重质纯碱工程优化工艺及设备选择计算

年户30万吒重质虼吨工程优化工艺及设各迷择计算(瓶莉巧7^)11^摘要针对大化公司30万吨重灰工程设计的优化,做了较为详缅的计算‘其中主要内容有，水&机、重灰坩供炉、家孅炉、冷霣塔等设备单元时物料热量衡算和设备估算，在工裎设计过裎中丨文中各个部分的计算对优化设计都产生过较重大的彩峋^另外,文中备藓分的计算和分析，可供有关生产管理部门在实际生产过程中参考和考核^1前言重质纯碱(简称：重灰）是利用轻质纯减(简称:轻灰》和水进行反应合成一水碳酸钠，再经脱水反应，使密度由0^51/如5增至1.01/III3左右的纯戚.重灰与轻灰相比，主要优点是产品密度大、粒度大、不吸潮、流动性能好、有利于贮存、运输和节省包装运输费。纯碱是重要的基本工业原料。重灰产品在国民经济建设和发展中尤为重要。由于粉尘飞扬产生小，大大改善了操作环境，特别受到纯碱用户的欢迎，尤其是玻璃工业和冶金工业。除上述优越性外，用重灰作原料还可提高炉窑的生产能力和使用寿命.大大延长玻璃窑的使用周期。近几年玻璃工业开发的浮法玻璃生产，离开重灰产品作原料是不可能实现的。大化公司是以纯戚做为主导产品的，为适应国民经济和市场的需要，必须抓紧时间^尽快开发重灰产品，因此^公司领导决策，将原有联碱工艺的3001^4轻灰.全部转化为重灰产品，为能科学的、可靠的达到预计的设计能力，故进行本工艺及设备的设计估算。2工艺流程评述及简述1.1工艺流程评述以轻灰为原料加工制做重灰的工业生产方法，目前主要有机械挤压法，液相水合法和固相水合法，正在开发的还有以重碱为原料的结晶法.因距工业化生产还有一定差距,本设计不涉及该法的具体内容。挤压法是用挤压设备挤压轻灰，使之变为块状颗粒后，破碎过筛，通过反复多次循环，使轻灰达到一定的粒度和密度，变为重灰。该法的挤压设备国内尚不能自己制造，若在短期内建设成套装置，必须引进国外技术和设备，耗费大量外汇，因此不宜采用。液相水合法用饱和纯碱水溶液做连续相.轻灰做分散相，在一全混反应釜中反应，生成一水碱固液混合物，再经分离煅烧脱水，生成重灰产品。固相水合法是用轻灰做连续相，含賅水溶液做分散相，在回转筒式设备中反应生成一水碱，再煅烧脱水，生成重灰。固相水合法与液相水合法比较，各有所长4固相水合法设备商单、流程短、操作方便，易于大型化、连续化和自动化。主要缺点是产品组成不发生变化，盐分含量不能满足某些特蹿用户的需求.要降低盐分含虽，还需采取其它附加措施。许多生产单位正在积极探索，目前尚无完善可靠的工业性生产经验。液相水合法，水合率高,更可贵的是产品含盐分量比固相水合法低，粒度也较均匀，能满足彩色显像管、彩色玻埔,浮法玻瑰等用户的特殊需要，缺点是生产过程较复杂，井且大薰循环液的含盐量逐渐增高，需进行置换处理1根据固相水合法和液相水合法的特点，大6大化科技1996年化公司将联碱装置的300匕4轻灰改为重灰时，决定采用固相水合法工艺，改造工程分为二期实施，一期形成200匕4的普通重灰能力，同时在一期工程中，还要将制重灰剩余下的1001(1/3轻灰用凉碱炉冷却后，用40118/袋的塑料编织袋包装I二期工程，则将余下的1001(1/3轻灰改为优质重灰，—期工程由固体物料系统、尾气回收系统、工艺水系统、冷却水系统和加热蒸汽系统组成。〔15固体物料系统将新碱车间生产的轻灰引入装置后分成两个部分，一部分直接经凉碱炉冷却后送成品包装，另一部分则经水合反应和煅烧加工成重灰，再经凉碱炉冷却后送成品包装。凉碱炉设计能力达300匕4，重灰凉碱可以切换成轻灰凉碱炉，由此可以保证当重灰系统出现故障时，凉碱系统有能力冷却全部轻灰而不影响纯碱的整个生产，这样可不设备用凉碱炉等设备，大大节省一次性投资.0尾气回收系统重灰锻烧炉和水合机的尾气组分是水蒸汽和漏入的部分空气，其间夹带部分碱尘，对尾气中所带的戚尘可以采用多种不同的工艺处理方法4国内现有的各生产厂所采用的方法各不相同，通过三大新建碱厂的工艺分析和大化公司小规模生产的经验，本设计的尾气处理方法是：先用工艺水于尾气管道中，喷淋洗涤碱尘，再用冷凝塔回收蒸汽冷凝水做为工艺用水（冷却介质为海水^最后排放不凝性气体。