純堿廠蒸吸的化工過程及設備的研究

宋義鵬 張振濤（大連大化工程設計有限公司，遼寧大連 116031）

1 純堿廠蒸吸的化工過程及工藝條件

1.1 蒸氨過程及其特點

過程是在一般壓力下進行的，吸氨塔進氣壓力定為760毫米汞柱。蒸氨母液當量6.35 米3，熱衡算所求得的蒸汽消耗量約1.8 噸/噸堿。通過氨蒸餾從母液和堿生產過程中產生的其他含氨水中回收氨和二氧化碳。氨返回到氨吸收系統，其次吸收到精鹽水中以產生氨鹽水，過程中每噸純堿回收約480公斤氨。該過程如圖1所示。

圖1 蒸氨流程示意圖

（1）從廢液中流失的氨氣應盡可能小，并應降低吸收氨氣的氨氣溫度。

（2）蒸汽消耗低。

（3）設備理應保持運行穩定，生產能力高，投資成本低。

從化學過程的觀點來看，氨蒸餾過程與常規蒸餾過程相比具有以下特征。①盡量減少液氨和二氧化碳的萃取。氨蒸餾塔主要用于提餾。②由于對蒸餾氣體組成的要求不高，氨蒸餾塔的精餾效果低，并且一些氨蒸餾塔甚至沒有蒸餾塔板（即，母液入口上方的塔板）。冷卻氣罐，冷凝水和上升的氣體在管子之間向下流動，類似于精餾塔板進行傳質，其中理論塔板可以以水箱及管之間的傳質作為基礎。③加熱后的蒸汽進入塔之后進入塔內可以降低氦的分壓。促進了氨的蒸餾。④氣體量和液體量根據氨蒸餾塔的塔高而有很大差異。

1.2 蒸氨的工藝條件

在氨蒸工藝處理條件下，從經濟角度出發，應確定含有氨和過量氧化鈣的廢液。例如，廢液包含30 mg/L的氨和10 kg的廢液。廢液中損失了0.3千克氮，占每噸蘇打灰氨消耗量的10-20%。氧化鈣一般的劑量為0.8 滴度，同時每一噸的純堿中氧化鈣的損失可以達到25千克左右。其次氨蒸餾的工藝條件要求相對較為嚴格，與系統的壓力情況和溫度情況有著莫大的關系，蒸餾操作過程中的溫度和壓力成為彼此的牽制。其中塔板的阻力決定了系統的壓力情況，最后得到的氨氣真空泵的容量以氨氣進入的氨吸收系統的壓力為主要因素。

1.3 吸氨過程的工藝條件

提供的條件和碳化要求。確定鹽水和氨鹽水的組成，并通過氨蒸發壓力和系統阻力確定氨吸收系統的壓力。由于氨很容易溶于水，因此氨的吸收率很高，鹽水中的氨吸收率取決于冷卻速率，因此冷卻是該過程的關鍵要素。因為傳熱系數較高，在我國所有的堿廠基本都采取將液體引入塔中進行冷卻的過程為主。

吸氨的主要條件:

將氨氣以65°C的溫度和760 mm Hg的壓力進料到氨塔中。

氨水:FNI3100 到104 滴定度; TCI88-91 滴度；溫度34 至38℃。FNI3/NaCl ＝1.14-1.20。氨凈化器中的游離氨小于2.5滴定度。塔頂的氣體溫度低于40°C。

1.4 壓力下蒸氨操作

在壓力下進行氨蒸餾操作期間，較高的溫度降低了輕組分（氨和二氧化碳）和重組分（水）的相對揮發性。設備會增加廢氨。但是，增加壓力可以提高生產能力，這是有關其他真空系統組成的結論，這個結論應與某一確定的蒸氨系統在操作過程中因結疤而造成塔底壓力升高的情況相區別。顯然，增加由結疤引起的地板壓力會降低生產率。

