江苏连云港碱业有限公司 江苏省 连云港市 222042
摘要：科技的发展，生产工艺和设备在氨碱法纯碱的发展中也在进步。近年来，大型制碱厂APC-Adcon控制系统被广泛应用，这种控制系统结合纯碱生产装置的工艺特点以及实际的工艺操作经验，对纯碱装置的控制系统做了进一步改进，纯碱的生产力水平得到提升。因此，结合纯碱的制造工艺特点，对其设备进行改善十分重要。本文就氨碱法设备的发展特点展开探讨。
关键词：生产工艺；设备；氨碱法；纯碱
引言
随着科学技术的飞速发展，纯碱工业技术的提高，使得纯碱在化工原料上取得了重要地位，比如说建材工业、玻璃工业、冶金工业等都在使用纯碱这一原料，同时可以发现纯碱生产技术的发展是必然的，只有达到一定的产量，才能满足这些工业的需求，这也是衡量我国工业发展水平高低的标准。现在在我国，生产纯碱的其中一种技术手段就是氨碱法，所以本文对氨碱法工艺与设备的发展以及特点作出如下总结。
1氨碱法纯碱生产现状
氨碱法制碱在目前仍不失为最主要的纯碱生产方法，因为具有以下优点：原料价廉易得，上游工业是石矿的采掘和海水日晒成盐或天然湖盐开采，不需要技术难度大的工业与之配套；产品质量高，水不溶物含量低；历史悠久，技术成熟，实现大规模连续生产，也实现了许多手工作业的机械化；生产中氨得到充分的循环利用，损耗量较小。生产物料的腐蚀性属于中度，多数设备、管道只须采用铸铁或碳钢制造，已能耐腐蚀。
2氨碱法纯碱生产工艺流程
氨碱法是主要制碱方式之一，是由索尔维研究出的生产方式，因此又称索尔维法，他主要采用氯化钠、氨气以及石灰石经过煅烧后生成的二氧化碳和生石灰作为原料来制取纯碱。先让氨气和饱和食盐水混合形成氨盐水，接着通入通入二氧化碳生成溶解度比较小的氯化铵溶液和碳酸氢钠沉淀，再将经过过滤的碳酸氢钠沉淀，加热煅烧，从而制成纯碱。有的氨碱厂为了能够是纯碱生产技术有所提高，就采用最先进的纯碱生产技术和设备，比如说在石灰石上就使用大型竖式混装窑，此窑具有热效率高、生产能力大等等优点。还使用PC机程序来控制，这样能够大幅度降低焦碳和石灰石的消耗。这种混装窑是我国纯碱生产量最大的装置，因此有很多企业采用。其次，还使用一步法来精制盐水，这比以往的石灰碳酸铵法，有了进一步的提高，这种方法具有设备结疤轻、工艺流程短、产品质量高、盐水质量稳定、以及提高氯化钠转化率这些优点。接着，就采用双锥形澄清桶来进行澄清的步骤，这个可以使沉淀浓缩区、絮凝反应区、清液区、沉降区这几个部分结构紧凑一点。在吸氨工序的时候，就使用了在吸氨塔里的内冷吸氨塔，做完实验研究得出，内冷吸氨塔有着简化流程、低运行费用、少消耗动力、大生产能力以及吸收效率、冷却效率高、尾气含氨低等这些好处。虽说氨碱法是主要穿件的主要生产方式，但还是弊端的。首先，因为氯化钠也就是食盐只能一次性利用，所以应当最大限度的提取有效成分，但是，两种原料都只利用了一半成分，食盐里的成分氯离子和石灰石的成分钙离子结合成了氯化钙，氯化钙在这里就是废弃物，几乎没有用途，以致于产生了怎样去处理氯化钙的问题；同时，还有最大的一个缺点，就是食盐的利用率只有70％到73％，其余的食盐都因为生成氯化钙溶液，因此作为废液被浪费了。但是有弊就有利，作为原料的食盐和石灰石都比较便宜；生产出来的纯碱纯度较高；副产品二氧化碳和氨都可以回收循环再利用；最重要的是制造步骤较为简单，较适合大规模生产。最后，在氨碱法生产纯碱的过程中特别重要的是，能够减少能耗，因此在煅烧炉气的时候，要尽全力地去回收利用，因为这有助于提高纯碱的产量。
3氨碱法设备的改进与发展
