产15 万吨纯碱石灰—氨—二氧化碳法盐水精制工段工艺计算及化盐桶的初步设计.doc
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1、专科毕业论文(设计)题目: 年产15万吨纯碱 石灰氨二氧化碳法盐水精制工段工艺计算学生姓名 石 永 丽学 号 0923131指导教师 马 瑛院 系 西北大学继续教育学院专 业 应用化工技术年 级 09级教务处制诚信声明本人郑重声明:我所写论文年产纯碱15万吨 石灰氨二氧化碳法盐水精制是在老师指导下进行的研究工作及取得研究的成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果。在此我感谢与我一同工作的同学对本研究所做的任何贡献,本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本设计参考资料等均真实可靠,如有不实之处,则按照学校有关规定接受处罚。 特
2、此声明本人签名: 年 月 日 目录摘要11纯碱工业原料盐11.1、质量标准11.2、原料盐杂质含量对纯碱纯度的影响22 盐水精制的原理和生产指标32.1、盐水精制的原理32.2、盐水精制中硫酸钙的结疤42.2.1、硫酸钙的溶解度42.2.2、盐水精制中硫酸钙的结疤53 盐泥的洗涤和洗水的来源64 盐水精制的主要工艺指标75工艺流程85.1、工艺流程图85.2、工艺流程简述96 工艺计算106.1、基础数据106.2、物料衡算116.3 热量平衡216.3.1 化盐216.3.2、 除钙227 化盐桶的初步设计257.1、 化盐桶257.1.1、化盐桶的功能257.1.2、 化盐桶几何尺寸的确定
3、26总结30参考文献31附图二32附图三33年产15万吨纯碱石灰氨二氧化碳法盐水精制工段工艺计算摘要 纯碱生产是以食盐为主要原料。食盐是来自自然界的井盐、岩盐、海盐、湖盐和池盐等。食盐的主要成分是以外,还有少量的镁盐及钙盐,纯碱生产过程是把盐制成饱和盐水,通过氨化、碳化得到重碱,重碱煅烧得到产品纯碱。原盐中的镁盐、钙盐若不除去最终会留在产品里,影响产品质量。因此必须精制以除去、Mg是纯碱生产的重要工段,本设计的内容是:年产15万吨纯碱,以石灰氨二氧化碳法精制盐水工段的工艺计算,并对化盐桶进行初步设计。 关键词: 精制、衡算 1纯碱工业原料盐1.1、质量标准我国工业用盐的质量标准执行GB5462
4、92国标,如图表(11) 表11指标名称优级一级二级三级%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纯碱厂根据制碱的工艺要求并考虑所供的原盐的实际质量,制定了纯碱用原料盐的企业标准,例如某纯碱厂的原料盐的质量指标列于表111 表111指标名称Ca2+%Mg2+%SO42-%水分%水不溶物%标准0.30.10.693.05.00.41.2、原料盐杂质含量对纯碱纯度的影响我国纯碱产品中工业用纯碱即工业碳酸钠的质量执行国家标准GB21092其中2类纯碱的指标要求列于表12 表12项目 指标优等品一等品合格品总碱量
5、(以计)% 99.298.898.0氯化钠(以计),含量%0.70.91.20硫酸盐(以SO4计)含量,%0.03铁含量,%0.0040.0060.01水不溶物含量,%0.041.00.15烧失量,%0.81.01.30堆积密度,g/ml0.900.900.90粒度180um,筛余物% 70.065.060.01. 为氨碱法控制项目,用户有要求时检验 为包装时检验结果 为重质碳酸钠控制项目由表12可知,工业碳酸钠的质量指标中,对水不溶物的含量不同等级的产品均要求越低越好,而规定了相应的上限指标。 氨碱法纯碱生产的第一道工序是把原料盐溶解成氯化钠几乎饱和的粗盐水,然后进行精制,除镁和钙,然后将其
6、沉淀物分离除去,所制得的精盐水要求含镁小于6mg/l,含钙小于 20mg/l,精盐水先吸氨后碳酸化,在碳酸化过程中氨盐水中残留的镁离子、钙离子杂质均反应生成碳酸镁、碳酸钙沉淀随出碱悬浮液进行固体分离而存留在重碱中,形成纯碱的水不溶物。 由于纯碱的水不溶物杂质来源于原料盐的钙镁杂质,所以为了确保纯碱的纯度指标符合要求,首先,选用钙镁杂质含量低的原料盐这是个重要前提;同时如何提高盐水的精度是直接影响纯碱纯度的关键所在。2 盐水精制的原理和生产指标2.1、盐水精制的原理氨碱法生产纯碱的第一道工序 盐水精制。其精制方法在国外采用石灰纯碱法,在国内以往采用石灰碳酸铵法。但八十年代新建的两家大型纯碱厂则是
7、第一次成功采用了石灰纯碱法。这两种盐水精制的方法原理是相同的,根据氢氧化镁和碳酸钙是难溶的化合物这一性质,采用含氢氧根离子的石灰乳和含钙离子的碳酸氨或碳酸钠先后与粗盐水中的镁离子钙离子进行反应生成氢氧化镁和碳酸钙沉淀经澄清将其分离除去,从而达到盐水精制的目的。表21列出了饱和盐水中在不同氢氧根离子和碳酸根离子浓度下氢氧化镁和碳酸钙的溶解度数据 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
