【導(dǎo)讀】純堿的性質(zhì)和用途···········································································1. 純堿工業(yè)的發(fā)展史···········································································2. 中國(guó)純堿工業(yè)發(fā)展史····································································2. 世界純堿工業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀···········&#

　　

【正文】 (NH4)2CO3的凝縮液而離開循環(huán)系統(tǒng)，所以循環(huán)系統(tǒng)中消耗的水為碳酸化過程中所示，消耗的水量 ： 10002(kg) 式中 106， 分別為 Na2CO3和 H2O 的相對(duì)分子質(zhì)量。 (2) 根據(jù) NaHCO3 晶體的粒度和均勻程度，一般用真空過濾機(jī)所得的重堿濾 渣 中水分 在 18%~21%范圍之內(nèi)，良好時(shí)為 16%~20%，相應(yīng)的燒成 %~%，而一噸純堿所需的粗重堿量為燒成率的倒數(shù)，即 ~ 噸，因此 1 噸堿由粗重堿帶出系統(tǒng)的水分為 (~)(~)=300~390(kg)； (3) 合成一噸純堿就聯(lián)產(chǎn)一噸氯化銨，其中含 H2O 量 4%，故一噸氯化銨帶走 H2O量為 42(kg),而合成 15 噸純堿由 15 噸氯化銨帶走的水量為 630(kg)； 由此可見，如果要使母液總量平衡，在真空過濾機(jī)過濾重堿時(shí)，所加入的洗水不應(yīng)超過 10200+(9000~11700)+630~870=19830~22770(kg)； 在聯(lián)堿生產(chǎn)中水量能否平衡主要決定于過濾洗水的用量，而重堿結(jié)晶的好壞對(duì)過濾洗水的用量影響極大。因此欲使系統(tǒng)水量保持平衡，首先要提高重堿的結(jié)晶質(zhì)量，其次為嚴(yán)格控制洗鹽的含水量。 13 副產(chǎn)品氨水 以煤為原料制氨時(shí)， 1t 氨約需變換氣 4300m2，其中含 CO 為 28%，含 CO2 量=4300=1024m3,制造 1t 純堿需 CO2為 520m3 制造 15 萬噸純堿需 CO2為 7800m3， 所以 如果用變換氣直接碳酸化制堿，生產(chǎn) 1t 噸 CO2 只能生產(chǎn)純堿 1204/520=（ 也即NH4Cl 的量 ） 。 1t 氯化銨實(shí)際氨耗為 ，因此 1t 氨可加工成 NH4Cl=1/=（ 也即為Na2CO3的量 ） 。 因此所產(chǎn)的 CO2不能滿足將 NH3全部加工成 NH4Cl 的要求，有一部分氨必須以氨水出售 。 鈣鎂雜質(zhì)對(duì)聯(lián)堿法生產(chǎn)的影響 聯(lián)合法所用的洗鹽，其中仍含有，當(dāng)加到鹽析結(jié)晶器中時(shí)，由于母液中有和存在，會(huì)生成及其復(fù)鹽。這些固體雜質(zhì)，如被氯化銨產(chǎn)品帶走，并無大礙。因?yàn)閺氖褂媒嵌葋砜矗r(nóng)用氯化銨帶有少量雜質(zhì)，并不會(huì)影響使用效果，況且兩者都是植物中的中量營(yíng)養(yǎng)元素，尤其鎂是營(yíng)造葉綠素的元素?？上н@些沉淀太細(xì)，一部分隨同母液 Ⅱ 進(jìn)入噴射吸氨器隨之進(jìn)入氨母液 Ⅱ 桶沉降。鹽中鈣鎂含量的增加會(huì)使氨母液 Ⅱ 泥量增加，排放時(shí)不僅處理麻煩，而且使氨及鹽的損失增加。還會(huì)使沉降后的氨母液 Ⅱ 的濁度增加，在碳酸化時(shí)，使重堿粒度 變細(xì)，直接影響到過濾后重堿的水含量和水不溶物含量，須增加原料和能量的消耗。