笠帽、冷却水管等处结疤垢较厚,传热不良,不利结晶。清洗塔则已清洗完毕,此时可相倒换使用,谓之“倒塔”。两塔塔顶尾气中含有少量氨及二氧化碳,经气液分离后,母液送往盐水车间供精制盐水用。 2.3.4重碱的过滤与煅烧
碳化塔取出的晶浆中含有悬浮的固相NaHCO3,大约有45~50%(体积),需用过滤的方法加以分离,所得重碱送往煅烧以制纯碱,母液送去蒸氨。过滤时,必须对滤饼洗涤,将重碱中残留的母液洗去,使纯碱中含有的氯化钠降到最低,洗水宜用软水,以免水中含有Ca2+,Mg2+形成沉淀而堵塞滤布。
人们通常将100份重量的重碱,经煅烧后所得的产品重量分数成为“烧成率”。烧成率的大小与重碱组成及水分含量有关。纯碳酸钠的烧成率为63%,而一般生产中重碱的烧成率约在50~60%左右。
碳化取出液与过滤母液之间,因加入了洗水而使母液体积略有增大。这种增大常以溶液中氯离子浓度的变化来表示,称为“率差”,一般约为3~5t。
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第三章 氨碱法碳化工段物料及热量衡算
3.1物料衡算
(1)数据见表3-1和表3-2以1t纯碱为基准
表3-1 物料衡算数据
物料 当量/m3 6.00 5.43 TCl /tt 89 98 FNH3 /tt 99 25 CNH3 /tt 2.5 77 CO2 /tt 25.8 37.6 密度 /(kg/L) 1.150 1.127 比热容/kcal(kg·℃)] 0.78 0.78 温度/℃ 38 30 名称 氨盐水 出碱液 表3-2 气体性质
名称 炉气 窑气 碳酸化尾气 CO2 / % 91 42 5 惰气/% 6 58 95 温度/℃ 35 45 50 压力/MPa 0.32 0.25 0.05 NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑ 2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O (2) 计算NaCl和NaHCO3量
氨盐水含NaCl=(89-2.5)×(58.45/20)×6=1517kg;
转化为NaHCO3的NaCl=1517×0.7577=1149.4kg(NaCl转化率为75.77%); 生成NaHCO3的量=1149.4×(84/58.5)=1650 kg=19.64kmol (3) 碳酸化尾气含NH3量
碳酸化尾气带走NH3占入口NH3的分率
=[氨盐水总NH4-出碱液总NH3×(氨盐水TCl-/出碱液TCl-)]/氨盐水总NH3
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=[101.5-102×(89/98)]/101.5=0.0874=8.74% (4) 碳酸化尾气含(NH4)2CO3量
氨盐水含自由氨量=99×(17/20)×6=504.9kg=29.7kmol 氨盐水碳酸化后的含氨量=29.7-2.661=27.039kmol
吸氨过程吸收的CO2量=25.8×(44/40)×6.0=170.28kg=3.87kmol
如果不计氨基甲酸铵的生成,假定溶液中的CO2全以(NH4)2CO3存在。则氨盐水中的(NH4)2CO3量为3.87kmol,以(NH4)2CO3存在的NH3=3.87×2=7.74kmol (5) 出碱液
出碱液含FNH3 25tt;CNH3 77tt;CO2 37.6tt 氨盐水中含CNH3 2.5tt 出碱液的碳酸化度
Rs=(2CNH3+CO2)/TNH3=[2×(77-2.5×98/89)+37.6]/101.5-2.5×98/89=187.4% 出碱液中CO2为37.6tt,FNH3为25tt,设(NH4)2CO3为Xtt,NH4HCO3为Ytt, 则 X+Y=25(氨衡算) X+2Y=37.6(CO2衡算) 解此方程式,得
(NH4)2CO3为13.4tt,NH4HCO3为11.6tt。
即出碱液中(NH4)2CO3量=13.4×(96/40)×5.45=175.2kg=1.826kmol NH4HCO3量=11.6×(79/20)×5.45=249.72kg=3.161kmol (6) 吸收CO2量
