氯堿化工設計中工藝流程的選擇

發布時間：

2023-11-14 09:52

1 引言
氯堿工業是重要的基本化工原料工業，廣泛應用于輕工、紡織、食品等行業，目前國內工業燒堿生產方法主要為隔膜法和離子膜法。在電解法燒堿生產裝置的工程設計中，優化選擇建設規模、生產平衡能力及工藝流程是設計評價的關鍵因素。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等關鍵工序的工藝流程選擇問題，以期為設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方式大體可分為三種：傳統工藝、膜法過濾工藝和直接過濾工藝。

2. 1 鹽水一次精制的傳統工藝

傳統工藝流程在國內外同行業中普遍存在至今，其一次鹽水工序生產過程相對穩定，普通操作人員易于掌握，設備運行穩定，不需要高頻次的檢修，維修費用相對較少。但生產裝置大，占地面積多；一次鹽水工藝自動化程度偏低，系統一旦出現異常，恢復正常所需時間較長；由于砂濾器的存在，會產生 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，且對鹽質量變化的適應能力較差，碳素管過濾部分操作相對復雜。
2. 2 膜法過濾工藝
國內氯堿行業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。當運行達到過濾時間后，過濾器自動進入反沖狀態，經放氣、泄壓、反沖，靠反向靜壓差而使濾餅脫落、沉降，經數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備。
（3）低壓反沖可使設備在近于無損的狀態下運行。

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，無需其他附屬設備，過濾精度穩定，處理能力大，節約了技術改造成本。
（3）與傳統工藝比較，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量的要求，為原料采購提供了方便，鹽水質量高且穩定，延長了隔膜的使用壽命，整個設備經過特殊防腐處理，可適應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主要有金屬陽極隔膜電解技術和離子膜電解技術兩種。

3. 1 金屬陽極膜電解工藝流程

由鹽水工序送來質量合格的精鹽水進入精鹽水高位槽，溢流經預熱器預熱到 65～75℃后經總管，再經加酸調節 pH 值 5～6 后，流入鹽水斷電器，斷電后經鹽水分管，進入電解槽，在直流電作用下生成氯氣、氫氣和電解液，電槽產生的三個中間產品分別送氯氣處理系統、氫氣處理輸送和堿液蒸發系統。
3. 2 離子膜電解工藝流程
離子膜電解技術分為單極槽離子膜電解和復級槽離子膜電解兩種，由于我國氯堿工業生產規模相對較小，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，而后在反應罐中加入 NaOH 等化學物質，出反應器鹽水進入澄清桶澄清，再進入過濾器過濾，經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，在陽極室產生氯氣，在陰極室產生氫氣和 30%～35%的 NaOH 液堿。

4 燒堿蒸發的工藝流程
燒堿蒸發流程有順流、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，由于串聯蒸發器數量的不同，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預熱后，由加料泵送入第三效蒸發器，其中的固體鹽由循環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，第一效蒸發器利用其自身壓力經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
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，運行是不是穩定。
4. 3. 1 效數評價
我們假定兩個條件：一是在蒸發過程中沒有熱的損失，二是被蒸發料液與加熱蒸汽溫度相同。由此可知，多效蒸發比單效蒸發占優。同時也必須看到，效數越多，其投資越大，要求越高，而且越到后面，節氣越小，因此對于效數的選擇，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。逆流蒸發尤其是增加了強制循環泵后，料液流動速度增大，傳熱狀況得到改善，生產強度（指每單位加熱面積，每小時內蒸出的堿量）提高。如三效逆流加強制循環法，其強度達 7～8kgf/m2時，比順流流程高 20%左右。