1. Nödvändighet
Under förångningsprocessen är elektrolytförvärmningstemperaturen en av de huvudsakliga processförhållandena, vilket är särskilt viktigt. Genom beräkning, varje gång elektrolyttemperaturen ökar med 10 ℃, kan förbrukningen av värmande ånga spara 170 kg / ton, vilket står för cirka 5% av den totala förbrukningen. I den allmänna processen, när elektrolyten skickas till avdunstning, är temperaturen endast cirka 75 ℃. Den treeffektiva fyra-kroppens tvåstegssamströmsindunstningsoperationen används. Kokpunkten för Ⅰ-effektlösningen är 145 ℃, det vill säga elektrolyten måste värmas till kokpunkten. Temperaturökningen når 70 ° C. Om den är helt uppvärmd med rå ånga är ångförbrukningen endast för elektrolytförvärmning 1190 kg / t · alkali. Om förvärmningstemperaturen är nära kokpunkten för matningseffekten kommer det att vara till stor fördel för den stabila driften av förångningsanordningen och minska mängden uppvärmningsånga. Generellt förvärms elektrolyten med användning av förnuftigt värme av indunstat kondenserat vatten. På grund av den ofullkomliga förvärmningsprocessen och utrustningen är temperaturen på elektrolyten efter förvärmning ofta mycket lägre än kokpunkten för matningsvätskan i förångaren, som oundvikligen fortsätter att förvärma i förångaren och förbrukar en del av värmångan. Enligt datarapporter är temperaturen för de flesta kloralkali-växtelektrolyter efter förvärmning 45 till 50 ° C lägre än kokpunkten för fodereffektiviteten, vilket gör att ångförbrukningen ökar med 0,7 till 0,9 t / t · 100% NaOH, redovisning för det totala förångade ångförbrukningen på 25% till 30% bör därför åtgärder vidtas för att öka elektrolytförvärmningstemperaturen för att spara ånga.
２ Introduktion av gemensam elektrolytförvärmare
2.1 Rörvärmeväxlare
Rörformiga elektrolytförvärmare används vanligtvis, vanligtvis placerade horisontellt, i elektrolytröret, mellan kondensatrören, i motströmsläge, för att öka flödet för de två vätskorna, det finns passageringsavstånd på rörsidan och skal sida Antalet rörledningar är vanligtvis 4 till 6 passager, och en passeringsavstånd ställs in i intervaller på 30 till 50 cm i skalpasset. Värmeöverföringskoefficienten för elektrolytförvärmaren med kondenserat vatten är inte hög, cirka 600 ～ 1000 kJ / m2 · h · ℃. Fördelarna med rörvärmeväxlaren: enkel struktur, enkelt underhåll och lågt pris; nackdelarna är också framträdande: låg värmeöverföringskoefficient, stor volym och mer metallmaterial.
2.2 Spiralplattavärmeväxlare
Spiralplattans förvärmare är tillverkad av två parallella tunnplåtar i stål. Den har två spiralkanaler separerade från varandra. I mitten av förvärmaren finns en central skiljevägg. Sidan är försedd med munstycken, och vätskan som kommer in i dessa två munstycken kan införas i munstyckena på vänster och höger sida av det yttersta lagret av kylaren genom två olika kanaler längs spirallinjen. Vid förvärmning av elektrolyten med en spiralplattaförvärmare överför elektrolyt och kondensat värme genom de gemensamma väggytorna på båda sidor om respektive kanal. Eftersom spiralplattets förvärmare är flödeshastigheterna för elektrolyt och kondensvatten mycket högre än i rörförvärmaren, och värmeöverföringskoefficienten kan uppgå till 2400 ~ 3500 kJ / m2 · h · ℃. Fördelarna med spiralplattaförvärmaren: hög värmeöverföringskoefficient, litet fotavtryck och utmärkt prestanda; nackdelen är att korrosionen av den elektrolytiska alkaliska lösningen gör att spiralplattans förvärmare är benägna att bli alkali försprödda, och läckageunderhåll är svårt.
