50堿蒸發(fā)新工藝的應用與探討

1、50%堿蒸發(fā)新工藝的應用與探討堿蒸發(fā)新工藝的應用與探討來源:中國化工信息網(wǎng)2008年5月8日蕪湖融匯化工有限公司從美國JY公司引進一套2萬ta離子膜燒堿蒸發(fā)裝置，于2007年3月10日順利投產(chǎn)。該裝置是美國公司在中國大陸投運的第1套高濃度燒堿蒸發(fā)裝置，采用雙效逆流降膜蒸發(fā)工藝將32%(質(zhì)量分數(shù)，下同)的離子膜法燒堿蒸發(fā)到50%，采用DCS自動控制。主要引進設備有：Ⅰ效蒸發(fā)器(1臺，鎳材)，Ⅱ效蒸發(fā)器(1臺，超低碳不銹鋼)，堿換熱器(3臺

2、，鎳材)，冷凝器(1臺，不銹鋼)，真空泵(2臺，組合件)，循環(huán)泵及輸送泵(6臺，316L或鎳)，分離器(2臺)及冷凝液罐(3臺)；配套相關管線、閥門、DCS及一次儀表。1工藝技術特點該裝置主要是生產(chǎn)50%的離子膜法燒堿。32%離子膜法燒堿的純度高，含鹽雜質(zhì)低，無需在生產(chǎn)中除鹽，故蒸發(fā)工藝流程簡單，設備簡化，易于操作。1.1工藝流程一定溫度的32%堿經(jīng)過計量和自控進入Ⅱ效，在Ⅱ效底部混合后，一部分堿液參與循環(huán)；一部分堿液分流經(jīng)2臺并聯(lián)預熱

3、器加熱，吸收成品堿和蒸汽冷凝水的熱量后，直接進入Ⅰ效上端，通過Ⅰ效上端分布器均勻地分配到直立列管中，在管中形成降膜蒸發(fā)，得到的成品堿流到Ⅰ效底部。成品堿一部分參與循環(huán)，一部分輸出到成品貯槽。蒸汽與堿液逆流，先進入Ⅰ效，生成冷凝水輸出；產(chǎn)生的二次蒸汽作為Ⅱ效加熱源。Ⅱ效產(chǎn)生的廢蒸汽去冷凝器冷卻，蒸汽迅速冷凝產(chǎn)生真空，并提供給Ⅱ效一定的真空度，有利于蒸發(fā)。不凝性氣體由真空泵抽出。流程示意圖如圖1(略)所示。1.2工藝技術特點1.2.1雙效逆

4、流蒸發(fā)本工藝采用雙效逆流蒸發(fā)，其特點是各效溫差較大，提高了傳熱效率，設備傳熱面積小，節(jié)約投資。該工藝中蒸汽進Ⅰ效，產(chǎn)生的二次蒸汽進Ⅱ效；32%堿液先進入Ⅱ效，濃縮到一定濃度后，再進入Ⅰ效濃縮到50%。Ⅱ效采用真空蒸發(fā)，在Ⅰ效連續(xù)出成品堿。由于Ⅱ真空度很高，故蒸發(fā)的沸點低，在6080℃，所需的蒸汽壓力及溫度也不需很高，故可以采用Ⅰ效的二次蒸汽加熱。Ⅱ效的堿液濃度及蒸發(fā)溫度都不是很高，對材質(zhì)要求稍低，一般采用316L不銹鋼即可。Ⅰ效的蒸發(fā)系

5、統(tǒng)中堿液沸點高，所需蒸汽壓力及溫度均較高，一般要求0.7MPa以上的蒸汽，溫度在170℃以上。Ⅰ效燒堿蒸發(fā)到50%，腐蝕性增大，接觸液堿部分的材質(zhì)一般采用Ni材或Ni200。與順流工藝相比，逆流工藝能充分利用加熱蒸汽的熱量，這是由于逆流次級效(Ⅱ效)蒸發(fā)器的堿液沸點較低(堿濃度低)，可以利用前效(Ⅰ效)加熱器的蒸汽冷凝液預熱進本效(Ⅰ效)的堿液；并可使用前效產(chǎn)生的二次蒸汽，用于次級效加熱。這樣增加了加熱量，節(jié)省了原蒸汽的使用量。本工藝蒸

6、汽消耗量平均≤0.65tt。其次，增加了溫差，增大了蒸汽推動力，提高了蒸汽的熱利用率。由于Ⅱ效排出的蒸汽冷凝液溫度較順流溫度低，總體利用的溫差大。1.2.2降膜蒸發(fā)降膜蒸發(fā)器是利用垂直管道內(nèi)的薄膜進行液體蒸發(fā)。物料經(jīng)過頂部的分布器進入管內(nèi)，形成一層薄膜。水蒸氣的潛熱通過管壁傳遞到管道內(nèi)的液態(tài)膜中，液體吸收管道外層水蒸氣冷凝的熱量，物料中的水分變?yōu)闅鈶B(tài)而蒸發(fā)。大約1kg的水蒸氣冷凝所產(chǎn)生的熱量會使1kg的水分在液膜上蒸發(fā)。故降膜蒸發(fā)傳熱效

