了一次碳酸化流程。作式（ 2）的 CO2衡算，并令（γ c） 22 =0,即得：