40萬噸/年MVR制鹽工藝計算

徐 敏，陳留平（中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，江蘇 金壇 213200）

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40萬噸/年MVR制鹽工藝計算

徐 敏，陳留平
（中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，江蘇 金壇 213200）

摘 要：目前，我國制鹽行業(yè)的產(chǎn)能處于過飽和狀態(tài)，制鹽行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)從擴(kuò)大產(chǎn)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能降耗，年生產(chǎn)能力在40萬噸以下的多效真空制鹽裝可以實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造的可行性較高。從能耗上來看，MVR比ME要低三分之一左右。因此，本文以40萬噸/年為例，對MVR工藝的物料平衡，熱量平衡進(jìn)行理論研究，做了一些分析計算。

關(guān)鍵字：機(jī)械熱壓縮；MVR；工藝計算

0 前言

目前，我國制鹽行業(yè)的產(chǎn)能處于過飽和狀態(tài)，結(jié)合國家供給側(cè)改革的需要，制鹽行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)從擴(kuò)大產(chǎn)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能降耗，因此，短時間內(nèi)上馬大型制鹽項(xiàng)目的可行性并不高，許多企業(yè)40萬噸/年以下的多效真空制鹽老舊裝置實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造的可行性較高。從國內(nèi)外制鹽工藝的已知能耗上來看，MVR比ME要低三分之一左右［1，2］，這是相當(dāng)可觀的數(shù)字，也符合我國目前節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策。因此，本文以40萬噸/年為例，對MVR工藝的物料平衡，熱量平衡進(jìn)行理論研究，做了一些分析計算。

工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［3］

⑴.產(chǎn)能：40萬噸/年，工藝流程框圖如下：

圖1 簡單工藝流程框圖

⑵.生產(chǎn)時間：全年除去檢修，刷罐和各種因素影響，有效生產(chǎn)按330天計算，合7920小時。

⑶.精鹵及成品鹽標(biāo)準(zhǔn)：

表1 精制鹵水標(biāo)準(zhǔn)

表2 成品鹽標(biāo)準(zhǔn)

⑷.原料鹵水的密度1150kg/m3，母液鹵水密度1207kg/ m3，鹵水比熱3.35kj/kg.℃

⑸.NaCl總回收率為95%

⑹.假設(shè)MVR系統(tǒng)蒸發(fā)室壓力150KPa；蒸汽壓縮機(jī)壓比為1.73，展開研究計算。

1 物料衡算

1.1產(chǎn)鹽量

已知鹵水中NaCl含量為Bg=298g/L=0.298kg/L，Na2SO4含量為7g/L。

每小時產(chǎn)鹽量：

1.2蒸發(fā)水量

每小時蒸發(fā)水量為：146760.07kg/h

1.3母液外排量

假設(shè)蒸發(fā)室二次蒸汽壓力已確定為150KPa，飽和蒸汽溫度為111.5℃，壓縮機(jī)壓比為1.73，則得到壓縮機(jī)出口（加熱室）壓力259.5KPa，飽和蒸汽溫度128.5℃。為了確保蒸發(fā)罐中鹽結(jié)晶的質(zhì)量，就必須確保Na2SO4在蒸發(fā)過程中始終處于不飽和狀態(tài)，以下是NaCl-Na2SO4-H2O三相圖。

圖2 Na Cl-Na2SO4-H2O三相圖

從三相圖中，可以看到蒸發(fā)罐中鹵水溫度在低于17.9℃時，Na2SO4的溶解度隨溫度的升高而增大；高于17.9℃時，其溶解度隨溫度的升高而減小。鹵水溫度在100℃左右時，溶解度變化不明顯。

從表3中可以看到混合鹵水在100℃時，Na2SO4的重量比為4.51%?？紤]到適當(dāng)有一點(diǎn)余量，因此，硫酸鈉重量比不能大于4.22%。計算時取飽和NaCl鹵水密度為1207g/l。則Na2SO4濃度不能大于4.22%×1207=50.9g/l。

最小外排母液量：

換算成質(zhì)量為：27.13×1207=32745.91kg/h

此母液去往鹽硝分離部分進(jìn)行處理，本計算不做過多介紹。

1.4排鹽母液及淘洗鹵

排放鹽漿濃度設(shè)計為固液比40%，排鹽帶出的母液，密度為1207g/l，則固液比換算成質(zhì)量百分比en=54.45%。排放鹽漿的比熱：

式中：進(jìn)罐鹵水及循環(huán)料液比熱CO=3.35kJ/kG.℃；

鹽的比熱Cg=0.8kJ/kG.℃；；

查資料得到數(shù)據(jù)：鹽結(jié)晶熱θ=84.6kJ/kg，排放母液比熱Cm=3.35kJ/kg.℃，鹽的密度為2165g/L，淘洗鹵與排鹽體積比為1.3。

排鹽時排出鹵水質(zhì)量：

34.995×1000×1.207=42238.965kg/h

淘洗鹵流量為：（23.33+34.995）×1.3=75.8225m3/h

淘洗鹵質(zhì)量為：75.8225×1000×1.15=87195.875kg/h

1.5每小時總進(jìn)鹵量

總進(jìn)鹵量=蒸發(fā)水量+排鹽量+外排母液

=146760.07+50505+32745.91

=230010.98kg/h

直接進(jìn)罐鹵水=總進(jìn)鹵量-淘洗鹵質(zhì)量

=230010.98-87195.875=142815.105kg/h

1.6總物料平衡表

表4 總物料平衡表

2 熱量衡算

蒸發(fā)室壓強(qiáng)按0.150MPa，壓縮機(jī)進(jìn)出口壓比按照1.73計算。則加熱室蒸汽壓強(qiáng)為0.2595MPa。查詢飽和蒸汽溫度壓力對照表［4］得到生產(chǎn)操作條件和數(shù)據(jù)［5，6］，如下表所示：

