【文章內(nèi)容簡介】 aHCO3懸浮液不斷從塔底放出。 兩法比較，間歇法碳化設(shè)備制造簡單，費(fèi)用低，并可用較低濃度的 CO2（如體積濃度為 20%左右）來生產(chǎn)，因而可用一般的土窯來生成 CO2，因土窯的投資也低，但其單位生產(chǎn)能力較低（約為 噸 /日左右）， CO2 吸收率（約為 60%） 純堿轉(zhuǎn)化率（約 50%）也較低；而連續(xù)法碳化塔的單位生產(chǎn)能力（約為 2 噸 /日）、 CO2 吸收率（約為 60 ~ 70%，最高可達(dá) 90%）和純堿轉(zhuǎn)化率（約為 90%左右） 都較高，勞動(dòng)強(qiáng)度較低，但其 碳化塔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造費(fèi)用較高，而且 CO2 濃度要求 30%石灰窯需采用機(jī)械窯，投資也較高。因而間歇法適用于年產(chǎn)量較低（如千噸級(jí)）的單位，而年產(chǎn)量要求在萬噸以上的，則宜采用連續(xù)法。 結(jié)晶器碳化制小蘇打 這是國外提出的一種新的生產(chǎn)流程，該生產(chǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)是：操作中可控制 NaHCO3結(jié)晶粒度的成長：可制得大結(jié)晶（如 60一 100目）和高松密度的小蘇打，最適于發(fā)酵粉、滅火劑、處理劑、洗滌劑等用， CO2損失極少，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期長：加熱和冷卻過程的能量消耗少，生產(chǎn)可連續(xù)進(jìn)行也可間歇進(jìn)行。 用純堿 制小蘇打最好附設(shè)在純堿生產(chǎn)廠，這樣一可充分利用堿廠的高濃度 CO2氣體及其凈化、冷卻和壓送設(shè)備，從而降低成本，提高設(shè)備利用率；二可免去純堿包裝、運(yùn)輸、拆包等手續(xù)和費(fèi)用，并可避免堿粉途耗損失（據(jù)統(tǒng)計(jì)約為 3%左右）； 三可綜合利用堿廠廢堿水廢熱；四可降低管理、經(jīng)營費(fèi)用，并增加產(chǎn)品和收益；五是如把純堿運(yùn)往各地作為小蘇打的原料，還不如把做好的小蘇打成品運(yùn)往各地，這樣在同樣要運(yùn)輸?shù)那闆r下，可為國家節(jié)約大量的小蘇打生產(chǎn)廠的設(shè)備投資和人力、物力、財(cái)力。 天然堿制小蘇打 我國有豐富的天然堿，資源分布也廣。用 天然堿制小蘇打可大大降低成本（比用純堿制小蘇打降低約 1/4左右），并可緩和純堿供應(yīng)的緊缺狀況。為此應(yīng)大力發(fā)展用天然堿制小5 蘇打和純堿。在美國目前不再生產(chǎn)合成純堿，純堿和小蘇打都是用天然堿制造。 離子交換劑制造小蘇打 這是國外近來在研制的方法 [3]，其反應(yīng)式為 ： RNa + NH4HCO3 = RNH4+ NaHCO3 （ 12） 根據(jù)上式就可從 NH4HCO3溶液中制取 NaHCO3， 如進(jìn)入 NH4HCO3溶液，可制取 1當(dāng)量的 NaHCO3溶液，并可用煮沸的方法除去溶液中未作用的銨鹽銨鹽轉(zhuǎn)化成鈉鹽的轉(zhuǎn)化率可達(dá) 70%。離子交換劑可利用最普通的廉價(jià)的磺化煤。 碳酸氫按和氯化鈉制小蘇打 其反應(yīng)式為 ： NH4HC03 + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl （ 13） 反應(yīng)結(jié)果得到易溶于水的氯化按和難溶于水的碳酸氫鈉，當(dāng)溶液漸漸變成飽和時(shí)，NaHCO3就結(jié)晶析出。氯化鈉和氨的含 量越多，生成 NaHC03的反應(yīng)就越完全。據(jù)西德專利介紹的生產(chǎn)過程為： 在溫度為 26一 30℃ 條件下，在高濃度的非常飽和的氯化鈉溶液中，邊攪拌邊連續(xù)小量地投入固體碳酸氫銨（以細(xì)小結(jié)晶為宜） 所得的 NaHCO3結(jié)晶經(jīng)分離、洗滌和千燥后，可制得一種容積大、顆粒粗、松散性好、速溶的小蘇打。產(chǎn)品中按含量只有 %， 一般氨堿法中間制得的粗碳酸氫鈉中約含 %銨，產(chǎn)品質(zhì)量可與用純堿制得的小蘇打相同 [4]。 母液可返回氨堿廠進(jìn)一步使用即與含有 NH3和 CO2的氣體反應(yīng)生成 NH4HCO3，也可作為制小蘇打的原料，反應(yīng)溫度如 小于 26℃ ，易引起雜質(zhì)干擾，而且不能得到大容積、松散性好的小蘇打 ， 如大于 30℃ ， NaHCO3收率顯著下降。對(duì)于氯化鈉來源較豐富的化肥廠、制堿廠，用該法既可制得小蘇打或純堿，又可制得化肥，不失為一個(gè)較好的綜合生產(chǎn)方法。 