氯鹼化工設計與工藝流程的選擇論文
氯鹼化工設計與工藝流程的選擇論文
摘要：本文對鹽水一次精製的工藝流程和工藝特點進行詳細的分析，介紹了離子膜電解工藝流程，同時對順流流程、逆流流程這兩種常用的鉀鹼蒸發工藝流程進行深入的研究，並進行評價，為工藝流程的選擇提供了理論依據。
關鍵詞：氯鹼工業；工藝流程
氯鹼工業是最基本的化學工業之一，是中國現代化之母，其產品不僅應用於化學工業，同時還廣泛應用於石油化學工業、紡織工業和公共事業等多個領域中。在實際的電解法制鉀鹼的生產中，對選擇科學合理的工藝流程可以有效提高生產效益。現在筆者就對電解法制鉀鹼的關鍵工序的工藝流程進行詳細分析，希望能夠為設計人員提供參考依據。
1鹽水一次精製的工藝流程
1.1鹽水一次精製的傳統工藝
傳統工藝流程在國內外氯鹼工業的使用歷史悠久，且至今還在沿用這種傳統的工藝。其一次鹽水工序生產過程相對穩定，裝置執行穩定，對裝置檢查維修的投入較少，且普通操作人員進行培訓之後即可熟練操作。但是生產所需要的裝置和裝置大，佔地面積相應的也會比較大；一次鹽水工藝自動化程度低，一旦系統出現異常，那麼技術人員需要花費較長的時間才能夠找出故障點，會阻礙生產的進度；而砂濾器會產生二氧化矽造成二次汙染；另外，一次鹽水的固形物含量偏高，後序處理難度大。
1.2膜法過濾工藝
1.2.1戈爾膜鹽水精製工藝特點。①脈衝式過濾。達到過濾時間之後，過濾器自動進入反衝狀態，透過反向靜壓差使得濾餅脫落、沉降，經過一定的時間之後再開始下一個過濾週期；②高流量一次淨化。其具有超強的過濾能力，是普透過濾器的5到10倍，並且無需再配置固液分離裝置；③低壓反衝不僅能夠確保裝置的正常執行，同時最大限度避免對其造成損害；④因為膜非常薄，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，因此造成機械損傷的可能性微乎其微。1.2.2凱膜鹽水精製工藝特點。①工藝簡單，流程短。鹽水中的懸浮物低於1mg/L，可以滿足離子膜電解生產裝置中電解槽的使用，同時無需再進行別的操作，可以直接進入離子交換樹脂塔進行二次鹽水精製；②固液分離一次完成，無需再配備過濾裝置，且過濾能力高，過濾精度穩定，無需再進行改造，節約了大量的人力、財力的投入；③裝置和裝置小，並且對一些環節進行了精簡，不需要清理澄清桶，大幅度減少了操作人員的工作量；④對原鹽質量的要求降低了，進而降低原材料的採購成本，保證了鹽水的質量，膜管的使用期限得到了延長，同時這個裝置因為經過相應的防腐處理，對液體酸鹼度的要求更寬鬆。
2氯化鉀溶液電解的工藝流程
2.1鹽水二次精製工藝
自一次鹽水工序的精鹽水進入過濾鹽水槽，用蒸汽加熱至65℃後，進入離子交換樹脂塔除鈣、鎂離子至小於20ppb；失去交換能力的螯合樹脂要用酸、鹼及純水每72小時自動再生一次。
2.2電解工藝
經樹脂塔處理後的鹽水送入鹽水高位槽，自流進入各電解槽。在電解槽陽極室生成的.淡鹽水流進陽極液槽，然後經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。電槽陰極室產生的鹼液一部分送各用鹼工藝點；一部分鹼液經陰極液冷卻器調整溫度後，透過加入純水來控制鹼液濃度迴圈回到電解槽；其餘則送往蒸發工序。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陽極液泵送至脫氯塔，在真空下將溶解在鹽水中的遊離氯脫出，脫氯後的淡鹽水仍含遊離氯約20~30mg/l，加入32%鹼液調節pH後，與K2SO3溶液反應進一步除去遊離氯，脫氯完全後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脫氯冷凝器冷卻、分離水分後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鉀鹼蒸發的工藝流程
3.1順流流程
順流流程指的是進入蒸發器的電解液與加熱蒸汽的方向相同，假如一套多效蒸發裝置，電解液流向的特點是電解液的濃度會越來越高，蒸汽壓力會越來越低。根據串聯蒸發器數量的不同，順流流程又可以分為順流雙效、順流三效部分強制迴圈等多種形式。
3.2逆流流程
逆流流程主要透過降膜濃縮器來實現，降膜濃縮器採用熔鹽作為載熱體，在系統中迴圈使用。由助燃空氣鼓風機送來的助燃空氣經助燃空氣預熱器預熱後，與作為燃料的天然氣一併送入天然氣燃燒系統燃燒，並在熔鹽加熱器中，透過輻射和對流將熔鹽加熱到大約420℃送至降膜濃縮器濃縮鹼液，而冷卻後的熔鹽自流入熔鹽槽，再經熔鹽泵送回熔鹽加熱器迴圈使用。
3.3流程討論
3.3.1效數評價。我們假定從蒸發過程中的沒有熱量損失、料液溫度與加熱蒸汽溫度一致，那麼可以知道，多效蒸發比單效蒸發更具優勢，但是從經濟性、生產成本的角度來說，並不是效數越多越好，因為這會導致成本的激增，同時也會對生產提出了更高的要求。所以，根據當前氯鹼工業的生產水平，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，電解液無需預熱即可進效，同時濃效又為閃蒸效，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，經過第三效排出之後可以大幅減少產品的損失，所以逆流流程的耗能低。逆流蒸發增加強制迴圈泵之後，生產強度得到了大幅度的提高，研究表明，其生產強度甚至會比逆流流程高大約20%，由此看來，逆流流程更具優越性。隨著工業化程序在不斷推進，氯鹼生產廠家對工藝的先進行和可靠性越來越重視，為了儘可能提高生產效率，增加企業的效益，很多廠家引進了很多先進的裝置和工藝流程。但值得注意的是，在選擇裝置和工藝流程時要充分考慮企業自身的實際情況，這樣才能夠切實提高生產效率。