制堿工藝純堿概述純堿即碳酸鈉，系單斜體晶體，化學(xué)分子式Na2CO3，也稱(chēng)蘇打（Soda）或堿灰（Sodaash），外觀呈白色粉末。從化學(xué)分子式來(lái)看應(yīng)為鹽，但由于水溶液呈強(qiáng)堿性（1mol/L水溶液，25℃，PH=），故稱(chēng)之為堿。因天津堿廠(chǎng)合成堿純度高，故將合成堿稱(chēng)之為純堿，始終沿用至今。純堿的真實(shí)密度為g/cm3（20℃），熔點(diǎn)851℃，隨顆粒大小不同，堆積密度也隨之而變，因而有輕質(zhì)純堿和重質(zhì)純堿之分。碳酸鈉易溶于水，形成3種水合物：；；；當(dāng)溫度高于109℃時(shí)從水溶液中析出無(wú)水物。十水碳酸鈉簡(jiǎn)稱(chēng)十水堿亦稱(chēng)晶堿或洗滌堿，在32℃下列穩(wěn)定存在。當(dāng)夏日氣溫超出32℃會(huì)溶解在自己的結(jié)晶水中，在低空氣溫度時(shí)，就會(huì)分化，脫除部分結(jié)晶水而成粉末。因其在水中速溶，故在家庭中樂(lè)于用作洗滌劑和食用面堿。一水碳酸鈉簡(jiǎn)稱(chēng)一水堿，性質(zhì)最為穩(wěn)定，用于攝影行業(yè)中的顯影液。七水碳酸鈉由于不穩(wěn)定，在工業(yè)和民用方面無(wú)大用途，故不成為商品。純堿基本上能夠稱(chēng)得上是無(wú)毒無(wú)害的安全物質(zhì)。但由于它呈堿性，如果人體與之接觸時(shí)會(huì)受到刺激，發(fā)生皮炎。開(kāi)始時(shí)雙臂、雙手和雙腿發(fā)紅，偶然發(fā)生小膿包和潰瘍，最后造成皮膚變厚，色素沉積和產(chǎn)生疤痕。純堿的最大顧客是玻璃制造業(yè)（約50%），為玻璃容器、玻璃瓶、平板玻璃和玻璃纖維的制造原料。另首先是用于其它化學(xué)制品的生產(chǎn)，如燒堿、潔堿、多個(gè)磷酸鈉、硅酸鈉、氧化鋁、硼砂、鉻酸鈉及其它鉻化學(xué)制品。純堿也在洗滌劑中得到了大量應(yīng)用；另外純堿還大量用于紙漿、造紙和水解決中，并用作中和、沉淀和增溶的藥劑。因此純堿作為基本化工原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，它是世界上用量最大化工產(chǎn)品之一。純堿工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史在很早以前，人們就開(kāi)始使用天然堿湖中的堿以及海草灰中的堿供洗滌和制造玻璃之用，現(xiàn)在保存下來(lái)的最古老的埃及玻璃大概是公元前18制造的。在我國(guó)17前的知名藥書(shū)“本草綱目”中記載“菜蒿蓼之屬、曬干、燒灰、以原水淋汁，去垢發(fā)面?！笨梢?jiàn)當(dāng)時(shí)對(duì)堿的制造和用途都有一定程度的理解。無(wú)論中外，在18世紀(jì)中葉以前，堿的來(lái)源不外是植物灰或堿湖中的天然堿。到18世紀(jì)末葉，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，天然堿的產(chǎn)量已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足玻璃、肥皂、皮革等工業(yè)需要。因此人工制堿的問(wèn)題就被提出來(lái)了。在英法七年戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)法國(guó)所需的植物堿來(lái)源斷絕，于是在1775年法國(guó)科學(xué)院懸賞征求制堿辦法。1787年醫(yī)生路布蘭經(jīng)四年多的研究獲得了成功。他的辦法是先用硫酸和食鹽互相作用得到硫酸鈉，然后再將硫酸鈉和石灰石、煤炭在900～1000℃共熔得碳酸鈉。這一辦法的成功，不僅為工業(yè)提供了純堿，并且由于一種化學(xué)產(chǎn)品通過(guò)人工合成，因而對(duì)化學(xué)和化工的發(fā)展以及人類(lèi)對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，都起了重要的作用。這一制堿辦法，普通稱(chēng)為路布蘭法或硫酸鈉法。但是路布蘭法存在著不少缺點(diǎn)：熔融過(guò)程系在固相中進(jìn)行，并且需要高溫；設(shè)備生產(chǎn)能力不充足；設(shè)備腐蝕程度嚴(yán)重；工人的勞動(dòng)條件惡劣及所得到的純堿質(zhì)量不高。這些缺點(diǎn)促使人們?nèi)パ芯啃碌闹茐A辦法。1861年，比利時(shí)人索爾維原是一名工人，在煤氣廠(chǎng)從事稀氨水的濃縮工作，發(fā)現(xiàn)用食鹽水吸取氨和二氧化碳時(shí)能夠得到碳酸氫鈉，于是獲得用海鹽和石灰石為原料制取純堿的專(zhuān)利，這種辦法也就被稱(chēng)之為索爾維制堿法。由于在生產(chǎn)過(guò)程中需用氨起媒介作用，故又稱(chēng)為氨堿法。其重要過(guò)程是氨鹽水吸取二氧化碳而得碳酸氫鈉，然后將碳酸氫鈉煅燒放出CO2和H2O而成碳酸鈉。1863年建廠(chǎng)，1872年獲得成功。由于氨堿法能夠持續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力大，原料運(yùn)用率高，產(chǎn)品的成本低、質(zhì)量高；因此在當(dāng)時(shí)得到快速的發(fā)展，到20世紀(jì)早期幾乎完全取代了路布蘭法。但是氨堿法存在著比較嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即其對(duì)原料NaCl的運(yùn)用率低，其中的Cl-完全未加運(yùn)用，而Na+也僅運(yùn)用了75%左右，且大量氯化物以廢液形式排棄，污染環(huán)境，堵塞河道。于是20世紀(jì)早期，德國(guó)人Schreib提出將氨堿法碳酸化母液中所含的氯化銨直接制成固體作為產(chǎn)品出售。1931年德國(guó)人Gland和Lupmann獲得初步成果。1935年德國(guó)Zahn公司據(jù)此在朝鮮興南化學(xué)廠(chǎng)設(shè)計(jì)日產(chǎn)50t的純堿裝置。1938年我國(guó)永利化學(xué)工業(yè)公司在侯德榜博士領(lǐng)導(dǎo)下從事這項(xiàng)研究，歷經(jīng)數(shù)年，獲得成功，命名為“候氏制堿法”，由于與氨廠(chǎng)聯(lián)合，以氨廠(chǎng)的NH3和CO2同時(shí)生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品，故又稱(chēng)聯(lián)合制堿法。又因在生產(chǎn)過(guò)程中NaHCO3母液用于制NH4Cl,NH4Cl母液又用于制NaHCO3，過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，故有稱(chēng)為循環(huán)制堿法。世界上有許多國(guó)家蘊(yùn)藏著天然堿礦，其中以美國(guó)最為豐富。重要產(chǎn)地在懷俄明州的綠河地區(qū)。綠河地區(qū)蘊(yùn)藏著1140～1210億噸倍半堿礦。1953年美國(guó)食品機(jī)械化學(xué)公司在懷俄明州設(shè)廠(chǎng)加工天然堿。后來(lái)其它許多化學(xué)公司都相繼設(shè)廠(chǎng)生產(chǎn)純堿。由于在美國(guó)氨堿廠(chǎng)的排污問(wèn)題無(wú)法解決，而用天然堿加工的生產(chǎn)成本僅為氨堿廠(chǎng)成本的2/3，因此氨堿廠(chǎng)全部倒閉。氨堿法、聯(lián)合制堿法和天然堿加工是現(xiàn)在世界上重要的純堿生產(chǎn)辦法。其它尚有芒硝制堿法、霞石制堿法，但所占比例較小。我國(guó)制堿工業(yè)的今昔及展望我國(guó)是世界上制堿和用堿最早的國(guó)家之一。東起內(nèi)蒙古呼倫貝爾盟和吉林省，經(jīng)錫林格勒盟，烏蘭察布盟，伊克昭盟，甘肅省和青海省至新疆哈察和阿爾泰，堿湖星羅棋布。開(kāi)采加工已有數(shù)百年歷史，但始終到20世紀(jì)50年代末期以前，仍沿用手工開(kāi)采，沒(méi)有擺脫作坊的生產(chǎn)方式。在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)，由于帝國(guó)主義無(wú)暇東顧，臨時(shí)放松了對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)侵略，我國(guó)的制堿工業(yè)和其它民族工業(yè)一起才有了某些發(fā)展。19我國(guó)民族工業(yè)家范旭東在天津塘沽開(kāi)始籌建永利堿廠(chǎng)，到1926年6月生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。1934年日本帝國(guó)主義為了掠奪中國(guó)的鹽業(yè)資源和剝削中國(guó)便宜勞動(dòng)力，在大連甘井子籌建堿廠(chǎng)。在抗戰(zhàn)期間，永利堿廠(chǎng)也為日本帝國(guó)主義所占據(jù)，抗戰(zhàn)勝利后，永利和大連堿廠(chǎng)回到祖國(guó)的懷抱。1949年后來(lái)，為了滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展需要，純堿生產(chǎn)有了較大發(fā)展，除了恢復(fù)和擴(kuò)建原來(lái)兩家堿廠(chǎng)外，1952年在大連化學(xué)廠(chǎng)先后建成日產(chǎn)純堿10t聯(lián)合制堿法中試裝置，在1962年建成年產(chǎn)16萬(wàn)t的聯(lián)堿車(chē)間。至1997年終，我國(guó)有大小堿廠(chǎng)60個(gè)，純堿年總生產(chǎn)能力約為730萬(wàn)t（現(xiàn)在已超出萬(wàn)t），其中氨堿法421萬(wàn)t，聯(lián)堿法294萬(wàn)t，天然堿15萬(wàn)t。純堿生產(chǎn)能力僅次于美國(guó)居世界第二位（現(xiàn)在已超出萬(wàn)t，躍居世界第一）。大型堿廠(chǎng)有大連化工公司堿廠(chǎng)、天津堿廠(chǎng)、青島堿廠(chǎng)、自貢?shū)欪Q化工總廠(chǎng)、湖北省化工廠(chǎng)、濰坊純堿廠(chǎng)、唐山堿廠(chǎng)、連云港堿廠(chǎng)等。在1989年以前，我們是進(jìn)口純堿的國(guó)家，1990年變進(jìn)口為出口。我國(guó)純堿公司現(xiàn)在生產(chǎn)普通輕質(zhì)純堿、普通重質(zhì)純堿、低鹽重質(zhì)純堿、食品堿等產(chǎn)品。