碱液的蒸发工序及操作
摘 要：本文介绍碱液蒸发基本原理、蒸发流程、蒸发工序设备的结构、原理，操作及和运行过程中的故障处理。
关键词：碱液蒸发 原理 设备 故障处理
前 言
烧碱（又称为氢氧化钠）在国民经济中有着重要的作用。广泛应用于造纸、纤维素的生产、洗涤剂、合成脂用酸的生产以及动植物油的提炼。纺织印染工业用作棉布退浆、煮炼剂和丝光剂。化学工业用于生产硼砂、氰化钠、甲酸、草酸、苯酚等。石油工业用于精炼石油制品，并用于油田钻井泥浆中。同时，还用于生产氧化铝、金属锌和铜以及玻璃、搪瓷、制革、医药、染料和农药等方面。近年来，随着中国国民经济的发展，烧碱在各行各业中的应用也越来越重要。目前，氯碱生产有隔膜法、水银法和离子膜法。无论在技术先进、工艺优越性以及产品质量、节约能源等方面均为离子膜法占优。然而，无论用何种方法生产，在烧碱生产过程中都存在着多种危险危害因素，一旦发生事故可能造成极为严重的后果，不仅影响到生产的正常进行，同时人们的生命和财产也将遭到损失。本文作者对国内某离子膜烧碱现役装置进行了调研，同时查阅了国内外氯碱生产的资料和国家安全生产规范与标准， 在经有关专家进行论证后，对离子膜烧碱生产过程中可能遇到的危险有害因素进行了辨识与评价，同时提出了相应的对策措施，以消除或降低这些危险有害因素，为安全生产提供保障。
碱液蒸发是各类生产工艺中的一个重要工段，占生产成本高，优化蒸发工艺具有深远的意义。 蒸发的基本原理
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一、碱液蒸发工序的原理
碱液蒸发与所有的蒸发过程一样，是借加热作用(一般用蒸汽)来提高碱液的温度，使溶液中所含的溶剂(水)部分汽化，以提高溶液中溶质碱的浓度的物理过程。
工业上的蒸发过程是典型的传热过程。这个过程可由传热方程式来表示： Q=K×F×△t
式中Q——传热速率，kJ／h； F——传热面积，m2； △t—传热温差，℃； K——传热系数，kJ
离子膜电解碱液蒸发过程的几个特性 溶液的沸点升高
在一定压力下，溶液处于沸腾状态下的温度即为该溶液在此压力下的沸点。 电解碱液的粘度
电解碱液的浓度提高时，它的粘度也随着增加。一定浓度的碱液，它的粘度又随着温度的升高而降低，
蒸发过程的温差损失
(1) 溶液沸点升高而引起的温差损失，即△t=t实-t水(△t为溶液沸点升高而引起的温差损失)。 (2) 由液体静压引起的沸点升高 在蒸发器内进行的蒸发过程中，由于需要维持一定液位，碱液在蒸发器底部进入加热室内所受到的压力要比液面上的压力大，则就形成了由于静压引起的沸点升高值。 (3)流体阻力所引起的温差损失
离子膜电解碱液蒸发的传热系数离子膜电解槽所生产的碱液，由于其纯度高，杂质含量少，可近似视为烧碱水溶液的蒸发,蒸发传热系数要比隔膜碱液蒸发的传热系数高。 离子膜碱液的腐蚀性
二、离子膜碱液及其蒸发的特点
(一)离子膜碱液的特点
离子膜电解碱液具有隔膜电解碱液所无法比拟的优点，这可以从其电解碱液的质量指标得知，见表8-2。 指 标 NaOH，％ NaCI，mg／I．， NaCl03，lng／lL Fe203．mg／L 旭硝子公司 ICl公司 旭化成公司 迪诺拉公司 伍德公司 32 ≤50 ≤15 —— 33～35 ﹤50 ≤20 ≤3 33 30 —— —— 西方公司 33～35 ≤40 ≤15 30～33 ≤30 33 40～so 5～15 (1)碱液浓度高，NaOH含量在29％～35％。
(2)碱液中Nacl含量少，NaCl含量一般在30～50wng／L。
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(3)碱液中氯酸盐含量低，NaCl03含量一般在15～30mg／L。 （二）离子膜法碱液蒸发的特点 流程简单，简化设备，易于操作 浓度高，蒸发水量少，蒸汽消耗低