6 第 二 章 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 本文根據(jù)蘇打粉生產(chǎn)方式要求以及產(chǎn)量要求通過查找文獻(xiàn)資料和計(jì)算確定蘇打粉的料液的處理量、料液含水量、料液的密度、干燥后蘇打粉的密度、比熱容、平均粒徑等參數(shù)。再根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇最佳的熱風(fēng)進(jìn)、出塔溫度蘇打粉料液進(jìn)出塔溫 度，料液霧化壓力等參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)條件和參數(shù)通過熱量衡算、物料衡算、過程分析等計(jì)算和分析確定噴霧干燥塔的主要尺寸并完成其他附屬設(shè)備的選型，進(jìn)而構(gòu)建整個(gè)工藝。最后為確定的工藝設(shè)計(jì)合理的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 蘇打粉作為常用食品原料，市場(chǎng)需求量巨大。本課題旨在通過對(duì)蘇打粉料漿的燥工段工藝設(shè)計(jì)過程， 從而 對(duì)產(chǎn)品制備、工藝形成及設(shè)備設(shè)計(jì)過程有更深理解，同時(shí)，能夠?qū)υ摴に嚨暮喕?、高效、環(huán)保性進(jìn)行初步探索，設(shè)計(jì)出一臺(tái)年產(chǎn) 4 萬噸蘇打粉要求的干燥器設(shè)備。 通過完成設(shè)計(jì)，可以知道蘇打粉的用途，基本掌握蘇打粉的生產(chǎn)工藝，了解國內(nèi)外蘇打粉工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及其工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 本設(shè)計(jì)擬采取用噴霧干燥器附加一些附屬設(shè)備對(duì)蘇打粉料漿干燥生產(chǎn)，得到產(chǎn)品合格的蘇打粉固體顆粒的要求。噴霧干燥是將溶液、漿液或懸浮液在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小液滴，液滴在下降過程中，水分被迅速汽化而達(dá)到干燥目的，從而獲得粉末或顆粒狀的產(chǎn)品。 工藝流程的確定 蘇打粉干燥工段工藝流程為：首先將碳酸鈉溶液泵入儲(chǔ)液罐，然后溶液和二氧化碳?xì)怏w一塊進(jìn)入碳化塔，經(jīng)碳化后蘇打粉濕物料進(jìn)入干燥塔，達(dá)到蘇打粉干物料含水量要求。如圖 。 圖 蘇打粉干燥工段工藝流程 噴霧干燥的優(yōu)點(diǎn)主要是： 干燥速度快 、 產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性 、 生產(chǎn)過程簡7 化，操作控制方便 、 產(chǎn)品純度高，生產(chǎn)環(huán)境好 、 適宜于連續(xù)化大規(guī)模生 產(chǎn)。 噴霧干燥的缺點(diǎn)有： 低溫操作時(shí)，傳質(zhì)速率較低，熱效率較低，空氣消耗量大，動(dòng)力消耗也隨之增大。從廢氣中回收粉塵的設(shè)備投資大。干燥膏糊狀物料時(shí)，干燥設(shè)備的負(fù)荷較大 。 噴霧干燥階段的核心元件是霧化器，霧化器有多種形式，其中普通洗衣粉的生產(chǎn)以壓力式霧化器使用最為普遍。壓力式噴嘴霧化器又稱機(jī)械式霧化器。旋轉(zhuǎn)壓力式霧化器有結(jié)構(gòu)簡單、加工制造容易、安裝操作方便、霧化粒度均勻、 工作能耗低、霧矩張角適中以及霧化后對(duì)噴霧干燥塔中的氣流場(chǎng)影響小等優(yōu)點(diǎn)，該霧化器在噴霧干燥系統(tǒng)中應(yīng)用較多。其原理是由高壓泵使料液具有一定的壓力和一定的初速度從切線方向進(jìn)人噴嘴的旋轉(zhuǎn)室中。這時(shí)，料液的部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使料液形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)速度與旋渦半徑成反比，因近軸心旋轉(zhuǎn)速度愈大，其靜壓強(qiáng)愈小。結(jié)果在噴嘴中央形成一股壓力近似等于大氣壓的空氣旋流，而液體則繞著這個(gè)氣心旋轉(zhuǎn)，并形成環(huán)形薄膜從噴嘴孔噴出，然后液膜伸長變薄并拉成細(xì)絲，最后細(xì)絲斷裂為小液滴 [5] 。 工藝設(shè)計(jì) 的 條件 干燥物料即蘇打粉料漿為懸浮液，干燥介質(zhì)為空氣；霧化器采用旋轉(zhuǎn)型壓力式霧化器，選用熱風(fēng)、霧滴并流向下的操作方式 [6]。 由設(shè)計(jì)條件知，產(chǎn)品產(chǎn)量為 G=5555kg/h；由選定蘇打粉的物性知：其密度32 /2150 mkg?? ；比熱容 )/( ℃kgkJc ?? ；顆粒的平均粒徑 md ?1202 ? 