四效逆流降膜蒸发工艺制造技术

本专利涉及烧碱制备技术领域，具体是四效逆流降膜蒸发工艺，包括以下步骤：S1：初次浓缩：Ⅳ效降膜蒸发器进行初次浓缩；S2：初次浓缩碱液预热：初次浓缩碱液送经初次预热器进行预热；S3：二次浓缩：将初次浓缩碱液送至Ⅲ效降膜蒸发器进行第二次浓缩；S4：二次浓缩碱液预热；S5：三次浓缩；S6：三次浓缩碱液预热；S7：四次浓缩；S8：成品碱液冷却、装罐：从Ⅰ效降膜蒸发器出来的成品碱液依次送经三次预热器、二次预热器、初次预热器冷却至75℃，最后再通过成品冷却器使成品碱液冷却到45℃后送至成品碱储罐。本发明专利技术的四效逆流降膜蒸发工艺能对热能进行充分利用，降低能耗；同时，通过多次蒸发，使碱液中的水分蒸发充分。液中的水分蒸发充分。液中的水分蒸发充分。

【技术实现步骤摘要】
四效逆流降膜蒸发工艺
[0001]本申请要求于2021年9月29日提交中国专利局、申请号为202111154273.8、申请名称为“四效逆流降膜蒸发工艺”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术涉及烧碱制备
，具体是四效逆流降膜蒸发工艺。

技术介绍

[0003]近年来，世界烧碱行业产能总体变化较小，新增产能主要集中在中国、印度等发展中国家。烧碱在国民经济中有广泛应用，许多工业部门都需要烧碱。使用烧碱最多的部门是化学药品的制造，其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。另外，在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠、水的电解以及无机盐生产中，制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。同时烧碱是生产聚碳酸酯、超级吸收质聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。
[0004]碱液浓缩是烧碱制备过程中的重要步骤，目前通常采用蒸发器将碱液中的水分蒸发的方法对碱液进行浓缩。蒸发方式主要分为顺流蒸发和逆流蒸发，逆流降膜蒸发工艺是使碱液从降膜蒸发器，顶端经过分配器后进入蒸发器管程，呈现出均匀的液膜状沿着加热管向下方流动，并且和壳程内蒸汽进行对流和传热，加热后的碱液在重力作用下流入蒸发器底部的气液分离室，浓缩后的碱液从蒸发器底部排出。现有技术中大部分逆流降膜蒸发工艺蒸汽消耗高。
[0005]在2000年左右，烧碱的蒸发制取广泛采用的二效逆流降膜蒸发技术，也即采用两个串联的蒸发器依次对碱液进行阶段性地逆流降膜蒸发提浓，这种蒸发工艺的优点在于蒸发管程短，设备体积小且设备成本低，因此为广大生产厂商所选择。然而，正是由于其蒸发管程短，就要求其需要在这较短的管程内对碱液进行快速蒸发提浓，这就对蒸汽的用量有着较大的需求。以32％浓度原碱生产50％浓度成品碱为例，由于碱液流动管程小，就必须使用大量的蒸汽对碱液进行集中地快速加热，如此才能使碱液在较小的管程内被快速蒸发提浓，从而达到最终生成50％浓度成品碱的目的。因此，这种二效蒸发工艺技术蒸汽用量极高，而其所使用的蒸汽又主要来自于燃煤或燃气，制碱蒸汽消耗高，就导致了对燃煤燃气等矿产资源的大量消耗，也大大增加了碳排放量，十分的不环保。
[0006]为了降低碱液蒸发系统的蒸汽消耗量，在二效逆流降膜蒸发技术的基础上，有人提出了采用三效逆流降膜蒸发工艺进行碱液的蒸发，也即，在原本串联的两级蒸发器的基础上，进一步串联第三级蒸发器，并通过将各级蒸发器蒸发碱液时所产生的二次蒸汽作为下一级蒸发器的蒸发热源，来达到降低整个系统对生蒸汽(亦即新鲜蒸汽)的用量消耗的目的。然而，实现该技术的难点在于，将蒸发器效数改为三效后，其连接设备和连接管路也将大量增加，使得碱液蒸发所涉及的环节非常之多，而系统的稳定运行需要依赖于各个环节的温度、压力及物质浓度等多个维度的参数组合，在这些组合中，以前述的压力、温度、物质
浓度这3个维度的参数为例，其至少就涉及到三个蒸发器各自的蒸汽压力与温度、碱液的温度与浓度、蒸发器自身的操作压力这5个维度参数的设计，而这其中的每个维度的参数又都有着各自可执行的数值范围，因此，单是这5个维度参数的端值的组合，就有2
