魏浩源，宋信信，曾建刚
(江西晶昊盐化有限公司，江西樟树331200)
摘要：石灰行业中，从业人员对石灰消解过程中涉及的知识认识不一，对基本概念的认识也各有差
异。对石灰消解过程中涉及的名词及相关知识进行了细致地阐述，并结合文献资料系统性总结了
影响灰乳浓度的几个因素，以期为同行从业人员提供相关的理论参考。
关键词：石灰石消解；石灰乳；活性度；关系
中图分类号汀Q177.2文献标识码：C文章编号：1005-8370(2019)03-08-04
1石灰乳的活性
石灰乳一般是由生石灰和水按一定灰水比经消化所得，是一种重要的工业原料，常见于纯碱、建筑业、煤炭脱硫等领域，这些产业的高速发展推动了生石灰消化技术的全面发展⑴。生石灰消化时，发生激烈的水合反应：CaO(s)+H2O(aq)—Ca(OH)2 +65.6kj/mol，根据不同的灰水比，可得到不同形态的石灰。有熟石
灰，即Ca(OH)2的俗名，一种极细腻的粉末，是纯Ca(OH)2的固态物；石灰膏，是熟石灰和少量水的混合物；石灰乳，是Ca(OH)2在水中的悬浮液；石灰水指的是Ca(OH)2的水溶液。相同条件下，石灰乳含OH-较多，且流动性较好，所以氨碱法生产中选择石灰乳作为实现氨循环的反应物。现如今，无论是生产生石灰还是熟石灰，各行业都试图获得最佳活性度的产品。化学中，活性度指的是某物质的“有效浓度”。在纯碱生产中，生石灰活性用活性氧化钙(ACaO)来表示，它指的是普通消化条件下，能直接与水作用生成熟石灰的那部分氧化钙⑵。相同条件下，活性度越高的生石灰，不仅可减轻消化设备的负担，且所获得Ca(OH)2的活性也相对较高。微观而言，氢氧化钙的活性度主要表现在Ca(OH)2自身的结晶度及其粒径分布范围。消解过程中，影响灰乳浓度的因素较多，其中，生石灰粒径、化灰水温和搅拌强度等对灰乳浓度的影响较大。
纯碱行业中，除需控制灰乳稠度外，还需要对灰乳温度和灰乳活性进行整体把握。在氨碱法工艺中，灰乳主要是作为蒸氨工序中回收NHs的反应物，灰乳的品质对蒸氨工艺至关重要，它间接反应了全厂物料消耗和能量消耗的状况。因为各方面原因，从业人员对石灰消解过程中涉及的基本概念及其相关知识的认识不一，导致理论与实操存在差异。本文试图对石灰消解过程中涉及的基本名词及相关知识进行详细阐述，结合文献资料系统性总结了影响灰乳浓度的几个因素，以期为同行从业人员提供相关的理论参考。
2石灰消解过程
2.1生石灰消化工艺
目前根据灰水比的不同，可把生石灰消化分为干消化和湿消化两种。干消化是指生石灰和水是按化学计量比进行的消化过程，其产物为纯Ca(OH)2；而湿消化过程加入的水量较多，产物是石灰乳。干消化过程因耗水量少，且得到的熟石灰流动性很好，所以受到大部分石灰生产企业的偏爱。只有少数企业采用湿消化，像灰浆厂、废水处理厂和氨碱厂。图1是我司生产中间品石灰乳的消化流程图。
如图1所示，生石灰和化灰用水在前端进入化灰机内部，在推进抄板的作用下，物料边反应边向后端推进。起初，反应物开始粉化，生成粉状的熟石灰，接着熟石灰与水混合成石灰乳，物料从进口到出
2019年第3期魏浩源，等：石灰消化特性与高活性灰乳之间的关系9化灰
图1石灰乳生产流程图
口的时间为20min，其中消化时间约占5〜8min。此时形成的灰乳带有大量的返石，所以需在三层筛网的作用下分离返石与灰乳，分离后的灰乳由流槽进入灰乳转筛中，经灰乳转筛除去较大的砂子后，进入带有搅拌器的灰乳大罐中。
2.2生石灰消化机理
