碳化過(guò)程集化學(xué)反應(yīng)、能量轉(zhuǎn)化、物料溶質(zhì)傳輸與擴(kuò)散、過(guò)飽和溶液結(jié)晶等多種物理化學(xué)過(guò)程，同時(shí)又有固、液、氣三種物質(zhì)狀態(tài)共同存在并反應(yīng)，因此要實(shí)現(xiàn)碳化過(guò)程的優(yōu)化控制、改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程難度大。筆者從碳化過(guò)程的反應(yīng)原理與控制要素方面入手，采用碳酸鈣碳化塔設(shè)備反應(yīng)裝置提出針對(duì)性的改進(jìn)措施，以期提高碳酸鈣碳化過(guò)程的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)品的質(zhì)量。
    碳化生產(chǎn)工藝是整個(gè)碳酸鈣碳化生產(chǎn)工序的重中之重，因此碳化塔控制設(shè)備是化工企業(yè)的核心設(shè)備。碳酸鈣碳化工序處于樞紐地位，而碳化塔又是碳化工序的關(guān)鍵設(shè)備。國(guó)內(nèi)企業(yè)普遍采用的碳化塔是鑄鐵內(nèi)冷式索爾維塔或鋼制碳化塔，這種結(jié)構(gòu)的碳化塔內(nèi)部表面相對(duì)比較粗糙，而且冷卻系統(tǒng)的管道外壁工藝精度較低，易磨損和腐蝕，碳化塔工作二十個(gè)小時(shí)左右就必須進(jìn)行清潔維護(hù)工作，因此工作效率較低難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、機(jī)械化生產(chǎn)。
    碳化過(guò)程的控制要素
    科學(xué)控制碳化過(guò)程的主要目的是為保證整個(gè)碳化反應(yīng)過(guò)程中的化學(xué)能量與物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡，從而使碳化反應(yīng)能夠平穩(wěn)高效的進(jìn)行，最終使獲得反應(yīng)物質(zhì)具有較高的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品質(zhì)量。碳化過(guò)程的主要控制要素包括：碳化制堿塔內(nèi)的物理參數(shù)如塔底氣壓、塔內(nèi)溫度場(chǎng)變化、反應(yīng)液結(jié)晶析出產(chǎn)品的溫度等。國(guó)內(nèi)目前在碳化過(guò)程中還沒有研發(fā)出先進(jìn)的監(jiān)測(cè)與控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程中對(duì)于核心元素元素在反應(yīng)物與生成物中所占比例，因此無(wú)法對(duì)于碳化過(guò)程提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率來(lái)提高產(chǎn)品產(chǎn)量。另一方面碳化塔塔底的氣壓是影響塔上部堿性氣體的輸入量的關(guān)鍵因素，所以要實(shí)現(xiàn)碳化過(guò)程中對(duì)塔底氣壓的控制；碳化塔內(nèi)溫度場(chǎng)主要受冷卻系統(tǒng)與內(nèi)部碳化反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的影響，由此可見通過(guò)對(duì)碳化塔內(nèi)氣壓與溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制能夠控制反應(yīng)過(guò)程，提高反應(yīng)物料的轉(zhuǎn)化率得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
    碳化過(guò)程化學(xué)反應(yīng)原理
    由結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)知識(shí)可知，液態(tài)物質(zhì)結(jié)晶主要分為結(jié)晶形核與晶核長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。碳酸鈣碳化反應(yīng)中碳酸鈣晶體析出原理與此相同即碳酸鈣在過(guò)飽和狀態(tài)通過(guò)改變溫度等參數(shù)降低溶解度從而析出細(xì)小晶體，同時(shí)析出的大量細(xì)小晶體在有限空間內(nèi)相互接觸、結(jié)合成較大的晶體從而得到大量碳酸鈣晶體。碳化過(guò)程影響產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率的主要因素是碳化溶液的過(guò)飽和程度、碳化溶液的溫度、晶體形核率與晶核生長(zhǎng)速度等，這其中碳化溶液的過(guò)飽和程度直接影響析出晶體的數(shù)量與晶體大小。因此可以對(duì)通過(guò)智能控制碳化溶液的過(guò)飽和程度與冷卻速度等使晶體的形成速度與生長(zhǎng)速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以獲得較大尺度的晶體，提高產(chǎn)品質(zhì)量與轉(zhuǎn)化率。
