1. Nécessité
Pendant le processus d'évaporation, la température de préchauffage de l'électrolyte est l'une des principales conditions de fonctionnement du processus, ce qui est particulièrement important. Grâce au calcul, chaque fois que la température de l'électrolyte augmente de 10 ℃, la consommation de vapeur de chauffage peut économiser 170 kg / t, ce qui représente environ 5% de la consommation totale. Dans le processus général, lorsque l'électrolyte est envoyé à l'évaporation, la température n'est que d'environ 75 ℃. L'évaporation à co-courant à quatre étages à quatre corps et à trois effets est utilisée. Le point d'ébullition de la solution à effet Ⅰ est de 145 ℃, c'est-à-dire que l'électrolyte doit être chauffé au point d'ébullition. La montée en température atteint 70 ° C. S'il est complètement chauffé avec de la vapeur brute, la consommation de vapeur utilisée uniquement pour le préchauffage de l'électrolyte est de 1190 kg / t · alcalin. Si la température de préchauffage est proche du point d'ébullition de l'effet d'alimentation I, elle sera très avantageuse pour le fonctionnement stable du dispositif d'évaporation et réduira la quantité de vapeur de chauffage. Généralement, l'électrolyte est préchauffé à l'aide d'une chaleur sensible d'eau condensée évaporée. En raison du processus et de l'équipement de préchauffage imparfaits, la température de l'électrolyte après préchauffage est souvent bien inférieure au point d'ébullition du liquide d'alimentation dans l'évaporateur, qui continue inévitablement à préchauffer dans l'évaporateur et consomme une partie de la vapeur de chauffage. Selon les rapports de données, la température de la plupart des électrolytes de l'usine de chlore-alcali après préchauffage est de 45 à 50 ° C inférieure au point d'ébullition de l'efficacité de l'alimentation, entraînant une augmentation de la consommation de vapeur de 0,7 à 0,9 t / t · 100% NaOH, ce qui représente pour la consommation totale de vapeur vaporisée de 25% à 30%, par conséquent, afin d'économiser de la vapeur, des mesures doivent être prises pour augmenter la température de préchauffage de l'électrolyte.
２ Introduction d'un préchauffeur d'électrolyte commun
2.1 Échangeur de chaleur à tube
Les préchauffeurs tubulaires à électrolyte sont couramment utilisés, généralement placés horizontalement, dans le tuyau d'électrolyte, entre les tuyaux de condensats, en contre-courant, afin d'augmenter le débit des deux fluides, il y a des entretoises de passage du côté du tube et du côté coque Le nombre de passes de tube est généralement de 4 à 6 passes, et une entretoise de passe est réglée à des intervalles de 30 à 50 cm dans la passe de coque. Le coefficient de transfert de chaleur du préchauffeur d'électrolyte utilisant de l'eau condensée n'est pas élevé, environ 600 ～ 1000kJ / m2 · h · ℃. Les avantages de l'échangeur de chaleur à tube: structure simple, entretien facile et prix bas; les inconvénients sont également importants: faible coefficient de transfert de chaleur, grand volume et plus de matériaux métalliques.
2.2 Échangeur de chaleur à plaques en spirale
Le préchauffeur à plaques en spirale est composé de deux plaques d'acier minces parallèles. Il a deux canaux en spirale séparés l'un de l'autre. Au centre du préchauffeur, il y a une cloison centrale. Le côté est pourvu de buses, et le fluide entrant dans ces deux buses peut être introduit dans les buses sur les côtés gauche et droit de la couche la plus externe du refroidisseur par deux canaux différents le long de la ligne en spirale. Lors du préchauffage de l'électrolyte avec un préchauffeur à plaque en spirale, l'électrolyte et le condensat transfèrent la chaleur à travers les surfaces des parois communes des deux côtés des canaux respectifs. Parce que dans le préchauffeur à plaques en spirale, les débits d'électrolyte et d'eau de condensation sont beaucoup plus élevés que dans le préchauffeur à tubes, et le coefficient de transfert de chaleur peut atteindre 2400 ~ 3500kJ / m2 · h · ℃. Les avantages du préchauffeur à plaques en spirale: coefficient de transfert de chaleur élevé, faible encombrement et excellentes performances; l'inconvénient est que la corrosion de la solution alcaline électrolytique rend le préchauffeur à plaques en spirale sujet à la fragilisation alcaline, et la maintenance des fuites est difficile.
