【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 23 1 純堿的性質(zhì)和用途 純堿即碳酸鈉（ Na2CO3），也稱蘇打或堿灰。 純堿的性質(zhì) 碳酸鈉 的性狀為 白色粉末或 者 顆粒，無(wú)氣味，有堿性 ， 是堿性的鹽，有吸濕性，溶于水和甘油，水溶液呈堿性， pH 為 ，相對(duì)密度 為 ，熔點(diǎn) 845~852℃ [1]。 碳酸鈉與水生成 Na2CO3H 2O、 Na2CO37H2O 和 Na2CO310H2O 三種水合物，依據(jù)顆粒大小、堆積密度 的 不同依次 可 分為：超輕質(zhì)純堿、輕質(zhì)純堿和重質(zhì)純堿。 1) 溶解性 碳酸鈉易溶于水 和 甘油，微溶于 無(wú)水乙醇，不溶于丙醇。碳酸鈉是一種強(qiáng)堿 弱酸 鹽，溶于水后發(fā)生水解反應(yīng) （ 碳酸鈉水解會(huì)產(chǎn)生碳酸氫鈉和氫氧化鈉），使溶液顯堿性，有一定的腐蝕性， 并且 能與酸進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽并放出二氧化碳 氣體 [1]。 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 氣體 。長(zhǎng)期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分和二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結(jié)成硬塊。吸濕性很強(qiáng)，很容易結(jié)成硬塊，在高溫下也不分解 。 純堿的用途 1) 用作基本化工原料 純堿用途廣泛 且 需求量大 ， 是重要的基本化工原料。 化工生產(chǎn)中經(jīng)常 以純堿為 原料制取其他 性質(zhì) 的堿和無(wú)機(jī)鹽等化工產(chǎn)品，例如：以堿 的 酸化法可以用來(lái)制取小蘇打；用苛化法制取苛化燒堿；硅砂與純堿在熔融條件下，可以制取硅酸鈉（泡花堿）；以再結(jié)晶法可以制取十水碳酸鈉（晶堿）；以石灰硫化氫法和硫化鋇法， 都可以 用純堿 來(lái) 制取硫化堿；以純堿為原料還可以制取各種含鈉鹽類；還 被 用做生產(chǎn)其 它 化工產(chǎn)品的原料 或 輔料[1]。 2) 用作基本工業(yè)原料 純堿還大量用于冶金工業(yè)（如煉鋁）、玻璃工業(yè)、合成洗滌劑、紡織工業(yè)、石油化工、搪瓷、造紙、印染、食品及民用等 方面 。因此純堿被稱為基本工業(yè)原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位， 它的產(chǎn)量和用量 通常 標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平 [1]。 2 純堿工業(yè)的發(fā)展史 對(duì)中國(guó)純堿工業(yè)的發(fā)展史和世界純堿工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀進(jìn)行分析。 中國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展史 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。天然堿的利用歷史悠久，從三代建都河洛時(shí)期，就用天然堿。河套平原建郡時(shí)，已是天然堿產(chǎn)地。近代制堿工業(yè)以采用路布蘭法制堿為先，四川最早以芒硝為原料制純堿。 20 世紀(jì)初天津成立永利制堿公司，采用索爾維法制堿工藝。 1921 年侯德榜擔(dān)任永利制堿公司技師，刻苦鉆研技術(shù)問 題， 1924 年開始生產(chǎn)堿。 1926 年美國(guó)博覽會(huì)上，永利的紅三角牌純堿獲金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，打入?guó)際市場(chǎng)。 