從氯化銨及氯化鈉水溶液中提取幹鹽的工藝設計電算法的製作方法

2023-05-02 01:33:26

專利名稱：：從氯化銨及氯化鈉水溶液中提取幹鹽的工藝設計電算法的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種以相圖為依據的鹽、鹼等無機化工領域工程設計的設計計算方法，更具體地說，本發明涉及一種以電子相圖為依據的從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法。
背景技術：
：在聯鹼製造工業中都需對碳化濾鹼母液進行處理，回收母液中的氯化銨和氯化鈉。濾鹼母液經脫氨後，成為含氯化納和氯化銨的水溶液。利用氯化銨和氯化鈉溶解度的不同，採用蒸發與冷析方法使其分離。相圖在許多鹽、鹼的工藝設計中起著非常重要的作用。許多工藝流程及相關的工藝參數都是依據相應的相圖而確立的。目前採用的工藝流程相圖計算方法，包括從氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法，大都是手工計算、手工繪圖。技術人員根據實驗數據在繪圖紙上首先繪出溶解度曲線，再用手工方法將工藝過程線(如蒸發、冷析、加水、加鹽等過程)布置上去。因為各操作點的位置及物料量此時都無法確定，所以操作線的位置只能是暫時假設的。接下來要根據工藝流程、指定的工藝參數以及產品來確定各操作點的位置，從而確定操作線。整個過程是通過手工試差法或解方程組進行的，它必須滿足以下要求(1)要求單元操作的各點符合相圖的連線規則。比如兩物料兌合，兩個要參加兌合的物料點必須與兌合後的兌合點在一條直線上；又如冷析結晶，物料冷析後有固相析出，則體系點、固相點及結晶後形成的飽和液，這3點也必須要在同一條直線上。(2)操作線上操作點所代表的物料量要符合槓桿規則。比如兌合過程，兩個要參加兌合的物料量之比等於各自到兌合點距離的反比。每條操作線上的3個點都要符合這一規則。(3)因為這種生產過程常常需要循環操作，所以相圖上的始點與終點必須完全重合，就是說必須通過試差(或解方程組)找到合適的各點，並使得始點與終點重合。(4)操作點不得超出操作溫度下的某指定的區域。因此，採用以往的手工方法在相圖上進行工藝流程的計算，明顯存在以下問題(1)費時費力。當體系比較複雜時，待定的參數較多，試差或多次地解方程組都較為困難。(2)準確度差。因為數據是手工從相圖上測量來的，因此，準確度難以保證。(3)應對參數變化比較難。若設計過程中原始參數發生變化，就必須重新試差或計算方程組的解，使得設計周期延長；且很難通過設計某些參數將操作點調整到理想位置。(4)流程分析困難。在設計初期，往往需要對多個流程進行技術分析及經濟比較，以期找到一個既可行又經濟的工藝流程，很明顯這對手工計算來說需要給出一個相對長的時間；即便如此，也難以給出理想的用來進行比較的多組數據。總之，由於手工相圖計算存在著種種問題，給設計人員帶來諸多不便。可能有些好的流程，就是因為難以拿出計算結果而被擱置了。手工相圖計算之所以存在這些缺陷，其主要原因有兩個。第一，這一類工藝流程大都是循環式的，工藝參數的確定必須同時滿足多個條件。第二，無論是試差法或是解方程組法，計算一套數據要花費很多時間，一旦原始數據發生變化就必須重新計算。為了克服上述問題，發明人在不斷的探索過程中，找到了一種新的相圖計算方法，因為這種方法使得計算過程、參數調整、數據輸出以及圖形顯示均在計算機上進行，故稱之為"電子相圖"。發明人曾在"電子相圖的製作及其在工程設計中的應用"(見郭鵬輝.純鹼工業，2007年第2期第25-28頁)一文中，以典型的NaCl_NH4Cl-H20三元體系為例，描述了某些單元操作中三元體系電子相圖的製作及其應用，對電子相圖製作方面有關技術問題進行了探討或說實驗。該文所涉及的方法尚不能解決本發明中從含氯化納和氯化銨的水溶液中，提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法，因為該文中僅涉及獨立的單元操作，而目前面臨的是實際的生產過程，是幾個單元操作組合在一起的循環過程，和生產工藝密切相關，工藝參數變動時各個操作點均隨之變動，保證在"電子相圖"上描述出的各個操作點以及操作線能與實際的工藝參數準確地連結。
