燒堿蒸發(fā)與片堿工藝

1、蒸發(fā)片堿工藝與設備講解人：任杰講解人：任杰2015年年5月月28日日蒸發(fā)片堿工藝與設備一 概述三 工藝操作條件及蒸發(fā)的影響因素四 片堿流程及設備五 離子膜固堿的種類二 蒸發(fā)流程及設備 堿液蒸發(fā)的基本概念 傳熱方程式Q=KSt式中: Q傳熱速率，kj/h; S傳熱面積， m2; K傳熱系數(shù)，W/(m2.); t傳熱溫差，;提高傳熱速率分別與傳熱面積、傳熱溫差及傳熱系數(shù)有關，三要素是提高傳熱速率，提高蒸發(fā)能力的基本條件。堿液蒸發(fā)的基本概念1、傳熱面積： 提高傳熱面積是提高蒸發(fā)能力的重要途徑，但也意味著同時要增加設備的投資費用。因此，傳熱面積的增加受到投資費用的約束，在實踐中，在投資確定時設計者就要

2、考慮如何尋找最大的傳熱面積，即在傳熱管徑、薄厚的選擇上做文章。2、傳熱系數(shù): （1）提高傳熱壁面兩側流體的傳熱系數(shù)：一般方法是提高流速，采用強制循環(huán)的方式。 （2）減少傳熱壁面的厚度：采用薄壁管。 （3）增大傳熱壁面的導熱系數(shù)：選擇較大的導熱系數(shù)同時使用具有耐腐蝕性的材質(zhì)，如鎳、合金鋼等 （4）減少傳熱壁面兩側的熱阻，即要清除壁面兩側上的污垢堿液蒸發(fā)的基本概念3、傳熱溫度差 （1）提高加熱蒸汽的溫度，即使用較高壓力的飽和蒸汽 （2）降低末效冷凝器的蒸汽飽和溫度，一般都采用提高真空度的方式來實現(xiàn)。第七章 蒸發(fā)6/602022年2月6日 概 述 在化工、輕工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，通過化學反應或物理

3、性操作過程經(jīng)常得到一些含溶質(zhì)的稀溶液，為了得到符合標準的產(chǎn)品，常將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。 1 蒸發(fā)分離的依據(jù) 利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實現(xiàn)分離。 2 蒸發(fā)操作的目的 獲得濃縮的溶液，直接作為成品或半成品 脫除溶劑。此過程常伴隨有結晶過程 去除雜質(zhì)。3 蒸發(fā)操作的應用 在工業(yè)上，有三種情況： (1)制取液體產(chǎn)品。例如電解食鹽水得到的NaOH稀溶液中，含有約18%的NaCl，通過蒸發(fā)方法在除去大部分水的同時，將NaCl結晶而分離除去，得到規(guī)定的液堿產(chǎn)品； (2)生產(chǎn)固體產(chǎn)品。將稀溶液濃縮達到飽和狀態(tài)，然后冷卻使溶質(zhì)結晶

4、與溶液分離，從而獲得固粒產(chǎn)品。例如，食鹽精制、制糖、制藥等。 (3)制取純?nèi)軇２捎谜舭l(fā)方法使溶劑汽化并冷凝，使不揮發(fā)性雜質(zhì)分離而得到純?nèi)軇?，例如海水淡化制取淡水等?.組成用來進行蒸發(fā)的設備主要是蒸發(fā)器和冷凝器，基本流程如圖。 蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，由加熱室和分離室兩部分組成。 加熱室由傳熱管組成，中央設置一循環(huán)管，加熱用的飽和水蒸汽在加熱室管間冷凝放熱用于對管內(nèi)水溶液進行加熱； 分離室在加熱室上部，為一圓筒結構，使受熱上升的溶液在此汽化并將汽液分離。 冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。 4 蒸發(fā)的流程第七章 蒸發(fā)9/602022年2月6日4