世界純堿工業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀 人類使用堿的歷史已有幾千年，最早是取自草木灰和天然堿 。 大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)開始于 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。 隨后 1861 年索爾維發(fā)現(xiàn)用食鹽水吸收氨和二氧化碳的實(shí)驗(yàn)中可以得到碳酸氫鈉， 他因此而 獲得 了 用海鹽和石灰石為原料制取純堿的專利，被稱為索爾維制堿法。 1939 年侯德榜開展改進(jìn)氨堿法的實(shí)驗(yàn)研究，把索爾維制堿工業(yè) 和合成氨工業(yè)聯(lián)合起來(lái)， 這種即 產(chǎn)純堿、又產(chǎn)氯化氨的新工藝取得成功，被稱為 “ 侯氏制堿法 ” ，現(xiàn)稱 “ 聯(lián)合制堿法 ” [1]。 世界純堿工業(yè)經(jīng)歷兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展， 20 世紀(jì)末期純堿的總生產(chǎn)能力達(dá) 44Mt，其中合成法純堿約 30Mt，占 68%；天然堿法 14Mt，占 32%，純堿產(chǎn)量約 35Mt[1]。 純堿的生產(chǎn)方法 純堿的生產(chǎn)方法有很多種，下 文主要介紹侯氏制堿法與氨堿法 并作簡(jiǎn)單的比較 。 侯氏制堿法 該方法主要采用食鹽、氨以及合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w為原料，同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨，將純堿 和 合成氨兩大生產(chǎn)系 統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)，簡(jiǎn)稱 “ 聯(lián)合制堿 ”， 這種方法使得 原料 鹽的利用率從 70%提高到 96%。此外，污染環(huán)境 而且難以處理 的廢物氯化鈣成為有用的 產(chǎn)品 氯化銨， 變廢為寶， 還能減少設(shè)備， 因此其優(yōu)越性大大 超過了蘇爾維制堿法，從而開創(chuàng)了世界制堿工業(yè)的新紀(jì)元。 制堿的主要原料是氯化鈉，而四川的鹽是井鹽，提純?cè)斐沙杀靖?，并且蘇爾維制堿法的缺點(diǎn)就是食鹽利用率不高，使成本更高，所以侯德榜不用蘇爾維制堿法而另辟蹊徑。 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 3 另一半氯結(jié)合生成了氯化鈣，這個(gè) 顯然 沒有利用上，那么怎樣才能利用上氯化鈣 ，這個(gè)問題困擾著侯德榜。他考慮到 制堿用的氨和二氧化碳直接由氨廠提供，濾液中的氯化銨如果 加入食鹽水，讓它沉淀出來(lái)，這樣氯化銨就即可以作為化工原料也可以作為化肥，這種方法 大大提高了食鹽的利用率，還可以省去許多設(shè)備。直到他進(jìn)行了 500 多次試驗(yàn)后終于成功了使設(shè)想成為了現(xiàn)實(shí) [1]。 蘇爾維制堿法 蘇爾維制堿法主要是采用石灰石、食鹽、氨和焦炭為原料。二氧化碳和石灰乳的制備是將石灰石在煅燒窯內(nèi)分解得到氧化鈣和二氧化碳?xì)怏w ，氧化鈣加水制成氫氧化鈣乳液；鹽水的制備和精制則是將原鹽溶于水制得飽和食鹽水溶液，因?yàn)辂}水中含有鈣鎂等雜質(zhì)離子，它們的存在會(huì)影響后續(xù)工序的正常進(jìn)行，所以鹽水溶液必須精制；氨鹽水的制備則是精制后的鹽水吸氨制備含氨的鹽水溶液；之后氨鹽水的碳酸化是氨堿法中最重要的工序，在這里將二氧化碳通入氨鹽水作用，生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉濃度過飽和后即結(jié)晶析出，從而與溶液分離。這一過程包括了而二氧化碳的吸收、氣液相反應(yīng)、溶液的結(jié)晶和等 [1]。 