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亦即32768种，而在参数范围内进行取值的参数组合，则以成千上万种计，要从如此多的数据组合中找到行之有效的数值组合，其试验次数无穷尽，根本无法一一去验证获得，且如此巨大的试验量，也需要付出巨大的试验成本，因而也根本无人敢于尝试。
[0007]因此，在本领域内是无法通过在二效蒸发工艺的基础上来简单叠加蒸发器效数，并通过有限次实验得到三效蒸发工艺的前述各级蒸发器中蒸汽压力与温度、碱液的温度与浓度、蒸发器自身的操作压力等参数，由此，行业陷入了技术革新难的窘境。
[0008]2010年左右，经过国外知名企业至少十余年的研发探索，期间付出了大量的研发成本，才终于得出了行之有效的三效逆流降膜蒸发技术方案，使其得以在行业内推广应用，该技术方案的应用，使得吨碱的生蒸汽耗量从0.71吨有效降至0.51吨，节省了28.17％的生蒸汽耗量，同时也降低了相同比例的碳排放量，较好的满足了当时的生产需求和环境需求。
[0009]然而，随着全球二氧化碳的大量排放，温室效应更是加剧，这对社会提出了更高的环保要求，严格控制二氧化碳的排放量，保护地球环境和地球资源，是各个国家、各个行业甚至各个人群不可懈怠的责任。为响应全球号召，2020年9月，中国在第七十五届联合国大会提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标，将低碳发展推向新高度，也对国内各行各业，提出了更高的节能减排、低碳环保的要求。行业所使用的三效逆流降膜蒸发工艺已然无法符合国家的“双碳”发展要求。
[0010]因此，十分有必要在三效逆流降膜蒸发工艺的基础上对烧碱蒸发制取工艺进行改进，以进一步降低蒸汽的消耗和二氧化碳的排放量。
[0011]对此，如之前从二效蒸发技术到三效蒸发技术一样，数十年前，就有人提出了增加蒸发器效数，使三效变为四效，以加强对二次蒸汽的利用，进一步降低蒸汽消耗和碳排放量的解决措施，然而，具体如何实施，始终未能落实，这主要是因为在技术研究层面面临着以下几个方面的挑战：
[0012]①
技术复杂且开发难度大：和之前的三效蒸发技术创新时类似，在蒸发系统中，所涉及的环节及各环节的参数控制相对较多且复杂，一旦改变某一环节的执行条件或执行参数，将影响到整个系统的运行并直接关联成品质量和最终的蒸汽耗量，因此，系统内各环节之间如何有效衔接和稳定运行是相对复杂的，在三效蒸发技术的基础上，每增加一级蒸发器，其所对应的可选择的技术参数的组合情况就成千成万倍增加，蒸发器的效级越多，参数的设计就越是复杂，技术难度越大，因此，要想在三效逆流降膜蒸发技术的基础上创新四效逆流降膜蒸发技术，其复杂性及难度远远高于此前的在二效逆流降膜蒸发技术的基础上创新三效逆流降膜蒸发技术，因此，四效逆流降膜蒸发技术复杂且开发难度大；
[0013]②
技术开创性高：在行业通用的为二效或三效逆流降膜蒸发工艺的基础上，四效逆流降膜蒸发技术属于首创，本领域内可参考的相关文献或资料几乎没有，单靠增加效数来节约汽耗，从理论上说是一个较简便的途径，但实际上在增加效数后，如何设计各效级的性能参数使之相配合运行，以在生产出符合要求的成品碱的同时又降低蒸汽耗量，属于一个全新的、未知的领域，属于开拓性的研究，由此，四效逆流降膜蒸发技术的开发开创性高；
[0014]③
试验成本高、风险大：目前，行业内所使用的系统设备均为二效蒸发工艺和三效
蒸发工艺的专用设备，想要将其应用于四效工艺的话，并非简单增加蒸发器效数就能使用，而是需要专门设计全新的适用于四效逆流降膜蒸发工艺的系统设备，这样的设备造价基本高达千万甚至上亿，一旦技术试验失败，这就会导致整套系统因无法再次重新用于二效或三效蒸发工艺加工使用而直接完全报废，这无疑需要巨大的试验成本，甚而给企业带来经营层面的破产风险，这就导致了行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：包括以下步骤：S1：初次浓缩：将浓度为32％的碱液原液送至Ⅳ效降膜蒸发器进行初次浓缩，并得到浓度为34～36％的初次浓缩碱液，所述Ⅳ效降膜蒸发器的加热热源为Ⅲ效降膜蒸