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1、第八章碱液的蒸发操作岗位,第一节蒸发的基本原理 一、碱液蒸发工序的原理 碱液蒸发与所有的蒸发过程一样，是借加热作用(一般用蒸汽)来提高碱液的温度，使溶液中所含的溶剂(水)部分汽化，以提高溶液中溶质碱的浓度的物理过程。 工业上的蒸发过程是典型的传热过程。这个过程可由传热方程式来表示：,式中Q传热速率，kJh； F传热面积，m2； t传热温差，； K传热系数，kJ(m2h)。,(二)离子膜电解碱液蒸发过程的几个特性,溶液的沸点升高 在一定压力下，溶液处于沸腾状态下的温 度即为该溶液在此压 力下的沸 点。 (请看下页图例分析8-2 8-3图) 电解碱液的粘度 电解碱液的浓度提高时，它的粘度也随着增加
2、。一定浓度的碱液，它的粘度又随着温度的升高而降低，碱液的相对粘度见第四、五页图8-7、图8-8和图8-9。,NaOH,%(质量) 图88 NaOH溶液的粘度,H2O/NaOH比值 图-碱夜的相对粘度,温度，图89 NaOH的动力粘度,蒸发过程的温差损失 (1) 溶液沸点升高而引起的温差损失，其值可查图8-2、图8-3或表8-l ，即t=t实-t水(t为溶液沸点升高而引起的温差损失)。 (2) 由液体静压引起的沸点升高 在蒸发器内进行的蒸发过程中，由于需要维持一定液位，碱液在蒸发器底部进入加热室内所受到的压力要比液面上的压力大，则就形成了由于静压引起的沸点升高值。 (3)流体阻力所引起的温差损失
3、 离子膜电解碱液蒸发的传热系数离子膜电解槽所生产的碱液，由于其纯度高，杂质含量少，可近似视为烧碱水溶液的蒸发,蒸发传热系数要比隔膜碱液蒸发的传热系数高。 离子膜碱液的腐蚀性,图8-1NaOH溶液的热导率,二、离子膜碱液及其蒸发的特点,(一)离子膜碱液的特点 离子膜电解碱液具有隔膜电解碱液所无法比拟的优点，这可以从其电解碱液的质量指标得知，见表8-2。,表8-2各主要公司离子膜电解碱液质量一览表,由表可以看出，总结,(1)碱液浓度高，NaOH含量在2935。 (2)碱液中Nacl含量少，NaCl含量一般在3050wngL。 (3)碱液中氯酸盐含量低，NaCl03含量一般在1530mgL。,(二)
4、离子膜法碱液蒸发的特点,流程简单，简化设备，易于操作 浓度高，蒸发水量少，蒸汽消耗低,第二节 离子膜法碱液蒸发流程,一、离子膜法碱液的蒸发流程 (一)单效蒸发流程 1单效升膜蒸发流程其流程见图8-1 2单效旋转薄膜蒸发流程见图8-12,流程叙述： 离子膜法碱液由电解室内碱泵直接送至升膜蒸发器1入口，在升膜蒸发器中，碱液在管内受到管外蒸汽的加热，温度升高达到沸点，并沸腾，然后进入蒸发室蒸发，浓碱液依靠重力流入出料贮罐2。蒸发出来的水蒸汽，由喷射冷凝器6真空抽出。并经水冷凝进入冷却水贮罐7。出料贮罐交替使用，碱液装满后切换至另一贮罐，然后解除真空，启动泵将热碱经热交换器4冷却后送至贮罐5。蒸汽冷凝
5、水依靠压力排入汽液分离器8，经汽液分离后蒸汽冷凝水送至凝水贮罐9。,8-12单效旋转薄膜蒸发流程示意图) 1-碱液送料泵；2一换热器；3一旋转薄膜蒸发器； 4 一成品泵；5一喷射冷凝器；6一冷却水贮槽,流程叙述： 加热蒸汽由旋转薄膜蒸发器3上部夹套进入并加热碱液，冷凝液由蒸发器底部出口依靠自身压力进入换热器2，与碱液进行热交换后的凝水去凝水贮罐。 由电解来的32碱液经热交换器2预热后，由旋转薄膜蒸发器3上部加入；经分配成降膜下流，与蒸汽进行热交换，碱液经加热沸腾蒸发，蒸发出来的二次蒸汽进入喷射冷凝器5，被上部进入的冷却水冷凝，冷却下水送至循环水系统。 浓缩后的碱液在蒸发器下部由泵4抽出去成品碱