碳酸氫鈉的煅燒過程中煅燒的目的是為了分解碳酸氫鈉，以獲得純堿 Na2CO3， 同時(shí)回收近一半的 CO2氣體（其含量約為 90%），供碳酸化使用；氨的回收是指碳酸化后分離出來(lái)的母液中含有 NH4Cl、 NH4OH、 (NH4)2CO3和 NH4HCO3等，需要將氨回收循環(huán)使用。 聯(lián)合制堿法與氨堿法的比較 聯(lián)合制堿法最大的優(yōu)點(diǎn)是使食鹽的利用率提高到 96%以上，首先等量的食鹽比氨堿法能生產(chǎn)更多的純堿。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。將氨廠的廢氣二氧化碳，轉(zhuǎn)變?yōu)閴A廠的主要原料來(lái)制取純堿，這樣就節(jié)省了堿廠里用于制取二氧化碳的龐大的石灰窯；將堿廠無(wú)用成分 氯離子（ Cl）來(lái)代替價(jià)格較高的硫酸固定氨廠里的氨，制取氮肥氯化銨。從而不再生成即沒有多大用處，又難于處理的氯化鈣，減少了對(duì)環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。 氨堿法的優(yōu)點(diǎn)則是原料食鹽和石灰石成本較為便宜，而且產(chǎn)品純堿的純度高，副產(chǎn)品二氧化碳和氨都可以回收循環(huán)使用，并且制造步驟較為簡(jiǎn)單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。但是氨堿法也有許多缺點(diǎn)，首先是兩種原料的成分都只利用了一半，石灰石成分里的碳酸根離子（ CO32）和食鹽成分里的鈉離子（ Na+）結(jié)合成了碳酸鈉，可是石灰石的另一成分鈣離子（ Ca2+）和食鹽的另一成分氯離子（ Cl）卻結(jié)合成了沒有多大用途且污染環(huán)境的氯化鈣（ CaCl2），因此如何處理氯化鈣就成為一個(gè)很大的問題。其實(shí)氨堿法的最大缺點(diǎn)還是在于原料食鹽的利用率只有 72%~74%，沒利用上的食鹽都隨著氯化鈣溶液作為廢液被拋棄了，這是一個(gè)很大的損失。 4 純堿工藝的生產(chǎn)原理和工藝概述 純堿的生產(chǎn)方法主要有兩種：聯(lián)合制堿法和氨堿法。本設(shè)計(jì)采用聯(lián)合制堿法的生產(chǎn)方案 ，對(duì)聯(lián)合制堿法做簡(jiǎn)要的工藝流程介紹和物料衡算 。 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。 NH3+H2O+CO2=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓ 生產(chǎn)原理和工藝簡(jiǎn)述 聯(lián)合制堿法工藝分為兩個(gè)過程：一過程為制堿過程，即銨鹽水碳酸化生成 NaHCO3沉淀。 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl 該過程中的碳酸化和 吸氨的原理與氨堿法基本相同，可用相圖分析法進(jìn)行討論，下章節(jié)有分析。過程中分離出 NaHCO3的母液稱為母液 Ⅰ ，其中主要含 NH4Cl、 NH4HCO3和未利用的 NaCl。 二過程是用加 NaCl 鹽析和冷析的方法從母液 Ⅰ 中將 NH4Cl 分離出來(lái)。由于母液 Ⅰ中 NH4HCO3 是飽和的，所以直接采用鹽析和冷析的方法無(wú)法使 NH4Cl 單獨(dú)分離出來(lái)。如果將母液 Ⅰ 氨化，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)： NH3+HCO3=NH4++CO32 NH3+HCO3=NH2CO3+H2O 這樣溶液中的 HCO3濃度會(huì)降低， NaHCO3溶液便不再是飽和 的了。氨化后再采用降溫和鹽析的方法就可以使 NH4Cl 單獨(dú)析出。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、二過程可交替循環(huán)進(jìn)行，這就是聯(lián)合制堿法的過程分析。 