年產(chǎn)15 萬噸純堿石灰—氨—二氧化碳法鹽水精制工段工藝計算及化鹽桶的初步設(shè)計.doc

年產(chǎn)15萬噸純堿石灰氨二氧化碳法鹽水精制工段工藝計算及化鹽桶的初步設(shè)計 ?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）題目： 年產(chǎn)15萬噸純堿 石灰氨二氧化碳法鹽水精制工段工藝計算學(xué)生姓名 石 永 麗學(xué) 號 0923131指導(dǎo)教師 馬 瑛院 系 西北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專 業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù)年 級 09級教務(wù)處制誠信聲明本人鄭重聲明：我所寫論文年產(chǎn)純堿15萬噸 石灰氨二氧化碳法鹽水精制是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究的成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。在此我感謝與我一同工作的同學(xué)對本研究所做的任何貢獻(xiàn)，本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本設(shè)計參考資料等均真實(shí)可靠，如有不實(shí)之處，則按照學(xué)校有關(guān)規(guī)定接受處罰。 特此聲明本人簽名： 年 月 日 目錄摘要11純堿工業(yè)原料鹽11.1、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)11.2、原料鹽雜質(zhì)含量對純堿純度的影響22 鹽水精制的原理和生產(chǎn)指標(biāo)32.1、鹽水精制的原理32.2、鹽水精制中硫酸鈣的結(jié)疤42.2.1、硫酸鈣的溶解度42.2.2、鹽水精制中硫酸鈣的結(jié)疤53 鹽泥的洗滌和洗水的來源64 鹽水精制的主要工藝指標(biāo)75工藝流程85.1、工藝流程圖85.2、工藝流程簡述96 工藝計算106.1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)106.2、物料衡算116.3 熱量平衡216.3.1 化鹽216.3.2、 除鈣227 化鹽桶的初步設(shè)計257.1、 化鹽桶257.1.1、化鹽桶的功能257.1.2、 化鹽桶幾何尺寸的確定26總結(jié)30參考文獻(xiàn)31附圖二32附圖三3335 年產(chǎn)15萬噸純堿石灰氨二氧化碳法鹽水精制工段工藝計算摘要 純堿生產(chǎn)是以食鹽為主要原料。食鹽是來自自然界的井鹽、巖鹽、海鹽、湖鹽和池鹽等。食鹽的主要成分是以外，還有少量的鎂鹽及鈣鹽，純堿生產(chǎn)過程是把鹽制成飽和鹽水，通過氨化、碳化得到重堿，重堿煅燒得到產(chǎn)品純堿。原鹽中的鎂鹽、鈣鹽若不除去最終會留在產(chǎn)品里，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此必須精制以除去、Mg是純堿生產(chǎn)的重要工段，本設(shè)計的內(nèi)容是：年產(chǎn)15萬噸純堿，以石灰氨二氧化碳法精制鹽水工段的工藝計算，并對化鹽桶進(jìn)行初步設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 精制、衡算 1純堿工業(yè)原料鹽1.1、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)我國工業(yè)用鹽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB546292國標(biāo)，如圖表（11） 