發明內容本發明的目的是提供一種利用計算機的以電子相圖為依據的三元水鹽體系，尤其是從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法。聯鹼生產過程取出重鹼後，濾鹼母液中主要含有NaCl、NH4C1、NH3、C02及H20，在加熱條件下利用脫氨塔脫除濾鹼母液中的NH3及C02，製成脫氨液，此脫氨液就是一種含氯化納和氯化銨的水溶液，將該溶液送去蒸發，通過蒸發蒸出NaCl，取出NaCl後的飽和液再經冷析拿出NH^1，其飽和液再與脫氨液兌合實現循環操作過程。圖1給出了本發明所談及的從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝流程簡圖。這一過程的物料衡算完全需要依賴相圖來進行，以此確定出循環量，各蒸發過程分別應該蒸出的水量以及需要的蒸汽量等，從而為選擇蒸發及冷析設備提供依據。如果沒有相圖的指導，便無法確定各個過程進行的深度，循環也就無從談起。本發明的具體技術方案如下。本發明提出了一種從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法。以濾鹼母液脫除氨和二氧化碳後的脫氨液為原料，用蒸發與冷析方法從脫氨液中提取氯化納和氯化銨，採用以電子相圖為依據的計算過程進行其工藝流程及工藝參數的設計計算，所述計算過程包括如下步驟(1)收集Na+、NH4+〃C1—-H20水鹽體系的溶解度實驗數據，用以將來繪製溶解度線以及計算時取用；(2)根據工藝流程，依據相圖的連線規則和槓桿原理，利用解析法處理各操作點、操作線與物料量之間的關係，包括需要的調整係數；(3)在計算機軟體中設計數據輸入欄，用來接受設計人員輸入的已知數據；(4)將整理好的所有解析式輸入到計算機軟體中進行計算；(5)根據步驟(1)的實驗數據及步驟(4)的計算結果繪製出溶解度線和操作線，形成電子相圖；(6)按工藝要求的格式輸出計算結果。本發明中設計了一個蒸發係數，操作人員可以通過適當調整這一係數來改變兩次蒸發過程所蒸出的水量的比例，從而改變操作點或線的位置。本發明採用的計算機軟體可以是VB、VC或Excel等常見軟體，優選採用Excel電子表格提供的功能實現數據計算、輸出結果及相圖顯示同時完成。利用Excel提供的繪圖功能，將計算得到的數據繪成電子相圖，可真實顯示操作點的實際狀況。—個優選實施方案中，步驟(6)中數據輸出按工藝要求以流程圖的形式輸出各點的物料量和物料組成，設計人員可容易地觀察到所有的結果，並為今後的設備選型及給各專業提條件打好了基礎。將本發明的電子相圖計算分析的方法，應用到從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的具體工藝流程中，即可得到一個實用的計算程序。利用"電子相圖"法進行計算分析，得到以下良好效果(1)計算速度快。工藝流程和指定參數確定後，設計人員只需要在數據輸入欄中輸入已知參數，立刻可得計算結果，數據輸出及相圖顯示也同時完成，省時省力。(2)計算結果準確。因為計算過程不涉及手工測量，全部通過計算機完成，避免了出現較大誤差及計算錯誤。(3)重新計算容易。如果原始數據改變，如原料組成發生變化，只要在輸入欄中重新輸入新的數據，即可立刻得到一套新的計算結果和新的相圖顯示。(4)圖面相對清晰。可以利用Excel提供的繪圖功能，將相圖中不同溫度下的操作線用不同的顏色顯示，便於操作者觀察。(5)相圖及數據輸出同時完成，且數據以流程圖形式輸出，完整並一目了然。(6)參數可調性。可通過改變蒸發係數，使循環在理想的狀態下進行。(7)可進行技術分析及經濟比較。