影响烧碱蒸发单元蒸汽消耗因素的探讨

影响烧碱蒸发单元蒸汽消耗因素的探讨

刘愿

  中国成达工程有限公司       四川 成都   610000

摘要：本文从理论上分析了影响烧碱蒸发蒸气消耗量的主要因素，并采用AspenPlusV10，对烧碱三效逆流模型进行了研究。通过对软件物理性能参数的修改同时对降膜蒸发过程进行仿真，并对其进行了计算。同时通过分析各因素的变化，力图为烧碱蒸发工程设计、操作改进和节能改造提供相关依据。

关键词：烧碱；三效逆流降膜蒸发；流程模拟

引言

烧碱溶液蒸发是作为一种日常应用的化学工艺，它是通过使用热源（通常是蒸汽）间接加热，从而提高碱液的温度，使碱溶液中的水分得到一定程度的汽化的过程。由于采用离子膜烧碱法生产出的碱溶液的质量分数在32%左右，为减少运输费用以及满足下游客户的要求，一般都要将碱液蒸发浓缩到50%以上，这是一项耗能很大的化工工艺，目前国内的烧碱生产能力为4600万t/a，按照30%左右烧碱进行配置蒸发，需要消耗蒸汽700万t/a，折标煤90万吨，标煤CO2排放量2.54 tCO2/Tce，产生的CO2排放量约230万吨/a。本文从节能减排、节能减排等方面进行考虑，以及从理论上对影响烧碱蒸发蒸气消耗量的几个因素进行定性的分析，并建立了三次逆流降膜蒸发过程仿真流程，定量地分析了各个因素对汽耗的影响，并给出了相应的控制措施。

一、影响汽耗的因素分析

1、三效逆流膜蒸发工艺介绍

目前，我国碱液蒸发主要采用三效逆流膜蒸发技术，它的特点是高效率导热能力、操作和维护方便、汽耗低。

(1)碱溶液工艺：从电解工艺得到的32%碱液，按三效、二效和一效降膜蒸发器顺序进行（以生蒸气为加热介质的蒸发器为三效蒸发器），碱溶液在汽化管中由上而下的降膜流动，由蒸发器壳程的二次蒸汽/生蒸气逐级蒸发浓缩至365%,42%,50%。

(2)蒸气流程：蒸气和碱液的流动方向是反向的，一效降膜蒸发器壳程的热源是蒸气，二效碱二次蒸气是二效降膜式蒸发器的热源，三效蒸发后的二次蒸汽被送到界区，三效蒸发形成的二次蒸气被送到。

(3)废热回收工艺：50%来自一次管程蒸气是二效

在碱温度高的情况下，通过2号预热器（1）预热42%碱，一级热器1预热32%碱，然后将其送入界区；由一效壳程排出的生气凝结液具有高的温度，经过42%碱预热二级预热器（2）一级预热器（2）预热32%碱后送出界区。

2、主要因素

2.1电解质浓度对试样的影响

电解质的浓度对烧碱蒸发的汽耗有很大的影响。在电解质蒸发过程中，水蒸气的热能大部分被消耗在蒸发过程中。通常，电解质中 NaOH的含量愈低，则含盐量愈高，蒸发时所需的水分愈多（盐份愈多），则会造成蒸气使用量的增加，而汽化设备的产能则会下降；相反，溶液中 NaOH的含量愈高，则含盐量愈低，蒸气所需的蒸气量愈小，蒸气的产量愈大。根据生产实践和相关数据，在常规的电解质中，每增加1克/升的 NaOH，可以减少1吨的烧碱消耗30公斤，而使蒸发器的生产能力增加1%。

2.2预热后电解质进效温度的变化规律。

在电解质预热后，其进效温度对汽耗有重要的影响。目前国内尚有一些碱厂的电解质预热温度偏低，电解质进入蒸发器后需要消耗一部分水蒸气以增大其显热，若将电解质加热到沸腾进效，则仅需供给所需的潜热即可，从而极大地减少蒸气的消耗量，并在一定程度上提高了设备的生产能力。根据相关数据，在1号蒸发器中，每增加1℃，3次蒸发1 t100% NaOH，可以节省约17公斤的蒸汽，这是一个不容忽视的工作。

2.3加水量和温度对系统温度的影响

蒸发过程的附加水，包括蒸发洗效时的洗水、碱分离过程中的洗涤水、烧碱储槽和碱冷却器的洗水、蒸发过程不正常时的水洗等。这样的水分在进入蒸发器后，势必会消耗掉一定数量的蒸汽，使蒸发器的耗水量增大，同时也会使设备的蒸发率下降。若能在工艺上改善工艺控制，尽可能地延长洗效时间，使用热水作为清洗效果和清洗设备的管路，并注意加水量，可以降低蒸气的消耗。

2.4最终真空的效应

三效顺流蒸发过程中，最终真空度对蒸发器的蒸气消耗有很大的影响，对设备的生产能力也有一定的影响。第3级真空度增加，使碱液沸点下降，1、2、3的总换热温差增大；当第三效沸点下降时，除碱所带走的系统热（系统热损耗减小）外，还能自动地将增大的温差分布到各个效率上，而第一效的沸点下降，使得电解质在经过预热后更易于进入沸点。所以，高真空度不仅能减少汽耗，还能提高1.5倍的生汽压力。产生的蒸气压力是产生电解质的热量来源。如果生蒸汽压太低，则蒸发器无法保持较好的沸腾状态，造成蒸发和换热温差不足，造成蒸发室内结盐现象严重，不仅会增加清洗效率，还会降低设备的产能。生蒸汽压力越大，第一效蒸发器，甚至是整个蒸发系统，都会得到很大的温度差，从而提高了设备的生产能力。但生蒸汽的压力也不能太大，否则会导致蒸发器和加热器的耐压强度增加，从而影响到设备的使用寿命和安全生产。此外，蒸发器的温度变化也会随着生蒸汽压力的增大而增大，对蒸发器来说，存在着一个临界温度，如果超出临界温度，则会导致换热器的换热系数下降，从而影响到设备的产能。

2.5设备和管道散热损失的影响

电解碱液蒸发系统中的热损耗是由管道和设备表面的热损耗引起的。若保温材料选用不合理，保温施工质量不高，保温层厚度不够厚，则会造成较大的热量损失，所以，加强设备及管线保温是非常必要的。此外，如果生产操作和控制不当，生产中的旋液分离器效率低下，导致碱液回流（或过量开采），也会导致部分热量流失。

2.6碱耗的效应

通常，随着碱耗的增加，最终的碱产率将降低，各种消耗指标也随之增加。在其它生产条件相同或几乎没有改变的情况下，每提高1%的碱耗就会提高每吨烧碱的蒸气消耗量20kg4。所以，在烧碱蒸发时，应严格控制生产过程的运行，强化设备的维护管理，防止跑、冒、滴、漏的发生，尽量减少各种碱的损失。

结语

影响蒸发汽耗的因素较多，技术人员必须根据自身的实际情况，认真分析和研究，开展有针对性的技术活动，并积极解决生产中存在的各种问题。只有这样，在技术上才能有所进步，在市场竞争中才能立于不败之地。

参考文献

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