離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮生產(chǎn)工藝分析

張悅

摘 要：在生產(chǎn)燒堿的方法中，離子膜法電解制堿屬于一種較為先進(jìn)的工藝制造方法，生產(chǎn)的燒堿應(yīng)用于石油精煉、醫(yī)藥以及印染和紡織等方面較多，副加產(chǎn)生的氫氣和氯氣能夠混合形成鹽酸，可進(jìn)一步加工成甲烷氯化物等。本文對離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮的生產(chǎn)工藝做相應(yīng)的探究分析，望給相關(guān)研究者起一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：離子膜法；燒堿；蒸發(fā)；濃縮

在工業(yè)化生產(chǎn)燒堿中，離子膜法電解制堿因其先進(jìn)性擁有耗能低、成本低和三廢污染低以及操作簡便等優(yōu)勢被廣泛性應(yīng)用。離子膜法燒堿電解制法所生產(chǎn)出來的燒堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常是32%，但是大多數(shù)用戶的需求是高濃度離子膜法燒堿，因此將對燒堿（32%）放置蒸發(fā)的裝置里做濃縮深加工。離子膜法燒堿其蒸發(fā)同全部蒸發(fā)的過程是一致的，均是通過蒸汽加熱讓燒堿溶液里的水分得到充分汽化，使燒堿其濃度得到提升。

一、離子膜法燒堿的原理

運用離子膜法進(jìn)行燒堿，主要是把食鹽水通過電解制成氫氧化鈉，此制法的關(guān)鍵性部件為離子交換膜。通過運用陽離子交換膜其獨特的特點：選擇透過性，能夠只讓陽離子（Na+、H+等）通過，對陰離子（Cl-、OH-等）與兩級產(chǎn)物（Cl2、H2）起到阻止通過的作用，這樣能夠使陰極產(chǎn)物（H2）與陽極產(chǎn)物（Cl2）不會發(fā)生混合，使各自收集更為簡便，且使NaOH同Cl2不會發(fā)生反應(yīng)而生成NaClO，使燒堿純度不受影響。氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，飽和食鹽水是主要的原料，但是，其含有雜質(zhì)，無法電解，所以需要對其做以提純精制。

二、離子膜法燒堿生產(chǎn)過程

將精制飽和食鹽水置入陽極室，而純水置入陰極室，純水中溶有適量的NaOH溶液，通電之后，H2O于陰極表面產(chǎn)生放電后形成H2，此時，Na+會直接透過離子膜從陽極室進(jìn)陰極室內(nèi)，這時陰極室內(nèi)中的陰極液則會產(chǎn)生NaOH，而Cl-會于陽極表面產(chǎn)生放電后形成Cl2。經(jīng)過電解的淡鹽水，由陽極室導(dǎo)出，要想循環(huán)利用可提升食鹽量，使?jié)舛仍黾蛹纯伞Ｔ陉帢O室內(nèi)置入純水，而不是置入NaCl溶液，主要因為陰極室發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是H++2e= H2↑，且Na+能夠穿過離子膜進(jìn)入陰極室反應(yīng)形成NaOH溶液，不過于電解初期，想要使溶液的導(dǎo)電性較強(qiáng)且沒有融入新雜質(zhì)的話，陰極室的水里需置入適量的NaOH溶液。

三、離子膜法燒堿蒸發(fā)的一般性工藝流程及工藝特點

（一）離子膜法燒堿蒸發(fā)的一般性工藝流程

當(dāng)下，氯堿行業(yè)領(lǐng)域中，離子膜法燒堿蒸發(fā)最常用的工藝流程即雙效逆流蒸發(fā)，其工藝流程具有各效溫差大、傳熱速率高、設(shè)備傳熱面積較小的優(yōu)勢，不過該流程在末效時，對于設(shè)備材質(zhì)的要求要高一些。瑞典的3萬t/a雙效逆流升膜蒸發(fā)濃縮裝置的使用效果就較好，適用于規(guī)模性生產(chǎn)。

（二）離子膜法燒堿蒸發(fā)的工藝特點

一是蒸汽低耗化。離子膜法燒堿制品的濃度通常是比較高的，一般在30%-33%，比傳統(tǒng)制作工藝生產(chǎn)出的10%-11%的濃度制品有大幅度提升，對之后蒸汽的濃縮進(jìn)行降低。如果產(chǎn)品的濃度要求為50%，成品堿/噸只需要蒸出0.5噸水左右即可；但傳統(tǒng)方法則需要水蒸出4噸，離子膜法燒堿則相應(yīng)的減少蒸水3.5噸；二是操作簡便化。運用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)，堿液里的含鹽量約為總量的16%，但是離子膜堿液里所含有的鹽只有0.004%，于蒸發(fā)濃縮時，可以直接生產(chǎn)固堿，不用考慮將鹽去除，這樣一來工藝流程設(shè)備也相應(yīng)的簡便化，傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝流程和設(shè)備可略掉，蒸發(fā)時不會出現(xiàn)鹽析出，對管道也不存在阻塞的問題，操作起來相應(yīng)簡便化。

