碳化過(guò)程集化學(xué)反應、能量轉化、物料溶質(zhì)傳輸與擴散、過(guò)飽和溶液結晶等多種物理化學(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，因此要實(shí)現碳化過(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)程的反應原理與控制要素方面入手，采用碳酸鈣碳化塔設備反應裝置提出針對性的改進(jìn)措施，以期提高碳酸鈣碳化過(guò)程的轉化率以及產(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，因此碳化塔控制設備是化工企業(yè)的核心設備。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)鍵設備。國內企業(yè)普遍采用的碳化塔是鑄鐵內冷式索爾維塔或鋼制碳化塔，這種結構的碳化塔內部表面相對比較粗糙，而且冷卻系統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)行清潔維護工作，因此工作效率較低難以實(shí)現自動(dòng)化、機械化生產(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，從而使碳化反應能夠平穩高效的進(jìn)行，最終使獲得反應物質(zhì)具有較高的轉化率與產(chǎn)品質(zhì)量。碳化過(guò)程的主要控制要素包括：碳化制堿塔內的物理參數如塔底氣壓、塔內溫度場(chǎng)變化、反應液結晶析出產(chǎn)品的溫度等。國內目前在碳化過(guò)程中還沒(méi)有研發(fā)出先進(jìn)的監測與控制裝置來(lái)實(shí)現反應過(guò)程中對于核心元素元素在反應物與生成物中所占比例，因此無(wú)法對于碳化過(guò)程提高反應的轉化率來(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)現碳化過(guò)程中對塔底氣壓的控制；碳化塔內溫度場(chǎng)主要受冷卻系統與內部碳化反應能量轉化的影響，由此可見(jiàn)通過(guò)對碳化塔內氣壓與溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制能夠控制反應過(guò)程，提高反應物料的轉化率得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
    碳化過(guò)程化學(xué)反應原理
    由結晶的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)知識可知，液態(tài)物質(zhì)結晶主要分為結晶形核與晶核長(cháng)大兩個(gè)過(guò)程。碳酸鈣碳化反應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)改變溫度等參數降低溶解度從而析出細小晶體，同時(shí)析出的大量細小晶體在有限空間內相互接觸、結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(cháng)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量與晶體大小。因此可以對通過(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(cháng)速度達到動(dòng)態(tài)平衡以獲得較大尺度的晶體，提高產(chǎn)品質(zhì)量與轉化率。
    碳化塔內部改進(jìn)流程方式
    3.1碳酸鈣碳化塔的內部改進(jìn)
    根據圖1所示碳酸鈣碳化塔內部結構組成部分可分為：窖氣進(jìn)管、分布器、內膽、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，在內部結構的中的內膽構造，在產(chǎn)業(yè)結構的循環(huán)系統中添加了（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)擴大生產(chǎn)的實(shí)際需要。碳化塔瘦身結構，增加了內膽，主要是為了提高設備內的壓力，使得在單位面積內，二氧化碳能夠與氫氧化鈉充分反應，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)泵主要是增加塔內液體循環(huán)，使反應物質(zhì)充分反應，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩定性。其次便是改進(jìn)二氧化碳的出口，使其降低溫室效應。
    3.2角閥的優(yōu)化設計改造（淺談變換氣制堿裝置中雙外冷碳化塔的運行總結）
    角閥是雙外冷工業(yè)制堿碳化塔的特殊裝置，設置在碳化塔外冷器的冷卻控制系統的上下閥門(mén)之間，是整個(gè)外冷器冷卻系統輪換工作并進(jìn)行清洗維護工作的特殊設計，角閥的進(jìn)氣孔與出氣孔的中軸線(xiàn)成90度角所以又叫直角閥。角閥的主要功能是通過(guò)調節角閥的角度來(lái)控制輸入與輸出空氣的壓力差來(lái)推動(dòng)機器活塞與杠桿結構運動(dòng)，特殊密封結構的角閥功能與空氣截止閥作用類(lèi)似，鑄鐵內冷式索爾維塔或鋼制碳化塔的角閥設計不合理，工作運行過(guò)程中經(jīng)常出現堵塞、卡死的現象。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)對角閥的結構與工作運行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化設計，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(zhù)增加角閥的工作壽命，并且進(jìn)一步滿(mǎn)足現代化工企業(yè)碳化制堿高效率高轉化率的生產(chǎn)工藝要求。同時(shí)還降低了碳化塔整體的日常維護與維修成本，保障碳化制堿反應的安全平穩進(jìn)行，顯著(zhù)提高化工企業(yè)的經(jīng)濟效益。

    現代碳酸鈣生產(chǎn)工藝與使用量等已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家化工產(chǎn)業(yè)發(fā)達程度的重要指標，而碳化過(guò)程是碳化生產(chǎn)過(guò)程的核心工藝。國內目前碳酸鈣碳化工業(yè)采用的碳化塔設備裝置還相對落后，因此從碳化工藝的反應原理與影響碳化過(guò)程中的碳酸鈣產(chǎn)量的不同變量因素等方面入手，結合當前先進(jìn)的智能控制系統等對碳化塔中各變量進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測與控制。另一方面不斷優(yōu)化改進(jìn)碳化塔的結構與生產(chǎn)工藝，對于提高碳酸鈣碳化過(guò)程中的原料轉化率以及產(chǎn)品質(zhì)量等具有非常重要的作用。