【天然堿法生產(chǎn)小蘇打的工藝設(shè)計(jì)10000字（論文）】

天然堿法生產(chǎn)小蘇打的工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u21931摘要 226752引言 227813第一章緒論 315311.1小蘇打簡(jiǎn)介 3301011.2小蘇打生產(chǎn)方法 4115541.3小蘇打工業(yè)發(fā)展史 520121.4國(guó)內(nèi)外小蘇打生產(chǎn)情況 6302691.5對(duì)小蘇打生產(chǎn)及發(fā)展的探究 726466第二章設(shè)計(jì)任務(wù)及方案 8305372.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 853742.2天然堿生產(chǎn)小蘇打流程 8115992.3天然堿生產(chǎn)小蘇打優(yōu)勢(shì) 9171502.4影響總堿量因素 103391第三章計(jì)算結(jié)果匯總 12222683.1由h為基準(zhǔn)計(jì)算 12248223.2由噸天然堿為基準(zhǔn)計(jì)算 12111153.3以噸產(chǎn)品為基準(zhǔn) 1330993第四章設(shè)備選型 1457614.1碳化塔 14170824.2氣流干燥器 14105954.3離心機(jī) 142205第五章安全與環(huán)保 15291195.1勞動(dòng)安全 1583445.2環(huán)境保護(hù) 1564635.3自動(dòng)控制系統(tǒng) 1650995.4經(jīng)濟(jì)分析 1722895結(jié)論 1732247參考文獻(xiàn) 17摘要小蘇打是一種主要的化工產(chǎn)品，它在我們的平時(shí)生產(chǎn)實(shí)踐和生活中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)用藥、食物的添加、紡紗與織布、化學(xué)工業(yè)等方面都被廣泛應(yīng)用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。自改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平快速增長(zhǎng)，對(duì)于小蘇打的需求量也逐漸增多，使用范圍也越來(lái)越廣，這都表明了我國(guó)的小蘇打生產(chǎn)市場(chǎng)十分廣闊。我國(guó)主要是以純堿和天然堿為原料來(lái)進(jìn)行小蘇打的生產(chǎn)，由于我們國(guó)家天然堿資源豐富。因此本次設(shè)計(jì)主要對(duì)天然堿法生產(chǎn)小蘇打進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，對(duì)小蘇打的性質(zhì)以及用途進(jìn)行了了解，并且對(duì)于小蘇打的發(fā)展史以及生產(chǎn)方法有了一定了解。然后對(duì)天然堿生產(chǎn)小蘇打的工藝流程、工藝條件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)于過(guò)程中的物料衡算以及熱量衡算進(jìn)行了計(jì)算，并通過(guò)計(jì)算對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型。在最后對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中的安全、環(huán)保、自控以及經(jīng)濟(jì)進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞:小蘇打；天然堿；工藝引言小蘇打[1]是食品行業(yè)重要的發(fā)酵品，在我們的日常生產(chǎn)、生活中占有非常重要的地位。工業(yè)制造中，生產(chǎn)小蘇打的方法有許多種，例如合成法、復(fù)分解法、離子交換法[2]、天然堿法、廢堿液回收法等。由于我們國(guó)家有著豐富的天然堿資源，因此把天然堿用作生產(chǎn)小蘇打的原料，我國(guó)天然堿制碳酸氫鈉工藝有著悠久的歷史，工藝流程相對(duì)完善，工藝條件也在不斷優(yōu)化。使用天然堿生產(chǎn)小蘇打，不僅可以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，而且還可以利用我國(guó)自然資源豐富的條件，從而減少小蘇打的成本，并且從側(cè)面可以提升了我們生產(chǎn)出來(lái)的小蘇打在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。但目前為止，我們國(guó)家的小蘇打的消費(fèi)范圍與其他國(guó)家有著差異，并且在一些方面還沒(méi)有突破性的使用[3]。因此我們需要加大生產(chǎn)技術(shù)，提高小蘇打的質(zhì)量并且需要努力去開(kāi)拓一些新的應(yīng)用領(lǐng)域。第一章緒論1.1小蘇打簡(jiǎn)介在交易市場(chǎng)上，將精制的碳酸氫鈉稱為小蘇打，小蘇打還被稱作“蘇打粉”、“重曹”等，白色的小晶體，是一種用處十分廣泛的并且很重要的堿類(lèi)產(chǎn)品。它被用到了工業(yè)、醫(yī)學(xué)用藥、食物的添加、紡紗與織布、化學(xué)工業(yè)等方面。小蘇打的生產(chǎn)歷史悠久，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，小蘇打產(chǎn)業(yè)也得到了發(fā)展，并且發(fā)展迅速。