纯碱厂蒸吸工段设计Word文档格式.docx

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盐水精制后，与来自蒸氨工序的氨气反应，制成氨盐水，其主要反应过程如下：

NH3（g）+H2O（l）—NH4OH（Aq）+34748J/mol

CO2（g）+H2O（l）—H2CO3（Aq）+20152J/mol

NH4OH（Aq）+H2CO3（Aq）—（NH4）2CO3（Aq）+2H2O（l）+73836J/mol

伊朗20万吨/年纯碱工程，吸氨工序工艺流程简述如下：

来自碳化工段和吸收净氨塔的淡氨盐水进入吸氨塔上部，与塔下部上来的气体逆流接触，吸收其中的氨和二氧化碳。

塔的中部有8节水箱，用循环冷却水进行冷却，使底圈温度维持在70℃以下，控制氨盐水含Cl-89～91滴度，FNH3100～104滴度，氨盐比～。

由吸收塔底部出来的氨盐水经氨盐水桶，用热氨盐水泵送到氨盐水冷却器，冷却到40℃后回到吸收塔底部氨盐水贮桶段，再由氨盐水泵送到碳化工段。

蒸馏来的62℃氨气和来自液氨贮槽的液氨进入吸收塔底圈，自下而上经吸收和洗涤后从塔顶流出进入吸收净氨塔底部，与塔上流下来的洗水（精盐水）

接触，进一步吸收气体中的氨气和二氧化碳，洗涤后的气体经真空泵排入压缩工段炉气总管。

淡氨盐水进吸氨塔。

吸氨操作在真空条件下进行（氨气入口允许正压40mmHg）。

为避免氨的挥发损失，氨盐水桶、热母液桶等均接有真空管，与吸氨塔相连，使之保持微负压。

为了保证纯碱产品的色泽及减轻塔壁、贮槽及管道的内壁腐蚀，在吸收塔底部补充硫化钠溶液，维持氨盐水含S=在～滴度之间。

固体硫化钠在硫化钠溶解槽配成水溶液，经硫化钠溶液泵送到硫化钠高位槽，然后进入吸氨塔。

二、蒸氨

蒸氨过程主要分两步：

第一步，直接加热蒸出母液中的游离氨（（NH4）2CO3和NH4OH）及CO2；

这一过程在蒸馏塔预热段进行，其主要反应有：

（NH4）2CO3（l）—2NH3（g）↑+CO2（g）↑+H2O（l）

NH4HCO3（l）—NH3（g）↑＋H2O（g）↑＋CO2（g）↑

第二步，预热母液在预灰桶中与石灰乳进行化学反应，分解固定氨（NH4Cl

和（NH4）2SO4），然后进入蒸馏塔蒸馏段进行蒸馏，其主要反应有：

2NH4Cl（l）+Ca（OH2）（l）—2NH3（g）+CaC2l（l）+2H2O（l）

（NH4）2SO4（l）+Ca（OH2）（l）—2NH3（g）+CaSO4（s）+2H2O（l）

CO2（l）+Ca（OH2）（l）—CaCO3（s）+2H2O（l）

Na2SO4（l）+CaCl2（l）—CaSO4（s）+2NaCl（l）

伊朗20万吨/年纯碱工程，蒸馏工序工艺流程简述如下：

由煅烧工段送来的热母液、炉气冷凝液和蒸馏冷凝液经热母液桶，用热母液泵送入蒸馏塔预热段顶部，与蒸馏段顶部上升的气体进行传质和热交换，蒸出母液中大部分CO2和游离氨，预热母液则从预热段下部流入预灰桶底部。

