氯堿化工設(shè)計中工藝流程的選擇

發(fā)布時間：

2023-11-14 09:52

1 引言
氯堿工業(yè)是重要的基本化工原料工業(yè)，廣泛應(yīng)用于輕工、紡織、食品等行業(yè)，目前國內(nèi)工業(yè)燒堿生產(chǎn)方法主要為隔膜法和離子膜法。在電解法燒堿生產(chǎn)裝置的工程設(shè)計中，優(yōu)化選擇建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)平衡能力及工藝流程是設(shè)計評價的關(guān)鍵因素。因此，本文探討了氯堿化工計中鹽水一次精制、食鹽溶液電解以及燒堿蒸發(fā)等關(guān)鍵工序的工藝流程選擇問題，以期為設(shè)計人員提供一定的借鑒。
2 鹽水一次精制的工藝流程
鹽水一次精制的生產(chǎn)方式大體可分為三種：傳統(tǒng)工藝、膜法過濾工藝和直接過濾工藝。

2. 1 鹽水一次精制的傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)工藝流程在國內(nèi)外同行業(yè)中普遍存在至今，其一次鹽水工序生產(chǎn)過程相對穩(wěn)定，普通操作人員易于掌握，設(shè)備運行穩(wěn)定，不需要高頻次的檢修，維修費用相對較少。但生產(chǎn)裝置大，占地面積多；一次鹽水工藝自動化程度偏低，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)異常，恢復(fù)正常所需時間較長；由于砂濾器的存在，會產(chǎn)生 SiO2 二次污染。此外，一次鹽水中SS 含量相對偏高，增加了后道工序的處理壓力，且對鹽質(zhì)量變化的適應(yīng)能力較差，碳素管過濾部分操作相對復(fù)雜。
2. 2 膜法過濾工藝
國內(nèi)氯堿行業(yè)鹽水精制中所用膜主要有兩種：戈爾膜和凱膜。
2. 2. 1 戈爾膜鹽水精制工藝特點
（1）脈沖式過濾。當(dāng)運行達到過濾時間后，過濾器自動進入反沖狀態(tài)，經(jīng)放氣、泄壓、反沖，靠反向靜壓差而使濾餅脫落、沉降，經(jīng)數(shù)秒后再開始下一個過濾周期。
（2）高流量一次凈化。其過濾能力是其他過濾器的 5～10 倍，且不需要借助其他的固液分離設(shè)備。
（3）低壓反沖可使設(shè)備在近于無損的狀態(tài)下運行。

此外，由于膜極薄，可視為表面過濾，不會造成濾程堵塞，即使有輕微堵塞也很容易用酸溶解，機械損傷的可能性很小。
2. 2. 2 凱膜鹽水精制工藝特點
（1）工藝簡單，流程短。鹽水中的懸浮物從 1000～10000mg/L 降至1mg/L 以下，完全適合隔膜法燒堿生產(chǎn)裝置中電解槽使用，也可直接進入離子交換樹脂塔進行二次鹽水精制。
（2）固液分離一次完成，無需其他附屬設(shè)備，過濾精度穩(wěn)定，處理能力大，節(jié)約了技術(shù)改造成本。
（3）與傳統(tǒng)工藝比較，占地面積小，省去了清理澄清桶、砂濾器的工作量，大大降低了勞動強度。

此外，工藝降低了對原鹽質(zhì)量的要求，為原料采購提供了方便，鹽水質(zhì)量高且穩(wěn)定，延長了隔膜的使用壽命，整個設(shè)備經(jīng)過特殊防腐處理，可適應(yīng)更寬松的酸堿度液體要求。
3 食鹽溶液電解的工藝流程
食鹽溶液的電解技術(shù)主要有金屬陽極隔膜電解技術(shù)和離子膜電解技術(shù)兩種。

