影响离子膜法烧碱蒸发浓缩的因素

影响离子膜法烧碱蒸发浓缩的因素
李武;李伟;田居明
【摘要】介绍离子膜法烧碱蒸发工艺流程,分析影响蒸发效率的因素,并对蒸发过程中常见故障提出了应对措施.
【期刊名称】《氯碱工业》
【年(卷),期】2016(052)008
【总页数】3页(P28-30)
【关键词】离子膜法烧碱;蒸发浓缩;影响因素;故障;措施
【作者】李武;李伟;田居明
【作者单位】东营华泰化工集团有限公司,山东东营257091;东营华泰化工集团有限公司,山东东营257091;东营经济技术开发区安监局,山东东营257091
【正文语种】中文
【中图分类】TQ114.268
离子膜电解法生产烧碱是当今世界上工业化生产烧碱最先进的工艺方法，具有能耗低、污染少、成本低及操作方便等优点，已在国内烧碱生产中占主导地位，是我国烧碱行业的主要生产装备[1]。

我国离子膜电解法制烧碱产品规格呈多样化的格局，电解碱液主要有30%(质量分数，下同)、32%两种规格。

若想获得高浓度的液体烧碱，蒸发浓缩是最为简便的方法，可以满足不同用户的需要。

东营华泰化工集团有限公司(以下简称“东营华泰”)50万t/a离子膜法烧碱装置引进瑞士某公司2套三效逆流降膜蒸发工艺技术
及配套设备。

1.1 蒸发设备工作原理
降膜蒸发器设计为管束降膜热交换器，分为加热室和蒸发室两部分，加热室在上部，蒸发室在下部。

碱液从上部进入管内，经分布器在加热管内呈膜状向下流动，与管壁外加热蒸汽进行热交换。

由于降膜层很薄，加上气体的湍流作用，传热效果极佳，当碱液到达下部时已呈沸腾状态，在蒸发室内蒸发，浓碱从蒸发器底部排出。

二次蒸汽经过高效丝网捕集器，使蒸汽冷凝液含碱质量分数小于2×10-5排出。

蒸汽
冷凝液从加热室下部排入冷凝液罐。

蒸发室内有导流板和挡板，便于汽液分离，还设有高效镍网，可最大限度地降低二次蒸汽中碱含量。

1.2 碱液蒸发浓缩工艺特点
东营华泰将32%碱液浓缩至50%，由3台蒸发器及辅助设备构成三效逆流降膜式蒸发装置，生产能力为300 t/d(折100%烧碱)。

其特点是：工艺流程简单，设备
效率高，操作方便；传热温差大，蒸汽消耗低，32%碱液蒸发浓缩到50%，折1 t 100%烧碱耗蒸汽不超过525 kg。

由于50%浓碱主要在Ⅲ效蒸发器浓缩形成，蒸
发室温度较高，对设备材质要求严格，所以选用耐腐蚀、耐高温的纯镍材料。

整个蒸发浓缩工序实行封闭式全自动化操作，设备运行平稳，操作人员劳动强度低，产品质量稳定。

1.3 碱液蒸发浓缩工艺流程
32%碱液通过碱循环泵加入Ⅰ效降膜蒸发器，蒸发器物料侧压力为10 kPa(绝压)，通过Ⅰ效蒸发浓缩，32%碱液质量分数提升至35%左右。

