专利名称：：从氯化铵及氯化钠水溶液中提取干盐的工艺设计电算法的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种以相图为依据的盐、碱等无机化工领域工程设计的设计计算方法，更具体地说，本发明涉及一种以电子相图为依据的从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法。
背景技术：
：在联碱制造工业中都需对碳化滤碱母液进行处理，回收母液中的氯化铵和氯化钠。滤碱母液经脱氨后，成为含氯化纳和氯化铵的水溶液。利用氯化铵和氯化钠溶解度的不同，采用蒸发与冷析方法使其分离。相图在许多盐、碱的工艺设计中起着非常重要的作用。许多工艺流程及相关的工艺参数都是依据相应的相图而确立的。目前采用的工艺流程相图计算方法，包括从氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法，大都是手工计算、手工绘图。技术人员根据实验数据在绘图纸上首先绘出溶解度曲线，再用手工方法将工艺过程线(如蒸发、冷析、加水、加盐等过程)布置上去。因为各操作点的位置及物料量此时都无法确定，所以操作线的位置只能是暂时假设的。接下来要根据工艺流程、指定的工艺参数以及产品来确定各操作点的位置，从而确定操作线。整个过程是通过手工试差法或解方程组进行的，它必须满足以下要求(1)要求单元操作的各点符合相图的连线规则。比如两物料兑合，两个要参加兑合的物料点必须与兑合后的兑合点在一条直线上；又如冷析结晶，物料冷析后有固相析出，则体系点、固相点及结晶后形成的饱和液，这3点也必须要在同一条直线上。(2)操作线上操作点所代表的物料量要符合杠杆规则。比如兑合过程，两个要参加兑合的物料量之比等于各自到兑合点距离的反比。每条操作线上的3个点都要符合这一规则。(3)因为这种生产过程常常需要循环操作，所以相图上的始点与终点必须完全重合，就是说必须通过试差(或解方程组)找到合适的各点，并使得始点与终点重合。(4)操作点不得超出操作温度下的某指定的区域。因此，采用以往的手工方法在相图上进行工艺流程的计算，明显存在以下问题(1)费时费力。当体系比较复杂时，待定的参数较多，试差或多次地解方程组都较为困难。(2)准确度差。因为数据是手工从相图上测量来的，因此，准确度难以保证。(3)应对参数变化比较难。若设计过程中原始参数发生变化，就必须重新试差或计算方程组的解，使得设计周期延长；且很难通过设计某些参数将操作点调整到理想位置。(4)流程分析困难。在设计初期，往往需要对多个流程进行技术分析及经济比较，以期找到一个既可行又经济的工艺流程，很明显这对手工计算来说需要给出一个相对长的时间；即便如此，也难以给出理想的用来进行比较的多组数据。总之，由于手工相图计算存在着种种问题，给设计人员带来诸多不便。可能有些好的流程，就是因为难以拿出计算结果而被搁置了。手工相图计算之所以存在这些缺陷，其主要原因有两个。第一，这一类工艺流程大都是循环式的，工艺参数的确定必须同时满足多个条件。第二，无论是试差法或是解方程组法，计算一套数据要花费很多时间，一旦原始数据发生变化就必须重新计算。为了克服上述问题，发明人在不断的探索过程中，找到了一种新的相图计算方法，因为这种方法使得计算过程、参数调整、数据输出以及图形显示均在计算机上进行，故称之为"电子相图"。发明人曾在"电子相图的制作及其在工程设计中的应用"(见郭鹏辉.纯碱工业，2007年第2期第25-28页)一文中，以典型的NaCl_NH4Cl-H20三元体系为例，描述了某些单元操作中三元体系电子相图的制作及其应用，对电子相图制作方面有关技术问题进行了探讨或说实验。该文所涉及的方法尚不能解决本发明中从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法，因为该文中仅涉及独立的单元操作，而目前面临的是实际的生产过程，是几个单元操作组合在一起的循环过程，和生产工艺密切相关，工艺参数变动时各个操作点均随之变动，保证在"电子相图"上描述出的各个操作点以及操作线能与实际的工艺参数准确地链接。
