关于联碱生产中“α值”的再讨论.pdf

关于联碱生产中“值”的再讨论赵沁乐,田宏伟(重庆湘渝盐化有限责任公司,重庆 万州 4 0 4 0 0 0)摘要:对联碱生产中重要指标值的理论表达式和生产实际中使用的表达式,做了区分和辨析,简化了理论值的证明过程,并给出实际使用的2成立的范围。论证了两种表达方式适用的范围,并说明了实际使用值在指导生产中的优越性。关键词:联合生产;值;氨母液;母液;实际使用;优越性中图分类号:T Q 1 1 4.1 6 2 文献标识码:C 文章编号:1 0 0 5-8 3 7 0(2 0 2 3)0 3-0 6-0 3 联碱生产中值的定义为氨母液I中游离氨与总二氧化碳量的比值,表达式为:=F NH3C O2用于衡量母液吸氨后其中碳酸氢盐转化为碳酸盐的情况,直接影响氯化铵的结晶过程。值是联碱生产的三大指标之一,指导结晶工序氯化铵结晶正常生产方面,起到了重要作用。然而,目前常见的推导论证值的过程中存在概念的混淆,其推导结果,并不能直接证明实际生产中使用的值具有相同的范围;事实上,实际生产操作中是为了便于操作,规定了2。本文将简化对理论值的推导,并给出实际生产中2的条件和证明,辨析两者间的差异并试论证实际生产中使用后者的优势。表1 脱硝蒸汽用量及处理后尾气中N O x含量蒸汽,t/hNO x,m g/m3设计实际设计实际2.0 01.9 61.7 81.9 21.8 55 0.02 3.42 5.32 8.12 5.8从表1数据可知,碳化尾气经过S C R脱硝装置后,NO x含量已降至3 0 m g/m3以内,说明S C R脱硝装置对NO x的去除效果良好,达到了设计要求,满足尾气外排标准。脱硝装置运行期间,蒸汽消耗平均1.8 8 t/h,低于设计消耗2 t/h,年消耗3.2 M P a蒸汽约1.6万t。4 后续需要改进的问题1)蒸汽消耗高。考虑到尾气中含较高浓度的C O,下一步将考虑使用此部分C O催化氧化放热,用以替代蒸汽为脱硝供能;2)原尾气中携带部分C O2,加之以后C O催化又将产生部分C O2,届时外排尾气中将含有可观数量的C O2,下一步计划将此部分C O2充分利用,既节约资源,又减少温室气体的排放。S C R脱硝技术在氨碱尾气脱硝中使用,取得了较好的效果。但从其他行业转至纯碱行业当中应用出现了不少新问题,我们相信随着技术上的改进和使用经验的积累,会找到一种适合纯碱行业的脱碳脱硝耦合技术,实现氨碱尾气高效、绿色、经济脱硝。参考文献1 李红霞,薄雯,等.烟气脱硝技术研究进展J.现代化工,2 0 1 5,3 5(9):3 0-3 1.2 张金龙,辛志玲,张大全.湿法烟气脱硝技术研究进展J.上海电力,2 0 1 0,2 6(2):1 5 1-1 5 6.3 中国纯碱工业协会.纯碱工学.北京:化学工业出版社,1 9 9 0.收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 0作者简介:袁岩江,青岛大学应用化学专业,本科学历,工程师,现任山东海化股份有限公司纯碱厂技术部技改项目主管。6纯 碱 工 业1 理论值(T)的取值推导在母液I吸氨的过程中,发生的化学反应为:2 N a HC O3+2 NH3H2O=N a2C O3+NH4 2C O3+2 H2O设反应后N a HC O3的滴度为a,反应前一水合氨的滴度为b,反应中生成的N a2C O3的滴度为x,则反应前后的物料变化情况如表1。表1 母液吸氨反应物料变化(单位:t t)物料N a HC O3NH3H2ON a2C O3(NH4)2C O3反应前滴度a+2xb00反应后滴度ab-2xxx又由 纯碱工学 中的论述,值的理论推导公式为:T=F NH3+C O2C O2=1+F NH3C O2其中T为理论值,F NH3为向母液中加入氨的量(t t),即反应前一水合氨的滴度b,而非母液吸氨后的游离氨总量;C O2以HC O3-计,即反应前N a HC O3的含量a+2x。将上述值带入值的理论推导公式,得:T=1+ba+2x=1+1ab+2xb由于N a HC O3大 部分都被其 中的氨转化 为N a2C O3,因此在氨母液中的溶解度很小,可略去上述式中的a/b项:T=1+b2x根据质量守恒定律,参与反应的一水合氨(2x)不可能超过一水合氨总量(b),考虑到反应不能完全进行,则2x1T=1+b2x2由此完成对T(理论值)2的推导。该推导方式省略了不必要的通过平衡常数求解x的复杂数学过程,通过对质量守恒和反应平衡的理解快速完成论证。但必须强调的是,该推导过程中的F NH3和C O2含义均与实际生产中的含义不同,不能由理论值(T)的推导直接得出实际使用的值(R)也大于2的结论,更不能在证明过程中混淆两者的概念。