0工艺水系统为了确保一水碱水合后重灰产品的质量^水合用工艺水应当补充软水，但大连地区水资瓶较紧张，大化公司软化水站的水处理能力紧张，因此，本设计采取将煅烧炉加热蒸汽的冷凝水小部分补入冷凝塔的措施，由此可保证装置除在原始开车和少量置换时补充部分软水外，正常生产时不加入软水。冷却水系统本工程冷却水系统分为两部分，第一部分为尾气冷凝塔，因采用冷却箱式冷却塔,所以可直接采用经一级过滤后的海水进行间接换热;第二部分为凉碱炉冷却系统，因正常生产时，凉碱炉不可能随意停车处理结垢^必须采用循环软水做为载热介质与纯碱换热，循环软水的冷却用经二级过滤处理的海水进行，换热设备选用高效平板换热器，因软水构成封闭循环，除原始幵车外，系统几乎可以不补充软水，^加热蒸汽系统重灰煅烧炉要求采用1.3从？8蒸汽加热,大化公司蒸汽管网无此种压力等级的蒸汽，因此本设计选用硫酸车间废热锅炉产生的蒸汽〔2、专线节流供给。经煅烧炉后产生的蒸汽冷凝水，经闪发产生0、3^1？3蒸汽并入公司低压蒸汽管网，冷凝水部分用做工艺补充水，其余大部分送水汽车间软水站.2.2工艺流程闻述轻灰于新碱车间包装仓上部过筛(碱球返回轻灰煅烧炉、经埋刮板输送机送过马路后进入吊斗，吊斗将轻灰提升至22米高后，将其分成两个部分，一部分占总量的三分之一，直接用输送设备送入凉碱炉冷却，冷却后轻灰送入包装系统的轻灰仓，由半自动化包装生产线将其包装成轻灰成品。另一部分占总暈的三分之二，由埋刮板等输送机送至重灰制造系统进行水合反应和煅烧分解反应制成重灰。热重灰被送入凉减炉冷却，冷却后送入包装系统重灰仓，用半自动化包装的生产线将其包装成重灰产品，2^1.1轻灰凉碱流程西吊斗将轻灰提髙至22米后由吊斗下分配螺旋输送机分出三分之一轻灰|温度在第1期大化科技维普资讯匕沖丨//孤孤150〜180亡，用埋刮板输送机送入凉减炉内，在炉内与循环软水间接換热，使泡度降至60〜801出炉，出炉轻灰甩埋刮板输送机和东轻灰吊斗提升后，直接进入轻灰转筒筛，筛出减球经粉碎后，回筛循环处理，合格轻灰经仓上蟪旋机送入成品包装仓.2.2.2重灰及凉碱流程西吊斗将轻灰提高至22米后，由吊斗下分配嫘旋输送机分出三分之二轻灰用埋刮板^输送机送入轻灰缓冲仓，出仓轻灰经计量后丨加入回转式水合机中，同时与加入的工艺水进行水合反应，生成一水硪，一水减出水合机后用蠔旋输送机送入重灰煅烧炉，在炉内用1.31^1^蒸汽间接加热，一水碱脱水变为重灰，重灰出炉的温度为150〜1601，用斜埋刮机送入凉碱炉内，在炉内与循环软水间接换热，使温度降至60〜8010出炉，用埋刮扳机和东重灰吊斗将重灰送入重灰分级筛进行反复的粉碎过筛处理，分级筛分出的细粉尘，用埋刮板机，回轻灰缀冲仓，重新进行水合反应，分级筛分出的合格重灰，经仓上鏢旋输送机送入重灰成品仓，包装成为产品.重灰炉和水合机产生的尾气汇集于尾气总苷，用工艺水循环喷淋洗涤碱尘.经洗涤后的水气混合物一起进入冷凝塔的上部与海水间接错流換热，冷凝后的水汽混合物一起进入冷凝塔的下部与海水间接错流换热，冷凝后的不凝气体自塔顼排出，用引趿机排至大气。洗涤水和冷凝水落入塔的下部，用泵抽出做为工艺水,一部分送往尾气总苷，循环洗涤碱尘，另一部分送往水合机作为水合反应用水，为保工艺水的质量和不被碱尘饱和，定期将循环洗涤水部分地择放至碱液回收系统。开车时箱从软水管网一次性如入部分软水，而正常生产时，所需补充水，可用重灰煅烧炉加热蒸汽闪发后的冷凝水，利用自压加入到尾气冷凝塔，冷却后进入工艺水系统.蒸汽来自硫酸车间的废热锅炉蒸汽管网，压力为经节流减压处理后控制在1.3&送入重灰炉，出炉蒸汽冷凝水经闪发，产生0，3况？8蒸汽入低压蒸汽管网，其余冷凝水，一茚分送冷凝塔做工艺水，另一部分送往水气车间软水站4出凉碱炉的热软水进入板式換热器，经与二级过滤的海水间接换热后，用泵送往凉减炉循环使用。