以天然堿為原料生產(chǎn)小蘇打，不僅擁有豐富的天然堿資源，并且可以利用先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)出質(zhì)量好的產(chǎn)品[4]，前景廣闊。1.1.1小蘇打理化性質(zhì)一種小的白色晶體，顆粒大小為0.05-0.20mm，有咸味，沒(méi)有臭味，在水中很容易溶解，在有機(jī)溶劑中會(huì)有少量溶解。在水溶液里呈現(xiàn)弱堿性。受熱容易分解，會(huì)變?yōu)樘妓徕c，放出部分二氧化碳和水，在空氣中，溫度不同時(shí)離解壓力也不同，碳酸氫鈉受熱的化學(xué)反應(yīng)方程式為:（1-1）碳酸氫鈉和酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：（1-2）1.1.2小蘇打用途當(dāng)胃液中的酸度超過(guò)一定量時(shí)，可以直接用小蘇打醫(yī)治；同時(shí)可以用來(lái)清洗羊毛，還可以用在農(nóng)業(yè)中，用于浸泡種子等；我們常食用的餅干、糕點(diǎn)、饅頭、面包等中都有添加小蘇打作為疏松劑[5]，在汽水飲料中加入小蘇打可以產(chǎn)生二氧化碳；還可以用作防腐劑保存黃油；可用來(lái)生產(chǎn)酸堿滅火劑和泡沫滅火劑等消防器材；因?yàn)榫哂腥鯄A性并且對(duì)人體沒(méi)有傷害，在洗滌蔬菜時(shí)添加約0.1%～0.2%小蘇打可以使綠色穩(wěn)定；可以去除羊奶的膻味；作為化學(xué)膨松劑，可以根據(jù)需要選擇數(shù)量適宜的小蘇打添加在需要添加膨脹劑的食物中；在印染時(shí)可以用來(lái)固定顏色，以及在織物染整后進(jìn)行處理；小蘇打可以避免染色過(guò)程中出現(xiàn)色花。1.2小蘇打生產(chǎn)方法1.2.1合成法合成法制備小蘇打在國(guó)內(nèi)外是比較常見(jiàn)的制備方法。可以將這種方法粗略的分為：氣-固相法與氣-液相法[6]。在生產(chǎn)操作過(guò)程中，一定要保證用于生產(chǎn)的物料溫度一直保持在合適的水平線上，目的是為了使添加過(guò)量的能在母液中全部溶解，充分反應(yīng)。運(yùn)送堿液的過(guò)程中應(yīng)盡量避免碳酸氫鈉降溫、結(jié)晶造成了堵塞管道的現(xiàn)象的發(fā)生。這種合成法又稱為高溫制堿法。1.2.2復(fù)分解法復(fù)分解法是將鹽湖中的原鹽和水混合后與發(fā)生反應(yīng)來(lái)制取小蘇打的一種方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究最后得到了一個(gè)最適宜的生產(chǎn)條件：在一個(gè)小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間中，反應(yīng)過(guò)程最適合的溫度為30℃、含量為25%，與摩爾比為2。碳酸氫銨與氯化鈉的化學(xué)反應(yīng)式為：（1-3）反應(yīng)后的母液可以重復(fù)利用，將母液送回工廠后可以進(jìn)一步生成NH4HC03，還可以作為原料進(jìn)一步生產(chǎn)小蘇打。母液的反應(yīng)溫度不能過(guò)低，否則易析出雜質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，得不到純度較好的酸氫鈉濕產(chǎn)品。同時(shí)反應(yīng)的溫度也不應(yīng)過(guò)高，當(dāng)反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，對(duì)生成不利。因此，反應(yīng)過(guò)程中應(yīng)使反應(yīng)溫度適中，并保持穩(wěn)定，提升母液的利用效率。1.2.3離子交換法離子交換法是近些年國(guó)外新研究出的一種制備小蘇打的方法。反應(yīng)式為：（1-4）這種制備方法是利用鈉鹽與含有碳酸氫根離子的溶液發(fā)生反應(yīng)，生成，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),碳酸氫銨的量要稍微大于的量，這樣可以使得反應(yīng)進(jìn)行的比較完全，生產(chǎn)出來(lái)的的量也是最大的。1.2.4天然堿法天然堿法是利用從自然的鹽湖析出的結(jié)晶石、自然堿、日曬堿當(dāng)作最開(kāi)始的原始進(jìn)料，利用碳酸化塔生產(chǎn)碳酸氫鈉的方法。天然堿為原料其組成23-25%，1-2%，另含,及水不溶物，由于含有較多雜質(zhì)。因此在配制堿液時(shí),必須嚴(yán)格控制化堿的溫度,濃度以及母液的循環(huán)次數(shù)，要求堿液濃度大于150g/L,濃度在50g/L以下,在90g/L之上。當(dāng)母液總濃度≤240g/L時(shí)再進(jìn)行排放。工藝流程見(jiàn)圖1-1圖1-1天然堿制備小蘇打的流程1.2.5廢堿液回收法在生產(chǎn)碳酸鈉的過(guò)程中，煅燒爐爐氣在經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器分離后，還夾雜著很多堿粉。將爐氣引入到熱堿回收塔中，經(jīng)過(guò)循環(huán)吸收后，一些堿液被送到蒸氨塔中將熱堿液中的氨蒸出，并將堿液進(jìn)行濃縮，作為制備小蘇打的堿液原材料，而蒸氨塔塔頂出來(lái)的、、混合氣體,進(jìn)入爐氣冷卻塔,進(jìn)入爐氣系統(tǒng)進(jìn)行回收[7]。制備過(guò)程中，將母液進(jìn)行分離并脫水后，用作熱堿液循環(huán)，來(lái)溶解回收爐氣中的堿粉，工藝流程見(jiàn)圖1-2。

