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延长烧碱蒸发设备使用寿命的措施

更新时间:2009-03-28

在氯碱生产中,目前广泛采用离子膜法制32%(质量分数,下同)碱液,再通过蒸发工艺生产不同质量分数的产品。天伟化工有限公司(以下简称“天伟化工”)离子膜电解采用日本旭化成公司的膜极距电解槽,碱蒸发装置采用瑞士博特公司的多效逆流蒸发技术。在生产过程中,碱蒸发设备的使用寿命是影响企业生产成本及经济效益的重要因素。天伟化工通过分析运行数据,根据碱蒸发设备的腐蚀原因进行改善,取得了较好的效果。

1 工艺流程

32%的碱液被送入Ⅰ效蒸发器,被蒸发至44%~45%。通过泵将44%~45%碱液从Ⅰ效蒸发器底部排出;碱液流过换热器被加热后进入Ⅱ效蒸发器由生蒸汽加热浓缩至59%~60%。为避免蒸发设备受高浓度烧碱的重度腐蚀,须将糖溶液加入60%碱溶液。碱液流过升膜蒸发器后被蒸发至约73%。最后在降膜终浓缩器,碱溶液由73%浓缩至最高99%后,通过片碱机冷却制片。

2 碱蒸发设备腐蚀机制

2.1 碱液中氯酸盐腐蚀

在离子膜法制碱过程中,电解槽阳极室中产生副产物氯酸盐,并随着离子膜运行时间的延长,其副反应加剧,氯酸盐含量增加,导致32%碱中氯酸盐含量升高。在碱蒸发过程中,高温浓碱及所含氯酸盐对镍制设备有一定的腐蚀性。

其腐蚀机制主要是碱液中所含氯酸盐在250 ℃以上时逐步分解,并放出新生态氧与镍材发生反应生成氧化镍层。

 

2Ni+O22NiO。

氧化镍易溶于浓碱而被带走,此过程在浓碱蒸发中反复进行,将导致镍设备的腐蚀损坏。

2.2 热应力腐蚀

在降膜蒸发过程中,由于形成的二次蒸汽流速很高,将液体拉拽成一层薄膜,这层薄膜进行强制对流换热,因此薄膜的连续性成为降膜蒸发过程中的关键控制点。在降膜蒸发过程中,要避免出现壁面液膜断裂变干,否则将中断蒸汽与碱液薄膜的强制对流换热过程,使形成干壁区的降膜管管壁产生热应力造成管壁损伤而降低其使用寿命。因此,进入蒸发器中碱液的流量及薄膜蒸发时的温度是降膜蒸发过程中的关键控制点。

Bhargav等[38-40]研究了以NaX(X=F、Br、I)盐与聚乙烯醇(PVA)复合而成的固体聚合物电解质。在30 ℃下,当NaF∶PVA(质量比)为20∶80时,电导率最高达 39.9 mS·m-1。当NaBr∶PVA(质量比)为3∶7时,电导率最高达到 0.12 mS·m-1。通过对反应中离子迁移数的分析,表明固体电解质是由离子进行着传导作用。当 NaI∶PVA(质量比)为3∶7时,电导率最高达到 1.02 mS·m-1,且30 ℃下活化能最低。随着NaBr和NaI浓度的增加,相对应的电解质电导率变高的原因是电导率变差。

3 延长碱蒸发设备使用寿命的措施

3.1 通过强化氯酸盐分解装置的分解量来降低碱液中氯酸盐含量

瑞士博特公司要求碱蒸发设备的允许氯酸盐质量分数最大为2.0×10-5,因碱液中氯酸盐量超过2.0×10-5时,加糖除氯酸盐效果不明显(加糖关系如图1所示),因此,一般1 t 100% NaOH的加糖量不超过200 g。

图1 氯酸盐含量与加糖关系图

Fig.1 Relationship between chlorate content and sugar addition

从图1可以看出:当碱液中氯酸盐质量分数超过2.5×10-5时,加糖量已经超过系统允许的最大加糖量200 g/(t·100% NaOH)。当加糖量过多时,多余糖分会被碳化而导致片碱产品变黑;而加糖无法消除的过多的氯酸盐导致碱蒸发设备腐蚀,碱产品颜色发绿。一般情况下,离子膜运行3年后,碱液中氯酸盐质量分数就超过2.0×10-5,降低碱液中氯酸盐含量是解决碱蒸发设备腐蚀的根本措施。