另外，天然堿加工通過(guò)40年的建設(shè)，也含有了一定的規(guī)模和水平。在重要天然堿產(chǎn)地內(nèi)蒙已建立起一批加工公司，形成了年開(kāi)采能力100多萬(wàn)t，加工多個(gè)堿類(lèi)產(chǎn)品30多萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力。但是，我國(guó)生產(chǎn)的純堿在產(chǎn)品質(zhì)量、消耗定額和自動(dòng)化水平及勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面與國(guó)外相比尚有較大差距。氨堿法生產(chǎn)純堿氨堿法生產(chǎn)純堿是以食鹽和石灰石為原料，以氨為媒介物，進(jìn)行一系列化學(xué)反映和工藝過(guò)程而制得的。其工藝過(guò)程可歸納為下列幾個(gè)過(guò)程：煅燒石灰石：其重要化學(xué)反映為CaCO3CaO+CO2↑鹽水的精制：其重要化學(xué)反映為Mg2++2OH-→Mg(OH)2Ca2++CO32-→CaCO3↓氨鹽水的碳酸化：其重要化學(xué)反映為NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl重堿煅燒：其重要化學(xué)反映為主反映2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+NH3↑副反映NH4Cl+NaHCO3→NaCl+CO2↑+H2O↑+NH3↑NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑(NH4)2CO32NH3↑+H2O+CO2↑母液的蒸餾：其重要化學(xué)反映為2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+H2O+CaCl2NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑(NH4)2CO32NH3↑+H2O+CO2↑總而言之，氨堿法流程可用下列方框圖表達(dá)：聯(lián)正當(dāng)制純堿氨堿法的最大缺點(diǎn)是氯化鈉的運(yùn)用率低；排放大量的蒸氨廢液和廢渣，不僅原料無(wú)法完全運(yùn)用，并且嚴(yán)重污染環(huán)境，妨礙在內(nèi)地建廠(chǎng)。早在1872年德國(guó)人Schreders就提出循環(huán)法制堿的構(gòu)想：從重堿母液中分離出氯化銨，又從氯化銨母液中分離出重堿，使過(guò)程循環(huán)進(jìn)行。這樣既充足運(yùn)用了食鹽，又杜絕了蒸氨廢液的生成。由于循環(huán)法是以食鹽、合成氨廠(chǎng)的氨和二氧化碳為原料，聯(lián)合生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品，故又稱(chēng)為聯(lián)正當(dāng)制堿。我國(guó)知名化工專(zhuān)家侯德榜博士在1939年開(kāi)始研究這一工藝，稱(chēng)為候氏制堿法。其流程方框圖以下圖所示：氨堿法與聯(lián)堿法的比較共同點(diǎn)：氨鹽水吸取二氧化碳生成NaHCO3結(jié)晶的過(guò)程（碳酸化過(guò)程）是相似的；重堿都需通過(guò)煅燒制得Na2CO3產(chǎn)品，同時(shí)回收CO2氣體回收運(yùn)用。不同點(diǎn)：氨堿法鹽的運(yùn)用率低；聯(lián)堿法鹽的運(yùn)用率高；氨堿法通過(guò)母液蒸餾實(shí)現(xiàn)氨循環(huán)；聯(lián)堿法是母液循環(huán)；氨堿法有大量的廢渣廢液排出；聯(lián)堿法不需排廢液；氨堿法鹽需要精制；聯(lián)堿法鹽不需要精制；氨堿法生產(chǎn)工序、設(shè)備繁多，生產(chǎn)成本高；聯(lián)堿法生產(chǎn)工序、設(shè)備簡(jiǎn)樸，生產(chǎn)成本低；因此聯(lián)堿法生產(chǎn)更節(jié)能、環(huán)保，更具發(fā)展前景，更能適應(yīng)當(dāng)代工業(yè)化生產(chǎn)。另外尚有采用一次吸氨一次碳化；兩次吸氨、兩次碳化；兩次加鹽以及變換氣制堿等多個(gè)聯(lián)堿生產(chǎn)工藝方式；現(xiàn)采用最多的是兩次吸氨、一次碳化、一次加鹽、液氨制冷的工藝。聯(lián)堿工藝流程介紹聯(lián)堿生產(chǎn)按工序可分為碳濾、壓縮、煅燒、重灰、重灰包裝、結(jié)晶、制冷、干銨、干銨包裝9個(gè)工序。一：碳濾工序碳濾工序涉及碳化、過(guò)濾、綜合回收幾個(gè)過(guò)程。碳化過(guò)程碳化過(guò)程是運(yùn)用氨母液II在碳化塔中吸取CO2生成NaHCO3結(jié)晶同時(shí)生成NH4Cl的過(guò)程。碳化塔里的反映可用方程式NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3+NH4Cl來(lái)表達(dá)。液相流程用方框圖表達(dá)為：AIIAII來(lái)自結(jié)晶工序清洗塔制堿塔濾過(guò)清洗氣來(lái)自空分中段氣、下段氣來(lái)自壓縮尾氣去凈氨系統(tǒng)循環(huán)水碳化尾氣中含有大量的氣氨，需通過(guò)綜合回收后才干排放；其氣相流程可用下列方框圖表達(dá)：碳化尾氣碳化尾氣尾氣分離器凈氨塔經(jīng)MI凈氨分離器尾氣放空MI來(lái)自MI澄清桶凈氨后MI回MI桶凈氨洗水凈氨碳化過(guò)程是一種放熱反映過(guò)程，反映過(guò)程中有大量的反映熱需要移走；本工藝選用循環(huán)水冷卻，下進(jìn)上出間接換熱閉路循環(huán)，在此不做介紹。碳化取出液經(jīng)取出槽至過(guò)濾機(jī)，氣相里同樣含有大量的氣氨需經(jīng)引風(fēng)機(jī)引至凈氨塔凈氨后放空；過(guò)濾機(jī)上方以及MI桶放空氣體同時(shí)凈氨后放空。風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)水洗塔放空出堿槽含氨氣體過(guò)濾機(jī)上方含氨氣體脫鹽水MI桶及澄清桶含氨氣體吸取液循環(huán)泵雜水桶過(guò)濾過(guò)程過(guò)濾過(guò)程是運(yùn)用真空過(guò)濾原理將碳化取出液里的NaHCO3結(jié)晶分離出來(lái)，同時(shí)運(yùn)用洗水減少NaHCO3里的NaCl含量；濾液去MI桶，NaHCO3結(jié)晶去煅燒；過(guò)濾尾氣經(jīng)凈氨后去壓縮工序。用方框圖可表達(dá)為：過(guò)濾洗后液儲(chǔ)桶沖洗水來(lái)自?xún)舭毕此畠?chǔ)桶過(guò)濾洗后液洗水來(lái)自煅燒尾氣凈氨過(guò)濾洗后液儲(chǔ)桶沖洗水來(lái)自?xún)舭毕此畠?chǔ)桶過(guò)濾洗后液洗水來(lái)自煅燒尾氣凈氨過(guò)濾碳化出堿液NaHCO3結(jié)晶去煅燒洗水儲(chǔ)桶洗水去煅燒工序MI桶綜合回收過(guò)程綜合回收重要是回收碳化、過(guò)濾尾氣及煅燒冷凝液里的氨；同時(shí)實(shí)現(xiàn)用水的回收運(yùn)用。煅燒冷凝液回收可用下列方框圖表達(dá)。煅燒冷凝液淡液蒸餾塔煅燒冷凝液淡液蒸餾塔氣氨去真空吸取塔廢淡液過(guò)濾洗水煅燒洗滌爐氣過(guò)濾機(jī)沖洗水尾氣凈氨塔碳化尾氣經(jīng)綜合回收后放空、過(guò)濾尾氣經(jīng)綜合回收后去壓縮工序；其回收流程可用下列方框圖表達(dá)：過(guò)濾及真空吸氨尾氣去壓縮工序凈氨洗水凈氨洗水過(guò)濾及真空吸氨尾氣去壓縮工序凈氨洗水凈氨洗水MI凈氨洗水儲(chǔ)桶碳化尾氣去MI桶碳化尾氣放空去煅燒洗滌爐氣二、壓縮工序壓縮工序涉及壓縮和真空兩個(gè)環(huán)節(jié)；壓縮是運(yùn)用壓縮機(jī)將合成送過(guò)來(lái)的含98.５％和%的CO2以及回收的煅燒爐氣壓縮、冷卻后分中、下段送入碳化塔?？捎孟铝蟹娇驁D表達(dá)。合成氨來(lái)CO合成氨來(lái)CO2含量98.５％和%回收煅燒爐氣壓縮機(jī)中段氣去碳化下段氣去碳化脫鹽水來(lái)自系統(tǒng)冷凝水去碳化工序真空環(huán)節(jié)是運(yùn)用真空機(jī)抽吸過(guò)濾尾氣放空，起到使過(guò)濾機(jī)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的作用。三、煅燒工序煅燒工序使用蒸汽在煅燒爐內(nèi)加熱碳化工序送過(guò)來(lái)的NaHCO3結(jié)晶使之分解生成Na2CO3成品同時(shí)對(duì)爐氣進(jìn)行回收洗滌的過(guò)程。在煅燒爐內(nèi)發(fā)生下列化學(xué)反映：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2其流程可用下列方框圖表達(dá)：熱堿回收器旋風(fēng)分離器熱堿回收器旋風(fēng)分離器預(yù)混器重堿來(lái)自碳化工序煅燒爐蒸汽來(lái)自外網(wǎng)輕質(zhì)純堿去重灰冷凝水儲(chǔ)槽閃發(fā)槽，閃發(fā)汽去管網(wǎng)因煅燒爐氣中含有大量的CO2氣、氨氣及堿塵，CO2氣和氨氣是聯(lián)堿生產(chǎn)的原料氣；堿塵回收及是產(chǎn)品；而這些氣體如不加以回收不光對(duì)環(huán)境造成污染，還增加生產(chǎn)成本。因此必須對(duì)煅燒爐氣加以回收運(yùn)用?；厥者\(yùn)用的同時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行冷卻和洗滌。其流程可用下列方框圖表達(dá)：煅燒爐氣旋風(fēng)分離器煅燒爐氣旋風(fēng)分離器熱堿回收器爐氣去壓縮工序爐氣冷凝塔爐氣洗滌塔冷卻水循環(huán)洗滌液、冷凝液去碳化工序碳化來(lái)凈氨水四、重灰工序重灰工序是運(yùn)用水合結(jié)晶器讓輕質(zhì)純堿在結(jié)晶器內(nèi)反映生成一水堿，然后在通過(guò)流化床干燥生成結(jié)晶顆粒較大的重質(zhì)純堿。其流程克用下列方框圖表達(dá)。流化床母液流化床母液高鹽母液去洗鹽工序循環(huán)水水合結(jié)晶器稠厚器分離器軟水輕灰因重灰工序設(shè)備相對(duì)較多，流程較為繁瑣，特對(duì)流化床作單獨(dú)介紹；其流程可用下列方框圖表達(dá)。