氯堿化工設(shè)計(jì)與工藝流程的選擇論文
摘要：本文對(duì)鹽水一次精制的工藝流程和工藝特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析，介紹了離子膜電解工藝流程，同時(shí)對(duì)順流流程、逆流流程這兩種常用的鉀堿蒸發(fā)工藝流程進(jìn)行深入的研究，并進(jìn)行評(píng)價(jià)，為工藝流程的選擇提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：氯堿工業(yè)；工藝流程
氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一，是中國現(xiàn)代化之母，其產(chǎn)品不僅應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，同時(shí)還廣泛應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)、紡織工業(yè)和公共事業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中。在實(shí)際的電解法制鉀堿的生產(chǎn)中，對(duì)選擇科學(xué)合理的工藝流程可以有效提高生產(chǎn)效益。現(xiàn)在筆者就對(duì)電解法制鉀堿的關(guān)鍵工序的工藝流程進(jìn)行詳細(xì)分析，希望能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供參考依據(jù)。
1鹽水一次精制的工藝流程
1.1鹽水一次精制的傳統(tǒng)工藝
傳統(tǒng)工藝流程在國內(nèi)外氯堿工業(yè)的使用歷史悠久，且至今還在沿用這種傳統(tǒng)的工藝。其一次鹽水工序生產(chǎn)過程相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備檢查維修的投入較少，且普通操作人員進(jìn)行培訓(xùn)之后即可熟練操作。但是生產(chǎn)所需要的設(shè)備和裝置大，占地面積相應(yīng)的也會(huì)比較大；一次鹽水工藝自動(dòng)化程度低，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常，那么技術(shù)人員需要花費(fèi)較長的時(shí)間才能夠找出故障點(diǎn)，會(huì)阻礙生產(chǎn)的進(jìn)度；而砂濾器會(huì)產(chǎn)生二氧化硅造成二次污染；另外，一次鹽水的固形物含量偏高，后序處理難度大。
1.2膜法過濾工藝
1.2.1戈?duì)柲}水精制工藝特點(diǎn)。①脈沖式過濾。達(dá)到過濾時(shí)間之后，過濾器自動(dòng)進(jìn)入反沖狀態(tài)，通過反向靜壓差使得濾餅脫落、沉降，經(jīng)過一定的時(shí)間之后再開始下一個(gè)過濾周期；②高流量一次凈化。其具有超強(qiáng)的過濾能力，是普通過濾器的5到10倍，并且無需再配置固液分離設(shè)備；③低壓反沖不僅能夠確保設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)最大限度避免對(duì)其造成損害；④因?yàn)槟し浅１�，可以將其看作表面過濾，即使濾程有輕微的堵塞用酸即可溶解，因此造成機(jī)械損傷的可能性微乎其微。1.2.2凱膜鹽水精制工藝特點(diǎn)。①工藝簡單，流程短。鹽水中的懸浮物低于1mg/L，可以滿足離子膜電解生產(chǎn)裝置中電解槽的使用，同時(shí)無需再進(jìn)行別的操作，可以直接進(jìn)入離子交換樹脂塔進(jìn)行二次鹽水精制；②固液分離一次完成，無需再配備過濾裝置，且過濾能力高，過濾精度穩(wěn)定，無需再進(jìn)行改造，節(jié)約了大量的人力、財(cái)力的投入；③裝置和設(shè)備小，并且對(duì)一些環(huán)節(jié)進(jìn)行了精簡，不需要清理澄清桶，大幅度減少了操作人員的工作量；④對(duì)原鹽質(zhì)量的要求降低了，進(jìn)而降低原材料的采購成本，保證了鹽水的質(zhì)量，膜管的使用期限得到了延長，同時(shí)這個(gè)設(shè)備因?yàn)榻?jīng)過相應(yīng)的防腐處理，對(duì)液體酸堿度的要求更寬松。
2氯化鉀溶液電解的工藝流程