表11指標(biāo)名稱優(yōu)級一級二級三級%95.594.092.089.0H2O%3.34.26.08.0水不溶物%0.20.30.40.5水溶物%1.01.51.72.5純堿廠根據(jù)制堿的工藝要求并考慮所供的原鹽的實(shí)際質(zhì)量，制定了純堿用原料鹽的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如某純堿廠的原料鹽的質(zhì)量指標(biāo)列于表111 表111指標(biāo)名稱Ca2+%Mg2+%SO42-%水分%水不溶物%標(biāo)準(zhǔn)0.30.10.693.05.00.41.2、原料鹽雜質(zhì)含量對純堿純度的影響我國純堿產(chǎn)品中工業(yè)用純堿即工業(yè)碳酸鈉的質(zhì)量執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB21092其中2類純堿的指標(biāo)要求列于表12 表12項目 指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品總堿量（以計）% 99.298.898.0氯化鈉（以計），含量%0.70.91.20硫酸鹽（以SO4計）含量，%0.03鐵含量，%0.0040.0060.01水不溶物含量，%0.041.00.15燒失量，%0.81.01.30堆積密度，g/ml0.900.900.90粒度180um,篩余物% 70.065.060.01. 為氨堿法控制項目，用戶有要求時檢驗 為包裝時檢驗結(jié)果 為重質(zhì)碳酸鈉控制項目由表12可知，工業(yè)碳酸鈉的質(zhì)量指標(biāo)中，對水不溶物的含量不同等級的產(chǎn)品均要求越低越好，而規(guī)定了相應(yīng)的上限指標(biāo)。 氨堿法純堿生產(chǎn)的第一道工序是把原料鹽溶解成氯化鈉幾乎飽和的粗鹽水，然后進(jìn)行精制，除鎂和鈣，然后將其沉淀物分離除去，所制得的精鹽水要求含鎂小于6mg/l,含鈣小于 20mg/l，精鹽水先吸氨后碳酸化，在碳酸化過程中氨鹽水中殘留的鎂離子、鈣離子雜質(zhì)均反應(yīng)生成碳酸鎂、碳酸鈣沉淀隨出堿懸浮液進(jìn)行固體分離而存留在重堿中，形成純堿的水不溶物。 由于純堿的水不溶物雜質(zhì)來源于原料鹽的鈣鎂雜質(zhì)，所以為了確保純堿的純度指標(biāo)符合要求，首先，選用鈣鎂雜質(zhì)含量低的原料鹽這是個重要前提；同時如何提高鹽水的精度是直接影響純堿純度的關(guān)鍵所在。2 鹽水精制的原理和生產(chǎn)指標(biāo)2.1、鹽水精制的原理氨堿法生產(chǎn)純堿的第一道工序 鹽水精制。其精制方法在國外采用石灰純堿法，在國內(nèi)以往采用石灰碳酸銨法。但八十年代新建的兩家大型純堿廠則是第一次成功采用了石灰純堿法。這兩種鹽水精制的方法原理是相同的，根據(jù)氫氧化鎂和碳酸鈣是難溶的化合物這一性質(zhì)，采用含氫氧根離子的石灰乳和含鈣離子的碳酸氨或碳酸鈉先后與粗鹽水中的鎂離子鈣離子進(jìn)行反應(yīng)生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀經(jīng)澄清將其分離除去，從而達(dá)到鹽水精制的目的。表21列出了飽和鹽水中在不同氫氧根離子和碳酸根離子濃度下氫氧化鎂和碳酸鈣的溶解度數(shù)據(jù) 表21 含量（） 溶解度()含量（）溶解度()0.0059.000.0009.00.109.000.0251.50.156.000.0501.40.205.000.1000.00.254.750.304.25 注：1tt=0.05mol/l 由表21可以看出，當(dāng)鹽水中不含碳酸根離子和氫氧根離子是氫氧化鎂的溶解度為9.0mg/l（0.0062tt),碳酸鈣的溶解度為59.3mg/l（0.024tt） 根據(jù)氫氧化鎂和碳酸鈣是難容物，其飽和溶液在溫度一定時溶度積等于一個定數(shù)的原理，當(dāng)沉淀劑氫氧根離子和碳酸根離子稍微過量時鹽水中殘留的鎂離子和鈣離子據(jù)會更少，鹽水就能達(dá)到很高的精制度。