3.1.1 措施

在配制和使用糖溶液过程中,须防止产生糖晶体沉淀,确保溶液清澈。天伟化工对糖溶液的配制及使用过程进行了优化,如图5所示。在糖罐底部排尽处手阀后增加气动阀,连接压缩空气管线,在配制糖溶液和加糖过程中,以适当流量的压缩空气对糖溶液进行搅拌,形成涡流,彻底解决了糖溶液分层、在底部产生晶体沉淀的隐患,使加糖过程稳定。

在碱蒸发过程中,糖作为腐蚀抑制剂使用。为了不损害设备,必须加强生产过程中的加糖量控制。碱蒸发设备厂家提供的信息表明,即使碱液中不存在氯酸盐,在碱蒸发过程中加入80 g/(t·100% NaOH)的糖对延长碱蒸发设备的使用寿命仍然有着积极的作用。因此在碱蒸发过程中加糖量的最低要求为80 g/(t·100% NaOH),从原料进口处加入糖溶液。其反应机制为:

竞赛教学的运用是竞赛教学法实施的重点。在运用竞赛教学前要了解学生的课堂参与层次。彭银梅教授将学生的课堂参与划分为三个层次,分别是借助感官刺激的表层参与、由感性经验到理性认知的浅层参与、基于课程资源充分开发应用的深度参与[6]。其次是比赛和教学的结合。因此,竞赛教学法在现阶段的学校体育中,要注意比赛和教学的结合,才能更好地发挥其本质作用。此外还应注意在进行教学比赛结束时,教师应同时要做好赛后总结,引导学生更好地学习。

另外,考察了氯酸盐分解槽分解后的淡盐水对钛管的影响。在不考虑氯离子影响的情况下,根据表1[1]的数据,酸度为0.5 mol/L、温度为70 ℃时,氯气在淡盐水中最大溶解量为0.009 mol/L。

滑窗宽度的取值与饱和度存在一定联系,图4为最优滑窗宽度与饱和点数的关系,当饱和点数小于初始窗宽W0时,最优窗宽在初始窗宽周围波动,当饱和点数大于W0时,最优窗宽与饱和点数大致成线性关系.

 

表1 氯气在溶液酸度为0.5 mol/L温度为2080时的溶解度

 

Table 1 Chlorine solubility in solution of acidity 0.5 mol/L at 20-80temperature

  

温度/℃20304050607080氯气最大溶解量/(mol/L)0.0540.0390.0270.0210.0150.0090.008

由表1可得:氯酸盐分解后,淡盐水中氯气质量浓度为500~600 mg/L[0.008×71=0.568(g/L)],满足保护电解槽进口精盐水钛管的需要。设计中由电解槽出口的淡盐水保护钛管,电解槽出口淡盐水中氯气质量浓度为500~800 mg/L;氯酸盐分解槽出口淡盐水氯气质量浓度在500~600 mg/L,与电解槽出口淡盐水条件差不多,因此满足保护钛管的需要。

糖配制过程中,须加入70 ℃的热凝液,用于高温溶解糖;根据糖罐最高液位时糖罐的容积加入适量32%碱(100 L凝液对应500 mL 32%碱),用于防止糖溶液变质。糖溶液在罐体配制完成后须保证其温度,使其密度保持稳定,减少因糖溶液密度的改变而影响其加入量。

刘宓庆(2003)曾说翻译教师在翻译活动中传授翻译经验,示范翻译理论和实践,传播翻译思想和策略,体现翻译职业道德。[4]从教师的职责入手,翻译教育者自身应该在传授扎实专业知识技能的同时,秉承职业道德,为学生树立正确的榜样,向学生传递积极向上的译者伦理观。

(2)通过调节氯酸盐分解槽的淡盐水流量,在氯酸盐分解装置分解率允许的范围内,对电解槽盐水系统氯酸盐含量进行控制,使碱液中氯酸盐含量同比下降。跟踪对比,提高氯酸盐分解淡盐水流量后碱液中氯酸盐含量的变化如图3所示。

图2 氯酸盐分解装置淡盐水流量和盐水系统中氯酸盐含量关系图

Fig.2 Relationship between depleted brine flow to chlorate decomposer and chlorate content in brine system

由图2可以看出:改变氯酸盐分解槽出口淡盐水去向后,解除了氯酸盐分解槽的流量限制,使氯酸盐分解装置的分解氯酸盐量最大化,使盐水中的氯酸盐含量处于可控范围。

(1)工艺控制变更后氯酸盐分解淡盐水流量和盐水系统中氯酸盐含量对照图如图2所示。

在教学方法上,将理论教学与上机编程和软件操作相结合。由于课程理论涉及矩阵、微积分等运算,计算过程复杂,一般要通过计算机程序应用于工程实际,计算机程序分为自编程序和通用软件程序,两种方式均需学生掌握。自编程序训练时建议使用Microsoft Visual Studio编程环境或MATLAB这种应用普遍的计算软件;通用软件操作训练时建议使用工程实际中广泛应用的Adams或RecurDyn软件。