发明内容本发明的目的是提供一种利用计算机的以电子相图为依据的三元水盐体系，尤其是从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法。联碱生产过程取出重碱后，滤碱母液中主要含有NaCl、NH4C1、NH3、C02及H20，在加热条件下利用脱氨塔脱除滤碱母液中的NH3及C02，制成脱氨液，此脱氨液就是一种含氯化纳和氯化铵的水溶液，将该溶液送去蒸发，通过蒸发蒸出NaCl，取出NaCl后的饱和液再经冷析拿出NH^1，其饱和液再与脱氨液兑合实现循环操作过程。图1给出了本发明所谈及的从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺流程简图。这一过程的物料衡算完全需要依赖相图来进行，以此确定出循环量，各蒸发过程分别应该蒸出的水量以及需要的蒸汽量等，从而为选择蒸发及冷析设备提供依据。如果没有相图的指导，便无法确定各个过程进行的深度，循环也就无从谈起。本发明的具体技术方案如下。本发明提出了一种从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法。以滤碱母液脱除氨和二氧化碳后的脱氨液为原料，用蒸发与冷析方法从脱氨液中提取氯化纳和氯化铵，采用以电子相图为依据的计算过程进行其工艺流程及工艺参数的设计计算，所述计算过程包括如下步骤(1)收集Na+、NH4+〃C1—-H20水盐体系的溶解度实验数据，用以将来绘制溶解度线以及计算时取用；(2)根据工艺流程，依据相图的连线规则和杠杆原理，利用解析法处理各操作点、操作线与物料量之间的关系，包括需要的调整系数；(3)在计算机软件中设计数据输入栏，用来接受设计人员输入的已知数据；(4)将整理好的所有解析式输入到计算机软件中进行计算；(5)根据步骤(1)的实验数据及步骤(4)的计算结果绘制出溶解度线和操作线，形成电子相图；(6)按工艺要求的格式输出计算结果。本发明中设计了一个蒸发系数，操作人员可以通过适当调整这一系数来改变两次蒸发过程所蒸出的水量的比例，从而改变操作点或线的位置。本发明采用的计算机软件可以是VB、VC或Excel等常见软件，优选采用Excel电子表格提供的功能实现数据计算、输出结果及相图显示同时完成。利用Excel提供的绘图功能，将计算得到的数据绘成电子相图，可真实显示操作点的实际状况。—个优选实施方案中，步骤(6)中数据输出按工艺要求以流程图的形式输出各点的物料量和物料组成，设计人员可容易地观察到所有的结果，并为今后的设备选型及给各专业提条件打好了基础。将本发明的电子相图计算分析的方法，应用到从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的具体工艺流程中，即可得到一个实用的计算程序。利用"电子相图"法进行计算分析，得到以下良好效果(1)计算速度快。工艺流程和指定参数确定后，设计人员只需要在数据输入栏中输入已知参数，立刻可得计算结果，数据输出及相图显示也同时完成，省时省力。(2)计算结果准确。因为计算过程不涉及手工测量，全部通过计算机完成，避免了出现较大误差及计算错误。(3)重新计算容易。如果原始数据改变，如原料组成发生变化，只要在输入栏中重新输入新的数据，即可立刻得到一套新的计算结果和新的相图显示。(4)图面相对清晰。可以利用Excel提供的绘图功能，将相图中不同温度下的操作线用不同的颜色显示，便于操作者观察。(5)相图及数据输出同时完成，且数据以流程图形式输出，完整并一目了然。(6)参数可调性。可通过改变蒸发系数，使循环在理想的状态下进行。(7)可进行技术分析及经济比较。