重灰細(xì)粉包裝布袋除塵旋風(fēng)分離器破碎機(jī)閃發(fā)器重灰細(xì)粉包裝布袋除塵旋風(fēng)分離器破碎機(jī)閃發(fā)器蒸汽預(yù)熱器空氣流化床振動(dòng)篩重灰包裝循環(huán)水五、純堿包裝工序根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量及客戶(hù)規(guī)定，純堿包裝分為輕質(zhì)純堿包裝、重灰包裝、重灰細(xì)粉包裝；其流程相對(duì)簡(jiǎn)樸，用方框圖表達(dá)以下。輕灰包裝倉(cāng)輕灰輕灰包裝倉(cāng)輕灰?guī)旆看a垛包裝機(jī)皮帶重灰包裝流程以下：重灰小袋包裝包裝機(jī)皮帶庫(kù)房碼垛重灰小袋包裝包裝機(jī)皮帶庫(kù)房碼垛大袋包裝碼頭包裝重灰細(xì)粉大袋包裝重灰細(xì)粉大袋包裝庫(kù)房碼垛叉車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)六、結(jié)晶工序結(jié)晶工序是將碳化工序送來(lái)的MI經(jīng)吸氨、降溫、加鹽等工序，使氯化銨生成結(jié)晶并將結(jié)晶分離變成氯化銨產(chǎn)品的過(guò)程。具體流程可分為AI流程、MII流程及氨系統(tǒng)循環(huán)流程。AI流程具體為：碳化工序送來(lái)的MI經(jīng)吸氨后經(jīng)水冷及母換器與MII換熱后進(jìn)入冷析結(jié)晶器（冷析結(jié)晶器由外冷器循環(huán)降溫）后溢流進(jìn)入鹽析結(jié)晶器；冷析結(jié)晶器中生成氯化銨結(jié)晶由冷析結(jié)晶器底部取出。在鹽析結(jié)晶器中加入NaCl生成的氯化銨結(jié)晶再由泵送入冷析結(jié)晶器中。MII流程具體為：MII經(jīng)母換器與AI換熱后進(jìn)進(jìn)入吸氨器吸氨后進(jìn)入AII澄清桶溢流入AII桶，再由泵送往碳化工序。氨系統(tǒng)的流程具體為：來(lái)自液氨儲(chǔ)槽的液氨經(jīng)液氨循環(huán)罐進(jìn)入外冷器與母液進(jìn)行間接換熱吸取熱量后蒸發(fā)為氣氨進(jìn)入氨分離器，一部分氣氨去吸氨，另一部分去冰機(jī)壓縮冷凝后變成液氨循環(huán)使用。幾個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)可用方框圖表達(dá)以下：AI系統(tǒng)的流程可表達(dá)為母I母I吸氨熱AI水換母換器濾液鹽、母II桶沉淀、AII泥鹽析結(jié)晶器冷析結(jié)晶器離心機(jī)干銨系統(tǒng)外冷器鹽析稠厚器母II桶MII系統(tǒng)的流程可表達(dá)為：母II母II母液換熱器（與AI換熱）吸氨AII澄清桶AII桶去碳化工序鹽析AII泥氨系統(tǒng)的流程可表達(dá)為：冰機(jī)壓縮外冷器來(lái)氣氨冰機(jī)壓縮外冷器來(lái)氣氨蒸發(fā)冷凝器液氨儲(chǔ)槽外冷器（AI與液氨間接換熱）合成來(lái)液氨集油器蒸汽廢油冷凝水吸氨七、制冷工序制冷工序在結(jié)晶工序中已經(jīng)做過(guò)介紹，其流程與上圖相似，在此不另做介紹。八、干銨工序干銨工序是將離心機(jī)分離出來(lái)的含5%左右水分的濕氯化銨在流化床中用蒸汽間接加熱（同時(shí)通入熱空氣）使氯化銨水分減少制得干燥氯化銨的過(guò)程。其流程可用下列方框圖表達(dá)：冷凝水濕銨冷凝水濕銨蒸汽流化床循環(huán)水旋風(fēng)分離器布袋除塵器引風(fēng)機(jī)凈氨后放空空氣預(yù)熱器干銨包裝九、干銨包裝干銨根據(jù)包裝規(guī)定不同分為大袋、小袋及碼頭包裝碼頭包裝幾個(gè)，可用下列方框圖表達(dá)：碼頭包裝大袋包裝碼頭包裝大袋包裝小袋包裝干銨庫(kù)房碼垛庫(kù)房碼垛聯(lián)堿系統(tǒng)的水平衡聯(lián)堿生產(chǎn)的母液是閉路循環(huán)的，系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)母液的體積必須保持恒定，不能膨漲；要做到這一點(diǎn)進(jìn)入系統(tǒng)的水量就不能不不大于從系統(tǒng)中帶出的水量。否則就不得不排放一部分母液，這樣既影響環(huán)境又造成浪費(fèi)。因此保持母液平衡是進(jìn)行正常生產(chǎn)的必要前提和保護(hù)環(huán)境、節(jié)能降耗的基本規(guī)定。現(xiàn)在來(lái)分析一下循環(huán)系統(tǒng)中消耗掉的水量。水的出處有三個(gè)：一是碳化反映消耗掉的水；二是重堿濾餅帶走的水；三是NH4Cl產(chǎn)品帶出的水?，F(xiàn)在對(duì)這三項(xiàng)水量分別進(jìn)行計(jì)算：（碳化進(jìn)氣帶入、尾氣帶出、過(guò)濾尾氣帶出、加鹽帶入等各水分量相對(duì)較少，互相抵消后在此忽視不計(jì)）碳化反映消耗水量每生產(chǎn)1噸純堿（同時(shí)也聯(lián)產(chǎn)1噸氯化銨）所需的水量按反映式計(jì)算碳酸化：NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl煅燒：2NaHCO3→Na2CO3+H2O↑+CO2↑后一反映產(chǎn)生的H2O在煅燒爐氣中經(jīng)冷凝、洗滌后離開(kāi)循環(huán)系統(tǒng)，因此循環(huán)系統(tǒng)消耗的水量為：=340Kg/噸堿重堿濾餅帶出水量（以16%和18%兩種計(jì)算）以重堿含水分16%計(jì)算帶出水量為：（/）*=301Kg以重堿含水分18%計(jì)算帶出水量為：（/）*=350KgNH4Cl產(chǎn)品帶出水量計(jì)算（以5%和7%兩種計(jì)算）以NH4Cl產(chǎn)品含水量5%計(jì)算帶出水量為:0.050.95以NH4Cl產(chǎn)品帶出水量7%計(jì)算帶出水量為:0.070.93總而言之系統(tǒng)帶出的水量應(yīng)為：340+（301～350）+（53～75）=694～765Kg/噸堿下面再來(lái)分析一下循環(huán)系統(tǒng)中水的加入狀況。加入點(diǎn)重要有兩個(gè)；一是重堿過(guò)濾時(shí)添加的洗水；二是淡液蒸氨時(shí)添加的蒸汽。這里先來(lái)討論一下蒸氨系統(tǒng)的蒸汽添加狀況。按天津渤?；ぴO(shè)計(jì)院出具的初步設(shè)計(jì)物料平衡表中數(shù)據(jù)，蒸汽的添加量為172Kg/噸堿；（此數(shù)據(jù)應(yīng)比較保守）；實(shí)際生產(chǎn)中（運(yùn)行比較好時(shí)）核算的蒸汽添加量約為90Kg/噸堿；若要維持循環(huán)系統(tǒng)母液的恒定，就必須確保進(jìn)出平衡，以重堿及NH4Cl產(chǎn)品帶出量低限計(jì)算則噸堿消耗水量為340+301+53=694Kg；以實(shí)際生產(chǎn)中蒸氨添加蒸汽量90Kg/噸堿計(jì)算，則重堿過(guò)濾過(guò)程洗水的添加量應(yīng)為694-90=604Kg/噸堿（與實(shí)際生產(chǎn)消耗基本相符）；若以蒸汽的添加量為172Kg/噸堿計(jì)算，以重堿含水分18%；NH4Cl產(chǎn)品帶出水量7%計(jì)算則重堿過(guò)濾過(guò)程洗水的添加量應(yīng)為765-172=593Kg/噸堿（添加量為600Kg/噸堿左右；也于實(shí)際生產(chǎn)相差不大）。但實(shí)際生產(chǎn)中為了節(jié)能降耗，產(chǎn)品的含水量就必須盡量控制低限；若以重堿及NH4Cl產(chǎn)品帶出水量低限計(jì)算，以洗水添加量為600Kg/噸堿，蒸氨蒸汽添加量為90Kg/噸堿計(jì)算，則總加入量為690Kg總的帶出量為694Kg；加入與帶出基本相符。而如果蒸氨的蒸汽添加量172Kg/噸堿，洗水添加量為600Kg/噸堿，則噸堿帶入水的總量為600+172=772Kg；而帶出水總量為694Kg；如此就造成循環(huán)系統(tǒng)的母液不平衡。要想維持系統(tǒng)母液平衡有三個(gè)方法：一是減少蒸氨的蒸汽添加量，維持正常的洗水添加量；二是維持正常蒸氨的蒸汽添加量，減少洗水的添加量；三是維持正常的蒸汽添加量和洗水用量，將部分廢淡液（蒸氨殘液）外排。前兩個(gè)方法顯然是不可行的，由于一會(huì)使蒸氨達(dá)不到效果，造成不良后果；二會(huì)造成重堿含NaCl和NH4Cl超標(biāo)造成不良后果；選擇后者是切實(shí)可行的。（實(shí)際生產(chǎn)中多采用此方案）另外確保重堿結(jié)晶質(zhì)量也是非常重要的；以上討論都是在重堿結(jié)晶質(zhì)量穩(wěn)定的前提下進(jìn)行的。如重堿結(jié)晶質(zhì)量不好，就必須添加大量的洗水才干確保重堿含鹽量，這就會(huì)造成循環(huán)系統(tǒng)的母液膨漲。聯(lián)堿系統(tǒng)水的平衡可用下列方框圖表達(dá)：氨鹽水的碳酸化氨母液Ⅱ碳酸化，是運(yùn)用氨母液Ⅱ在碳化塔內(nèi)吸取二氧化碳，使其中的氯化鈉和氨轉(zhuǎn)化生成碳酸氫鈉和氯化銨，并冷卻使碳酸氫鈉結(jié)晶析出，形成碳酸氫鈉懸浮液。氨母液Ⅱ碳酸化過(guò)程，涉及吸取、結(jié)晶及傳熱等過(guò)程。由于碳化過(guò)程的復(fù)雜性及其與各工序之間的親密聯(lián)系、互相影響較大，因此規(guī)定嚴(yán)格地按照工藝條件操作，制出容易過(guò)濾、洗滌和煅燒的碳酸氫鈉結(jié)晶；同時(shí)提高氯化鈉和氨的轉(zhuǎn)化率，減少母液當(dāng)量。這樣，不僅能使產(chǎn)品達(dá)成優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的規(guī)定，并且能提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。因此，碳化過(guò)程在聯(lián)堿生產(chǎn)中占有相稱(chēng)重要的地位。碳化的反映及基本原理一、化學(xué)反映碳化過(guò)程是一種復(fù)雜的化學(xué)反映過(guò)程。碳化液中含有多個(gè)組分，呈分子狀態(tài)存在的有：H2O、CO2、H2CO3、NH3、NH4OH、（NH4）2CO3、NH4COONH2、NaCl、Na2CO3、NaHCO3、NH4Cl等。呈離子狀態(tài)存在的有：H+、OH-、HCO3-、CO32-、NH2COO-、NH4+、Na+、Cl-、SO42-等。如此繁多的組分，就決定了碳化反映的復(fù)雜性。其中有的自成系統(tǒng)，有的互相依存；條件變更時(shí)，反映也隨之變化。因此，其反映機(jī)理至今尚未定論。