7、率高。1.2.3部分堿液循環(huán)為了防止降膜蒸發(fā)過程中蒸汽波動而產(chǎn)生效內(nèi)膜薄干壁現(xiàn)象，該工藝雙效均采用部分物料通過孔板流量計進行循環(huán)的方式。其中Ⅱ效32%堿與蒸發(fā)室內(nèi)的較高濃度堿液全部混合后，通過孔板流量計分流一定的堿液進入Ⅱ效頂部降膜蒸發(fā)。多余的堿液連續(xù)送入Ⅰ效頂部，與Ⅰ效孔板分流的一小部分堿液一起進入Ⅰ效頂部降膜蒸發(fā)。這樣總有部分堿液參與循環(huán)，以確保合適的熱交換面的潤濕率。1.2.4Ⅰ效物料預熱進入Ⅰ效的物料由Ⅱ效送來，物料溫度很低，為

8、充分利用余熱，節(jié)約能源，利用Ⅰ效的冷凝水及出料的熱量加熱物料。該工藝采用2臺板式換熱器并聯(lián)，1臺用于吸收冷凝水余熱，1臺用于吸收出料50%堿的余熱。從Ⅱ效來的堿液分流經(jīng)過2臺熱交換器，加熱后一起進入Ⅰ效，該方式換熱效率高。2應用中的相關問題探討(1)保證蒸汽壓力穩(wěn)定。本工藝系統(tǒng)開車時需先建立內(nèi)循環(huán)平衡，達到要求的堿濃度時即可出料，無廢堿產(chǎn)生。但在建立系統(tǒng)平衡時，必須保證蒸汽壓力、真空度、冷凝水排液穩(wěn)定，才有利于很快達到平衡。生產(chǎn)中由于蒸

9、汽壓力是共用系統(tǒng)，經(jīng)常遇到壓力波動情況，不僅影響到整個系統(tǒng)物料和能量平衡，還影響到蒸發(fā)沸點BPE的控制，影響燒堿濃度的有效控制。(2)防止系統(tǒng)中鐵離子濃度增高。為防止高濃、度燒堿中鐵離子濃度增高，選材時盡量選用耐腐蝕的超低碳不銹鋼及鎳材。本系統(tǒng)進Ⅱ效之前的32%堿管道采用316L，Ⅱ效之后的管道均采用Ni200。開車初期，成品堿中Fe2O3為5106(質(zhì)量分數(shù)，下同)，分析進料32%堿中Fe2O3僅1106。通過跟蹤分析，Ⅱ效后的Fe2

10、O3為2106，比原料增加了1倍；經(jīng)過Ⅰ效蒸發(fā)后，F(xiàn)e2O3增到了5106。按照理論計算，原料中鐵為1106，濃縮到50%后應該在1.5106，實際增加到大約5106，說明堿液在系統(tǒng)中溶解了一部分鐵，有些是焊接時在焊縫處存留的鐵氧化物。經(jīng)過一段時間的運行，鐵離子含量有所降低，質(zhì)量分數(shù)一般穩(wěn)定在(23.5)106(按Fe2O3計)。如果對堿中鐵含量離子要求較高，以選擇鎳材為宜。(3)可能因溫差損失所致，沸點升高比理論值高，50%堿BPE值

11、在4647℃。液堿的蒸發(fā)濃度主要是根據(jù)額定條件下沸點升高值推算的。常壓下，50%離子膜堿液的沸點升高值為43.1℃。另外在蒸發(fā)效內(nèi)存在一定的靜壓，會使沸點上升23℃，還有其他因素引起的溫差損失0.51.5℃。故實際生產(chǎn)中沸點升高設定值在4647℃，堿質(zhì)量分數(shù)就可以穩(wěn)定在50%左右。上述方法在生產(chǎn)操作中不直觀，需不斷地分析驗證，當蒸汽壓力波動時，生產(chǎn)操作較難控制。最好采用在線燒堿濃度儀，可以直接顯示堿濃度，并提高產(chǎn)品質(zhì)量和操作的穩(wěn)定性。(

12、4)根據(jù)溫度偏差判斷不凝性氣體排出量。生產(chǎn)中要及時有效排除不凝性氣體，才能有利于蒸發(fā)。由于原蒸汽中含有一些空氣及揮發(fā)性物質(zhì)，在Ⅰ效中蒸汽冷凝后，剩下不凝性氣體，這些不凝性氣體不斷積累并占據(jù)效內(nèi)空間，就會阻礙后來蒸汽的傳熱，故須不斷地排出效中的不凝氣。同樣，Ⅱ效蒸發(fā)器接受了Ⅰ效的不凝氣及一部分蒸汽，加上二次蒸汽中的不凝性氣體，不凝性氣體會更多，故Ⅱ效的不凝氣也須連續(xù)排出。一般可以通過排氣溫度與效內(nèi)溫度差判斷。當排氣溫度比效內(nèi)溫度高3℃以上

13、，說明不凝性氣體較多，須加大排氣量，反之減少排氣量。(5)采用氮氣填充，保護高濃度燒堿的質(zhì)量。50%堿是高濃度燒堿，易與空氣中的CO2反應生成Na2CO3(2NaOHCO2=Na2CO3H2O)。這些Na2CO3在高濃度燒堿中溶解度很小，隨著時間的延長(超過4h)，50%堿表面水分會不斷蒸發(fā)，堿濃度變高，甚至產(chǎn)生少量的固態(tài)膜，與Na2CO3形成了一層透明結(jié)晶物，漂浮在液堿表面，若沉入堿液中會形成細小的懸浮物。在長時間貯存或長距離運輸中，