烧碱蒸发工艺设计要点_李海明

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1、福建化工199 9第2期烧碱蒸发工艺设计要点李海 明(福建省石油化 学工业设计 院福州3 5 0 00 1 )摘要关钮词简述了三 效顺充、邵分强制循环、逆 向未盆等烧城英发工艺过程,并对该 工艺及主要设备的设计要点进行简要分析。烧碱落发蒸岌界在烧碱生产中,电解液的蒸发浓缩过 程所消耗的蒸汽约占总汽耗的 8 0%,因而,烧碱蒸发是整个烧碱生产过程节能技改的关键之一。龙 岩化工厂原烧碱生产 能力1万吨(以10 0%NaOH计),其烧碱蒸发采用标准蒸发器、两效顺流工艺,每吨NaO H(10 0%)蒸汽耗量高达6吨以上。技改 设计能力为年产1, 5万 吨NaOH(1 00 %)。在技改设计中采用三效顺

2、流、部分强 制循环及逆r勺采盐等工艺路线,并对n、m效蒸发 器作砚部技术改进,同时注意关键参数 的控制。找产 后,生产稳定,蒸汽耗降至3.2吨/吨NaO H(1 00%),取得较显著的经 济效 益。现就烧碱蒸发工艺及设计要点介绍、分析如下。1烧碱蒸发流程简述来 自电解工段的电解液(NaOH浓度一1 0%)进入电解液贮槽,由进料泵加压经一、二级加热器提温后依次进入I、n、1 1 1效蒸发器浓缩至)3 0%后至沉析槽进行后处理。来 自锅炉房的蒸 汽进入I效蒸发器外置加热器(I效加热器),为I效蒸发提供热量。其冷凝水进入螺旋板加热器、预热 电解液。n效蒸发器的二次蒸汽进入1 1 1效,重复利用。m效

3、蒸发器的二次蒸汽由水喷射器抽吸。1 1 1效蒸发器底部沉降室内的盐浆经m效采盐泵加压,再经m效旋液器分离,清碱液至沉析槽,细盐粒至n效蒸器。n效蒸发器底部沉降室内的盐浆经n效采盐泵加压,再经 n效旋液器分离,清碱液送至m 效蒸发器继续浓 缩,盐粒至盐泥槽。蒸发工段流程示意图,见图1落 汽 自 锅 护房来十十十一、 少少 ! ! ! 刁刁刁图1燕发工段流程示意图1一电解液 贮播2一进料泵7一m效加热器13一H 效采盐泵8一I效蒸发 室1 4一1 1 1效采盐 泵3一一 级 加热器9一1 1效蒸发室4一二级 加热界10一瓜效英岌室5一I效加 热落6一n效 加热琴巧一n效沉 降 室16一皿效沉降室1

4、 1一1 1效 循环泵17亚效旋 液琴12一n I效 循环 泵1 8一班效旋液君福建化工199 9第2期2蒸发工艺主要操作参数确定2.1各效碱液浓度在三效顺流 蒸发工艺中,确定各效碱液浓度是合理分配各效生产能力,充分利用二次蒸汽的关键。某效浓度过高或过低,将造成下一效蒸汽用量过乘或不足,生产负荷波动。龙岩化工厂烧碱蒸发技改投入运行后,各效碱液浓度符合设计值,效间二次蒸汽利用平衡,操作稳定,其各效浓度及二次蒸汽利用情况见表1。表1各效浓度及二次燕汽利用惰况【以吨10 0% Na oH计1空度与下水温度有关,其关系见表2。丧2与下水沮度相平衡的丈空度下下水温度30 0 035 5 540 0 04

5、5 5 550 0 0真真空度MPa a a0.0%0.095 5 50.093 3 30.09 1 1 10.08 8 8 8项项目目I I Il l l l皿皿备注注N N Na OH浓度%13 3 3l9 9 930 0 0_电解液液. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Na0H按按燕燕发量k以t t t20 12 2 2187 0 0 01747 7 7_ 10.4%计计各各效需热tk J J J6.012x