（一）以碳酸銨為中間反映物的碳酸化反映（1）二氧化碳溶解于水，生成碳酸：CO2(氣)+H2O（液）=H2CO3（液）+mol（2）碳酸與氫氧化銨反映，生成碳酸銨：H2CO3（液）+2NH4OH（液）=（NH4）2CO3(液)+2H2O(液)+mol（3）碳酸銨繼續(xù)與碳酸反映，生成碳酸氫銨：（NH4）2CO3(液)+H2CO3（液）=NH4HCO3(液)+mol（4）碳酸氫銨與氯化鈉反映，生成碳酸氫鈉和氯化銨：NH4HCO3(液)+NaCl(液)=NaHCO3(固)+NH4Cl(液)+mol在第4步反映內(nèi)涉及兩個(gè)過(guò)程：首先碳酸氫銨與氯化鈉作用生成碳酸氫鈉和氯化銨溶液；然后溶解度較小的碳酸氫鈉結(jié)晶析出。碳化反映并非絕對(duì)地按照上述環(huán)節(jié)進(jìn)行。以上4步反映總起來(lái)能夠歸納成一種反映方程式來(lái)表達(dá)：NaCl(液)+NH4OH（液）+CO2(氣)=NaHCO3(固)+NH4Cl(液)+mol（二）以氨基甲酸銨為中間反映物的碳化反映（1）氨基甲酸氨（氨基碳酸銨）的生成：2NH4OH（液）+CO2(氣)=NH4COONH2（液）+2H2O（液）+mol（2）氨基甲酸銨水解生成碳酸氫銨：NH4COONH2（液）+2H2O（液）=NH4HCO3(液)+NH4OH（液）mol（3）碳酸氫銨與氯化鈉反映，生成碳酸氫鈉與氯化銨：NH4HCO3(液)+NaCl(液)=NaHCO3(固)+NH4Cl(液)+mol總之如果不去涉及那些復(fù)雜的機(jī)理問(wèn)題，碳化反映能夠說(shuō)成是進(jìn)行下列兩步化學(xué)反映。即首先有二氧化碳溶解于溶液中，并且與溶液中的氨中和生成碳酸氫銨：NH4OH（液）+CO2(氣)=NH4HCO3(液)+mol然后碳酸氫銨與氯化鈉在溶液內(nèi)進(jìn)行復(fù)分解反映。生成碳酸氫鈉和氯化銨，并使碳酸氫鈉結(jié)晶析出：NH4HCO3(液)+NaCl(液)=NaHCO3(固)+NH4Cl(液)+mol在四種鹽中碳酸氫鈉的溶解度最小，另首先為碳酸氫銨。當(dāng)四種鹽存在于同一溶液中時(shí)，其中任何三種鹽對(duì)第四種鹽都有鹽析作用，使其溶解度減少。氯化鈉、氯化銨在溶液中并存時(shí)，碳酸氫鈉的溶解度進(jìn)一步減少，有助于碳酸氫鈉析出。二、化學(xué)平衡及碳化的適宜條件碳化過(guò)程的基本反映可用下式表達(dá)：NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl或NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl當(dāng)取化學(xué)純的碳酸氫鈉和化學(xué)純的氯化銨配成水溶液時(shí)，兩種混合后來(lái)，就有碳酸氫銨及碳酸氫鈉生成。由此可知碳化反映是一種可逆的化學(xué)反映。可逆反映開(kāi)始時(shí)，正反映速度比逆反映速度大；隨著反映的進(jìn)行，溶液中生成物的濃度不停增加，正反映速度逐步減小，逆反映速度逐步增大。當(dāng)正逆反映速度相等時(shí)，此時(shí)溶液處在平衡狀態(tài)——化學(xué)平衡。碳化反映是一系列的氣、液、固、三相間進(jìn)行的可逆反映，并且隨著有熱量的吸取和放出。實(shí)際生產(chǎn)中，在碳化塔底部位置的碳化反映是靠近平衡狀態(tài)的。一切平衡都只是相對(duì)的和臨時(shí)的、化學(xué)平衡只是在一定的條件下才干保持。當(dāng)條件變化時(shí)，化學(xué)平衡就發(fā)生變化——平衡移動(dòng)。碳化反映在不同溫度、壓力和濃度條件下含有不同的反映平衡。（一）提高反映物的濃度增加反映物的濃度或減少生成物的濃度，都會(huì)使平衡向正反映方向移動(dòng)。提高碳化反映物的濃度能夠從三方面著手：1.盡量提高氨母液Ⅱ中氯化鈉的濃度。但是在氯化銨結(jié)晶過(guò)程中，為了確保氯化銨產(chǎn)品的質(zhì)量，加入氯化鈉量有一定的限制；加鹽量過(guò)大，則氯化銨產(chǎn)品含氯化鈉高。二次加鹽法，則在氨母液Ⅱ中補(bǔ)加一定量的氯化鈉，盡量提高氯化鈉濃度，以提高產(chǎn)率。因二次加鹽操作比較麻煩，普通不采用，只有在氯化銨結(jié)晶過(guò)程中適宜的多加鹽，控制母液Ⅱ中的鈉離子與固定氨的比值在以上。由于母液Ⅱ吸氨后體積增加、氯化鈉濃度減少，因此氨母液Ⅱ中氯化鈉的濃度普通在70tt左右。2.適宜地提高氨母液Ⅱ中的氨濃度。根據(jù)碳化反映方程式：NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl氨母液Ⅱ中的氨與氯化鈉的濃度等當(dāng)量即可。為了彌補(bǔ)生產(chǎn)中碳化塔尾氣和碳酸氫鈉結(jié)晶帶出的氨，以提高氯化鈉的轉(zhuǎn)化率，要適宜地提高氨母液Ⅱ中的氨與氯化鈉的比值。β值過(guò)高，碳化尾氣帶出氨量多，損失大、并且在碳酸氫鈉結(jié)晶過(guò)程中，同時(shí)析出大量的碳酸氫銨結(jié)晶，造成碳化塔堵塞及氨損失增加。因此β值不適宜過(guò)高，普通控制在~;這樣也就擬定了氨母液Ⅱ中氨的濃度。對(duì)的地控制β值能夠提高碳化取出液CNH3,減少尾氣中CO2含量，也可使碳化塔中部溫度提高，有助于提高產(chǎn)量和重堿結(jié)晶質(zhì)量。3.盡量提高參加反映的二氧化碳濃度。即碳化液中要溶解足夠的二氧化碳。二氧化碳的溶解度與氣體中的二氧化碳分壓成正比，在壓力一定的條件下進(jìn)塔二氧化碳?xì)鉂舛雀?，則二氧化碳分壓大；二氧化碳?xì)鉂舛雀咛蓟矚饬啃?，帶出的氨損失亦少。因此應(yīng)盡量提高二氧化碳?xì)鉂舛?。（二）增加反映壓力碳化反映是有氣體參加，并且有體積變化的化學(xué)反映，壓力的變化會(huì)引發(fā)碳化反映平衡移動(dòng)。增大壓力，氣體的體積縮小，這樣就增加了單位體積內(nèi)二氧化碳?xì)怏w的量，也就是壓力對(duì)平衡的影響，實(shí)質(zhì)上就是濃度對(duì)平衡的影響。根據(jù)平衡移動(dòng)的原理，增大壓力，平衡向體積增大的反映方向移動(dòng)。碳化反映是向體積縮小的反映方向進(jìn)行的，這是由于二氧化碳?xì)馊芙庥谀敢簝?nèi)，并且參加反映生成了碳酸氫鈉結(jié)晶的緣故。因此，增加壓力有助于碳化反映，提高碳酸氫鈉和氯化銨的產(chǎn)率。加壓碳化技術(shù)就是基于這個(gè)道剪發(fā)展起來(lái)的。但較高的操作壓力勢(shì)必對(duì)設(shè)備的材質(zhì)及制造技術(shù)規(guī)定提高，并且動(dòng)力消耗增加；因此碳化普通在（表壓）下操作。加壓碳化，則在~（表壓）下操作。.（三）適宜的溫度碳化反映是放熱的化學(xué)反映，減少溫度平衡向生成碳酸氫鈉和氯化銨的方向移動(dòng)，K值增大、產(chǎn)率高。溫度既影響平衡，又影響反映速度，如果只考慮平橫而把溫度減少的很低，反映速度就非常慢，溫度每減少10攝氏度，反映速度普通減小1~4倍，達(dá)成平衡所需的時(shí)間就相稱(chēng)長(zhǎng)，影響生產(chǎn)能力。然而當(dāng)反映速度起決定性的作用時(shí)，即碳化度較小的狀況下，溫度能夠高某些。當(dāng)平衡起決定性作用時(shí)，即碳化度較大的狀況下，溫度應(yīng)當(dāng)?shù)湍承?shí)踐證明，碳化塔中部（塔高度的五分之三左右）溫度較高，下部溫度較低為宜。提高碳化塔中部溫度控制的范疇，應(yīng)考慮不使氨和二氧化碳激烈的揮發(fā)而被碳化塔尾氣帶走；同時(shí)還應(yīng)考慮生產(chǎn)上熱量的平衡，不致消耗大量的熱能。因此最高溫度普通不超出65℃，而控制在55~65攝氏度。另外為了減少碳化塔頂氣相的二氧化碳和氨損失，碳化塔上部應(yīng)當(dāng)保溫。在碳化塔的下部，采用間接冷卻的辦法減少碳化液的溫度。最低的取出液溫度則受可能析出其它鹽類(lèi)的限制，應(yīng)避免大量碳酸氫銨、氯化銨等鹽類(lèi)與碳酸氫鈉共析。在碳化終了時(shí)，一定的母液構(gòu)成（全氯、全氨等）有對(duì)應(yīng)的碳酸氫鈉，碳酸氫銨共析溫度，普通在28~34攝氏度之間。因此當(dāng)碳化終點(diǎn)溫度高于此溫度碳酸氫銨就不會(huì)析出。實(shí)際控制指標(biāo)以高于碳酸氫銨析出溫度2~4攝氏度為宜；由于冷卻管壁實(shí)際溫度低于取出液溫度，并且考慮到有操作波動(dòng)的可能性，因此取出液溫度略高于碳酸氫銨的析出溫度是必要的；但過(guò)高的溫度也會(huì)使碳化反映不完全、產(chǎn)率減少。因此最低溫度普通不低于32攝氏度，而控制在34~40攝氏度。三、碳酸氫鈉的結(jié)晶碳酸氫鈉是單斜體結(jié)晶，正常狀況下其平均粒度約為~。如果條件不利，結(jié)晶極細(xì)（小者僅有或者更小）。制得顆粒較大的碳酸氫鈉結(jié)晶，有助于過(guò)濾和洗滌，洗滌水用量少，能夠減少母液當(dāng)量，提高產(chǎn)率并確保循環(huán)系統(tǒng)的母液兩平衡；碳酸氫鈉結(jié)晶顆粒大，過(guò)濾后重堿（NaHCO3）含水分低，有助于煅燒的操作，并且能耗低，因此，碳化過(guò)程要制出顆粒較大的結(jié)晶。（一）結(jié)晶的簡(jiǎn)樸概念結(jié)晶過(guò)程，即固體溶質(zhì)從溶液中析出的過(guò)程，溶質(zhì)從溶液中析出普通可分為三個(gè)階段，即過(guò)飽和溶液形成，晶核的生成和晶核的成長(zhǎng)階段。過(guò)飽和溶液的形成：在一定溫度下，達(dá)成溶解平衡的溶液稱(chēng)為飽和溶液；若溶液含有較飽和溶液更多的溶質(zhì)，則稱(chēng)之為過(guò)飽和溶液。過(guò)飽和溶液的濃度與飽和溶液的濃度之差，稱(chēng)為過(guò)飽和度。要使固體溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶析出，則溶液必須呈過(guò)飽和狀態(tài)，或者說(shuō)必須有過(guò)飽和度作為推動(dòng)力。碳酸氫鈉結(jié)晶的成長(zhǎng)：由于碳化反映增加了溶液中碳酸氫鈉的含量；減少溫度也會(huì)使飽和溶液達(dá)成過(guò)飽和。過(guò)飽和溶液不穩(wěn)定，溶液析出過(guò)量的溶質(zhì)而產(chǎn)生晶核；晶核成長(zhǎng)為較大的結(jié)晶。2.晶核的生成：晶核是在過(guò)飽和溶液中生成的微小晶體，是結(jié)晶成長(zhǎng)過(guò)程必不可少的核心。3.結(jié)晶的成長(zhǎng)：在過(guò)飽和溶液中已有晶核生成（或加入晶種后），以過(guò)飽和度為推動(dòng)力，晶核（或晶種）將長(zhǎng)大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為結(jié)晶的成長(zhǎng)。