【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 獨(dú)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(yīng)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(diǎn)保留了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消除了它的缺點(diǎn)，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(diǎn)針對(duì)索爾維法生產(chǎn)純堿時(shí)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(guò)上千次試驗(yàn)，在1943年研究成功了聯(lián)合制堿法。這個(gè)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(lái)，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(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)，在1941一1943年抗日戰(zhàn)爭(zhēng)的艱苦環(huán)境中，在侯德榜的嚴(yán)格指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)了500多次循環(huán)試驗(yàn)，分析了20xx多個(gè)樣品后，才把具體工藝流程定下來(lái)，這個(gè)新工藝使食鹽利用率從70%一下子提高到96%，也使原來(lái)無(wú)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(gè)新高度，贏得了國(guó)際化工界的極高評(píng)價(jià)。1943年，中國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)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(shí)的副產(chǎn)品CO2，革除了用石灰石分解來(lái)生產(chǎn)，簡(jiǎn)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(lái)回收，提高了食鹽利用率，縮短了生產(chǎn)流程，減少了對(duì)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(yīng)發(fā)生的原理進(jìn)行的，離子反應(yīng)會(huì)向著離子濃度減小的方向進(jìn)行。也就是很多初中高中教材所說(shuō)的復(fù)分解反應(yīng)應(yīng)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(guò)程基本工藝步驟實(shí)現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個(gè)步驟：氮?dú)湓蠚獾膲嚎s并補(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成。氨的分離。熱能的回收利用。對(duì)未反應(yīng)氣體補(bǔ)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(yù)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(yīng)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(wèn)題時(shí)，必須遵循三個(gè)原則：一是有利于氨的合成和分離。二是有利于保護(hù)催化劑，盡量延長(zhǎng)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(duì)合成反應(yīng)有利,但能耗高。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)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(yīng)熱回收是必需的,是節(jié)能的主要方式之一。本次設(shè)計(jì)選用中壓法(壓力為32MPa)合成氨流程，采用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應(yīng)熱，塔型選擇見設(shè)備選型部分。生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進(jìn)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(jìn)入氣氣換熱器冷氣入口，通過(guò)管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。升溫后從冷氣出口出來(lái)分五路進(jìn)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(guò)下部換熱器管間與反應(yīng)后的熱氣體換熱、預(yù)熱后沿中心管進(jìn)入觸媒層頂端，經(jīng)過(guò)四層觸媒的反應(yīng)后進(jìn)入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)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(lái)后分成二股，一股進(jìn)入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱，另一股氣體進(jìn)入鍋爐給水預(yù)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(huì)合，一起進(jìn)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(jìn)入氨分離器，部分液氨被分離出來(lái)，氣體出氨分離器，經(jīng)加壓后進(jìn)入循環(huán)氣濾油器出來(lái)后進(jìn)入冷交換器熱氣進(jìn)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(lái)經(jīng)過(guò)新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮?dú)鈺?huì)合進(jìn)入氨冷器，被液氨蒸發(fā)冷凝到5～10℃，被冷凝的氣體再次進(jìn)入冷交，在冷交下部氣液分離，液氨送往氨庫(kù)氣體與熱氣體換熱后再次出塔，進(jìn)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(yīng)CaO(s)+H2O=Ca(OH)2(s)放熱，體積膨脹的反應(yīng)。四種產(chǎn)品(根據(jù)加入水的量)消石灰，細(xì)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(wù)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(lái)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。化鹽用的水來(lái)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(yīng)：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(xué)反應(yīng)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(yīng)：Na2CO3 + Ca → CaCO3(s) + 2Na三、(一)石灰氨二氧化碳法優(yōu)點(diǎn)：成本低廉，適用于海鹽。缺點(diǎn)：氨損失大，流程較復(fù)雜鹽水精制工藝流程的組織及操作控制要點(diǎn)圖石灰碳酸銨法鹽水精制流程1化鹽桶。