由石灰工段送来的石灰乳经石灰乳分配头进入预灰桶底部，与预热母液混合。

经搅拌、反应后所产生的气体进入蒸馏塔预热段底部空圈。

反应后的调和液从预灰桶上部溢流至蒸馏塔蒸馏段上部，而预灰桶底排放的含砂液也进入蒸馏段。

调和液与塔底部通入的低压蒸汽逆流接触，逐渐蒸出调和液中的NH3和CO2，使到达塔底的调和液中含氨量低于滴度后作为废液从塔底排出。

废液经排气罩进入废液沟，流入排渣场。

蒸馏塔顶出来的气体，进氨气冷凝冷却器，分别与碳化工段来的冷母液和冷却水换热，进行冷凝冷却。

出冷凝冷却器的62℃气液混合物，进入氨气分离器，进行气液分离，分离出来的气体送入吸氨塔。

氨气分离器分离出来的冷凝液，一部分自流进热母液桶，另一部分由冷凝液泵送到蒸馏塔精馏段顶部，与预热段上升的气体接触，以降低气体温度，提高气体浓度，然后流入预热段液体分布器内。

冷母液经氨气冷凝冷却器换热为温母液，去轻灰煅烧工段。

循环水经氨气冷凝冷却器换热后，部分去石灰工段和盐水工段用于化灰、化盐，另一部分回循环水系统。

（二）设备布置

一、平面布置

伊朗20万吨/年纯碱工程蒸吸工段平面布置遵循化工工程设备布置的一般原则，吸收了国内几大纯碱厂平面布置的优点，总体布置简洁紧凑、整齐美观。

各主要设备均顺流程布置，蒸馏塔、吸收塔并排布置在钢筋混凝土主框架内，罐区位于主框架北面，中间以蒸吸内管廊相联系，而蒸吸内管廊又经过碳化内管廊与碳化工段及外管廊相联，实现与全厂各工段的物流交换。

同类设备如泵等适当集中布置，充分考虑安全通道、操作维修空间以及设备安装方案和生产运输要求等。

分析化验室、控制室和配电室等均布置在主框架内，以方便分析取样、节省土建投资，这一点与国内几大纯碱厂有所不同。

泡罩蒸馏塔需要定期（一般间隔30~60天）进行清疤，且清疤工作量大，为此我们设计了清疤通道，以改善蒸馏塔周围的操作环境。

同时，考虑到蒸馏段由于清疤操作造成的对楼板的腐蚀严重，我们在充分考虑设备安装的基础上将蒸馏塔在EL+和EL+楼板上的留洞设计成依塔的外形紧凑开孔，而不采用开大孔然后加活动梁、盖钢板的形式。