圖1-2廢液回收法制備小蘇打的流程1.3小蘇打工業(yè)發(fā)展史小蘇打是生產(chǎn)碳酸鈉的中間品，又是碳酸鈉的衍生產(chǎn)品。我國(guó)純堿工業(yè)生產(chǎn)始于1923年，在解放前就已經(jīng)有小蘇打的生產(chǎn)研制了，但都是作為單一的產(chǎn)品生產(chǎn)。50年代初期，小蘇打的生產(chǎn)規(guī)模以及產(chǎn)量都很小，北方主要是天津東方紅化工廠的前身，南方的工廠則是上海的虹光化工廠”、浙江的菱湖化學(xué)廠等在使用固相法生產(chǎn)[8]。從50年代后期到60年代中期，北京、上海等地開(kāi)發(fā)了液相法工藝，改進(jìn)了生產(chǎn)。1958年北京建材化工廠逐漸發(fā)展起來(lái)了，已經(jīng)其生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)的規(guī)模。60年代我國(guó)小蘇打的制備方法固相法占一半，液相法占一半。60年代初期，以烏?；S為主開(kāi)發(fā)了天然堿生產(chǎn)小蘇打的工藝。到70年代一些大的堿廠，以天津堿廠、四川自貢?shū)欪Q化工廠為代表，使生產(chǎn)小蘇打設(shè)備得到較大發(fā)展。70年代后期全國(guó)已將近30個(gè)小蘇打生產(chǎn)廠，總生產(chǎn)能力及小蘇打產(chǎn)量已超過(guò)10多萬(wàn)噸，并且實(shí)現(xiàn)了小蘇打生產(chǎn)全流程連續(xù)化的生產(chǎn)裝置以及液相法連續(xù)碳化，使液相法生產(chǎn)在各個(gè)生產(chǎn)方法中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

80年代是我國(guó)小蘇打進(jìn)入綜合發(fā)展時(shí)期，通過(guò)全面的質(zhì)量管理，提高產(chǎn)品質(zhì)量，完善了液相法，并且單個(gè)設(shè)備逐步改造定型，隨著需求量的增加生產(chǎn)能力及產(chǎn)量得到很快地發(fā)展，固相法生產(chǎn)則逐漸被淘汰。純堿廠則進(jìn)一步發(fā)展小蘇打生產(chǎn),同時(shí)綜合利用開(kāi)發(fā)了回收廢堿液、煅燒廢氣生產(chǎn)小蘇打的工藝。以天然堿為原料制小蘇打的生產(chǎn)已形成能力，80年代初產(chǎn)量約5000噸,后期產(chǎn)量近2萬(wàn)噸。

90年代，天津堿廠小蘇打生產(chǎn)整體技術(shù)改造取得成功，改造了碳化塔并對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，采用微機(jī)控制離心機(jī)，干燥系統(tǒng)采用ZC-II型反吹布袋除塵器。查干諾爾堿礦年產(chǎn)5萬(wàn)噸的小蘇打裝置在進(jìn)行試產(chǎn)后投產(chǎn)成功。我們國(guó)家的小蘇打生產(chǎn)規(guī)模以及技術(shù)裝備都已經(jīng)達(dá)到較新的水平[8]。1.4國(guó)內(nèi)外小蘇打生產(chǎn)情況1.4.1國(guó)內(nèi)小蘇打生產(chǎn)情況雖然我們國(guó)家的小蘇打經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了每年產(chǎn)量為50萬(wàn)噸的生產(chǎn)規(guī)模，但與其他國(guó)家相比，我們國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)相差很遠(yuǎn)。我國(guó)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)高效化、自動(dòng)化的生產(chǎn)，在生產(chǎn)工藝、能耗、效率以及管理方面仍處于落后。目前一些企業(yè)已經(jīng)針對(duì)這些問(wèn)題作出了改進(jìn)，例如在小蘇打生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于水平衡的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，大大提高了小蘇打的質(zhì)量以及產(chǎn)量；對(duì)空氣傳熱器采用并串聯(lián)結(jié)合的方式，提高了傳熱效率，降低了蒸汽的消耗等[9]。1.4.2國(guó)外小蘇打生產(chǎn)情況國(guó)外生產(chǎn)小蘇打技術(shù)以及生產(chǎn)裝置已經(jīng)達(dá)到了非常先進(jìn)的水平，實(shí)現(xiàn)了高效化與自動(dòng)化的生產(chǎn)。生產(chǎn)設(shè)備均采用不銹鋼和鈦材，布局合理緊湊，在一定程度上節(jié)約了能耗和費(fèi)用。制備小蘇打的過(guò)程中的操作、控制全部由計(jì)算機(jī)控制，并且在過(guò)程中使用了自動(dòng)滴定計(jì)，不僅節(jié)約了大量的人力與物力，還可以為篩選出連續(xù)的最好數(shù)值創(chuàng)造條件。并且一些國(guó)家的企業(yè)十分看重原材料堿液精制的技術(shù)，為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到食品級(jí)和USP級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，使用了很多道預(yù)涂層活性炭進(jìn)行過(guò)濾，并且在進(jìn)如塔內(nèi)的前兩道使用了25?