2反應(yīng)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(yīng)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(xué)反應(yīng)氨水生成反應(yīng)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(yīng)(二)化學(xué)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(guò)低、理論滴度比為(四)吸氨熱效應(yīng)熱效應(yīng)：溶解熱+反應(yīng)熱+冷凝熱。冷卻除熱，過(guò)熱將失去吸氨作用。過(guò)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(yīng)過(guò)程的要求，理論上NH3/NaCl之比應(yīng)為1:1(mol比)。而生產(chǎn)實(shí)踐中NH3/～。溫度的選擇鹽水進(jìn)吸氨塔之前用冷卻水冷至25～30℃，氨氣也先經(jīng)冷卻后再進(jìn)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(duì)鹽水的稀釋程度。但溫度也不宜太低，否則會(huì)生成(NH4)2CO32H2O，NH4HCO3等結(jié)晶堵塞管道和設(shè)備。實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)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(fù)壓條件下進(jìn)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(dāng)?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(dá)到提高U(Na)的目的，但受多種因素和條件的限制，實(shí)際生產(chǎn)中的碳化度一般只能達(dá)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(guò)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(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有決定性的意義。溫度在開始時(shí)(即由塔的頂部往下)液相反應(yīng)溫度逐步升高，中部(約塔高的2/3處)溫度達(dá)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(guò)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?yàn)榇藭r(shí)反應(yīng)速度已經(jīng)很慢，其過(guò)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(yīng)為上中下依次為低高低為宜。添加晶種當(dāng)碳化過(guò)程中溶液達(dá)到飽和甚至稍過(guò)飽和時(shí)，并無(wú)結(jié)晶析出，但在此時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)大的辦法來(lái)提高產(chǎn)量和質(zhì)量的。應(yīng)用此方法時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是加晶種的部位和時(shí)間，晶種應(yīng)加在飽和或過(guò)飽和溶液中。二是加入晶種的量要適當(dāng)。(二)碳化塔的操作控制條件碳化塔的結(jié)構(gòu)氣體進(jìn)塔可分為一段和二段。一段進(jìn)氣是將窯氣和爐氣混合后進(jìn)塔。其CO2濃度一般在60%左右。為了適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程和反應(yīng)歷程的需要，后來(lái)改為兩段進(jìn)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(diǎn)(該廠使用的碳化塔與索爾維氏碳化塔有所不同，是經(jīng)過(guò)改造的索爾維氏碳化塔)(1)～。液面過(guò)高，尾氣帶液嚴(yán)重并導(dǎo)致出氣管堵塞。液面過(guò)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(jìn)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(jìn)氣量與出堿速度要匹配，否則，如果出堿過(guò)快而進(jìn)氣量不足時(shí)，反應(yīng)區(qū)下移，導(dǎo)致結(jié)晶細(xì)小，產(chǎn)量下降。反之，則反應(yīng)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(dāng)。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(guò)低會(huì)導(dǎo)致冷卻水量大大增加，引起堵塔，縮短制堿周期。(5)倒塔和運(yùn)行時(shí)間要適宜。倒塔周期要嚴(yán)格執(zhí)行，不要出現(xiàn)隨意不規(guī)則操作。在倒塔過(guò)程中，塔內(nèi)的溫度、流量均處于劇烈變化之中，因此，倒塔運(yùn)行時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。重堿的過(guò)濾與煅燒一、重堿過(guò)濾的基本原理碳化取出夜：4045%固相碳酸氫鈉(重堿)。過(guò)濾分離：濕重堿煅燒制純堿，母夜蒸氨工段回收氨。過(guò)濾設(shè)備：過(guò)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(yīng)的設(shè)備分別為真空過(guò)濾機(jī)和離心過(guò)濾機(jī)。離心分離設(shè)備流程簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗低，濾出的固體重堿含水量少，但它對(duì)重堿的粒度要求高，生產(chǎn)能力低，氨耗高，國(guó)內(nèi)廠家較少采用。轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾器，依次完成吸堿，吸干，洗滌，擠壓，刮卸，吹除過(guò)程。重堿煅燒工藝流程的組織及運(yùn)行：1皮帶輸送機(jī)。2圓盤加料器。3返堿螺旋輸送機(jī)。4煅燒爐。5出堿螺旋輸送機(jī)。6地下螺旋輸送機(jī)。7喂堿螺旋輸送機(jī)。8斗式提升機(jī)。9分配螺旋輸送機(jī)。10成品螺旋輸送機(jī)。11篩上螺旋輸送機(jī)。12圓筒篩。13堿倉(cāng)。14磅秤。15疏水器。16擴(kuò)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(yīng)控制在160～190℃，不得低于150℃。為了避免損壞包裝袋，出爐熱堿應(yīng)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(fēng)除塵器應(yīng)保溫，保證爐氣溫度在108～115℃為宜。(2)蒸汽根據(jù)鍋爐過(guò)熱能力來(lái)確定蒸汽壓力，一般蒸汽壓力應(yīng)大于25kg/cm為宜，過(guò)熱溫度應(yīng)達(dá)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(guò)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(yù)灰桶：結(jié)合氨、游離氨?；胰檎麴s段：，廢液中氨的含量是蒸氨操作效果的重要標(biāo)志。若廢液中氨含量過(guò)高，說(shuō)明氨回收效果不好，造成氨的損失大。若廢液中氨含量過(guò)低，則說(shuō)明加入灰乳過(guò)量，易造成設(shè)備及管道堵塞。(二)蒸氨工藝流程1母液預(yù)熱段。2蒸餾段。 3分液槽。4加熱段。 5石灰乳蒸餾段。6預(yù)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(guò)程是直接用蒸汽“汽提”的過(guò)程，熱量和質(zhì)量同時(shí)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(guò)程的主要反應(yīng)與前述過(guò)程