2 純堿廠蒸吸設備探究

2.1 純堿廠的蒸吸設備

蒸餾操作是使用溶液中每種組分的不同揮發性（即，在每種組分的蒸氣壓為相同溫度的溫度下）分離組分。分離過程取決于液相和氣相之間的差異實現傳質。蒸餾和吸收都是傳質過程，用于蒸餾和吸收的設備主要分為兩種：填料塔和板式塔。

板式塔的壓力比填料塔大，但通常認為板式塔具有以下優點：①范圍廣；②容納氣速多；③運行穩定；④易于清潔。

近年來，板式塔發展迅速，諸如浮閥塔之類的新型塔被廣泛用于石油和化工行業，但是由于純堿材料非常容易結疤的因素，泡罩塔仍是純堿行業的主流。盡管最近已報導氨蒸氣也可使用大孔徑篩板塔，但通常認為篩板塔的操作靈活性相對較小。工作彈性范圍為3到5，泡罩塔的工作彈性則可以達到9或更高，尤其是泡罩塔可以承受數十毫米厚的結疤，因此泡罩塔的結構復雜，雖然其成本高且流體阻力大，但泡罩塔在堿廠蒸餾中仍起主要作用。

2.2 蒸氨塔加熱分解段的填料高度和塔板數

工藝和操作條件相似，所以從純堿廠蒸餾的母液或淡液的成分相似。現有的生產單元不僅可以通過實際生產滿足一般生產要求，而且還具有出色的穩定性，并能適應各種因素的變化以達到所需標準。設計人員通常根據現有的氨蒸餾塔的數量來調整一個或兩個塔板，以確定新設計的氨蒸餾塔中的塔板數量，但是計算并不能計算塔板數量。主要原因是氨氣蒸發過程沒有完善的塔盤計算方法，計算所需的基本數據不完整，因此計算結果的可靠性不可靠。但是，計算過程和結果可能在一定程度上反映了蒸餾過程，該過程受物質組成和相關因素變化的影響。

加熱分解段的計算應基于雙膜理論為計算原則，并得出以下公式：

2.3 塔板結構

板的作用可以概括為兩個方面：①創建出色的流體力學狀態，以實現更大的兩相接觸界面并不斷更新表面。②防止上升氣體和下游液體軸向反向混合。氣體霧沫和液體混合氣泡沿軸向反向混合。兩者都會降低塔板分離效果。

對于塔板提出的具體要求如下:

①液體勻稱地流過塔板。②氣體應沿塔橫截面盡可能平均地分布，并且壓力應較低。③氣體和液體必須在泡沫狀態下完全混合，必須有一定的液封措施。④氣體的霧沫混合量要少，塔板間隙要適當。⑤溢流管必須具有足夠的體積和高度，以使液體留在溢流管中，氣泡得以分離，并且不會發生液體溢流（即，溢流管中的液位過高，因此液體溢流到上塔中，致使液體不能流下來）。

2.4 新設備應用

吸氨工藝的技術條件基本上是由蘇聯改進氨堿生產中改進氨堿生產的主要方向決定的，該設備的特點是有效的傳質和傳熱。這些設備的組合是自動純堿生產線的基礎。

生產能力為850～950 噸/日的蒸餾部分由吸收塔和蒸餾塔組成，塔的結構是具有凹型塔板和管式熱交換器的裝置。該公司還使用日產550 至60 噸的蒸餾冷凝器冷卻器。該冷凝器的傳熱系數約為700 W/m2·°C（1 W=0.86 kcal/小時），金屬消耗減少了一半，維護周期得以增加。

BC3（2）使用帶有對流孔板的蒸餾模擬熱交換器。蒸餾負荷可以從10%增加到15%，而塔阻可以降低20%。JIC3（3）采用逆流接觸淡液蒸餾塔，減少了廢液量，增加了廢液中的氯含量，有利于氯化鈣的生產。

3 結語

總而言之，純堿廠的蒸汽吸過程具有其自身的特征和過程條件，同時也要隨時調整制堿過程，確保其達到適宜條件。工業現場已廣泛應用蒸氨過程智能優化控制策略，達到了提高關鍵工藝參數的穩定性，減少材料消耗和能耗的效果，為企業帶來了明顯的經濟和社會效益。