5、 蒸發(fā)的流程 2.流程 蒸發(fā)操作時，溶液由分離室底部加入，沿中央循環(huán)管流向加熱室，在加熱室垂直管束內(nèi)通過時與飽和蒸汽間接換熱，被加熱至沸騰狀態(tài)，汽液混合物沿加熱管上升，達到分離室時蒸汽與溶液分離。為與加熱蒸汽相區(qū)別，產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽，二次蒸汽進入冷凝器被除去。溶液仍在中央循環(huán)管與加熱管中進行循環(huán)，當達到濃度要求后稱為完成液，從蒸發(fā)器底部排出。 第七章 蒸發(fā)10/602022年2月6日5 蒸發(fā)的分類 按操作壓強分：加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)的優(yōu)點：1.減壓下溶液沸點降低，使蒸發(fā)器的傳熱推動力增大，因而，對一定的傳熱量Q，可節(jié)省蒸發(fā)器的傳熱面積S。2.蒸發(fā)操作的熱源可采用低壓蒸汽或

6、廢熱蒸汽，節(jié)省能耗。3.適于處理熱敏性物料，即在高溫下易分解、聚合或變質(zhì)的物料。 4.減少蒸發(fā)器的熱損失。真空操作的缺點： 1.溶液的沸點降低，使粘度增大，導致總傳熱系數(shù)下降 2.動力消耗大。因需要有造成減壓的裝置。第七章 蒸發(fā)11/602022年2月6日按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)、沸騰蒸發(fā) 自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點的溫度條件下汽化。汽化只在溶液表面進行，汽化面積小，傳熱速率低，汽化速率低 沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液的各個部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高按二次蒸汽是否被利于分：單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā) 單效蒸發(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作 多效蒸發(fā)：將二次

7、蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作第七章 蒸發(fā)12/602022年2月6日6 蒸發(fā)的特點 從蒸發(fā)的過程可以看出，蒸發(fā)操作總是從溶液中分離出部分溶劑，而過程的實質(zhì)是傳熱壁面一側的蒸汽冷凝與另一側的溶液沸騰間的傳熱過程，溶劑的汽化速率由傳熱速率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程。同時，蒸發(fā)器也是一種換熱器。但蒸發(fā)操作和設備與一般的傳熱過程有所不同。 蒸發(fā)具有下述特點： 傳熱性質(zhì)：傳熱壁面一側為加熱蒸汽進行冷凝，另一側為溶液進行沸騰，故屬于壁面兩側流體均有相變化的恒溫傳熱過程。 溶液性質(zhì)：有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出、易結垢和產(chǎn)生泡沫；溶液的粘度在蒸發(fā)過程中逐漸增大，腐蝕性逐漸加強

8、。這些性質(zhì)將影響設備的結構。第七章 蒸發(fā)13/602022年2月6日 溶液沸點的改變(升高)：含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下純水的低，即在相同的壓強下，溶液的沸點高于純水的沸點，所以當加熱蒸汽一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差，兩者之差稱為溫度差損失，而且溶液濃度越高，溫度差損失越大蒸發(fā)溶液溫度差：t=T-t蒸發(fā)純水溫度差：tT=T-T P一定時， t T t tT 泡沫挾帶：二次蒸汽中常挾帶大量泡沫，冷凝前必須設法除去。否則既損失物料，又污染冷凝設備。 能源利用：蒸發(fā)時產(chǎn)生大量二次蒸汽，含有許多潛熱，應合理利用這部分潛熱。堿液的物理性質(zhì)不同壓力下堿液的沸點堿液的物理性

9、質(zhì)堿液的物理性質(zhì) 離子膜電解蒸發(fā)過程的幾個特性 1、溶液沸點升高：堿液的沸點隨著濃度的增加和蒸發(fā)壓力的升高而升高。 2、電解堿液的粘度：濃度升高粘度增大；溫度升高粘度降低。 離子膜堿液的腐蝕性：由于燒堿本身的苛化腐蝕性質(zhì)，對蒸發(fā)的設備及管道產(chǎn)生強烈的腐蝕，燒堿蒸發(fā)過程中，鎳材是首選材質(zhì)，其次為316L不銹鋼二、離子膜法堿液蒸發(fā)流程及設備 （一）單效蒸發(fā)流程特點：當蒸汽壓力較低（0.4PMa）,離子膜產(chǎn)量較小（1萬t/a）,產(chǎn)品濃度要求較低（42%45%），以及蒸汽價格比較便宜。1、單效升膜蒸發(fā)流程 2、單效旋轉薄膜蒸發(fā)流程（二）雙效蒸發(fā)流程1、雙效順流流程特點是設備要求材質(zhì)不高，造價投資相對較