如鹽水中氫氧根離子含量0.05tt,當(dāng)PH=10.6時，氫氧化鎂的溶解度低達(dá)1.4mg/l,當(dāng)鹽水中碳酸根離子含量0.1tt時，碳酸鈣的溶解度也低達(dá)9.00mg/l. 由此可見，精制鹽水時只要維持沉淀劑的石灰乳、碳酸氨或碳酸鈉適當(dāng)?shù)倪^剩量，則粗鹽水中鎂離子、鈣離子雜質(zhì)就能清除完全，從而使純堿的水不溶物含量指標(biāo)符合要求。 這兩種不同的精制方法，用碳酸氨除鈣后生成氯化氨，一方面會影響碳酸化率，另一方面它與一次鹽水過剩的氫氧根離子發(fā)生“緩沖作用”，在一定的濃度下，使PH下降，若小于9.5會使氫氧化鎂沉淀溶解，鎂離子除不凈，而這一點(diǎn)用碳酸鈉就不存在，所以石灰純堿法的精制度高于石灰碳酸銨法。至于石灰純堿法要消耗成品純堿，由于所用的中相當(dāng)一部分使利用從爐氣中回收的堿塵，從而降低了堿耗。2.2、鹽水精制中硫酸鈣的結(jié)疤2.2.1、硫酸鈣的溶解度 硫酸鈣也屬于一種較“難溶”的物質(zhì)，它在水中的 溶解度隨溫度的變化而有所變化，當(dāng)溫度在30時，CaSO4在水中的溶解度最大為0.01544mol/l，其溶度積 在含的溶液中，硫酸鈣的溶解度會有顯著的增加。通過室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，TCL含量在一定范圍內(nèi)，鈣離子和硫酸根離子的濃度的乘積為一定值，如換鹽水TCL在20.528.8tt范圍內(nèi)，硫酸根的溶度積平均值=2.611粗鹽水TCL在107108tt時，硫酸鈣的溶度積平均值 所以，當(dāng)溶液中Ca2、SO42- 的乘積大于大于硫酸鈣的溶度積時，硫酸鈣就從溶液中析出沉淀，通常的溫度下硫酸鈣以二水硫酸鈣的形式析出，并且很容易在管道和設(shè)備壁上結(jié)疤。2.2.2、鹽水精制中硫酸鈣的結(jié)疤 鹽水精制時采用石灰乳除去鎂離子而形成等當(dāng)量的鈣離子，在海水化鹽的情況下，調(diào)和液或一次鹽水中硫酸鈣往往以的形式在系統(tǒng)里析出結(jié)疤，有的純堿廠采用地下鹵水化鹽，由于粗鹽水的Ca2、SO42-離子顯著增加而引起的的析出而結(jié)疤鹽水精制過程中硫酸鈣的結(jié)疤影響了穩(wěn)定均衡的生產(chǎn)。長期的實(shí)踐生產(chǎn)，人們已經(jīng)摸索出一條行之有效的減輕析出結(jié)疤的技術(shù)措施和科學(xué)清理的方法，設(shè)備和管道的設(shè)計應(yīng)考慮結(jié)疤的厚度和備用，以確保均衡充足的供給下工序所需的精鹽水 3 鹽泥的洗滌和洗水的來源 鹽水精致過程中氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀是飽和鹽水形成泥漿狀的，若直接外排，排走的氯化鈉量在200kg/t以上，TNH3量在0.6kg/t，石灰純堿法精制鹽水，排走的氯化鈉量在110kg/t以上，因此，若一次泥和鹽泥直接外排則純堿的鹽耗、氨耗會顯著增加，鹽泥必須經(jīng)過洗滌回收其所含的氯化鈉和氨氣所后才能外排。這是鹽水精制過程中非常重要的一部分。 為了充分回收鹽泥所含的氯化鈉和氨氣，根據(jù)逆流洗滌原理，現(xiàn)在的洗滌設(shè)備均采用三層洗泥桶，鹽泥經(jīng)過三次洗滌后排出的廢泥與洗水的氯差達(dá)到38tt,氨差小于130mg/l,對氯化鈉的效率約9698%,對氨的洗滌效率約9296%。洗泥用的洗水若為淡水對充分回收鹽泥的氯化鈉和氨氣十分有利，但為了降解純堿的原鹽消耗，我國沿海各堿廠普遍用一部分兌入淡水作為洗水，然后送去化鹽，這就是所謂“海水化鹽”。降低純堿鹽耗是“海水化鹽”的有利方面。但由于海水所含有的Mg2+、Ca2+、SO42-雜質(zhì)較多，如某廠海水當(dāng)量，3m3/t,它帶入的Mg2+占粗鹽水的70%，Ca2+、SO42-各占50%左右。