和5?封裝微孔過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。1.5對(duì)小蘇打生產(chǎn)及發(fā)展的探究依據(jù)上述我國(guó)小蘇打生產(chǎn)情況，我們應(yīng)針對(duì)小蘇打產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模較小、生產(chǎn)設(shè)備能力不足以及技術(shù)不夠先進(jìn)的方面入手，為我國(guó)小蘇打行業(yè)奠定基礎(chǔ)。①學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)并且引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，利用我們國(guó)家資源優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)，提高小蘇打的質(zhì)量以及產(chǎn)量。在質(zhì)量得到保障的前提下，可以嘗試開(kāi)發(fā)一些精細(xì)的以及具有高的附加價(jià)值的小蘇打；②在原有應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行鞏固并且在國(guó)內(nèi)空白領(lǐng)域進(jìn)行大膽嘗試。如我國(guó)正大力倡導(dǎo)綠色環(huán)保以及節(jié)約用水，可以開(kāi)發(fā)小蘇打在飲用水以及廢水處理方面的應(yīng)用；③小蘇打是世界貿(mào)易中主要的物資，但是目前我們國(guó)家的小蘇打正處于低價(jià)售出高價(jià)買(mǎi)進(jìn)的不利局面，因此我們應(yīng)該努力提高小蘇打的質(zhì)量，并且增加技術(shù)難度以及顆粒標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。另外我們需要改變小蘇打的出口量以及出口范圍，并且嘗試開(kāi)發(fā)一些新品種，這樣可以保證小蘇打可以達(dá)到國(guó)外客戶的不同要求，改變不利局面；④為了順應(yīng)小蘇打在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的需求，我們應(yīng)該去學(xué)習(xí)其他國(guó)家好的管理經(jīng)驗(yàn)，用來(lái)增強(qiáng)行業(yè)的管理，使行業(yè)間可以和諧工作，避免出現(xiàn)無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的情況。使我國(guó)小蘇打可以達(dá)到ISO國(guó)際認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，具有綠色食品標(biāo)志。第二章設(shè)計(jì)任務(wù)及方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求我國(guó)主要是以純堿和天然堿為原材料來(lái)制備小蘇打，根據(jù)我們國(guó)家的天然堿的資源條件，本次課題是以我國(guó)資源豐富的天然堿為原料，使用氣液相碳化法制備小蘇打。根據(jù)任務(wù)書(shū)給出的一些設(shè)計(jì)技術(shù)條件和技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的相關(guān)的設(shè)計(jì)，通過(guò)查找相關(guān)資料和文獻(xiàn)，對(duì)于小蘇打生產(chǎn)過(guò)程中的化堿工段、碳化工段以及干燥工段進(jìn)行物料和熱量計(jì)算，并通過(guò)計(jì)算對(duì)制備過(guò)程中需要使用設(shè)備選擇合適的類(lèi)型。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，并針對(duì)安全與環(huán)保進(jìn)行分析。2.2天然堿生產(chǎn)小蘇打流程1、堿液制備將從礦里面開(kāi)采出來(lái)的天然堿經(jīng)過(guò)溶解階段進(jìn)行溶解，經(jīng)過(guò)澄清階段將澄清泥送入到洗泥階段并得到清堿液，在洗泥階段中將泥排出去，得到洗泥液，通過(guò)精制等工段處理后得到合格的清堿液，用以碳酸化過(guò)程的使用[10]。2、的制備（1）石灰石煅燒：將石灰石等原材料經(jīng)過(guò)高溫處理可得到含量在32%～38%的窯氣，并且生產(chǎn)出一些副產(chǎn)品，例如含量小于3%的以及含量小于0.5%的。（2）窯氣凈化和壓縮：窯氣含有大量的氣體，大量的灰塵和硫化物還夾雜在這些氣體中。這些氣體在進(jìn)行壓縮之前需要去除其中的雜質(zhì)，因此將氣體由鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行第一輪凈化，可以除去雜質(zhì)中的大顆粒物質(zhì)，凈化后的氣體進(jìn)入填料塔進(jìn)行第二次凈化，除去雜質(zhì)中細(xì)顆粒。將凈化后的氣體進(jìn)行壓縮并進(jìn)行低溫冷卻后，送入到碳酸化塔中。3、堿液碳酸化清堿液從塔頂進(jìn)入塔內(nèi)（總堿需要控制在160-180g/L，溫度為60-70℃），將凈化后的二氧化碳由塔底送入到塔內(nèi)（進(jìn)入氣體的壓力，塔頂≤0.049MPa）。