6、系统。,为了更好地利用蒸汽，节约能源，在离子膜碱液蒸发中比较广泛地采用了双效蒸发流程，目前所被采用的双效流程又可分为：、双效顺流流程其流程见图8一13。、双效逆流程，见图814。 、降膜双效逆流流程。见图8一15。,(二)双效蒸发流程,图8-13双效顺流蒸发流程示意图 1一I效冷凝水贮罐；2，5一气液分离器；3一I效冷凝水贮罐； 4I效蒸发器； 6一I效蒸发器；7一热碱贮罐；8一碱泵； 9一热交换器；10一成品碱贮罐；11一水喷射器 12一冷却水贮罐,讲解流程,从离子膜电解槽来的碱液被送入I效蒸发器4，在外加热器中由大于O5MPa(表压)的饱和蒸汽进行加热，碱液达到沸腾后在蒸发室中蒸发，二次蒸
7、汽进入I效蒸发器6的加热室，I效蒸发器中的碱液浓度控制在3739，碱液依靠压力差进入效蒸发器6中，在加热室被二次蒸汽加热沸腾，蒸发浓缩至产品浓度(42、45、50)。 效的二次蒸汽进入喷射冷凝器后被冷却水冷凝，然后冷却水进入冷却水贮罐12。达到产品浓度的碱连续出料至热碱贮罐7，然后由浓碱泵8经热交换器9冷却后送入贮罐10，最后销往用户。,图814双效逆流蒸发流程示意图 lI效冷凝水贮罐；2，6一气液分离器，3一I效过料泵；4一I效冷凝水贮罐 5一I效蒸发器；7一I效蒸发器；8一热碱贮罐；9一浓碱泵；10一热交换器 1 1一成品碱贮罐；12一水喷射器13一冷却水罐,流程特点：各效温差较大，提高了
8、传热速率，设备传热面积相比顺流小，但末效对设备材质要求较高，增加了设备投资。双效逆流蒸发流程见图814。,(三)三效蒸发流程分类,1三效顺流强制循环流程三效顺流强制循环（流程对设备材质的要求相对来说不苛刻，投资费用较低而又具有多利用蒸汽、汽耗较低的特点，所以也是生产企业容易接受的流程。其流程见图8-16。） 2三效逆流强制循环流程（三效逆流强制循环蒸发流程具有传热温差大、传热效率高、设备能力大的特点，但由于末效高温、高浓碱的需要，对设备材质要求也较高。其流程见图817。） 3三效降膜逆流蒸发流程（是一种在国外能耗费用较高地区推荐使用的流程，在国内目前尚没有引进该流程道。见图818 ）,流程依次
9、如下,图816三效顺流蒸发流程示意图 1一l效凝水贮罐；2，7，9一气液分离器，31效循环泵； 4一I效蒸发器；5一I效循环泵；6一I效蒸发器， 8一I、效凝水贮罐；10I效循环泵；11一I效蒸发器； 12一水喷射器13一冷却水贮罐；14一浓碱贮罐；15一浓碱泵；16一热交换器,图8-17三效逆流蒸 发流程示意图 效蒸发器； 2，7，12一循环泵； 3，5，10一气液分 离器； 4一热水贮罐， 6，11，16一板式 换热器； 8一效蒸发器； 9一l效凝水贮罐； 13一I效蒸发器； 14一热碱贮罐； 15一浓碱泵； 17一水喷射器； 18一冷却水贮罐 效数的选择,818三效降膜逆流蒸发流程示意图
10、 1一大气冷凝器；2一l效降膜蒸发器3，7，11碱泵；4，5，8，9一换热器 ； 3，7，11碱泵；4，5，8，9一换热器,四)蒸发流程选择采用的依据和比较对于离子膜法碱液的蒸发流程的选择可以大体上分为以下几个方面：效数的选择；蒸发器的效数愈多，蒸汽被利用的次数也就愈多，汽耗也就愈低，从而使生产运转费降低，产品成本下降。 蒸发器形式的选择参考下页蒸发器的主要性能情况见表8。 顺逆流工艺流程的选择；a 分地利用加热蒸汽的热量 从而提高了蒸汽的热利用率。 b 提高了传热系数 循环方式的选择。表8。,表8几种常见的蒸发器的主要性能对照表,表8推荐采用的蒸发流程和设备,第三节 蒸发工序设备的结构、原理
11、，操作,一、主要设备及原理、操作 (一)蒸发器 1蒸发器的基本结构 (1)蒸发室：蒸发器的蒸发室一般都呈圆柱形筒 体，它的作用是提供蒸发空间、对蒸发出来的二次进行汽液分离 (2)加热室：加热室通常是列管加热器，其作用是把加热蒸汽的潜热冷凝热传有冷凝水出口，上部有蒸汽进口管及不凝气体出口管 (3)循环系统循环系统 ：自然循环或者强制循环蒸发器中的循环管和循环泵。蒸发器的循环系统是使需要蒸发浓缩的料液达到要求的循环速度，改善传热状况的重要部件。尤其是循泵，对提高蒸发器的传热系数具有重要作用。,2各种类型的蒸发器及其特性,(1)自然循环型蒸发器 a标准式蒸发器；(见下页图821)。在通常情况下，中央