所以海水化鹽的粗鹽水在精制時將會帶來硫酸鈣結(jié)疤，洗滌與澄清能力降低，經(jīng)鹽水質(zhì)量不好等問題。因此，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)適量地適用海水達(dá)到既保證正常的生產(chǎn)又有效的降低鹽耗。另外，為了加快鹽的溶解速度和Ca2+、Mg2+泥的沉降速度，洗水溫度要求在400C以上，所以各堿廠所用的洗水一般都來自換熱器，這樣余熱得到利用，又節(jié)約了加熱用蒸汽，同時實(shí)現(xiàn)了水的重復(fù)利用，可謂“一舉三得”，但是精鹽水進(jìn)入吸氨工序又要求溫度不能過高，一般都裝有冷卻器，因此洗水溫度的提高是有限度的。4 鹽水精制的主要工藝指標(biāo) 現(xiàn)將石灰碳酸氨法和石灰純堿法兩種精制方法的主要工藝指標(biāo)匯總?cè)鐖D41所示 表41序號指標(biāo)名稱單位控制范圍備注1粗鹽水總氯1072調(diào)和液過?；襭H10.511.5除鎂粗鹽水過?；?.050.103塔出鹽水過剩二氧化碳3.57.0除鈣鹽水過剩堿0.10.54純堿液成分NaHCO32Na2CO355605二次鹽水總氯104.5106.0精鹽水總氯106.0107.06二次鹽水和精鹽水的濁度507二次鹽水或精鹽水雜質(zhì)含量Mg2+mg/l6Ca2+mg/l208除鈣塔出水成分含氨3除鈣塔出水成分含氯79廢泥成分氯差38廢泥成分氨差mg/l13010一次泥沉降率%（體積)90沉降30分11二次泥沉降率%（體積)65沉降5分12鹽泥沉降率%（體積)60沉降30分13廢泥沉降率%（體積)90沉降30分14化鹽水或淡鹽水的溫度C1405 工藝流程5.1、工藝流程圖 5、1 工藝流程圖 圖515.2、工藝流程簡述流程圖見圖51，原鹽由皮帶輸送機(jī)運(yùn)送進(jìn)電子稱計量后從化鹽桶的桶頂部進(jìn)入與從底部進(jìn)入的化鹽水逆流相遇，原鹽溶解成接近飽和的粗鹽水，粗鹽水從化鹽桶的上部溢流而出流入集中罐，然后由粗鹽水泵送到調(diào)和槽，先與二次泥混合，再自動或手動控制加入適量石灰乳和粗鹽水中鎂鹽反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，其懸浮液稱調(diào)和液，經(jīng)分配槽并聯(lián)進(jìn)入多臺一次澄清桶。澄清的除鎂鹽水稱一次鹽水，從一次澄清桶溢流而出，由一次鹽水泵送入到除鈣塔的入口，自上而下流經(jīng)各圈，從與除鈣塔底圈進(jìn)入的碳化尾氣所含的NH3、CO2反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀。除鈣塔出液經(jīng)“U”形管流入二次澄清桶，其底部排出的碳酸鈣泥稱二次泥自壓進(jìn)打鈣罐，然后由打鈣泵將其送到調(diào)和槽，澄清液稱二次鹽水溢流進(jìn)二次鹽水泵的入口，然后送到吸氨工序。除鈣塔進(jìn)氨段用淡水洗滌除鈣段出氣中殘留的NH3、CO2后的尾氣由排出放空，該塔出水自流到一次泥混合罐。鹽酸化尾氣先經(jīng)分離器將碳酸化液分（俗稱回鹵）分離后再進(jìn)除鈣塔，回鹵進(jìn)回鹵罐，用泵送到二次澄清桶。一次澄清桶底部排放的泥稱一次泥，經(jīng)流量槽放入混合罐，與除鈣塔出水混合稱混合料，泵送到三層洗泥桶的上層。經(jīng)外工序預(yù)熱的水如海水、河水、地下水等進(jìn)入三層洗泥桶底層，與上層進(jìn)入的混合料進(jìn)行逆流洗滌。洗泥桶上層的溢流液稱化鹽水進(jìn)入化鹽桶，然后由泵送去化鹽，其底部排出的廢泥由廢泥泵送廢液池外排出去或加以綜合利用。一次澄清必須添加聚丙烯酰胺時，加水用齒輪泵將其配制成0.8%左右的水溶液，定量加入調(diào)和液中。