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1、浅谈一水碱干燥炉的工艺设计杨斌李文汉(化工部大连化工研究设计院大连116023)(辽宁省石油化工规划设计院沈阳110003)摘要:通过对40kt/a重质纯碱装置工程设计中一水碱干燥过程的物料、热量衡算和设备计算,找到了在返碱量、蒸汽用量和加热面积等工艺参数方面与轻质纯碱生产中的重碱煅烧过程的差异。由此设计了适合一水碱特点的干燥炉,并已在生产中得到了应用。主题词:一水碱干燥炉工艺设计Na2CO3·NaHCO3·2H2O(s)+21.9kJ/mol其产物倍半碳酸钠在110℃开始分解出结晶水,最后成为轻质纯碱。按化学计量比可估算出当重碱游离水为15%时的理论返碱量:近年来,我国
2、的重质纯碱生产技术随着浮法玻璃生产线的引进而迅速发展,一些中小型重质纯碱生产装置亦相继建成投产。以轻质纯碱为原料的重质纯碱生产工艺在国内主要以固相水合法、改良固相水合法为主,也有少数厂家采用液相水合法。无论采用何种工艺路线,要想得到成品重质纯碱,都须经一水碱干燥这一工序。回转蒸汽炉由于亦适合于一水碱的干燥过程,且具有操作稳定,连续性强,生产弹性大,大中小规模皆宜之特点,故而被广泛应用于重质纯碱的生产。然而重质纯碱生产中的一水碱干燥与轻质纯碱生产中的重碱煅烧在反应机理上毕竟存在着质的差别,所以工艺参数的合理选择,设备能力的充分发挥,便是工程设计中应着重考虑的问题之一。下面针
3、对其工艺方面的设计谈几点看法和体会。2000×0115×106=883kg/t碱18×2为使游离水反应完全,需加入过量返碱,按经验一般控制混合碱中水含量≤8%,为此实际返碱量为:2000×(0115-0.08)=1750kg/t碱0.08二者相比返碱利用率为883≈50%1750同理,当重碱游离水为20%时,理论返碱量为1178kg/t碱,实际返碱量约3000kg/t碱,返碱利用率为39%。对于重质纯碱装置的一水碱干燥来说,入炉的一水碱来源通常有二种:一种为液相水合法或改良固相水合法中经离心机分离的低盐一水碱,游离水含量约5%;另一种则为固相水合法直接由水合机排出的普通一
4、水碱,游离水含量在10%左右。带有游离水的一水碱直接入炉,亦有引起干燥炉结疤的可能。于是仍需加入返碱使之成为结晶水,反应式为:H2O(l)+Na2CO3(s)=Na2CO3·H2O(s)-14.1kJ/mol反应产物一水碱恰为入炉原料组成,不会对干燥炉的操作道理影响。1一水碱干燥炉工艺参数的确定1.1返碱量众所周知,进入煅烧炉的重碱一般含有15%～20%的游离水。为避免炉头结疤,人们往往采取兑入返碱的措施使其转化为结晶水,反应式为:2H2O(l)+Na2CO3(s)+NaHCO3(s)=经验交流纯碱工业40由上式可推出理论返碱量m3=106·x·yη———返碱利用率。由此
5、式可看出,返碱的加入量与原料带入的游离水量成正比,只要原料中有游离水存在,不论高低,都必须加入返碱,否则将因结疤而缩短干燥炉的操作周期。至于前述8%的概念对于一水碱来说,没有实际意义。重碱煅烧与一水碱干燥的入炉参数比较如表1所示。返18(kg/t),根据前面对重碱煅烧返碱量的剖析,得出一水碱干燥过程中的实际返碱量m返=106xy1(kg/t)(1)η18式中:y———入炉一水碱原料总量,kg/t,x———入炉一水碱游离水含量,表1目为简化计算,方便操作,现将(1)式中的η参照重碱煅烧取为40%,做一物性曲线,见图1。必要时可随时查取。若混碱设备较好,返碱利用率较高η,取值
6、可相应提高,代入(1)式即可计算返碱量。即:Na2CO3·H2O(s)=Na2CO3(s)+H2O(l)14.1kJ/mol由进出干燥炉的总物料衡算可得到下式:+0.17mNaCO+m成品23y=1-0.927x其中:y———入干燥炉一水碱原料量,kg/t;mNaCO———重质纯碱成品中纯Na2CO3量,kg/t;23m成品———重质纯碱成品需要量,亦即(成品+损失),kg/t;x———一水碱原料游离水含量。以x=0.10,m成品=1010kg/t,mNaCO=231001192kg/t计,可算得入炉一水碱原料量为1300kg/t,由干燥过程热衡算可知,需外供热量920M
7、J/t。由于一水碱在108℃以上开始分解,汽源压力在113MPa(绝)即可。通常可利用重碱煅烧冷凝水的闪发汽:温度190℃,潜热图1一水碱干燥炉返碱量m返与原料游离水含量x关系3198215kJ/kg,此时蒸汽用量为:920×10=112加热蒸汽用量对于一水碱干燥,因加入返碱得到的产品也为一水碱,所以干燥炉中的反应也是单一的,1982.5464kg/t取热损失10%,则实际蒸汽用量约510kg/t。内项容原料游离水含量,%返碱入炉混合碱理论,kg/t实际,kg/t利用率,%总量,kg/t游离水含量,%重碱煅烧重碱煅烧一水碱干燥
