【文章內(nèi)容簡介】 獨結(jié)晶析出供做氮肥。原理侯氏制堿法原理NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl總反應方程式：NaCl + CO2 + H2O + NH3= NaHCO3 ↓ + NH4Cl2NaHCO3====Na2CO3+H2O+CO2↑(CO2循環(huán)使用)侯氏制堿法又名聯(lián)合制堿法(1)NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(2)NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓(3)2NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2↑即：①NaCl(飽和)+NH3+H2O+CO2=NH4Cl+NaHCO3↓②2NaHCO3(加熱)=Na2CO3+H2O+CO2↑優(yōu)點保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96 %。 NH4Cl可做氮肥?？膳c合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。注：純堿就是碳酸鈉特點針對索爾維法生產(chǎn)純堿時食鹽利用率低，制堿成本高，廢液、廢渣污染環(huán)境和難以處理等不足，侯德榜先生經(jīng)過上千次試驗，在1943年研究成功了聯(lián)合制堿法。這個新工藝是把氨廠和堿廠建在一起，聯(lián)合生產(chǎn)。由氨廠提供堿廠需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化銨用加入食鹽的辦法使它結(jié)晶出來，作為化工產(chǎn)品或化肥。食鹽溶液又可以循環(huán)使用。為了實現(xiàn)這一設(shè)計，在1941一1943年抗日戰(zhàn)爭的艱苦環(huán)境中，在侯德榜的嚴格指導下，經(jīng)過了500多次循環(huán)試驗，分析了20xx多個樣品后，才把具體工藝流程定下來，這個新工藝使食鹽利用率從70%一下子提高到96%，也使原來無用的氯化鈣轉(zhuǎn)化成化肥氯化銨，解決了氯化鈣占地毀田、污染環(huán)境的難題。這方法把世界制堿技術(shù)水平推向了一個新高度，贏得了國際化工界的極高評價。1943年，中國化學工程師學會一致同意將這一新的聯(lián)合制堿法命名為“侯氏聯(lián)合制堿法”。所謂“聯(lián)合制堿法”中的“聯(lián)合”，指該法將合成氨工業(yè)與制堿工業(yè)組合在一起，利用了生產(chǎn)氨時的副產(chǎn)品CO2，革除了用石灰石分解來生產(chǎn)，簡化了生產(chǎn)設(shè)備。此外，聯(lián)合制堿法也避免了生產(chǎn)氨堿法中用處不大的副產(chǎn)物氯化鈣，而用可作化肥的氯化銨來回收，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，減少了對環(huán)境的污染，降低了純堿的成本。聯(lián)合制堿法很快為世界所采用。侯氏制堿法的原理是依據(jù)離子反應發(fā)生的原理進行的，離子反應會向著離子濃度減小的方向進行。也就是很多初中高中教材所說的復分解反應應有沉淀、氣體和難電離的物質(zhì)生成。他要制純堿(Na2CO3)，就利用NaHCO3在溶液中溶解度較小，所以先制得NaHCO3，再利用碳酸氫鈉不穩(wěn)定性分解得到純堿。要制得碳酸氫鈉就要有大量鈉離子和碳酸氫根離子，所以就在飽和食鹽水中通入氨氣，形成飽和氨鹽水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的鈉離子、銨根離子、氯離子和碳酸氫根離子，這其中NaHCO3溶解度最小，所以析出，其余產(chǎn)品處理后可作肥料或循環(huán)使用。(三)氨合成過程基本工藝步驟實現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個步驟：氮氫原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)氣的預熱與氨的合成。