元明粉生产真空装置二次蒸汽的有效利用改造

廖建国，赵砚辉

（新疆盐湖制盐有限责任公司，新疆乌鲁木齐830077）

元明粉生产真空装置二次蒸汽的有效利用改造

廖建国，赵砚辉

（新疆盐湖制盐有限责任公司，新疆乌鲁木齐830077）

简要介绍了中国元明粉行业“十一五”期间的发展状况，据此提出了改造元明粉生产抽真空装置，有效利用二次蒸汽，提高热能利用率。简要叙述了元明粉生产工艺及特点。为改造工作提供可靠的理论依据，应用大量资料数据详细计算二次蒸汽热能及化矿所需热量，并对抽真空系统的冷凝器进行设计选型，制定改造的实施办法。通过对真空装置的改造，实现了节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的目的。

元明粉；真空装置；二次蒸汽；热能

“十一五”期间，中国元明粉行业得到迅猛发展，产量由2006年的820万t激增到2008年的1 000万t［1］。由于市场需求量有限，因此元明粉产量的增加导致同行业之间竞争激烈，使得元明粉利润空间越来越小。为提高企业在市场中的竞争力，新疆盐湖制盐有限责任公司（以下简称“公司”）对元明粉厂17万t/a元明粉生产装置的抽真空系统及化矿设备进行技术改造，使末效二次蒸汽得到利用，从根本上解决了新蒸汽化矿的生产方法，进一步提高热能的利用率。

1 工艺及特点

改造后的生产工艺主要工序为：二次蒸汽化矿、卤水澄清、蒸发结晶、离心脱水、气流干燥、机械包装。其工艺特点：平流加料，每效蒸发后的溶液由高温高压进入低温低压，完成液由末效排出，四效真空蒸发，外加热强制循环，末效二次蒸汽与浑硝水换热，加热后的浑硝水用于化矿，提高热能的有效利用。改造后生产工艺流程见图1。

2 热能计算

2.1 末效二次蒸汽热能计算

给定条件：1）生产1 000 kg质量分数为100%的Na2SO4进入未效的溶液质量（F）；2）进入末效溶液质量分数（w0）为38%（化验）；3）末效完成液质量分数（w1）为52%（化验）；4）末效二次蒸汽温度60℃（抄表）。计算公式［2］如下：

末效蒸发水量：

末效二次蒸汽热量：

式中：M为生产1 000 kg Na2SO4末效蒸发水量，kg；Q为生产1 t产品末效产二次蒸汽的热量，kJ；h″为60℃二次蒸汽比焓（查饱和水蒸汽表），2608.79kJ/kg。

2.2 化矿热能计算

2.2.1 设定条件

给定条件：1）按1 000 kg质量分数为100%的Na2SO4计算；2）热量平衡以0℃计算；3）清硝液中Na2SO4质量浓度为350 kg/m3（质量分数为29%）、密度为1 220 kg/m3、温度为55℃；4）溶液澄清期间定期排放，测算100%（质量分数，下同）十水硫酸钠矿损耗10%；5）补充水（井水）温度为15℃；6）泥渣吸热及热量损耗按清硝液所需热量的2%考虑。

设：M十、M结、M冷、M补、M清水、M清分别为十水硫酸钠、结晶水、冷凝水、补充水、清硝液含水、清硝液的质量，kg；Q熔、Q冷、Q补、Q清、Q渣、Q化分别为32℃十水硫酸钠熔解热量、32℃冷凝水含热量、补水加热到32℃需要的热量、32℃清硝液加热到55℃需要的热量、矿渣吸热及损耗的热量、化矿所需的热量，单位均为kJ；h′为32℃饱和冷凝水比焓（查饱和水蒸汽表），134.04 kJ/kg；c水、c清分别为水和清硝液的比热容，kJ/（kg·℃）；t32为补水加热温度，32℃；t15为补水（井水）温度，15℃；t55为清硝液所需温度，55℃；R为十水硫酸钠的熔解热，kJ/kg。

查无机物物理化学性质表可知：无水硫酸钠比热容为128 J/（mol·℃），相对分子质量为142；十水硫酸钠相对分子质量为322，熔点为32℃［3］，熔解热为251.01 kJ/kg。比热容换算：无水硫酸钠比热128/ 142=0.901 4 kJ/（kg·℃）；水的比热为 4.187 kJ/（kg·℃）；清硝液的比热容按组分组成相加，即：（1-29%）×4.187+（0.9014×29%）=3.23 kJ/（kg·℃）［4］。

2.2.2 相关数据计算

生产1 000 kg Na2SO4产品所需的十水硫酸钠、清硝液及相关水量计算如下：

生产1 000 kg Na2SO4产品，化矿所需相关热量计算如下：

实际生产中，每生产1 t元明粉，末效产生二次蒸汽热量1 848 145.10 kJ，而计算得到化矿所需热量为1 045 351.10 kJ。对比可以看出，末效二次蒸汽的热量满足化矿所需热量且有富余。