10、低，工藝易于操作控制2、雙效逆流流程特點是各效溫差較大，提高了傳熱速率，設備傳熱面積相比順流小，但末效對設備材質(zhì)要求較高，增加了投資。3、降膜式雙效逆流流程特點是具有能力大、強度高、工藝操作簡單等特點。（三）三效蒸發(fā)流程1、三效順流強制循環(huán)流程特點是多次利用蒸汽，蒸汽消耗較低2、三效逆流強制循環(huán)流程特點是具有傳熱溫差大、傳熱效率高、設備能力大，但是由于末效溫度高，高濃度堿對設備材質(zhì)要求也較高。3、三效降膜逆流強制循環(huán)流程特點是具有設備能力大，能耗低，一次性投入。（一）主要工藝操作條件及消耗定額三、工藝操作條件及蒸發(fā)影響因素（二）影響堿液蒸發(fā)的因素 1、生蒸汽壓力 2、蒸發(fā)器液位的控制 3、真空

11、度 4、電解液濃度與溫度 5、蒸發(fā)完成液濃度 6、蒸發(fā)器的效數(shù) 7、氣液分離器 8、熱損失四、片狀離子膜固堿流程及設備1、升膜降膜流程特點是操作控制比較容易，但因其對二次蒸汽沒有利用，所以能耗較多。2、雙效降膜濃縮流程特點是具有設備能力大，能耗低，一次性投入。片堿生產(chǎn)蔗糖的作用：用食品級砂糖，配制成10%的水溶液，加在62%燒堿中，防止高溫熔融堿對鎳制設備的腐蝕。在固堿生產(chǎn)中，高溫的濃堿對鎳設備有一定的腐蝕性。腐蝕的原因主要是堿液中所含氯酸鹽在250以上時會逐步分解，并放出新生態(tài)氧與鎳材發(fā)生反應，生成氧化鎳層。氧化鎳易溶于濃堿中而被堿液帶走。這樣的過程在濃堿蒸發(fā)中反復進行而導致鎳制設備的腐蝕損

12、壞。離子膜堿雖然含氯酸鹽僅有20-30mg/L，但為了保持設備的長期壽命，仍需要處理除去氯酸鹽。常用的處理方法是在原料液中加入糖液。這種方法比其他方法如離子交換法、亞硫酸鈉法優(yōu)越的多，其主要原因是操作簡單、無須加許多設備，另外糖資源易得，價格低廉。其反應機理為 C12H22O11 + 8NaClO3 = 8NaCl + 12CO2 +11H2O生成的CO2即與NaOH反應CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O 生產(chǎn)中實際加入糖量是理論量的2倍,也有的甚至是建議值的6-8倍，這樣做會使反應進行的很完全。由于在反應過程中產(chǎn)生CO2，因此在堿產(chǎn)品中Na2CO3的含量會增加一些，當然同時也 增加了產(chǎn)品中NaCl的含量。片堿生產(chǎn)熔鹽的作用： 規(guī)格：亞硝酸鈉（NaNO2）40 硝酸鈉（NaNO3）7 硝酸鉀（KNO3）53 用途：片堿生產(chǎn)的載熱體。 性質(zhì)：熔點為142.2。427以下非常穩(wěn)定，可使用多年而不變質(zhì)，對碳鋼和不銹鋼僅有輕微腐蝕，超過450開始有緩慢分解，550以上開始加速分解，600以上分解明顯，同時熔點升高，從透明的琥珀色液體變成棕黑色。因此在使用中應控制上限溫度427離子膜固堿的種類 一、桶