产生的二次蒸气通过二
次蒸汽管送到表面冷凝器中由冷却水间接冷凝。

水环式真空泵将不凝气抽走。

35%碱液通过碱循环泵从Ⅰ效降膜蒸发器的底部排出进入串联的2台碱预热器，
碱液温度由68 ℃升高到108 ℃左右。

35%碱液进入Ⅱ效降膜蒸发器，质量分数
提升到41%左右。

Ⅱ效蒸发器物料侧压力为44.3 kPa(绝压)。

Ⅱ效蒸发器产生的
二次蒸汽作为Ⅰ效蒸发器的热源。

41%碱液通过碱循环泵从Ⅱ效蒸发器的底部排出进入2台串联的碱预热器，碱液
温度由108 ℃升至159 ℃左右后进入Ⅲ效降膜蒸发器，质量分数提升至50%。

Ⅲ效蒸发器物料侧压力为205 kPa(绝压)。

Ⅲ效蒸发器产生的二次蒸汽作为Ⅱ效蒸发器的热源。

50%的碱液通过碱循环泵从Ⅲ效降膜蒸发器底部排出经3台串联的冷却器冷却后，浓碱温度由150 ℃以上下降到45 ℃。

Ⅲ效蒸发器以一次蒸汽作为热源。

一次蒸
汽冷凝液和Ⅲ效蒸发器排出的50%碱液作为预热Ⅰ效出料35%碱液和Ⅱ效出料41%碱液的热循环介质。

最终的二次蒸汽冷凝液温度下降到65 ℃，进入冷凝液收集罐。

2.1 一次蒸汽压力、温度
蒸汽是碱液蒸发浓缩的主要热源，一次蒸汽压力对蒸发能力影响很大。

蒸汽压力高，生产能力大；反之，蒸发能力小。

但压力过高不利于设备安全运行，还要考虑经济性和可靠性，因此要选择适宜的蒸汽压力。

实践证明：采用压力0.8 MPa的饱和蒸汽，温度175 ℃左右的一次蒸汽最为经济高效。

2.2 蒸发器的液位
在三效逆流降膜蒸发工艺过程中，维持各效蒸发器的液位恒定是稳定蒸发操作的关键。

液位过低，蒸发及闪蒸剧烈，气雾夹带严重，会使冷凝液中碱含量升高；液位过高，就会影响蒸发能力的发挥。

因此，应保证蒸发器液位稳定。

各效蒸发器液位采用自动控制，调节幅度都有限值，但操作人员经验、能力、责任心不在同一个水平，操作时难免出现波动大的问题，因此，操作人员务必精心操作。

2.3 真空度的影响
真空度是蒸发过程的重要控制指标，提高真空度是提高蒸发能力、降低蒸汽消耗的重要途径。

因为真空度高，可使二次蒸汽的饱和温度降低，节约蒸汽。

利用水环式真空泵，可使真空度达到85～95 kPa。

提高真空度的有效办法是：①通过降低冷却水的温度，控制水温在40 ℃以下；②及时排出系统内的不凝气体；③保证水环真空泵的抽力。

2.4 离子膜电解碱液的浓度和温度
离子膜电解烧碱质量分数在32%，温度在75～85 ℃，直接送入蒸发器进行蒸发
是非常有利的，可以降低蒸汽消耗。

温度为85 ℃的碱液进入Ⅰ效蒸发器，不用加热就进入了闪蒸沸腾状态，由于Ⅰ效蒸发温度一般在70.2 ℃左右，因此提高原料碱液的温度，可大大降低蒸汽的消耗。

2.5 汽液分离器
汽液分离器性能对蒸汽消耗具有较大的影响。

蒸汽在加热室内经过换热后部分冷凝为液态，若不及时排出，将会影响加热室传热效果，更会影响生产的安全稳定。

汽液分离器通过液位自动控制调节，可有效地保证冷凝液及时排出。

2.6 热损失[2]
烧碱蒸发浓缩过程是传热过程，因此，管道和设备的保温是减少热损失的重要环节，设备和管道保温前后的热损失分别为2.5%和1.2%；二次蒸汽和中间物料热能的
充分利用，对降低蒸汽消耗也至关重要。

3.1 碱液最终质量分数达不到50%
若Ⅰ效蒸发器进碱液质量分数低于32%，就会延缓Ⅱ效蒸发器碱液浓度的提高，
从而造成Ⅲ效蒸发器蒸发浓缩时间延长，即碱液质量分数达到50%的时间延长。

因此，保证Ⅰ效蒸发器进料碱液浓度合格至关重要。

若Ⅰ效蒸发器碱液质量分数低于32%，须提高Ⅰ效蒸发器真空度或蒸汽压力；同时，降低Ⅰ效蒸发器碱液进料
流量，直至液碱浓度达到32%。

若蒸汽冷凝液管线阻塞，则冷凝液经通道流回，稀释了已蒸发的碱液，致碱液浓度降低。

须检查蒸汽冷凝液管线阻塞位置，采取疏通措施。

3.2 降膜蒸发器能力降低
降膜蒸发器能力降低的主要原因是：①降膜蒸发器浓缩量减少，壳程压力增大；②表面冷凝器压力高于0.012 MPa的设定值；不凝气在蒸发器壳程积聚，须缓缓开启大气换气阀，排出积聚的不凝气。

3.3 蒸发器真空度低
当发现真空度低时，应检查二次蒸汽管道是否泄漏，蒸发器液位是否过高，表面冷凝器阻力是否增大，循环冷却水出口温度是否高于40 ℃，水环真空泵做功是否不足、抽力小。

3.4 蒸发器振动大、噪声大
蒸发器振动严重时，要检查加热室是否存在渗漏，蒸发室液位是否过高，蒸汽冷凝液是否排泄不及时。

东营华泰2套三效逆流降膜蒸发装置已经连续运行多年，没有出现过设备安全故障，整个工艺设备布局合理，生产高效，能耗较低，无污染，符合国家倡导的循环经济、友好型、节约型发展理念[3]。

【相关文献】
[1] 苗春晖.离子膜烧碱蒸发工艺综述[J].中国化工贸易，2013(3):261-262.
[2] 樊柯，刘小丽.离子膜烧碱新型三效逆流蒸发工艺存在的问题及改进[J].云南化工，2013(6):72-74.
[3] 李武，徐广进.华泰化工集团循环经济发展模式[J].氯碱工业，2008，44(6):4-5.。