6、l06 6 63.8x106 6 63.5x106 6 6 6 6二二次燕汽湘热劫劫4.35x104.0 8xl06 6 6 6 6 6 6二二次燕汽利用率%87%8 5 %从 表1看1 1、m效二次蒸汽理论利用率均大于85%,在实际 生产过程中,由于各效冲洗水变化,负荷有所波动,二次蒸汽利用率留有1 0%一 15 %余地是合理的。2,2生蒸汽压力提高生蒸汽 压 力,整个蒸发 系统 可获得较大温差,从而提高生产 能力。但蒸汽 压力过 高,为使加热器内碱液不沸腾,必 须加大 加热室 上方的静压,而静压 差大,由静压引起的沸点升高值也增加,增加了温 差损失。因此,外加热式蒸发器生蒸汽压力一般选择0

7、.6一0.SMP a。2.31 1 1效真空度烧碱三效顺流蒸发,碱浓度提高,沸 点升高。工艺上采取减压蒸发法即班效采用真空蒸发以降低溶液沸点,提高 系统 传热温差,有资料川表明真空度从65ommHg提 高到7 00m mHg,传热温差值增 加4,实际生产上,采用水喷射器抽吸可满足要求。水喷射器的真从表2看,真空度从0.O9 3MPa提 高到0.095MPa需降低 水温5,按 每吨NaOH(100%)下水温度为40时耗水量1 32吨,下水温度3 5,耗水22 6吨。生产上,根据系统情况及能耗代价,一般取下水温度为4 0运行,计入阻 力及泄漏损失后,实际真空度约为0.085MPao3蒸发工艺设计要

8、点分析3.1电解液两级预热、回收余热根据热量衡算,每生产1吨Na0H(10 0%)从1 1效加热器排出冷凝水可利用的热焙为4.8 3x105U,从I效加热器排出冷凝水可利用的热焙为7.92x105k J,电解液经两级预热后,温 度从 7 5提高到11 5,进工效蒸发,可降低蒸汽消耗量。因而,在流程中设 置两级螺旋板加热器。3.21效自然循环,n、m效强制循环由于I效碱液浓度低(一1 3%),沸点低,蒸汽 温度高,根据传热计算,采用自然循环,加热器管内流速约1.sm/ s,管 内的给热系数 可达2 50 0x4.1 8(时/矽.h.),总传热系数大于1 500x4.1 8 (k J /衬.h.)

9、。因而I效采用自然循环即可满足生产需要。n、皿效蒸发器 内碱液浓度高(n效一1 9%,m效一3 0%)沸点高,而二次蒸汽温度低,采用强制循环虽增加部分 动力耗,但增加 了管内碱液流速,强化传热推动力,同时可防止管内壁结盐。管 内结盐与生产能力的影响见图2。3.3逆向采盐福建化工1999第2期定,各效碱液浓度稳定等优 点,同时,克服了间断式操作引起液位波动及重度差变化而造成的加热器加热管结盐的缺点。连续采盐还避免出现间接采盐所存在的效体内采盐过净或采盐不足而造成设备、管道的堵塞现象。在设计中,为实现连续化生产,采用比例式调节阀调节回流量和过料量的比例。用系统压差补偿法控制旋液器内的压力,以达到压

10、力平衡,底流稳定,保证了连续化生产稳 定运行,延长了洗效周期,提高产量,节能降耗。4n、1 1 1效蒸发器工艺设计要点n、m效蒸发设备由加热器、蒸发室、上、下循环管、沉降室以及循环 泵组成,其各部分有不同的功能,且又相互联系,现将主要部分的设计要点分述如下:4.1蒸发室 空间尺寸的确定在工程设计中,为了制造、安装、检修及设备布置统一、美观,一般各效蒸发器的外形尺寸取一致。由于m效蒸发 器在真空下操作,故设计卜以m效的计算结果为依据。4,11蒸发室直径D班翻卑只理忙州盆层厚 度.m.图2盐层厚度对生产能力的影响以往m效盐直接采出,盐的晶粒小(一般在5 0一8 0拌。、),造成洗盐工序操作困难,且

11、母液量多,回盐水 中碱 含早 增 加。逆 向采盐,不 需加任何设备,仅 需将川效采 出的细盐返 回n效,在1 1效 中细盐 继 续长大。f l效采出的盐粒大(一般大于20 0肛m),有利 于洗盐操作,减少母液量,降低碱耗。逆 向采盐工艺 具有很大优点,但要成功应用,应注意以下几点。3.3.1由于扭效旋液器出口清液回爪效时,在m效真空的 作用下,班效旋液器 内压 力下降,这时,可 能 造 成“短路”,破 坏 了旋 液器的 分 离 作用。囚而 在管路 谈计卜应 注意1 1 1效 旋液器 系统的压办平一衡、3. 3.2旋 液 器结构 设计应合理,底流 出口及清液 出1 1管径应 准确 讨一算。3.3