6 工藝計算6.1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以一噸純堿為基準(zhǔn)，以Kg為單位 各種物料的成分和當(dāng)量列于下表 表61 表61名稱成分比Ca2+Mg2+SO42-NH3當(dāng)量m3/t備注海水9.60.61.91.03.0一次鹽水所含的過?；以谖锪虾馑阒形从嬋胨鼘Ｋ蛷U泥Ca2+、Mg2+含量的影響粗鹽水107.5一次鹽水106.5過剩ACaO0.05二次鹽水104.5200mg/l10mg/lFNH3=12.0一次鹽泥液相過剩A CaO0.050.75一次、二次和廢泥中液固相真體積比0.95：0.05二次鹽水CO2=4.24tt塔出水CO2=2.5tt三次泥0.50廢泥12.60.61.91.0130mg/l0.70塔出水2.5090 原鹽 原鹽成分和消耗定額列于下表 表611 表611消耗（Kg/t) 成分（%）實(shí)物100%NaClCa2+Mg2+SO42-H2O水不溶物1571.9361498.84195.3557.980.1260.0740.433.00.1476.2、物料衡算 以化鹽和鹽水精制整個工序為對象，系統(tǒng)進(jìn)行平衡計算 平衡框圖 圖62 圖62 原鹽 二次鹽水化鹽鹽水精制 海水 廢泥 淡水 鹽水精制工序物料衡算框圖 衡算 各成分的收支量a 收入 海水 淡水 各成分帶入量略而不計 原鹽 b 支出 廢泥 二次鹽水 式中 v2二次鹽水當(dāng)量 m3/tc 作TCL-橫算 收入=支出 51.408+911.409=14.852+185.226v2 得d 作Mg2+ 橫算 收入 由a 橫算而得 海水 3.463 原鹽 1.163 支出 由b橫算而得 廢泥 0.768 二次鹽水 所以 Mg2+ 除去量 e 作Ca2+ 橫算 其方法與作 Mg2+ 相同 二次鹽水 所以Ca2+ 除去量 除去得Mg2+ 生成當(dāng)量得Ca2+ 這部分的Ca2+ 也被除去 其量為 式中 40、24.3分別為Ca、Mg得原子量 104.5、106.5分別為二次鹽水 、一次鹽水得TCL-含量 , 0.05一次鹽水過?；?所以 除Ca2+總量 石灰碳酸銨精制鹽水 除Ca2+、Mg2+而得同時 在二次鹽水中形成等當(dāng)量得固定氨 二次鹽水 f 作SO42-橫算 收入 由a橫算而得 7.200 原鹽 6.759 支出 由b橫算而得 廢泥 1.596 二次鹽水 收入=支出 得 得 g 作 橫算 （方法與f 相同） 收入 海水 71.017 原鹽 1498.841 支出 廢泥 21.576 二次鹽水 收入 支出 收入=支出將以上物料衡算結(jié)果列于 表621 表621 收入 支出 備注海水原鹽合計廢泥二次鹽水合計3.3KgCa2+已在精制時除去。3.8KgMg2+已在精制時除去TCL-51.048911.409962.514.852947.605962.571.0171498.8411570.021.5761549.1221570.0Ca2+1.8001.9813.80.3991.1020.5Mg2+3.4631.1634.60.7680.0510.8SO42-7.2006.75914.01.59612.36414.0 計算鹽水精制工序主要物料得體積當(dāng)量m/t（1）框圖 圖622圖622 化鹽除鎂澄清除鈣二次澄清洗泥 碳酸化尾氣 石灰乳 除鈣塔尾氣 原鹽 粗鹽水 一次鹽水 塔出鹽水 二次鹽水 一次泥 二次泥 化鹽水 廢泥海水淡水 鹽水精制工序物料體積當(dāng)量計算框圖 計算 a 塔出鹽水 v塔 對“二次澄清”作體積橫算 b 一次鹽水 v1 對“除鈣”作TCL-橫算 即 得c 對粗鹽水 對“除鎂澄清”作TCL-橫算 收入 粗鹽水 107.5v粗 二次泥 支出 一次鹽水 一次泥 收入=支出 得 d 石灰乳 V灰 作“加快除鎂澄清”的體積橫算 e 調(diào)和液 V調(diào) 作“加灰調(diào)和”的體積橫算 f 化鹽水 V化 化鹽后得粗水其體積膨脹系數(shù)約為0.13 所以 g 洗水和淡水 V洗 V淡 對“洗泥”作體積橫算 淡水當(dāng)量 V淡 包括塔出水和進(jìn)泥桶及化鹽桶得淡水 