1. Nužnost
Tijekom procesa isparavanja, temperatura predgrijavanja elektrolita jedan je od glavnih uvjeta rada procesa, što je posebno važno. Kroz proračun, svaki put kada se temperatura elektrolita poveća za 10 ℃, potrošnja grijaće pare može uštedjeti 170 kg / t, što čini oko 5% ukupne potrošnje. U općenitom procesu, kada se elektrolit šalje na isparavanje, temperatura je samo oko 75 ℃. Koristi se trofazni dvostepeni postupak istodobnog isparavanja sa dvostrukim tijelom. Tačka ključanja otopine Ⅰ efekta je 145 ℃, odnosno elektrolit se mora zagrejati do tačke ključanja. Porast temperature dostiže 70 ° C. Ako se potpuno zagrijava sirovom parom, potrošnja pare koja se koristi samo za predgrijavanje elektrolita je 1190kg / t · alkalija. Ako je temperatura predgrijavanja blizu točke vrelišta dovoda, što će imati veliku korist za stabilan rad uređaja za isparavanje i smanjenje količine pare za grijanje. Generalno, elektrolit se prethodno zagreva korišćenjem osetljive toplote isparene kondenzovane vode. Zbog nesavršenog postupka i opreme predgrijavanja, temperatura elektrolita nakon predgrijavanja često je mnogo niža od vrelišta dovodne tekućine u isparivaču, koja neminovno nastavlja predgrijavanje u isparivaču i troši dio zagrijavajuće pare. Prema podacima, temperatura većine klor-alkalnih biljnih elektrolita nakon predgrijavanja je 45 do 50 ° C niža od tačke ključanja, a uzrokuje porast pare za 0,7 do 0,9t / t · 100% NaOH, računovodstvo za ukupnu potrošnju isparene pare od 25% do 30%, stoga, kako bi se uštedjela para, potrebno je poduzeti mjere za povećanje temperature predgrijavanja elektrolita.
Uvođenje uobičajenog predgrijača elektrolita
2.1 Cevni izmenjivač toplote
Cevasti predgrijači u obliku elektrolita najčešće se postavljaju vodoravno, u cijevi elektrolita, između cijevi kondenzata, u kontra-strujskom načinu, kako bi se povećala brzina protoka dvaju fluida, na strani cijevi postoje razmaknici strana školjke Broj prolaza cijevi je obično 4 do 6 prolaza, a razmak prolaza postavlja se u intervalima od 30 do 50 cm u prolazu školjke. Koeficijent prenosa topline elektrolitskog grijača koji koristi kondenzovanu vodu nije visok, oko 600 ～ 1000kJ / m2 · h · ℃. Prednosti cevnih izmjenjivača topline: jednostavna struktura, jednostavno održavanje i niska cijena; nedostaci su takođe istaknuti: nizak koeficijent prenosa topline, velika zapremina i više metalnih materijala.
2.2 Spiralni izmenjivač toplote
Predgrejač sa spiralnom pločom izrađen je od dve paralelne tanke čelične ploče. Ima dva spiralna kanala odvojena jedan od drugog. U središnjem dijelu grijača nalazi se središnja pregrada. Strana je opremljena mlaznicama, a tekućina koja ulazi u ove dvije mlaznice može se unijeti u mlaznice na lijevoj i desnoj strani najudaljenijeg sloja hladnjaka kroz dva različita kanala duž spiralne linije. Prilikom predgrijavanja elektrolita spiralnim predgrijačem, elektrolit i kondenzat prenose toplinu kroz zajedničke zidne površine s obje strane odgovarajućih kanala. Zbog toga što su u predgrejaču spiralne ploče stope protoka elektrolita i vode kondenzata mnogo veće nego u predgrejaču cijevi, a koeficijent prijenosa topline može doseći 2400 ~ 3500kJ / m2 · h · ℃. Prednosti spiralnog predgrijača: visoki koeficijent prenosa topline, mali otisak i izvrsne performanse; nedostatak je to što korozija elektrolitičke alkalne otopine čini spiralnu predgrijač sklonu alkalnom zametanju, a održavanje curenja je otežano.
