CN101450266A - 硫化碱蒸发浓缩系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫化碱蒸发浓缩系统及方法。其系统包括预热器、多效蒸发器、中间成品罐、单效冷凝水预热器、单效蒸发器、中储罐及成品贮罐；在预热器和多效蒸发器之间设置预蒸发装置，预蒸发装置由一个预分离器和两个交替使用的预蒸发器组成，预蒸发器和预分离器分别循环连通，预蒸发器与一次高压蒸汽连通。预蒸发装置与澄清桶之间连接一原液换热器以及一个原液闪蒸罐；原液换热器的另一部分与滤液储罐及多效蒸发器连通。原料液经过预分离器和预蒸发器后在这里形成大部分结垢，再经过沉淀、过滤、澄清、换热后才进入多效蒸发器进行蒸发；因此多效蒸发器中产生的污垢极少，使停车除垢的周期由原来了的1～4周延长到1年以上。

Description

硫化碱蒸发浓缩系统及方法

技术领域

本发明涉及一种化工工艺，尤其是涉及生产钡盐行业的硫化碱的浓缩蒸发系统及方法。

背景技术

硫化碱的化学名称为硫化钠，分子式是Na₂S，水溶解成强碱性，触及皮肤和毛发时会造成灼伤，故硫化钠工业上俗称硫化碱。纯的硫化钠无水物为白色立方形晶体或颗粒，具有极强的腐蚀性，空气中易变色，不稳定。硫化钠具有广泛的用途，在染料工业中用于生产硫化染料，印染工业用作溶解硫化染料的助染剂，制革工业中用于水解使生皮脱发，还用于配制多硫化钠以加速干皮浸水助软，造纸工业中用于做纸张的蒸煮剂，纺织工业中用于人造纤维的脱硝和硝化物的还原，以及棉织物的染色的媒染剂，制药工业用于生产非那西丁等解热药。此外，还用于制备硫代硫酸钠、硫氢化钠、多硫化钠等。

硫化碱生产方法，在目前最普遍的是在钡盐行业中利用黑灰芒硝法生产硫酸钡的过程中副产硫化钠。其方法是将重晶石与煤粉混合后加到转炉内，使它们在高温下进行还原反应，浸取制定硫酸钡溶液，再与芒硝溶液化合发生复分解反应，制得5％硫化钠溶液，之后进行蒸发浓缩最后得到固体硫化钠。

目前钡盐行业国内以黑灰芒硝法为主的生产硫酸钡工艺中，硫化钠的蒸发浓缩工艺都采用多效蒸发，有双效、三效、四效。目前对硫化钠一般的蒸发的过程是：原料液(一般是浓度为5％的温度为30℃的硫化钠溶液)由原料泵送至三级预热器中进行预热升温，然后进入蒸发器蒸发浓缩，成为中间半成品；中间半成品储存在中间成品罐中进行盐析澄清，以去除固体沉淀物和盐类析出结晶体；然后中间半成品再经过单效的冷凝水预热器进行预热，进入一个单效蒸发器进行进一步蒸发，使硫化钠溶液的浓度进一步提高，当料液浓度达到60％以上后，使其进入中储罐，并间断的用蒸汽加压输送至成品贮罐。

目前一般的蒸发器使用的多是四效蒸发器。四效蒸发器是指四个依次互相连通的蒸发器，经过预热升温的原碱液首先进入一效蒸发器，并依次进入二、三、四效蒸发器；四效蒸发后原碱液的浓度得到浓缩。蒸发器的热源来自于一次高压蒸汽。上述三级预热是分别是利用四效蒸发器的第四级蒸发产生的乏气、三效蒸发器产生的冷凝水和一效蒸发器产生的冷凝水进行预热。