由于以上的特点，程序可以按操作者的意愿计算出多组数据，可考察选择不同参数时的计算结果，由此可进行技术分析，选择更合适的参数；另外，可根据不同的流程设计出不同的程序，对各流程分别计算，由此可进行流程比较，选择更经济的流程。这在设计初期流程确定时极为有用。(8)指导生产操作。此种电子相图也可提供给生产操作人员，当原始参数发生变化时，可通过程序运行找到新的变量关系。重新调整各个操作点的物料量。对于无法实现在线测量母液组成的自控水平有限情形，虽然无法根据计算结果调整母液组成，但可在物料量上给出一定的指导。(9)简单易行。利用Excel平台完成所有的操作，一般的计算机都可操作，无须引进其他绘图软件；整个过程只需输入已知数据及调整某些参数，普通的技术人员都能使用。图1是从氯化纳和氯化铵的水溶液中，提取氯化纳和氯化铵的工艺流程简图。图2是图1所述流程的数据输入栏。图3是图1所述流程的三元电子相图。5图4是图1所述流程的输出计算结果'图中标识的含义A:NaCl点B:NH4C1点0:H20点C:原料点(脱氨液)Z:—次蒸发母液点T:兑合终点P:二次蒸发母液点M:盐分离母液点L:冷析饱和液点E:冷析温度下的共饱点f:冷析温度下NH4C1的饱和浓度值具体实施例方式下面以实施例的方式进一步解释本发明，但是本发明不局限于实施例。实施例l从脱氨液中提取氯化纳和氯化铵工艺的电子相图设计计算流程如图1所示，其电子相图具体计算步骤如下(1)收集该水盐体系的溶解度实验数据，用以将来绘制溶解度曲线及计算时取用。原料为前面工段提供的脱氨液，其含有的主要成分为NaCl、NH4Cl和H20。因此，我们收集了Na+、NH4+〃C1—-H20三元水盐体系25100°C(选取25、30、35、40、60、80、100°C)的溶解度实验数据，如表l所示。表lNa+、NH4+〃C1—-H20三元盐水体系溶解度实验数据<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)根据图1所示工艺流程，做出相图草案，即布置操作线。在本流程中共有5个操作过程(如图3所示)，表明相图中有5条直线(操作线)要确定，其中，O-C-Z线为原料的一次蒸发线；Z-T-L为兑合线；O-T-P为二次蒸发线；A-P-M为盐分离线；B_M_L为铵分离线。为设计方便，取二次蒸发盐分离母液点M为蒸发温度下的共饱点。(XM，YM为已知数)。为了能在各效蒸发中合理分配出水比例，设计了蒸发系数n，n为一次蒸发分离出的水分与原料中水分的比值。该比例反映一次蒸发的深度，直接控制相图上Z点的位置。很显然，n值变化将导致整个循环操作发生变化。(可通过输入栏"蒸发系数"列输入此值)。将各操作线和操作点之间的关系(包括几何关系及物料量之间的关系)，按连线规则及杠杆原理处理成解析式，列出以下方程组；,Yc/Yz=Xc/XzYM/YL=(1-XM)/(1-XL)(Ye國Yl)/Ye=(Xl-Xe)/(XrXE)(Yt画Yz)/(Yl画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画Yc)-Wl)/(WA+WM)=YP/YT-1其中，Yc、Xc表示C点的坐标，Wc为C点(原料点)的物料量，其他以次类推。为一次蒸发蒸出的水量。求解上述方程组，即可得到所选蒸发温度及冷析温度下的一组数据，利用Excel提供的计算功能及图表功能，就可以绘出该条件下的电子相图。(3)设计数据输入栏，为计算过程中属于已知条件的参数准备好单元格，用来输入已知数据，包括原料的组成(各组分的质量分数)和投料量、蒸发系数以及操作温度(见图2)。图2中前3列为原料的组成(质量分数)及投料量；蒸发系数n可调整相图中Z点的位置；蒸发温度与冷析温度设置成下拉形式，可从中选择需要的温度，方便操作。(4)将整理好的所有解析式输入到Excel中进行计算。需要的已知参数由输入栏提取，计算涉及到的实验数据全部与所选温度链接。计算结束后可得到所有点的坐标值及各点的物料量。