結(jié)晶的成長(zhǎng)速度V成長(zhǎng)，與溫度及過(guò)飽和度的一次方成正比，即V成長(zhǎng)=f(t*s)。生成晶核的過(guò)程稱(chēng)為成核，或稱(chēng)核化現(xiàn)象。成核分為一次成核（初級(jí)成核）及二級(jí)成核。一次成核是：在過(guò)飽和溶液中沒(méi)有結(jié)晶存在的狀況下，產(chǎn)品晶核的過(guò)程。一次成核的機(jī)理：普通認(rèn)為是在過(guò)飽和溶液中，溶質(zhì)的分子互相碰撞而結(jié)合成微小的晶體，稱(chēng)為晶核；晶核長(zhǎng)大成結(jié)晶。影響一次成核速度的因素諸多，例如：過(guò)飽和度S的關(guān)系：V生成=f（S）3。即過(guò)飽和度小時(shí)，一次成核速度亦?。贿^(guò)飽和度逐步增大時(shí)，一次成核速度成指數(shù)關(guān)系急劇增大。二次成核的機(jī)理：普通分為流體剪切成核和結(jié)晶與固體（結(jié)晶、攪拌葉、器壁等）之間的碰撞成核（即接觸成核）。（二）影響碳酸氫鈉結(jié)晶的重要因素過(guò)飽和度碳酸氫鈉結(jié)晶在碳化塔內(nèi)析出，其顆粒的大小與碳化液中碳酸氫鈉的過(guò)飽和度關(guān)系極大。如前所述，晶核生成的速度與過(guò)飽和度的三次方成正比，結(jié)晶的成長(zhǎng)速度與溫度及過(guò)飽和度的一次方成正比。因此，應(yīng)適宜地減少溶液的過(guò)飽和度，使碳酸氫鈉晶核生成的速度不致太快?？刂凭Ш说纳伤俣扰c結(jié)晶的成長(zhǎng)速度相適應(yīng)，以得到顆粒較大的碳酸氫鈉結(jié)晶。若晶核生成時(shí)溶液的過(guò)飽和度大，則晶核的生成速度不不大于結(jié)晶的成長(zhǎng)速度，將得到大量細(xì)小結(jié)晶。溫度碳酸氫鈉結(jié)晶的大小與溫度的關(guān)系很大。結(jié)晶生成時(shí)的溫度高，可減少碳化液中的過(guò)飽和度，減小晶核的生成速度；并且增大結(jié)晶的成長(zhǎng)速度。因此碳化過(guò)程的最高溫度點(diǎn)——中部溫度，盡量控制在臨界點(diǎn)（碳化液吸取CO2達(dá)成一定的過(guò)飽和度時(shí)，忽然析出大量晶核的點(diǎn)）附近，并且維持較高的溫度。晶核初生成時(shí)不能夠驟然進(jìn)行冷卻，以免過(guò)飽和度忽然增大而產(chǎn)生大量的細(xì)小結(jié)晶。因此，在碳化塔內(nèi)臨界點(diǎn)與開(kāi)始冷卻點(diǎn)之間保持有相稱(chēng)的距離（3m左右）冷卻的操作碳化塔下部設(shè)立冷卻水箱，以移走反映熱量。在冷卻水箱內(nèi)有諸多列管，冷卻時(shí)列管的間壁溫差比較大，局部產(chǎn)生較大的過(guò)飽和度而造成二次晶核的產(chǎn)生，并且使列管外壁結(jié)疤。列管結(jié)疤又使塔下部的有效截面積縮小，實(shí)際氣速增大，加劇了氣、液、固三相的湍動(dòng)，增進(jìn)二次晶核的生成。由于二次晶核的成長(zhǎng)時(shí)間短，因而成為細(xì)小的結(jié)晶。因此，操作中除了要避免氣速波動(dòng)外，冷卻水量的調(diào)節(jié)很重要，要力求緩慢冷卻，減少塔下部生成二次晶核的數(shù)量，制得顆粒較大的碳酸氫鈉結(jié)晶。碳化液的PH值普通用PH值表達(dá)溶液的酸堿性。PH值越大，闡明溶液的堿性越強(qiáng)。在碳酸氫鈉結(jié)晶析出時(shí)，碳化液的PH值，進(jìn)入制堿塔的清洗氨母液Ⅱ含二氧化碳量應(yīng)適宜的提高，并且規(guī)定進(jìn)入制堿塔的二氧化碳?xì)鉂舛仍礁咴胶?。另外，控制碳化塔的?fù)荷適宜，保持一定的停留時(shí)間；氨母液Ⅱβ值適宜，濁度小；以及優(yōu)良的塔構(gòu)造（涉及冷卻水箱的高度，走水形式，冷卻面積的分派，菌帽的形式）等等，都有助于制得顆粒較大的碳酸氫鈉結(jié)晶。結(jié)晶和溶液構(gòu)成的混合物，稱(chēng)為晶漿，或稱(chēng)懸浮液。懸浮液中結(jié)晶質(zhì)量的指標(biāo)可用沉降時(shí)間和沉降率表達(dá)。沉降時(shí)間：即取懸浮液樣100ML于量筒中，靜置到液固相分層時(shí)所需要的時(shí)間（s）。沉降率：即分層時(shí)固體層的體積百分率。結(jié)晶良好的狀況下，碳化取出液的沉降時(shí)間為120S下列；沉降率為25~40%。四、碳化塔內(nèi)反映區(qū)段的分布氨母液Ⅱ在碳化塔內(nèi)吸取二氧化碳，塔高度的每一種截面上的氣、液相構(gòu)成及溫度均不相似。碳化塔大致可分為三個(gè)區(qū)段：吸取段、生成段和冷卻段。吸取段：由塔上最高液面處（進(jìn)液出）至臨界點(diǎn)，謂之吸取段。生成段：由臨界點(diǎn)至冷卻開(kāi)始處，謂之生成段。冷卻段：由開(kāi)始冷卻出至塔底，謂之冷卻段。冷卻段由于冷卻，塔內(nèi)溫度逐步減少，碳酸氫鈉繼續(xù)析出并長(zhǎng)大，溶液過(guò)飽和度逐步下降；溶液中游離氨濃度降至最低，固定氨和全氯達(dá)成最高，溶液二氧化碳降至最低，相對(duì)密度也降至最小，碳化反映趨于完全。這一區(qū)段吸取二氧化碳量最多，為總量的50～60%(最多可達(dá)70%)。碳化的工藝流程及設(shè)備工藝流程碳化塔有清洗塔和制堿塔之分。在制堿過(guò)程中，由于碳酸氫鈉和碳酸氫銨等結(jié)晶附著于塔的內(nèi)壁、菌帽及冷卻管上（結(jié)疤）影響吸取和冷卻效率。因此，通過(guò)一段時(shí)間的制堿后，需要用氨母液Ⅱ清洗溶解塔內(nèi)結(jié)疤，該塔被稱(chēng)為清洗塔。清洗后改為制堿作業(yè)，用清洗氨母液Ⅱ在塔內(nèi)吸取二氧化碳，制得碳酸氫鈉懸浮液，該塔為之制堿塔。含二氧化碳85%以上的濃氣（合成CO2氣及爐氣），用壓縮機(jī)加壓至~（表壓），經(jīng)冷卻塔（器）冷卻、分離器分水后，送入制堿塔的下部，稱(chēng)為下段氣；送入清洗塔的底部和制堿塔的中部，稱(chēng)為清洗氣或中段氣。氨母液Ⅱ用泵送至清洗塔上部，自上而下清洗（溶解）塔內(nèi)的結(jié)疤，同時(shí)吸取由塔底通入的二氧化碳?xì)猓A(yù)中和），塔液由底部流出，稱(chēng)為清洗氨母液Ⅱ（簡(jiǎn)稱(chēng)清洗氨Ⅱ或中和水）。清洗氨Ⅱ用泵送入各制堿塔上部，自上而下與塔底通入的下段氣及塔中部進(jìn)入的中段氣（此為兩段氣，也能夠三段進(jìn)氣或一段進(jìn)氣）逆流接觸吸取反映生成碳酸氫鈉，使塔中部溫度升至最高，然后在塔的下部通過(guò)冷卻箱降溫，使更多的碳酸氫鈉析出，同時(shí)吸取更多的二氧化碳?xì)?，碳酸氫鈉結(jié)晶亦逐步長(zhǎng)大。碳酸氫鈉懸浮液由塔底部取出管壓到出堿液槽，流至過(guò)濾工序以分離出重堿與母液Ⅰ。碳化尾氣從塔頂部排出，經(jīng)氣液分離器，分離出的液體自壓或用泵送回制堿塔上部；分離出的氣體則進(jìn)入綜合回收塔清水凈氨段，用清水凈氨。廢氣由綜合回收塔頂部排空；綜合回收塔出來(lái)的母液Ⅰ和含氨洗水，分別去吸氨工序和淡液蒸餾工序。碳化過(guò)程放出的熱量用冷卻的辦法移去。有8圈冷卻箱的碳化塔，冷卻水由塔下第一圈進(jìn)入，自第6圈（下層出水）或第8圈冷卻箱引出（上層出水）均可，視取出液和冷卻水的溫度、流量等狀況擬定之。二、碳化塔碳化塔是碳化過(guò)程的主體設(shè)備。另外尚有氣液分離的旋風(fēng)分離器，集中取出液的出堿液槽；以及二氧化碳冷卻器等附屬設(shè)備。碳化塔是用于氨母液Ⅱ吸取二氧化碳，析出碳酸氫鈉結(jié)晶的設(shè)備；碳化過(guò)程中放出大量的熱，須從塔內(nèi)移去。故碳化塔的構(gòu)造應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足吸取、結(jié)晶、冷卻等過(guò)程的規(guī)定。普通采用索爾維式碳化塔，可分為上下兩部分：上部為菌帽（笠帽）型式的吸取塔，下部為冷卻水箱型式的冷卻塔。碳化塔構(gòu)造的重要規(guī)定：（一）碳化塔應(yīng)有足夠的高度與容積。碳化反映的平衡需要較長(zhǎng)的時(shí)間才干完畢；碳酸氫鈉結(jié)晶過(guò)程的時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)晶顆粒越大。因此規(guī)定碳化液在塔內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，普通停留時(shí)間在2小時(shí)左右。當(dāng)代碳化塔高度普通是24~28m。過(guò)高的碳化塔，生產(chǎn)能力并不按比例增加；增加碳化塔的高度對(duì)應(yīng)的要增加廠(chǎng)房高度，并且增加動(dòng)力消耗。碳化塔高度不夠，不僅影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且使尾氣含二氧化碳及氨的濃度高，損失量大。因此，碳化塔應(yīng)有足夠的高度。碳化塔高度一定時(shí)，直徑大則有效容積大，生產(chǎn)能力高，操作也比較穩(wěn)定。但選用大的塔徑則規(guī)定菌帽的形式須能使氣液接觸均勻等。大規(guī)模生產(chǎn)普遍采用直接以至以上的碳化塔。（二）碳化塔在一定容積下，應(yīng)含有較大的氣液接觸面積。為了使碳化過(guò)程中的氣液接觸良好，氣體分布均勻、吸取二氧化碳效率高，碳化塔內(nèi)裝有的菌帽。菌帽的形狀與構(gòu)造應(yīng)確保氣體與液體有最大的接觸面積。菌帽直徑大，可延長(zhǎng)氣體與液體行程，增加氣液接觸面積為此，碳化塔的菌帽都設(shè)計(jì)成帶有鋸齒邊沿的笠帽，旨在使氣體通過(guò)菌帽邊沿的齒縫能分散成數(shù)量較多的小氣泡，以增加氣液接觸面積。但菌帽的構(gòu)造不應(yīng)有堆積碳酸氫鈉結(jié)晶的死角。菌帽的數(shù)量多，則氣液接觸面積大。但菌帽數(shù)量增加，塔圈的高度須縮短；過(guò)分的縮短塔圈高度以增加菌帽的數(shù)量，則塔內(nèi)有效容積小，液體在塔內(nèi)停留時(shí)間短。因此，菌帽的數(shù)量也不適宜過(guò)多，普通有28~35個(gè)菌帽。（三）碳化塔應(yīng)有足夠的冷卻面積，冷卻面積的分布要適應(yīng)于碳酸氫鈉結(jié)晶的成長(zhǎng)。碳化過(guò)程放出大量的熱，每生產(chǎn)1噸純堿須移出左右的熱量。因此碳化塔應(yīng)有足夠的冷卻面積。為了維持碳化液在塔中部含有較高的溫度，減小碳酸氫鈉的過(guò)飽和度以使結(jié)晶顆粒較大，冷卻水箱的總高度要不大于全塔高度的二分之一；上面和下面的冷卻水箱內(nèi)的列管少，冷卻面積??；中間的冷卻水箱內(nèi)的列管多，冷卻面積大。