3 Utilisation du préchauffeur à électrolyte en spirale
3.1 Introduction au processus d'évaporation
L'échelle de production de la soude caustique dans une certaine usine est de 100 000 t / a par an, la spécification de conception du produit est de 30% de soude caustique liquide et le processus d'écoulement en aval à quatre étapes et à trois corps à trois effets est adopté. L'alcali dilué de l'électrolyse est préchauffé en deux étapes jusqu'à l'évaporateur à effet. Une fois que l'électrolyte a évaporé une partie de l'eau dans l'évaporateur à effet, il entre dans l'évaporateur à effet, continue de s'évaporer et précipite du sel, puis entre dans l'évaporateur à effet. Lorsque la concentration d'alcali est augmentée à 19%, la majeure partie du sel est cristallisée et précipitée. La lessive et les cristaux de NaCl précipités sont mélangés ensemble et pompés dans l'hydrocyclone pour la séparation des sels et des alcalins. Le liquide clair du tuyau de trop-plein pénètre dans le réservoir d'alcali intermédiaire et le flux inférieur de lisier de sel Après avoir pénétré dans le réservoir de haut niveau, le sel et l'alcali sont en outre séparés par une centrifugeuse. Le liquide alcalin séparé est pompé dans le réservoir d'alcali intermédiaire. Le liquide alcalin dans le réservoir d'alcali intermédiaire entre dans l'évaporateur à circulation forcée à force concentrée pour continuer l'évaporation. Lorsque la concentration alcaline NaOH atteint 30%, la pompe est utilisée. Après avoir été clarifié, le liquide clair est pompé à travers le refroidisseur et refroidi en continu avec de l'eau froide. Après que la température est descendue à (40 ± 5) ° C, il entre dans le réservoir de clarification. Le liquide clair est envoyé dans le réservoir de stockage d'alcali concentré et préparé comme alcali qualifié pour la vente.
L'évaporateur à effet is est chauffé par une vapeur d'environ 14 MPa, la vapeur secondaire de l'évaporateur à effet Ⅰ est utilisée comme source de chaleur pour l'évaporateur à effet Ⅱ et l'évaporateur à effet concentré, et la vapeur secondaire de l'évaporateur à effet Ⅱ est utilisée comme source de chaleur, effet,, effet concentré sont l'évaporation sous vide. La production au fil des ans a montré que le point d'ébullition de la solution à effet I était de 145 ° C, l'effet II à 125 ° C, l'effet III à 75 ° C et l'effet de concentration à 85 ° C.
3.2 Contrôle et équipement du processus de préchauffage de l'électrolyte
(1) Situation de contrôle industriel
Le préchauffage d'électrolyte adopte un préchauffage à deux étages, le premier étage utilise le condensat à effet II et le deuxième étage utilise le condensat à effet I. Après le préchauffage, le condensat s'écoule dans le réservoir d'eau chaude, puis envoyé au processus de saumure pour laver les boues de sel.
(2) Fonctionnement de l'équipement
Il existe actuellement 4 jeux de préchauffeurs à plaques en acier au carbone avec F=45m2, 2 jeux dans le groupe A et B respectivement. En raison de l'effet de «fragilisation alcaline» de l'alcali sur les équipements en acier au carbone, la corrosion et la fissuration de la zone de soudure sont susceptibles de se produire pendant le fonctionnement de ces équipements. La durée de vie du préchauffeur d'électrolyte à plaque spiralée en acier au carbone est essentiellement d'environ un an, et la durée la plus courte n'est que de 8 mois, l'équipement doit être mis à jour au moins une fois par an. Sans équipement d'entretien spécial, l'ancien préchauffeur à plaques en spirale ne peut pas être réparé, il doit donc être mis au rebut et la perte est importante.
3.3 Analyse de la basse température de préchauffage de l'électrolyte
L'indice de contrôle industriel de la température de préchauffage de l'électrolyte est de 115 ℃. Après un préchauffage en deux étapes, la température réelle n'est que de 100 ℃, ce qui est à 45 ℃ du point d'ébullition effectif de I. La raison de la basse température de préchauffage est ① la surface du préchauffeur n'est pas suffisante. L'échelle de conception est de 100 000 t / a (100% NaOH), le temps de travail réel n'est que d'environ 300 jours par an après déduction du temps de lavage et d'entretien du réservoir, le processus d'évaporation devrait produire de la soude caustique 14,3 t / h, utiliser l'électrolyte 118 m3 / h, selon le matériau 1. Calcul du bilan thermique, en utilisant les condensats à effet,, à effet concentrated et à effet concentré pour préchauffer l'électrolyte de 75 115 à 115 ℃ en deux étapes de préchauffage, la surface du préchauffeur en spirale a besoin de 360 m2, dont le le premier niveau est de 240 m2, le deuxième niveau de 120 m2 (le coefficient de transfert de chaleur du préchauffeur à plaques en spirale est de 3344 kJ / m2 · h · ℃). ② La quantité de condensat n'est pas suffisante. Dans le processus d'évaporation de notre usine, la vapeur secondaire de l'effet Ⅰ est utilisée pour l'effet de chauffage Ⅱ et l'effet concentré. La température de l'eau de condensation d'effet Ⅱ et d'effet concentré est d'environ 140 ℃. Les deux peuvent être utilisés pour préchauffer l'électrolyte. Le condensat à effet is est utilisé dans le préchauffeur de premier niveau et le condensat à effet concentré est directement évacué vers le ballon d'eau chaude, ce qui entraîne une insuffisance d'eau chaude dans le préchauffeur de premier niveau. En résumé, le préchauffeur doit être modifié et le contrôle du processus doit être renforcé pour augmenter la température de l'électrolyte à 115 ° C après le préchauffage.