来自于化合工序经初步澄清的硫化钠原料液，由于沉淀结晶处于介稳区状态，含有Ba²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Sr²⁺，离子，因其聚集态的胶体颗粒，当溶液加热时就会破坏其平衡条件产生凝聚反应，生成微小颗粒固形物并逐步长大成固体沉淀附着物，而随溶液浓度的增加，包括Ba²⁺，Sr⁺沉淀物和Na₂SO₄盐类也会减小在溶液中的溶解度，以致盐析出来生成晶体沉淀物。硫化钠原碱液在蒸发器中被加热的过程中，其所含的过饱合离子和胶体粒子产生凝聚效应生成聚体，聚体颗粒在生产过程中逐步长大，并在蒸发器的加热管的内壁生成致密的垢体，影响换热器的传热效果，需频繁清理加热管的内壁，造成系统过多的停车。由于各厂原料及操作条件的差异不同，生产厂家每1-4周就必须对蒸发器进行周期性清洗，清洗的周期太短，严重耽误生产。清除蒸发器的污垢是非常困难的事情，结疤严重时，被迫停产，不得不用特制的电钻疏通蒸发器加热管，劳动强度大，操作条件恶劣，不仅影响设备的使用寿命、增加设备投资而且造成物料浪费损失、污染环境。现在还没有发现解决此难题的有效方法，也是困扰钡盐行业多年的一大生产难题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种成功解决了硫化钠多效蒸发器的结垢问题并使结垢易于清理的硫化碱蒸发浓缩工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

硫化碱蒸发浓缩系统，包括三级预热器、多效蒸发器、中间成品罐、单效冷凝水预热器、单效蒸发器、中储罐及成品贮罐；在三级预热器和多效蒸发器之间设置预蒸发装置，预蒸发装置由一个预分离器和至少两个预蒸发器组成，预蒸发器和预分离器分别循环连通，工作过程中交替使用其中一个预蒸发器。预蒸发器与一次蒸汽连通。

硫化碱蒸发浓缩方法，原料液经过三级预热后进入一个由预分离器和预蒸发器组成的预蒸发装置，然后再进入多效蒸发器进行蒸发，多效蒸发后进入中间成品罐进行盐析澄清，再经过单效冷凝水预热器预热后进入单效蒸发器进行单效蒸发，形成下道工序所需浓度的产品进入中储罐及下道工序的成品贮罐。

本发明的进一步改进在于：预蒸发装置和多效蒸发器之间还连接有澄清桶、与澄清桶连接的砂滤罐、与砂滤罐连接的滤液储罐。

上述技术方案的进一步改进在于：预蒸发装置与澄清桶之间依次连接一原液换热器以及一个原液闪蒸罐，原液闪蒸罐与澄清桶连接；原液换热器分成高温和低温两部分，高温部分连接预蒸发装置，流入的高温的原料液，另一部分为低温部分，与滤液储罐及多效蒸发器连通。

上述预蒸发装置改进后的工艺流程为：原料液经过三级预热后进入由预分离器和预蒸发器组成的预蒸发装置，进行预蒸发并使之结垢；经过预分离和预蒸发的原料液进入高温原料液预热器对经过沉淀过滤澄清的低温原料液进行加热；由原液换热器出来的原料液进入原液闪蒸罐后进行一次闪蒸；再进入澄清桶进行沉淀、再进入砂滤罐进行过滤、再进入滤液储罐澄清储存。经过沉淀、过滤、澄清的原料液温度大大降低，在滤液储罐中的低温的原料液经过原液换热器与高温的原料液进行换热后，再进入多效蒸发器进行蒸发，并完成后续的蒸发浓缩。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明的原理是将5％的稀碱液，在进入多效蒸发器之前，制造一个不溶性盐类和暂时硬度析出的条件，使其中90％以上的不溶性盐类离子和钙镁提前在预蒸发器中析出，并在预蒸发装置中产生较松散的结疤，从而保证多效蒸发器的长期运行。本发明只需在新上的蒸发系统的设计中或原有的旧蒸发系统前增设预蒸发装置，并通过控制合理的工艺条件即可防止多效蒸发器中结垢。在设备总投资不增加的情况下，使传统的多效蒸发器生产效率提高30％。采用预蒸发装置后原料液在蒸发过程中的结垢提前到预蒸发器中形成，大大减少了多效蒸发器中的结垢，使清理结垢的工作变的非常容易。