    碳化塔內(nèi)部改進(jìn)流程方式
    3.1碳酸鈣碳化塔的內(nèi)部改進(jìn)
    根據(jù)圖1所示碳酸鈣碳化塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成部分可分為：窖氣進(jìn)管、分布器、內(nèi)膽、化工泵四個(gè)成部分。在改進(jìn)流程中增加了碳化塔的高度，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)的中的內(nèi)膽構(gòu)造，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的循環(huán)系統(tǒng)中添加了（循環(huán)泵），其次改進(jìn)了二氧化碳的出口方式；其中在增加碳化塔外層高度上主要是為了提高產(chǎn)業(yè)效率，增加產(chǎn)值效益，利用同等的化工原料來(lái)擴(kuò)大生產(chǎn)的實(shí)際需要。碳化塔瘦身結(jié)構(gòu)，增加了內(nèi)膽，主要是為了提高設(shè)備內(nèi)的壓力，使得在單位面積內(nèi)，二氧化碳能夠與氫氧化鈉充分反應(yīng)，生成碳酸鈉和水，排出的氣體中不會(huì)危害大氣環(huán)境。循環(huán)泵主要是增加塔內(nèi)液體循環(huán)，使反應(yīng)物質(zhì)充分反應(yīng)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。其次便是改進(jìn)二氧化碳的出口，使其降低溫室效應(yīng)。
    3.2角閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)改造（淺談變換氣制堿裝置中雙外冷碳化塔的運(yùn)行總結(jié)）
    角閥是雙外冷工業(yè)制堿碳化塔的特殊裝置，設(shè)置在碳化塔外冷器的冷卻控制系統(tǒng)的上下閥門之間，是整個(gè)外冷器冷卻系統(tǒng)輪換工作并進(jìn)行清洗維護(hù)工作的特殊設(shè)計(jì)，角閥的進(jìn)氣孔與出氣孔的中軸線成90度角所以又叫直角閥。角閥的主要功能是通過(guò)調(diào)節(jié)角閥的角度來(lái)控制輸入與輸出空氣的壓力差來(lái)推動(dòng)機(jī)器活塞與杠桿結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，特殊密封結(jié)構(gòu)的角閥功能與空氣截止閥作用類似，鑄鐵內(nèi)冷式索爾維塔或鋼制碳化塔的角閥設(shè)計(jì)不合理，工作運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)堵塞、卡死的現(xiàn)象。這是化工制堿碳化塔工作周期短、工作效率低的主要原因，通過(guò)對(duì)角閥的結(jié)構(gòu)與工作運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變角閥原本的工作路徑，使角閥的控制操作更加靈敏，顯著增加角閥的工作壽命，并且進(jìn)一步滿足現(xiàn)代化工企業(yè)碳化制堿高效率高轉(zhuǎn)化率的生產(chǎn)工藝要求。同時(shí)還降低了碳化塔整體的日常維護(hù)與維修成本，保障碳化制堿反應(yīng)的安全平穩(wěn)進(jìn)行，顯著提高化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

    現(xiàn)代碳酸鈣生產(chǎn)工藝與使用量等已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家化工產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)程度的重要指標(biāo)，而碳化過(guò)程是碳化生產(chǎn)過(guò)程的核心工藝。國(guó)內(nèi)目前碳酸鈣碳化工業(yè)采用的碳化塔設(shè)備裝置還相對(duì)落后，因此從碳化工藝的反應(yīng)原理與影響碳化過(guò)程中的碳酸鈣產(chǎn)量的不同變量因素等方面入手，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)等對(duì)碳化塔中各變量進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)與控制。另一方面不斷優(yōu)化改進(jìn)碳化塔的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝，對(duì)于提高碳酸鈣碳化過(guò)程中的原料轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)品質(zhì)量等具有非常重要的作用。