隔膜法烧碱蒸发工艺的优化

第45卷 第9期 2009年 9月 氯 碱 工 业 Chlor．Alkali Industry Vo1．45，No．9 Sep．，2009 【蒸发与固碱】 隔膜法烧碱 蒸发工艺的优化 樊启彪 ，胡正华 (武汉祥龙电业股份有限公司，湖北 武汉430078) [关键词]隔膜法烧碱；蒸发；工艺优化 [摘 要]分析了隔膜法烧碱蒸发装置存在的问，并进行了技术改造，改造后生产强度平均提高了加·4％， 生产1 t NaOH平均降低蒸汽消耗0．44 t。 [中图分类号]TQ114．268 [文献标志码】B [文章编号】1008—133X(2009)09—0023—03 Optimization of diaphragm caustic soda evaporation process FAN Qi—biao，HU Zheng—hua (Wuhan Xianglong Power Industry Co．Ltd．，Wuhan 430078，China) Key words：diaphragm caustic soda；evaporation；process optimization Abstract：The problems existed in diaphragm caustic soda evaporation devices were analyzed，and the technical reformation had been carried out．After reformation the production intensity had increased by 20．4％ ．and the steam consumption had decreased 0．44 t on average based on producing i t caustic SO da． 武汉祥龙电业股份有限公司(以下简称“武汉 祥龙电业”)隔膜法烧碱生产能力为 10万 t／a，共有 3套蒸发装置，始建于2O世纪 8O年代初，由于在设 备、生产工艺、自动化控制、操作习惯上存在一些问 题，造成蒸发装置生产强度低、蒸汽消耗高、工人劳 动强度大。为解决上述问题，借鉴了同行业在隔膜 法烧碱蒸发上的成功经验，并与北京和隆优化控制 技术有限公司相关人员多次交流，决定在隔膜法烧 碱蒸发工序采用 COPSYS技术，实现蒸发工艺和操 作的优化，以全面解决上述问题。 1 改造前存在的问题 1．1 改造前的工艺 武汉祥龙电业 l0万 t／a隔膜法烧碱蒸发装置 采用 3套三效顺流部分强制循环工艺，单(Ⅲ)效采 盐，蒸发器加热面积600 m ／组(I效、Ⅱ效、Ⅲ效加 热面积均为200 m )。 I效采用 自然循环，Ⅱ效、Ⅲ 效采用强制循环，l效至Ⅱ效、Ⅱ效至Ⅲ效靠压差过 料，Ⅲ效向外采盐。Ⅲ效物料经采盐泵、分离器盐碱 分离后，盐浆进入盐高位槽，清碱液在达到出碱浓度 时，送至浓碱中间槽，不合格时则回到Ⅲ效。浓碱中 间槽碱经冷却分出的盐及浓碱中间槽底部排出的盐 均进入盐高位槽，高位槽盐经离心机加料泵进入旋 液分离器，增稠后的盐浆进离心机，清液回到高位 槽。 1．2 存在的问题 改造前的工艺存在以下问题。 (1)控制系统采用 PLC，所配置的功能简单，出 碱浓度和出碱量全靠操作人员不定时手工检测，然 后手工调节出碱阀门。工人劳动强度大，且检测和 调节不及时就会造成出碱浓度不稳定。 (2)由于Ⅱ效至Ⅲ效是压差过料，过料时受压 差所限，易造成过料管堵塞，加水冲洗又会造成汽耗 [作者简介]樊启彪(1957一)，男，工程师，1987年毕业于武汉化工学校无机化工专业，现任武汉祥龙电业股份有限公 司氯碱厂总工。 [收稿日期]2009—05—04 23 氯 碱 工 业 2009血 上升。 (3)m效采盐存在不足：①Ⅲ效蒸发器中盐颗 粒细，不利于后续工序的盐沉降及离心机分离；②采 出的盐含碱量高(与Ⅱ效相比)，经离心机分离变成 母液后又回到淡碱槽，造成能量损失；③分离盐进入 回收盐水后含碱量高，盐水工序盐酸消耗大。 (4)盐后处理工艺不合理。Ⅲ效分出的盐进入 盐高位槽，浓碱沉降槽分离出的盐也进入盐高位槽， 离心机加料泵把盐碱液打至旋液分离器，增稠液进 离心机，清液又回到盐高位槽。根据数学微积分原 理，高位槽的盐泥越来越清，必定造成在一定时间内 (离心机能力大于系统分盐能力时)离心机进的全 是清液，这段时间离心机就会震动，并且回收的盐水 中含碱量极高。母液直接进电解液储槽，也会形成 电解液含盐量升高，即经过Ⅲ效分离器从系统分离 出的盐一部分经母液、电解液储槽，再经 I效蒸发器 加料泵回蒸发系统，其结果是系统出现盐量增加、蒸 发器结盐加快、生产强度下降等恶性循环情况。 2 改造 (1)采用 COPSYS优化控制系统代替 PLC系 统。两者相比，前者不仅加大了蒸发生产过程中的 数据检测量，同时充分利用这些数据建立的大量数 学模型对蒸发生产过程进行分析、控制甚至处理运 行中的工艺故障，极大地提高了蒸发装置的可控性， 其主要现为如下6个方面。 @COPSYS最核心的技术是基于先进的软测量 技术建立的末效烧碱浓度模型，它是基于末效碱液 的温度和真空度、各效的一次蒸汽和二次蒸汽压力 以及当地的大气压建立的一个非常复杂的数学模 型，实现了烧碱浓度的软测量，给全自动放碱提供了 可能。 ②COPSYS技术所实现的物料平衡与浓度梯度 优化控制避免了蒸发器内料液的大出大进、人为频 繁破坏各效蒸发器的运行状态，降低蒸发器结盐速 度，从而达到了延长洗效周期、提高生产能力的目 的。 ③蒸发器内液面的测量方式采用了简单可靠的 电极棒式测量并辅以北京和隆优化控制技术有限公 司的专用调理模板和软件功能模块。尽管碱液 中有较多的盐分和液面沸腾波动，经常造成测量电 极结盐而使液位指示为假信号，但 COPSYS技术中 的虚假液位故障诊断与全自动处理技术能在第 1时 24 间发现、报警并启动自动处理功能，用物料将电极上 的盐化掉，减少了外加水冲洗而降低了汽耗。 @COPSYS优化控制系统的数学模型抗干扰能 力强。 ⑤ 自动出料可大大减少人工分析和冲洗管道次 数，显著降低操作人员的劳动强度。 ⑥大量的数据储存和统计分析功能，方便了管 理人员对蒸发生产的管理。 (2)采用逆向采盐工艺，其优点如下。 ①减少了Ⅱ效至Ⅲ效因压差不够、过料管易堵 塞情况，经统计分析，过料管堵塞的次数减少了 5O％ ～70％ 。 ②盐颗粒增大，便于盐从蒸发系统分离出来。 根据蒸发的生产特点，碱液浓度越高，盐结晶的颗粒 就越细，由于 Ⅱ效蒸发器中碱质量分数约 15％，而 Ⅲ效蒸发器中为 30％，m效盐逆流采向Ⅱ效后，细 小的结晶盐在 Ⅱ效蒸发器内进一步长大，不仅有利 于盐从蒸发系统分离出来，也有利于盐碱的冷却沉 降、离心机的分离等。 ③ Ⅱ效采出的盐所带碱质量分数为 15％，而Ⅲ 效采出的盐所带碱质量分数为 30％，在分离器固液 比相同的前提下，Ⅲ效带出碱就比Ⅱ效带出的多，因 而热损失要大得多。经计算，Ⅲ效外采盐与 Ⅱ效外 采盐相比，生产 1 t NaOH多蒸发 440 kg水，Ⅱ效外 采盐的节能效果显而易见。 ④在分离器固液比、离心机分离效果相同的前 提下，由于浓度不同，回收盐水含碱量大大降低。据 统计，回收盐水盐碱比改为 Ⅱ效外采盐后由97：1变 成了153：1，明显降低了碱损失和盐水工序对盐酸 的消耗。 (3)对盐后处理工艺及操作作如下调整。 ①增设 1个盐沉降槽，母液在盐沉降槽自然分 层(由于Ⅱ效外采盐，盐颗粒大，极易分层)后，底部 干盐流人盐高位槽，上部清液 自流入电解液储槽，既 减少进入盐高位槽清液量，又减少了进入电解液储 槽的固盐量。 ②在操作上，确保盐高位槽液位，在离心机能力 大于系统采盐能力时，及时减少离心机运行台数，确 保清液从上部溢流，并保证离心机进料有一个较高、 较稳定的固液比。给离心机加料的分离器的上部液 体回到盐高位槽经沉降后再溢流到母液槽，与母液 一 起被送往盐沉降槽再次沉降分离，解决了离心机 第9期 樊启彪等：隔膜法烧碱蒸发工艺的优化 加料分离器清液在盐高位槽累积的问题。图1是改 造后的盐处理工艺流程图。 l一暾 蒸发器；2—暾 蒸发器；3一Ⅲ效分离器；4_Ⅲ效采盐泵；5一Ⅲ效蒸发器；6_一瞰 采盐泵；7一盐高位槽；8一Ⅱ效分离器；9一浓碱中间槽； 1O一离心机加料泵；ll一母液槽；l2一离心机；l3一离心机加料分离器；l4一盐沉降槽；l5一回收盐水槽；l6一回收盐水泵；l7一母液泵 图l 改造后的盐处理工艺流程 3 改造后的运行情况 3．1 改造初期遇到的问题 武汉祥龙电业蒸发优化改造项 目在试运行初 期，遇到了离心机故障多及因经济危机导致的电解 生产负荷波动(电解部分开开停停)问题，使该技术 未能显示应有的效果。在运行初期还发现了如下问 题。 (1)1I效外采盐系统分离器固液比不高，后经 分析认为，采盐泵进口管径偏小，没达到泵的设计流 量，致使分离器的进液速度未达到设计要求。将泵 进口管径改大后，分离器的固液比提高到 8：2左右。 (2)改为Ⅱ效外采盐后，由于 Ⅱ效温度(约 120 ℃)比Ⅲ效(约 80 oC)高，致使盐高位槽蒸汽雾非常 大。用母液与分出的盐直接冷却，并加设排气管，情 况明显好转。 (3)改为 Ⅱ效外采盐后，盐高位槽中的盐结块 情况严重。将离心机加料分离器清液以切线方向进 入盐高位槽，使其在高位槽内产生旋转，基本解决了 结块加剧的问题。 (4)蒸汽温度高达270 oC以上(1．0 MPa)，直接 影响 I效加热室的使用寿命，还造成 I效加热室容 易结盐，列管液相表面发生因气相温度过高汽化产 生汽膜而影响了换热效率(蒸发工艺优化前，蒸发 工序没有检测蒸汽温度，优化后加装了此检测点，才 发现蒸汽温度高的问题)。过热蒸汽的危害被确认 后，与供汽单位协商将蒸汽温度降到200～220 oC， 以上情况明显好转。 3．2 改造效果 3．2．1 生产强度 生产强度对比如表 1。 表 1 改造前后生产强度对比数据 3．2．2 蒸汽消耗 蒸发工序蒸汽消耗由3．17 t／／t下降到2．73 tzt 以下。改造前的2008年平均汽耗为3．17 t／t；改造 后，2009年 3月平均汽耗为2．73 t／t，2009年4月平 均汽耗为2．6 t／t。 3．2．3 经济效益 烧碱生产能力按 1O万 t／a计算，每年可节约蒸 汽0．44×10=4．4(万t)；蒸汽价格按 144 t计， 则效益约为630万 a。运行4个月就可收回本项 目投资。 4 后期工作 尽管这 3套蒸发装置的汽耗有所降低，但与同 行业相比还有一些差距。武汉祥龙电业将继续努 力，及时发现工艺中的瓶颈因素，并加以解决，以进 一 步节能降耗。 [编辑：董红果] 25