3 真空装置改造

3.1 计算与选用

给定条件：1）进入冷凝器二次蒸汽的流量为8 937 kg/h；2）进入冷凝器浑硝液初始温度为52℃；3）浑硝液、冷凝液混合物的排出温度为64℃；4）浑硝液比热容为3.23 kJ/（kg·℃）（可近似看成清硝液比热容）；5）选择二次蒸汽流速为18 m/s；6）进入冷凝器二次蒸汽的体积流量按末效蒸发量35 m3/s考虑。

设：G2为进入冷凝器二次蒸汽的流量，kg/h；t混为浑硝液、冷凝液混合物的排出温度，℃；t初为进入冷凝器浑硝液初始温度，℃；V为进入冷凝器二次蒸汽的体积流量，m3/s；C水为水的比热容，kJ/kg·℃；C浑为浑硝液比热容，kJ/（kg·℃）；U为二次蒸汽流速，m/s；G为浑硝液流量，kg/h；D为冷凝器直径，m；L为淋水板总高，m；L0为第一块淋水板高，m。计算公式如下［5］：

浑硝液流量（由热量衡算确定）：

冷凝器直径（由流量公式计算）：

淋水板总高（其他相关数据计算省略）：

根据计算结果，选用 φ1 600 mm×5 000 mm× 10 mm多层多孔式冷凝器，浑硝液循环采用IJ300-250-400（流量570 m3/h，扬程25 m）化工流程泵。

3.2 改造实施办法

首先保留原蒸发系统的抽真空装置 （水喷射式冷凝器）作为调配，新增加的φ1 600 mm×5 000 mm× 10 mm多层多孔式冷凝器下部蒸汽进口与末效二次蒸汽管线连接，出口与化矿桶锥底连接，且与水喷射式冷凝器并联摆放使用。IJ300-250-400化工流程泵安装化矿桶底部，进水口与化矿桶上部连接，出水口与新增的冷凝器进水口连接。多层多孔式冷凝器用于二次蒸汽与浑硝水换热，流程泵循环浑硝水，对规格为φ5 000 mm×4 550 mm×10 mm化矿桶进出浑硝水口及内部系统稍加改动，按工艺路线连接管线及配备阀门。改造后真空装置工艺流程图见图2。

4 改造效果

抽真空装置改造后，企业生产运行正常，水、电、汽消耗分别有不同程度的下降，每1 t产品水耗由28 m3降到20 m3，电耗由45 kW·h降到42.5 kW·h，蒸汽消耗由1.48 t降到1.1 t。过去元明粉厂3台潜水泵（70 kW、230 m3/h 2台、55 kW、200 m3/h 1台）为厂区供水，化矿年消耗新蒸汽6.5万t，现在停用1台55 kW、200 m3/h潜水泵，化矿全部采用尾气（末效二次蒸汽），节约了新蒸汽，经核算节约生产费用如表1所示。

表1 节约生产费用核算表

由表1可知，真空装置改造后合计可节约4 400 840元，生产成本下降，经济效益得到提高。

5 结论

通过对17万t/a元明粉厂的蒸发抽真空装置及部分化矿设备技术的改造，进一步节约了企业的水、电资源，降低蒸汽消耗，提高了热能的有效利用率，最终达到节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的目的，为企业赢得了市场，也为今后开展循环经济与节能减排工作奠定了良好基础。

［1］许涛，荆小兵，王兰君.元明粉生产过程中节能技术的应用及推广［J］.盐业与化工，2011，40（6）38-39.

［2］付家新，王为国，肖稳发.化工原理课程设计［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［3］袁一.化学工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，2001：26－27.

Improvement on effective utilization of secondary steam in vacuum device of anhydrous sodium sulfate production

Liao Jianguo，Zhao Yanhui
（Xinjiang Salt Lake Salt Making Co.，Ltd.，W ulumuqi 830077，China）

Development status of anhydrous sodium sulfate industry in China during the period of the 11th Five-Year Plan was briefly introduced.Hereby the improvement of vacuum device in anhydrous sodium sulfate production was put forward so as to effectively utilize the secondary steam and raise the utilization rate of heat energy.The manufacturing process and characteristics of anhydrous sodium sulfate were described in brief.In order to provide a reliable theoretical basis for the improvement，the heat energy of secondary steam and the mineral-dissolving required heat were carefully calculated by referring to mass of data.The design and model selection were made for the condenser of vacuum system and the implementation measures of improvement were also established.Through the improvement for the vacuum system，the target of energy saving and consumption reduction，production cost decline，and economic benefit increase was realized.

anhydrous sodium sulfate；vacuum device；secondary steam；heat energy

TQ131.12

A

1006-4990（2012）11-0036-03

2012-05-29

廖建国（1956— ）男，副总经理，总工程师，主要研究方向为无机盐化工工艺，已公开发表文章4篇。

联系方式：liao13999996251@126.com