虽然氨碱法工艺以及设备经过长期的改进，已经趋于完善，但是设备在使用的过程中仍然有待改进。首先，氨碱法设备体积庞大。由于氨碱法工艺主要是通过吸收、洗涤、脱吸、煅烧气体和固体，在生产过程中需要接触反应的时间也相对较长，气液接触面积也相对较大。因此，对于氨碱法设备的要求也相对较高，设备体积的需求量相对较大。目前市面上现有的设备直径型号偏多，直径从1.83～3.2m规格不等。重量上面也相对较重，最重的接近300t。加之在工序方面，某些工序继续沿用老式的设备，以至于生产效率大幅度下降。后期改进过程中，为了扩大生产，出现了机器、塔、桶等多种形式的设备，机器众多。氨碱法的这种缺陷主要是由于设备对于材质的特殊要求所致。氨碱法设备主要采用腐蚀性小、承压能力强的钢铁材料铸成。近年来，随着对新型设备以及先进机械的引进，在材料上选取化学稳定性的材料。在纯碱的制作工艺中，由于技术上面的革新，效率有所提高。在设备材质方面也有所改进，选取比重小，比强度高，高低温状态耐腐蚀性的钛制设置。与其他材质相比，钛制设备的耐孔蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀、电偶腐蚀以及应力腐蚀等性能都要优于其他材质。在物理性质方面，具有较强的耐污垢性。但是，由于钛材料价格相对较高，在设备普遍生产过程中具有一定的局限性。
4氨碱法生产工艺的改进发展
4.1生产自动化系统的稳态操作
氨碱法工艺流程冗长，生产连续性强，各个工序互相牵制影响，并通过往返的物料流互相提供优化条件。除了个别间歇操作的部位以外，必须保持物料连续衡温地流动与温度、压力的稳定，因此要组织好中间物料平衡，此处在工序间或设备间设置足够的中间物料储槽，起到缓冲吞吐的作用，提高对生产波动的承受力。生产系统中自动化技术的应用，使纯碱生产更加趋于稳定。针对石灰窑上料系统中存在的问题，采用C-200HPC机取代原继电器连锁系统，计算出布料器转动的最佳角度，达到了窑内煅烧物料分布均匀的目的，从而大幅度提高了窑气浓度，降低了石灰石和焦碳消耗。
4.2化学工艺的改进
纯碱的化学工艺具有十分显著的特点，在进行整体的生产过程中，不仅需要对其整体的化学工艺进行全面性的优化，还用采用多种不同的模式，优化生产线的化学工艺水平。在化学工艺进行时，通常会让氨碱两大生产系统组成同一条连续的生产线，用NaCl、NH3和CO2同时生产出纯碱和氯化铵两种产品——即联碱法。为了制造出纯度高的纯碱，还需要对其化学工艺流程图进行全面的把握。图1为氨碱法纯碱生产工艺流程。从图1中我们可以十分清楚的看到其整体的工艺体系。通常情况下其主要的化学原料为原盐，石灰石以及无烟煤三种工艺体系。然后经过煅烧、制备、蒸馏等重碱过滤工艺进行体系的完善，最终得出轻质纯碱以及重质纯碱两种类型的纯碱。
图1
结语
纯碱即碳酸钠(Na2CO3)，是重要的基本工业原料，被称为“化工之母”，其产量和消费量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。目前国内大的纯碱生产企业，氨碱法制碱在目前是主要的纯碱生产方法之一，生产岗位实现DCS控制。但由于纯碱生产过程工艺流程长，连续性强，而且处理的物料为气、液、固三相物质，部分装置如碳化塔、石灰窑等具有较强的变量关联和耦合特性，常规的单变量控制难以有效地解决这类复杂工业过程控制问题。大型碱厂在国内外众多供应商中选择“浙大中控”的APC-Adcon先进控制系统，结合纯碱生产装置的生产工艺特点和实际的工艺操作经验，开发了纯碱装置先进控制系统，极大地提升了纯碱的生产能力。
参考文献
[1]冯伟东,李鸿江,文明通.纯碱生产工艺中降低盐耗的方法[J].广东化工，2016(23).
[2]彭志成.卤水为原料直接生产纯碱工艺[J].盐业与化工，2015(10).
论文作者:汪建文
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/4
标签：纯碱论文; 设备论文; 工艺论文; 石灰石论文; 物料论文; 食盐论文; 氯化钙论文; 《防护工程》2018年第35期论文;