使氣體和液體在塔內(nèi)通過(guò)逆向流動(dòng)進(jìn)行充分的接觸后，產(chǎn)生碳酸化反應(yīng)，生成，析出結(jié)晶。碳化塔中的晶漿送進(jìn)稠厚器中進(jìn)行稠厚，當(dāng)固液比穩(wěn)定在50-60%時(shí)將稠厚后的晶漿送到下一個(gè)工段。在碳化過(guò)程中，結(jié)晶會(huì)在塔板或者塔壁上堆積，導(dǎo)致氣液無(wú)法流通的情況發(fā)生，因此要及時(shí)清理。4、稠厚、過(guò)濾稠厚器將出塔后的晶漿的濃度增加到了固液比為50%-60%，將晶漿送進(jìn)離心機(jī)中進(jìn)行分離，再用冷凝水或者洗塔水進(jìn)行洗滌（洗水溫度35-40℃）。離心機(jī)過(guò)濾母液以及稠厚器流回母液一部分返回堿液制備循環(huán)利用，其余部分則進(jìn)行綜合利用或進(jìn)行排放。5、氣流干燥熱空氣進(jìn)到干燥器中進(jìn)行干燥，干燥后經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器進(jìn)入到料倉(cāng)中，布袋除塵器將尾氣回收后再進(jìn)行排放，干燥后的小蘇打被送往貯倉(cāng)，冷卻后進(jìn)行產(chǎn)品的包裝。因?yàn)樾√K打產(chǎn)量很大，為了減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此在包裝時(shí)采用半連續(xù)以及連續(xù)包裝。GMF2=3/4GM1/4GM水返回母液母液洗滌澄清化堿碳化過(guò)濾天然堿渾堿液清堿液濕產(chǎn)品半成品洗滌澄清化堿碳化過(guò)濾澄清泥洗泥洗水洗泥洗泥液排泥圖2-1天然堿制備小蘇打的流程框圖2.3天然堿生產(chǎn)小蘇打優(yōu)勢(shì)2.3.1資源優(yōu)勢(shì)我們國(guó)家的天然堿資源很豐富，在資源富集區(qū)，都是以天然堿為原材料的生產(chǎn)廠家，原料可以就地加工，使得成本低，效益好。2.3.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)1、天然堿開(kāi)采技術(shù)伊盟化工研究所研發(fā)了日曬堿以及采空區(qū)制鹵新工藝，并且研發(fā)成功了絞洗式挖泥船，可以將廢棄的天然堿進(jìn)行洗滌后回收，可達(dá)到80%以上的回采率，開(kāi)采貧化率降低到10%以下，不僅可以將生產(chǎn)率提高，還降低了開(kāi)采的成本。2、化堿技術(shù)因?yàn)樘烊粔A礦泥沙大，因此可使用斜板式?jīng)_刷化堿進(jìn)行連續(xù)操作。為提高堿液質(zhì)量，可采用大型化堿桶和PE燒結(jié)管過(guò)濾器，回收澄清泥中的堿液。因天然堿中還含有少部分鹽硝，隨著小蘇打的析出，鹽硝的含量也會(huì)越來(lái)越多，為降低鹽硝含量，可使用曬堿、制鹵技術(shù)，使結(jié)晶鹽、結(jié)晶硝、結(jié)晶堿有序的進(jìn)行。并且生產(chǎn)過(guò)程中將一部分母液進(jìn)行加工副產(chǎn)芒硝堿，不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量，也可以使母液合理利用，減少了母液的浪費(fèi)。碳化、過(guò)濾技術(shù)過(guò)程中使用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，可以嚴(yán)格的控制工藝操作條件，不僅可以使收率高而且可以獲得大的結(jié)晶，對(duì)于減少洗水的用量以及干燥的能耗也有利[11]。并且過(guò)程中采用了漏堿回收系統(tǒng)，可以減少漏堿，將損失降低。2.3.3競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)因天然堿資源豐富，并且小蘇打的市場(chǎng)處于供求基本平衡的狀態(tài)，所以使得小蘇打產(chǎn)量不斷增加，產(chǎn)品質(zhì)量比較可靠，效益顯著。2.4影響總堿量因素2.4.1進(jìn)氣量的影響進(jìn)氣量是影響總堿量不合格的其中一個(gè)因素，所以需要使進(jìn)液和出液保持在平衡狀態(tài)下，但是前提條件是要保證氣液比一定。2.4.2塔壓的影響當(dāng)塔的壓強(qiáng)比較低時(shí)，熱堿液在碳化塔內(nèi)的停留時(shí)間就會(huì)變短，使得出堿速度太快。因此會(huì)導(dǎo)致與反應(yīng)不夠充分，使得飽和的碳酸鈉結(jié)晶附在晶體表面，從而使產(chǎn)品質(zhì)量的總堿量不合格。當(dāng)塔的壓強(qiáng)控制在250kPa-270kPa時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量的總堿量處于合格范圍內(nèi)。因此可以通過(guò)控制塔的壓強(qiáng)，改變小蘇打在塔內(nèi)的停留時(shí)間，從而改變總堿量[11]。2.4.3熱堿液中的含量的影響小蘇打的生產(chǎn)過(guò)程中，加熱分解得到，并且還會(huì)得到一些經(jīng)過(guò)加熱還可以進(jìn)行分解的副產(chǎn)品，如、等物質(zhì)，這些物質(zhì)雖然在高溫下可進(jìn)行分解，但分解不完全。這些物質(zhì)會(huì)通過(guò)爐氣系統(tǒng)進(jìn)入到熱堿液中，從而導(dǎo)致小蘇打的總堿量比合格范圍高。2.4.4尾氣溫度的影響生產(chǎn)過(guò)程中，濕物料從離心機(jī)中排出，通過(guò)熱空氣進(jìn)行干燥從而得到成品，濕物料的出口溫度控制在130-150℃范圍內(nèi)。