降低离子膜烧碱三效逆流降膜蒸发装置蒸汽单耗研究

2021-07-26韩云峰高燕军

中国氯碱 2021年6期

韩云峰，高燕军

（陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司，陕西榆林719319）

陕西北元化工集团股份有限公司（以下简称“北元化工”）是一家拥有110万t/a聚氯乙烯、88万t/a烧碱的大型氯碱企业，该公司引进博特瑞姆斯化工技术有限公司的三效逆流降膜蒸发工艺，建成2×40万t/a蒸发装置。该工艺具有传热系数大、效率高、能耗低、操作简单等优点。

1 三效逆流降膜蒸发装置工艺流程简介

来自离子膜电解工序的32%碱液经过Ⅰ效降膜蒸发器、Ⅱ效降膜蒸发器在负压状态下通过二次蒸汽加热，然后再经过Ⅲ效降膜蒸发器通过蒸汽加热浓缩为50%碱液。涉及的主要设备是降膜蒸发器，降膜蒸发器管程走碱液、壳程走蒸汽，碱液在蒸发浓缩过程中，由于形成的二次蒸汽的流速很高，将液体拉成一层薄膜，流动速度很快，薄膜液层在液膜表面产生强烈的蒸发从而达到蒸发效果，32%碱液就是通过三个降膜蒸发器蒸发浓缩为50%碱液。三效逆流降膜蒸发工艺流程示意图见图1。

图1 三效逆流降膜蒸发工艺流程示意图

2 蒸发设计单耗参数

北元化工公司与博特瑞姆斯化工技术有限公司签署的技术协议中对原材料的设计参数及能耗期望值分别见表1和表2。

表1 原辅材料设计参数

表2 吨碱能耗期望值（50%烧碱）

从表1和表2可以得出，只要32%烧碱能够满足或优于原辅材料设计参数，蒸发装置生产50%烧碱过程中吨碱蒸汽单耗就能达到设计期望值0.54 t。

3 蒸汽单耗的影响因素

3.1 工艺控制方面

3.1.1 生蒸汽温度

蒸发过程就是通过蒸汽给碱液加热，蒸发出碱液中的水分，提高碱液浓度，所以蒸汽温度越高蒸发系统会获得越大的温差，越有利于蒸发。相同流量不同温度下的蒸汽单耗统计表见表3。

从表3分析得出，温度越高，蒸发装置蒸汽单耗越低，尤其在生产能力大于设计能力的90%，蒸汽温度大于185℃时，每升高1℃，蒸汽单耗降低约0.001 t。

表3 相同流量不同温度下的蒸汽单耗统计表

3.1.2 真空度

真空度是蒸发过程中的重要参数，真空度越高水的沸点越低，物料中的水分越容易蒸发，所以在蒸发过程中对二次蒸汽加热的一效蒸发器、二效蒸发器进行负压处理，降低水的沸点，提升蒸发效率，降低蒸汽单耗。不同真空度下水的沸点见表4。

表4 不同真空度下水的沸点表

3.1.3 原料碱液温度

原料碱液温度对蒸发过程的蒸汽消耗影响极为明显，蒸发装置可以接收罐区储罐中保存的约45℃的碱液，还可接收电解装置直接输送的约80℃的碱液，两种碱液温度相差约35℃，如果原料碱使用罐区储罐中的碱液，则需要耗费大量蒸汽进行预热，明显增加了蒸汽单耗。因此在蒸发装置运行不稳定时，不能完全消耗电解装置生产的32%碱液，电解生产的部分32%碱液接收在罐区储罐直接增加了后期的蒸汽消耗。

3.2 设备方面

3.2.1 换热器内漏

为了降低蒸汽消耗，蒸发装置设计了6台换热器，包括高温碱液与低温碱液相互换热、蒸汽冷凝水与低温碱液相互换热、循环水与高温碱液相互换热，任何一台换热器内漏将导致不同浓度介质的互串，降低碱液浓度。如果换热器内漏导致碱液浓度降低，为使得最终生产的50%烧碱浓度合格，只能通过增加蒸汽换热量来提高碱液浓度，增加蒸汽消耗。

3.2.2 汽水分离器排水不畅

如果闪蒸罐的汽水分离器排水效果差，会导致二效蒸发器的蒸汽冷凝水溢流至三效蒸发器的蒸发室，从而直接降低碱液浓度，为使得碱液浓度合格，需要回流调整继续增加蒸汽换热量来提高碱液浓度，从而增加蒸汽单耗。

3.2.3 表面冷却器换热效果差

表面冷却器属于列管式换热器，利用循环水经表面冷却器管程与壳程一效蒸发器产生的二次蒸汽换热，将二次蒸汽冷凝为液体，如果表面冷却器换热效果差，二次蒸汽就不能快速冷凝为液体，导致系统真空度降低，水的沸点升高，不利于水分的蒸发，蒸发效率变低，蒸汽单耗升高。如果循环水浊度较高或者表面冷却器腐蚀严重同样极易导致部分列管堵塞，降低换热器的换热效果。