在造成母液膨脹的諸多因素中，氨母液 Ⅱ 的碳酸化是否正常起著決定性作業(yè)。如果碳酸化失常，重堿質(zhì)量差，過濾及洗滌困難，洗水增加，就會(huì)使母液膨脹。 在氨母液 Ⅱ 澄清液中澄清后的氨母液 Ⅱ 的濁度應(yīng)不大于鈣離子的澄清率；約為80%~90%，而鎂離子的澄清率卻少于 50%。現(xiàn)在工廠中常添加聚炳烯酸作助沉劑以提高二者的澄清效率。 14 碳化塔的選型與計(jì)算 外冷式碳化塔的特點(diǎn) 外冷式碳化塔與傳統(tǒng)的索爾維塔有很大 區(qū) 別， 外冷式碳化塔 主要有以下特 點(diǎn)：采用外部自然循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)；采用較低的中部作業(yè)溫度；采用特殊的高效塔板；采用異徑塔結(jié)構(gòu)外冷塔；采用自然循環(huán)方案；采用氣體動(dòng)力活化塔底部結(jié)晶的環(huán)形進(jìn)氣結(jié)構(gòu)解決了塔底堆堿的影響 [1]。 1篩板 A； 2中心管； 3篩板 B； 4氣液分離器； 5—環(huán)形篩板； 6角閥 7外冷器； 8氣體分布器； 9氨母液入口； 10尾氣出口； 11二氧化碳出口； 12出堿； 13冷卻水入口； 14冷卻水出口 15 圖 外冷式碳化塔 碳化塔內(nèi)徑的計(jì)算 設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn) 15 萬噸的聯(lián)合制堿法制純堿設(shè)備裝置，反應(yīng)操作時(shí)間如下： 置換 1h，進(jìn)料 ，反應(yīng) 18h，出料 ，清理 1h。 反應(yīng)操作時(shí)間為 8000 小時(shí) ,消耗定額 噸 NaCl/NaCO3,試求碳酸化塔的體積和管道的通過能力： 解：碳酸化塔的生產(chǎn)能力為 15 萬噸 /年 ,每批操作周期為 24 小時(shí)，碳酸化塔每批的生產(chǎn)量為： (15000024)/8000=450t/批 在操作條件下 NaCl 的密度為 ，碳酸化塔的裝填系數(shù)為 ，則所需體積為： (450)/()=217m3 可假設(shè)碳化塔高度為 10m，根據(jù)公式： Vth=d2h?/4 式中 ： Vth—碳化塔容積， m3； d—該碳化塔圓柱部分內(nèi)徑， m； h—該碳化塔高度 ， m。 就可算出碳酸化塔的圓柱部分內(nèi)徑為 。 結(jié)晶器的選型 結(jié)晶器是氯化銨結(jié)晶設(shè)備的主要設(shè)備。母液過飽和度的消失，晶核的生成及長(zhǎng)大都在結(jié)晶器中進(jìn)行 [2]。 內(nèi)循環(huán)鹽析結(jié)晶器 上部為清液段，中部為懸浮段，下部為錐底。中心循環(huán)管由拉筋固定在結(jié)晶中心位置，頂蓋下邊設(shè)有套筒。半母液由中心循環(huán)管上口進(jìn)入，鹽漿及濾液由側(cè)方插入。懸浮段的中部設(shè)有晶漿取出口，錐底開有母液放出口、排渣口及人孔等，渣液段上部設(shè)有母液溢流槽 [2]。 結(jié)晶器特點(diǎn) 結(jié)晶器是制銨過程的主要設(shè)備，它必須滿足如下要求：應(yīng)有足夠的容積與高度；要有分級(jí)作用；晶漿取出口的位置要合適；結(jié)晶器內(nèi)壁應(yīng)該力求平整、光滑、缺少死角 [2]。 結(jié)晶器尺寸設(shè)計(jì) 現(xiàn)年產(chǎn) 15 萬噸氯化銨，結(jié)晶器的尺寸如下： 每年工作日按 330 天計(jì)算，則每天產(chǎn) ，每小時(shí) 。根據(jù)工藝計(jì)算，冷析產(chǎn)量占總產(chǎn)量的 45%，則冷析每小時(shí)產(chǎn)量為 1000=8505kg/h，取 AI 流量為 m3/h，則計(jì)算出： 16 (1) 過飽和度 S 一般生產(chǎn)廠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) S=~，過去中間試驗(yàn)為 ，現(xiàn)在選 S=。 (2) 母液循環(huán)量 Q Q=產(chǎn)量 /過飽和度 =8505/=8505m3/h 選取 Q=8500m3/h，則實(shí)際 S=8505/8500=(3) 表觀流速 U 選取經(jīng)驗(yàn)值 U=(4) 中心管流速 V 選取經(jīng)驗(yàn)值 V=Q=8500+15=8515m3/h，則中心管直徑： d= 取 ?5299 鋼管，則中心管內(nèi)實(shí)際流速 V=8515/(3600)=(5) 懸浮段直徑 D D2d2=8515/(3600) 解的 D=,取 D= 則實(shí)際表觀流速可求得 ： U=8515/()3600=(6) 清液段直徑 D，考慮軸流泵的安裝倒換，以及保證結(jié)晶器的一定容積，取清液段直徑 D=。 (7) 其它尺寸，清液段高取 ，一般取 ?=30，收縮段高 ,懸浮段高取 ,錐底高取 ，總高 。 17 1排渣口； 2入孔； 3懸浮段； 4連接段； 5—清液 段； 6溢流段 7軸流泵； 8結(jié)晶器頂蓋； 9結(jié)晶器筒體； 10取出口； 11中心循環(huán)管； 12錐底； 13放出口； 圖 內(nèi)循環(huán)鹽析結(jié)晶器 18 人員配備 為了維持日常生產(chǎn)，安排好化工廠的人員配置，是非常重要的。本著合理人性化的管理理念，在生產(chǎn)中強(qiáng)調(diào)人的重要性，同時(shí)也盡可能的降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但為了在經(jīng)濟(jì)上和生產(chǎn)上取得平衡，進(jìn)行了如下人員配置：采用四班三到制，每班分為中控崗位、現(xiàn)場(chǎng)巡檢崗位、質(zhì)量控制崗位、調(diào)度崗位。人員配備為中控每班 1 人，現(xiàn)場(chǎng)出于安全與作業(yè)難度考慮分配 2 人，質(zhì)量控制分 2 人分別做 取樣與分析工作，調(diào)度崗位做過程控制工作即相當(dāng)于班長(zhǎng) 1 人，即每班 6 人，一天共 24 人。 車間布置 廠房的平面布置 1) 廠房的平面布置 化工廠房平面型式的選擇原則是，在滿足生產(chǎn)工藝要求下，盡量簡(jiǎn)單、美化，同時(shí)符合建筑規(guī)范要求。 一般的廠房型式有長(zhǎng)方形、 L形、 T 形和∏形。長(zhǎng)方形一般作為優(yōu)先考慮的布置形式，適用于中小型車間。其優(yōu)點(diǎn)是便于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于今后的發(fā)展，有利于設(shè)備布置和物料工藝流程連續(xù)化，縮短管線長(zhǎng)度，方便安排交通和安全出入口，有較多的可供自然采光和通風(fēng)的墻面，但有時(shí)由 于長(zhǎng)方形廠房因長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以在總圖布置時(shí)可能會(huì)有一定的困難，這時(shí)，為了適應(yīng)廠地要求或生產(chǎn)要求，也可以采用 L 形、 T形和∏形，但這個(gè)應(yīng)該充分考慮采光、通風(fēng)、交通和立面布置等各方面的要求。 2) 廠房的柱網(wǎng)布置 廠房的橫向、縱向立柱同時(shí)構(gòu)成了，在平面布置圖上即形成為柱網(wǎng)。柱網(wǎng)要根據(jù)生產(chǎn)需要的面積、設(shè)備布置要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等因素來確定，此餐，還要符合建筑模數(shù)制的要求，以充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制件，節(jié)約設(shè)計(jì)和施工力量，加快施工進(jìn)度。 