3 Användning av spiralelektrolytförvärmare
3.1 Introduktion till förångningsprocessen
Produktionsskalan för kaustisk soda i en viss anläggning är 100 000 ton / år per år, produktdesignspecifikationen är 30% flytande kaustisk soda och den treeffektiva fyrstegs tvåstegs nedströms flödesprocessen antas. Det utspädda alkaliet från elektrolysen förvärms i två steg till effektförångaren. Efter det att elektrolyten förångat en del av vattnet i effektförångaren, kommer den in i effektförångaren, fortsätter att avdunka och fälls ut lite salt och sedan in i effektförångaren. När alkalikoncentrationen ökas till 19%, kristalliseras det mesta av saltet och fälls ut. Luten och de utfällda NaCl-kristallerna blandas samman och pumpas in i hydrocyklonen för salt- och alkaliseparation. Den rena vätskan i överflödesröret kommer in i den mellanliggande alkalitanken och den nedre strömmen av saltuppslamning Efter att ha strömmat in i högtanken, separeras saltet och alkalin ytterligare med en centrifug. Den separerade alkalievätskan pumpas in i den mellanliggande alkalitanken. Alkalievätskan i den mellanliggande alkalitanken kommer in i den koncentrerade kraftdrivna cirkulationsindunstaren för att fortsätta förångningen. När alkalikoncentrationen NaOH når 30% används pumpen. Efter klargörandet pumpas den klara vätskan genom kylaren och kyls kontinuerligt med kallt vatten. Efter att temperaturen sjunker till (40 ± 5) ° C, kommer den in i klarningstanken. Den klara vätskan skickas till den koncentrerade alkalilagringstanken och bereds som kvalificerad alkali för försäljning.
Effektindunstaren upphettas med ånga på cirka 14 MPa, den sekundära ångan från Ⅰ effektindunstaren används som värmekälla för Ⅱ effektförångaren och den koncentrerade effektindunstaren, och den sekundära ångan från Ⅱ effektindunstaren används som värmekälla, Ⅲ effekt, koncentrerad effekt är vakuumindunstning. Produktionen under åren har visat att kokpunkten för effekt I-lösningen är 145 ° C, effekten II är 125 ° C, effekten III är 75 ° C och koncentrationseffekten är 85 ° C.
3.2 Elektrolytförvärmningsprocessstyrning och utrustning
(1) Industriell kontrollsituation
Elektrolytförvärmning antar tvåstegs förvärmning, det första steget använder II-effektkondensat, och det andra steget använder I-effektkondensat. Efter förvärmning strömmar kondensatet in i varmvattenbehållaren och skickas sedan till saltlösningsprocessen för att tvätta saltslammet.
(2) Drift av utrustningen
Det finns för närvarande fyra uppsättningar av kolstålspiralplattaförvärmare med F=45m2, 2 uppsättningar i grupp A respektive B. På grund av "alkali försprödning" -effekten av alkali på kolstålutrustning, är korrosion och sprickbildning av svetszonen benägen att uppstå under drift av denna utrustning. Livslängden för elektrolytförvärmare av kolstålspiralplatta är i princip ungefär ett år, och den kortaste tiden är bara Om 8 månader måste utrustningen uppdateras minst en gång om året. Utan särskild underhållsutrustning kan den gamla förvarmaren för spiralplattor inte repareras, så den måste skrotas och förlusten är stor.
3.3 Analys av låg temperatur på elektrolytförvärmning
Det industriella kontrollindexet för elektrolytförvärmningstemperaturen är 115 ℃. Efter tvåstegsförvärmning är den faktiska temperaturen bara 100 ℃, vilket är 45 ℃ från den effektiva kokpunkten för I. Anledningen till den låga förvärmningstemperaturen är ① området för förvärmaren är inte tillräckligt. Designskalan är 100 000 t / a (100% NaOH), den faktiska arbetstiden är bara cirka 300 dagar per år efter avdrag av tankens tvätt och underhållstid, indunstningsprocessen bör producera kaustisk soda 14,3t / h, använd elektrolyt 118m3 / h, enligt materialet 1. Beräkning av värmebalans, med hjälp av Ⅰ effekt, Ⅱ effekt och koncentrerad effektkondensat för att förvärma elektrolyten från 75 ℃ till 115 ℃ genom två steg för förvärmning, arean av spiralförvärmaren behöver 360m2, varav första nivån är 240m2, den andra nivån 120m2 (Värmeöverföringskoefficienten för spiralplattans förvärmare är 3344 kJ / m2 · h · ℃). ② Mängden kondensat räcker inte. I indunstningsprocessen i vår anläggning används den sekundära ångan från effekt for för uppvärmningseffekt Ⅱ och koncentrerad effekt. Temperaturen på kondensvattnet med effekt Ⅱ och koncentrerad effekt är cirka 140 ℃. Båda kan användas för att förvärma elektrolyten. Kondensatet av Ⅱ-effekt används i den första nivån förvärmaren, och det koncentrerade effekten kondensatet matas ut direkt till varmvattenbehållaren, vilket resulterar i otillräckligt varmt vatten i den första nivån förvärmaren. Sammanfattningsvis måste förvärmaren modifieras och processkontrollen måste förstärkas för att höja elektrolyttemperaturen till 115 ° C efter förvärmningen.