由於以上的特點，程序可以按操作者的意願計算出多組數據，可考察選擇不同參數時的計算結果，由此可進行技術分析，選擇更合適的參數；另外，可根據不同的流程設計出不同的程序，對各流程分別計算，由此可進行流程比較，選擇更經濟的流程。這在設計初期流程確定時極為有用。(8)指導生產操作。此種電子相圖也可提供給生產操作人員，當原始參數發生變化時，可通過程序運行找到新的變量關係。重新調整各個操作點的物料量。對於無法實現在線測量母液組成的自控水平有限情形，雖然無法根據計算結果調整母液組成，但可在物料量上給出一定的指導。(9)簡單易行。利用Excel平臺完成所有的操作，一般的計算機都可操作，無須引進其他繪圖軟體；整個過程只需輸入已知數據及調整某些參數，普通的技術人員都能使用。圖1是從氯化納和氯化銨的水溶液中，提取氯化納和氯化銨的工藝流程簡圖。圖2是圖1所述流程的數據輸入欄。圖3是圖1所述流程的三元電子相圖。5圖4是圖1所述流程的輸出計算結果'圖中標識的含義A:NaCl點B:NH4C1點0:H20點C:原料點(脫氨液)Z:—次蒸發母液點T:兌合終點P:二次蒸發母液點M:鹽分離母液點L:冷析飽和液點E:冷析溫度下的共飽點f:冷析溫度下NH4C1的飽和濃度值具體實施例方式下面以實施例的方式進一步解釋本發明，但是本發明不局限於實施例。實施例l從脫氨液中提取氯化納和氯化銨工藝的電子相圖設計計算流程如圖1所示，其電子相圖具體計算步驟如下(1)收集該水鹽體系的溶解度實驗數據，用以將來繪製溶解度曲線及計算時取用。原料為前面工段提供的脫氨液，其含有的主要成分為NaCl、NH4Cl和H20。因此，我們收集了Na+、NH4+〃C1—-H20三元水鹽體系25100°C(選取25、30、35、40、60、80、100°C)的溶解度實驗數據，如表l所示。表lNa+、NH4+〃C1—-H20三元鹽水體系溶解度實驗數據tableseeoriginaldocumentpage6(2)根據圖1所示工藝流程，做出相圖草案，即布置操作線。在本流程中共有5個操作過程(如圖3所示)，表明相圖中有5條直線(操作線)要確定，其中，O-C-Z線為原料的一次蒸發線；Z-T-L為兌合線；O-T-P為二次蒸發線；A-P-M為鹽分離線；B_M_L為銨分離線。為設計方便，取二次蒸發鹽分離母液點M為蒸發溫度下的共飽點。(XM，YM為已知數)。為了能在各效蒸發中合理分配出水比例，設計了蒸發係數n，n為一次蒸發分離出的水分與原料中水分的比值。該比例反映一次蒸發的深度，直接控制相圖上Z點的位置。很顯然，n值變化將導致整個循環操作發生變化。(可通過輸入欄"蒸發係數"列輸入此值)。將各操作線和操作點之間的關係(包括幾何關係及物料量之間的關係)，按連線規則及槓桿原理處理成解析式，列出以下方程組；,Yc/Yz=Xc/XzYM/YL=(1-XM)/(1-XL)(Ye國Yl)/Ye=(Xl-Xe)/(XrXE)(Yt畫Yz)/(Yl畫Yz)=(Xz國Xt)/(XZ-XL)Yt/Yp=Xt/XpXP/XM=(1-Yp)/(1-YM)Wl=n(l誦Xc-Yc)WcWM=WA(XP/(XM-Xp))WM=WB(YL/(YL-YM))、(Wc(l-Xc畫Yc)-Wl)/(WA+WM)=YP/YT-1其中，Yc、Xc表示C點的坐標，Wc為C點(原料點)的物料量，其他以次類推。為一次蒸發蒸出的水量。求解上述方程組，即可得到所選蒸發溫度及冷析溫度下的一組數據，利用Excel提供的計算功能及圖表功能，就可以繪出該條件下的電子相圖。(3)設計數據輸入欄，為計算過程中屬於已知條件的參數準備好單元格，用來輸入已知數據，包括原料的組成(各組分的質量分數)和投料量、蒸發係數以及操作溫度(見圖2)。圖2中前3列為原料的組成(質量分數)及投料量；蒸發係數n可調整相圖中Z點的位置；蒸發溫度與冷析溫度設置成下拉形式，可從中選擇需要的溫度，方便操作。(4)將整理好的所有解析式輸入到Excel中進行計算。需要的已知參數由輸入欄提取，計算涉及到的實驗數據全部與所選溫度連結。