粗鹽水 一次鹽水 化鹽水主要成分計算 粗鹽水 a Mg2+ 由 d 作Mg2+ 衡算而得粗鹽水中Mg2+ 含量 b 求算粗鹽水的Ca2+ ，需對化鹽、洗滌系統(tǒng)進(jìn)行Ca2+ 的衡算 平衡框圖 見表623 表623化鹽洗泥 一次泥 粗鹽水 原鹽 海水 廢泥 化鹽、洗泥系統(tǒng)物料衡算框圖 收入 海水 1.800 原鹽 1.981 一次泥 支出 廢泥 0.399 粗鹽水 收入=支出 c SO42- 計算方法同Ca2+ 的求算 ， 具體過程從簡 ，結(jié)果 一次鹽水 a b c 化鹽水 以化鹽為對象 求得 TCL- 、Mg2+ Ca2+ SO42- a TCL- 收入 原鹽 由表 6212可得 911.409 化鹽水 支出 粗鹽水 收入=支出 b Mg2+ 收入 原鹽 由表 6212可得 1.163 化鹽水 支出 粗鹽水 收入=支出 由此計算而得 c Ca2+ 用同樣的方法衡算而求得 d SO42- 用同樣的方法衡算而求得 e 以上結(jié)果將列于表 624 鹽水精制主要物料成分當(dāng)量比總表 表624項目成分名稱 當(dāng)量m3/t 成分 備注 TCL- Ca2+ Mg2+ SO42-海水3.009.68.10.61.91.0淡水2.00各成分略而不計廢泥0.7012.611.10.61.91.0化鹽水5.04819.618.80.60.90.6粗鹽水5.70410.、5106.60.81.11.0一次鹽水5.511106.5105.52.010mg/l1.0一次泥0.75其液相成分同一次鹽水二次鹽水5.116104.5103.6200mg/l10mg/l1.0CNH3=1.9FNH3=120 CO2=4.24二次泥0.50其液相成分同二次鹽水 以化鹽和鹽水精制為體系NH3、CO2 平衡計算 （單位 kg/t） 平衡計算框圖 見表 625 表 625 化鹽 鹽水精制 原鹽 除鈣塔出氣 海水淡水 二次鹽水 碳酸化尾氣 廢泥 鹽水精制工序 NH3、CO2 平衡框圖 衡算 收入 碳酸化塔尾氣即除鈣塔進(jìn)氣，由碳酸化塔物料衡算而得 進(jìn)氣成分（體積百分?jǐn)?shù)）：CO2=6% N2=其他氣體=94NH3、CO2） 進(jìn)氣中成分的氣體量：kg/t N2=522.5Nm3/t=6531./t H2O=82.47Nm3/t=66./t （壓力P=0.0392MPa 表溫度) 合計 719.36Nm3/t=846. 原鹽 海水 淡水 NH3、CO2 均為0 支出 a 二次鹽水 b 除鈣塔消耗的NH3、CO2 量 （生成NH3） c 廢泥 CO2=0 廢泥液相成分除 TCL- =12.6tt TNH3=130mg/l 外其他成分 視與海水相同 d 除鈣塔出氣 設(shè) NH3含量300mg/l 則 收入 = 支出 NH3 61.5=52.183+9.070+0.091+0.162=61.5 CO2 65.5=23.861+11.737+CO2 除鈣塔出氣 CO2=29.902 各成分氣量 出氣壓力（絕）P=0.093MPa，出氣溫度t=350C CO2 = 29.902 kg/t=15.233 Nm3/t NH3 =0.162 kg/t=0.213 Nm3/t N2=653.1 kg/t=522.5 Nm3/t H2O=26.29 kg/t=32.72 Nm3/t 合計 709.545 kg/t=570.656 Nm3/t 以除鈣澄清體系的NH3、CO2平衡計算 平衡計算框圖 表626除鈣二次澄清 表626一次鹽水 除鈣塔出氣碳酸化尾氣 二次鹽水 二次泥 除鈣澄清NH3、CO2 平衡計算框圖 支出 a 除鈣塔出氣 由計算4可得 b 塔出鹽水 （即包括二次鹽水和二次泥） c 除鈣塔消耗的NH3、CO2由計算4可得 收入=支出 NH3 一次鹽水 CO2 一次鹽水 tt 計算化鹽水的NH3、CO2 作洗泥桶的 NH3、CO2 平衡計算平衡計算框圖 表627洗泥 化鹽水 一次泥 除鈣二次澄清除鈣二次澄清 塔出水 廢泥 海水 淡水 洗泥 