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氯堿化工設(shè)計(jì)中工藝流程的選擇
發(fā)布時(shí)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(guó)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(jì)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(jì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素。 因此， 本文探討了氯堿化工計(jì)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(wèn)題， 以期為設(shè)計(jì)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(guò)濾工藝和直接過(guò)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(guó)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(guò)程相對(duì)穩(wěn)定， 普通操作人員易于掌握， 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定， 不需要高頻次的檢修， 維修費(fèi)用相對(duì)較少。 但生產(chǎn)裝置大， 占地面積多； 一次鹽水工藝自動(dòng)化程度偏低， 系統(tǒng)一旦出現(xiàn)異常， 恢復(fù)正常所需時(shí)間較長(zhǎng)； 由于砂濾器的存在， 會(huì)產(chǎn)生 SiO2 二次污染。 此外， 一次鹽水中SS 含量相對(duì)偏高， 增加了后道工序的處理壓力， 且對(duì)鹽質(zhì)量變化的適應(yīng)能力較差， 碳素管過(guò)濾部分操作相對(duì)復(fù)雜。
2. 2 膜法過(guò)濾工藝
國(guó)內(nèi)氯堿行業(yè)鹽水精制中所用膜主要有兩種： 戈?duì)柲ず蛣P膜。
2. 2. 1 戈?duì)柲}水精制工藝特點(diǎn)
（1） 脈沖式過(guò)濾。 當(dāng)運(yùn)行達(dá)到過(guò)濾時(shí)間后， 過(guò)濾器自動(dòng)進(jìn)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(kāi)始下一個(gè)過(guò)濾周期。
（2） 高流量一次凈化。 其過(guò)濾能力是其他過(guò)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(wú)損的狀態(tài)下運(yùn)行。
此外， 由于膜極薄， 可視為表面過(guò)濾， 不會(huì)造成濾程堵塞， 即使有輕微堵塞也很容易用酸溶解， 機(jī)械損傷的可能性很小。
2. 2. 2 凱膜鹽水精制工藝特點(diǎn)
（1） 工藝簡(jiǎn)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(jìn)入離子交換樹(shù)脂塔進(jìn)行二次鹽水精制。
（2） 固液分離一次完成， 無(wú)需其他附屬設(shè)備， 過(guò)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(dòng)強(qiáng)度。
此外， 工藝降低了對(duì)原鹽質(zhì)量的要求， 為原料采購(gòu)提供了方便， 鹽水質(zhì)量高且穩(wěn)定， 延長(zhǎng)了隔膜的使用壽命， 整個(gè)設(shè)備經(jīng)過(guò)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(yáng)極隔膜電解技術(shù)和離子膜電解技術(shù)兩種。
3. 1 金屬陽(yáng)極膜電解工藝流程
由鹽水工序送來(lái)質(zhì)量合格的精鹽水進(jìn)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(jìn)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(gè)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(jí)槽離子膜電解兩種，由于我國(guó)氯堿工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)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(guò)脫氯塔脫去氯氣， 進(jìn)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(jìn)入澄清桶澄清， 再進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾， 經(jīng)樹(shù)脂塔除去鈣鎂離子后進(jìn)入離子膜電解槽陽(yáng)極室。 與此同時(shí)， 純水和液堿一同進(jìn)入陰極室。 通入直流電后， 在陽(yáng)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(cuò)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(jìn)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(diǎn)是依濃度越來(lái)越高， 而蒸汽壓力卻越來(lái)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(qiáng)制循環(huán)等形式。
4. 2 逆流流程
三效逆流流程是國(guó)外普遍采用的流程， 其流程可敘述為： 來(lái)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(jī)高位槽分離固體鹽， 分離后的料液或返回本效， 或過(guò)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(guò)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(jìn)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(píng)價(jià)一個(gè)蒸堿的流程， 主要看其消耗是不是很低， 強(qiáng)度是不是大，投資是不是小， 運(yùn)行是不是穩(wěn)定。
4. 3. 1 效數(shù)評(píng)價(jià)
我們假定兩個(gè)條件： 一是在蒸發(fā)過(guò)程中沒(méi)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(shí)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(duì)于效數(shù)的選擇， 要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 從目前的工藝水平來(lái)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(lái)說(shuō)， 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(diǎn)低， 電解液可以不預(yù)熱進(jìn)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(guò)第三效（NaOH 濃度低） 排出， 減少了濃堿損失。
（2） 強(qiáng)度大。 逆流蒸發(fā)尤其是增加了強(qiáng)制循環(huán)泵后， 料液流動(dòng)速度增大， 傳熱狀況得到改善， 生產(chǎn)強(qiáng)度（指每單位加熱面積， 每小時(shí)內(nèi)蒸出的堿量） 提高。 如三效逆流加強(qiáng)制循環(huán)法， 其強(qiáng)度達(dá) 7～8kgf/m2時(shí)， 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(jì)及先進(jìn)的工藝技術(shù)，并為國(guó)內(nèi)多家知名企業(yè)提供過(guò)技術(shù)和設(shè)計(jì)服務(wù)，經(jīng)驗(yàn)豐富，團(tuán)隊(duì)實(shí)力強(qiáng)， 工藝先進(jìn)，設(shè)計(jì)合理，可以進(jìn)行工程定制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)前期設(shè)計(jì)、過(guò)程跟蹤、后期優(yōu)化的“一站式”設(shè)計(jì)服務(wù)。
5 結(jié)語(yǔ)
在目前氯堿工藝設(shè)計(jì)中， 越來(lái)越注重工藝的可靠性、 先進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)能力， 提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵是嚴(yán)格控制好各項(xiàng)工藝指標(biāo)。
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