本发明的预蒸发装置主要由两个预蒸发器和一个预分离器组成，两个预蒸发器交替使用，一个预蒸发器结垢后，就打开另一个预蒸发器，并将第一个预蒸发器关闭，对其进行清理；这样在不需要停止生产的情况下就能完成对结垢的清理工作；从而大大提高了连续生产的周期，使蒸发器的清洗周期由1-4周延长至1年以上。经过工业化的生产装置的实例运行检验，效果良好。

从预分离器中出来的原料液仍然含有一定量的杂质和固体颗粒，因此需要增加澄清桶和砂滤罐以及滤液储罐来对原料液进行进一步的澄清过滤，使进入多效蒸发器的原料液更加干净。原液换热器的作用是将经过过滤澄清后而温度降低的原料液进行重新预热，使其在进入多效蒸发器之前达到一个较高的温度。原液换热器的热源来自于从预分离器中出来的、经过一次蒸汽加热的高温原料液；高温原料液经过原液换热器后温度有所降低，而其在进入原液闪蒸罐后由于压力的降低而再使一部分水份得到蒸发。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明的硫化碱蒸发浓缩系统包括物料预热部分、预蒸发部分、溶液净化与固形物分离部分、四效蒸发部分、单效蒸发部分、冷凝水回收利用部分、冷却水部分。其具体设备包括：锅炉、三级预热器、预分离器、预蒸发器、原液换热器、原液闪蒸罐、澄清桶、砂滤罐、滤液储罐、四效蒸发器、中间成品罐、单效冷凝水预热器、单效蒸发器、直接冷凝器以及循环水系统。

以锅炉产生的饱和蒸汽作为蒸发的热源，饱合蒸汽的压力为0.45MPa，温度为155℃；蒸发所用的原料液是浓度为5％、温度为30℃的硫化钠溶液。

其中蒸汽的运行程序是：

蒸汽由锅炉的总管路出来后分三路，一路直接进入四效蒸发器的一效蒸发器，一效蒸发器的分离室产生的二次蒸汽进入二效蒸发器的加热室，依次类推至四效蒸发器；四效蒸发器产生的二次蒸汽通过三级预热器的乏气预热器预热原料后进入直接冷凝器；四效蒸发器产生的二次蒸汽在乏气预热器中部分冷凝，对原料液进行第一次加热升温；第三级预热后的冷凝水回到锅炉房进行回收。第二路饱和蒸汽分成两路，分别进入预蒸发器A或者B，并通过预分离器形成二次蒸汽和冷凝水，此二次蒸汽再进入第二效蒸发器，此冷凝水进入三效蒸发器并经过闪蒸后与三效蒸发器产生的冷凝水进入三级预热器的第二级预热器，预热原料。第三路的饱和蒸汽直接进入单效蒸发器，在单效蒸发器中产生的二次蒸汽进入直接冷凝器，用循环冷却水直接冷凝，以产生真空度；在单效蒸发器中产生的冷凝水则进入单效冷凝水预热器，对经过原料液的中间成品进行预热后，回到锅炉房进行回收。

原料液经过多次蒸发后变成硫化碱的浓缩液，其运行的程序是：

原料液经过三级预热后进入预分离器和预蒸发器，并在预蒸发器中产生大量的结垢，然后进入原液换热器，再进入原液闪蒸罐，在依次进入澄清桶、砂滤罐、滤液储罐，然后再进入原液换热器与从预分离器中来的高温原料液进行热交换而得以升温，然后再进入四效蒸发器进行蒸发，使原料液的浓度有原来的5％达到20％以上，再进入中间成品罐，再进入单效冷凝水预热器，再进入单效蒸发器进行进一步蒸发，以达到60％以上的成品硫化碱的浓缩液，硫化碱的浓缩液再进入中储罐输送至制片工序的成品贮罐。