氨的分離。熱能的回收利用。對未反應氣體補充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。(1)氣體的壓縮和除油(2)氣體的預熱和合成(3)氨的分離(4)氣體的循環(huán)(5)惰性氣體的排除(6)反應熱的回收利用氨合產(chǎn)工藝的選擇考慮氨合成工段的工藝和設(shè)備問題時，必須遵循三個原則：一是有利于氨的合成和分離。二是有利于保護催化劑，盡量延長使用壽命。三是有利于余熱回收降低能耗。氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。氨合成壓力高對合成反應有利,但能耗高。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟性比較好，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的`。合成反應熱回收是必需的,是節(jié)能的主要方式之一。本次設(shè)計選用中壓法(壓力為32MPa)合成氨流程，采用預熱反應前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應熱，塔型選擇見設(shè)備選型部分。生產(chǎn)流程簡述氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進入氣氣換熱器冷氣入口，通過管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。升溫后從冷氣出口出來分五路進入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。二、三、四層(觸媒)溫度，一路作為塔底副線調(diào)節(jié)一層溫度，另一路為二入主線氣體，通過下部換熱器管間與反應后的熱氣體換熱、預熱后沿中心管進入觸媒層頂端，經(jīng)過四層觸媒的反應后進入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進入廢熱鍋爐進口，在廢熱鍋爐中副產(chǎn)25MPa蒸氣送去管網(wǎng)，從廢熱鍋爐出來后分成二股，一股進入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱，另一股氣體進入鍋爐給水預熱器在管內(nèi)與管間的脫鹽，脫氧水換熱，換熱后與氣氣換熱器出口氣體會合，一起進入水冷器。在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進入氨分離器，部分液氨被分離出來，氣體出氨分離器，經(jīng)加壓后進入循環(huán)氣濾油器出來后進入冷交換器熱氣進口。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換熱，冷卻后出冷交換器與壓縮送來經(jīng)過新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮氣會合進入氨冷器，被液氨蒸發(fā)冷凝到5～10℃，被冷凝的氣體再次進入冷交，在冷交下部氣液分離，液氨送往氨庫氣體與熱氣體換熱后再次出塔，進入合成塔再次循環(huán)。工藝流程圖四、石灰乳制備的原理及工藝條件(一)石灰乳制備的原理消化反應CaO(s)+H2O=Ca(OH)2(s)放熱，體積膨脹的反應。四種產(chǎn)品(根據(jù)加入水的量)消石灰，細粉末。石灰膏，稠厚。石灰乳，懸浮液，氨回收需要。石灰水，溶液。任務二飽和鹽水的制備與精制一、飽和鹽水的制備氨堿法用的飽和鹽水可以來自海鹽、池鹽、巖鹽、井鹽水和鹽湖水等。NaCl在水中的溶解度的變化不大，在室溫下為315kg/m3。工業(yè)上的飽和鹽水因含有鈣鎂等雜質(zhì)而只含NaCl 300kg/m3左右。制飽和鹽水的化鹽桶桶底有帶嘴的水管，水自下而上溶解食鹽成飽和鹽水，從桶上部溢流而出?；}用的水來自堿廠各處的含氨、二氧化碳或食鹽的洗滌水。