純堿廠蒸吸的化工過程及設備的研究

（山東工業職業學院，山東淄博市，256414） 武永愛

1 純堿廠蒸吸的化工過程及工藝條件

1.1 蒸氨法及其特性

用熱平衡法計算出蒸氨母液等效6.35m2，蒸汽消耗約1.8t堿。把過濾液和含有氨氣的雜水，蒸汽輸入到蒸氨塔內；把蒸氨塔內的廢液排除掉；把經過蒸氨塔的過濾液，引入到冷凝器中，使之與蒸氨塔發生作用，然后進入吸氨塔；把石灰乳置入預灰桶，開始蒸氨工作。圖1為該過程具體示意圖。

圖1 蒸氨流程示意圖

首先是廢液流失的氨氣應盡量少，減少氨吸溫度；舉例來說，如果廢水中含有30.0%的氨水，那么含有10%的純氨的廢水需要按照工藝要求被氧化，而剩下的氧化鈣通常只有0.8滴。如以石灰石計算，每噸堿液中氧化鈣浪費25kg。就化學過程而言，氨蒸餾工藝比常規蒸餾工藝具有以下特點。

①最大限度地保證二氧化碳和液氨的提取，氨蒸餾塔能起到蒸餾的作用。

②氨蒸餾塔對蒸餾氣成分要求不高，蒸餾效果不佳，有的氨蒸餾塔甚至沒有蒸餾塔板（如母液入口上方的塔板）。凝結液和上升氣體通過管路間的冷卻氣罐類似于蒸餾塔，理論塔板是以水箱與管路之間的傳質為基礎。

③加熱蒸汽進入塔內后進入塔內可降低氦分壓。有效促進氨的蒸餾。

④根據氨蒸餾塔塔高的不同，氣量和液量有較大的差別。

1.2 氨蒸發生產條件

從經濟角度看，在氨蒸汽處理條件下，含氨廢液及過多氧化鈣應進行鑒定。舉例來說，廢液含有30mg/L氨水和10kg廢液。該廢物中有0.3kg氮的損失，相當于每噸氨氮消耗的10～20%。普通用量為0.8滴，在氧化鈣中每噸的損失可達25kg左右。氨蒸餾過程中對工藝條件要求很高，與系統的壓力和溫度有密切的關系。蒸餾時，溫度和壓力相互制約，系統的壓力取決于塔盤阻力，而真空泵的最終容量則取決于進入氨吸收系統的氨壓力。

1.3 吸氨過程工藝條件

提供的條件以及碳化要求。鹽水和氨鹽水組成的確定。并且，氨氣吸收系統的壓力取決于氨蒸發壓力和系統阻力。氨水易溶于水，因此氨水的吸氨量大，而鹽水對氨水的吸氨量取決于冷卻速度，因此冷卻是這項工藝的關鍵環節。由于換熱系數較高，國內堿廠基本上采用了將液體引入塔內冷卻的工藝。主要條件吸收氨氣：氨注入氨塔，溫度65℃，溫度760mmHg。氨水：FNI3100-104;TCI88-91;34～38℃。濾網中游離氨的濃度在2.5滴定度以下，FNI3/NaCl=1.14-1.20。塔頂氣溫低于40℃。

1.4 高壓蒸氨操作

在氨蒸餾過程中，高溫會降低輕組分（氨和二氧化碳）和重組分（水）的相對揮發性。廢棄的氨氣已加入裝置。但增加壓力可使其它真空系統的生產能力提高。這一結論應有別于特殊氨蒸餾系統在運行過程中的結疤，導致塔底壓力升高。顯然，增加地板結疤的壓力會降低生產率。

2 純堿廠蒸吸裝置探析

2.1 純堿裝置蒸吸裝置

蒸餾法是利用各組分在溶液中的不同揮發性（在相同溫度下，各組分的蒸汽壓力）來進行分離。分離過程的質量傳遞依靠液氣分離來實現。蒸餾和吸收均為傳質過程，蒸餾和吸收裝置分為填料塔和板式塔。平型塔比填料塔壓強，但一般認為平型塔比填料塔壓強。

①范圍廣泛；

②容氣速度高；

③工作穩定；

④容易清洗。

近幾年板式塔發展很快，在石油化工行業浮閥塔等新型塔型被廣泛地應用。但是由于純堿原料易結垢等原因，泡罩塔仍然是純堿行業的主流產品。近年來有報道稱，大孔徑篩板塔可用于制造氨蒸汽，但一般認為其操作靈活性較差。它的工作彈性范圍是3～5個，而且大于9個。泡罩塔特別耐數十毫米的腐蝕。泡罩塔結構復雜，盡管其造價高，流動阻力大，但在堿廠精餾過程中仍然起著重要作用。

2.2 氨蒸餾塔加熱分解工段填料高度及塔板數

蒸餾出的母液或稀釋劑的組分在純堿裝置中也是類似的，因為過程和操作條件相似。該系統不僅能滿足一般生產要求，而且具有較好的穩定性。能夠適應多種因素的變化，達到所需標準。在新設計的氨蒸餾塔中，設計者通常會根據氨蒸餾塔的現有數量調整一到兩個塔板，但計算結果未必精確。其主要原因是氨蒸發塔板的計算方法不夠完善，由于計算需要的基礎數據不完整，造成計算結果可靠性低。但計算過程和結果可能部分地反映了精餾過程，主要受原料組成和有關因素的影響。熱解截面的計算原則應根據雙膜理論導出下列公式：

2.3 塔板結構

板材的作用可歸納為兩點：

（1）創造卓越的流體力學狀態，接觸界面變大，表面也在不斷更新。

（2）防止上升氣體和下游液體的軸向反向混合。泡沫和液體的混合物汽泡沿軸向反方向混合。兩者都降低了色譜柱的分離效果。對板塔的具體要求如下：液體均勻地從塔板上流動。氣體應盡可能沿塔段均勻分布，且壓力應較低。氣液必須在泡沫狀態下充分混合，并采取液封措施。氣泡內混和氣體的量要小，托盤之間的間距要合適。溢流管必須有足夠的體積和高度，使液體保持在外溢管內，使氣泡分開，而不會發生液體外溢（也就是溢流管中的液面過高，就會溢出到上面的塔頂，防止液體下流）。

2.4 申請新設備

氨氮吸收法的工藝條件基本上取決于前蘇聯氨堿法的主要發展方向，它具有高效率的傳質與傳熱特性。兩者的結合為純堿生產自動化奠定了基礎。蒸餾裝置包括一個吸收塔和一個蒸餾塔，日產量在850～950t。塔體結構為槽形塔盤和管形換熱器。這家公司每天還使用550～60t的蒸餾水。電容器的傳熱系數約為700w/m2·C（1w=0.86kcal/h），可使損失的金屬量減少一半，維護時間延長。采用具有對流孔的BC3（2）型模擬蒸餾換熱器。在蒸餾過程中，塔阻力由10%提高到15%，塔阻力減少20%。采用逆流接觸式稀相蒸餾塔減少廢液，提高廢液中氯含量，有利于氯化鈣的生產。

3 結語

總之，純堿廠蒸汽吸收工藝有其特點和工藝條件，為了保證其適用性，純堿生產工藝應隨時進行調整。并通過改進生產工藝，保證原料得到有效利用，生產出了合格的堿。與此同時，制堿工藝應隨時調整，以確保達到合適的條件。為提高氨蒸發效率，氨蒸發劑的優化可廣泛應用于純堿生產過程中。