12、循环管的截面积应不小于加热管截面积的35，一般为4050。标准式蒸发器具有结构简单、制作方便、投资省等特点。缺点是循环速度低(约为04O5ms)，更换和检修加热室较不容易。） b悬筐式蒸发器；(内热式自然循环蒸发器见下页图822)， c外加热式蒸发器。外加热室蒸发器外加热蒸发器是将加热室移至蒸发器体外的一种外热式自然循环蒸发器(见29页图824)。,图82 1 标准式蒸发器 图822 悬筐式蒸发器 1一外壳； 2一加热室； 3一中央循环管； 1一外壳；2一加热蒸汽管； 3一除沫器I 4一蒸发室；5一除沫器 4一加热室；5一液沫回流管,特点“循环速度比标准式蒸发器大。结构比较复杂。,图8-24
13、外加热室蒸发器损失较大。 1-加热室；2-蒸发室；3-循环室,(2)强制循环蒸发器,a强制外循环蒸发器 强制外循环蒸发器如31页图825，主要由四部分组成：即蒸发分离室、加热室、循环管、循环泵。 b强制内循环蒸发器 (见31页图826) ，它系由蒸发室、加热室、液体箱三部分组成。,图825强制外循环蒸发器 图826强制内循环蒸发器,1一液沫捕集器；2一分离器；3一循环管； 1一分布器；t2加热室；3一上升通道4一循环泵； 5一加热室；6一旋流板 4一轴流泵；5一下降通,(3)不循环蒸发器 不循环蒸发器常见的有 升膜蒸发器:由加热室和蒸发分离室两部分组成(见下页图827)蒸发器下部为加热室，上部
14、为蒸发分离室 。 降膜蒸发器分为加热室与蒸发室两部分，加热室在上部、蒸发室 在下部，如图828所示。 旋转薄膜蒸发器:蒸发装置主要由加热圆拄型筒体分离器、转子刮板三部分组成，如页图8-29。,图8-27 升膜蒸发,特点: 传热系数高、 结构紧凑,传热系数高、蒸发强度大、设备紧凑、容易操作控制,特点详细叙述,旋转薄膜蒸发器是国内近年开发的一种高效蒸发装置，与常规的蒸发器相比，它具有以2下特点：传热系数大(最大可达2500W(m2K)，蒸发强度高 (150200kg水(m2h)；物料在蒸发器内停留时间短，(数秒至十多秒)不结焦、无 污垢；适用的粘度范围广(最高粘度可达10Pas左右)；可进行连续生
15、产，操作弹性大，浓度调节范围广并且无须洗罐；可在较低温度条件下蒸发(工作温度为78)，解决或减缓了浓碱对设备的腐蚀问题，可选用普通的奥氏体不锈钢制作，降低了设备的投资费用；可使用二次蒸汽或余热(使用蒸汽压力0.10.2MPa)从而降低了能耗。由于旋转薄膜蒸发器具有上述的特点，该设备有可能成为蒸发设备新的替代产品。,二、辅助设备结构、原理及操作,真空设备由于蒸发工艺要求真空系统不仅要排除系统的不凝气体，而且更重要的是使二次蒸汽冷凝，以便获得较高的真空度。所以在生产实践中，为了得到比较理想的真空度，往往在真空系统中安装两种真空设备。 如:大气冷凝器、机械真空泵、水喷射冷凝器、蒸汽喷射 图例如下:,
16、go,水喷射冷凝器 1-水室；2-喷嘴；3-汽室 4-候管；5-尾管,蒸汽喷射泵 1-喷嘴；2-吸入室 3-混合段 ；4-吼管 5-扩压段,具备冷凝和去除不凝气两种功能的真空设备，广泛用于烧碱蒸发的真空系统。其结构是由水室、喷嘴、汽室、喉管和尾管组成，正常操作时，水室压力为0.20.3MPa，其形成的系统真空度，通常在80.088.0kPa。这种设备结构比较简单，但在实际生产中喷嘴往往容易堵塞， 冷凝器需经常处理。,是一种高效的真空设备，它由吸入室、喷嘴、混合段、喉管、扩压段等部分组成。蒸汽喷射泵结构简单，易于操作控制，维修方便， 并能获得较高的真空度。是值得推广使用的真空设备。其缺点是如制造或选
