离子膜法烧碱蒸发浓缩生产工艺分析

张悦

摘 要：在生产烧碱的方法中，离子膜法电解制碱属于一种较为先进的工艺制造方法，生产的烧碱应用于石油精炼、医药以及印染和纺织等方面较多，副加产生的氢气和氯气能够混合形成盐酸，可进一步加工成甲烷氯化物等。本文对离子膜法烧碱蒸发浓缩的生产工艺做相应的探究分析，望给相关研究者起一定的参考价值。

关键词：离子膜法；烧碱；蒸发；浓缩

在工业化生产烧碱中，离子膜法电解制碱因其先进性拥有耗能低、成本低和三废污染低以及操作简便等优势被广泛性应用。离子膜法烧碱电解制法所生产出来的烧碱质量分数通常是32%，但是大多数用户的需求是高浓度离子膜法烧碱，因此将对烧碱（32%）放置蒸发的装置里做浓缩深加工。离子膜法烧碱其蒸发同全部蒸发的过程是一致的，均是通过蒸汽加热让烧碱溶液里的水分得到充分汽化，使烧碱其浓度得到提升。

一、离子膜法烧碱的原理

运用离子膜法进行烧碱，主要是把食盐水通过电解制成氢氧化钠，此制法的关键性部件为离子交换膜。通过运用阳离子交换膜其独特的特点：选择透过性，能够只让阳离子（Na+、H+等）通过，对阴离子（Cl-、OH-等）与两级产物（Cl2、H2）起到阻止通过的作用，这样能够使阴极产物（H2）与阳极产物（Cl2）不会发生混合，使各自收集更为简便，且使NaOH同Cl2不会发生反应而生成NaClO，使烧碱纯度不受影响。氯碱工业生产中，饱和食盐水是主要的原料，但是，其含有杂质，无法电解，所以需要对其做以提纯精制。

二、离子膜法烧碱生产过程

将精制饱和食盐水置入阳极室，而纯水置入阴极室，纯水中溶有适量的NaOH溶液，通电之后，H2O于阴极表面产生放电后形成H2，此时，Na+会直接透过离子膜从阳极室进阴极室内，这时阴极室内中的阴极液则会产生NaOH，而Cl-会于阳极表面产生放电后形成Cl2。经过电解的淡盐水，由阳极室导出，要想循环利用可提升食盐量，使浓度增加即可。在阴极室内置入纯水，而不是置入NaCl溶液，主要因为阴极室发生化学反应是H++2e= H2↑，且Na+能够穿过离子膜进入阴极室反应形成NaOH溶液，不过于电解初期，想要使溶液的导电性较强且没有融入新杂质的话，阴极室的水里需置入适量的NaOH溶液。

三、离子膜法烧碱蒸发的一般性工艺流程及工艺特点

（一）离子膜法烧碱蒸发的一般性工艺流程

当下，氯碱行业领域中，离子膜法烧碱蒸发最常用的工艺流程即双效逆流蒸发，其工艺流程具有各效温差大、传热速率高、设备传热面积较小的优势，不过该流程在末效时，对于设备材质的要求要高一些。瑞典的3万t/a双效逆流升膜蒸发浓缩装置的使用效果就较好，适用于规模性生产。

（二）离子膜法烧碱蒸发的工艺特点

一是蒸汽低耗化。离子膜法烧碱制品的浓度通常是比较高的，一般在30%-33%，比传统制作工艺生产出的10%-11%的浓度制品有大幅度提升，对之后蒸汽的浓缩进行降低。如果产品的浓度要求为50%，成品碱/吨只需要蒸出0.5吨水左右即可；但传统方法则需要水蒸出4吨，离子膜法烧碱则相应的减少蒸水3.5吨；二是操作简便化。运用传统方法生产，堿液里的含盐量约为总量的16%，但是离子膜碱液里所含有的盐只有0.004%，于蒸发浓缩时，可以直接生产固碱，不用考虑将盐去除，这样一来工艺流程设备也相应的简便化，传统蒸发工艺流程和设备可略掉，蒸发时不会出现盐析出，对管道也不存在阻塞的问题，操作起来相应简便化。

四、碱液蒸发的可影响因素

（一）蒸发器选择

蒸发器的种类有自然循环、强制循环，分别都包括有内热式与外热式，升膜与降膜，其中有直流式与旋转刮板式等。在离子膜法烧碱蒸发里近几年最常用的就是升膜与降膜蒸发器。主要考虑其具有传热系数大、传热效率高、设备加工与维修较简易等优势。而如若选择的蒸发器不适用于具体情况生产，则会降低生产效率，影响碱液蒸发效果。

（二）蒸发器的液位与蒸汽压力

蒸发器液位是否恒定，对蒸发器循环稳定操作具有非常重要的影响。如若液位高度发生变化，对静压头可产生影响随之变化，这样会影响蒸发的稳定性。如若液位偏低化，闪蒸与蒸发会发生剧烈，产生严重夹带，大气泠凝器其下水会含碱，亦或有跑碱情况发生；但若是液位偏高化，传热有效的温差降低，从而循环的速度随之下降，蒸发能力也下降。在蒸汽压力方面，于碱液蒸发时，蒸汽是热源的主要来源，蒸汽压力的高低对蒸发能力有直接影响。高压蒸汽可对有效传热温差做较高调控，对单位时间进行增加传递热量，使装备生产能力得到强化。不过，压力过高的话，可使加热管内碱液温度骤升，致使液体发生沸腾，产生汽膜，可对传热系数进行降低，装备能力受到影响。如果压力过小，同碱液的沸点温差降低，单位时间内的蒸发量也随之下降，降低了蒸发强度。

（三）真空度与热损失

于蒸发生产控制时，真空度是非常重要的一项指标。对真空度的提高，能够使二次蒸汽饱和的温度下降，提升有效温度，且对蒸汽冷凝水的温度做降低，让热源充分发挥其功效，使蒸汽消耗减少。真空度的高低同二次蒸汽不凝气的含量以及大气冷凝器的下水温度等等有一定的关联性。再者，热损失也是影响碱液蒸发的一项重要因素，因蒸发为传热的过程，热损失的发生是无法消除的。其主要是通过管道亦或是设备的表面由内而外散发出热量，包括未被充分使用则被排出的蒸汽。通常情况下，未被充分使用而就被排出的蒸汽所产生的热损失约占10%-20%，占据比例较大，所以要对热量做衡算，对换热系统进行合理化设计，使蒸汽能够充分被利用起来，并且还要在保温材料的选择上做好计划，选物优价廉的材料，做好散热规避准备，降低热损失。

（四）离子膜法烧碱电解碱液温度和浓度

若是离子膜碱液的浓度较高，则对蒸发浓缩是有益的，此方法同隔膜法相比，可降低汽耗。电解槽内流出碱液其温度通常在85摄氏度至90摄氏度，不过通过进罐的缓冲后至蒸发器内，缓冲罐具有存放功能，这会使蒸发器内进入的碱液其温度受到影响而降低，增加了能源的耗化。

结语：

综上所述，对离子膜法烧碱蒸发浓缩的生产工艺进行了一定的研究和分析，离子膜法在烧碱生产中具有独特的优势，是一项先进的技术生产手段，可有效降低原料和能源消耗，对于促进经济生产可持续循环发展有着重要的作用。

参考文献：

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