二、垂直布置蒸馏塔和吸氨塔高度决定着主框架高度，预灰桶、氨气分离器、氨盐水桶等设备的布置决定着各楼层的高度，以及主要管道的标高和管廊的高度。

蒸馏塔预热母液出口高度必须高于预灰桶调和液出口高度，才能保证预热母液自流进入预灰桶、调和液自流进入蒸馏塔加热蒸馏段；

但是，预灰桶高度不能过低，否则其排气排砂将受到影响；

因此，在考虑预灰桶安装的基础上，我们将其安装在EL+楼板上，保证其上部出沫高度和抽搅拌轴空间。

根据预灰桶的安装高度，我们将石灰乳分配头安装在EL+楼层上，以保证石灰乳能从分配头自流进入预灰桶。

这样，蒸馏设备的垂直布置就符合工艺要求了。

吸氨塔氨气进口温度和压力对其负压吸氨操作影响很大。

吸氨塔进气温度60~65℃、压力-40~+40mmHg，而蒸馏塔顶出气温度65~80℃、压力<

60mmHg，其间允许最大阻力降为<

100mmHg；

而氨气冷凝器阻力降为，还有氨气分离器阻力降（约10~20mmHg）和管道阻力降，因此，设备布置和管道布置时尽量减小阻力降。

设备布置上，我们将氨气冷凝器、氨气分离器顺流程分别布置在EL+和

EL+楼层上，避免增加阻力降

（三）管道布置

蒸吸管线是纯碱工艺中最复杂的管系，进行管道布置时主要有以下几方面

的问题值得重视和研究：

一、设备管口方位

设备管口方位与管道布置紧密相关。

蒸吸工段设备类型多，包括塔类（蒸馏塔、吸氨塔、吸收净氨塔）、反应

器类（预灰桶）、泵类（真空泵、离心泵）、容器类（常压贮罐、液氨贮罐、

盐酸贮罐、氨盐水澄清桶）、换热器类（钛板换热器），其中蒸馏塔、吸氨塔为铸铁设备，其它多为碳钢设备；

蒸馏塔、吸氨塔、预灰桶等主要设备由我方设计并供货，根据合同订货期，需要提前确定设备管口方位。

一般在确定设备布置的基础上，进行设备管口方位布置，应详细了解工艺要求和设备内部结构，使其开口方位满足工艺要求并便于操作与维修，同时，还应考虑与管口连接管道的走向布置。

本装置蒸馏塔和吸氨塔均布置在主框架内，考虑管口方位时没有操作与维修平台的设置问题，仅蒸馏塔顶放空设置操作及检修用直爬梯。

因此，蒸馏塔与吸氨塔的管口方位主要决定于塔的内部结构、工艺要求和相关管线的走向布置。

蒸馏塔精馏段和加热蒸馏段均为泡罩塔，预热段为填料塔。

精馏段和蒸馏段进出塔物料接口和检测仪表接口较多，但由于采用单泡罩外溢流泡罩塔，其管口方位关键取决于相关管线的走向布置。

预热段没有物料进出接口，仅在考虑人孔布置方位时注意填料装卸口的方位，要便于填料装卸。

因此蒸馏塔的管口方位在综合考虑操作面与管道走向之后就能基本确定。

吸氨塔也是单泡罩外溢流式泡罩塔，管口方位在综合考虑操作面和相关管道走向布置的基础上就可确定。

需要注意的是吸收塔底部的硫化钠进口与氨盐水出口间应有60~180°

夹角（最好180°

），保证硫化钠充分反应：

Na2S（l）+2NH4Cl（l）—H2S（g）+2NH3（g）+2NaCl（l）

预灰桶管口方位应考虑物料进出口的相互关系（如图一），避免物料出现进出短路，保证物料停留时间（一般30~40min），使其进行充分的物化反应。

预灰桶调和液出口管线为500×

400方管，应尽量减少水平弯，使其与蒸馏塔入

口正对。

二、自流管线为了减少能耗，对于操作压力相近的设备间的物流管线采取自流方式。

本工段主要自流管线有：

（1）调和液管线；

（2）预热母液管线；

（3）灰乳管线（分配头→蒸馏塔、石灰工段）；

（4）氨盐水管线（吸收塔→氨盐水桶）；

（5）弱氨盐水管线（吸收净氨塔→吸收塔）。

为保证自流管线能正常输送物料，相应设备进出口间必须有足够高差，管道布置应避免“液袋”和“气袋”的出现。

如调和液管线，预灰桶调和液出口与蒸馏塔调和液入口间高差为，配管时尽可能缩短水平管段长度，采用斜坡管使物料以较快的流速顺利输送。

其配管如图

（二）所示：

氨盐水管线从吸收塔出口标高EL+接到氨盐水澄清桶进口标高EL+，看似能保证氨盐水自流要求，但由于氨盐水澄清桶进口方向向上，管道必须抬高，这样配管对氨盐水自流不利，如图（a）所示：