另外，冷卻水箱內(nèi)列管之間的距離應(yīng)當(dāng)，以確保制堿末期仍能使氣體與液體順利通過(guò)。我國(guó)純堿生產(chǎn)使用的碳化塔規(guī)格較多，其直徑普通在~。碳化的操作管理碳化塔的清洗碳化塔制堿一段時(shí)間后，碳酸氫鈉結(jié)晶附著在塔壁、菌帽和冷卻管上并結(jié)疤，使流道截面變小，冷卻效率減少，最后出現(xiàn)明顯地“堵塔”現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。因此必須定時(shí)清洗?？紤]生產(chǎn)的持續(xù)性和減少清洗過(guò)程中的鹽、氨等損失，普通不用水洗的辦法，而采用數(shù)塔組合成一種塔組，其中一塔清洗，其它幾塔制堿，輪流用氨母液Ⅱ洗塔。碳化塔的清洗是將氨母液Ⅱ持續(xù)送入清洗塔內(nèi)，并通入低濃度的二氧化碳?xì)鈹嚢?。氨母液Ⅱ溶解塔?nèi)的碳酸氫鈉和碳酸氫銨等結(jié)疤的同時(shí)吸取二氧化碳，達(dá)成清洗和預(yù)碳化兩個(gè)目的。清洗后的氨母液Ⅱ由清洗塔內(nèi)抽出，送入制堿塔制堿。清洗塔的存在，能夠避免在清洗時(shí)期碳化停工，也避免了用熱水洗塔造成碳酸氫鈉結(jié)晶等的損失。影響清洗過(guò)程的幾個(gè)重要因素氨母液Ⅱ構(gòu)成的影響碳化塔結(jié)疤的溶解度和溶解速度隨著氨母液Ⅱ中二氧化碳含量的增加而減小，隨著氨母液Ⅱ中游離氨含量的增加而增大。由于清洗結(jié)疤是發(fā)生以下化學(xué)反映：2NaHCO3+2NH4OHNa2CO3+(NH4)2CO3+H2O2NH4OH+CO2(NH4)2CO3+H2O+Q氨母液Ⅱ溫度的影響提高氨母液Ⅱ溫度，則結(jié)疤的溶解度和溶解速度增大，提高氨母液Ⅱ溫度有助于碳化塔的清洗，但是為了減少塔頂帶出氣的氨量，并減少碳化塔冷卻負(fù)荷，氨母液Ⅱ溫度也不適宜過(guò)高，普通控制（38～42℃）不超出42攝氏度。塔內(nèi)通入清洗氣的影響從塔底通入清洗氣攪拌，使液、固（指結(jié)疤）表面不停更新，增加“疤”的溶解速度以提高清洗效率。通入清洗氣的二氧化碳不適宜過(guò)高、氣量不適宜過(guò)大，以免在清洗塔中生成碳酸氫鈉結(jié)晶，影響清洗效果。但是清洗氣的二氧化碳濃度也不適宜過(guò)低，以免尾氣帶出較多的氨。實(shí)踐證明，清洗氣含二氧化碳25~40%為宜；清洗氨Ⅱ含二氧化碳控制在28tt下列，多加清洗氣清洗效果良好。另外，清洗時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)清洗塔的氨母液Ⅱ量大，并且保持清洗塔一定的液位，則清洗效果好。但清洗時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)對(duì)應(yīng)地延長(zhǎng)其它制堿塔的作業(yè)時(shí)間，有可能出現(xiàn)后期制堿操作困難，而引發(fā)所謂的“堵塔”事故，另首先清洗時(shí)間太長(zhǎng)尚有可能形成“過(guò)洗”現(xiàn)象。清洗時(shí)間在20到24個(gè)小時(shí)為宜。必須指出，碳化塔的組合應(yīng)在客觀的技術(shù)操作水平下，努力減輕制堿塔的結(jié)疤（堵塔），加強(qiáng)碳化塔的清洗；同時(shí)規(guī)定以最少的換塔次數(shù)，使制堿和清洗兩者之間的時(shí)間相吻合，既確保制堿塔作業(yè)末期仍能正常生產(chǎn)，又能將塔的結(jié)疤全部清洗掉。正常操作控制（一）重要工藝條件1、溫度：氨母液Ⅱ38~42攝氏度清洗氨Ⅱ38~44攝氏度制堿塔上部（20圈）50~60攝氏度制堿塔中部（17圈）55~65攝氏度取出液34~40攝氏度二氧化碳?xì)?0~50攝氏度壓力（表壓）：下段氣~清洗氣~制堿塔~清洗塔~尾氣20~50KPa冷卻水總壓≤MPa成分：氨母液ⅡTCl108~114tt氨母液Ⅱβ值（FNH3/NaCl）~氨母液ⅡS2-~tt氨母液ⅡFe3+≤20mg/l氨母液Ⅱ濁度≤200ppm清洗氨ⅡCO225~28tt取出液CNH384~90tt取出液沉降時(shí)間≤160s取出液沉降率（沉淀量）25~40%下段氣CO2濃度≥85%清洗氣CO2濃度25~40%尾氣CO2濃度≤8%冷卻箱出水含氨≤（總樣）；≤（單塔樣）4.液位：碳化塔液面；操作要點(diǎn)（1）.準(zhǔn)時(shí)檢查氨母液Ⅱ的溫度、構(gòu)成與否合乎規(guī)定，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)聯(lián)系解決。（2）.經(jīng)常調(diào)節(jié)進(jìn)入清洗塔的氨母液Ⅱ量和清洗氣量，控制清洗塔的壓力、液面及清洗氨Ⅱ含二氧化碳量在規(guī)定范疇。清洗氨Ⅱ含二氧化碳量過(guò)高不僅影響洗塔效果，并且會(huì)使尾氣含二氧化碳濃度增大。此時(shí)應(yīng)減小清洗氣量，并檢查各制堿塔下連絡(luò)閥與否關(guān)嚴(yán)，避免堿液串入清洗氨Ⅱ中。（3）.經(jīng)常調(diào)節(jié)進(jìn)入制堿塔的清洗氨Ⅱ量，必要時(shí)調(diào)節(jié)出堿液量，控制制堿塔壓力、液面在規(guī)定范疇。在多臺(tái)塔操作中，碳化塔的進(jìn)氣量和取出液量，與各塔內(nèi)的液位和壓力關(guān)系很大，若其中一制堿塔的液位高、壓力大，則會(huì)出現(xiàn)進(jìn)氣量減少，取出量加大，溫度升高，塔中部溫度減少的現(xiàn)象，碳化反映段下移，又會(huì)影響碳酸氫鈉結(jié)晶質(zhì)量和出堿液成分等；相反若其中一制堿塔的液位低、壓力小、則會(huì)出現(xiàn)氣量增多，取出液量減小、溫度減少，碳化反映段上移、塔中上部溫度升高，尾氣含二氧化碳和氨的濃度增大的現(xiàn)象；因此控制好各碳化塔的壓力和液位是十分重要的。（4）.穩(wěn)定地調(diào)節(jié)制堿塔的取出液量和進(jìn)氣（中、下段氣）量，控制塔中不溫度、上部溫度及尾氣含二氧化碳濃度在規(guī)定范疇。在操作中，普通根據(jù)進(jìn)入碳化塔的二氧化碳?xì)饬亢蜐舛茸兓瘉?lái)變化取出液量。在穩(wěn)定塔中上部溫度的同時(shí)，控制好碳化塔的壓力、液面和取出液溫度等工藝條件適宜；也能夠根據(jù)取出液量和塔中上部溫度等條件的變化，變化碳化塔的進(jìn)氣量，此時(shí)要特別重要保持二氧化碳?xì)饪偣軌毫φ！?穩(wěn)定地調(diào)節(jié)碳化塔的冷卻水量，控制清洗氨Ⅱ、取出液溫度在規(guī)定范疇。.準(zhǔn)時(shí)檢查取出液的構(gòu)成，沉降時(shí)間和沉淀量，發(fā)現(xiàn)波動(dòng)，分析因素，及時(shí)扭轉(zhuǎn)。（7）.準(zhǔn)時(shí)分析進(jìn)氣和尾氣含二氧化碳濃度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題找出因素，及時(shí)扭轉(zhuǎn)。經(jīng)常檢查二氧化碳冷卻器的進(jìn)程水量，氣水分離器的排水狀況，控制二氧化碳?xì)鉁囟龋煌瑫r(shí)避免跑氣或液面過(guò)高將水帶入碳化塔。（8）.經(jīng)常檢查各處溫度、壓力、流量、液面等狀況，發(fā)現(xiàn)波動(dòng)和儀表失靈要及時(shí)聯(lián)系解決、維持塔內(nèi)溫度、液面、進(jìn)氣量及二氧化碳濃度、出堿液量及其溫度等穩(wěn)定，是提高氯化鈉裝好，發(fā)揮碳化塔能力，使碳酸氫鈉結(jié)晶顆粒較大的重要因素。因此，應(yīng)盡量地平穩(wěn)操作。.準(zhǔn)時(shí)精確換塔，并在小時(shí)內(nèi)恢復(fù)正常。（10）.按規(guī)定時(shí)間（正常狀況2次/8小時(shí)）檢查碳化塔冷卻水箱出水含量，發(fā)現(xiàn)冷卻水含氨量超出規(guī)定，及時(shí)找出漏處，并聯(lián)系堵漏。開(kāi)停工及換塔（一）碳化塔開(kāi)工前的準(zhǔn)備工作：1.碳化塔開(kāi)工前應(yīng)具體檢查并使之各設(shè)備、管道安裝妥當(dāng)；各閥門(mén)靈活好用；儀表齊全；抽、加好有關(guān)的盲板、準(zhǔn)備好分析儀器及藥品。2.新安裝或大修后的碳化塔，在開(kāi)工前必須進(jìn)行具體的設(shè)備檢查，試壓和用硫化鈉水溶液清洗工作。試壓的目的是為了檢查設(shè)備、管道與否有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受操作壓力及密封狀況。普通碳化塔和管道用水來(lái)試壓；氣體管道可用空氣來(lái)試壓。試壓按規(guī)范進(jìn)行。普通實(shí)驗(yàn)壓力注入清洗水或海水，由塔頂壓力在350KPa表壓（工作壓力≤50KPa表壓）；塔下壓力約在350KPA表壓（工作壓力≤280KPa表壓），檢查塔體、管口及冷卻水管密封等與否滲漏。為了去除設(shè)備內(nèi)的鐵銹，并且使塔的內(nèi)壁、菌帽等表面形成一層硫化亞鐵保護(hù)膜，減少開(kāi)工時(shí)杰出堿，用含硫化鈉~的溫水循環(huán)清洗，洗好后（保持3小時(shí)S2-濃度不變），把塔內(nèi)存水放掉，再由塔上部加入清水沖洗塔內(nèi)殘留的雜物。然后打開(kāi)底圈手孔蓋，將塔內(nèi)鐵銹及雜物清理干凈，把好手孔蓋。告知有關(guān)工序準(zhǔn)備開(kāi)工。（二）碳化塔的開(kāi)工1.啟動(dòng)塔頂尾氣閥、回鹵閥，尾氣導(dǎo)入回收塔以回收氨。2.啟動(dòng)氨母液Ⅱ入塔閥，開(kāi)泵往入氨母液Ⅱ（初開(kāi)工加氨鹽水）。當(dāng)出堿口見(jiàn)到氨母液Ⅱ時(shí)。塔壓約（表壓），關(guān)閉出堿液閥。往塔內(nèi)加入適量中、下段二氧化碳?xì)膺M(jìn)行憋塔；當(dāng)塔壓升高到（表壓）時(shí)；停止加氨母液Ⅱ。3.憋塔（通入二氧化碳?xì)猓?0~50分鐘，待塔中部溫度升到47攝氏度左右時(shí)開(kāi)始取出堿液，出堿速度不適宜太快漸加量。同時(shí)向塔內(nèi)加氨母液Ⅱ（有清洗塔則加清洗氨Ⅱ）。4.取出堿液時(shí)，逐步開(kāi)冷卻水減少取出液溫度，在1～2小時(shí)后降至正常出堿溫度，并且轉(zhuǎn)入正常操作。（三）碳化塔的停工停清洗塔比停制堿塔容易，由于停制堿塔必須減少塔內(nèi)的結(jié)晶量，為此首先按換塔方法改為清洗塔，然后停塔：將制堿塔兩段進(jìn)氣改為下段進(jìn)清洗氣：停止加清洗氨Ⅱ，改用氨母液Ⅱ；停止冷卻水，提高出堿溫度并加大取出液量；當(dāng)取出液沉淀量達(dá)10%下列時(shí)停止取出，改為清洗塔以清洗塔內(nèi)積存的浮堿；清洗1小時(shí)后停止進(jìn)二氧化碳?xì)?