4 Mesures d'amélioration
4.1 Sélection et calcul du préchauffeur
4.1.1 Sélection
Si le préchauffeur à plaques en spirale continue d'être utilisé, sa surface totale devrait atteindre 300 m2. Pour le processus d'évaporation étroit du site, il ne doit pas être utilisé et un autre type doit être sélectionné.
Selon les informations pertinentes, le nouvel échangeur de chaleur à plaques a un taux d'utilisation élevé de l'énergie thermique, et le coefficient de transfert de chaleur est de 3 à 5 fois celui de l'échangeur de chaleur à plaques en spirale. La sélection de l'échangeur de chaleur à plaques présente les avantages suivants: ① économise la zone de transfert de chaleur, le petit équipement, la petite zone d'installation et la masse est plus petite que l'échangeur de chaleur sur la base de la même charge thermique, ce qui réduit l'investissement de base; ② facile à démonter et entretien pratique. Les plaques de l'échangeur de chaleur à plaques peuvent être assemblées sur site, le nombre de plaques peut être augmenté ou diminué à volonté, et toute pièce endommagée dans l'échangeur de chaleur peut être retirée à tout moment, et le temps de maintenance est court. ③ Haute efficacité thermique. Adoptant un transfert de chaleur à contre-courant, complètement turbulent, le taux de récupération de chaleur peut atteindre 94 à 98%. Seuls les bords sont exposés à l'atmosphère et la perte de chaleur est négligeable.
4.1.2 Calcul d'aire
① Production 100 000 t / a (100% NaOH)
② Le temps de production annuel est de 300 jours (7200h)
③ Electrolyte de matière première ρ=1,193 g / L, contenant NaOH 10,47%
Loss Perte d'Alkali Le processus d'évaporation lui-même perd 2%. Sur la base de la perte par évaporation concentrée, la production de NaOH 1t100% perd 20 kg, la saumure récupérée enlève 14 kg d'alcali et l'alcali total perd 34 kg;
⑤ Production 1t100% NaOH nécessite un électrolyte (1000 + 34) / 10147% = 9877kg;
⑥ Production d'alcali 1034 × 106/6200=14,3 t / h;
⑦ L'échangeur de chaleur à plaques K prend 1000kJ / m2 · h · ℃ (matériau: tout titane) l'électrolyte C prend 3185kJ / kg · ℃
⑧ Le calcul utilise un processus de préchauffage
C'est la même chose que le processus d'origine. Le premier étage utilise le condensat à effet and et à effet concentré, et le second étage utilise le condensat à effet Ⅰ. Selon le calcul du bilan thermique, la quantité de condensat à effet is est de 4 000 kg / t, et la quantité totale de condensat à effet and et à effet concentré est de 2 800 kg / t;
⑨ Calcul du préchauffeur à deux étages
Électrolyte endothermique 14,3 × 9877 × 3,85 × (115-t1) kJ / h
Dégagement de chaleur de condensat 4000 × 14,3 × (65541-46016)=11107079kJ / h
t1=94.5℃
Δ T = 2312K
F2 = Q/K · Δ T = 48m2
⑩ Calcul du préchauffeur du premier étage
Condensat 140 ℃ t2
Q put=2800 × 14,3 × 4,18 × (140-t2)
L'électrolyte absorbe la chaleur 14,3 × 9877 × 3,85 × (94,5-75) t2=76,6 ° C
Trouver Δ T=13,1 K
F1 = Q/K · Δ T = 80m 2
4.2.2 Sélection du matériau du préchauffeur
Le préchauffeur s'écoule séparément à travers un liquide alcalin et de l'eau condensée, qui présente une certaine corrosivité. La sélection des matériaux nécessite un traitement anti-corrosion. Selon les conditions spécifiques de l'usine, un échangeur de chaleur à plaques en titane est sélectionné.
4.3 Mesures et effets d'amélioration
(1) Mesures d'amélioration
L'échangeur de chaleur à plaques en titane F=240m2 inutilisé d'origine d'une usine a été converti en quatre échangeurs de chaleur à plaques F=40m2 en transformant et en achetant certains accessoires, remplaçant respectivement les préchauffeurs à spirale à deux étages et à un étage d'origine, Chauffage, le processus est inchangé , 2 unités par étage (l'évaporation est divisée en deux groupes A et B). Le processus est amélioré et le condensat de vapeur concentré en ligne droite d'origine est connecté au préchauffeur de premier niveau pour augmenter la quantité d'eau de préchauffage de premier niveau.
(2) Effet
L'opération après l'amélioration montre que la température de préchauffage de l'électrolyte s'élève à 112 ° C, soit 12 ° C de plus qu'avant l'amélioration, et l'effet d'économie de vapeur est évident.