下面按照硫化碱蒸发浓缩系统的各个功能分区对本发明进一步详细描述：

1.物料预热部分：

此部分是利用其他部分所用蒸汽剩余的热能，对原料液进行预热，是将多效蒸发器的未效二次汽的汽化潜热和每效的高温冷凝水的显热进行充分的利用；本部分按其温度分布、逆向换热的原则进行设计。

温度为30℃、浓度为5％的硫化钠溶液由原料泵送至乏气预热器预热升温，乏气预热器的加热热源采用四效蒸发的四效蒸发器产生的二次蒸汽；经乏气预热器预热后原料液再进入三效预热器预热升温，三效预热器中做为热源的冷凝水温度为120℃左右，来自于三效蒸发器，热利用后的三效冷凝水进入四效蒸发器再利用；两级预热后的原碱液再进入一效预热器进行第三级预热升温；而后原液进入预蒸发装置，一效预热器中的冷凝水来自于一效蒸发器和预蒸发器，温度在140℃左右。

2.预蒸发部分：

本部分包括一个预蒸发装置，预蒸发装置由一个预分离器和两个预蒸发器组成，预蒸发器和预分离器分别循环连通，工作过程中交替使用其中一个预蒸发器；预蒸发器为列管式加热器。经三级预热后的原碱液的温度达到90℃左右，再进入预蒸发器加热升温至140℃，此过程的主要任务是加热并凝聚固形物，除去原料液中杂质，使它们在预蒸发器中形成结垢，同时进行少量的蒸发，预蒸发器的加热热源采用锅炉饱合蒸汽，蒸汽的压力为0.45MPa，温度为155℃，在蒸发过程中预分离器中产生的二次蒸汽进入二效蒸发器的加热室再利用；经过预蒸发装置的原料液的温度大大升高，大部分杂质得到去除，然后进入原液换热器。

高温的原碱液经原液换热器利用部分热量后，进入原液闪蒸罐闪蒸，在这里蒸发掉一部分原料液的水分，并使原料液降温(106℃)降压(0.03MPa)，闪蒸出的蒸汽预热用于反洗、化钡、化硝的稀碱水；闪蒸后的原碱液进入澄清桶降温澄清；澄清桶微沸产生的二次蒸汽排入大气，澄清后的溶液由砂滤泵送入砂滤罐进行过滤，滤液进入滤液贮罐备用。

硫化钠原碱液在预蒸发装置中被加热的过程中，其所含的过饱合离子和胶体粒子产生凝聚效应生成聚体，聚体颗粒在生产过程中逐步长大。将预蒸发装置设置成两个列管式加热器共用一个预分离器，蒸发器采用自然循环的蒸发方式，这样蒸发器一用一备，轮流使用、轮流清垢的操作方式很大程度上减少了停车次数。物料在预蒸发装置主要是为了加热升温，并使沉淀物生长析出在蒸发器中，即使设备结垢也会比较容易清理。

3.四效蒸发部分：

上述2(预蒸发部分)中的滤液贮罐内的原碱液由上料泵送入原液换热器升温，原液换热器的加热介质来自预分离器的高温的原碱液；换热后原碱液进入一效蒸发器，并依次依靠压差控制进入二、三、四效蒸发器。一效蒸发器的热源采用锅炉饱合蒸汽，蒸汽的压力为0.45MPa，温度为155℃，蒸发过程中一效蒸发器的分离室产生的二次蒸汽进入二效蒸发器的加热室作为二效蒸发器的加热源，依次类推至四效，各效的温度、压力依次降低，四效蒸发器产生的二次蒸汽进入三级预热的乏汽预热器，作为乏汽预热器的加热热源，利用其热量后的二次汽，进入直接冷凝器，用循环冷却水直接冷凝。

