氯堿化工設計與工藝流程的選擇論文
摘要：本文對鹽水一次精制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堿蒸發工藝流程進行深入的研究，并進行評價，為工藝流程的選擇提供了理論依據。
關鍵詞：氯堿工業；工藝流程
氯堿工業是最基本的化學工業之一，是中國現代化之母，其產品不僅應用于化學工業，同時還廣泛應用于石油化學工業、紡織工業和公共事業等多個領域中。在實際的電解法制鉀堿的生產中，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堿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鹽水一次精制的工藝流程
1.1鹽水一次精制的傳統工藝
傳統工藝流程在國內外氯堿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，設備運行穩定，對設備檢查維修的投入較少，且普通操作人員進行培訓之后即可熟練操作。但是生產所需要的設備和裝置大，占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，那么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戈爾膜鹽水精制工藝特點。①脈沖式過濾。達到過濾時間之后，過濾器自動進入反沖狀態，通過反向靜壓差使得濾餅脫落、沉降，經過一定的時間之后再開始下一個過濾周期；②高流量一次凈化。其具有超強的過濾能力，是普通過濾器的5到10倍，并且無需再配置固液分離設備；③低壓反沖不僅能夠確保設備的正常運行，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凱膜鹽水精制工藝特點。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裝置和設備小，并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，進而降低原材料的采購成本，保證了鹽水的質量，膜管的使用期限得到了延長，同時這個設備因為經過相應的防腐處理，對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入過濾鹽水槽，用蒸汽加熱至65℃后，進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小時自動再生一次。
2.2電解工藝
經樹脂塔處理后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，然后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。電槽陰極室產生的堿液一部分送各用堿工藝點；一部分堿液經陰極液冷卻器調整溫度后，通過加入純水來控制堿液濃度循環回到電解槽；其余則送往蒸發工序。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%堿液調節pH后，與K2SO3溶液反應進一步除去游離氯，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，假如一套多效蒸發設備，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、順流三效部分強制循環等多種形式。
3.2逆流流程
逆流流程主要通過降膜濃縮器來實現，降膜濃縮器采用熔鹽作為載熱體，在系統中循環使用。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后，與作為燃料的天然氣一并送入天然氣燃燒系統燃燒，并在熔鹽加熱器中，通過輻射和對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，再經熔鹽泵送回熔鹽加熱器循環使用。
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，那么可以知道，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，并不是效數越多越好，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，根據當前氯堿工業的生產水平，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，經過第三效排出之后可以大幅減少產品的損失，所以逆流流程的耗能低。逆流蒸發增加強制循環泵之后，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。隨著工業化進程在不斷推進，氯堿生產廠家對工藝的先進行和可靠性越來越重視，為了盡可能提高生產效率，增加企業的效益，很多廠家引進了很多先進的設備和工藝流程。但值得注意的是，在選擇設備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。
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