柱網(wǎng)布置一般根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)而定，總體而言，要求較高的地方，一般框架結(jié)構(gòu)廠房，這時(shí) 多采用的柱網(wǎng)間距多為 6m，也有采用 ；要求較低的地方，可采用混合結(jié)構(gòu)或內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，這時(shí)柱網(wǎng)間距可為采用 4m、 5m、或 6m。但不論是哪種廠房結(jié)構(gòu)，在一幢廠房中不宜采用多種柱間距，同時(shí)柱間距應(yīng)當(dāng)滿足建筑模數(shù)的要求。 3) 廠房的寬度 為了充分利用自然光，有利于通風(fēng)，并考慮到建筑的經(jīng)濟(jì)性，一般單層廠房寬度這超過 30m，多層不超過 24m，且寬度一般都應(yīng)采用 3m的倍數(shù)，如 9m、 12m、 15m、 18m 19 和 24m。柱子布置時(shí)要便于設(shè)備排列和員工操作，同時(shí)又有利于交通運(yùn)輸，所以，單層廠房一般為單跨，即跨度等于廠房寬度， 廠房?jī)?nèi)沒有柱子。多層廠房一般跨度 6m，或者采用 6m~3m的組合跨度，以滿足廠房寬度的要求；如果廠房中間要設(shè)置起廊，中間走廊一般寬度設(shè)置為 。 與此同時(shí)，還要充分考慮廠房安全出入口，一般要保證兩個(gè)，若車間面積不大，操作人員少，可以只設(shè) 1 個(gè)，具體要按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》進(jìn)行，車間的門一律要向外開。 廠房的立面布置 廠房的高度和層數(shù)，由工藝設(shè)備布置利用和設(shè)備的高低綜合確定。要充分利用空間。同時(shí)還要考慮好儀表、管道、閥門的安裝要求，以及對(duì)設(shè)備安裝和檢修的要求。 通常情況下，框架和混合結(jié)構(gòu)廠房的高度 可采用 、 5m、 6m 等模數(shù)，且保證每層的高度盡量相同。高溫、有毒氣體廠房，要適當(dāng)加高層高，或者設(shè)置天窗，以利于通風(fēng)、散熱和采光。 如果有爆炸危險(xiǎn)，車間主要采用單層結(jié)構(gòu)，如整個(gè)廠房有爆炸危險(xiǎn)，則在每層樓板上要設(shè)置泄爆孔。泄壓面積與廠房面積比應(yīng)保證在 ~。在車間內(nèi)的防爆區(qū)與非防爆區(qū)之間要設(shè)置防火墻隔開，如要互通時(shí)，則應(yīng)設(shè)兩道彈簧門分隔開。 廠房的建筑結(jié)構(gòu) 工業(yè)廠房有排架結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)兩種，其中框架結(jié)構(gòu)廠房在寬度上可以是等跨或者不等跨的，在層高可以是等高，也可以不等高，因此 設(shè)計(jì)比較方便，由于化工裝置的大型化特點(diǎn)，對(duì)于中、大型類化工生產(chǎn)廠房，宜采用框架結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)廠房結(jié)構(gòu)考慮采用裝配式整體框架結(jié)構(gòu)。 管道布置設(shè)計(jì) 1) 物料因素 (1) 輸送有毒介質(zhì)時(shí)，應(yīng)保證人行道上沒有障礙管件； (2) 輸送易燃易爆介質(zhì)的管道應(yīng)避開生活間、樓梯和走廊等位置，并要安裝安全閥、防爆膜、阻火器、水封等防火防爆安全裝置，并采取可靠的接地措施； (3) 冷、熱流體管道要相互避開，如不能避開時(shí)，則要保持其保溫層外表面的間距，并行時(shí)應(yīng)保持在 上，交叉排列時(shí)，應(yīng)保持在 ； (4) 管道鋪設(shè)時(shí)要保持一定坡度，以防止管道內(nèi)積液。