12、. 3比确 确定1 J J效 采 盐 泵 的扬程。龙 岩 化日一烧碱 蒸 发 设 计 中,由于对 逆 向采 盐 的旋液分离 系统采取 有 效 的压 力 平 衡措施,同时 对 旋液器进 行详细 计 脚一,八:确选择采盐泵 扬 程 (O6M巧)等,使该1一艺投 运 后,运行正常,达到_I二艺要求。3.4连续化生产经预热的 电解液 连 续 加入I效蒸发器,效间连 续 过 料、连 续 采 盐、连 续 出料。与间接进料、出料 相比,连 续 化 生 产具有蒸发 室 液 位 稳闷丽蕊 IJ山=寸丽 式中:Ws蒸发量(kg/ h )a蒸发强度(kg/mZ.h)蒸发 强度一般取1000 一 rsoo(kg/mZ

13、.h)由一 于皿效是在真空下操作,还 必 须考虑蒸发 室的气 流速度,减少气液 夹带量,一般nl效气流速度取1一Zm/S,故上式计算结果还应据此调整。不1.丁蒸发室汽相空间高度Hs4Vs二b.叹式中:vs蒸发室 汽化蒸 汽的体积 流量(m3/S)福建化工199 9第2期b蒸发室的体积汽化强度(mZ八.m3)此值为1一1.6D一蒸发室直径(m )4,2加热器高度的确定烧碱蒸发器的加热器不仅与加热管的直径及排布有关,而且与烧碱蒸发特性有关。由于烧碱蒸发过程伴随着NaC I晶体析出,因此,必须控制料液一次循环后温升,使料液保持适当的过饱和度。加热器高度计算公式吮时.wo.r.。.tx36004dk.

14、t式中:W一加热器内料液的循环速度(m /s) 一加热器 内料液的重度(kg/衬) 一加热器内料液的比热(k ca l /kg.)t料液一次循环后 温升()取2一 3t该蒸发器传热温差K加热器的传热系数(kc al /mZ.h.d,加热管的内径(m)d加热管的平均直径(m)按上 式计算,结合生产实验经验,外加 热式蒸发器的加热器 长度一般控制在5一6米之 间。4.3上循环管的高度确定上循环管的高度是指加热器 上 花板与蒸发室液面之 间的高度,上循环管液 柱 的静压必 须大于加热器 液体由于温度 升高所 产生 的蒸汽压,以抑制碱液在管 内沸腾而 造成加热 器结盐堵塞。4.4增设沉降室n、班效蒸发

15、器下循环管设置沉降室,循环管出口设档块盐装置。而循环液出口设在沉降室的上部,避免块盐直接落入循环 泵,损坏 叶轮,同时还防止蒸发器液面偏 低时循环泵受气蚀和振 动。另外,盐 的晶粒可以沉降室进一步长大,而后由沉降室 的底部采出。5龙岩化工厂烧碱蒸发技改后运行效果5.1递向采盐的成功,减少洗水量约15 0k酬tNaOH,回盐 水NaOH含 量 由2.59/t降至1.59八5.2延长洗效周期,龙岩化工厂蒸发洗效周期为1 5一2 1天5.3n、班效加热管未产生结盐现象,循环 泵运行电流低(5 5A)5.4增加沉降室,循环 泵 叶轮 未受损坏,机械密封寿命长达1一1.3年,国 内同行业循环泵机械密封寿

16、命一般在半年左右。5.5蒸汽耗低,吨1 00 % NaOH蒸汽耗由原6.0吨降至3.2吨,居全国光进行列。6结语综上所述,在烧碱蒸发 工艺设计 中,应根据其物料特性,理论计算与生产 实际相结合,合理确定生产 工艺,确定各效的操作浓度,合理分配各效生产能力,注意关键点的压力平衡,按能 量品位不同,充分利用回收,以达 到稳定生产,节能降耗 的 目的。参考文献化工部化工司编.氛碱生产技术).江苏省氛碱工业协会发行,1985化学工程编委 化 学工程手册,第二册.化学工业出 版社,第一 版,1989方度. (氛碱工艺学).化学工业出版 社,1990陆忠兴,周元培. (氛碱化工生产工艺,羲碱分册)化学工业出版社,19 94朱未水. (福建化工). 1992, No4P3z一34