3. 1 金屬陽極膜電解工藝流程

由鹽水工序送來質(zhì)量合格的精鹽水進入精鹽水高位槽，溢流經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到 65～75℃后經(jīng)總管，再經(jīng)加酸調(diào)節(jié) pH 值 5～6 后，流入鹽水?dāng)嚯娖鳎?斷電后經(jīng)鹽水分管，進入電解槽，在直流電作用下生成氯氣、氫氣和電解液，電槽產(chǎn)生的三個中間產(chǎn)品分別送氯氣處理系統(tǒng)、氫氣處理輸送和堿液蒸發(fā)系統(tǒng)。
3. 2 離子膜電解工藝流程
離子膜電解技術(shù)分為單極槽離子膜電解和復(fù)級槽離子膜電解兩種，由于我國氯堿工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模相對較小，因此一般采用單極槽離子膜電解。以原鹽為原料，從離子膜電解槽中流出的淡鹽水經(jīng)過脫氯塔脫去氯氣，進入鹽水飽和槽制成飽和鹽水，而后在反應(yīng)罐中加入 NaOH 等化學(xué)物質(zhì)，出反應(yīng)器鹽水進入澄清桶澄清，再進入過濾器過濾，經(jīng)樹脂塔除去鈣鎂離子后進入離子膜電解槽陽極室。與此同時，純水和液堿一同進入陰極室。通入直流電后，在陽極室產(chǎn)生氯氣，在陰極室產(chǎn)生氫氣和 30%～35%的 NaOH 液堿。

4 燒堿蒸發(fā)的工藝流程
燒堿蒸發(fā)流程有順流、逆流和錯流三種，而常用的是順流和逆流。
4. 1 順流流程
順流流程是指進蒸發(fā)器的電解液和加熱蒸汽的方向是一致的，如果一套多效蒸發(fā)裝置，電解液流向的特點是依濃度越來越高，而蒸汽壓力卻越來越低。在順流流程中，由于串聯(lián)蒸發(fā)器數(shù)量的不同，又分為順流雙效，順流三效四體兩路，順流三效部分強制循環(huán)等形式。
4. 2 逆流流程
三效逆流流程是國外普遍采用的流程，其流程可敘述為：來自電解或加料槽的電解液經(jīng)預(yù)熱后，由加料泵送入第三效蒸發(fā)器，其中的固體鹽由循環(huán)泵送入離心機高位槽分離固體鹽，分離后的料液或返回本效，或過料到第二效，第二效中析出的固體鹽在旋液分離器中分離，同樣分離后的料液用于過料或自身循環(huán)，第一效蒸發(fā)器利用其自身壓力經(jīng)采鹽器采鹽后進入閃蒸效，閃蒸后的濃堿放入濃堿冷卻貯槽，經(jīng)
冷卻后即為成品液堿。
4. 3 流程討論
評價一個蒸堿的流程，主要看其消耗是不是很低，強度是不是大，投資是不是小，運行是不是穩(wěn)定。
4. 3. 1 效數(shù)評價
我們假定兩個條件：一是在蒸發(fā)過程中沒有熱的損失，二是被蒸發(fā)料液與加熱蒸汽溫度相同。由此可知，多效蒸發(fā)比單效蒸發(fā)占優(yōu)。同時也必須看到，效數(shù)越多，其投資越大，要求越高，而且越到后面，節(jié)氣越小，因此對于效數(shù)的選擇，要進行綜合評價。從目前的工藝水平來看，一般是三效或者四效為宜。
4. 3. 2 順流與逆流流程的比較
一般來說，逆流流程比順流流程優(yōu)越，其理由如下：
（1）能耗低。第三效為真空效，沸點低，電解液可以不預(yù)熱進效，濃效又是閃蒸效，還能自蒸提高 2%的濃度。而且第二效的鹽泥（NaOH 高）經(jīng)過第三效（NaOH 濃度低）排出，減少了濃堿損失。
（2）強度大。逆流蒸發(fā)尤其是增加了強制循環(huán)泵后，料液流動速度增大，傳熱狀況得到改善，生產(chǎn)強度（指每單位加熱面積，每小時內(nèi)蒸出的堿量）提高。如三效逆流加強制循環(huán)法，其強度達 7～8kgf/m2時，比順流流程高 20%左右。

山東中天科技工程有限公司可以提供氯堿工程設(shè)計及先進的工藝技術(shù)，并為國內(nèi)多家知名企業(yè)提供過技術(shù)和設(shè)計服務(wù)，經(jīng)驗豐富，團隊實力強，工藝先進，設(shè)計合理，可以進行工程定制設(shè)計，實現(xiàn)前期設(shè)計、過程跟蹤、后期優(yōu)化的“一站式”設(shè)計服務(wù)。

5 結(jié)語
在目前氯堿工藝設(shè)計中，越來越注重工藝的可靠性、先進性，各生產(chǎn)單元都采用了許多新的流程與配置。選擇合理的工藝流程必須結(jié)合企業(yè)的實際生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵是嚴格控制好各項工藝指標(biāo)。

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