離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝分析

顧川川（浙江省天正設(shè)計工程有限公司，浙江 杭州 310012）

離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝分析

顧川川（浙江省天正設(shè)計工程有限公司，浙江 杭州 310012）

離子膜法電解制堿為先進(jìn)的生產(chǎn)燒堿工藝方法，所產(chǎn)燒堿在印染、石油精煉、輕工、醫(yī)藥、造紙、農(nóng)藥和紡織等領(lǐng)域應(yīng)用較廣，副產(chǎn)氫氣及氯氣可合成鹽酸，深加工甲烷氯化物、PVC和有機(jī)硅等。此文從原理、生產(chǎn)流程、工藝特點及影響堿液蒸發(fā)的因素四方面對離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝作出分析。

離子膜法；燒堿；生產(chǎn)工藝；蒸發(fā)

與傳統(tǒng)石棉隔膜制堿相比，離子膜燒堿雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品濃度高，生產(chǎn)過程不影響人員健康，三廢排放較少，對水質(zhì)無污染，且管理操作方便，成本低，耗能低，廣泛用于造紙、棉紡及食品工業(yè)。離子膜法原理、生產(chǎn)流程、工藝特點及影響堿液蒸發(fā)的因素是以下研究重點。

1 離子膜燒堿原理

離子膜法制燒堿，是將食鹽水電解成氫氧化鈉，離子交換膜是離子膜法生產(chǎn)燒堿的關(guān)鍵部件。借助所用陽離子交換膜的選擇透過性特點，僅允許Na+、H+等陽離子通過，阻止Cl-、OH-等陰離子和兩極產(chǎn)物Cl2、H2通過，以此達(dá)到避免陰極產(chǎn)物H2和陽極產(chǎn)物Cl2互相混合，便于分別收集的目的，并有效避免NaOH和Cl2反應(yīng)生成NaClO，以免對燒堿純度造成影響。飽和食鹽水是氯堿工業(yè)生產(chǎn)主要原料，但因粗鹽水含雜質(zhì)，如SO42-、Ca2+、Fe3+、Mg2+和泥沙等，達(dá)不到電解要求，因此，需要對其進(jìn)行提純精制［1］。

2 離子膜燒堿生產(chǎn)流程

飽和食鹽水經(jīng)提純精制后，進(jìn)入陽極室；加入適量NaOH溶液的純水進(jìn)入陰極室；通電后，陰極表面H2O放電而成H2，而Na+由陽極室經(jīng)離子膜進(jìn)到陰極室；NaOH在陰極室富集；陽極表面Cl-放電而成Cl2。電解后，可在陽極室淡鹽水中添加食鹽，循環(huán)利用。陰極室不加入NaCl，而加純水的原因在于，陰極室反應(yīng)2H++2e=H2↑，Na+可經(jīng)離子膜進(jìn)到陰極室，成為NaOH溶液；而在電解開始時，為增強(qiáng)陰極溶液導(dǎo)電性又不引入新的雜質(zhì)，則在陰極室水中加適量NaOH溶液。

3 離子膜燒堿工藝特點

（1）蒸汽消耗低 離子膜法燒堿產(chǎn)品濃度較高，約為30%～33%，較傳統(tǒng)方法（10%～11%）大幅提高，后續(xù)濃縮蒸汽大大減少。若產(chǎn)品濃度要求50%，每噸成品堿僅需蒸出約0.5t水；而傳統(tǒng)方法需蒸出水4t，離子膜燒堿少蒸3.5t［2］。蒸發(fā)水量減少，蒸汽消耗明顯降低。

（2）操作簡單 傳統(tǒng)方法堿液中含鹽約16%，而離子膜堿液中含鹽僅0.004%［3］，在蒸發(fā)濃縮的過程中，即便生產(chǎn)固堿，也無需除鹽，流程設(shè)備大大簡化，傳統(tǒng)隔膜堿蒸發(fā)所用工藝流程及設(shè)備均可省略；且在蒸發(fā)時不析出鹽，不會引起管道阻塞等問題；操作較簡單。

