离子膜烧碱蒸发工艺综述

离子膜烧碱蒸发工艺综述

摘 要：介绍了离子膜烧碱蒸发的特点，主要因素，及引进SET蒸发工艺技术。

关键词：烧碱 离子膜法制碱 蒸发 SET

传统的隔膜法电解槽制得的烧碱NaOH含量只有10%～12%（wt），难以满足工业上的需求。随着离子膜电解槽技术的发展，国内氯碱厂家陆续引进该技术，开始采用离子膜电解槽制碱法，制得的NaOH浓度已能达到30%～35%（wt），含盐量极少，可以满足纺织等工业的需要，直接作为成品碱出售。若进一步浓缩到50%（wt），蒸汽消耗约为0.6～0.8t/NaOH，只有隔膜法的25%～30%。

山西潞安树脂公司在离子膜电解法的基础上，引进意大利SET公司的烧碱蒸发及浓缩工艺技术及配套设备，年产20万吨50%的液碱，从而提高市场抗风险的能力。

一、离子膜液碱蒸发的特点

1.流程简单

由于离子膜碱液仅含极微量的盐，所有在整个蒸发浓缩过程中，无须除盐，这就极大的简化了流程设备，降低了操作人员的劳动强度。

2.浓度高，蒸汽消耗少

离子膜碱液的浓度高，一般在30%～33%，比隔膜法碱液的10%～11%要高很多，因而大量地减少了浓缩用的蒸汽。若以32%碱液为例，如产品的浓度为50%，则每吨50%成品碱需蒸出水量为：

而隔膜法电解碱液若同样浓缩至50%，则一般需要蒸出约6.5t的水量。由于蒸发水量大大减少，蒸汽消耗大幅下降。

二、影响蒸发的主要因素

1.生蒸汽压力

蒸汽是碱液蒸发的主要热源，其压力高低直接影响到蒸发操作的能力。在其他工况条件不变的情况下，往往较高的生蒸汽压力会使系统获得较大的温差，单位时间内所传递的热量也相应增加，装置有较大的生产能力。

正常生产中，需保持适宜的蒸汽压力。压力过高容易使加热管内碱液温度上升过高，造成汽膜，降低传热系数。压力过低，碱液不能达到所需温度，蒸发强

度降低。保证蒸汽压力的稳定供应，可以保证进出口物料的浓度，温度，保证产品质量。

2.真空度

真空度是蒸发过程中提高蒸发能力的重要途径，也是降低汽耗的重要途径。适当提高真空度，将使二次蒸汽的饱和温度降低，从而提高了有效的温度差，因而更充分的利用了热源，使蒸汽消耗降低。真空度的高低与大气冷凝器的下水温度有关（该温度下的饱和蒸汽压），也与二次蒸汽中的不凝气含量有关。

生产过程中，一般提高真空度的途径为最大限度的排除不凝性气体，常用方法如下： （1）采用真空泵；（2）采用蒸汽喷射泵。一般都使用真空泵机械抽真空，以达到较大的真空度，保证蒸发操作的高效运行。

3.气液分离器的液位控制

在蒸发过程中，维持恒定的气液分离器液位得以保证蒸发操作的稳定运行。液位高度的变化，会造成静压头的变化，使蒸发过程变得不稳定。液位过低，蒸发及闪蒸剧烈，夹带严重，使得表面冷凝器出来的工艺冷凝液带碱；液位过高，会使蒸发量减小，进加热室的料液温度增高，降低了传热有效温差。

三、三效降膜逆流蒸发装置

本装置是根据中国天辰化学工程公司的总体设计要求，由意大利SET公司设计完成。采用三效降膜逆流蒸发工艺，年产10万吨质量分数为50%的NaOH液碱，操作时间8000h/a，装置设计能力为额定的110%。引进设备包括蒸发器、气液分离器、板式换热器及碱泵等。

该蒸发装置采用降膜蒸发器，各效的工作原理为：稀碱液由加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。在管内被加热汽化，被汽化的蒸汽与液体一起由加热管下端引出，经气液分离后即得到浓缩液。