精制鹽水的方法：石灰碳酸銨法和石灰純堿法。石灰碳酸銨法用石灰除去鹽中的鎂(Mg2+)，反應：Mg2+ + Ca(OH)2(s) → Mg(OH)2(s) + Ca2+將分離出沉淀的溶液送入除鈣塔中，用碳化塔頂部尾氣中的NH3和CO2再除去Ca2+，其化學反應為：2NH3 + CO2 + H2O +Ca →CaCO3(s) + 2NH4石灰純堿法除鎂的方法與石灰碳酸銨法相同，除鈣則采用純堿法，反應：Na2CO3 + Ca → CaCO3(s) + 2Na三、(一)石灰氨二氧化碳法優(yōu)點：成本低廉，適用于海鹽。缺點：氨損失大，流程較復雜鹽水精制工藝流程的組織及操作控制要點圖石灰碳酸銨法鹽水精制流程1化鹽桶。2反應罐。3一次澄清桶。4除鈣塔。5二次澄清桶。6洗泥桶。 7一次鹽泥罐。8二次鹽泥罐圖石灰純堿法鹽水精制流程1化鹽桶。2反應罐。3澄清桶。4精鹽水貯槽。5 洗泥桶。6廢泥罐。7澄清泥罐。8灰乳貯槽。9純堿貯槽氨鹽水的制備與碳酸化一、精鹽水吸氨的基本原理與工藝條件的優(yōu)化(一)化學反應氨水生成反應NH3(g)+H2O(L) =NH4OH(aq)(NH4)2CO3生成NH3(g)+CO2(g)+H2O(L) = (NH4)2CO3 aq)鈣鎂離子的沉淀反應(二)化學平衡NH3+H2O = NH4OH=NH4+OH K1 =，K2 =10 ,氨在水中主要以NH4OH形式存在。(三)原鹽和氨溶解度的相互影響溶解度相互制約NH3↑，NaCl ↓。 NaCl ↑，NH3 ↓.由于(NH4)2CO3生成，氨的溶解度有所增加。氨鹽水氨的分壓較純氨水低控制吸氨量防止NaCl溶解度過低、理論滴度比為(四)吸氨熱效應熱效應：溶解熱+反應熱+冷凝熱。冷卻除熱，過熱將失去吸氨作用。過冷，易結(jié)晶堵塞管道，且雜質(zhì)分離困難。溫度控制在70℃左右，精鹽水3045 ℃ 。(五)氨鹽水制備的工藝條件優(yōu)化比的選擇根據(jù)碳酸化反應過程的要求，理論上NH3/NaCl之比應為1:1(mol比)。而生產(chǎn)實踐中NH3/～。溫度的選擇鹽水進吸氨塔之前用冷卻水冷至25～30℃，氨氣也先經(jīng)冷卻后再進吸氨塔。低溫有利鹽水吸NH3，也有利于降低氨氣夾帶的水蒸氣含量，降低對鹽水的稀釋程度。但溫度也不宜太低，否則會生成(NH4)2CO32H2O，NH4HCO3等結(jié)晶堵塞管道和設(shè)備。實際生產(chǎn)中進吸收塔的氣溫一般控制在55～60℃ 為了防止和減少吸氨系統(tǒng)的泄漏，吸氨操作是在微負壓條件下進行，其壓力大小以不妨礙鹽水下流為限。(三)氨鹽水碳化的工藝條件碳化度生產(chǎn)中用碳化度R表示氨鹽水吸收CO2的程度在適當?shù)陌丙}水組成條件下，R值越大，則NH3轉(zhuǎn)變成NH4HCO3越完全，NaCl的利用率U(Na)越高。生產(chǎn)上盡量提高R值以達到提高U(Na)的目的，但受多種因素和條件的限制，實際生產(chǎn)中的碳化度一般只能達到180%～190%。(四)影響NaHCO3結(jié)晶的因素NaHCO3在碳化塔中生成并結(jié)晶成重堿。結(jié)晶的顆粒愈大，則有利于過濾、洗滌，所得產(chǎn)品含水量低，收率高，煅燒成品純堿的質(zhì)量高。因此，碳酸氫鈉結(jié)晶在純堿生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性的意義。溫度在開始時(即由塔的頂部往下)液相反應溫度逐步升高，中部(約塔高的2/3處)溫度達到最高。再往下溫度開始降低，但降溫速度不易太快，以保持過飽和度的穩(wěn)定。在塔的下部至接連底部的一段塔高內(nèi)，降溫速度可以稍快一些，因為此時反應速度已經(jīng)很慢，其過飽度不大，降低溫度可以提高產(chǎn)率。從保證質(zhì)量，提高產(chǎn)量的角度出發(fā)，塔內(nèi)的溫度分布應為上中下依次為低高低為宜。添加晶種當碳化過程中溶液達到飽和甚至稍過飽和時，并無結(jié)晶析出，但在此時若加入少量固體雜質(zhì)，就可以使溶質(zhì)以固體雜質(zhì)為核心，長大而析出晶體。在NaHCO3生產(chǎn)中，就是采用往飽和溶液內(nèi)加晶種并使之長大的辦法來提高產(chǎn)量和質(zhì)量的。