1、以天然堿生產(chǎn)重質純堿結晶設計陸先鋒(湖南化工研究院,湖南長沙410007摘要:介紹了以天然堿為原料制取重質純堿的結晶設計,重點分析了蒸發(fā)結晶器的形式、溶液的過飽和度、傳熱溫差、循環(huán)型式和流速等因素對產(chǎn)品質量和系統(tǒng)的影響。該蒸發(fā)結晶器及蒸發(fā)結晶工藝對其它需要提高密度、粒度的產(chǎn)品的生產(chǎn)具有較為普遍的借鑒意義。關鍵詞:天然堿;純堿;結晶;工藝中圖分類號:TQ13111+2文獻標識碼:B文章編號:1005-8435(200006-0041-03Design of Crystal Process of H eavy Soda Ash from T ronaL U Xian2feng(Hunan Rese

2、arch Institute of Chemical Industry,Changsha410007,ChinaAbstract:The design of Crystal Process of Producing Heavy Soda Ash from Trona was intro2 duced.Especially analysis the effect on production and system by the style of evaporated crystal2 lizer,supersaturation,difference in temperature,stay time

3、 and cycle speed.The evaporated crys2 tallizer also can be used in other production needed improve its proportion and granularity.K ey w ords:trona;soda ash;crystal;process重質純堿的主要生產(chǎn)方法有擠壓法、液相水合法、固相水合法、蒸發(fā)結晶法等。在國外,蒸發(fā)結晶法是以天然堿為原料生產(chǎn)優(yōu)質重質純堿的主要方法。而國內只有內蒙古伊克昭盟化工研究所在這方面做過小型試驗。河南吳城天然堿礦3萬t/a優(yōu)質重質純堿工程是國內第一套運用該法生產(chǎn)重

4、質堿的大型工業(yè)化裝置。1工藝流程概述經(jīng)過精制后的鹵水經(jīng)預熱后送入多效蒸發(fā)器,經(jīng)蒸發(fā)濃縮后送入蒸發(fā)結晶器內蒸發(fā)結晶,晶漿經(jīng)離心分離后,大部分母液回蒸發(fā)結晶器繼續(xù)蒸發(fā)結晶,小部分則需引出進行除雜處理或排放;濕的一水堿經(jīng)煅燒后得到重質純堿成品。工藝流程簡圖為:產(chǎn)品煅燒離心過濾結晶蒸發(fā)鹵水2蒸發(fā)結晶器的設計目前國內外化工、制鹽等行業(yè)的蒸發(fā)結晶器的主要形式有:Crystal2Oslo生長型蒸發(fā)結晶器、D. T.B型蒸發(fā)結晶器、DP型結晶器等,而在此之前,在國內天然堿加工行業(yè)中,基本上沒有將蒸發(fā)與結晶過程分開,使結晶過程在蒸發(fā)器內完成,因此產(chǎn)品的粒徑小、密度低,質量與國外同類產(chǎn)品相比有很大差距。河南吳城天

5、然堿礦3萬t/a優(yōu)質重質純堿工程結晶工藝設計的最大特點是將蒸發(fā)與結晶分離開來,設計了一個獨立的蒸發(fā)結晶器,使晶體能在結晶器內充分地生長并取得粒度均勻的產(chǎn)品,因此產(chǎn)品的密度有了很大的提高。該蒸發(fā)結晶器的結構形式如圖1所示。第30卷第6期2000年12月湖南化工HUNAN CHEM ICAL INDUSTR YDecember2000作者簡介:陸先鋒(1968-,男,湖南長沙市人,工程師,現(xiàn)從事化工設計。收稿日期:2000-08-02 11除霧裝置21蒸發(fā)室31加熱器41結晶室51W 形底61攪拌器71導流筒81細晶捕集口圖1蒸發(fā)結晶器簡圖1具有足夠大的容積,能保證晶體在結晶器內充分地生長。結晶過

6、程一般分為兩步:第一步是晶體的生成;第二步則是晶體的生長。為了獲得高質量、大顆粒的重質純堿,在控制好細晶生成的同時,還必須讓晶體充分地生長,這就要求有足夠的停留時間。在生產(chǎn)能力一定的前提下,停留時間與蒸發(fā)結晶器的有效容積成正比,有效容積越大,停留時間越長。在該工程設計中,設計停留時間約為12h ,投產(chǎn)幾年來,一直運行良好,并取得了良好的效果。2能對晶體進行分級,確保晶體顆粒均勻。對晶體進行分級是獲得粒度均勻的產(chǎn)品的關鍵。在該結晶器的設計中,采取的主要分級措施有:其一是將晶體取出口設置在適當?shù)奈恢?確保只有粒徑達到一定程度的晶體才會被取出;其二是在結晶器的上部設置了細晶捕集器,該捕集器能及時捕集

7、多余的細晶,有效控制晶體的數(shù)量。3工藝參數(shù)討論311過飽和度由結晶動力學可知:結晶過程分為晶核的生成與晶核的成長兩個階段。其中晶核生成又可分為一次成核與二次成核。成核的快慢與溶液的過飽和度正相關,過飽和度越大,成核速率越快,晶體顆粒則越小;過飽和度越小,成核速率越慢,晶體顆粒則越大。圖2形象地反映了過飽和度、成核速率、晶體顆粒成長之間的關系。值得注意的是,在工業(yè)上測定溶液的介穩(wěn)態(tài)與不穩(wěn)態(tài)的分界點(筆者將該點對應的過飽和度稱為臨界過飽和度是十分困難的,而且,臨界過飽和度的實際意義也不大,在設計和生產(chǎn)中,有重大實際意義的是實用過飽和度。筆者對該裝置的實用過飽和度進行了計算,計算結果為0102%,可

