设计（论文）题目

年产五万吨纯碱工艺设计

设计（论文）题目来源

生产实际

设计（论文）题目类型

工程设计

起止时间

2014年11月－2015年6月

一、设计（论文）的研究背景及意义：

纯碱外观为白色粉末或细粒结晶，味涩。相对密度(25℃) 2.532。熔点851℃。比热容1.042J/(g·℃）（20℃）。易溶于水，在35.4℃其溶解度最大，每100g水中可溶解49.7g碳酸钠（0℃时为7.0g，100℃为45.5g）。微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。其水溶液水解呈碱性，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。高温下可分解，生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳生成碳酸氢钠，并结成硬块。纯碱是碳酸钠（Na2CO3)的俗名，又称为苏打，是白色粉末虽然碳酸钠俗称纯碱，但它其实属于盐类物质，因其水溶液显弱碱性而称纯碱。其晶体含结晶水，化学式Na2CO3·10H2O。在空气里碳酸钠晶体很容易失去结晶水，并渐渐碎裂成粉末。失水以后的碳酸钠叫做无水碳酸钠。纯碱就是碳酸钠，最重要的化工工业原材料之一，广泛地应用于玻璃、化工工业（烧碱、硝酸钠、清洁剂、软化硬水）、石化、冶金等行业，同时也应用在造纸、肥皂、纺织、印染、皮革、食品、医药、胶卷、轻工等行业。因此，常需要加入纯碱（它又是助熔剂），有时也用烧碱。例如，在铝的冶炼过程中，所用的冰晶石的制备和铝土矿的处理，都要用到纯碱。又如冶炼钨时，也是首先将精矿和纯碱焙烧成可溶的钨酸钠后，再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨的。在化学工业中，制金属钠、电解水都要用纯碱。许多无机盐的生产，特别是制备一些钠盐（如硼砂、硅酸钠、磷酸钠、重铬酸钠、亚纯碱钠等等）都要用到纯碱。合成染料、药物以及有机中间体等也要用到烧碱或纯碱。此外，纯碱还用于食品工业和日常生活中。

纯碱是基本化学工业中产量最大的产品，是用途十分广泛的基本工业原料，盐水精制是纯碱工业的一个重要环节，目的主要是消除水中不溶物提高纯碱产品的质量；减少吸氨过程中塔器和管道结疤；减少生产过程中氨、盐和二氧化碳等原料的损失。保证生产设备的安全和使用质量，获得较好的收益。所以对盐水精制工段的工艺的设计研究，有着十分重要的意义。

二、设计（论文）主要研究的内容、技术路线、实施方案：

1、研究内容

（1）概述                                      

    （2）纯碱生产工艺的比较与确定                    

    （3）物料衡算和热量衡算                         

（4）设备的选型与设计和管道尺寸设计

（5）厂区和车间布置设计

（6）三废处理，安全生产及产品改进

（7）技术经济分析及其它

2、技术路线

概述→纯碱生产工艺的比较与确定→物料衡算和热量衡算→设备的选型与设计和管道尺寸设计→设计内容总汇→三废处理，安全生产及产品改进→技术经济分析                                                              及其它

绘图（流程图、设备图、布置图）

 

3、实施方案

（1）概述 

氨碱法生产纯碱，需要大量的CO2和石灰乳，CO2用于碳酸化过程，石灰乳供蒸氨及盐水精制使用。因而燃烧石灰石制取CO2及石灰，再由石灰消化制取石灰乳，就成为氨碱法生产中不可缺少的准备工序。                              

（2）纯碱生产工艺的比较与确定  

联合制碱最大的优点是使食盐的利用率提高到96％以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品——纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl－）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。

氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子（Na+）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32－）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl－）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2+）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。                   

（3）物料衡算和热量衡算

计算NaCl和NaHCO3量

碳酸化尾气含NH3量

碳酸化尾气含（NH4）2CO3量

出碱液

吸收CO2量

气量计算

炉气量

窑气量

氨盐水带入的热量Q1

窑气带入热量Q2 

炉气代入热量Q3

（4）设备的选型与设计和管道尺寸设计

 

碳化塔是氨碱法制纯碱的主要设备，由许多铸铁塔组装而成，结构大致可分为上、下两部分。上部为二氧化碳吸收段，每段之间装合签帽形板从略向下倾的漏液板，两种板的边缘都有分散气泡的齿以增加气液接触面积，促进吸收。塔的下部有10个左右的冷却水箱用来冷却碳化塔以析出结晶，水箱中间也装有签帽。

 

三、设计（论文）的进度安排：

    1.2014年11月：确定课题题目；

    2.2014年12月：收集有关该课题内容资料，完成论文开题报告，翻译外文资料；

    3.2015年1-3月：整理资料，完成毕业设计说明书指定内容，写出论文初稿；

4. 2015年4月：中期检查，绘图（流程图、设备图、布置图）。

5.2015年5月初-5月底：在导师指导下修改完善论文；

6.2015年6月初：论文答辩。

四、进行设计（论文）所需条件：

1、PIDCAD、SailorCAM、PVCAD制图软件、Aspen Plus、手工制图工具等。

2、参考资料：

[1] 张文辉. 氯碱的生产工艺[J].氯碱与纯碱,1992,(4):70.

[2] 江善襄.纯碱的生产工艺 [M].北京：化学工业出版社,1999年.

[3] 刘振河.化工生产技术[M]. 北京:高等教育出版社,2007年.

[4] 张允湘.氯碱的发展前景[M].北京：化学工业出版社,2008年.

[5] 田传连.纯碱生产的配料计算[J]. 1997,(9):53～62.

[6] 夏克立.氯碱生产中的废气回收[J]. 2005,(9):16～21.

[7] 赵文莲.纯碱的研究与开发[J].郑州大学,2007(5):42～51.          

                

五、指导老师意见：

 

 

 

签名：          

 

年     月     日