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摘要：纯碱在化学工业生产中应用广泛， 在商品生产中应用广泛，是我国经济发展中重要项目之一。碳化是制碱核心环节，为确保纯碱质量，优化结晶，需对碳化过程落实机械智能控制。文章对纯碱生产碳化工艺的质量控制方式详细分析，以氨碱法为支持，分析碳化中主要影响因素，结合实际需求，设计质量控制合理方案。
关键词：纯碱；碳化；生产；质量控制
制碱必须经过碳化，将气、液、固都参与到制备环节中去，其碳化包含吸收、反应、结晶、流动等不同化学反应[1]。我国过程工业迅速发展，其对应工艺趋于复杂，当下，国内多数制碱厂碳化采用计算机控制，利用DCS、PLC技术落实控制，但是控制上仍处于常规仪表控制水平。对控制点多采用单回路控制方式，制碱质量主要依赖操作人员工作经验，控制精度较低，且操作人员频繁手工操作对纯碱质量造成一定影响，对原料的利用率也不高。
1.纯碱生产碳化工艺介绍
纯碱制备的关键在于氨盐水的碳化，实际生产中，氨盐水通过进入碳化塔与底部向上的CO2相互接触，发生反应，生成碳酸氢钠、氯化铵，之后逐渐冷却，碳酸氢钠结晶逐渐析出，形成碳酸氢钠悬浮液。正常情况下，碳化塔分为两种生产状态，即清洗塔、制碱塔。
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氨盐水经清洗塔自上而下流动，塔底溶液称之为中和水，经泵送至制碱塔顶部位置[2]。以重碱煅烧炉出的炉气称为下段气，下段气通过压缩机压缩后，经过下段气冷却器冷却，送入制碱塔，继续碳化。另外部分气体为中段气，经对应压缩机压缩后，碳化塔中部温度逐渐升高，在碳化塔下部经过冷却水箱后降温，最终碳酸氢钠悬浮液在塔底部取出，送入碱集中储存槽中，流动到过滤工序，进而得到重碱。
2.纯碱生产碳化工艺的质量控制分析
氨盐水碳酸化之后，可确保氨盐水充分吸收二氧化碳，产生碳酸氢钠沉淀。在碳化的过程中，需确保氨盐水吸收速度较快，最重要的是，制作粗大且均匀的碳酸钠结晶[3]。就碳化工艺及对不同操作人员操作经验分析而言，碳化塔沿塔高的纵向温度分布上，可反映碳化塔内部物料相互接触情况，除去碳化塔中有高温反应外，可避免形成太大过饱和度，有高温至碳化塔出口温度的降温工程决定结晶质量。由此可见，需合理控制碳化塔纵向温度分布，以此优化碳化过程。冷却水温度及压力可自动调节，确保冷却水温度及流量稳定，调节系统对纯碱生产碳化质量控制有重要作用。
2.1制碱气温度及压力控制
石灰窑窑气（40%左右的CO2），经压缩机将压力提升至0.30-0.36Mpa，温度控制在40℃左右，通过管道输送至碳化塔。控制中段气在冷却塔中以循环水进行冷却，温度控制在40℃左右。若实际温度过高，则其含水蒸气较多，对应冷凝热增加，制碱塔冷却负荷大大增加，也可能带入水分，导致溶液受到稀释。以温度控制水流量，被控制的变量主要是中段的温度， 操作控制清水实际流量。
此外， 中段气压力控制在0.26-0.29Mpa，以确保CO2得到充分吸收。由轻灰煅烧炉产生的炉气（90%左右CO2），和中段气操作基本一致，进入碳化塔之前，需对温度、压力科学控制，温度控制为40℃左右。压力控制在0.33-0.36Mpa。
2.2碳化塔中部及上部温度科学控制
碳化塔温度对纯碱制备质量有重要影响，塔中不同位置温度分布对碳化结晶质量有直接影响。一般而言，塔内中部及上部温度可显示塔中实际温度分布，影响对应温度变化主要是中段气及下段气。由此可见，对应的质量控制方案需针对中段气、下段气流量，确保塔中中部及上部温度稳定。在碳化塔中部位置，控制其温度为60-70℃，上部位置则控制在36-40℃。也就是说，制碱塔上部碳化液随着碳化度的增加而温度上升，当碳酸氢钠开始析出直至晶体适当成长以前，为了防止过饱和度积累过大，并消除太快，即为了避免晶核析出量过多，以获得粒度较大形状较规则的碳酸氢钠结晶，需维持较高温度，使反应在高温溶液中进行。在塔下部，应以冷却水逐渐冷却，并在碳化液由塔内取出之前，集中利用冷却水，移出热量，尽可能使取出温度降至规定指标（27℃~31℃）。
2.3出碱液温度控制分析
碳酸化液受碳酸化最终温度变化而变化，在塔下部，应以冷却水逐渐冷却，并在碳化液由塔内取出之前，精心调节冷却水量，合理使用水层，根据生产实际情况，及时调节冷却水量，避免中部温度过低，以致碳酸氢钠结晶变坏，尽可能使取出温度降至规定指标（27℃~31℃）。
2.4碳化塔液位控制
碳化塔当中碳化液储量是确保碳化塔正常工作的重要条件之一，应确保碳化液储量充足，确保碳化液在碳化塔中充分停留，对应的化学反应及结晶均可达到理想状态，以此提高转化率，确保产量及质量满足要求，且消耗合理。若碳化液过高，会导致出现尾气带液现象，影响后续尾气正常净化及吸收，耗费大量原材料，导致实际碳化质量不理想。
此外，若液位过高，则塔底的压力较大，导致进气量大大减少，出碱量增加，温度也随之增高，塔中部的温度反而降低，导致碳化反应段向下开始移动，碳酸氢钠结晶的质量以及出碱液实际成分。故要控制好塔内液位，以此确保碳化塔正常运行。碳化塔中易结疤，且具有腐蚀性，塔内常通入大量气体，对应的碳化液多为鼓泡状态。当下塔内液体液位的测量工作难度大，测量并不准确，采用一般液位测量设备，操作无法对得到准确数据，应选择塔内压力为被控制变量，但是塔压测量实现困难，一般以塔底下段其压力表示塔压力，避免碳化塔液结疤，导致仪表压管阻塞，无法正常工作。
3.结束语
综上所述，纯碱生产碳化工艺的质量控制是确保碳化安全、稳定的基础，通过科学的质量控制，可保证设备稳定运行，节省大量能源，减少不必要的消耗，以此降低成本，提高质量。在不同运行参数合理取值范围中，选取理想的指导值，以此确保生产过程运行为最佳状态，得到高质量的纯碱。
参考文献
[1]姚刚 ， 常思聪. 纯碱生产过程碳化工段工艺流程及控制影响因素分析探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2019, 39(2):238-239.
[2]吴巴特尔 ， 任钱云 . 纯碱生产过程中碳化的相关研究[J]. 河南科技, 2018, 655(29):69-71.
[3]卞洋, 孙路路. 纯碱产品质量在生产过程中的管控[J]. 纯碱工业, 2018(1):40-43.
论文作者:郝金军, 马成栋
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
标签：纯碱论文; 温度论文; 碳酸氢钠论文; 结晶论文; 质量控制论文; 质量论文; 压力论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;