NH3、CO2 平衡計算框圖 衡算 收入 a 一次泥 b 塔出水 支出 a 廢泥 收入=支出NH3 化鹽水 CO2 化鹽水 化鹽水中包括和兩部分；也包括液相CO2和Ca2+反應(yīng)生成的兩部分，化鹽水的、均來源于一次泥和塔出水6.3 熱量平衡6.3.1 化鹽 1 現(xiàn)將熱量衡算的已知數(shù)據(jù)列于下表物料名稱當(dāng)量密度 tm3 比熱容 溫度0C化鹽睡1.0304.0648原料0.9120粗鹽1.2003.22固體熔解熱（吸熱）4873.4 2 熱量衡算 以為基溫 以堿為單位 熱量衡算框圖 化鹽化鹽水 粗鹽水原鹽 熔解熱 化鹽熱量衡算框圖 衡算收入 a 化鹽水 b 原鹽 支出 a 粗鹽水 t b 氯化鈉溶解吸熱 收入=支出 解得 t=41.6 化鹽過程熱平衡計算的結(jié)果是化鹽桶溢流的粗鹽水溫度比化鹽水的降低6 0C 。實(shí)際由于化鹽桶、化鹽水和粗鹽水管道都存在一定的散熱損失，所以進(jìn)入鹽水精制工序的粗鹽水溫度比化鹽水溫度降低的更多。6.3.2、 除鈣 1熱量平衡的已知數(shù)據(jù)列于下表物料名稱當(dāng)量密度 tm3比熱容 0C溫度t 0C一次鹽水塔出鹽水除鈣塔進(jìn)氣5.5111.2003.22405.6161.1803.227CO2 33.35 Nm3/tCO2 522.5 1.3055NH3 NH3 82、47 1.55除鈣塔出氣CO2 16.483kg 522.5NH3 2.73345 54.172注：除鈣段出氣量是由除鈣塔出氣量和塔出水和NH3、CO2量計算而得。2 除鈣的化學(xué)反應(yīng)熱數(shù)據(jù) 3 除鈣過程化學(xué)反應(yīng)物料量 一次鹽水吸收 NH3、CO2 量吸收 吸收 除鈣中 氯化鈣和硫酸鈣的除去量 4 熱量衡算 平衡框圖 除鈣塔 一次鹽水 除鈣段出氣 碳酸化尾氣 塔出鹽水 除鈣塔熱量橫算框圖 橫算收入a 一次鹽水 b 碳酸化尾氣 c 化學(xué)反應(yīng)熱 生成碳酸氨反應(yīng)熱 生成氫氧化氨反應(yīng)熱 d 碳酸化尾氣水蒸氣冷凝放熱 支出a 除鈣段出氣 b 塔出水 c 塔除鹽水中碳酸鈣沉淀d 除鈣反應(yīng)熱 Q4 除去氯化鈣反應(yīng)熱 出去硫酸鈣反應(yīng)熱 收入=支出 及塔出鹽水溫度 由于除鈣過程的凈熱效應(yīng)是個放熱過程，塔出鹽水的溫度約升高100C,達(dá)到500C以上，這對除鈣后加快二次泥的沉降速度，提高二次鹽水的質(zhì)量十分有利。7 化鹽桶的初步設(shè)計7.1、 化鹽桶7.1.1、化鹽桶的功能 根據(jù)堿廠對的化鹽桶查定，可得以下剖析與結(jié)論 1 中部 是主要功能部位 即原料的溶解區(qū) 原鹽由鹽場運(yùn)到后，從化鹽桶上方正中央位置連續(xù)供入，桶滿后形成上部為圓錐體下部是圓柱體的原鹽固定床?；}水由桶底部通過均勻分布的噴頭向上方供給，進(jìn)行逆流穩(wěn)態(tài)浸取作業(yè)，飽和鹽水由桶頂沿逆流環(huán)流出桶外。鹽層高度在2之間，空桶化鹽水流速在分米量級（dm/min）原鹽與化鹽水接觸是融化，化鹽桶是個簡單、高效的溶解設(shè)備。 在圓柱體鹽層由下面數(shù)約23高度處設(shè)有一個再分布環(huán)（也稱擋水環(huán)）它的作用是使上行的化鹽水重新集中，保持中央部分由足夠的化鹽水流過，這是因為圓錐部分最高點(diǎn)正中；以及由于與填料塔固定床相近似，液體容易走向桶壁。使中央部分化鹽水供應(yīng)不足。 2上部 是化鹽桶的細(xì)鹽粒與泥沙的分級區(qū) 鹽層最下面的原鹽先行溶解，粒徑逐步減小，由于受鹽層的阻擋和“過濾”，只有微細(xì)的晶體和不溶解的微細(xì)泥沙才能穿過鹽隙之間進(jìn)入上部飽和鹽水區(qū)。由上方源源而來的原鹽又在上行的飽和鹽水中得到“淘洗”，較小顆粒被浮選。由粗鹽水夾帶，溢入粗通之中，較大顆粒不能上舉，也不溶于飽和鹽水之中。大粒鹽能逐漸溶解，泥沙最終落入桶底。 