氨盐水碳酸化后含NH3量=27.039kmol(存在于溶液和固相中)
但出碱液一部分NH3以(NH4)2CO3形式存在,并未被碳酸化,故吸收CO2量为 27.039-1.826=25.213kmol (7) 气量计算
进入碳酸化塔的CO2气有炉气和窑气
炉气(干基)含CO294%,空气6%,进塔温度35℃,饱和水蒸气分压P'H2O=43mmHg=5.72kPa
炉气全部以下段气进塔,压力为0.42Mpa(绝压)=3192mmHg(绝压) 实际炉气成分:
H2O=(P'H2O/P)×100=(43/3192)×100%=1.35%
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CO2=[94/(100+1.35)×100%=92.73% 空气=[6/(100+1.35)]×100%=5.92%
窑气(干基)含CO242%,N2 58%,进塔温度45℃,饱和水蒸气分压P'H2O=72mmHg,中段气压力=0.35MPa(绝压)=2660mmHg 故实际窑气成分:
H2O= (P'H2O/P)×100=(72/2660)×100%=2.7% CO2=42/(100+2.7)]×100%=40.9% N2=[58/(100+2.7)]×100%=56.5% (8) 炉气量 以重碱分解的CO2
重碱成分 H2O 20%;NH4HCO3 4%;Na2CO3 5.9%;NaCl 0.3%;NaHCO3 69.8%;烧成率50.2%;当量2033kg;损失2%
2 NaHCO3(g)=NaCO3(g)+CO2(g)+H2O(g) CO2生成量=1000/[(1-0.02)×0.502]×0.698×44/168=371.6kg NH4HCO3(s)=H2O(g)+CO2(g)+NH3(g) CO2生成量=1000/[(1-0.02)×0.502]×0.04×44/79=45.3kg 合计CO2生成量为416.9kg。
冷母液预分解CO2量:冷母液CO2 34tt;TCl- 92tt;热母液CO2 20tt;TCl- 84tt
氨盐水TCl- 89.5tt;当量 6m3/t
E冷母液=6×89.5/92=5.837m3/t E热母液=6×89.5/84=6.393m3/t
母液预分解进入炉气的CO2量=(44/40)×(5.837×34-6.393×20)=77.7kg 总共生成CO2量:416.9+77.7=496.6kg 损失CO2量
重碱煅烧损失 15.0kg(生产经验与统计数据)
炉气冷凝液移走(44/40)×100×0.2=22kg(其中CO2 100tt;当量0.2m3/t) 溶解于重碱过滤洗水中的CO2量(44/40)×7××0.7=8.39kg(其中CO27tt。当量0.7m3/t) 下段气冷却塔溶解损失5.0kg(技术查定) 合计损失CO2量=15-22+5.39+47.39kg
进入碳酸化的CO2=494.6-47.39=447.2kg=10.164kmol=22.7Nm3
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炉气中的空气=10.164×(5.29/92.73)=0.649kmol=14.5m3 炉气中的H2O=10.164×(1.35/92.73)=0.148kmol=3.3m3
进入碳酸化的炉气总量=10.164+0.649+0.148=10.96kmol=482.3kg=245.5m3 (9) 窑气量
设V=进塔要其总量,kmol W=尾气总量,kmol 窑气中CO2量:0.109V kmol N2量:0.565V kmol H2O量:0.027 V kmol
而尾气CO25%,N295%,故尾气(干基)中 CO2量:0.05W kmol N2量:0.95W kmol
做碳酸化塔的CO2衡算及惰性气体衡算得 10.164+0.409V=25.213+0.05W 0.649+0.565V=0.95W
解得:窑气量V=34.695kmol 尾气总量W=22.896kmol
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