【正文】 II Drying Section Process Design of 40000 t/a Soda Ash Abstract:Soda is one of the important inanic chemical products, widely used in chemical, rmaceutical, food, light industry, textile and other industrial sectors as well as people39。 slurry 。 water content 1 引 言 我國的小蘇打生產(chǎn)歷史較為悠久，目前小蘇打已經(jīng)進入了廣泛的運用領(lǐng)域，小蘇打的消費增長已經(jīng)與 GDP 的增長成正比，一個國家的經(jīng)濟水平越高，人民生活水平越高，小蘇打的消費量越高，而我國的小蘇打消費也同樣經(jīng)歷了這個增長水平，從 2020 年的 40 萬噸的國內(nèi)消費量到目前的 70 萬噸的消費量，每年增長在 8 左右，基本與我國的 GDP 增長成正比。世界經(jīng)濟的迅速增長和小蘇打行業(yè)的迅猛發(fā)展，我國小蘇打行業(yè)的發(fā)展在激烈的市場競爭中正面臨著機遇和挑戰(zhàn)。所以要加強創(chuàng)新，大膽開拓和嘗試新的生產(chǎn)方式，達到更高層次的生產(chǎn)要求 [1]。我國的小蘇打生產(chǎn)歷史較為悠久，天津堿廠、四川鴻鶴化工股份有限公司等企業(yè)的小蘇打曾蟬聯(lián)國家質(zhì)量銀獎，多次被評為部、市級優(yōu)質(zhì) 產(chǎn)品，在國內(nèi)外享有一定聲譽和地位，其它企業(yè)也在不斷地發(fā)展壯大。我們要審時度勢，居危思進，認(rèn)真地進行國內(nèi)外同行業(yè)的技術(shù)交流與研究，拓寬視野，找準(zhǔn)差距，擺正位置，趨利避害，用 “ 與時俱進 ” 精神博采國內(nèi)外小蘇打各廠家先進之長，結(jié)合我國特點和發(fā)展規(guī)劃，走一條跨越式發(fā)展小蘇打的道路。其水溶液因水解呈微堿性，受熱易分 解 。其冷水制成的沒有攪動的溶液，對酚酞試紙呈微堿性反應(yīng)，放置或升高溫度，其堿性增加。在干燥空氣中不易分解，在潮濕空氣中易發(fā)生分解。還可用于電影制片、 鞣革 、選礦、 冶煉 、金屬熱處理，以及用于纖維、橡膠工業(yè)等。食品工業(yè)中一種應(yīng)用最廣泛的疏松劑，用于生產(chǎn)餅干、糕點、饅頭、面包等，是汽水飲料中二氧化碳的發(fā)生劑；可與 明礬 復(fù)合為堿性 發(fā)酵粉 ，也可與 純堿 復(fù)合為民用 石堿 ；還可用作黃油保存劑。橡膠工業(yè)利用其與明礬、 H 發(fā)孔劑配合起均勻發(fā)孔的作用用于橡膠、海棉生產(chǎn)。機械工業(yè)用作鑄鋼（翻砂）砂型的成型助劑。染色中加入 小蘇打 可以防止紗筒產(chǎn)生色花。用作分析試劑、無機合成、制藥工業(yè)、治療酸血癥以及食品工業(yè)的發(fā)酵劑、汽水和冷飲中二氧化碳的發(fā)生劑、黃油的保存劑。常與碳酸氫銨配制膨松劑用于餅干、糕點?？膳c檸檬酸、酒石酸等配制固體清涼飲料的發(fā)泡劑（產(chǎn)生 CO2）。單用時，因受熱分解呈強堿性 ，用于面包時會帶黃色，并破壞小麥中維生素，最好與磷酸氫鈣等酸性物質(zhì)合用。因其能使 pH 值上升，故可提高蛋白質(zhì)的持水性，促使食品組織細胞軟化，促進澀味成分溶出。作酸度調(diào)節(jié)劑和化學(xué)膨松劑，我國規(guī)定可用于各類需添加膨松劑的食品，按生產(chǎn)需要適量使用。 蘇打粉生產(chǎn)方法 粗碳酸氫鈉精制小蘇打（濕分解法） 氨堿法或聯(lián)堿法制純堿，都需先制得粗碳酸氫鈉，再經(jīng)鍛燒分解而成純堿。其精制方法為：把經(jīng)濾清機過濾洗滌過的粗碳酸氫鈉，用熱水溶解制成懸浮漿液，再經(jīng)沉降澄清后，進分解塔蒸餾（蒸餾中粗碳酸氫鈉約 83 ~85%分解為碳酸鈉，其余仍為碳酸氫鈉）；蒸餾過的溶液經(jīng)冷卻到 68℃ 以下，再送入碳化塔內(nèi)通 CO2進行碳化反應(yīng)并經(jīng)冷卻；所得的碳酸氫鈉懸浮液，經(jīng)過濾、干燥即得小蘇打成品。因而這是目前國內(nèi)外普遍采用的制小蘇打的方法。把純堿和 30 ~ 40%純堿重量的水經(jīng)拌和機用人工均勻拌和，再進入用磚和水泥砌成的方池里（底部為竹或木制成的架子，上鋪細布）；來自石灰窯并經(jīng)水冷卻洗滌的 CO2混合氣，用鼓風(fēng)機從布下面通入，與純堿發(fā)生碳化反應(yīng)（反應(yīng)時間一般為24小時，是否反應(yīng)好可用酚酞滴定，不顯紅色，即已反應(yīng)成小蘇打）；粗碎可用錘式粉碎機；干燥宜用氣流干燥器（干燥溫度可高至 1 20℃ ），也可用箱式烘房，但溫度在 60℃ ；干燥后的小蘇打需再經(jīng)萬能粉碎機細碎至 60到 100目 ，然后包裝。