碳化塔選型技術(shù)探討

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1、碳化塔選型技術(shù)探討來源:中國化工信息網(wǎng)2007年8月13日碳化工序是純堿生產(chǎn)的心臟，而碳化塔又是碳化工序的關(guān)鍵設(shè)備。碳化塔選型一旦確定，直接影響到將來純堿生產(chǎn)的各項指標(biāo)的完成、消耗的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣，甚至是投資的高低。對于一個純堿廠來說，無論是新建還是擴(kuò)產(chǎn)，碳化塔的選型是一個非常重要的決策。對碳化塔的性能認(rèn)識，傳統(tǒng)上往往重視的是碳化轉(zhuǎn)化率的高低、碳酸氫鈉結(jié)晶質(zhì)量的好壞以及生產(chǎn)能力的大小。但實際上碳化塔的性能指標(biāo)不僅是轉(zhuǎn)化率，結(jié)晶質(zhì)量和能力，還有更多的指標(biāo)決定著碳化塔的性能，而這些指標(biāo)又往往決定著轉(zhuǎn)化率和結(jié)晶質(zhì)量，決定著生產(chǎn)能力的大小。因此，如何正確地評價碳化塔的性能，筆者從技術(shù)方面進(jìn)行綜

2、合分析并提出了建議，以供制堿同仁參考。1碳化塔能力、轉(zhuǎn)化率、結(jié)晶質(zhì)量1.1碳化塔能力碳化塔的能力是碳化塔選型的第一要素。任何一個企業(yè)在進(jìn)行新建或擴(kuò)建時都希望用最少的碳化塔的臺數(shù)、最少的碳化塔投資額達(dá)到產(chǎn)量的設(shè)計能力。隨著碳化塔的大型化，其生產(chǎn)能力也相應(yīng)提高，如Φ3000/3400異徑菌帽碳化塔Φ2800/3000篩板碳化塔，這些大型碳化塔的能力都達(dá)到了300t/d產(chǎn)量，是近幾年來新建和擴(kuò)建純堿廠首選的碳化塔。實踐證明，同樣塔徑的篩板塔和菌帽塔相比，篩板塔生產(chǎn)能力大10%-15%，塔板效率高于15%。盡管這兩種塔型的能力都能達(dá)到300t/d，但是由于其塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和塔徑有著較大的差異，因此

3、也導(dǎo)致在投資上有很大的差異。顯然，由于篩板塔的塔板數(shù)量在吸收反應(yīng)段比菌帽塔減少1倍，同時在塔徑上的差異，篩板塔的投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于菌帽塔，有資料表明篩板塔的造價與菌帽塔相比可降低40%左右。從這個意義上講，筆者認(rèn)為單純從能力的指標(biāo)比較，應(yīng)該是能力/單位投資額比較，而不是單純的生產(chǎn)能力的比較，這是投資者往往容易忽略的問題。1.2碳化轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是純堿工作者非常重視的指標(biāo)，在評價碳化塔及操作時，經(jīng)常是把轉(zhuǎn)化率當(dāng)成最主要的工藝指標(biāo)來評價。因為轉(zhuǎn)化率是影響純堿鹽耗的重要工藝指標(biāo)，轉(zhuǎn)化率每降低1%，將造成15kg/t堿原鹽消耗的升高。一個性能好的碳化塔，在其它工藝條件滿足的情況下，轉(zhuǎn)化率應(yīng)該大于75%