而當(dāng)溫度達(dá)到50℃以上，小蘇打固體便開(kāi)始慢慢進(jìn)行分解，生成、和，小蘇打在溫度達(dá)到270℃時(shí)會(huì)完全分解。所以控制好溫度在干燥過(guò)程中非常重要。通過(guò)研究表明，干燥尾氣的最佳溫度應(yīng)該控制在65-90℃，但是溫度不能低于60℃，當(dāng)溫度過(guò)低，反應(yīng)不完全，從而使產(chǎn)品質(zhì)量不合格。第三章計(jì)算結(jié)果匯總3.1由h為基準(zhǔn)計(jì)算生產(chǎn)80kt所需濕產(chǎn)品G1:14729.30kg/h1000kg天然堿生產(chǎn)的濕產(chǎn)品GC:368.75kg/T天然堿1小時(shí)所需的量是天然堿生產(chǎn)濕產(chǎn)品的倍數(shù)：39.944215641小時(shí)所需的天然堿的量GT:39944.22kg/h所以在以小時(shí)為基準(zhǔn)時(shí)，每個(gè)所需的物料乘以1小時(shí)需要的天然堿生產(chǎn)濕產(chǎn)品的倍數(shù)。則可得：第二輪的母液GMF2:69159.61kg/h第二輪洗泥液GXS2:3542.52kg/h補(bǔ)充水GS：1019.46kg/h渾堿液GH：110699.93kg/h澄清泥GCN:2965.86kg/h洗泥液GXS3：3542.91kg/h排泥GPN：2965.86kg/h尾氣：5076.22kg/h離心洗水GX：2945.86kg/h離心洗液GY：2945.86kg/h母液GM：97775.05kg/h3.2由噸天然堿為基準(zhǔn)計(jì)算生產(chǎn)80kt所需濕產(chǎn)品G1:14729.30kg/h1000kg天然堿生產(chǎn)的濕產(chǎn)品GC:368.75kg/T天然堿1小時(shí)所需的量是天然堿生產(chǎn)濕產(chǎn)品的倍數(shù)：0.0250349則1小時(shí)天然堿所對(duì)應(yīng)的：濕產(chǎn)品GC：9.23kg/T天然堿干產(chǎn)品出口流量G2：347.87kg/T天然堿產(chǎn)品總流量G：347.17kg/T天然堿蒸發(fā)水量W：20.88kg/T天然堿絕干空氣量L：870.26kg/T天然堿冷空氣質(zhì)量流量L0：880.45kg/T天然堿尾氣質(zhì)量流量L’：901.33kg/T天然堿冷空氣體積流量V0：735.03kg/T天然堿尾氣體積流量V’：807.95kg/T天然堿補(bǔ)充水GS：0.64kg/T天然堿3.3以噸產(chǎn)品為基準(zhǔn)以噸產(chǎn)品為基準(zhǔn)組分見(jiàn)表格3-1表3-1以噸產(chǎn)品為基準(zhǔn)組分干產(chǎn)品出口流量G2：1000kg/T產(chǎn)品清堿液GQ：7966.56kg/T產(chǎn)品濕產(chǎn)品出口流量G1：1060.01kg/T產(chǎn)品濕產(chǎn)品GC：213.44kg/T產(chǎn)品蒸發(fā)水量W：60.01kg/T產(chǎn)品洗泥液GXS3：254.94kg/T產(chǎn)品絕干空氣量L：2501.69kg/T產(chǎn)品排泥GPN：213.44kg/T產(chǎn)品冷空氣質(zhì)量流量L0：2530.97kg/T產(chǎn)品渾堿液GH:8180.00kg/T產(chǎn)品尾氣質(zhì)量流量L’：2591.00kg/T產(chǎn)品補(bǔ)充水GS：73.45kg/T產(chǎn)品冷空氣體積流量V0：2112.93kg/T產(chǎn)品窯氣：618.91kg/T產(chǎn)品尾氣體積流量V’：2322.57kg/T產(chǎn)品尾氣：365.31kg/T產(chǎn)品補(bǔ)充水GS：8.88kg/T產(chǎn)品洗水GX：212.00kg/T產(chǎn)品天然堿GT：2874.63kg/T產(chǎn)品洗液GY：212.00kg/T產(chǎn)品第二輪洗泥液GXS2：254.94kg/T產(chǎn)品母液GM：7036.42kg/T產(chǎn)品第二輪母液GMF2:4977.10kg/T產(chǎn)品計(jì)算詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)附錄A.工藝計(jì)算第四章設(shè)備選型4.1碳化塔碳化塔一般會(huì)采用菌帽式鑄鐵塔，因?yàn)殍T鐵材料對(duì)酸化液具有很好的抗腐蝕性，其他可以抵抗酸化液腐蝕的合金材料價(jià)格都比較昂貴，因此沒(méi)有進(jìn)行推廣使用。通過(guò)計(jì)算選擇，H=26.470m的碳化塔（矮水箱）。矮水箱的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)取出液的溫度調(diào)節(jié)比較靈敏，箱間可通過(guò)加菌帽數(shù)加強(qiáng)塔下部對(duì)二氧化碳的吸收[13]，并且矮水箱箱蓋較輕，在檢修和拆裝時(shí)比較方便。4.2氣流干燥器生產(chǎn)小蘇打過(guò)程中使用的干燥設(shè)備通常為氣流干燥器，通過(guò)計(jì)算可以得到直徑為0.63m、高為5m的干燥管。連續(xù)干燥是氣流干燥器的干燥方式，它的優(yōu)點(diǎn)有：①熱空氣可以直接接觸被干燥物料，這樣不僅使干燥書(shū)速度加快，還可以提高強(qiáng)度；②干燥時(shí)間相當(dāng)短；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且占地面積?。