氯碱工业是最基本的化学工业之一, 是中国现代化之母, 其产品不仅应用于化学工业, 同时还广泛应用于石油化学工业、纺织工业和公共事业等多个领域中。在实际的电解法制钾碱的生产中, 对选择科学合理的工艺流程可以有效提高生产效益。现在笔者就对电解法制钾碱的关键工序的工艺流程进行详细分析, 希望能够为设计人员提供参考依据。
1 盐水一次精制的工艺流程
1.1 盐水一次精制的传统工艺
传统工艺流程在国内外氯碱工业的使用历史悠久, 且至今还在沿用这种传统的工艺。其一次盐水工序生产过程相对稳定, 设备运行稳定, 对设备检查维修的投入较少, 且普通操作人员进行培训之后即可熟练操作。但是生产所需要的设备和装置大, 占地面积相应的也会比较大;一次盐水工艺自动化程度低, 一旦系统出现异常, 那么技术人员需要花费较长的时间才能够找出故障点, 会阻碍生产的进度;而砂滤器会产生二氧化硅造成二次污染;另外, 一次盐水的固形物含量偏高, 后序处理难度大。
1.2 膜法过滤工艺
1.2.1 戈尔膜盐水精制工艺特点。
(1) 脉冲式过滤。达到过滤时间之后, 过滤器自动进入反冲状态, 通过反向静压差使得滤饼脱落、沉降, 经过一定的时间之后再开始下一个过滤周期; (2) 高流量一次净化。其具有超强的过滤能力, 是普通过滤器的5到10倍, 并且无需再配置固液分离设备; (3) 低压反冲不仅能够确保设备的正常运行, 同时最大限度避免对其造成损害; (4) 因为膜非常薄, 可以将其看作表面过滤, 即使滤程有轻微的堵塞用酸即可溶解, 因此造成机械损伤的可能性微乎其微。
1.2.2 凯膜盐水精制工艺特点。
(1) 工艺简单, 流程短。盐水中的悬浮物低于1mg/L, 可以满足离子膜电解生产装置中电解槽的使用, 同时无需再进行别的操作, 可以直接进入离子交换树脂塔进行二次盐水精制; (2) 固液分离一次完成, 无需再配备过滤装置, 且过滤能力高, 过滤精度稳定, 无需再进行改造, 节约了大量的人力、财力的投入; (3) 装置和设备小, 并且对一些环节进行了精简, 不需要清理澄清桶, 大幅度减少了操作人员的工作量; (4) 对原盐质量的要求降低了, 进而降低原材料的采购成本, 保证了盐水的质量, 膜管的使用期限得到了延长, 同时这个设备因为经过相应的防腐处理, 对液体酸碱度的要求更宽松。
2 氯化钾溶液电解的工艺流程
2.1 盐水二次精制工艺
自一次盐水工序的精盐水进入过滤盐水槽, 用蒸汽加热至65℃后, 进入离子交换树脂塔除钙、镁离子至小于20ppb;失去交换能力的螯合树脂要用酸、碱及纯水每72小时自动再生一次。
2.2 电解工艺
经树脂塔处理后的盐水送入盐水高位槽, 自流进入各电解槽。在电解槽阳极室生成的淡盐水流进阳极液槽, 然后经阳极液泵送到脱氯单元。在电解槽阳极室生成的氯气送氯处理工序。电槽阴极室产生的碱液一部分送各用碱工艺点;一部分碱液经阴极液冷却器调整温度后, 通过加入纯水来控制碱液浓度循环回到电解槽;其余则送往蒸发工序。在电解槽阴极室生成的氢气送往氢气处理工序。
2.3 淡盐水脱氯工艺
阳极液槽的淡盐水经阳极液泵送至脱氯塔, 在真空下将溶解在盐水中的游离氯脱出, 脱氯后的淡盐水仍含游离氯约20~30mg/l, 加入32%碱液调节p H后, 与K2SO3溶液反应进一步除去游离氯, 脱氯完全后的淡盐水由脱氯盐水泵送至一次盐水工序。由脱氯塔脱出的氯气经脱氯冷凝器冷却、分离水分后由脱氯真空泵送至氯气总管。脱氯冷凝器冷凝下来的氯水自流回阳极液槽。
3 钾碱蒸发的工艺流程
3.1 顺流流程
顺流流程指的是进入蒸发器的电解液与加热蒸汽的方向相同, 假如一套多效蒸发设备, 电解液流向的特点是电解液的浓度会越来越高, 蒸汽压力会越来越低。根据串联蒸发器数量的不同, 顺流流程又可以分为顺流双效、顺流三效部分强制循环等多种形式。
3.2 逆流流程
逆流流程主要通过降膜浓缩器来实现, 降膜浓缩器采用熔盐作为载热体, 在系统中循环使用。由助燃空气鼓风机送来的助燃空气经助燃空气预热器预热后, 与作为燃料的天然气一并送入天然气燃烧系统燃烧, 并在熔盐加热器中, 通过辐射和对流将熔盐加热到大约420℃送至降膜浓缩器浓缩碱液, 而冷却后的熔盐自流入熔盐槽, 再经熔盐泵送回熔盐加热器循环使用。
3.3 流程讨论
3.3.1 效数评价。
我们假定从蒸发过程中的没有热量损失、料液温度与加热蒸汽温度一致, 那么可以知道, 多效蒸发比单效蒸发更具优势, 但是从经济性、生产成本的角度来说, 并不是效数越多越好, 因为这会导致成本的激增, 同时也会对生产提出了更高的要求。所以, 根据当前氯碱工业的生产水平, 三效和四效是比较合理的选择。
3.3.2 顺流与逆流流程的比较。
在逆流流程第三效为真空效, 电解液无需预热即可进效, 同时浓效又为闪蒸效, 可以提高电解液的浓度, 第二效的盐泥的氢氧化钾 (KOH) 浓度很高, 经过第三效排出之后可以大幅减少产品的损失, 所以逆流流程的耗能低。逆流蒸发增加强制循环泵之后, 生产强度得到了大幅度的提高, 研究表明, 其生产强度甚至会比逆流流程高大约20%, 由此看来, 逆流流程更具优越性。
随着工业化进程在不断推进, 氯碱生产厂家对工艺的先进行和可靠性越来越重视, 为了尽可能提高生产效率, 增加企业的效益, 很多厂家引进了很多先进的设备和工艺流程。但值得注意的是, 在选择设备和工艺流程时要充分考虑企业自身的实际情况, 这样才能够切实提高生产效率。
摘要：本文对盐水一次精制的工艺流程和工艺特点进行详细的分析, 介绍了离子膜电解工艺流程, 同时对顺流流程、逆流流程这两种常用的钾碱蒸发工艺流程进行深入的研究, 并进行评价, 为工艺流程的选择提供了理论依据。
关键词：氯碱工业,工艺流程