图3 氯酸盐分解装置淡盐水流量和碱液中氯酸盐含量关系图

Fig.3 Relationship between depleted brine flow to chlorate decomposer and chlorate content in caustic liquor

C12H22O11+8NaClO3

3.2 优化加糖工艺过程

3.2.1 原因分析

秦安县的灌木有天然和人工栽培的两种。截至2001年,灌木种类有紫荆、刺玫、枸杞、五加、西河柳、连翅、女贞、扶桑、黄柏、杠柳、牛皮梢、金丝桃、杞柳、狼牙刺、紫穗槐、锦鸡儿、金雀花、胡颓子、剪子刺、沙棘、拴翘卫茅、小叶鼠李、野山楂、木瓜、水枸子、扁拉木、文冠果(龙瓜)、荚莲、修枝荚莲、忍冬等。

改造前,氯酸盐分解槽分解后的淡盐水送入淡盐水脱氯系统用于调节脱氯前系统pH值至1~2,因受控制参数pH值的限制,氯酸盐分解槽的分解流量始终低于5 m3/h。随着离子膜使用时间的延长,电解槽副反应逐渐加剧,盐水系统中氯酸盐含量增加,现有的氯酸盐分解量不足以抵消电解槽副反应产生的氯酸盐,使得盐水系统中、碱系统中氯酸盐含量增加。为降低碱液中氯酸盐含量,加大氯酸盐分解量,对工艺进行了优化。把氯酸盐分解槽分解后的淡盐水改至进精盐水钛管,调节进电解槽盐水pH值,淡盐水脱氯系统pH值不再受氯酸盐分解槽流量制约,相应的,氯酸盐分解槽流量可以提升至10 m3/h,甚至更高,这样即提高了氯酸盐分解量。

从图3中对照关系可以看出:氯酸盐分解槽淡盐水流量提高后,碱液中氯酸盐含量相应下降,实施后一个月,碱液中氯酸盐平均值达到1.54×10-5,低于瑞士博特公司设定的技术要求,有利于加糖控制,降低碱蒸发设备的腐蚀速率。

8NaCl+12CO2↑+11H2O,

2NaOH+CO2Na2CO3+H2O。

当糖的加入量大于200 g/(t·100% NaOH)时,加糖除氯酸盐效果不明显。因此加糖的过程为一个精细控制的过程。

在实际生产过程中,糖溶液按5%的标准配制后,氯酸盐和糖加入量的关系如图4所示。

图4 实际生产中碱中氯酸盐量和加糖量关系图

Fig.4 Relationship between chlorate content in caustic soda and sugar addition in practical production

3.2.2 影响加糖量的因素及优化措施

从空间差异上看,各研究单元的自然本底条件、经济发展速度等对生态系统服务变化影响较大:苏州市区由于水域面积较大,生态系统服务价值下降较小;昆山市由于经济发展最快,城乡建设用地投入量最大,从而导致生态系统服务价值损失最大。

3.1.2 效果

降低氯酸盐含量的措施如下:将氯酸盐分解槽分解后的淡盐水送入精盐水钛管返回电解槽。

  

图5 加糖过程示意图

 

Fig.5 Diagram of sugar addition process

3.3 减少热应力腐蚀的措施

造成热应力腐蚀的因素有:蒸发过程中真空度波动影响二次蒸汽的逸出速度,碱液进蒸发器流量波动造成蒸发管壁出现干壁区,蒸汽压力不稳定造成蒸发效果欠佳,紧急停车等情况造成降膜蒸发列管中断碱。

随着经济的高速发展和国民的生活水平不断提高,旅游成为人们日常消费中重要内容之一。随着我国旅游市场开放程度加深,旅游产业竞争也日益激烈。如何在激烈的竞争中脱颖而出,关键在于产业的竞争力。迈克尔·波特认为旅游业的产业集群效应明显,因而是一个适合集群化发展的产业[1]。近年来,惠州市的旅游业已经成为促进区域经济发展的龙头产业。2017全年的旅游总收入达到了439.28亿元,增长了20.6%。旅游产业通过发挥的联动效应和极化扩散效应,对贸、会议等服务产业的集聚产生重要推动作用,从而有助于推动旅游产业的转型升级[2]。鉴于此,笔者利用GEM模型对惠州市的旅游产业集群进行研究分析。