2.1鹽水二次精制工藝
自一次鹽水工序的精鹽水進(jìn)入過濾鹽水槽，用蒸汽加熱至65℃后，進(jìn)入離子交換樹脂塔除鈣、鎂離子至小于20ppb；失去交換能力的螯合樹脂要用酸、堿及純水每72小時(shí)自動(dòng)再生一次。
2.2電解工藝
經(jīng)樹脂塔處理后的鹽水送入鹽水高位槽，自流進(jìn)入各電解槽。在電解槽陽極室生成的.淡鹽水流進(jìn)陽極液槽，然后經(jīng)陽極液泵送到脫氯單元。在電解槽陽極室生成的氯氣送氯處理工序。電槽陰極室產(chǎn)生的堿液一部分送各用堿工藝點(diǎn)；一部分堿液經(jīng)陰極液冷卻器調(diào)整溫度后，通過加入純水來控制堿液濃度循環(huán)回到電解槽；其余則送往蒸發(fā)工序。在電解槽陰極室生成的氫氣送往氫氣處理工序。
2.3淡鹽水脫氯工藝
陽極液槽的淡鹽水經(jīng)陽極液泵送至脫氯塔，在真空下將溶解在鹽水中的游離氯脫出，脫氯后的淡鹽水仍含游離氯約20~30mg/l，加入32%堿液調(diào)節(jié)pH后，與K2SO3溶液反應(yīng)進(jìn)一步除去游離氯，脫氯完全后的淡鹽水由脫氯鹽水泵送至一次鹽水工序。由脫氯塔脫出的氯氣經(jīng)脫氯冷凝器冷卻、分離水分后由脫氯真空泵送至氯氣總管。脫氯冷凝器冷凝下來的氯水自流回陽極液槽。
3鉀堿蒸發(fā)的工藝流程
3.1順流流程
順流流程指的是進(jìn)入蒸發(fā)器的電解液與加熱蒸汽的方向相同，假如一套多效蒸發(fā)設(shè)備，電解液流向的特點(diǎn)是電解液的濃度會(huì)越來越高，蒸汽壓力會(huì)越來越低。根據(jù)串聯(lián)蒸發(fā)器數(shù)量的不同，順流流程又可以分為順流雙效、順流三效部分強(qiáng)制循環(huán)等多種形式。
3.2逆流流程
逆流流程主要通過降膜濃縮器來實(shí)現(xiàn)，降膜濃縮器采用熔鹽作為載熱體，在系統(tǒng)中循環(huán)使用。由助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)送來的助燃空氣經(jīng)助燃空氣預(yù)熱器預(yù)熱后，與作為燃料的天然氣一并送入天然氣燃燒系統(tǒng)燃燒，并在熔鹽加熱器中，通過輻射和對(duì)流將熔鹽加熱到大約420℃送至降膜濃縮器濃縮堿液，而冷卻后的熔鹽自流入熔鹽槽，再經(jīng)熔鹽泵送回熔鹽加熱器循環(huán)使用。
3.3流程討論
3.3.1效數(shù)評(píng)價(jià)。我們假定從蒸發(fā)過程中的沒有熱量損失、料液溫度與加熱蒸汽溫度一致，那么可以知道，多效蒸發(fā)比單效蒸發(fā)更具優(yōu)勢，但是從經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)成本的角度來說，并不是效數(shù)越多越好，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致成本的激增，同時(shí)也會(huì)對(duì)生產(chǎn)提出了更高的要求。所以，根據(jù)當(dāng)前氯堿工業(yè)的生產(chǎn)水平，三效和四效是比較合理的選擇。3.3.2順流與逆流流程的比較。在逆流流程第三效為真空效，電解液無需預(yù)熱即可進(jìn)效，同時(shí)濃效又為閃蒸效，可以提高電解液的濃度，第二效的鹽泥的氫氧化鉀（KOH）濃度很高，經(jīng)過第三效排出之后可以大幅減少產(chǎn)品的損失，所以逆流流程的耗能低。逆流蒸發(fā)增加強(qiáng)制循環(huán)泵之后，生產(chǎn)強(qiáng)度得到了大幅度的提高，研究表明，其生產(chǎn)強(qiáng)度甚至?xí)饶媪髁鞒谈叽蠹s20%，由此看來，逆流流程更具優(yōu)越性。隨著工業(yè)化進(jìn)程在不斷推進(jìn)，氯堿生產(chǎn)廠家對(duì)工藝的先進(jìn)行和可靠性越來越重視，為了盡可能提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)的效益，很多廠家引進(jìn)了很多先進(jìn)的設(shè)備和工藝流程。但值得注意的是，在選擇設(shè)備和工藝流程時(shí)要充分考慮企業(yè)自身的實(shí)際情況，這樣才能夠切實(shí)提高生產(chǎn)效率。
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