，停止進(jìn)氨母液Ⅱ；長(zhǎng)時(shí)間停塔，用泵將塔內(nèi)液體抽出（必須時(shí)可采用氣壓的辦法壓空，但必須嚴(yán)格控制塔上壓力低于試壓時(shí)的塔上壓力）；關(guān)好塔上的出氣閥。打開(kāi)取出液閥或塔上放空閥，放出塔內(nèi)存氣；將有關(guān)管道加上盲板。冬季將冷卻箱內(nèi)存水放凈，注意防凍。（四）碳化塔的輪換（換塔）：將制堿塔改為清洗塔，清洗塔改為制堿塔的操作，稱(chēng)為換塔。聯(lián)系過(guò)濾、煅燒、吸氨工序做好準(zhǔn)備工作，維持氨母液Ⅱ存量，積存適宜重堿，以減少換塔時(shí)的生產(chǎn)波動(dòng)。檢查塔下聯(lián)系管與否暢通，如果堵塞應(yīng)及時(shí)解決好（用蒸汽吹堵或用泵抽）。減少清洗塔壓力（拉塔）：停止氨母液Ⅱ進(jìn)入清洗塔，逐步減少清洗塔壓力至~（表壓）。此時(shí)各制堿塔可多加清洗氨Ⅱ，塔上液面可維持較平時(shí)稍高，多出清洗氨Ⅱ進(jìn)貯桶。減少清洗塔壓力時(shí)應(yīng)適宜減少清洗氣量（注意總管壓力，多出氣體可串入中段或返回循環(huán)），維持清洗氨Ⅱ二氧化碳含量，并避免尾氣含二氧化碳濃度過(guò)高。關(guān)閉清洗塔出堿閥，停止清洗出堿液管。壓堿液（壓塔）：原清洗塔壓力降至~（表壓）時(shí)，通過(guò)塔下聯(lián)系管，與新清洗塔（原制堿塔）連通，往新清洗塔加氨母液Ⅱ，并將堿液壓入新制堿塔（原清洗塔）；此時(shí)其它制堿塔進(jìn)氨母液Ⅱ。倒氣：當(dāng)新制堿塔壓力開(kāi)始上升時(shí)，新清洗塔停止取出，停止進(jìn)中、下段氣，改善清洗氣；新制堿塔停止進(jìn)清洗氣，改善下段氣；當(dāng)塔壓進(jìn)一步增高到（表壓）以上時(shí)，稍開(kāi)中段氣閥（兩段進(jìn)氣）。當(dāng)新制堿塔壓力升到（表壓）時(shí)，停止壓堿液；并切換閥門(mén)，新清洗塔正常供應(yīng)清洗氨Ⅱ，停止進(jìn)冷卻水（清洗氨Ⅱ溫度高時(shí)能夠稍開(kāi)冷卻水）?；謴?fù)：新制堿塔中部溫度升到47攝氏度左右時(shí)，開(kāi)始取出堿液；同時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)塔液量、氣量和冷卻水量。規(guī)定在一種小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)讓正常操作。換塔過(guò)程要避免驟然冷卻，制堿早期允許取出液保持稍高的溫度，避免碳酸氫鈉結(jié)晶過(guò)細(xì)和堵塔事故。不正常狀況及其因素序號(hào)不正常狀況因素1取出液溫度高取出液量大，冷卻水量局限性二氧化碳?xì)鉁囟冗^(guò)高清洗氨Ⅱ溫度高冷卻水箱內(nèi)結(jié)疤嚴(yán)重，傳送效率低或通過(guò)的冷卻水量少2塔中部溫度高取出液量小，進(jìn)氣量大清洗氨Ⅱ溫度高冷卻水量少，取出液溫度高進(jìn)氣二氧化碳濃度升高3塔中部溫度低進(jìn)氣二氧化碳濃度低或氣量小，取出液量較大冷卻水量大，取出液溫度低清洗氨Ⅱ溫度低4下段氣二氧化碳濃度低爐氣二氧化碳濃度低串入清洗氣（中段氣）壓縮機(jī)入口管道漏人空氣5取出液含固定氨低或含堿量少氨母液Ⅱ全氯低或β值低塔壓力高，進(jìn)氣量局限性或CO2濃度低，出堿液量大，反映不完全取出液溫度高塔下串入清洗氨Ⅱ，或洗塔水串入塔內(nèi)6取出液沉降時(shí)間長(zhǎng)沉淀量多（結(jié)晶細(xì)）氨母液Ⅱ濁度大塔溫波動(dòng)大或反映下移冷卻過(guò)急，取出液溫度低7尾氣含CO2濃度高塔液面低清洗氨Ⅱ含CO2過(guò)高塔中部溫度高，反映區(qū)上移氨母液Ⅱ全氯或全氨濃度低8尾氣壓力大尾氣回收塔液面高，壓力大尾氣管堵塞或閥門(mén)開(kāi)度小尾氣帶走液量大（冒塔），分離器存液量太多出氣量大9塔中部堵：液面高而塔壓低，中部溫度和尾氣含CO2量波動(dòng)幅度大；嚴(yán)重時(shí)取出液量??；結(jié)晶細(xì)進(jìn)氣量大，出堿液量小，反映區(qū)上移，使塔內(nèi)存堿過(guò)多塔多次沒(méi)清洗好，結(jié)疤積累多10塔下部堵：冷卻管結(jié)疤，冷卻效果減少；出堿液量小或出堿口噴氣氨母液Ⅱβ值過(guò)高；冷卻過(guò)急或取出液溫度低氣濃度波動(dòng)大，操作混亂，使塔中部溫度低，反映過(guò)分下移中、下段氣量配比不當(dāng)；下段氣量大，塔下負(fù)荷大換塔不順利或其它影響，憋塔時(shí)間過(guò)久或使操作中斷，塔下堆堿11出塔冷卻水含氨高冷卻箱內(nèi)列管破裂或列管密封不好氯化銨結(jié)晶氯化銨結(jié)晶是使氨母液Ⅰ在結(jié)晶器中，借冷卻和加鹽的作用使氯化銨結(jié)晶析出，同時(shí)得到合乎制堿規(guī)定的母液Ⅱ。在氯化銨結(jié)晶過(guò)程中應(yīng)盡量減少結(jié)晶器溫度。適宜多加鹽增加產(chǎn)率；并制得較大而均勻的結(jié)晶，以利于晶漿的分離及干燥，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少能耗。結(jié)晶過(guò)程的基本原理基本概念溶解與結(jié)晶固體的粒子均勻地?cái)U(kuò)散到液體中，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為溶解。固體稱(chēng)為溶質(zhì)，液體稱(chēng)為溶劑，溶解后形成溶液。如氯化銨溶解在水中，形成氯化銨水溶液。在固體溶解的同時(shí)，還進(jìn)行著一種相反的過(guò)程；即已溶解的溶質(zhì)（氯化銨）的粒子撞擊著未溶解的溶質(zhì)表面時(shí)，又可能重新被吸引住，回到固體上來(lái)。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為結(jié)晶。在溶解開(kāi)始時(shí)，溶液中溶質(zhì)的粒子數(shù)極少，結(jié)晶的速度比溶解小得多，因此體現(xiàn)的只是固體的溶解。隨著溶解過(guò)程的進(jìn)行，單位體積溶液內(nèi)溶質(zhì)的粒子數(shù)逐步增加，溶液的濃度逐步增大，結(jié)晶速度也逐步增大。如果有足夠的溶質(zhì)存在，當(dāng)溶液的濃度增加到一定程度后，結(jié)晶速度等于溶解速度，即單位時(shí)間內(nèi)從固體表面進(jìn)入溶液中的粒子數(shù)和從溶液中返回到固體表面的粒子數(shù)相等，建立以下的動(dòng)態(tài)平衡：溶解（u溶解（u1）未溶解的溶質(zhì)已溶解的溶質(zhì)溶解（u溶解（u2）在這種狀況下，溶液的濃度就不再增大，也就是溶質(zhì)不再溶解。這時(shí)，溶液達(dá)成飽和狀態(tài)。處在飽和狀態(tài)的溶液叫飽和溶液。若溶解速度和結(jié)晶速度分別用u1和u2來(lái)表達(dá)。則有以下三種狀況：u1>u2體現(xiàn)出固體溶質(zhì)的溶解。u1=u2表達(dá)物質(zhì)的溶解與結(jié)晶處在平衡狀態(tài)。u1<u2體現(xiàn)出溶質(zhì)結(jié)晶析出。從溶液中析出結(jié)晶，普通可分為三個(gè)階段；即過(guò)飽和溶液的形成、晶核的生成及晶核的成長(zhǎng)。（二）過(guò)飽和溶液和結(jié)晶辦法過(guò)飽和溶液，即溶液中所含溶質(zhì)超出該物質(zhì)的溶解度。換言之，過(guò)飽和溶液的濃度不不大于同溫度下飽和溶液的濃度。如果謹(jǐn)慎而緩慢地冷卻飽和溶液，并且避免固體顆粒掉進(jìn)去，則能夠不析出結(jié)晶。這樣制得的過(guò)飽和溶液在安靜狀態(tài)下，則能夠保持很長(zhǎng)時(shí)間不變。溶液過(guò)飽和的程度稱(chēng)為過(guò)飽和度。它是溶液析出結(jié)晶的推動(dòng)力。過(guò)飽和度可通過(guò)圖解法和計(jì)算法求得。（三）結(jié)晶的“介穩(wěn)區(qū)”及影響結(jié)晶的因素1結(jié)晶的“介穩(wěn)區(qū)”過(guò)飽和溶液是不穩(wěn)定的，只要在溶液中投入一小顆晶體或落入灰塵，或振動(dòng)溶液等，都會(huì)引發(fā)結(jié)晶的析出。溶液所處的這種狀態(tài)叫做“介穩(wěn)態(tài)”。如圖9——2中，溶解度曲線(xiàn)

SS和過(guò)飽和度曲線(xiàn)S＇S＇之間的區(qū)域則為“介穩(wěn)區(qū)”。在此區(qū)域內(nèi)，不析出或極少自發(fā)析出新的晶核，原有晶核能夠成長(zhǎng)；SS線(xiàn)下列則為不飽和區(qū)，在此區(qū)域中，投入結(jié)晶便被溶解；S＇S＇線(xiàn)以上為“不穩(wěn)區(qū)”，在此區(qū)域中，溶液能自發(fā)地產(chǎn)生晶核。為了制得大顆粒的結(jié)晶，過(guò)飽和度應(yīng)控制在“介穩(wěn)區(qū)”內(nèi)，盡量避免在“不穩(wěn)區(qū)”操作。S＇S110S＇母液ⅡSS＇100S氨母液Ⅰ90S＇S8005101520溫度（℃）2．影響結(jié)晶粒度的因素為了得到較大粒度的結(jié)晶，應(yīng)使過(guò)飽和溶液處在“介穩(wěn)區(qū)”，避免大量析出晶核，使結(jié)晶不停成長(zhǎng)。影響氯化銨結(jié)晶粒度的重要因素以下：（1）母液成分的影響實(shí)驗(yàn)表明，聯(lián)堿生產(chǎn)中的不同母液有不同的“介穩(wěn)區(qū)”，如圖9——2所示。氨母液I“介穩(wěn)區(qū)”較寬，母液II“介穩(wěn)區(qū)”較窄；母液中氯化鈉濃度愈小，“介穩(wěn)區(qū)”愈寬。鹽析結(jié)晶器中的母液II氯化鈉濃度較大，使氯化銨結(jié)晶的“介穩(wěn)區(qū)”縮小，操作容易超出“介穩(wěn)區(qū)”而進(jìn)入“不穩(wěn)區(qū)”，以致產(chǎn)生大量晶核，影響結(jié)晶長(zhǎng)大。因此鹽析結(jié)晶器氯化銨結(jié)晶的粒度比冷析結(jié)晶器氯化銨結(jié)晶的粒度要小。0