計算結束後可得到所有點的坐標值及各點的物料量。將做圖需要用到的變量提出來，按一定的格式整理好，供做圖時使用。(5)根據實驗數據及計算出來的數據，利用Excel圖表功能，繪出溶解度線和操作線，形成電子相圖。圖中線條採用不同顏色，便於操作者觀察。見圖3。如果計算數據改變，電子相圖隨之而變。(6)按工藝要求的格式輸出計算結果。為了便於觀察各個操作點的母液組成及循環量，將計算結果按流程圖形式輸出，每一個操作點的數據都一目了然，比傳統的以表格形式輸出更為直觀(見圖4)。各個操作點的物料組成和物料量都是與相關參數連結的，如果原始參數變化，計算結果隨之變化。在實際生產操作過程中，如果原料發生變化，也可參考此輸出結果對某些工藝參數進行調節。權利要求一種從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法，採用以電子相圖為依據的計算過程進行工藝流程及其工藝參數的設計計算，所述計算過程包括如下步驟(1)收集Na+、NH4+//Cl--H2O水鹽體系的溶解度實驗數據，用以將來繪製溶解度線以及計算時取用；(2)根據工藝流程，依據相圖的連線規則和槓桿原理，利用解析法處理各操作點、操作線與物料量之間的關係，包括需要的調整係數；(3)在計算機軟體中設計數據輸入欄，用來接受設計人員輸入的已知數據；(4)將整理好的所有解析式輸入到計算機軟體中進行計算；(5)根據步驟(1)的實驗數據及步驟(4)的計算結果繪製出溶解度線和操作線，形成電子相圖；(6)按工藝要求的格式輸出計算結果。2.權利要求1所述的設計計算方法，所述工藝流程為原料經過一次蒸發(包括I、II效蒸發)蒸出部分水分；一次蒸發後的母液與冷析飽和液兌合形成兌合液；對兌合液進行二次蒸發(既III效蒸發)，並將二次蒸發終點得到的母液進行過濾得到NaCl(鹽)結晶；分離出NaCl後的飽和液再進行冷卻處理，過濾後析出NH4C1(銨)結晶；析出NH4C1(銨)結晶後的冷析飽和液再與一次蒸發母液兌合，形成循環操作。3.權利要求l所述設計計算方法，所述計算機軟體為Excel電子表格，用其完成數據計算、輸出結果及相圖顯示。4.權利要求l所述設計計算方法，所述步驟(6)中按工藝要求以流程圖的形式輸出各點的物料量和物料組成。5.權利要求1所述設計計算方法，所述步驟(2)中設計了蒸發係數，可調整兩次蒸發中蒸出水分的比例。6.權利要求1所述設計計算方法中，"蒸發係數"輸入單元格的設計包含確定的格式，當輸入值超出最大值時，所輸入的值呈現紅色並加粗。7.權利要求1所述設計計算方法中，設計了一次蒸發警戒線，當一次蒸發溫度選定後，可從電子相圖中直接發現蒸發母液點是否超出不飽和區。8.權利要求1所述設計計算方法中，為防止溫度輸入時出現錯誤，將其輸入單元格作成下拉式，設計人員只能輸入下拉框中提供的允許輸入值。9.權利要求1所述設計計算方法中，把各操作線作成不同顏色，方便設計人員觀察。全文摘要本發明提供了一種從含氯化納和氯化銨的水溶液中，通過蒸發與冷析提取氯化納和氯化銨的工藝設計計算方法。採用以電子相圖為依據的計算過程進行工藝流程及其工藝參數的設計計算，包括如下步驟(1)收集Na+、NH4+//Cl--H2O水鹽體系的溶解度實驗數據；(2)根據工藝流程，依據相圖的連線規則和槓桿原理，利用解析法處理各操作點、操作線與物料量之間的關係，包括需要的調整係數；(3)在計算機軟體中設計數據輸入欄，用來接受設計人員輸入的已知數據；(4)將整理好的所有解析式輸入到計算機軟體中進行計算；(5)根據步驟(1)的實驗數據及步驟(4)的計算結果繪製出溶解度線和操作線，形成電子相圖；(6)按工藝要求的格式輸出計算結果。本發明解決了以相圖為依據進行研究和設計中的困難，使用時省時、省力且準確度高，並具有可調節操作點的功能。文檔編號G06F17/50GK101719191SQ20101001003公開日2010年6月2日申請日期2010年1月6日優先權日2010年1月6日發明者郭汝寅,郭鵬輝申請人:大連化工研究設計院