8、看出,当盐水中不含碳酸根离子和氢氧根离子是氢氧化镁的溶解度为9.0mg/l(0.0062tt),碳酸钙的溶解度为59.3mg/l(0.024tt) 根据氢氧化镁和碳酸钙是难容物,其饱和溶液在温度一定时溶度积等于一个定数的原理,当沉淀剂氢氧根离子和碳酸根离子稍微过量时盐水中残留的镁离子和钙离子据会更少,盐水就能达到很高的精制度。如盐水中氢氧根离子含量0.05tt,当PH=10.6时,氢氧化镁的溶解度低达1.4mg/l,当盐水中碳酸根离子含量0.1tt时,碳酸钙的溶解度也低达9.00mg/l. 由此可见,精制盐水时只要维持沉淀剂的石灰乳、碳酸氨或碳酸钠适当的过剩量,则粗盐水中镁离子、钙离子杂质就能
9、清除完全,从而使纯碱的水不溶物含量指标符合要求。 这两种不同的精制方法,用碳酸氨除钙后生成氯化氨,一方面会影响碳酸化率,另一方面它与一次盐水过剩的氢氧根离子发生“缓冲作用”,在一定的浓度下,使PH下降,若小于9.5会使氢氧化镁沉淀溶解,镁离子除不净,而这一点用碳酸钠就不存在,所以石灰纯碱法的精制度高于石灰碳酸铵法。至于石灰纯碱法要消耗成品纯碱,由于所用的中相当一部分使利用从炉气中回收的碱尘,从而降低了碱耗。2.2、盐水精制中硫酸钙的结疤2.2.1、硫酸钙的溶解度 硫酸钙也属于一种较“难溶”的物质,它在水中的 溶解度随温度的变化而有所变化,当温度在30时,CaSO4在水中的溶解度最大为0.015
10、44mol/l,其溶度积 在含的溶液中,硫酸钙的溶解度会有显著的增加。通过室内试验发现,TCL含量在一定范围内,钙离子和硫酸根离子的浓度的乘积为一定值,如换盐水TCL在20.528.8tt范围内,硫酸根的溶度积平均值=2.611粗盐水TCL在107108tt时,硫酸钙的溶度积平均值 所以,当溶液中Ca2、SO42- 的乘积大于大于硫酸钙的溶度积时,硫酸钙就从溶液中析出沉淀,通常的温度下硫酸钙以二水硫酸钙的形式析出,并且很容易在管道和设备壁上结疤。2.2.2、盐水精制中硫酸钙的结疤 盐水精制时采用石灰乳除去镁离子而形成等当量的钙离子,在海水化盐的情况下,调和液或一次盐水中硫酸钙往往以的形式在系统
11、里析出结疤,有的纯碱厂采用地下卤水化盐,由于粗盐水的Ca2、SO42-离子显著增加而引起的的析出而结疤盐水精制过程中硫酸钙的结疤影响了稳定均衡的生产。长期的实践生产,人们已经摸索出一条行之有效的减轻析出结疤的技术措施和科学清理的方法,设备和管道的设计应考虑结疤的厚度和备用,以确保均衡充足的供给下工序所需的精盐水 3 盐泥的洗涤和洗水的来源 盐水精致过程中氢氧化镁和碳酸钙沉淀是饱和盐水形成泥浆状的,若直接外排,排走的氯化钠量在200kg/t以上,TNH3量在0.6kg/t,石灰纯碱法精制盐水,排走的氯化钠量在110kg/t以上,因此,若一次泥和盐泥直接外排则纯碱的盐耗、氨耗会显著增加,盐泥必须经
12、过洗涤回收其所含的氯化钠和氨气所后才能外排。这是盐水精制过程中非常重要的一部分。 为了充分回收盐泥所含的氯化钠和氨气,根据逆流洗涤原理,现在的洗涤设备均采用三层洗泥桶,盐泥经过三次洗涤后排出的废泥与洗水的氯差达到38tt,氨差小于130mg/l,对氯化钠的效率约9698%,对氨的洗涤效率约9296%。洗泥用的洗水若为淡水对充分回收盐泥的氯化钠和氨气十分有利,但为了降解纯碱的原盐消耗,我国沿海各碱厂普遍用一部分兑入淡水作为洗水,然后送去化盐,这就是所谓“海水化盐”。降低纯碱盐耗是“海水化盐”的有利方面。但由于海水所含有的Mg2+、Ca2+、SO42-杂质较多,如某厂海水当量,3m3/t,它带入的
13、Mg2+占粗盐水的70%,Ca2+、SO42-各占50%左右。所以海水化盐的粗盐水在精制时将会带来硫酸钙结疤,洗涤与澄清能力降低,经盐水质量不好等问题。因此,应从实际出发适量地适用海水达到既保证正常的生产又有效的降低盐耗。另外,为了加快盐的溶解速度和Ca2+、Mg2+泥的沉降速度,洗水温度要求在400C以上,所以各碱厂所用的洗水一般都来自换热器,这样余热得到利用,又节约了加热用蒸汽,同时实现了水的重复利用,可谓“一举三得”,但是精盐水进入吸氨工序又要求温度不能过高,一般都装有冷却器,因此洗水温度的提高是有限度的。4 盐水精制的主要工艺指标 现将石灰碳酸氨法和石灰纯碱法两种精制方法的主要工艺指标
14、汇总如图41所示 表41序号指标名称单位控制范围备注1粗盐水总氯1072调和液过剩灰pH10.511.5除镁粗盐水过剩灰0.050.103塔出盐水过剩二氧化碳3.57.0除钙盐水过剩碱0.10.54纯碱液成分NaHCO32Na2CO355605二次盐水总氯104.5106.0精盐水总氯106.0107.06二次盐水和精盐水的浊度507二次盐水或精盐水杂质含量Mg2+mg/l6Ca2+mg/l208除钙塔出水成分含氨3除钙塔出水成分含氯79废泥成分氯差38废泥成分氨差mg/l13010一次泥沉降率%(体积)90沉降30分11二次泥沉降率%(体积)65沉降5分12盐泥沉降率%(体积)60沉降30分
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