坡度一般要根據(jù)介質(zhì)的特點(diǎn)考慮，一般在 1/100~5/1000，粘度大的則坡度也大，如果有結(jié)晶物料，坡度可以考慮到 5/100。除制冷系統(tǒng)外，一般管道坡度方向與介質(zhì)流動(dòng)方向保持一致。 (5) 管道布置時(shí)還要考慮開、停車和事故處理的需要。 20 (6) 在蒸汽主管道上要設(shè)置帶疏水器的放水口，為了安全，不要把高壓蒸汽引入低壓蒸汽系統(tǒng)。 (7) 污水應(yīng)排放到專門的系統(tǒng)，并考慮綜合利用；真空管路應(yīng)盡可能短，并避免使用截止閥，以減小管路阻力。 2) 施工、操作及維修因素 (1) 管道盡量集中架空鋪設(shè)，平行排列，走直線，少拐彎、少交叉；支管多的管道布置在外側(cè)；并列管線上的閥門錯(cuò)開排列；管道在穿樓板和墻時(shí)，應(yīng)加一個(gè)套管。 (2) 管道在布置時(shí)不能妨礙其它部件、設(shè)備、儀表、電氣等專業(yè)的操作檢修，避開電動(dòng)機(jī)、儀表盤、配電盤上空；不從設(shè)備人孔的正前方通過；在人行過道上的安裝高度要在 。 (3) 管道及管架盡量沿墻鋪設(shè)，管道與墻之間、管道與管道之間要留有便于檢修的距離，一般平行管道之間的距離不小于 50~80mm，管道最突出部分距墻不小于 100mm。 3) 安全因素 (1) 不銹鋼管 與普通鋼管不直接接觸，以防電化學(xué)腐蝕。 (2) 管道跨人行道時(shí)的凈空高不低于 ；跨汽車通道的凈空高不低于 ；跨鐵路的凈空高不低于 。 (3) 易燃易爆介質(zhì)的管道不能寬穿越電纜溝，并考慮采用接地措施。 (4) 由于管道與設(shè)備連接時(shí)要裝配墊片，因此，相距較近的兩個(gè)設(shè)備之間不宜采用直連管道，以防止由于墊片配不準(zhǔn)而產(chǎn)生的連接不緊密。 (5) 管路及其附件的重量要落在管道支架上，而不是設(shè)備上；閥門要布置在易于操作的位置，容易引起誤操作的閥門之間的距離要拉開，并涂刷不同顏色。 安全生產(chǎn) 安全隱患 純堿生產(chǎn)具有高度的連續(xù)性，在工藝過程中，許多物質(zhì)往往具有易燃、易爆、易中毒和易腐蝕的特性，稍有不慎，就有可能引起事故的發(fā)生，給員工的生命和企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全造成危害。純堿生產(chǎn)主要危險(xiǎn)性如下：火災(zāi)爆炸；電傷害；機(jī)械傷害；高處墜落與落物打擊；腐蝕性危害；中毒危害；噪聲危害；高溫灼傷與中暑；粉塵危害；車輛傷害 [4]。 安全措施 化工生產(chǎn)具有的特點(diǎn)是：易燃易爆、有毒、有腐蝕性物質(zhì)較多，高溫、高壓設(shè)備多，所以化工生產(chǎn)必須正確組織。工作人員要具有熟練的操作技術(shù)才能上崗，上崗前必須嚴(yán)格進(jìn)行安全培訓(xùn) ，了解原材料的產(chǎn)品危險(xiǎn)性和有關(guān)知識(shí)，遵循外傷、中毒和爆炸事故的 21 應(yīng)急措施，以及高壓容器安全技術(shù)規(guī)程。為防止有毒物質(zhì)危害人體，應(yīng)提供個(gè)人用防護(hù)用品和使用器械；加強(qiáng)明火管理，廠內(nèi)禁止吸煙，禁止無阻火器的車輛通行；設(shè)備和工藝管理應(yīng)注意其密閉程度及耐腐蝕性能；定期對(duì)容器檢查，探傷和變形測(cè)試；制堿過程中，由于堿液濃度、溫度、雜質(zhì)的變化，均對(duì)材料有大的腐蝕，因此，堿裝置在選材上應(yīng)分別對(duì)待，選用耐堿腐蝕金屬。 環(huán)保及三廢處理 由于聯(lián)合制堿法采用循環(huán)過程，過程中產(chǎn)生的廢物能大部分有效的再利用，因此廢物的處理上能做到有 效、達(dá)標(biāo)、環(huán)保。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)既是對(duì)設(shè)計(jì)水平的考察，也是對(duì)學(xué)生大學(xué)四年綜合知識(shí)水平的考量。