四、堿液蒸發(fā)的可影響因素

（一）蒸發(fā)器選擇

蒸發(fā)器的種類有自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)，分別都包括有內(nèi)熱式與外熱式，升膜與降膜，其中有直流式與旋轉(zhuǎn)刮板式等。在離子膜法燒堿蒸發(fā)里近幾年最常用的就是升膜與降膜蒸發(fā)器。主要考慮其具有傳熱系數(shù)大、傳熱效率高、設(shè)備加工與維修較簡易等優(yōu)勢。而如若選擇的蒸發(fā)器不適用于具體情況生產(chǎn)，則會降低生產(chǎn)效率，影響堿液蒸發(fā)效果。

（二）蒸發(fā)器的液位與蒸汽壓力

蒸發(fā)器液位是否恒定，對蒸發(fā)器循環(huán)穩(wěn)定操作具有非常重要的影響。如若液位高度發(fā)生變化，對靜壓頭可產(chǎn)生影響隨之變化，這樣會影響蒸發(fā)的穩(wěn)定性。如若液位偏低化，閃蒸與蒸發(fā)會發(fā)生劇烈，產(chǎn)生嚴(yán)重夾帶，大氣泠凝器其下水會含堿，亦或有跑堿情況發(fā)生；但若是液位偏高化，傳熱有效的溫差降低，從而循環(huán)的速度隨之下降，蒸發(fā)能力也下降。在蒸汽壓力方面，于堿液蒸發(fā)時，蒸汽是熱源的主要來源，蒸汽壓力的高低對蒸發(fā)能力有直接影響。高壓蒸汽可對有效傳熱溫差做較高調(diào)控，對單位時間進(jìn)行增加傳遞熱量，使裝備生產(chǎn)能力得到強(qiáng)化。不過，壓力過高的話，可使加熱管內(nèi)堿液溫度驟升，致使液體發(fā)生沸騰，產(chǎn)生汽膜，可對傳熱系數(shù)進(jìn)行降低，裝備能力受到影響。如果壓力過小，同堿液的沸點溫差降低，單位時間內(nèi)的蒸發(fā)量也隨之下降，降低了蒸發(fā)強(qiáng)度。

（三）真空度與熱損失

于蒸發(fā)生產(chǎn)控制時，真空度是非常重要的一項指標(biāo)。對真空度的提高，能夠使二次蒸汽飽和的溫度下降，提升有效溫度，且對蒸汽冷凝水的溫度做降低，讓熱源充分發(fā)揮其功效，使蒸汽消耗減少。真空度的高低同二次蒸汽不凝氣的含量以及大氣冷凝器的下水溫度等等有一定的關(guān)聯(lián)性。再者，熱損失也是影響堿液蒸發(fā)的一項重要因素，因蒸發(fā)為傳熱的過程，熱損失的發(fā)生是無法消除的。其主要是通過管道亦或是設(shè)備的表面由內(nèi)而外散發(fā)出熱量，包括未被充分使用則被排出的蒸汽。通常情況下，未被充分使用而就被排出的蒸汽所產(chǎn)生的熱損失約占10%-20%，占據(jù)比例較大，所以要對熱量做衡算，對換熱系統(tǒng)進(jìn)行合理化設(shè)計，使蒸汽能夠充分被利用起來，并且還要在保溫材料的選擇上做好計劃，選物優(yōu)價廉的材料，做好散熱規(guī)避準(zhǔn)備，降低熱損失。

（四）離子膜法燒堿電解堿液溫度和濃度

若是離子膜堿液的濃度較高，則對蒸發(fā)濃縮是有益的，此方法同隔膜法相比，可降低汽耗。電解槽內(nèi)流出堿液其溫度通常在85攝氏度至90攝氏度，不過通過進(jìn)罐的緩沖后至蒸發(fā)器內(nèi)，緩沖罐具有存放功能，這會使蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)入的堿液其溫度受到影響而降低，增加了能源的耗化。

結(jié)語：

綜上所述，對離子膜法燒堿蒸發(fā)濃縮的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了一定的研究和分析，離子膜法在燒堿生產(chǎn)中具有獨特的優(yōu)勢，是一項先進(jìn)的技術(shù)生產(chǎn)手段，可有效降低原料和能源消耗，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)可持續(xù)循環(huán)發(fā)展有著重要的作用。

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