(1)天伟化工碱蒸发过程中,真空泵破真空阀为手动调节,其真空度受循环水温度、手动操作误差等影响,对二次蒸汽逸出速度有影响,从而影响蒸发效果,因此,将真空泵破真空阀改为气动阀,由DCS自动控制其进气量,达到稳定真空度的目的,如图6所示。

  

图6 真空泵破真空阀改为气动阀后工艺流程示意图

 

Fig.6 Process flow diagram after a pneumatic valve is used instead of the vacuum breaker valve for vacuum pump

改造后真空泵数据曲线趋于平稳,如图7所示。从图7可以看出:真空泵改造完成后,真空度趋于平稳,降低了对二次蒸汽流量的影响。

(2)在膜式蒸发中控制好进入蒸发器中液体的流量及加热源的温度至关重要。生产中碱液流量应稳定,且不能低于满负荷生产流量太多。若碱液流量过低,碱液在蒸发器的换热列管内壁不容易形成完整的液膜而出现干壁时,产生热应力造成列管弯曲变形,进而造成碱液成膜效果不好,循环往复后降低了设备的使用寿命。在碱液流量过大的情况下,超出既定负荷的流量要求,则造成液膜过厚,受热蒸发不足,无法达到要求的碱液浓度。

  

图7 真空泵破真空阀改造后真空度数据

 

Fig.7 Vacuum data after vacuum breaker valve for vacuum pump is changed

(3)开停车次数的控制。

盖碗茶具,无论是加上盖还是添了托,从功能和形制的角度出发,重点还是在一个“碗”。可以分为四个阶段进行阐述:清代康熙年间创制碗、盖结合两件式盖碗茶具;在同治年官样中定名并形成定式;后至民国创新碗、盖、托结合的三件式;如今形制在传统中延续、功能有新发展。

在开停车过程中,尤其是紧急停车,由于终浓缩器的单个降膜管内壁瞬间断碱造成温度瞬间降低,而其外壁温度约为400 ℃的加热熔盐无法瞬间回流,由于换热管内外壁温差太大而产生的热应力对换热管的损害较大,从而降低设备的使用寿命。因此,应保证碱蒸发系统各工序段平稳持续运行,尽量减少停车断碱的次数。

4 碱蒸发设备使用情况

天伟化工碱蒸发设备自2014年1月投入运行至今已42个月,因对加糖等降低设备腐蚀速率的方式进行了优化控制,碱管线和蒸发设备未出现泄漏。在离子膜电解槽运行36个月的时候,因电解槽副反应加剧导致碱液中氯酸盐含量高于碱蒸发设备的允许值2.0×10-5。对氯酸盐分解装置改造后,降低了系统中氯酸盐含量,使碱液中的氯酸盐处于可控范围(碱液中的氯酸盐质量分数平均值处于1.5×10-5以下),延长了碱蒸发设备的使用寿命,同时延长了电解槽离子膜的换膜周期,对节能降耗起到了积极的作用。

首先是树立“儿童本位”理念,以少年儿童为活动主体,在理解、尊重儿童心理情智发展的前提下,围绕儿童开展阅读推广活动。其次是建立“阅读分级”的理念,为年龄阶段不同的孩子提供差异性的读物,使得阅读更加有效和均衡。最后是建立“亲子阅读”的理念,发挥家长在引导儿童阅读中的重要性,让孩子和家长共同分享阅读的感受和乐趣。

5 结语

延长碱蒸发设备的使用寿命具有极其重要的意义。电解槽的副反应产物氯酸盐在高温碱条件下,对镍材腐蚀速率较快,在离子膜使用后期副反应加剧后,氯酸盐处于不可控状态,因此,碱蒸发设备在短时间内即可腐蚀泄漏,导致停车减产。天伟化工根据腐蚀原因采取了一系列措施,氯酸盐含量得到了控制,但没有从根本上解决氯酸盐对碱蒸发设备的腐蚀问题。近几年有厂家在试用药剂去除碱液中氯酸盐,但是效果并不明显,且加入药剂后加糖量计算出现误差,导致产品质量受到影响。从根本上延长碱蒸发设备的使用寿命还要走很长的路,从抑制离子膜电解槽副反应到碱蒸发过程都须进一步研究。

参考文献

[1] 王崇国,金小容,曹晨曦.Cl2在盐酸溶液中溶解性的研究[J].云南化工,2008(2):26-27,30.

 
尹建平,周学虎
《氯碱工业》 2018年第02期
《氯碱工业》2018年第02期文献
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