碳化塔选型技术探讨

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1、碳化塔选型技术探讨来源:中国化工信息网2007年8月13日碳化工序是纯碱生产的心脏，而碳化塔又是碳化工序的关键设备。碳化塔选型一旦确定，直接影响到将来纯碱生产的各项指标的完成、消耗的高低、质量的优劣，甚至是投资的高低。对于一个纯碱厂来说，无论是新建还是扩产，碳化塔的选型是一个非常重要的决策。对碳化塔的性能认识，传统上往往重视的是碳化转化率的高低、碳酸氢钠结晶质量的好坏以及生产能力的大小。但实际上碳化塔的性能指标不仅是转化率，结晶质量和能力，还有更多的指标决定着碳化塔的性能，而这些指标又往往决定着转化率和

2、结晶质量，决定着生产能力的大小。因此，如何正确地评价碳化塔的性能，笔者从技术方面进行综合分析并提出了建议，以供制碱同仁参考。1碳化塔能力、转化率、结晶质量1.1碳化塔能力碳化塔的能力是碳化塔选型的第一要素。任何一个企业在进行新建或扩建时都希望用最少的碳化塔的台数、最少的碳化塔投资额达到产量的设计能力。随着碳化塔的大型化，其生产能力也相应提高，如Φ3000/3400异径菌帽碳化塔Φ2800/3000筛板碳化塔，这些大型碳化塔的能力都达到了300t/d产量，是近几年来新建和扩建纯碱厂首选的碳化塔。实践证明，

3、同样塔径的筛板塔和菌帽塔相比，筛板塔生产能力大10%-15%，塔板效率高于15%。尽管这两种塔型的能力都能达到300t/d，但是由于其塔的内部结构和塔径有着较大的差异，因此也导致在投资上有很大的差异。显然，由于筛板塔的塔板数量在吸收反应段比菌帽塔减少1倍，同时在塔径上的差异，筛板塔的投资要远远小于菌帽塔，有资料表明筛板塔的造价与菌帽塔相比可降低40%左右。从这个意义上讲，笔者认为单纯从能力的指标比较，应该是能力/单位投资额比较，而不是单纯的生产能力的比较，这是投资者往往容易忽略的问题。1.2碳化转化率转

4、化率是纯碱工作者非常重视的指标，在评价碳化塔及操作时，经常是把转化率当成最主要的工艺指标来评价。因为转化率是影响纯碱盐耗的重要工艺指标，转化率每降低1%，将造成15kg/t碱原盐消耗的升高。一个性能好的碳化塔，在其它工艺条件满足的情况下，转化率应该大于75%，甚至可达到76%。但是转化率并不是越高越好。对于碳化塔还有一项更重要的、近年来倍受制碱专家重视的指标，那就是结晶质量。1.3结晶质量结晶质量关系到后续工序的工艺指标及消耗指标的控制。如对滤过水分的影响、对滤过盐分的控制、对滤过洗水用量的影响、对滤过

5、损失的影响、对母液当量的影响、对蒸馏塔负荷的影响、对蒸馏用蒸汽消耗的影响、对煅烧炉能力的影响，对煅烧蒸汽消耗的影响，对纯碱的8项消耗中7项如盐耗、水耗、石灰石耗、煤耗、中压蒸汽消耗、低压蒸汽消耗、电耗都有着直接的影响，这就是为什么制碱专家更加重视碳化结晶质量的原因。碳化塔的结晶质量不是一个独立的工艺参数，是操作和其它外界工艺条件的综合反映。因此在比较各种不同结构的碳化塔时，应该是在相同的操作参数下比较。比如，相同的负荷能力、相同的控制温度和压力等操作参数、以及碳化率与结晶指标控制所造成的相互影响等等。在

6、实际操作控制中，碳化结晶与碳化转化率往往是相互矛盾与冲突的。比如在过于追求转化率时，为了满足高能力和高转化率，往往是以降低出碱温度，强化碳化塔冷却段的反应，以达到碳化转化率的提高，这是一个很大的误区，因为这容易造成碳化结晶质量的下降。碳化反应是一个放热反应，碳化反应应该最大限度地在冷却段以上的吸收反应段完成，而在冷却段仅仅是一个结晶成长过程，要杜绝二次晶核的析出是提高结晶质量的关键，如果在冷却段强化反应，势必造成结晶的析出速度大于结晶的增长速度，致使二次晶核析出。因此，出现结晶中粗、细颗粒不均，会给滤过

7、工序造成极差的影响。从上述观点分析，碳化塔的结构应该更注重满足碳化结晶质量的改善，其次是碳化转化率的提高。如吸收反应段的传质吸收效率、轴向返混问题，这是一个性能好的碳化塔应该解决的问题。筛板碳化塔在内部结构上比菌帽碳化塔更具有优势。2操作弹性碳化塔的操作弹性是一个重要的技术指标。由于碳化工序是纯碱制造过程中一个“心脏”工序，前后都有相关的工序与之关联，整个生产过程连续且相互影响，因此在纯碱生产的过程中难免会遇到生产的波动，这就要求碳化塔具备比较宽泛的操作弹性，以适用生产波动中的操作状态。2.1菌帽塔的操

8、作弹性在传统的碳化塔的设计中，为了保证比较宽泛的操作弹性，选用了菌帽塔板结构，不设溢流管，气液同道，称之为索尔维碳化塔。这种碳化塔在生产作业中，其中的塔内液面高度与塔的负荷和进气量有很大的关系，在每一圈的塔板上都会有气液分区，形成每块塔板的塔板效率。随着气体负荷的增加，塔板上的气相区会随之增高，而板上液面降低，这也反映了整个碳化塔的负荷状况，因为制碱塔的能力取决于进气量的大小。因此传统的索尔维碳化塔有比较大的操作弹性。2.2筛板塔的操作弹性