四效蒸发后原碱液的浓度由5％升至20％以上，四效蒸发器的出料温度为86℃，由中间出料泵输送至中间成品罐中进行二次盐析澄清，以去除固体沉淀物和盐类析出结晶体。

4.单效蒸发部分：

上述中间成品罐中经过二次澄清的浓碱液由单效上料泵送料至单效冷凝水预热器预热，经预热后料液的温度由86℃上升至130℃，料液再进入单效蒸发器，当料液浓度达到60％以上后，连续操作控制物料使之进入中储罐，并间断的用蒸汽加压输送至制片工序的成品贮罐。

单效冷凝水预热器的换热热源为单效蒸发器的冷凝水，单效蒸发器的热源为锅炉饱合蒸汽，蒸汽的压力为0.45MPa，温度为155℃；单效蒸发器采用强制外管降液循环蒸发方式，其蒸发产生的二次蒸汽进入直接冷凝器，用循环冷却水直接冷凝。

5.冷凝水回收利用部分：

(1)生蒸汽冷凝水：生蒸汽冷凝水产自三个部分，分别为预蒸发器、一效蒸发器、单效蒸发器的加热室，温度高于140℃。预蒸发器和一效蒸发器产生的冷凝水并联进入一效预热器做为换热热源，冷凝水靠压力调节直接进入锅炉房再利用。单效蒸发器产生的冷凝水进入单效冷凝水预热器做为热源，利用其热能后的冷凝水靠压力调节进入锅炉房再利用。

(2)二次蒸汽冷凝水：

①预分离器和一效蒸发器产生的二次蒸汽进入二效蒸发器，冷凝后并靠各效间的压力差进入三效蒸发器换热；

②二效蒸发器产生冷凝水进入三效蒸发器闪蒸，与三效蒸发器的冷凝水混合进入三效预热器，换热后依靠效间的压差进入四效蒸发器再利用；

③三效蒸发器产生的二次蒸汽进入四效蒸发器冷凝，其产生的冷凝水与来自于三效预热器的冷凝水混合后进入冷凝水罐备用；

④乏汽预热器的冷凝水进入冷凝水罐，和四效冷凝水混合后，由冷凝水泵输送至化合工序的热水罐再利用。

来自各个部分的二次蒸汽的冷凝水以及各效蒸发器进入下效冷凝水混合，冷凝水的流量逐渐增大，中间流量的操作采用孔板流量计进行控制。

6.冷却水部分

本部分的作用是提供蒸发系统中的真空及余热利用。单效蒸发器产生的乏汽以及乏汽预热器未利用完的乏汽需用水、汽直接混合的方式进行冷凝，以获得蒸发器分离室内的真空，并利用乏汽的汽化潜热预热含硫化钠原料液和稀碱水。

稀碱水贮存于板框液罐，自然连续的放入自吸罐，由两组循环水泵输送至四效和单效的直接冷凝器，与来自于乏汽预热器热利用后的乏汽和单效蒸发器产生的二次蒸汽直接混合冷凝，自然流入水封槽，同时稀碱水吸收乏汽的潜热，温度上升至55～60℃，用回水泵将升温后的稀碱水分别输送至稀碱液罐和凉水塔，经稀碱水在稀碱液罐中贮存后，由稀碱液泵输送至粗浸取和化硝工段的废水罐，同时也用于本工段内设备的反洗，送入凉水塔的稀碱液冷却后再循环使用。

水、汽混合于直接冷凝器中使之产生真空，直接带动四效蒸发器和单效蒸发器产生真空度，并在直接冷凝器上部连接水环真空泵，以抽取聚集的不凝性气体，保证冷凝器中的绝对真空度。

7.溶液净化与固形物分离部分

来自于化合工序经初步澄清的硫化钠原碱水，由于沉淀结晶处于介稳区状态，含有Ba²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Sr²⁺，