3 Korištenje spiralnog grijača elektrolita
3.1 Uvod u proces isparavanja
Ljestvica proizvodnje kaustične sode u određenom postrojenju iznosi 100 000 t / godišnje, specifikacija dizajna proizvoda je 30% tekuće kaustične sode, a usvojen je dvostupanjski dvostupanjski tijek s četiri tijela. Razrijeđena alkalija iz elektrolize predgrijava se u dva stupnja do isparivača s učinkom. Nakon što elektrolit ispari dio vode u isparivaču s efektom, ulazi u isparivač s učinkom, nastavlja s isparavanjem i talogom neke soli, a zatim ulazi u isparivač efekta. Kada se koncentracija alkalara poveća na 19%, većina soli kristalizira i taloži se. Luk i istaloženi kristali NaCl se pomiješaju i pumpaju u hidrociklone radi razdvajanja soli i alkalija. Prozirna tekućina iz preljevne cijevi ulazi u međuprostorni rezervoar alkala i donji tok muljevite soli Nakon ulijevanja u rezervoar visokog nivoa, sol i lužine dalje se odvajaju centrifugom. Izdvojena alkalna tečnost upumpava se u međuprostorni rezervoar alkalija. Alkalna tekućina u intermedijarnom rezervoaru za alkal ulazi u isparivač koncentrirane sile i nastavlja isparavanje. Kada koncentracija NaOH u luku dosegne 30% koristi se pumpa. Nakon razjašnjenja, bistra tečnost se pumpa kroz hladnjak i kontinuirano hladi hladnom vodom. Nakon što temperatura padne na (40 ± 5) ° C, ulazi u posudu za pročišćavanje. Bistra tečnost se šalje u koncentrirani spremnik za alkalni spremnik i priprema se kao kvalificirana alkalija za prodaju.
Isparivač Ⅰ efekta zagrijava se parom od oko 14MPa, sekundarna para iz isparivača Ⅰ efekta koristi se kao izvor topline za isparivač Ⅱ efekta i isparivač koncentriranog efekta, a sekundarna para iz isparivača Ⅱ efekta koristi se kao izvor topline, Ⅲ učinak, koncentrirani učinak su isparavanje u vakuumu. Proizvodnja tokom godina pokazala je da je vrelište otopine efekta I 145 ° C, efekat II 125 ° C, efekat III 75 ° C, a efekat koncentracije 85 ° C.
3.2 Kontrola i oprema procesa predgrijača elektrolita
(1) Industrijska kontrola
Predgrijavanje elektrolitima prihvaća dvostepeno predgrijavanje, prva faza koristi kondenzat s II učinkom, a druga faza koristi kondenzat s efektom I. Nakon predgrijavanja kondenzat teče u rezervoar s vrućom vodom, a potom se šalje u slani postupak za ispiranje slanog mulja.
(2) Operacija opreme
Trenutno postoje 4 seta spiralnih predgrijača od ugljičnog čelika sa F=45m2, od kojih su 2 u grupi A i B. Zbog efekta alkalnog embritiranja alkalija na opremu od ugljeničnog čelika, korozija i pucanje zone zavarivanja često se javljaju tokom rada ove opreme. Životni vijek spiralne ploče s elektrolitima sa spiralnom pločicom od ugljičnog čelika je u osnovi oko jedne godine, a najkraće vrijeme je samo za 8 mjeseci, aparat je potrebno ažurirati najmanje jednom godišnje. Bez posebne opreme za održavanje stari se spiralni predgrijač ploča ne može popraviti, pa ga treba očistiti i gubici su veliki.
3.3 Analiza niske temperature predgrijavanja elektrolita
Indeks industrijske kontrole temperature predgrijavanja elektrolita je 115 ℃. Nakon dvostupanjskog predgrijavanja, stvarna temperatura je samo 100 ℃, što je udaljeno 45 from od stvarne vrelišta I. Razlog za nisku temperaturu predgrijavanja je ① površina predgrijača nije dovoljna. Projektna ljestvica je 100 000 t / a (100% NaOH), stvarno radno vrijeme je samo oko 300 dana godišnje nakon oduzimanja vremena pranja i održavanja spremnika, proces isparavanja bi trebao proizvesti kaustičnu sodu 14,3t / h, koristiti elektrolit 118m3 / h, prema materijalu 1. Proračun balansa topline, koristeći Ⅰ efekt, Ⅱ efekat i koncentrirani učinak kondenzata za predgrijavanje elektrolita od 75 ℃ do 115 ℃ kroz dvije faze predgrijavanja, površina spiralnog predgrijača treba 360m2, od čega prvi nivo je 240m2, drugi nivo 120m2 (Koeficijent prenosa topline spiralnog predgrijača je 3344kJ / m2 · h · ℃). ② Količina kondenzata nije dovoljna. U procesu isparavanja našeg postrojenja, sekundarna para iz učinka Ⅰ koristi se za zagrijavanje Ⅱ i koncentrirani učinak. Temperatura kondenzacijske vode učinka Ⅱ i koncentriranog učinka je oko 140 ℃. Oboje se mogu koristiti za zagrijavanje elektrolita. Kondenzat Ⅱ efekta koristi se u predgrijaču prvog nivoa, a kondenzat sa koncentriranim efektom direktno se odvodi u spremnik tople vode, što rezultira nedovoljnom količinom vruće vode u prvom nivou predgrijača. Ukratko, predgrijač mora biti modificiran i kontrola procesa mora se pojačati kako bi se temperatura elektrolita povećala na 115 ° C nakon predgrijavanja.