但由于工業(yè)純堿未經(jīng)過精制，其所含雜質(zhì)都進入小蘇打產(chǎn)品，所得產(chǎn)品只能是工業(yè)用小蘇打而且勞動強度大、勞動生產(chǎn)率低。 氣一液相法生產(chǎn)小蘇打（又稱濕法） ： 濕法生產(chǎn)小蘇打有間歇法和連續(xù)法兩種，它們的工藝流程基本相同，就是將純堿水溶液經(jīng)過濾后，在碳化塔中與 CO2 之反應(yīng)，生成的NaHCO3 懸浮液經(jīng)離心分離、洗滌、干燥，得到 NaHCO3 成品。 兩法比較，間歇法碳化設(shè)備制造簡單，費用低，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 90%）和純堿轉(zhuǎn)化率（約為 90%左右） 都較高，勞動強度較低，但其 碳化塔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造費用較高，而且 CO2 濃度要求 30%石灰窯需采用機械窯，投資也較高。 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)進行也可間歇進行。 天然堿制小蘇打 我國有豐富的天然堿，資源分布也廣。為此應(yīng)大力發(fā)展用天然堿制小5 蘇打和純堿。 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 70%。 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，NaHCO3就結(jié)晶析出。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。 母液可返回氨堿廠進一步使用即與含有 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。 6 第 二 章 設(shè)計任務(wù)及方案 設(shè)計任務(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資料和計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)。根據(jù)設(shè)計條件和參數(shù)通過熱量衡算、物料衡算、過程分析等計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，進而構(gòu)建整個工藝。 蘇打粉作為常用食品原料，市場需求量巨大。 通過完成設(shè)計，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。噴霧干燥是將溶液、漿液或懸浮液在熱風(fēng)中噴霧成細小液滴，液滴在下降過程中，水分被迅速汽化而達到干燥目的，從而獲得粉末或顆粒狀的產(chǎn)品。如圖 。 噴霧干燥的缺點有： 低溫操作時，傳質(zhì)速率較低，熱效率較低，空氣消耗量大，動力消耗也隨之增大。干燥膏糊狀物料時，干燥設(shè)備的負(fù)荷較大 。壓力式噴嘴霧化器又稱機械式霧化器。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人噴嘴的旋轉(zhuǎn)室中。旋轉(zhuǎn)速度與旋渦半徑成反比，因近軸心旋轉(zhuǎn)速度愈大，其靜壓強愈小。 工藝設(shè)計 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]。 根據(jù)經(jīng)驗值，蘇打粉料漿溫度在 20℃ 左右時，料漿有較好的流動性。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)取熱風(fēng)入口溫度 150℃ ，熱風(fēng)出口溫度 60℃ 。但本生產(chǎn)采用 氨堿法 生產(chǎn)蘇打粉料漿 機械脫水之后 含水量在 17%到 23%左右。根據(jù)文獻資料，取加熱蒸汽壓力（表壓） ；料液霧化壓力（表壓） MPa4 。 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℃ 年平均相對濕度 70%； 年工作日 300 天 9 第 三 章 噴霧干燥器的設(shè)計 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)驗公式計算 wt， ????的傳熱系數(shù)干燥塔表面對周圍空氣 ℃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