4、，甚至可達(dá)到76%。但是轉(zhuǎn)化率并不是越高越好。對于碳化塔還有一項更重要的、近年來倍受制堿專家重視的指標(biāo)，那就是結(jié)晶質(zhì)量。1.3結(jié)晶質(zhì)量結(jié)晶質(zhì)量關(guān)系到后續(xù)工序的工藝指標(biāo)及消耗指標(biāo)的控制。如對濾過水分的影響、對濾過鹽分的控制、對濾過洗水用量的影響、對濾過損失的影響、對母液當(dāng)量的影響、對蒸餾塔負(fù)荷的影響、對蒸餾用蒸汽消耗的影響、對煅燒爐能力的影響，對煅燒蒸汽消耗的影響，對純堿的8項消耗中7項如鹽耗、水耗、石灰石耗、煤耗、中壓蒸汽消耗、低壓蒸汽消耗、電耗都有著直接的影響，這就是為什么制堿專家更加重視碳化結(jié)晶質(zhì)量的原因。碳化塔的結(jié)晶質(zhì)量不是一個獨立的工藝參數(shù)，是操作和其它外界工藝條件的綜合反映。因

5、此在比較各種不同結(jié)構(gòu)的碳化塔時，應(yīng)該是在相同的操作參數(shù)下比較。比如，相同的負(fù)荷能力、相同的控制溫度和壓力等操作參數(shù)、以及碳化率與結(jié)晶指標(biāo)控制所造成的相互影響等等。在實際操作控制中，碳化結(jié)晶與碳化轉(zhuǎn)化率往往是相互矛盾與沖突的。比如在過于追求轉(zhuǎn)化率時，為了滿足高能力和高轉(zhuǎn)化率，往往是以降低出堿溫度，強(qiáng)化碳化塔冷卻段的反應(yīng)，以達(dá)到碳化轉(zhuǎn)化率的提高，這是一個很大的誤區(qū)，因為這容易造成碳化結(jié)晶質(zhì)量的下降。碳化反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，碳化反應(yīng)應(yīng)該最大限度地在冷卻段以上的吸收反應(yīng)段完成，而在冷卻段僅僅是一個結(jié)晶成長過程，要杜絕二次晶核的析出是提高結(jié)晶質(zhì)量的關(guān)鍵，如果在冷卻段強(qiáng)化反應(yīng)，勢必造成結(jié)晶的析出速度

6、大于結(jié)晶的增長速度，致使二次晶核析出。因此，出現(xiàn)結(jié)晶中粗、細(xì)顆粒不均，會給濾過工序造成極差的影響。從上述觀點分析，碳化塔的結(jié)構(gòu)應(yīng)該更注重滿足碳化結(jié)晶質(zhì)量的改善，其次是碳化轉(zhuǎn)化率的提高。如吸收反應(yīng)段的傳質(zhì)吸收效率、軸向返混問題，這是一個性能好的碳化塔應(yīng)該解決的問題。篩板碳化塔在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上比菌帽碳化塔更具有優(yōu)勢。2操作彈性碳化塔的操作彈性是一個重要的技術(shù)指標(biāo)。由于碳化工序是純堿制造過程中一個“心臟”工序，前后都有相關(guān)的工序與之關(guān)聯(lián)，整個生產(chǎn)過程連續(xù)且相互影響，因此在純堿生產(chǎn)的過程中難免會遇到生產(chǎn)的波動，這就要求碳化塔具備比較寬泛的操作彈性，以適用生產(chǎn)波動中的操作狀態(tài)。2.1菌帽塔的操作彈性在

7、傳統(tǒng)的碳化塔的設(shè)計中，為了保證比較寬泛的操作彈性，選用了菌帽塔板結(jié)構(gòu)，不設(shè)溢流管，氣液同道，稱之為索爾維碳化塔。這種碳化塔在生產(chǎn)作業(yè)中，其中的塔內(nèi)液面高度與塔的負(fù)荷和進(jìn)氣量有很大的關(guān)系，在每一圈的塔板上都會有氣液分區(qū)，形成每塊塔板的塔板效率。隨著氣體負(fù)荷的增加，塔板上的氣相區(qū)會隨之增高，而板上液面降低，這也反映了整個碳化塔的負(fù)荷狀況，因為制堿塔的能力取決于進(jìn)氣量的大小。因此傳統(tǒng)的索爾維碳化塔有比較大的操作彈性。2.2篩板塔的操作彈性