1.工艺描述

1.1碱液流程

来自离子膜电解的32%烧碱经缓冲罐T1001，通过流量控制器FIC-1302的控制，直接从顶部进入三效蒸发器E-1303，与蒸发壳程中的二次蒸汽换热来实现蒸发。蒸汽在三效气液分离器D-1303中从溶液中分离出来，溶液因此浓缩为37.5%的NaOH溶液。

泵P1303将浓缩后的碱液从D1303中抽出后送到预热器E1308和E1307中，在此分别利用回收浓碱液和蒸汽冷凝水的热量加热后送入二效蒸发器E1302的上部。

在二效蒸发器中碱液被进一步浓缩至约42%，然后由泵P81302送到预热器E81305和E81306中，以回收利用浓碱液和蒸汽冷凝水中的热量。然后送入一效蒸发器E1301的上部。

用生蒸汽加热使过量的水蒸发，蒸汽从I效气液分离器D1301中排出，碱液则达到要求的50%（wt）。热的浓缩碱液由泵P1301输送，通过预热器E1305和E1308将其热量传给稀碱液，然后通过最后的冷却器E81309后达到期望的产品排放温度45℃，浓缩碱液自E1309通过管道送入成品储罐。

1.2 蒸汽和冷凝水流程

界区来的生蒸汽进入一效蒸发器E1301的壳程，冷凝水排到预热器E1306中，在此被准备进入一效蒸发器的碱液回收其余热，再通过预热器E1307来预热来自三效蒸发器的稀碱液，然后送至界区外。

1.3工艺蒸汽及工艺冷凝水流程

一效气液分离器D1301中排出的碱蒸汽送到二效蒸发器E81302的壳程中，在此冷凝后，冷凝水被送至三效蒸发器E1303中。二效气液分离器D1302中排出的碱蒸汽，送到三效蒸发器E1303的壳程中，在这里的冷凝过程中将其潜热传给换热管中流下的碱液。D1303中分离出来的蒸汽送至表面冷凝器E1304中，将水与真空系统泄漏进来的不可凝性气体以及液相进料中所含的空气等分离出来，成为液相工艺冷凝水。三效蒸发器器排出来的冷凝水被收集在D1304罐内，然后由泵P1304送出界区。

1.4 真空系统

三效蒸发器在真空下操作以降低碱液的操作温度，不可凝性气体在冷凝器E1304中从水蒸汽中分离出来，液环真空泵K1301把这些气体从冷凝器中抽出来排入大气。

1.5 冷却水流程

冷却水的作用是使蒸汽冷凝、冷却浓缩碱液、也用作真空泵的补充水，冷凝器E1304及碱冷却器E1309的回流冷却水可循环回冷却水系统回收，液环泵用水不能回收，在大气压下排出界区。

2.控制系统

本装置的生产由中控室DCS控制，关键仪表都为自控仪表，从而实现对关键参数的监控，如有异动，可及时进行调整。

2.1 生蒸汽压力

进入界区的生蒸汽（一次蒸汽）管道装有带自动控制的压力调节阀，与远传压力表进行联锁控制，以保证蒸汽压力的稳定。

2.2 气液分离器的液位

各效气液分离器装有液位控制器，与进料自动调节阀联锁；此外，一效、二效蒸发器都有回流管线，以防止上料过少的时候，系统的稳定运行。

2.3 真空度

系统的真空度通过真空泵得以保证。

总之，采用三效降膜逆流蒸发流程，相比两效蒸发流程，降低了蒸汽消耗量；由于装置的自动化程度高，极大简化了生产操作，大大降低了工人的劳动强度。稳定的控制系统得以保证产品的稳定性。

参考文献

[1]程殿彬.离子膜法制碱生产技术.北京.化学工业出版社.2006.

[2]吴彬，邓建康.降膜蒸发技术在烧碱蒸发浓缩装置中的应用.氯碱工业.2008.

[3]杨桐年.引进三效逆流降膜蒸发装置及固碱制备工艺介绍.氯碱工业.1999.