氯碱化工设计中工艺流程的选择

发布时间：

2023-11-14 09:52

1 引言
氯碱工业是重要的基本化工原料工业，广泛应用于轻工、纺织、食品等行业，目前国内工业烧碱生产方法主要为隔膜法和离子膜法。在电解法烧碱生产装置的工程设计中，优化选择建设规模、生产平衡能力及工艺流程是设计评价的关键因素。因此，本文探讨了氯碱化工计中盐水一次精制、食盐溶液电解以及烧碱蒸发等关键工序的工艺流程选择问题，以期为设计人员提供一定的借鉴。
2 盐水一次精制的工艺流程
盐水一次精制的生产方式大体可分为三种：传统工艺、膜法过滤工艺和直接过滤工艺。

2. 1 盐水一次精制的传统工艺

传统工艺流程在国内外同行业中普遍存在至今，其一次盐水工序生产过程相对稳定，普通操作人员易于掌握，设备运行稳定，不需要高频次的检修，维修费用相对较少。但生产装置大，占地面积多；一次盐水工艺自动化程度偏低，系统一旦出现异常，恢复正常所需时间较长；由于砂滤器的存在，会产生 SiO2 二次污染。此外，一次盐水中SS 含量相对偏高，增加了后道工序的处理压力，且对盐质量变化的适应能力较差，碳素管过滤部分操作相对复杂。
2. 2 膜法过滤工艺
国内氯碱行业盐水精制中所用膜主要有两种：戈尔膜和凯膜。
2. 2. 1 戈尔膜盐水精制工艺特点
（1）脉冲式过滤。当运行达到过滤时间后，过滤器自动进入反冲状态，经放气、泄压、反冲，靠反向静压差而使滤饼脱落、沉降，经数秒后再开始下一个过滤周期。
（2）高流量一次净化。其过滤能力是其他过滤器的 5～10 倍，且不需要借助其他的固液分离设备。
（3）低压反冲可使设备在近于无损的状态下运行。

此外，由于膜极薄，可视为表面过滤，不会造成滤程堵塞，即使有轻微堵塞也很容易用酸溶解，机械损伤的可能性很小。
2. 2. 2 凯膜盐水精制工艺特点
（1）工艺简单，流程短。盐水中的悬浮物从 1000～10000mg/L 降至1mg/L 以下，完全适合隔膜法烧碱生产装置中电解槽使用，也可直接进入离子交换树脂塔进行二次盐水精制。
（2）固液分离一次完成，无需其他附属设备，过滤精度稳定，处理能力大，节约了技术改造成本。
（3）与传统工艺比较，占地面积小，省去了清理澄清桶、砂滤器的工作量，大大降低了劳动强度。

此外，工艺降低了对原盐质量的要求，为原料采购提供了方便，盐水质量高且稳定，延长了隔膜的使用寿命，整个设备经过特殊防腐处理，可适应更宽松的酸碱度液体要求。
3 食盐溶液电解的工艺流程
食盐溶液的电解技术主要有金属阳极隔膜电解技术和离子膜电解技术两种。

3. 1 金属阳极膜电解工艺流程

由盐水工序送来质量合格的精盐水进入精盐水高位槽，溢流经预热器预热到 65～75℃后经总管，再经加酸调节 pH 值 5～6 后，流入盐水断电器，断电后经盐水分管，进入电解槽，在直流电作用下生成氯气、氢气和电解液，电槽产生的三个中间产品分别送氯气处理系统、氢气处理输送和碱液蒸发系统。
3. 2 离子膜电解工艺流程
离子膜电解技术分为单极槽离子膜电解和复级槽离子膜电解两种，由于我国氯碱工业生产规模相对较小，因此一般采用单极槽离子膜电解。以原盐为原料，从离子膜电解槽中流出的淡盐水经过脱氯塔脱去氯气，进入盐水饱和槽制成饱和盐水，而后在反应罐中加入 NaOH 等化学物质，出反应器盐水进入澄清桶澄清，再进入过滤器过滤，经树脂塔除去钙镁离子后进入离子膜电解槽阳极室。与此同时，纯水和液碱一同进入阴极室。通入直流电后，在阳极室产生氯气，在阴极室产生氢气和 30%～35%的 NaOH 液碱。

4 烧碱蒸发的工艺流程
烧碱蒸发流程有顺流、逆流和错流三种，而常用的是顺流和逆流。
4. 1 顺流流程
顺流流程是指进蒸发器的电解液和加热蒸汽的方向是一致的，如果一套多效蒸发装置，电解液流向的特点是依浓度越来越高，而蒸汽压力却越来越低。在顺流流程中，由于串联蒸发器数量的不同，又分为顺流双效，顺流三效四体两路，顺流三效部分强制循环等形式。
4. 2 逆流流程
三效逆流流程是国外普遍采用的流程，其流程可叙述为：来自电解或加料槽的电解液经预热后，由加料泵送入第三效蒸发器，其中的固体盐由循环泵送入离心机高位槽分离固体盐，分离后的料液或返回本效，或过料到第二效，第二效中析出的固体盐在旋液分离器中分离，同样分离后的料液用于过料或自身循环，第一效蒸发器利用其自身压力经采盐器采盐后进入闪蒸效，闪蒸后的浓碱放入浓碱冷却贮槽，经
冷却后即为成品液碱。
4. 3 流程讨论
评价一个蒸碱的流程，主要看其消耗是不是很低，强度是不是大，投资是不是小，运行是不是稳定。
4. 3. 1 效数评价
我们假定两个条件：一是在蒸发过程中没有热的损失，二是被蒸发料液与加热蒸汽温度相同。由此可知，多效蒸发比单效蒸发占优。同时也必须看到，效数越多，其投资越大，要求越高，而且越到后面，节气越小，因此对于效数的选择，要进行综合评价。从目前的工艺水平来看，一般是三效或者四效为宜。
4. 3. 2 顺流与逆流流程的比较
一般来说，逆流流程比顺流流程优越，其理由如下：
（1）能耗低。第三效为真空效，沸点低，电解液可以不预热进效，浓效又是闪蒸效，还能自蒸提高 2%的浓度。而且第二效的盐泥（NaOH 高）经过第三效（NaOH 浓度低）排出，减少了浓碱损失。
（2）强度大。逆流蒸发尤其是增加了强制循环泵后，料液流动速度增大，传热状况得到改善，生产强度（指每单位加热面积，每小时内蒸出的碱量）提高。如三效逆流加强制循环法，其强度达 7～8kgf/m2时，比顺流流程高 20%左右。