虎芸梢允雇Ａ魰r(shí)間變長(zhǎng)并且可以將傳熱效果提高，同時(shí)又可以將干燥的熱效率[14]提高。4.3離心機(jī)離心機(jī)則是使用了臥式刮刀離心機(jī)，此離心機(jī)是以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇卸料為工作方式的固-液分離設(shè)備。離心機(jī)需要與其他設(shè)備與儀表配合使用，才可以投入使用。一些與離心機(jī)常見(jiàn)的配套裝置有增稠器、過(guò)濾器等進(jìn)行預(yù)處理的裝置；供料泵、固體輸送器等一些可以供取料的裝置；啟動(dòng)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等儀表控制裝置等。在選擇配套裝置時(shí)，應(yīng)考慮以下幾方面的問(wèn)題：①因連續(xù)運(yùn)行的工藝，對(duì)于供料量、濃度以及溫度都要求保持穩(wěn)定狀態(tài)，所以物料在進(jìn)入離心機(jī)之前，需要進(jìn)入有攪拌器的儲(chǔ)槽中，使固液分布均勻，然后通過(guò)流量計(jì)將物料進(jìn)行定量，送入到離心機(jī)中；②工藝生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器振動(dòng)會(huì)傳給管路系統(tǒng)，為避免此種情況發(fā)生，離心機(jī)進(jìn)出口的管道應(yīng)使用柔性連接件；③為減少設(shè)備磨損，對(duì)具有較強(qiáng)腐蝕性的物料，先去除粗大的顆粒；④離心機(jī)進(jìn)料口的位置需要安裝清洗液接管，在機(jī)器停機(jī)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)一些殘留物料進(jìn)行清洗，防止因?yàn)槲锪蠚埩魧?dǎo)致轉(zhuǎn)鼓不平衡，在下次啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生劇烈震動(dòng)。第五章安全與環(huán)保5.1勞動(dòng)安全按照《中華人民共和國(guó)勞動(dòng)法》以及相關(guān)的法律法規(guī)，化工生產(chǎn)過(guò)程中勞動(dòng)者的安全與健康必須得到保證?；ぴO(shè)計(jì)中安全問(wèn)題對(duì)策的一般原則[15]：①生產(chǎn)過(guò)程中的工藝路線以及物料要優(yōu)先使用沒(méi)有危險(xiǎn)或者是危險(xiǎn)性較小的；②使用自動(dòng)化裝置，使生產(chǎn)過(guò)程中的一些操作可以通過(guò)自動(dòng)化來(lái)進(jìn)行控制，并對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有突發(fā)狀況使可以進(jìn)行報(bào)警以及安全聯(lián)鎖的保護(hù)；③生產(chǎn)過(guò)程中，盡可能的避免工作人員與可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)因素的設(shè)備和物料進(jìn)行直接的接觸。5.2環(huán)境保護(hù)按照《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》及相關(guān)的法律法規(guī)，化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的全部廢棄物都必須經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理，在達(dá)到可以排放的標(biāo)準(zhǔn)后才能夠進(jìn)行排放。5.2.1廢液的產(chǎn)生及處理生產(chǎn)小蘇打過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生蒸汽冷凝水、堿液泵軸封水、低鹽小蘇打的生產(chǎn)時(shí)離心機(jī)加入的洗水、碳化塔煮塔加入的水等，這些水會(huì)進(jìn)入堿液系統(tǒng),因此堿液系統(tǒng)慢慢膨脹。系統(tǒng)膨脹后，多余的堿性廢液會(huì)溢出來(lái)，使得環(huán)境受到很大程度的影響，其PH值非常高，不能達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)?？梢圆捎眉谢厥仗幚淼姆椒ㄌ幚砗瑝A廢液。如果想要做到不排放廢液，可以對(duì)工藝進(jìn)行改造并進(jìn)行嚴(yán)格的管理。如可以在相對(duì)低的位置建造回收池用來(lái)回收廢液,可以讓全部的含堿廢液通過(guò)地溝流進(jìn)回收池中。在回收池中央設(shè)置擋板，這樣沉淀后的清液可以進(jìn)入擋板另一邊,流入母液系統(tǒng)中用來(lái)化堿。用泵將多出來(lái)的渾水送到純堿系統(tǒng)中用來(lái)化鹽[16]。5.2.2廢氣的產(chǎn)生及處理生產(chǎn)小蘇打的過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣是含小蘇打堿塵的干燥尾氣和流化床尾氣。干燥尾氣和流化床尾氣中都夾雜著小的小蘇打堿性塵粒，會(huì)在一定程度上污染空氣。對(duì)干燥尾氣可以采用濕法除塵,使熱堿液與干燥尾氣在水洗塔內(nèi)部逆向流動(dòng)，接觸洗滌,既可以使堿液溫度降低，又可干燥尾氣。且濕法除塵有很好的效果,經(jīng)濟(jì)節(jié)能。使用干法除塵對(duì)流化床尾氣進(jìn)行除塵。