工藝流程 生產(chǎn)工藝流程是生產(chǎn)過程中的主要參照標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工藝流程圖即是一個(gè)生產(chǎn)過程的簡(jiǎn)要介紹。 5 生產(chǎn)工藝流程 生產(chǎn)工藝流程 聯(lián)合制堿法有多種流程，由加入原料的次數(shù)不同可分為兩次吸氨與一次吸氨，兩次碳化與一次碳化等不同工序。 我國(guó)的聯(lián)合制堿法主要通過兩次吸氨一次碳化，一次加鹽的方法，其 中原鹽在洗鹽機(jī)中用飽和鹽水洗滌，以除去其中影響之后反應(yīng)的鈣鎂等雜質(zhì)，然后再經(jīng)過粉碎機(jī)的粉碎，慮鹽機(jī)的分離，制成符合規(guī)定純度和粒度的 “洗鹽 ”，然后再將 “洗鹽 ”送往鹽析結(jié)晶器等待下一步反應(yīng)。其中洗滌液循環(huán)使用，當(dāng)液中雜質(zhì)含量增高時(shí)回收處理 [2]。 原始結(jié)晶器 主要用來(lái) 制備飽和食鹽水， 飽和食鹽水再 經(jīng)吸氨器吸氨制成氨鹽水，此氨鹽水在 外冷式 碳化塔內(nèi)與合成氨系統(tǒng)提供的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行反應(yīng) 即碳化過程 ，所得到 的重堿 再 經(jīng)過濾堿機(jī) 的 分離， 然后 送 到 煅燒爐內(nèi)加熱分解成 就得到了產(chǎn)品 純堿。煅燒分解出的爐氣，經(jīng)爐氣冷凝器與爐氣洗滌器，回收 其中的氨氣與堿粉，并使水蒸氣冷凝降低爐氣溫度，再使?fàn)t氣進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)壓縮，重新送回碳化塔供制堿使用。過濾重堿后的母液稱為母液 Ⅰ ， 由于母液 Ⅰ 中 NaHCO3 已經(jīng)飽和，如果母液 Ⅰ 立即在制銨過程中進(jìn)行冷卻加鹽，將導(dǎo)致鈉離子濃度增高，而使一部分重碳酸鹽與氯化銨同時(shí)析出，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了使氯化銨單獨(dú)析出，生產(chǎn)中母液 Ⅰ 首先需要經(jīng)過吸氨器吸氨，成為氨母液 Ⅱ ，以破壞 HCO3，降低其濃度，然后送往冷析結(jié)晶器中降溫，使部分氯化銨析出， 這個(gè)過程 稱為 “ 冷析 ” ，冷析后母液稱為 “ 半母液 Ⅱ ” 。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)充了下一過程中所需要的鈉離子。由冷析結(jié)晶器及鹽析結(jié)晶器的下部取出的氯化銨懸浮液，然后經(jīng)稠厚器、濾銨機(jī)，再干燥 就 得成品氯化銨。濾液送回鹽析結(jié)晶器，鹽析結(jié)晶器母液 Ⅱ 送入母液換熱器與氨母液 Ⅰ 進(jìn)行換熱，經(jīng)吸氨器制成氨母液 Ⅱ ，再經(jīng)澄清桶除去氨母液 Ⅱ 中的泥后，送去碳化塔制堿。生產(chǎn)過程中的各種含氨雜水送入淡液蒸餾塔以回收氨 [2]。 濾銨機(jī)通常使用自動(dòng)卸料離心機(jī)，濾渣中含水分 7%左右。氯化銨經(jīng)過轉(zhuǎn)筒的干燥或流態(tài)化干燥，這樣使得其含水量降至 1%以下就能作為產(chǎn)品。 結(jié)晶器是析銨 過程中的主要設(shè)備，分為冷析結(jié)晶器和鹽析結(jié)晶器，構(gòu)造有差別，但原理相似。對(duì)結(jié)晶器的要求為： 有足夠的容積 。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。鹽析結(jié)晶器的析銨負(fù)荷 應(yīng) 大于冷析結(jié)晶器， 所以其 相應(yīng)地容積也 應(yīng)該 較大 [2]。 能起分級(jí)作用 。因?yàn)?結(jié)晶器的上段是清液段，溢流的液體以低的流速溢流，這區(qū)域的流速一般為 ~s1；懸浮段的流速為 ~ ms1。中下段是懸浮段， 所以能 保持晶體懸浮在母液中并不斷成長(zhǎng)；為了使晶體能有