碳化过程集化学反应、能量转化、物料溶质传输与扩散、过饱和溶液结晶等多种物理化学过程，同时又有固、液、气三种物质状态共同存在并反应，因此要实现碳化过程的优化控制、改进生产工艺流程难度大。笔者从碳化过程的反应原理与控制要素方面入手，采用碳酸钙碳化塔设备反应装置提出针对性的改进措施，以期提高碳酸钙碳化过程的转化率以及产品的质量。
碳化生产工艺是整个碳酸钙碳化生产工序的重中之重，因此碳化塔控制设备是化工企业的核心设备。碳酸钙碳化工序处于枢纽地位，而碳化塔又是碳化工序的关键设备。国内企业普遍采用的碳化塔是铸铁内冷式索尔维塔或钢制碳化塔，这种结构的碳化塔内部表面相对比较粗糙，而且冷却系统的管道外壁工艺精度较低，易磨损和腐蚀，碳化塔工作二十个小时左右就必须进行清洁维护工作，因此工作效率较低难以实现自动化、机械化生产。
碳化过程的控制要素
科学控制碳化过程的主要目的是为保证整个碳化反应过程中的化学能量与物质的动态平衡，从而使碳化反应能够平稳高效的进行，最终使获得反应物质具有较高的转化率与产品质量。碳化过程的主要控制要素包括：碳化制碱塔内的物理参数如塔底气压、塔内温度场变化、反应液结晶析出产品的温度等。国内目前在碳化过程中还没有研发出先进的监测与控制装置来实现反应过程中对于核心元素元素在反应物与生成物中所占比例，因此无法对于碳化过程提高反应的转化率来提高产品产量。另一方面碳化塔塔底的气压是影响塔上部碱性气体的输入量的关键因素，所以要实现碳化过程中对塔底气压的控制；碳化塔内温度场主要受冷却系统与内部碳化反应能量转化的影响，由此可见通过对碳化塔内气压与温度场的实时控制能够控制反应过程，提高反应物料的转化率得到高质量的产品。
碳化过程化学反应原理
由结晶的动力学与热力学知识可知，液态物质结晶主要分为结晶形核与晶核长大两个过程。碳酸钙碳化反应中碳酸钙晶体析出原理与此相同即碳酸钙在过饱和状态通过改变温度等参数降低溶解度从而析出细小晶体，同时析出的大量细小晶体在有限空间内相互接触、结合成较大的晶体从而得到大量碳酸钙晶体。碳化过程影响产品转化率的主要因素是碳化溶液的过饱和程度、碳化溶液的温度、晶体形核率与晶核生长速度等，这其中碳化溶液的过饱和程度直接影响析出晶体的数量与晶体大小。因此可以对通过智能控制碳化溶液的过饱和程度与冷却速度等使晶体的形成速度与生长速度达到动态平衡以获得较大尺度的晶体，提高产品质量与转化率。
碳化塔内部改进流程方式
3.1碳酸钙碳化塔的内部改进
根据图1所示碳酸钙碳化塔内部结构组成部分可分为：窖气进管、分布器、内胆、化工泵四个成部分。在改进流程中增加了碳化塔的高度，在内部结构的中的内胆构造，在产业结构的循环系统中添加了（循环泵），其次改进了二氧化碳的出口方式；其中在增加碳化塔外层高度上主要是为了提高产业效率，增加产值效益，利用同等的化工原料来扩大生产的实际需要。碳化塔瘦身结构，增加了内胆，主要是为了提高设备内的压力，使得在单位面积内，二氧化碳能够与氢氧化钠充分反应，生成碳酸钠和水，排出的气体中不会危害大气环境。循环泵主要是增加塔内液体循环，使反应物质充分反应，保证产品质量的稳定性。其次便是改进二氧化碳的出口，使其降低温室效应。
3.2角阀的优化设计改造（浅谈变换气制碱装置中双外冷碳化塔的运行总结）
角阀是双外冷工业制碱碳化塔的特殊装置，设置在碳化塔外冷器的冷却控制系统的上下阀门之间，是整个外冷器冷却系统轮换工作并进行清洗维护工作的特殊设计，角阀的进气孔与出气孔的中轴线成90度角所以又叫直角阀。角阀的主要功能是通过调节角阀的角度来控制输入与输出空气的压力差来推动机器活塞与杠杆结构运动，特殊密封结构的角阀功能与空气截止阀作用类似，铸铁内冷式索尔维塔或钢制碳化塔的角阀设计不合理，工作运行过程中经常出现堵塞、卡死的现象。这是化工制碱碳化塔工作周期短、工作效率低的主要原因，通过对角阀的结构与工作运行状态进行优化设计，改变角阀原本的工作路径，使角阀的控制操作更加灵敏，显著增加角阀的工作寿命，并且进一步满足现代化工企业碳化制碱高效率高转化率的生产工艺要求。同时还降低了碳化塔整体的日常维护与维修成本，保障碳化制碱反应的安全平稳进行，显著提高化工企业的经济效益。
现代碳酸钙生产工艺与使用量等已经成为衡量一个国家化工产业发达程度的重要指标，而碳化过程是碳化生产过程的核心工艺。国内目前碳酸钙碳化工业采用的碳化塔设备装置还相对落后，因此从碳化工艺的反应原理与影响碳化过程中的碳酸钙产量的不同变量因素等方面入手，结合当前先进的智能控制系统等对碳化塔中各变量进行实时的检测与控制。另一方面不断优化改进碳化塔的结构与生产工艺，对于提高碳酸钙碳化过程中的原料转化率以及产品质量等具有非常重要的作用。
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