发器产生的二次汽；S2：初次浓缩碱液预热：从Ⅳ效降膜蒸发器出来的初次浓缩碱液送经初次预热器进行预热，使初次浓缩碱液预热至90～100℃；S3：二次浓缩：将预热后的初次浓缩碱液送至Ⅲ效降膜蒸发器进行第二次浓缩，并得到浓度为38～40％的二次浓缩碱液，所述Ⅲ效降膜蒸发器的加热热源为Ⅱ效降膜蒸发器产生的二次汽；S4：二次浓缩碱液预热：从Ⅲ效降膜蒸发器出来的二次浓缩碱液送经二次预热器进行预热，使二次浓缩碱液预热至120～130℃；S5：三次浓缩：将预热后的二次浓缩碱液送至Ⅱ效降膜蒸发器进行第三次浓缩，并得到浓度为43～45％的三次浓缩碱液，所述Ⅱ效降膜蒸发器的加热热源为Ⅰ效降膜蒸发器产生的二次汽；S6：三次浓缩碱液预热：从Ⅱ效降膜蒸发器出来的三次浓缩碱液送经三次预热器进行预热，使三次浓缩碱液预热至170～180℃；S7：四次浓缩：将预热后的四次浓缩碱液送至Ⅰ效降膜蒸发器进行第四次浓缩，并得到浓度为50％的成品碱液，所述Ⅰ效降膜蒸发器的加热热源为1.3～1.6MPa.G的生蒸汽；S8：成品碱液冷却、装罐：从Ⅰ效降膜蒸发器出来的成品碱液依次送经三次预热器、二次预热器、初次预热器冷却至75℃，最后再通过成品冷却器使成品碱液冷却到45℃后送至成品碱储罐。2.根据权利要求1所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述Ⅳ效降膜蒸发器的操作压力范围为
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0.088～
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0.095MPa.G，所述Ⅲ效降膜蒸发器的操作压力范围为
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0.07～
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0.08MPa.G，所述Ⅱ效降膜蒸发器的操作压力范围为
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0.02～0.01MPa.G，所述I效降膜蒸发器的操作压力范围为0.1～0.3MPa.G。3.根据权利要求2所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述步骤S7中还包括浓度检测，在开车初期对从Ⅰ效降膜蒸发器出来的碱液进行浓度检测，浓度未达到50％的碱液为不合格碱液，不合格碱液储存至不合格碱液槽中。4.根据权利要求3所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述步骤S1中，所述Ⅳ效降膜蒸发器产生的二次汽进入表面冷凝器，用循环水进行冷却。5.根据权利要求4所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述Ⅰ效降膜蒸发器、Ⅱ效降膜蒸发器、Ⅲ效降膜蒸发器和表面冷凝器来的工艺冷凝液均收集在冷凝液槽内，经冷凝液泵送出用做生产水的补充水。6.根据权利要求3所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述步骤S2中初次预热器并列设有四台。7.根据权利要求6所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述步骤S4中二次预热器并列设有三台。8.根据权利要求7所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述步骤S6中三次预热器并列设有两台。
9.根据权利要求1所述的四效逆流降膜蒸发工艺，其特征在于：所述步骤S8中，从Ⅰ效...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠磊，倪星星，周轶，罗川江，何磊，邢德政，陈历平，龚振中，
申请(专利权)人：重庆博张机电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：