冷卻速度℃/分圖9——3冷卻速度對(duì)過(guò)飽和度影響（2）冷卻速度影響冷卻是使氯化銨溶液產(chǎn)生過(guò)飽和度的重要手段之一。冷卻速度快，過(guò)飽和度增大，見(jiàn)圖9——3。在生產(chǎn)中，太大的過(guò)飽和度，容易超越“介穩(wěn)區(qū)”極限，將析出大量晶核，影響結(jié)晶長(zhǎng)大。因此，結(jié)晶過(guò)程的冷卻速度不適宜太快。（3）攪拌強(qiáng)度的影響適宜地增加攪拌強(qiáng)度，能夠減少過(guò)飽和度，如圖9——4所示。從而，減少了大量晶核析出的可能。但攪拌強(qiáng)度過(guò)大，將使“介穩(wěn)區(qū)”縮小，容易超越“介穩(wěn)區(qū)”而產(chǎn)生細(xì)晶，同時(shí)使大粒結(jié)晶摩擦，撞擊而破碎。0100200300400500600（4）晶漿固液比的影響母液過(guò)飽和度的消失需要一定的結(jié)晶表面積。晶漿固液比高，結(jié)晶表面積大，有助于過(guò)飽和度的消失，使結(jié)晶長(zhǎng)大，并且減輕設(shè)備和管道的結(jié)疤。但晶漿固液比過(guò)高，會(huì)使溢流液夾帶結(jié)晶多；易釀成結(jié)晶器“座死”事故。因此氯化銨生產(chǎn)中結(jié)晶器的固液比，普通在30——40%（體積比）。（5）結(jié)晶停留時(shí)間的影響結(jié)晶的成長(zhǎng)需要一定的時(shí)間，停留時(shí)間愈長(zhǎng)，結(jié)晶粒子長(zhǎng)得愈大。結(jié)晶的停留時(shí)間為結(jié)晶器內(nèi)結(jié)晶盤(pán)存量與產(chǎn)量之比。結(jié)晶器及晶漿固液比一定時(shí)，結(jié)晶盤(pán)存量也一定；若產(chǎn)量小，則結(jié)晶停留時(shí)間長(zhǎng)，可獲得較大粒度的結(jié)晶。氯化銨結(jié)晶生產(chǎn)原理將氨母液I冷卻降溫，使氯化銨溶解度減少而析出結(jié)晶，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為冷析結(jié)晶；冷卻降溫后的母液（半母液II）加入氯化鈉，由于同離子效應(yīng)使氯化銨結(jié)晶析出，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為鹽析結(jié)晶。冷析結(jié)晶母液I吸取氨氣成為氨母液I，將母液I中溶解度小的碳酸氫鈉和碳酸氫銨轉(zhuǎn)化成溶解度大的碳酸鈉和碳酸銨，氨母液I在冷卻時(shí)，碳酸鈉和碳酸銨可不與氯化銨共同析出。溶解度（克/100克水）40NH4Cl溶解度（克/100克水）30NaCl20010162030溫度(℃)NaCl和NH4Cl的單獨(dú)溶解度氯化銨和氯化鈉這兩種鹽的溶解度隨溫度的變化所發(fā)生變化是不同的：氯化銨的溶解度隨溫度的減少而明顯下降；氯化鈉的溶解度隨溫度的減少而減少不大。其溶解度參見(jiàn)附錄四和圖9-5。氯化銨和氯化鈉共同存于飽和溶液中，在25℃下列時(shí)，氯化銨溶解度比氯化鈉減小得更快（與單獨(dú)溶解時(shí)比較）；并且在氯化銨溶解度隨溫度減少變小過(guò)程中，氯化鈉溶解反而變大。如表9——1和圖9-6 所示。因此，氨母液I經(jīng)冷卻降溫，氯化銨能夠單獨(dú)結(jié)晶析出，得到純度很高的產(chǎn)品；溫度越低，氯化銨析出量越多。溫度℃NaCl和NH4Cl溶液中的共同溶解度NaCl,g/100mol溶液NH4Cl，g/100mol溶液0101520255075100氯化銨結(jié)晶析出使母液中固定氨濃度減少，固定氨濃度與溫度的關(guān)系如圖9—7所示。其曲線(xiàn)方程式為：CNH3=K+t·tgθ（9—3）式中：CNH3——氨母液Ⅰ中的固定氨，ttt——氨母液Ⅰ析出溫度，℃TgQ——斜率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，普通為~K——截距，表達(dá)在0℃時(shí)固定氨的溶解度。K值與母液構(gòu)成有關(guān)（當(dāng)CO2為20tt、a為時(shí)，K值為58）可通過(guò)固定氨析出溫度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)求得。運(yùn)用式（9—3）求出的氨母液I在不同溫度下對(duì)應(yīng)的定氨濃度為：CNH3溶度（滴度）80CNH3溶度（滴度）7065θ6050051015202530圖9—7氯化銨在氨母液中溶解度(二)鹽析結(jié)晶冷析結(jié)晶后的半母液II中氯化銨是飽和的，氯化鈉是不飽和的。將氯化鈉加入半母液II中，由于氯化鈉的溶解而減少了氯化銨的溶解度，使氯化銨結(jié)晶析出，這樣的結(jié)晶過(guò)程稱(chēng)為鹽析。在鹽析結(jié)晶過(guò)程中，氯化鈉的溶解使氯化銨結(jié)晶析出，氯化銨結(jié)晶析出又利于氯化鈉的進(jìn)一步溶解。由表9—1和圖9—6中能夠看出，在較低溫度（25℃下列）狀況下，氯化銨的溶解度不大于氯化鈉的溶解度，因此有助于氯化鈉的溶解和氯化銨結(jié)晶析出。這樣不僅能制得氯化銨產(chǎn)品，并且使母液II中的氯化鈉濃度增加，為循環(huán)制堿過(guò)程準(zhǔn)備了條件。在鹽析結(jié)晶器里，氯化銨的結(jié)晶熱，軸流泵的機(jī)械熱及氯化鈉的顯熱三者總和，遠(yuǎn)不不大于氯化鈉的溶解熱，因此鹽析結(jié)晶器母液溫度是回升的，普通比冷析結(jié)晶器溫度高3～5℃左右。鹽析結(jié)晶器析出氯化銨的多少取決于溫度的高低和加入氯化鈉量的多少。溫度愈低，析出量愈大；在一定的結(jié)晶溫度下，氯化鈉加的愈多，氯化銨產(chǎn)量愈大，母液II中氯化鈉濃度愈高。加入氯化鈉量多少重要受操作溫度和母液成分的限制。母液II溫度愈低，達(dá)成平衡時(shí)母液II中氯化銨濃度愈低，氯化鈉濃度愈高。并且隨著母液II中二氧化碳和游離氨濃度的提高，氯化銨濃度減少，見(jiàn)圖9-8。Na+Na+CNH3100-10℃0℃10℃5020℃5020℃10℃00℃-10℃10203040CO2滴度圖9—8平衡母液中CO2與CNH3溶、Na+的關(guān)系實(shí)際生產(chǎn)中，由于氯化鈉粒度較大，以及在結(jié)晶器里停留時(shí)間短，會(huì)造成氯化鈉來(lái)不及溶解而混入氯化銨成品中。為了確保氯化銨質(zhì)量，實(shí)際控制母液II中的氯化鈉含量為飽和狀態(tài)量的95%左右，即控制氯化鈉濃度比飽和狀態(tài)的氯化鈉濃度低2—4tt。在一定二氧化碳濃度下（20tt），溫度與氯化鈉濃度之間的關(guān)系以下：鹽析結(jié)晶器（℃）：101112131415母液溫度氯化鈉（tt）：飽和濃度由此可見(jiàn)，在普通狀況下，溫度每減少1℃，則母液II中鈉離子濃度增加。生產(chǎn)中慣用γ值—母液II中鈉離子濃度與固定氨濃度之比，即γ=Na+/CNH3來(lái)衡量加入氯化鈉的多少。加入氯化鈉愈多，母液II中固定氨濃度愈低，而鈉離子濃度愈高，γ值愈大，單位體積母液的氯化銨產(chǎn)量也愈大。反之，加入氯化鈉少，則γ值小。鹽析結(jié)晶器母液溫度為10~15℃時(shí)，γ值普通控制在~℃之間。為了便于及時(shí)理解加入氯化鈉量的多少，慣用下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)判斷：CNH3=(t鹽析+29)±1tt（母液中CO2為19～20tt時(shí)），如果鹽析結(jié)晶器的母液溫度t鹽析為13℃，應(yīng)控制母液II中CNH3在41~43tt

之間。高于此值時(shí)闡明加入氯化鈉量局限性，影響產(chǎn)量；低于此值則闡明加入氯化鈉量過(guò)多，易出不合格品。因此生產(chǎn)中要控制好適宜的加入氯化鈉量，是確保優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗及正常生產(chǎn)的重要一環(huán)。氯化銨結(jié)疤的清洗氯化銨結(jié)晶過(guò)程中，母液過(guò)飽和度的消失促成結(jié)晶生成和長(zhǎng)大。若過(guò)飽和度消失在器壁管壁上則形成氯化銨結(jié)疤，使外冷器列管、循環(huán)管和結(jié)晶器內(nèi)結(jié)疤；加入的原料鹽所夾帶的泥沙同氯化銨結(jié)晶一起堆積在結(jié)晶器內(nèi)，造成生產(chǎn)能力減少，甚至無(wú)法生產(chǎn)。因此，必須有計(jì)劃地進(jìn)行清洗除疤。外冷器及結(jié)晶器的氯化銨結(jié)疤的清洗，采用聯(lián)堿生產(chǎn)過(guò)程中的母液?？晒┻x擇的有母液II、半母液II，氨母液I。其洗滌效果比較見(jiàn)表9——2。由表9——2可知，洗滌效果以半母液II為最佳，另首先是母液II和氨母液I。洗滌劑溫度℃溶解速度g/(cm2h)溶解疤量g/l備注母液Ⅱ3540母液Ⅱ由10—15℃升到35℃半母液Ⅱ35半母液Ⅱ由5—10℃升到35℃氨母液Ⅰ35熱氨母液Ⅰ超出35℃，為比較方便，均取35℃時(shí)清洗效果。用母液II或半母液II清洗，需要把低溫的母液II或半母液II用蒸汽加熱；半母液II洗疤后還要降溫。用這兩種母液洗疤將消耗大量的蒸汽和冷量，并且流程復(fù)雜而不合理。因此，生產(chǎn)中采用熱氨母液I為洗滌劑。生產(chǎn)中能夠直接獲得38～48℃的氨母液I，即使氨母液I含固定氨較高，但溫度也較高，因此仍有較大的洗疤能力。清洗后的氨母液I送入母液換熱器降溫，供結(jié)晶工序用。結(jié)疤成分重要是氯化銨，氨母液I清洗則是溶解氯化銨。溶解速度重要取決于氨母液I對(duì)氯化銨的不飽和程度。當(dāng)洗滌溫度、流量和結(jié)疤表面積一定時(shí)，氨母液I對(duì)固定氨的不飽和程度愈大，清洗速度愈快。正常生產(chǎn)中，氨母液I含固定氨78～84tt。40℃時(shí)，其固定氨飽和含量為，即濃度差可達(dá)10tt以上，這個(gè)濃度差是溶解結(jié)疤的重要推動(dòng)力。鹽析結(jié)晶器的結(jié)疤采用水清洗。洗完后放掉含泥沙多的部分洗水，其它洗水可送淡液蒸餾工序回收氨。氯化銨結(jié)晶的工藝流程及設(shè)備一、工藝流程氯化氨結(jié)晶的工藝流程按致冷辦法分，有外冷結(jié)晶和真空結(jié)晶流程（另外尚有熱法生產(chǎn)氯化銨工藝）。在外冷結(jié)晶流程中，按外冷器冷卻介質(zhì)的不同，分為鹵水冷卻和液氨直接冷卻流程；按鹽析結(jié)晶器晶漿取出方式的不同，又分為并料流程和逆料流程。本章重點(diǎn)介紹外冷結(jié)晶并料流程。（一）并料流程氯化銨結(jié)晶并料工藝流程，如圖9——9所示。由制堿過(guò)程送來(lái)的冷氨母液I，經(jīng)計(jì)量后入冷析結(jié)晶器中心循環(huán)管，與外冷器的循環(huán)母液一起到結(jié)晶器底部，分布上升。冷析結(jié)晶器上部母液經(jīng)主軸流泵送入外冷器列管內(nèi)，與管間的低溫載冷體換熱降溫而產(chǎn)生過(guò)飽和度。呈過(guò)飽和狀態(tài)的循環(huán)母液，從外冷器上部經(jīng)集合槽