湿消化制备的石灰乳具有较高的活性，且其表面具有很高的表面自由能，根据热力学第二定律，该体系中悬浮的Ca(OH)2颗粒会自发地结块来降低自身的表面自由能⑷。故，此法制备的灰乳不宜贮存较长时间，且贮存时需不断地低能搅拌，防止灰乳凝集成块。最后，制好的石灰乳由灰乳泵送至蒸氨工序。理论上来说，灰乳越稠对生产越有利。但是，灰乳浓度越高，其自身的黏度也就越大，浓度过高的灰乳不利于输送，且容易堵住设备及管道，所以一般使用的最佳灰乳浓度为150-160tt。生石灰与水反应可放出大量的热，理论上消化1mol CaO放出的热量可蒸发1.6mol H2O o CaO的水化反应属于典型的非催化固一液反应，大致包括三个反应步骤，即：①反应物CaO和H2O在固相表面反应生成Ca2+和OH—；②接着Ca2+和OH「结晶生成Ca(OH)2；③最后Ca(OH)2从固体表面扩散至液相主体⑷。
从反应方程式推知：某温度时石灰消化的平衡常数K可表示为：K=p J(g)＞即平衡常数K等于
图2石灰消化温度与水蒸汽分压曲线图
达到平衡时水蒸汽压力的倒数闪。因此，在温度一定的情况下，石灰消化反应达到平衡时的水蒸汽压力值是相同的。其消化温度与水蒸汽压力的曲线图，如图2所示。一般而言，反应温度越高，反应速度越快，生成的产物也就越多。但从热力学角度来看，消化反应属于典型的放热反应，温度越高会使平衡向左移动，降低转化率。
生成的Ca(OH)“在水中溶解率极低，且其溶解度随温度升高而降低，故大多数Ca(OH)2产物是以固体悬
浮物的形式存在于石灰乳中。在蒸氨工序中，只有当已溶解的Ca(OH)2与NJ^Cl反应完之后，固态的Ca(OH)2才能继续溶解并参与反应。
3影响灰乳浓度的因素
3.1生石灰灰质对消化活性的影响
生石灰灰质对石灰乳活性影响较大。生石灰灰质主要是指ACaO的含量，及ACaO的粒径大小。石灰石熾烧后得到的石灰有游离CaO和结合CaO 之分，其中游离CaO又可分为活性CaO和非活性CaO。熾烧过程中，菱形晶格的石灰石转化为立方晶格的石灰，结晶过程中，若形成石灰新晶核的速度大于其自身晶核的生长速度，则得到的石灰多为细粒晶体，这种石灰所含ACaO的含量高，且具有很高的表面能；反之，则得到粗粒晶体归。
一般把幄烧后的石灰分为轻烧石灰、中烧石灰和过烧石灰，其中轻烧石灰即为活性石灰。获得轻烧石灰的原则是：所有CaCOs恰好全部分解为晶粒细小的CaO，且不与其它杂质反应。石灰的粒径越小，其反应的表面积越大，与水反应的有效面积越多；同时，它直接加快了消化进程，直接结果是增加了溶液的过饱和度，推动了新Ca(OH)2晶核的形成速度，放缓了Ca(OH)2晶核的成长速度。所以
10纯碱工业使用轻烧石灰能获得活性度更高的灰乳。
3.2消化水温对消化活性的影响
消化水温对消化产物的影响主要是产物转化率和产物粒径两方面。在转化率方面，已有多篇文献论证出
消化水温对生石灰转化率影响并不明显。其原因可能是：虽提高消化水温能促进消化进度，增加生石灰的转化率；但是另一方面，初始温度越高，在单位时间内汽化的水量也就越多，这直接减少了水的反应量，从侧面降低了转化率。故，消化水温对整体反应进程影响不大。蒸发的水量使生石灰形成了质地疏松的粉末，且消化产物得到了充分膨胀，粒径减小。根据胡伟卿的文献报道⑺：将消化水温依次设置为20°C、60°C和95°C时，其相应得到的产物粒径呈现先增大后减小的趋势，这是因为消化水温过高，大量的蒸汽会使反应器内的压力急剧增加，反而阻碍了消化产物的膨胀。
3.3灰水比和搅拌速度对消化活性的影响
消化时如若灰水比过多，容易导致体系的温度下降，如此便延长了石灰的消化过程，且过多的消化水会留在消化产物中，降低灰乳质量；若灰水比过少，在初始消化阶段，消化水与生石灰表面形成的Ca（OH）2容易脱水并凝聚成薄膜，此致密薄膜能终止消化反应，导致熟化不完全。一般湿式消化用水量是理论用水量的15倍左右，即水与灰的质量比为5：1左右⑷。活性石灰含有较高比例的CaO，因此使用活性石灰时必须加大化灰水的用量。其实在消化初期，反应物接触的地方出现膏状层，此时反应物呈浆糊状，流动性极差，所以工艺上采用搅拌的方式来加速消化进程。搅拌起三个作用：①使反应物充分混合，均衡颗粒的供水量；②破散已吸收水分的石灰颗粒，增加吸收面积；③平衡体系的消化温度，避免局部温度过高或过低⑷。