离子，因其聚集态的胶体颗粒，当溶液加热时就会破坏其平衡条件产生凝聚反应，生成微小颗粒固形物并逐步长大成固体沉淀附着物，而随溶液浓度的增加，包括Ba²⁺，Sr⁺沉淀物和Na₂SO₄盐类也会减小在溶液中的溶解度以致盐析出来生成晶体沉淀物；同时在加热过程中在传热界面上形成垢体，阻止或减小热量的有效传递，这些物质都需从溶液中去除以使溶液达到净化；

在本工艺过程中杂质沉淀物的去除点有以下几个：

①预蒸发器----两个，交替使用，结垢交替清除；

②澄清桶----两个，其底部会产生固体沉淀物，采用冲洗的方法清除污垢；

③砂滤罐----由砂滤罐过滤下的污垢，通过过滤反洗排除；

④中间成品罐---中间成品罐的底部会产生固体沉淀盐析，通过冲洗的方法排污；

⑤一至四效蒸发器的加热管内结垢，需定期机械清理。

上述的预蒸发器和四效蒸发加热室的列管产生垢体需定期机械清理，其它的需周期性冲洗，设备的反洗水利用稀碱液罐中的稀碱液，设备清洗后的清洗水需收集于地下收集罐中，经澄清、沉淀分离后，上清液用液下泵输送至集液罐和化硝板框，滤饼滤渣混合弃去。

Claims (5)

1、一种硫化碱蒸发浓缩系统，包括预热器、多效蒸发器、中间成品罐、单效冷凝水预热器、单效蒸发器、中储罐及成品贮罐，其特征在于：在预热器和多效蒸发器之间设置预蒸发装置，预蒸发装置由一个预分离器和至少两个交替使用的预蒸发器组成，预蒸发器和预分离器分别循环连通，预蒸发器与一次高压蒸汽连通。

2、根据权利要求1所述的硫化碱蒸发浓缩系统，其特征在于所述预蒸发装置和多效蒸发器之间还连接有澄清桶、与澄清桶连接的砂滤罐、与砂滤罐连接的滤液储罐。

3、根据权利要求2所述的硫化碱蒸发浓缩系统，其特征在于所述预蒸发装置与澄清桶之间连接一原液换热器以及一个原液闪蒸罐；原液换热器的另一部分与滤液储罐及多效蒸发器连通。

4、根据权利要求1所述的硫化碱蒸发浓缩系统，其特征在于利用本系统的硫化碱蒸发浓缩方法为：原料液经过预热器预热后进入由预分离器和预蒸发器组成的预蒸发装置，然后再进入多效蒸发器进行蒸发，多效蒸发后进入中间成品罐进行盐析澄清，再经过单效冷凝水预热器预热后进入单效蒸发器进行单效蒸发，形成下道工序所需浓度的产品进入中储罐及下道工序的成品贮罐。

5、根据权利要求3所述的硫化碱蒸发浓缩系统，其特征在于利用本系统的硫化碱蒸发浓缩方法为：原料液经过预热器预热后进入由预分离器和预蒸发器组成的预蒸发装置进行预蒸发并使之结垢，经过预分离和预蒸发的高温原料液进入原料液预热器与经过沉淀、过滤、澄清的低温原料液进行换热；由原液换热器出来的原料液进入原液闪蒸罐后进行一次闪蒸；再进入澄清桶进行沉淀、再进入砂滤罐进行过滤、再进入滤液储罐澄清储存；滤液储罐中的低温原料液经过原液换热器与高温的原料液进行换热后，再进入多效蒸发器进行蒸发；多效蒸发后进入中间成品罐进行盐析澄清，再经过单效冷凝水预热器预热后进入单效蒸发器进行单效蒸发，形成下道工序所需浓度的产品进入中储罐及下道工序的成品贮罐。

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