4 Förbättringsåtgärder
4.1 Val och beräkning av förvärmare
4.1.1 Val
Om spiralplattets förvärmare fortsätter att användas bör dess totala yta uppgå till 300m2. För den smala förångningsprocessen på platsen bör den inte användas, och en annan typ bör väljas.
Enligt relevant information har den nya plattvärmeväxlaren en hög utnyttjandegrad för värmeenergi och värmeöverföringskoefficienten är 3 till 5 gånger spiralplattans värmeväxlare. Valet av plattvärmeväxlare har följande fördelar: ① sparar värmeöverföringsarea, liten utrustning, liten installationsyta och massan är mindre än värmeväxlaren baserat på samma värmebelastning, vilket minskar grundläggande investeringar; ② lätt att ta isär och bekvämt underhåll. Plattvärmeväxlarens plattor kan monteras på plats, antalet plattor kan ökas eller minskas när som helst, och alla skadade delar i värmeväxlaren kan tas bort när som helst och underhållstiden är kort. ③ Hög termisk verkningsgrad. Genom att använda motströmsvärmeöverföring, helt turbulent, kan värmeåtervinningsgraden vara så hög som 94-98%. Endast kanterna utsätts för atmosfären och värmeförlusten är försumbar.
4.1.2 Areaberäkning
① Utgång 100 000 t / a (100% NaOH)
② Den årliga produktionstiden är 300 dagar (7200h)
Electr Råmaterialelektrolyt ρ=1,193 g / L, innehållande NaOH 10,47%
LAlkali-förlust Själva förångningsprocessen förlorar 2%. Baserat på den koncentrerade förångningsförlusten förlorar produktionen av 1 100% NaOH 20 kg, den utvunna saltlösningen tar bort 14 kg alkali och den totala alkalin tappar 34 kg;
⑤ Produktion 1 100% NaOH kräver elektrolyt (1000 - 34) / 10147% = 9877 kg;
⑥ Alkaliproduktion 1034 × 106/6200=14,3 t / h;
⑦ Plattavärmeväxlare K tar 1000 kJ / m2 · h · ℃ (material: all titan) elektrolyt C tar 3185 kJ / kg · ℃
⑧ Beräkningen använder förvärmningsprocessen
Det är samma sak som den ursprungliga processen. Det första steget använder Ⅱ effekt och koncentrerad effektkondensat, och det andra steget använder Ⅰ effektkondensat. Enligt värmebalansberäkningen är mängden Ⅰ effektkondensat 4 000 kg / t, och den totala mängden Ⅱ effekt och koncentrerad effektkondensat är 2 800 kg / t;
⑨ Beräkning av tvåstegsförvärmare
Endoterm elektrolyt 14,3 × 9877 × 3,85 × (115-t1) kJ / h
Kondensatvärmeutlösning 4000 × 14,3 × (65541-46016)=11107079kJ / h
t1=94.5℃
Δ T = 2312K
F2 = Q/K · Δ T = 48m2
⑩ Beräkning av första stegets förvärmare
Kondensat 140 ℃ t2
Q put=2800 × 14,3 × 4,18 × (140-t2)
Elektrolyten absorberar värme 14,3 × 9877 × 3,85 × (94,5-75) t2=76,6 ° C
Hitta Δ T=13,1K
F1 = Q/K · Δ T = 80m 2
4.2.2 Materialval av förvärmare
Förvärmaren rinner separat genom alkalivätska och kondenserat vatten, vilket har viss korrosivitet. Valet av material kräver korrosionsskydd. Enligt anläggningens specifika förhållanden väljs en plattvärmeväxlare av titan.
4.3 Förbättringsåtgärder och effekter
(1) Förbättringsåtgärder
Den ursprungliga en tomgång F=240m2 titanplattvärmeväxlaren från en fabrik omvandlades till fyra F=40m2 plattvärmeväxlare genom bearbetning och inköp av vissa tillbehör, och ersätter den ursprungliga tvåstegs- och enstegs spiralförvärmaren respektive värmare, processen är oförändrad 2 enheter per steg (indunstningen är indelad i två grupper A och B). Processen förbättras och det ursprungliga raklinjekoncentrerade ångkondensatet är anslutet till den första nivån förvärmare för att öka mängden första nivå förvärmningsvatten.
(2) Effekt
Funktionen efter förbättringen visar att elektrolytförvärmningstemperaturen stiger till 112 ° C, vilket är 12 ° C högre än före förbättringen och att ångbesparande effekt är uppenbar.