工艺流程框图1为：田23设计计算的基本条件年产30万吨重灰工程分为二期进行，第一期工程为20044普通重灰纯减凉减包装;第二期工程为1091(1/3优质重灰,本汁算仅对应于第一期工程，有关基本条件如下：(”生产规模生产规模为300匕4重灰，其中一期工程蟄通重灰2001^/8，凉减包装能力30041/8，二期工程100匕、重灰^表1为一期工程和生产规模的具体计算条件：表1能力工作8平均日产置平均时产4肤幘最大日产置最太时产置⑷⑴⑴⑷⑴⑴普通重灰20033060^25^12207抓30琯喊包装3的33090937^3720128045维普资讯大化科技1996年水臧03(之)产品品种68210—扣.详见表2：装置生产的重灰和轻灰质量符合0轻灰组组分⑶）：^82003卯.421^3010^5？620！0^002硫酸盐一其它汰078比热轻质纯碱和重质纯碱1.214^0一水碱1.1720/118‘X：海水(循环水）4.1861(1/118*00其它有关的其它计算参数，包括蒸汽压、粘度、导热系数等，在计算中加以说明，不再详细列出。采用符号计算中采用的所有符号，不做统一规定，计算中加以说明，札符含通常一般要求符号的.不做特徠说明。4物料和热量计算4.1木含机物料热置衡算1物料计算物料能量平衡条件（见图21排气卜101咖7*95X：轻坑碱3^/1水含机图(之)计算基准以每吨重灰产品为计算基准，一般情况下，每吨重灰产品的轻灰损失量不大于8沁，则每吨重灰产品所需轻灰量为：1000X1008^1008I-1.008I其中各组分量分别为：9942^1002~15匕/1005二5，041*^/1表2指标項目I类画优等品1类1优等品1类—等品画类1类3含悟品优等品14^I类―等品X1类会格曲X总嘁置《以X〜003计）^99~299~295.892.099圖18098.0氰化犄《以&0计）500，700~901.200^700.901.20抶^00410040圖0060.010^0040~0050^01硫醸盐《以504计）〉^030圓03~~~水不芾物含量XX040，04。1100~150^040.010^15烧失置^0.8^).901-001.300圖601-001.30堆集密度^85^).900~90一~~粒度180”111^75-070.065-060~070^065.01.19X11113^2.0~1类,特神工此用重興砷畋钠.2类，以一般工业盐及天然臧为原料的工业碾醵蚺^包括轻、重81两神.3类，以硫酸钠菹鹵水&为胰料联破法生一的工此睫酸钠^包括轻、重质两神，第1期9维普资讯匕沖丨//孤孤0000202其它00078=0.791*6/1〔3〉一水碱生成量计算因生成-味0转化率为100？^则有：乂々003十1^0^^8003。氏0+14110.171^/111001由反应方程式和分子量比可知：水合机反应后一水碱生成量为：1002.15乂1247106^1172，32反应所需加入水量62的计算因为？和1^0，在反应前后不发生变化，则水平衡有：反应加入水童二产品带出水暈十尾气带走水量产品带出水暈二反应所需水最+游离水量反应所需水暈为：1002-181*6/1游离水量：设游离水量为总产物童的88，则游离水童X为：父八1172’32十5，04十0，02+0，79+^1二0丨08父-対.20/0^92-102.39化八尾气带走水暈:忽略空气影响X尾气带走热量丨水的汽化热八反应加入水量6为：0-170.18+102.39十0八二27157+0/1：(丘）出水合机一水碱的物料计算1^3,00^^^0：1172.32々六^30：5.04匕八1^0”0.021^/1V氏0：102.394/1其它:0^751*6/1组成重量分率化取：91.5474^1*0；0.37971^:0310.0015^0；1.9958其它：0.0616(幻出水合机的尾汽量计算尾气带出水蒸汽量为査饱和水蒸汽表1二95口时，9：0饱和蒸汽压为46卜？1