從論文選題到畢業(yè)答辯，需要我們做的工作涉及到查閱資料、整理資料、設(shè)計(jì)思路、完成項(xiàng)目、熟練運(yùn)用辦公軟件、答辯等。對(duì)學(xué)生的綜合能力既是考察也是提高，所以本次設(shè)計(jì)的意義更重于課題本身的意義。 22 進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要正確確定一系列的技術(shù)參數(shù)和對(duì)設(shè)備的要求，即實(shí)現(xiàn)工程技術(shù)上的可行與先進(jìn)，同時(shí)還必須力求纖濟(jì)上的合理與獲利，這就需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的任務(wù)便是：結(jié)合當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐木唧w條件， 通過對(duì)不同技術(shù)方案、技術(shù)措施的經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行計(jì)算、分析、比較、評(píng)價(jià)，探索解決經(jīng)濟(jì)目的和技術(shù)手段之間的矛盾的方法，尋求技術(shù)與經(jīng)濟(jì)之間的最佳關(guān)系，力求使設(shè)計(jì)方案技術(shù)上的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)上的合理性有機(jī)地統(tǒng)一。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是借助于一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來進(jìn)行的，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是表明企業(yè)對(duì)設(shè)備、原材料、勞動(dòng)力、資金、時(shí)間等的利用狀況及經(jīng)濟(jì)效果大小的指標(biāo)。 主要工藝參數(shù) 產(chǎn)品組成 Na2CO3 NH4Cl 各主要物料的實(shí)際消耗量 以 1 噸 Na2CO3為標(biāo)準(zhǔn) 食鹽： 1200kg CO2： 20200mol H2O： 2050kg NH3： 20200mol 工資及各物料的價(jià)格 平均工資： 80 元 /日 食鹽： 400 元 /t 電： 元 /度 生蒸汽： 74 元 /t 工業(yè)水： 3 元 /t 建設(shè)期資金投入 建設(shè)期定為兩年 。 資金投入比例 :第一年 60%，第二年 40%。 23 投資估算 總投資費(fèi)用估算 （ 采用指數(shù)估計(jì)法 ） nSSFFxfCC ???????? 212121 1 ）（ 式中 : C1——擬建工廠的投 資費(fèi)用，萬元； C2——已知工廠投資費(fèi)用 (取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 6000 萬 )，萬元； f——地區(qū)建設(shè)投資系數(shù) ， 取 f=1； F1——擬建工廠的建設(shè)年份的價(jià)格指數(shù) ， 取 F1=； F2——已知工廠的建設(shè)年份的價(jià)格指數(shù) ， 取 F2=； S1——擬建工廠的生產(chǎn)規(guī)模 ， 取 S1=100000 噸 /年； S2——已知工廠的生產(chǎn)規(guī)模 ， 取 S2=20200 噸 /年； n——規(guī)模指數(shù) ， 取 n=； x——間接投資費(fèi)用系數(shù)，取 x=4%。 01 332 00 001 00 00 42 58%4116 00 0 ?????????????? ）（C 萬元