经研究将氨盐水澄清桶进口方向改为侧向，应避免了“液袋”，满足了氨盐水自流要求，如图（b）所示：

三、石灰乳管线石灰乳进蒸吸工段预灰桶，除去预热母液中的固定氨。

石灰乳自石灰工段用泵经外管廊输送至蒸吸工段灰乳分配头，然后自流进入预灰桶。

灰乳分配头

布置在EL+楼层上，与预灰桶调和液出口高差为，是本工段灰乳系统的最高点。

由于石灰乳为固液两相流，含砂较多、粘度较大，对输送管线的布置有着特别的要求。

对于灰乳分配头进料管线，由于是由泵加压输送的，配管只需避免“液袋”和“气袋”，逐步抬升物料并保持顺流向上一定的坡度（i≥）。

而对于由

灰乳分配头进预灰桶和向石灰工段的回流管线，不仅要避免“液袋”和“气袋”的出现，并保持顺流向下一定的坡度（i≥）；

而且经过对国内几家大的纯碱厂调研表明，灰乳分配头下游分支管线的防堵问题非常重要，为此我们将所有水平管起点处弯头设计为5D90°

BEND，以解决断灰时该部位的灰乳沉积堵塞问题。

同时，为了方便检修，灰乳管线管件和较长管段均设计拆卸法兰。

根据我们的调研，由于灰乳夹杂大量固体沙粒，灰乳调节阀出口处的异径管极易磨损而造成大量灰乳泄漏，影响生产，污染工作区环境。

根据国内碱厂（参考文献<

3>

）蒸馏工段的生产经验，一个铸铁异径管仅可使用50~70天，而经过改造其检修期可延长一倍，而异径管受冲刷磨损情况大为改观（一般可用一年以上）。

借鉴其经验，我们的设计如图（三）所视。

1、DN100灰乳管；

2、DN100浆液阀；

3、灰乳调节阀；

4、DN150灰乳管

5、DN150×

100CONCREDUCER

（150#FLGAbrasion-resistHighMnType（Mn13）T=14mm）

A、易泄漏点

四、蒸氨废液管线

蒸馏废液管线主要要解决两个问题：

一是液封问题，二是清疤问题。

用于蒸氨的低压蒸汽（（G），143~113℃）自蒸馏塔底圈进塔，蒸馏废液自底

圈排入排气罩。

为使废液连续排出且不至增加蒸馏塔底圈压力必须进行废液液封，液封高度应稍低于底圈最低压头。

同时为防止蒸汽经废液管线溢出，必须采取废液封汽措施，一般液封高度应稍大于蒸馏塔底圈最高压头。

伊朗20万吨/年纯碱工程蒸馏塔底圈最低压头为250毫米汞柱，最高压力为400毫米汞柱。

故废液管线

液封高度为h=250×

1017=（m）

封汽高度为H=400×

液封与封汽设计如图（四）所示：

如果蒸氨废液液封不好，就会造成废液排出不畅、底圈压力增加或废液排出压头较大，或引起蒸汽泄漏，其中后两种情况下，废液夹带砂粒或蒸汽高速排出，将对排液口处弯头产生严重冲刷磨损，不仅造成能耗上升，还严重影响正常生产。

正常生产时，废液管线会有结疤现象，必须定期进行清理。

伊朗纯碱蒸氨废液管线为承插焊形式的网孔钢管骨架增强复合塑料管道，配管设计上必须考虑其整体拆卸问题，为此我们从设计上增加拆卸法兰，保证每个弯头均能分别拆卸下来进行清疤。

五、砂液管线

灰乳夹带砂粒等不溶物在预灰桶底部沉降下来，并经砂液管线排入蒸馏塔的加热蒸馏段，最后经蒸氨废液排出

砂液管线布置同样需要解决防堵和结疤的问题。

所以配管设计增加了拆卸法兰，并精心调整预灰桶排砂口与蒸馏塔砂液入口之间的相对角度，使管道避免90°

弯头连接，保持平滑走向。

六、气相管线

NH3在精盐水溶解度大、吸收速度快，负压吸氨也不妨碍氨盐水的NH3浓度。

故此，为了有利蒸馏塔内NH3和CO2的蒸馏，节约蒸汽用量，吸氨过程设计为负压操作，通过真空泵维持吸氨系统一定的真空度，从而也降低蒸氨操作压力，使蒸氨维持在微正压操作。

实际生产中，由于结疤的缘故，使气相管线和氨气冷凝器（钛板换热器）等设备的阻力降增加（致使真空泵负荷增加，蒸馏蒸汽用量增大，生产成本上升），当阻力降大到真空泵无法维持负压吸氨、生产成本过高时，就应该停塔进行清疤。

气相管线配管设计上应该尽量避免出“气袋”，少拐弯，从而减少管道的阻力降，同时还应考虑使管道便于清疤，为此，对于氨气冷凝液管线，我们设计了端部拆卸盲法兰，方便清理。