5.2.3廢渣的產(chǎn)生及處理小蘇打的制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生兩種主要的廢渣:一種是制備小蘇打過(guò)程中產(chǎn)生的廢料,主要是清理干燥管時(shí)產(chǎn)生的濕料；另一種是較少的含堿廢泥,主要是清理過(guò)濾器產(chǎn)生的渾水及生產(chǎn)中含有堿的廢液進(jìn)行沉淀后產(chǎn)生的淤泥。為降低廢渣的產(chǎn)生，可通過(guò)減少工藝操作。如廢料的主要來(lái)源是清理干燥立管時(shí)產(chǎn)生的，那么在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該盡可能提高結(jié)晶的質(zhì)量，確保濕小蘇打進(jìn)入干燥管時(shí)，在干燥管中平均分布,并且合理的調(diào)節(jié)干燥風(fēng)量，確保干燥管暢通。也可以將生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄材料進(jìn)行區(qū)分，不含雜質(zhì)的小蘇打送回純堿系統(tǒng)經(jīng)過(guò)煅燒制成純堿，對(duì)含雜質(zhì)的小蘇打進(jìn)行處理。5.3自動(dòng)控制系統(tǒng)5.3.1碳化過(guò)程自動(dòng)控制碳化過(guò)程中的一些常規(guī)的自動(dòng)控制主要有：出堿溫度的控制、塔底壓力的控制、出堿液流量的控制等[17]。但是這些控制回路的設(shè)定值都需要工作人員根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整。因此，采用較先進(jìn)的控制技術(shù)不僅可以有效解決問(wèn)題，還可以提高碳化塔生產(chǎn)能力以及減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。如對(duì)于出堿溫度的控制，可以使用預(yù)測(cè)控制，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使出堿溫度可以達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，從而使碳化轉(zhuǎn)化率達(dá)到穩(wěn)定；對(duì)于塔底壓力的控制，可以使用APC-Adcon多變量魯棒預(yù)測(cè)控制和智能控制，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)中和水進(jìn)塔調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使塔底壓力達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。5.3.2離心機(jī)控制系統(tǒng)離心機(jī)的控制通常使用液壓與電器聯(lián)合控制，可以實(shí)現(xiàn)程度較高的自動(dòng)化。很多因素都會(huì)引起離心機(jī)的振動(dòng)，比如離心機(jī)在加料與卸料時(shí)會(huì)有干擾力、物料具有不均勻分布性以及離心機(jī)起支承作用的懸臂發(fā)生的變形等，因此在離心機(jī)中需要加入減震裝置，減震裝置可以采用橡膠或金屬?gòu)椈芍谱鞯母粽衿鳌?.4經(jīng)濟(jì)分析天然堿法制小蘇打的原材料在我國(guó)資源豐富，節(jié)約了生產(chǎn)成本，并且可以通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)對(duì)廢棄的天然堿進(jìn)行回收，可以使生產(chǎn)率提高。在原料制備方面天然堿法比其他生產(chǎn)工藝更加經(jīng)濟(jì)。對(duì)比其他生產(chǎn)工藝?yán)鐝?fù)分解法，復(fù)分解法的氯化鈉利用率低，并且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；合成法耗能大。并且天然堿制小蘇打已經(jīng)研發(fā)了先進(jìn)的設(shè)備，可以對(duì)廢天然堿回收，使開(kāi)采成本降低，還可以回收母液，并且通過(guò)對(duì)工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以使收率提高，能耗減小。結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是年產(chǎn)8萬(wàn)噸小蘇打的碳化、干燥工段設(shè)計(jì)，以我國(guó)資源豐富的天然堿為原料，在年工作日為300天的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)模為80kt/a的設(shè)計(jì)。通過(guò)查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)與資料，對(duì)本次設(shè)計(jì)的工藝流程有了一定的認(rèn)識(shí)與了解，并且針對(duì)此次工藝過(guò)程進(jìn)行了三輪物料衡算，并對(duì)碳化塔與干燥器進(jìn)行了能量衡算以及碳化塔等設(shè)備的選型。經(jīng)過(guò)計(jì)算確定了干燥工段總組分的輸入量為11783.44kg/h，輸出量為11111.11kg/h。干燥器的熱效率為74.56%，總效率為48.79%。通過(guò)設(shè)備選型的計(jì)算，確定了Φ=2500，H=26.47