2 实际生产中值的取值情况欲通过理论分析实际生产中的值取值,则需先对两者各项的含义进行辨析,其差异于下表中列出:表2 不同值含义辨析理论值(T)实际值(R)表达式T=F NH3+C O2C O2R=F NH3C O2F NH3的含义 向母液中加入氨的量氨母液中游离氨总量C O2的含义母液中N a HC O3的量母液中C O2总量由表2可见,两种值的每一项含义都不同,两者表达的含义也是不同的,不能将两者混为一谈。那么,多年工业生产中规定的2的范围不合理吗?也不尽然,下面将给出实际使用中R(实际值)2成立的条件,并证明在实际生产的条件下采用2的合理性。实际生产中的最小值可由实验获得的相图导出,但这种方法需要大量实验,也不能进行严格的证明。本文试图给出更为可靠的数学和物理化学证明,由于以下证明不单纯涉及单一的化学反应,故选取实际生产中的母液状态参数进行估算。现将所需数据列入下表:表3 母液状态参数和离子浓度表母液名称F NH3,t tC O2,t tHC O3-,t t当量E,m3/t母液3 2.6 01 9.4 01 0.2 39.3 2氨母液4 3.4 0*1 8.9 4*5.7 49.5 4*注:数据来源于王全 纯碱制造技术 第2.7章。*:已进行体积变化校正。设向母液I中通入氨的量为m(t t),将上述数据分别带入两个值,则对T(理论值)有:T=1+向母液I中通入氨量母液中HC O-3的量=1+m1 0.2 372 0 2 3年第3期 赵沁乐,等:关于联碱生产中“值”的再讨论对R(实际值)有:R=氨母液I中游离氨总量母液中C O2总量=母液中游离氨总量+向母液中通入氨量母液中C O2总量=3 2.6 0+m1 9.4 0已经证明T(理论值)满足T2,如要使R(实际值)一定大于2,则需RT,将值分别带入,可得:1+m1 0.2 33 2.6 0+m1 9.4 0m1 0.2 31 3.2 0+m1 9.4 0m1 4.7 3 t t以氨母液I的当量进行计算,则当向母液I中通入氨不多于9.5 41 4.7 31 72 0=1 1 9.4 5 k g/t时,能保证R2严格成立。工业实际生产中母液I的吸氨量由表3中数据估计为:GI=(F NH3 A I-F NH3 M I1 72 0EI=(4 3.4 0-3 2.6 0)1 72 09.3 2=8 5.5 6 k g/t可见,实际通入氨的量比计算出的最高值低不少,由于通入的氨量过大会造成氨损失,第一次吸氨是有限度的,它以NH4C l结晶时不伴随N a HC O3析出为度。在工业生产中通入的量并不会超过上述计算的最高值,因此在该范围内R2成立。3 实际生产中使用R的优势上述的两个值含义不同,其适合使用的场合也有所不同。T(理论值)的好处是其涉及的所有变量都可根据单一的化学方程式确定表达式,无需考虑母液I吸氨过程中的其他任何反应,有利于理论研究中做出合理的推导,而其推导值也确实与实际生产情况相符。但是,T(理论值)在实际生产中并不便于应用,主要问题在于母液I中N a HC O3难以准确分析测定:其含量受到其他三种盐(NH4HC O3、N a C l和NH4C l)溶解的影响以及出碱温度的影响,在高浓度的情况下所做的计算结果并不准确,在实际生产中花费大量人力物力得到一个不准确的值无疑是不经济的。而对R(实际值)而言,只需测定游离氨和C O2总量两个值,分析方法上可以通过简单的酸滴定法快速得出准确可靠的结果。若要进行理论推导,则必须联合多个反应求解,不利于推导得到简洁明了的结论;因而实际使用它时主要作为一个表观的计算值来指导生产,其化学含义可认为是将溶液中全部HC O3-转化为C O32-且使氨过量。虽然含义和适合使用的范围都有所不同,但两个值都是对母液吸氨效果的一种体现,其目的都是控制吸氨既能将溶解度低的碳酸氢盐转化为溶解度高的碳酸盐、又能尽可能将氨损失降低并提供适宜的操作环境。虽然实际使用中无需深究两者的区别,但长期将它们混为一谈也是不恰当的。从理论上进行论证有利于加深对联碱三大指标的认识,从而更好地指导生产。4 结 语联碱生产的值作为重要的生产参数和指标,却一直对其缺乏详细和深入的认知,在部分相关书籍和文章中混淆概念作出错误推导的现象也时有发生,或干脆只给出取值范围。本文尽力从理论角度给出较为严格的证明,并简化了此前的推导方法,说明了在实际生产中不使用理论推导值而使用看似概念不如前者清晰的值的合理性。只有提高理论和实践素养并将两者结合,才能更加有效地指导实际生产,特做此文,以供和大家技术交流沟通之用。参考文献1 杨汝森.再议联碱值J.纯碱工业,1 9 9 0(4):4 7-4 9.2 王全.纯碱制造技术M.北京:化学工业出版社,2 0 1 0.3 中昊(大连)化工研究设计院有限公司.纯碱工学(第3版)M.北京:化学工业出版社,2 0 1 4.收稿日期:2 0 2 2-0 3-2 0作者简介:赵沁乐(1 9 9 9),本科,毕业于北京大学化学与分子工程学院,现就职于湖南省轻工盐业集团旗下子公司重庆湘渝盐化有限责任公司。8纯 碱 工 业