七、浆液阀

纯碱生产工艺上浆液、污水、粉尘类介质较多，如石灰乳、盐泥、废液、母液等，选用浆液阀作为截流装置较为普遍。

浆液阀采用对夹式结构，体积小，重量轻，完全直通的通道，可有效防止介质在阀内沉积。

浆液阀有长短螺栓之分，长螺栓紧固两侧法兰夹紧阀体，短螺栓则将一侧法兰直接与阀体把紧；

因此，安装时必须考虑短螺栓的安装空间，不宜将浆液阀与设备管口直联，应考虑设计直管段。

同时，需注意材料表中容易漏掉短螺栓。

（四）讨论具有一百五十年历史的索尔维制碱法，其工艺已经非常成熟了，很难有逾越性的发展和进步。

但是，基于成熟工艺的工程化设计要取得成功，使纯碱生产达到各项经济技术指标，尤其是自动化控制、节能和环保等项指标，还是有许多可以改进的地方。

近几年，国际尤其是广大发展中国家纯碱市场看好，而这个市场对同样是发展中国家的中国情有独钟。

为了占有这个市场，作为国内具有相当实力的工程公司——TCC必须在深入研究如何争取市场的同时，深入研究如何提高工程化设计的水平。

近年来，我先后参加了伊朗10万吨/年纯碱工程的工艺设计和伊朗

20万吨/年纯碱工程的管道设计，在此我想谈几点初浅认识

一、布置一体化

伊朗20万吨/年纯碱工程在布置上沿袭了国内老碱厂的经验和习惯：

每个工序自成体系，全厂分割成几大块。

从经济的角度来考虑，这样的布置是有待改进的。

其一，工序间距离远（如盐水工序与碳化工序、蒸吸工序），必然需要较多而大的中间贮罐和较长而宽的外管廊。

其二，随着工业自动化技术的迅速发展，纯碱工业自动化控制水平也迅速提高，DCS系统不仅成为国内新碱厂的基本配置，也是国内大化、天碱这样的老碱厂改扩建的配置要求；

而每个工序自成体系、全厂分割成几大块的布置形式不利于现代化的管理和DCS的实现。

荷兰等国家则打破工序分割的框框，根据工艺流程形成一体化布置，取得的经济效益相当可观。

我想在今后的纯碱项目上尤其是EPC项目，我们可以借鉴其经验。

二、腐蚀问题

伊朗20万吨/年纯碱工程采用网孔钢管骨架增强复合塑料管材和玻璃钢管材取代传统的铸铁管材，毫无疑问将大大有利于解决长期困扰纯碱生产的管道腐蚀问题。

但其实际效果有待生产实践的检验，纯碱生产长期处于较高温度条件下（≥93℃）运行，非金属管材的抗老化性能也将是很重要的考察指标。

而目前网孔钢管骨架增强复合塑料管材的制造工艺复杂、成本较高，对EPC项目来

说应综合考虑技术经济指标。

三、清疤问题

伊朗20万吨/年纯碱工程采用正压蒸馏，且原盐中硫酸根含量高，因而蒸馏塔、预灰桶、调和液管线、砂液管线的清疤问题设计上必须考虑。

其一，要保证操作空间、方便清理疤垢；

其二，管线上增加清理手孔、盲法兰和拆卸法兰，方便管线的清理和拆卸。

要缓解结疤问题，除了提高原盐和石灰矿的品质、提高盐水和石灰乳的质量外，采用负压蒸馏、降低硫酸钙的过饱和度是工艺上有效的解决方案（但须综合考虑设备投资、节约能源与生产运行经济效益等问题）。

参考资料：

1）纯碱工学中国纯碱化学工业协会第一版

2）伊朗KAVEH纯碱化学工业公司20万吨/年纯碱工程基础设计中国天辰化学工程公司

2000年第4期）

3）蒸馏系统技术改造总结王玉昌唐山三友集团有限公司（《纯碱工业》