離子膜法燒堿蒸發濃縮生產工藝分析

張悅

摘 要：在生產燒堿的方法中，離子膜法電解制堿屬于一種較為先進的工藝制造方法，生產的燒堿應用于石油精煉、醫藥以及印染和紡織等方面較多，副加產生的氫氣和氯氣能夠混合形成鹽酸，可進一步加工成甲烷氯化物等。本文對離子膜法燒堿蒸發濃縮的生產工藝做相應的探究分析，望給相關研究者起一定的參考價值。

關鍵詞：離子膜法；燒堿；蒸發；濃縮

在工業化生產燒堿中，離子膜法電解制堿因其先進性擁有耗能低、成本低和三廢污染低以及操作簡便等優勢被廣泛性應用。離子膜法燒堿電解制法所生產出來的燒堿質量分數通常是32%，但是大多數用戶的需求是高濃度離子膜法燒堿，因此將對燒堿（32%）放置蒸發的裝置里做濃縮深加工。離子膜法燒堿其蒸發同全部蒸發的過程是一致的，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）與兩級產物（Cl2、H2）起到阻止通過的作用，這樣能夠使陰極產物（H2）與陽極產物（Cl2）不會發生混合，使各自收集更為簡便，且使NaOH同Cl2不會發生反應而生成NaClO，使燒堿純度不受影響。氯堿工業生產中，飽和食鹽水是主要的原料，但是，其含有雜質，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于陰極表面產生放電后形成H2，此時，Na+會直接透過離子膜從陽極室進陰極室內，這時陰極室內中的陰極液則會產生NaOH，而Cl-會于陽極表面產生放電后形成Cl2。經過電解的淡鹽水，由陽極室導出，要想循環利用可提升食鹽量，使濃度增加即可。在陰極室內置入純水，而不是置入NaCl溶液，主要因為陰極室發生化學反應是H++2e= H2↑，且Na+能夠穿過離子膜進入陰極室反應形成NaOH溶液，不過于電解初期，想要使溶液的導電性較強且沒有融入新雜質的話，陰極室的水里需置入適量的NaOH溶液。

三、離子膜法燒堿蒸發的一般性工藝流程及工藝特點

（一）離子膜法燒堿蒸發的一般性工藝流程

當下，氯堿行業領域中，離子膜法燒堿蒸發最常用的工藝流程即雙效逆流蒸發，其工藝流程具有各效溫差大、傳熱速率高、設備傳熱面積較小的優勢，不過該流程在末效時，對于設備材質的要求要高一些。瑞典的3萬t/a雙效逆流升膜蒸發濃縮裝置的使用效果就較好，適用于規模性生產。

（二）離子膜法燒堿蒸發的工藝特點

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%，比傳統制作工藝生產出的10%-11%的濃度制品有大幅度提升，對之后蒸汽的濃縮進行降低。如果產品的濃度要求為50%，成品堿/噸只需要蒸出0.5噸水左右即可；但傳統方法則需要水蒸出4噸，離子膜法燒堿則相應的減少蒸水3.5噸；二是操作簡便化。運用傳統方法生產，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%，于蒸發濃縮時，可以直接生產固堿，不用考慮將鹽去除，這樣一來工藝流程設備也相應的簡便化，傳統蒸發工藝流程和設備可略掉，蒸發時不會出現鹽析出，對管道也不存在阻塞的問題，操作起來相應簡便化。

四、堿液蒸發的可影響因素

（一）蒸發器選擇

蒸發器的種類有自然循環、強制循環，分別都包括有內熱式與外熱式，升膜與降膜，其中有直流式與旋轉刮板式等。在離子膜法燒堿蒸發里近幾年最常用的就是升膜與降膜蒸發器。主要考慮其具有傳熱系數大、傳熱效率高、設備加工與維修較簡易等優勢。而如若選擇的蒸發器不適用于具體情況生產，則會降低生產效率，影響堿液蒸發效果。

（二）蒸發器的液位與蒸汽壓力

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

（三）真空度與熱損失

于蒸發生產控制時，真空度是非常重要的一項指標。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聯性。再者，熱損失也是影響堿液蒸發的一項重要因素，因蒸發為傳熱的過程，熱損失的發生是無法消除的。其主要是通過管道亦或是設備的表面由內而外散發出熱量，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生的熱損失約占10%-20%，占據比例較大，所以要對熱量做衡算，對換熱系統進行合理化設計，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，選物優價廉的材料，做好散熱規避準備，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，則對蒸發濃縮是有益的，此方法同隔膜法相比，可降低汽耗。電解槽內流出堿液其溫度通常在85攝氏度至90攝氏度，不過通過進罐的緩沖后至蒸發器內，緩沖罐具有存放功能，這會使蒸發器內進入的堿液其溫度受到影響而降低，增加了能源的耗化。

結語：

綜上所述，對離子膜法燒堿蒸發濃縮的生產工藝進行了一定的研究和分析，離子膜法在燒堿生產中具有獨特的優勢，是一項先進的技術生產手段，可有效降低原料和能源消耗，對于促進經濟生產可持續循環發展有著重要的作用。

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