4晶昊公司灰乳生产情况
江西晶昊盐化有限公司纯碱分公司自2018年7月出碱至今，经过不断地调整和摸索，目前灰乳浓度变化值稳定在150〜165tt，灰乳浓度极差平均值<4.5tt。图3是我司灰乳浓度和灰乳极差平均值的变化曲线。记录时间为2019年3月1日至3月10日。
公司近期尝试使用废淡液（见表1）作为化灰用水，但化灰效果欠佳。具体表现为当采用废淡液化
4.4
159
156
tt162
168
t.t
日期（3月）
图3灰乳浓度、极差变化曲线
165
灰时，灰乳浓度急剧下降，未到达预期效果。图4记录了公司两次使用废淡液作化灰用水时灰乳浓度变化情况。
表1我公司废淡液成分
tnh3Na+co2ci-分析日期
5.5 2.8 3.3 5.52019-3-20
&1 3.5 4.1&12019-04-01
24681()
时间(h)
图4灰乳浓度变化曲线
从使用的废淡液具体状况看，其组成成分在控制指标范围内时，主要由含有少量的游离氨和cor水溶液，对灰乳浓度没有太大影响；但由于我司处于生产初期，废淡液中常因操作控制的因素进入少量母液，导
致其水溶液中含有不等量的NH才、CO訂、CaCb、NaCl等成分，导致灰水分层，灰乳浓度急剧下降。
5结语
稳定的高活性灰乳是纯碱蒸氨工序高效有序进行的重要保证。其实，除获取高活性的石灰外，也应使用质量较高的水源来化灰。
本文简单介绍了我公
2019年第3期李瑞峰，等：新型高效小苏打筛板碳化塔技术开发与应用11新型高效小苏打筛板碳化塔技术开发与应用
李瑞峰，周光耀，周永华，金亚男，孔祥明
(中国成达工程有限公司，四川成都610041)
摘要：介绍了新开发成功的一种用于小苏打生产的高效筛板碳化塔，在塔体内沿其轴向设置有若
干以液相为连续相的低开孔率且带降液管的筛板塔板，在塔体下部设置有塔内或塔外管式冷却结
构。该技术在工业生产中得到成功应用和推广。
关键词：碳化塔；小苏打；筛板塔；管式冷却器；开发
中图分类号:TQ114.15文献标识码：C文章编号：1005-8370(2019)03-11-03
1现有小苏打碳化塔技术分析
碳化法小苏打生产中碳化塔是核心设备。
目前国内外小苏打生产的碳化塔一般都采用笠帽塔板，反应热的移去多数工厂都采用夹套冷却。有的无冷却结构，靠塔体散热自然冷却。少数工厂在塔下部设管式冷却水箱。目前小苏打碳化塔的主要缺点是吸收效率低和冷却效果差。由于笠帽塔板存在塔体轴向返混，降低了塔板的吸收效率。通常小苏打生产用石灰窑的窑气作为co2原料，进塔窑气CO?浓度为36%〜40%，小苏打碳化塔出气含CO?通常在18%〜22%,CO2利用率很低。由于co2利用率低，增加了co2消耗和co2的排放量，同时增加原料气压缩消耗的功率。其次由于采用夹套冷却或靠塔体散热自然冷却都不能充分移去反应热和进塔溶液的显热，即使在塔下设管式冷却水箱的小苏打碳化塔由于冷却面结疤速度很快，换热效果也很差，其结果是出塔碱液温度高,Na2CO3转化为NaHCOs的转化率低，塔作业周期短。同时由于夹套冷却和塔体散热冷却结
构只能移去很少热量，因此这类结构只适用于小型塔，不能大型化。
目前国内生产能力稍大的小苏打工厂都设置多台直径小的碳化塔，这样增加了建设投资和占地面积，也不便于操作和管理。因此开发吸收效率高、冷却效果好、作业周期长和单塔能力大的碳化塔是目前提高小苏打生产技术水平的重要课题。
司采用的消化工艺，并以消化反应的微观角度为出发点，阐述了灰质、水温和灰水比对消化活性的影响。
参考文献
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收稿日期：2019-04-02
作者简介：魏浩源(1965-)，大学，工程师，现为江西晶昊盐化有限公司石灰车间主任。
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