離子膜法燒堿蒸發濃縮生產工藝分析

顧川川（浙江省天正設計工程有限公司，浙江 杭州 310012）

離子膜法燒堿蒸發濃縮生產工藝分析

顧川川（浙江省天正設計工程有限公司，浙江 杭州 310012）

離子膜法電解制堿為先進的生產燒堿工藝方法，所產燒堿在印染、石油精煉、輕工、醫藥、造紙、農藥和紡織等領域應用較廣，副產氫氣及氯氣可合成鹽酸，深加工甲烷氯化物、PVC和有機硅等。此文從原理、生產流程、工藝特點及影響堿液蒸發的因素四方面對離子膜法燒堿蒸發濃縮生產工藝作出分析。

離子膜法；燒堿；生產工藝；蒸發

與傳統石棉隔膜制堿相比，離子膜燒堿雜質含量低，產品濃度高，生產過程不影響人員健康，三廢排放較少，對水質無污染，且管理操作方便，成本低，耗能低，廣泛用于造紙、棉紡及食品工業。離子膜法原理、生產流程、工藝特點及影響堿液蒸發的因素是以下研究重點。

1 離子膜燒堿原理

離子膜法制燒堿，是將食鹽水電解成氫氧化鈉，離子交換膜是離子膜法生產燒堿的關鍵部件。借助所用陽離子交換膜的選擇透過性特點，僅允許Na+、H+等陽離子通過，阻止Cl-、OH-等陰離子和兩極產物Cl2、H2通過，以此達到避免陰極產物H2和陽極產物Cl2互相混合，便于分別收集的目的，并有效避免NaOH和Cl2反應生成NaClO，以免對燒堿純度造成影響。飽和食鹽水是氯堿工業生產主要原料，但因粗鹽水含雜質，如SO42-、Ca2+、Fe3+、Mg2+和泥沙等，達不到電解要求，因此，需要對其進行提純精制［1］。

2 離子膜燒堿生產流程

飽和食鹽水經提純精制后，進入陽極室；加入適量NaOH溶液的純水進入陰極室；通電后，陰極表面H2O放電而成H2，而Na+由陽極室經離子膜進到陰極室；NaOH在陰極室富集；陽極表面Cl-放電而成Cl2。電解后，可在陽極室淡鹽水中添加食鹽，循環利用。陰極室不加入NaCl，而加純水的原因在于，陰極室反應2H++2e=H2↑，Na+可經離子膜進到陰極室，成為NaOH溶液；而在電解開始時，為增強陰極溶液導電性又不引入新的雜質，則在陰極室水中加適量NaOH溶液。

3 離子膜燒堿工藝特點

（1）蒸汽消耗低 離子膜法燒堿產品濃度較高，約為30%～33%，較傳統方法（10%～11%）大幅提高，后續濃縮蒸汽大大減少。若產品濃度要求50%，每噸成品堿僅需蒸出約0.5t水；而傳統方法需蒸出水4t，離子膜燒堿少蒸3.5t［2］。蒸發水量減少，蒸汽消耗明顯降低。

（2）操作簡單 傳統方法堿液中含鹽約16%，而離子膜堿液中含鹽僅0.004%［3］，在蒸發濃縮的過程中，即便生產固堿，也無需除鹽，流程設備大大簡化，傳統隔膜堿蒸發所用工藝流程及設備均可省略；且在蒸發時不析出鹽，不會引起管道阻塞等問題；操作較簡單。

4 影響堿液蒸發的因素

（1）蒸發器液位 蒸發器液位恒定，是確保循環蒸發器穩定有效操作的關鍵。液位高度的變化，可引起靜壓頭變化，對蒸發穩定性有很大影響。液位偏低，則閃蒸和蒸發劇烈，夾帶嚴重，大氣冷凝器的下水帶堿，或者出現跑堿現象；而液位偏高，則傳熱有效溫差減小，循環速度降低，從而降低蒸發能力。穩定液位對減少堿損失、提高蒸發能力和降低汽耗有重要作用。

（2）蒸汽壓力 在堿液蒸發中，蒸汽為主要熱源，其壓力高低直接決定蒸發能力。使用高壓蒸汽可保證較高的有效傳熱溫差，增加單位時間熱量傳遞，增強裝備生產能力；但壓力過高，易引起加熱管堿液溫度猛然上升，導致液體沸騰，形成汽膜，使傳熱系數降低，影響裝備能力。若壓力過低，與堿液沸點溫差減小，單位時間蒸發量降低，蒸發強度降低。

除了保證蒸汽壓力適宜外，還應重視蒸汽飽和度。飽和蒸汽可提供較多熱量，同時對保持穩定操作有較大作用。加熱壓力波動，會影響蒸發過程穩定性，繼而影響蒸發溫度、真空度、蒸發器液面、以及產品純度、濃度等。

（3）電解堿液溫度及濃度 離子膜堿液濃度高，利于蒸發濃縮，且與隔膜法比汽耗低。電解槽流出的堿液溫度一般為85～90℃，但若經過緩沖罐后再進入蒸發器，特別是緩沖罐有一定存放功能時，則會導致實際進入蒸發器的堿液溫度大大下降，能源消耗增加［4］。

（4）真空度 在蒸發生產控制中，真空度為重要指標。提高真空度，可降低二次蒸汽飽和溫度，使有效溫度差明顯提高；同時蒸汽冷凝水溫度也降低，使熱源利用更加充分，降低了蒸汽消耗。真空度高低和二次蒸汽不凝氣含量、大氣冷凝器下水溫度等相關。可通過蒸汽噴射泵、機械真空泵及水噴射泵等排除不凝氣，提高真空度。

（5）熱損失 蒸發屬傳熱過程，熱損失是不可避免的。熱損失主要包括經管道或設備表面向外散發的熱量，以及沒被充分利用而排出的蒸汽。一般來說，前者占比較少，約2%～5%；后者較多，約10%～20%。為此需進行熱量衡算，合理設計換熱系統，最大化利用蒸汽；同時，也應選取價廉質優的保溫材料，盡量避免散熱，減少熱損失。

5 結語

目前，燒堿售價下降，傳統法制燒堿盈利能力降低，離子膜法憑借其有利優勢，符合高新技術化要求，對減少原料消耗、降低能耗、提升產品質量、避免三廢排放有重要意義，能夠實現循環經濟及清潔生產。筆者查閱有關的資料及文獻，對離子膜法燒堿蒸發濃縮生產工藝作出分析，具有一定參考價值。

［1］鄭紀東.離子膜法燒堿蒸發濃縮的生產工藝探討［J］.鹽業與化工，2014，10:19-22.

［2］喬玉元.隔膜法與離子膜法生產燒堿工藝對比分析［J］.齊魯石油化工，2010，02:108-110.

［3］馬玥琤.隔膜法燒堿改造為離子膜法燒堿的工藝討論［J］.氯堿工業，2013，12:7-10.

［4］董雪英.離子膜燒堿的生產工藝及市場前景［J］.江蘇化工，2008，03:55-59.