應用此方法時應注意兩點：一是加晶種的部位和時間，晶種應加在飽和或過飽和溶液中。二是加入晶種的量要適當。(二)碳化塔的操作控制條件碳化塔的結(jié)構(gòu)氣體進塔可分為一段和二段。一段進氣是將窯氣和爐氣混合后進塔。其CO2濃度一般在60%左右。為了適應生產(chǎn)過程和反應歷程的需要，后來改為兩段進氣，即從塔底送入濃度90%以上的CO2鍋氣，從塔的冷卻段中部送入濃度40%左右CO2的窯氣。碳化塔的操作控制要點(該廠使用的碳化塔與索爾維氏碳化塔有所不同，是經(jīng)過改造的索爾維氏碳化塔)(1)～。液面過高，尾氣帶液嚴重并導致出氣管堵塞。液面過低，則尾氣帶出的NH3和CO2量增大，降低了塔的生產(chǎn)能力。(2)氨鹽水進塔溫度約30~50176。C，塔中部溫度升到60176。C左右，中部不冷卻，但下部要冷卻，控制塔底溫度在30176。C以下，保證結(jié)晶析出。(3)碳化塔進氣量與出堿速度要匹配，否則，如果出堿過快而進氣量不足時，反應區(qū)下移，導致結(jié)晶細小，產(chǎn)量下降。反之，則反應區(qū)上移，塔頂NH3及CO2的損失增大。(4)碳化塔底出堿溫度要適當。出堿溫度低，NaHCO3析出量較多，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)量增加。但溫度過低會導致冷卻水量大大增加，引起堵塔，縮短制堿周期。(5)倒塔和運行時間要適宜。倒塔周期要嚴格執(zhí)行，不要出現(xiàn)隨意不規(guī)則操作。在倒塔過程中，塔內(nèi)的溫度、流量均處于劇烈變化之中，因此，倒塔運行時間不宜過長。重堿的過濾與煅燒一、重堿過濾的基本原理碳化取出夜：4045%固相碳酸氫鈉(重堿)。過濾分離：濕重堿煅燒制純堿，母夜蒸氨工段回收氨。過濾設(shè)備：過濾分離在制堿工業(yè)中經(jīng)常采用的有兩類,即真空分離和離心分離，相應的設(shè)備分別為真空過濾機和離心過濾機。離心分離設(shè)備流程簡單，動力消耗低，濾出的固體重堿含水量少，但它對重堿的粒度要求高，生產(chǎn)能力低，氨耗高，國內(nèi)廠家較少采用。轉(zhuǎn)鼓式真空過濾器，依次完成吸堿，吸干，洗滌，擠壓，刮卸，吹除過程。重堿煅燒工藝流程的組織及運行：1皮帶輸送機。2圓盤加料器。3返堿螺旋輸送機。4煅燒爐。5出堿螺旋輸送機。6地下螺旋輸送機。7喂堿螺旋輸送機。8斗式提升機。9分配螺旋輸送機。10成品螺旋輸送機。11篩上螺旋輸送機。12圓筒篩。13堿倉。14磅秤。15疏水器。16擴容器。17分離器。18冷凝塔。19洗滌塔。20冷凝泵洗水內(nèi)熱式蒸汽煅燒爐操作條件：(1)溫度為了使NaHCO3分解完全，爐內(nèi)溫度一般應控制在160～190℃，不得低于150℃。為了避免損壞包裝袋，出爐熱堿應冷卻至包裝袋材料允許的溫度后再行包裝，一般包裝溫度在50～100℃。為了避免爐氣中水蒸氣冷凝，爐氣出口至旋風除塵器應保溫，保證爐氣溫度在108～115℃為宜。(2)蒸汽根據(jù)鍋爐過熱能力來確定蒸汽壓力，一般蒸汽壓力應大于25kg/cm為宜，過熱溫度應達到25～50℃，以保障操作溫度和避免蒸汽在總管中冷凝。五、氨的回收一、氨回收的基本原理及工藝條件(一)氨回收的基本原理目的：循環(huán)利用、節(jié)約成本、減少氨損失。含氨料液：過濾母液、淡液。游離氨：直接蒸出。結(jié)合氨：加石灰乳蒸出原理：加熱段：蒸出游離氨。預灰桶：結(jié)合氨、游離氨。灰乳蒸餾段：，廢液中氨的含量是蒸氨操作效果的重要標志。若廢液中氨含量過高，說明氨回收效果不好，造成氨的損失大。若廢液中氨含量過低，則說明加入灰乳過量，易造成設(shè)備及管道堵塞。(二)蒸氨工藝流程1母液預熱段。2蒸餾段。 3分液槽。4加熱段。 5石灰乳蒸餾段。6預灰桶。7冷凝器。8石灰乳流堰9加石灰乳罐(三)淡液回收淡液蒸餾過程是直接用蒸汽“汽提”的過程，熱量和質(zhì)量同時作用蒸出氨和CO2，并回收到生產(chǎn)系統(tǒng)中。在有純堿的淡液中含有的結(jié)合氨量較少，可看成為不含NaCl和NH4Cl的NH3CO2H2O系統(tǒng)，其蒸餾過程的主要反應與前述過程