。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，蘇打粉料漿溫度在 20℃ 左右時(shí)，料漿有較好的流動(dòng)性。當(dāng)洗衣粉的出料溫度高于 55℃ 時(shí) 會(huì)影響蘇打粉的性能，可能受熱分解，故取蘇打粉的出料溫度為 55℃ 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取熱風(fēng)入口溫度 150℃ ，熱風(fēng)出口溫度 60℃ 。 噴霧干燥常用來處理濕含量在 20%— 60%的溶液。但本生產(chǎn)采用 氨堿法 生產(chǎn)蘇打粉料漿 機(jī)械脫水之后 含水量在 17%到 23%左右。所以采用料漿含水量 20%進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)文獻(xiàn)資料，取加熱蒸汽壓力（表壓） ；料液霧化壓力（表壓） MPa4 。年平均溫度12℃ ，年平均相對(duì)濕度 70%。 具體工藝參數(shù)如下： 料液處理量 hkgG /69091 ? 料液含水量 %201?w（濕基）； 產(chǎn)品含水量 %?w （濕基） 料液密度 31 1 9 2 4 /kg m? ? ； 產(chǎn)品密度 32 /2150 mkg?? 熱風(fēng)入塔溫度 ℃t 1501? ； 熱風(fēng)出塔溫度 ℃t 602? 料液入塔溫度 ℃201 ?? ； 8 產(chǎn)品出塔溫度 ℃552?? 產(chǎn)品平均粒徑 md ?1202 ? ； 產(chǎn)品比熱容 )/( ℃kgkJc ?? 水 比熱容 CW=； 加熱蒸汽壓力（表壓） 料液霧化壓力（表壓） MPa4 ； 年平均溫度 12℃ 年平均相對(duì)濕度 70%； 年工作日 300 天 9 第 三 章 噴霧干燥器的設(shè)計(jì) 物料衡算和熱量衡算 1． 物料衡算 （ 1） 絕干物料流量 G 11( 1 ) 6 9 0 9 ( 1 2 0 % ) 5 5 2 7 /G G w k g h? ? ? ? ? （ 31） （ 2） 產(chǎn)品產(chǎn)量 2G 112 2( 1 ) 6 9 0 9 ( 1 2 0 % ) 5 5 5 5 /1 1 0 . 5 %GwG k g hw? ?? ? ??? （ 32） （ 3） 水分蒸發(fā)量 W V=G1 － G2 =6909－ 5555=1354kg/h (33) （ 1） 物料升溫所需熱量 mq ? ? ? ?2 2 2 1 5555 55 /1354m Gcq k J k gW?? ? ? ?? ? ? 水 （ 34） （ 2） 汽化 kg1 水的熱損失 lq W tFqq ?? ?11按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 wt， ????的傳熱系數(shù)干燥塔表面對(duì)周圍空氣 ℃t，t ww 40?取干燥塔外表面積溫度 ? ?h℃mkJ ?????? 2/? 230 mFF ， ?取干燥塔散熱面積 ； 室溫壁溫 ? ℃t 281240 ???? 1 4 1 . 8 3 0 2 8 2 5 . 9 /1354Ftq k J k gW? ? ? ?? ? ? 水 干燥塔出口空氣的濕度 2H 根據(jù)熱量衡算 ? ? ? ?2 1 1 12 1 1 2 5 . 2 1 4 9 . 6 4 . 1 8 7 2 0 9 1 . 7 6 /l m wI I I I q q c k J k gH H H H ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 水 即11 IIHH? ??? ，為一直線方程，根據(jù)給出的工藝設(shè)計(jì)條件， ℃t 120 ? ， %70?? ，由濕10 空氣的 HI 圖查出， 絕干氣水 kgkgHH /0 0 ?? 。當(dāng) ℃t 1501? 時(shí)，由濕空氣的 HI 圖查出， 絕干氣kgkJI /1801 ? ，任取 絕干氣水 kgkgH /? ，則? ?9 1 . 7 6 0 . 0 6 0 . 0 0 6 1 8 0 1 7 5 . 0 /I k J k g? ? ? ? ? ? 絕 干 氣。連結(jié)點(diǎn)? ?絕干氣絕干氣水 kgkJ，IkgkgHA /1 8 0/0 0 11 ?? 和點(diǎn)? ?0 . 0 6 / 1 7 5 . 0 /B H k g k g I k J k g??水 絕 干 氣 , 絕 干 氣，并延長與 ℃t 1002 ? 線相交于點(diǎn) D，點(diǎn)D 就是出口空氣狀態(tài)點(diǎn)。由 HI 圖查出， 。kgkgH 絕干氣水 / ? 空氣消耗量 絕干空氣的消耗量為 211354 2 2 5 6 6 /0 . 1 2 0 . 0 0 6WL k g hHH? ? ??? （