表5 生產(chǎn)操作條件和數(shù)據(jù)

2.1溫差損失及有效溫差

⑴.蒸發(fā)室沸點(diǎn)升高：

式中：T1-操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的溫度，℃；

r1-操作壓強(qiáng)下二次蒸汽的汽化熱，kJ/kg；

T0-常壓下料液沸點(diǎn)升高值。生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在9℃左右，這里我們?nèi)≈虚g值為9 ；

⑵.閃發(fā)溫度損失：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取△2=0.6℃

⑶.管道阻力溫度損失：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取△3=0.6℃⑷.過熱溫度損失：

按照制鹽企業(yè)一般情況取：△4=1.1℃

⑸.總溫度差損失

⑹.有效溫度差

⑺.料液沸點(diǎn)

2.2熱量衡算過程

以蒸發(fā)罐作為一個系統(tǒng)，進(jìn)出蒸發(fā)罐熱量［7］如下所示：

表3-6 熱量進(jìn)出表

加熱室冷凝水溫度為128.5℃，146760.07t/h，假設(shè)經(jīng)過板式換熱器預(yù)熱，進(jìn)蒸發(fā)罐鹵水溫度達(dá)到128℃。

⑴.二次蒸汽熱量：

⑵.每小時鹽結(jié)晶放熱：

⑶.排鹽帶出熱量：

⑷.排鹽母液熱量：

⑸.外排母液帶出熱量：

⑹.將淘洗鹵加熱到沸點(diǎn)所需熱量：

87195.875×3.35×（123.48-20）=30227147.64kJ/h

⑺.板式換熱器熱交換

鹵水理論進(jìn)口溫度為25℃，鹵水設(shè)計出口溫度為128℃。（消除壓縮機(jī)過熱的噴淋水反復(fù)循環(huán)使用，只用于加熱室換熱計算）換熱的鹵水有兩部分：一是除淘洗鹵之外的進(jìn)鹵，二是排鹽母液。進(jìn)入板式換熱器的原鹵質(zhì)量為142815.105kg/h，溫度為25℃。排鹽母液進(jìn)入板式換熱器質(zhì)量為42238.96 kg/h，溫度為55℃。

將鹵水加熱到128℃需要熱量為：

［142815.105×（128-25）+42238.965×（128-55）］×3.35

=59607157.22

已知冷凝水板換前溫度為128.5℃。設(shè)冷凝水板換后溫度為X℃

經(jīng)過板式換熱器冷凝水釋放熱量：

Q水=146760.07×4.2×（128.5-X）=59607157.22

X=31.8℃

表7 板換進(jìn)出口溫度

⑻.壓縮機(jī)做功熱量：

蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)加壓后為過熱蒸汽，需要加入噴淋水消除過熱，變成飽和蒸汽。設(shè)用于消除過熱噴淋水至少為W噴淋

壓縮機(jī)需提供最小熱量=冷凝水帶出熱量+外排母液帶出熱量+排鹽帶出熱量-鹽的結(jié)晶熱量-原鹵帶入熱量

冷凝水帶出熱量=146760.07×4.2×31.8=19601274.95

原鹵帶入熱量=230010.98×3.35×25=19263419.58

2177.6W噴淋=19601274.95+13545607+2383330.95-4165904.925-19263419.58

壓縮機(jī)熱量=2177.6W噴淋=12100888.395

表8 壓縮機(jī)熱量確定表

壓縮機(jī)出口噴淋水量

2.3總熱量平衡表

表9 總熱量平衡表

3 結(jié)語

通過以上分析可以明顯地看到，MVR工藝特點(diǎn)是采用機(jī)械壓縮機(jī)，將蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)回收、壓縮后繼續(xù)供蒸發(fā)使用，正常生產(chǎn)時不需補(bǔ)充生蒸汽，所以正常生產(chǎn)中它只消耗電能，而不消耗蒸汽，很多老裝置可以考慮改造成MVR制鹽，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

［參考文獻(xiàn)］

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［5］ 北京石油化工工程公司編.氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊［M］，修訂版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988.

［6］陳聲宗.化工設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［7］云智勉.蒸發(fā)［M］.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

Calculation of 400，000 Tons / year MVR Salt Process

Xu Min，Chen Liuping
（China Salt Jintan Co.， Ltd.， Jintan 213200， China）

Abstract:At present， China's salt industry production capacity is over saturated， salt industry focus from expanding production capacity into energy saving， Annual production capacity of 400 thousand tons of multi effect vacuum salt making device can carry out energysaving technological transformation. From the energy point of view， MVR is about 1/3 lower than ME. Therefore， with 400 thousand tons / year as an example， theoretical research on the material balance， heat balance， and do some analysis and calculation.

Key words:mechanical thermal compression； MVR； process calculation

作者簡介：徐敏（1982-），男，江蘇金壇人，碩士學(xué)位，工程師，從事制鹽生產(chǎn)、技術(shù)、管理方面的工作。