4 影響堿液蒸發(fā)的因素

（1）蒸發(fā)器液位 蒸發(fā)器液位恒定，是確保循環(huán)蒸發(fā)器穩(wěn)定有效操作的關(guān)鍵。液位高度的變化，可引起靜壓頭變化，對蒸發(fā)穩(wěn)定性有很大影響。液位偏低，則閃蒸和蒸發(fā)劇烈，夾帶嚴(yán)重，大氣冷凝器的下水帶堿，或者出現(xiàn)跑堿現(xiàn)象；而液位偏高，則傳熱有效溫差減小，循環(huán)速度降低，從而降低蒸發(fā)能力。穩(wěn)定液位對減少堿損失、提高蒸發(fā)能力和降低汽耗有重要作用。

（2）蒸汽壓力 在堿液蒸發(fā)中，蒸汽為主要熱源，其壓力高低直接決定蒸發(fā)能力。使用高壓蒸汽可保證較高的有效傳熱溫差，增加單位時間熱量傳遞，增強(qiáng)裝備生產(chǎn)能力；但壓力過高，易引起加熱管堿液溫度猛然上升，導(dǎo)致液體沸騰，形成汽膜，使傳熱系數(shù)降低，影響裝備能力。若壓力過低，與堿液沸點溫差減小，單位時間蒸發(fā)量降低，蒸發(fā)強(qiáng)度降低。

除了保證蒸汽壓力適宜外，還應(yīng)重視蒸汽飽和度。飽和蒸汽可提供較多熱量，同時對保持穩(wěn)定操作有較大作用。加熱壓力波動，會影響蒸發(fā)過程穩(wěn)定性，繼而影響蒸發(fā)溫度、真空度、蒸發(fā)器液面、以及產(chǎn)品純度、濃度等。

（3）電解堿液溫度及濃度 離子膜堿液濃度高，利于蒸發(fā)濃縮，且與隔膜法比汽耗低。電解槽流出的堿液溫度一般為85～90℃，但若經(jīng)過緩沖罐后再進(jìn)入蒸發(fā)器，特別是緩沖罐有一定存放功能時，則會導(dǎo)致實際進(jìn)入蒸發(fā)器的堿液溫度大大下降，能源消耗增加［4］。

（4）真空度 在蒸發(fā)生產(chǎn)控制中，真空度為重要指標(biāo)。提高真空度，可降低二次蒸汽飽和溫度，使有效溫度差明顯提高；同時蒸汽冷凝水溫度也降低，使熱源利用更加充分，降低了蒸汽消耗。真空度高低和二次蒸汽不凝氣含量、大氣冷凝器下水溫度等相關(guān)?？赏ㄟ^蒸汽噴射泵、機(jī)械真空泵及水噴射泵等排除不凝氣，提高真空度。

（5）熱損失 蒸發(fā)屬傳熱過程，熱損失是不可避免的。熱損失主要包括經(jīng)管道或設(shè)備表面向外散發(fā)的熱量，以及沒被充分利用而排出的蒸汽。一般來說，前者占比較少，約2%～5%；后者較多，約10%～20%。為此需進(jìn)行熱量衡算，合理設(shè)計換熱系統(tǒng)，最大化利用蒸汽；同時，也應(yīng)選取價廉質(zhì)優(yōu)的保溫材料，盡量避免散熱，減少熱損失。

5 結(jié)語

目前，燒堿售價下降，傳統(tǒng)法制燒堿盈利能力降低，離子膜法憑借其有利優(yōu)勢，符合高新技術(shù)化要求，對減少原料消耗、降低能耗、提升產(chǎn)品質(zhì)量、避免三廢排放有重要意義，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)及清潔生產(chǎn)。筆者查閱有關(guān)的資料及文獻(xiàn)，對離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝作出分析，具有一定參考價值。

［1］鄭紀(jì)東.離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮的生產(chǎn)工藝探討［J］.鹽業(yè)與化工，2014，10:19-22.

［2］喬玉元.隔膜法與離子膜法生產(chǎn)燒堿工藝對比分析［J］.齊魯石油化工，2010，02:108-110.

［3］馬玥琤.隔膜法燒堿改造為離子膜法燒堿的工藝討論［J］.氯堿工業(yè)，2013，12:7-10.

［4］董雪英.離子膜燒堿的生產(chǎn)工藝及市場前景［J］.江蘇化工，2008，03:55-59.