离子膜法碱液蒸发流程
三、离子膜法碱液的蒸发流程
(一)单效蒸发流程
1．单效升膜蒸发流程其流程 见图1 2．单效旋转薄膜蒸发流程 见图2
图1
流程叙述：
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离子膜法碱液由电解室内碱泵直接送至升膜蒸发器1入口，在升膜蒸发器中，碱液在管内受到管外蒸汽的加热，温度升高达到沸点，并沸腾，然后进入蒸发室蒸发，浓碱液依靠重力流入出料贮罐2。蒸发出来的水蒸汽，由喷射冷凝器6真空抽出。并经水冷凝进入冷却水贮罐7。出料贮罐交替使用，碱液装满后切换至另一贮罐，然后解除真空，启动泵将热碱经热交换器4冷却后送至贮罐5。蒸汽冷凝水依靠压力排入汽液分离器8，经汽液分离后蒸汽冷凝水送至凝水贮罐9。 流程叙述：
加热蒸汽由旋转薄膜蒸发器3上部夹套进入并加热碱液，冷凝液由蒸发器底部出口依靠自身压力进入换热器2，与碱液进行热交换后的凝水去凝水贮罐。
由电解来的32％碱液经热交换器2预热后，由旋转薄膜蒸发器3上部加入；经分配成降膜下流，与蒸汽进行热交换，碱液经加热沸腾蒸发，蒸发出来的二次蒸汽进入喷射冷凝器5，被上部进入的冷却水冷凝，冷却下水送至循环水系统。
浓缩后的碱液在蒸发器下部由泵4抽出去成品碱系统。
图2单效旋转薄膜蒸发流程示意图)
1-碱液送料泵；2一换热器；3一旋转薄膜蒸发器； 4 一成品泵；5一喷射冷凝器；6一冷却水贮槽
(二)双效蒸发流程
为了更好地利用‘蒸汽，节约能源，在离子膜碱液蒸发中比较广泛地采用了双效蒸发流程，目前所被采用的双效流程又可分为：
１、双效顺流流程 其流程见图3。 ２、双效逆流程，见图4。 ３、降膜双效逆流流程。见图5。 讲解流程
从离子膜电解槽来的碱液被送入I效蒸发器4，在外加热器中由大于O．5MPa(表压)的饱和蒸汽进行加热，碱液达到沸腾后在蒸发室中蒸发，二次蒸汽进入I效蒸发器6的加热室，I效蒸发器中的碱液浓度控制在37％～39％，碱液依靠压力差进入Ⅱ效蒸发器6中，在加热室被二次蒸汽加热沸腾，蒸发浓缩至产品浓度(42％、45％、50％)。
Ⅱ效的二次蒸汽进入喷射冷凝器后被冷却水冷凝，然后冷却水进入冷却水贮罐12。达到产品浓度的碱连续出料至热碱贮罐7，然后由浓碱泵8经热交换器9冷却后送入贮罐10，最后销往用户。
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图3双效顺流蒸发流程示意图
1一I效冷凝水贮罐；2，5一气液分离器；3一I效冷凝水贮罐； 4—I效蒸发器； 6一I效蒸发器；7一热碱贮罐；8一碱泵； 9一热交换器；10一成品碱贮罐；11一水喷射器} 12一冷却水贮罐
流程特点：各效温差较大，提高了传热速率，设备传热面积相比顺流小，但末效对设备材质要求较高，增加了设备投资。双效逆流蒸发流程见图4
图4双效逆流蒸发流程示意图
l—I效冷凝水贮罐；2，6一气液分离器，3一I效过料泵；4一I效冷凝水贮罐} 5一I效蒸发器；7一I效蒸发器；8一热碱贮罐；9一浓碱泵；10一热交换器}
1 1一成品碱贮罐；12一水喷射器}13一冷却水罐
(三)三效蒸发流程分类
1．三效顺流强制循环流程三效顺流强制循环（流程对设备材质的要求相对来说不苛刻，投资费用较低而又具有多利用蒸汽、汽耗较低的特点，所以也是生产企业容易接受的流程。其流程见图6。）
2．三效逆流强制循环流程（三效逆流强制循环蒸发流程具有传热温差大、传热效率高、设备能力大的
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