4 Mjere poboljšanja
4.1 Izbor i proračun predgrijača
4.1.1 Izbor
Ako se spiralni predgrijač i dalje koristi, njegova ukupna površina treba doseći 300m2. Za postupak uskog isparavanja mjesta, to se ne smije koristiti, a treba odabrati drugu vrstu.
Prema relevantnim informacijama, novi pločasti izmjenjivač topline ima visoku stopu iskorištenja toplinske energije, a koeficijent prijenosa topline je 3 do 5 puta veći od spiralnog pločastog izmjenjivača topline. Izbor pločastog izmjenjivača topline ima sljedeće prednosti: ① štedi područje prijenosa topline, malu opremu, malo mjesto ugradnje i masa je manja od izmjenjivača topline temeljenog na istom toplinskom opterećenju, što smanjuje osnovnu investiciju; ② jednostavno rastavljanje i prikladno održavanje. Ploče pločastog izmjenjivača topline mogu se montirati na licu mjesta, broj ploča se po volji može povećati ili smanjiti, a bilo koji oštećeni komad u izmjenjivaču topline može se u bilo kojem trenutku ukloniti, a vrijeme održavanja je kratko. ③Velika toplotna efikasnost. Prihvatajući toplotni prijenos topline, potpuno turbulentan, stopa iskorištavanja topline može biti čak 94-98%. Samo su ivice izložene atmosferi, a gubitak topline je zanemarljiv.
4.1.2 Proračun površine
① Izlazna snaga 100 000 t / a (100% NaOH)
Time Godišnje vreme proizvodnje je 300 dana (7200h)
Electro sirovinski elektrolit ρ=1,193g / L, sadrži NaOH 10,47%
Loss Gubitak alkalije Sam proces isparavanja gubi 2%. Na osnovu koncentriranog gubitka isparavanja, proizvodnja 1t100% NaOH gubi 20kg, oporavljeni slani odvodi 14kg alkalije, a ukupna alkalija gubi 34kg;
⑤ Za proizvodnju 1t100% NaOH potreban je elektrolit (1000 + 34) / 10147% = 9877kg;
Production Proizvodnja alkalija 1034 × 106/6200=14,3t / h;
⑦ Pločasti izmjenjivač topline K uzima 1000kJ / m2 · h · ℃ (materijal: sav titanijum) elektrolit C traje 3185kJ / kg · ℃
⑧ Za proračun se koristi postupak predgrijavanja
To je isto kao u originalnom procesu. Prva faza koristi kondenzat s efektom i koncentriranim učinkom, a drugi stupanj koristi kondenzat s efektom. Prema proračunu toplinske bilance, kondenzat s efektom Ⅰ djeluje 4.000 kg / t, a ukupna količina kondenzata s efektom and i koncentriranim učinkom je 2.800 kg / t;
⑨ Proračun dvostepenog predgrijača
Endotermični elektrolit 14,3 × 9877 × 3,85 × (115-t1) kJ / h
Otpuštanje topline kondenzata 4000 × 14,3 × (65541-46016)=11107079kJ / h
t1=94.5℃
Δ T = 2312K
F2 = Q/K · Δ T = 48m2
⑩ Proračunavanje predgrijača u prvoj fazi
Kondenzat 140 ℃ t2
Q put=2800 × 14,3 × 4,18 × (140-t2)
Elektrolit apsorbira toplinu 14,3 × 9877 × 3,85 × (94,5–75) t2=76,6 ° C
Nađi Δ T=13,1K
F1 = Q/K · Δ T = 80m 2
4.2.2 Izbor materijala za predgrejač
Predgrejač odvojeno teče kroz alkalnu tečnu i kondenzovanu vodu koja ima određenu korozivnost. Za odabir materijala potrebna je antikorozivna korozija. Prema specifičnim uvjetima postrojenja, odabran je pločasti izmjenjivač topline napravljen od titanijuma.
4.3 Mere i efekti poboljšanja
(1) Mjere poboljšanja
Prvobitni tvornički izmjenjivač topline s titanijskom pločom F=240m2 tvornički je pretvoren u četiri ploča izmjenjivača topline F=40m2, preradom i kupnjom dodatnog pribora, zamijenivši originalni dvostepeni i jednostepeni spiralni predgrijač, odnosno grijač, proces je nepromijenjen , 2 jedinice po fazi (isparavanje je podijeljeno u dvije grupe A i B). Postupak je poboljšan, a izvorni pravocrtni koncentrirani parni kondenzat povezan je s predgrijačem prvog nivoa kako bi se povećala količina vode za predgrijavanje prvog nivoa.
(2) Učinak
Postupak nakon poboljšanja pokazuje da se temperatura predgrijavanja elektrolita diže na 112 ° C, što je 12 ° C više od one prije poboljšanja, a efekt uštede pare je očit.