我國沿海都是利用太陽能曬鹽，大面積的蒸發(fā)池和結(jié)晶底漏泄嚴(yán)重，為補(bǔ)償比缺陷，在各曬季放入鹵水之前，都要用稻草秸鋪撒，以石碾壓實(shí)。所以原鹽中夾雜泥沙和秸屑，由于密度不同，一進(jìn)桶就漂浮起來，經(jīng)溢流環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)，造成桶罐尤其是出泥管，原葉輪入口堵塞。因此，在溢流環(huán)上焊有密集的垂直圓鋼絲，往草屑。目前清理他們還靠人工。 3下部積泥區(qū) 原鹽中夾雜的泥沙顆粒先在上部分級，小顆粒上浮而溢出，中、大粒泥沙落入主鹽層，鹽層慢慢縮小，最后不能制出合格的飽和鹽水，必須倒桶清理，把泥沙全部清除，通過人孔外排，沖洗干凈后繼續(xù)投入使用。7.1.2、 化鹽桶幾何尺寸的確定7.1.2.1、鹽層高度原鹽的溶解是固相鹽向化鹽水?dāng)U散傳質(zhì)過程。從查定數(shù)據(jù)分析證明，屬于固相膜擴(kuò)撒控制過程，液膜的擴(kuò)散速度非?？?，不是控制因素。 為簡化計，避開繁瑣的顆粒表面積，粒度分布等計算，采用宏觀反應(yīng)動力學(xué)原理，控制總括原鹽溶解時間，也就是控制原鹽在化鹽桶內(nèi)的停留時間，而其他推動力等盡量保持生產(chǎn)一致。某堿廠查定數(shù)額表明，對一般顆粒的當(dāng)年日曬海鹽而言，停留時間為2030min,平均為25min.為安全計，設(shè)計選30min,以保證滿足飽和的條件。 原鹽投入的體積 式中 P純堿日產(chǎn)量 t純堿/d 純堿原鹽單耗 t/t 原鹽的堆積密度 t/ 原鹽盤存在桶內(nèi)的體積 原鹽盤存在桶內(nèi)的停留時間 h原鹽堆存在桶內(nèi)的體積，包括圓柱體與圓錐體兩部分，于是又有圓錐體部分的高度與原鹽堆積角的關(guān)系為 對于一般物料的堆積角45 0來說，的正切值為1. 式中 A化鹽桶截面積 D化鹽桶直徑 圓錐體高度 圓柱體高度原鹽堆積角 但在外徑未決定之前，各高度均為未知數(shù)（其中只有泥層高度是任選的）7.1.2.2、化鹽桶直徑它決定于飽和鹽水的上升速度，或是帶出粒徑對應(yīng)的終端速度，由于終端速度與帶出粒徑d的關(guān)系式要經(jīng)過多次修正，回歸線性很差，于是設(shè)計改用圖解法幫助任選 見附圖二 粗鹽水的流量 式中 粗鹽水流量 P純堿日產(chǎn)量 粗鹽水當(dāng)量化鹽桶的凈面積 式中 A化鹽桶的凈面積 指定允許帶出細(xì)鹽粒的對應(yīng)終端流速 D化鹽桶的內(nèi)徑合并上二式得 將前面各公式參數(shù)進(jìn)行規(guī)范化，取以下標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 化鹽桶帶出最大的粒徑 d=0.1mm 桶頂飽和鹽水的終端流速 原鹽的桶內(nèi)停留的時間 原鹽的消耗定額 堿 粗鹽水當(dāng)量 m3/t 堿 原鹽堆積密度 =1.1 t/ 化鹽桶底部積泥最大高度 原鹽的凈正角 =450代入公式 有 （70）即化鹽桶的有效截面積 A=0.0112P （7）代入公式 (71) 即化鹽桶的直徑 (7)代入公式 即桶頂圓錐形鹽堆高度代入公式 即桶中圓柱形鹽堆高度 已知 所以 化鹽桶的總高度 (72)擋水環(huán)的高度 （73） 年產(chǎn)15萬噸純堿化鹽桶的設(shè)計1 化鹽桶的直徑D 由公式(7)有 2 化鹽桶的總高度由公式(72)有 3 擋水環(huán)的高度 由公式（73） 4年產(chǎn)量日產(chǎn)量 桶徑（D） 總高 擋水環(huán)高（萬）（萬） （m） （m）（一） m60182042.665.0945.16.2356251.233.123.23091030.173.6023.65.7385.751.603.293.31545521.332.5472.65.3865.502.123.413.41030317.412.0792.15.2305.252.503.4