8、見,實用過飽和度是非常小的,在實際的操作過程中,控制起來也很困難,但是,當其它參數(shù)一定時,實用過飽和度與循環(huán)溶液的有效溫升T 是正相關的,因此,在設計與實際生產(chǎn)中,我們可以通過控制循環(huán)料液的有效溫升來控制溶液的過飽和度 。圖2過飽和度、結晶、操作三要素的關系312傳熱溫差傳熱溫差是熱量傳遞的推動力。如果單純從傳熱的角度看,無疑,溫差越大,傳熱效果越好。但是,由于在蒸發(fā)結晶過程中,溶液本身已處于飽和狀態(tài)或過飽和狀態(tài),因此,當溫差較大時,在管壁則會產(chǎn)生爆沸、析出晶體并粘附在管壁上形成垢層。污垢層有兩大危害:1由于Na 2CO 3熱阻很大,所以污垢層將極大地降低傳熱效率,從而降低設備的生產(chǎn)能力;2垢

9、層不斷增長會造成堵管,因而必將縮短設備的清洗周期,給生產(chǎn)與維護造成極大的困難。因此,在設計與實際操作中,應在充分考慮到安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下,選用適宜的傳熱溫差。生產(chǎn)實踐表明:1520的有效溫差是較為適宜的。24湖南化工第30卷313循環(huán)型式及流速蒸發(fā)器內料液循環(huán)的方式有兩種,即:自然循環(huán)和強制循環(huán)。目前國內外都普遍采用強制循環(huán)的蒸發(fā)結晶方式。強制循環(huán)的目的是為了強化加熱器的傳熱能力,除此之外,強制循環(huán)還具有如下優(yōu)點:1循環(huán)流速提高后,可利用溶液中已有的晶體及溶液本身對加熱器的列管進行沖刷,清洗污垢,延長了結晶器的清洗周期,有利于生產(chǎn)的順利進行。2循環(huán)流速提高后,縮短了物料在加熱器內的停留時間

10、,避免溶液瀑沸或產(chǎn)生過高的飽和度,有利于晶體數(shù)量和晶體質量的控制。盡管提高循環(huán)速度有以上這些優(yōu)點,但是,循環(huán)速度也不可太高,這是因為過高的流速不但將使操作費用劇增,而且還可能破壞晶體、使晶體分級困難。因此,循環(huán)速度的選取必須綜合各方面的因素綜合考慮,實踐證明:2102.5m/s的循環(huán)速度對于一水堿的結晶工藝是較為適宜的。此外,在設計過程中,對循環(huán)機械的選取也十分重要,切忌選用高速離心泵作為循環(huán)泵,而應選用大流量、低揚程的軸流泵作為循環(huán)泵,這樣,晶體才不致于撞碎,有利于獲得高質量的晶體。5結語以天然堿為原料生產(chǎn)重質純堿采用蒸發(fā)結晶工藝是可行的。裝置投產(chǎn)幾年來,一直運轉正常,產(chǎn)品質量符合Z B G

11、12001-86專業(yè)標準中優(yōu)等品的要求。取得了滿意的效果。需要指出的是在該工程中采用的蒸發(fā)結晶器不但適用于制堿行業(yè),對其它需要提高晶體粒徑及密度的產(chǎn)品的生產(chǎn)也具有重要的借鑒意義。值得注意的是,不同礦區(qū)的原料的成分有較大的差別,在設計時必須針對原料的組成及當?shù)氐牡乩項l件,對該工藝進行適當?shù)恼{整和補充,才能取得更為滿意的效果。參考文獻:1中國純堿工業(yè)協(xié)會.純堿工學M.北京:化學工業(yè)出版社,1994.5946012李武,葉鐵林.中國天然堿M.北京:化學工業(yè)出版社,1990.200207.3化學工程手冊編委會,化學工程手冊M.蒸發(fā)結晶篇.北京:化學工業(yè)出版社,1979.6569.4天津化工研究院.無機

12、鹽工業(yè)手冊M.北京:化學工業(yè)出版社,1996.456470.(上接第40頁表3吸附床層再生操作數(shù)據(jù)序號氮氣流量(m3/h電加熱器出口溫度(吸附器進口氣溫(加熱再生時間(h吹冷時間(h從表3看出,加熱再生吹冷的總時間為20h左右,而吸附時間為72h,則再生時間占吸附時間的28%左右,足夠保證兩臺吸附干燥器連續(xù)循環(huán)運轉。(3床層阻力在吸附干燥過程中,氣體經(jīng)吸附器的阻力用壓力差計測定如下:運轉10天后,床層壓力為800Pa;8個月后,床層壓力為1450Pa,吸附劑床層經(jīng)8個月使用后,阻力增加650Pa。據(jù)此數(shù)據(jù)推算,分子篩的破碎率很小,氣體中的灰塵引起堵塞不嚴重,只需每年大修時把吸附劑清理一次即可。4結論一氧化碳氣體經(jīng)過加壓、降溫使所含水分達到飽和析出,然后冷凍脫水,最后用X分子篩進行深度干燥可得到含水量低于50mg/m3的合格一氧化碳氣體。一氧化碳氣