将做图需要用到的变量提出来，按一定的格式整理好，供做图时使用。(5)根据实验数据及计算出来的数据，利用Excel图表功能，绘出溶解度线和操作线，形成电子相图。图中线条采用不同颜色，便于操作者观察。见图3。如果计算数据改变，电子相图随之而变。(6)按工艺要求的格式输出计算结果。为了便于观察各个操作点的母液组成及循环量，将计算结果按流程图形式输出，每一个操作点的数据都一目了然，比传统的以表格形式输出更为直观(见图4)。各个操作点的物料组成和物料量都是与相关参数链接的，如果原始参数变化，计算结果随之变化。在实际生产操作过程中，如果原料发生变化，也可参考此输出结果对某些工艺参数进行调节。权利要求一种从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法，采用以电子相图为依据的计算过程进行工艺流程及其工艺参数的设计计算，所述计算过程包括如下步骤(1)收集Na+、NH4+//Cl--H2O水盐体系的溶解度实验数据，用以将来绘制溶解度线以及计算时取用；(2)根据工艺流程，依据相图的连线规则和杠杆原理，利用解析法处理各操作点、操作线与物料量之间的关系，包括需要的调整系数；(3)在计算机软件中设计数据输入栏，用来接受设计人员输入的已知数据；(4)将整理好的所有解析式输入到计算机软件中进行计算；(5)根据步骤(1)的实验数据及步骤(4)的计算结果绘制出溶解度线和操作线，形成电子相图；(6)按工艺要求的格式输出计算结果。2.权利要求1所述的设计计算方法，所述工艺流程为原料经过一次蒸发(包括I、II效蒸发)蒸出部分水分；一次蒸发后的母液与冷析饱和液兑合形成兑合液；对兑合液进行二次蒸发(既III效蒸发)，并将二次蒸发终点得到的母液进行过滤得到NaCl(盐)结晶；分离出NaCl后的饱和液再进行冷却处理，过滤后析出NH4C1(铵)结晶；析出NH4C1(铵)结晶后的冷析饱和液再与一次蒸发母液兑合，形成循环操作。3.权利要求l所述设计计算方法，所述计算机软件为Excel电子表格，用其完成数据计算、输出结果及相图显示。4.权利要求l所述设计计算方法，所述步骤(6)中按工艺要求以流程图的形式输出各点的物料量和物料组成。5.权利要求1所述设计计算方法，所述步骤(2)中设计了蒸发系数，可调整两次蒸发中蒸出水分的比例。6.权利要求1所述设计计算方法中，"蒸发系数"输入单元格的设计包含确定的格式，当输入值超出最大值时，所输入的值呈现红色并加粗。7.权利要求1所述设计计算方法中，设计了一次蒸发警戒线，当一次蒸发温度选定后，可从电子相图中直接发现蒸发母液点是否超出不饱和区。8.权利要求1所述设计计算方法中，为防止温度输入时出现错误，将其输入单元格作成下拉式，设计人员只能输入下拉框中提供的允许输入值。9.权利要求1所述设计计算方法中，把各操作线作成不同颜色，方便设计人员观察。全文摘要本发明提供了一种从含氯化纳和氯化铵的水溶液中，通过蒸发与冷析提取氯化纳和氯化铵的工艺设计计算方法。采用以电子相图为依据的计算过程进行工艺流程及其工艺参数的设计计算，包括如下步骤(1)收集Na+、NH4+//Cl--H2O水盐体系的溶解度实验数据；(2)根据工艺流程，依据相图的连线规则和杠杆原理，利用解析法处理各操作点、操作线与物料量之间的关系，包括需要的调整系数；(3)在计算机软件中设计数据输入栏，用来接受设计人员输入的已知数据；(4)将整理好的所有解析式输入到计算机软件中进行计算；(5)根据步骤(1)的实验数据及步骤(4)的计算结果绘制出溶解度线和操作线，形成电子相图；(6)按工艺要求的格式输出计算结果。本发明解决了以相图为依据进行研究和设计中的困难，使用时省时、省力且准确度高，并具有可调节操作点的功能。文档编号G06F17/50GK101719191SQ20101001003公开日2010年6月2日申请日期2010年1月6日优先权日2010年1月6日发明者郭汝寅,郭鹏辉申请人:大连化工研究设计院