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摘 要：机械压缩热泵蒸发技术应用于离子膜烧碱淡盐水的浓缩，改变传统盐水精制工艺， 使离子膜烧碱的盐水工艺更趋合理。
关键词：热泵；烧碱；工艺；优化；研究
离子膜烧碱生产一般采用固体工业盐或者卤水， 一次盐水制备普遍采用饱和、预处理、膜过滤工艺， 由于离子膜电解氯化钠反应率只有50%， 电解产生的淡盐水和烧碱装置的废水混合后重新用固体工业盐或者输送盐矿饱和精制返回电解槽循环， 这种工艺路线技术上存在不合理性： 1 高品质的淡盐水重新用低质量的固体盐饱和再精制， 技术上是不合理的； 2 这种工艺使淡盐水在一次盐水装置或者盐矿无为的循环， 降低了一次盐水装置或者盐井有效生产能力， 运行存在不经济性。若采用机械压缩热泵蒸发技术浓缩淡盐水， 淡盐水不进入盐井或者一次盐水装置， 单独浓缩返回二次精制进入电解槽， 理论上可提高一次盐水装置和盐井生产能力50%。
一、机械压缩热泵蒸发技术介绍
传统蒸发采用多效蒸汽蒸发技术，虽然多效蒸发可以依靠增加效数来提高蒸汽的利用率，但是蒸发效数的增加会加大投资并使装置越来越庞大，最重要的是无论怎么增加效数，末效产生的二次蒸汽潜热总会损失，并且还需要大量的循环水冷却。机械压缩热泵蒸发技术便应运而生，压缩机可以把蒸发产生的二次蒸汽再压缩，提高蒸汽压力和温度，然后回到蒸发器再利用， 蒸汽的潜热没有损失。机械压缩热泵蒸发的能量利用效率是单效蒸发的27倍， 四效蒸发的7倍。
机械压缩式热泵（简称MVR）技术1917年由瑞士Sulzer-EscherWyssLtd发明的， 奥地利Reichenhall的MVR设备安装于1925年。目前， 发达国家机械压缩热泵技术已经非常成熟， 主要应用于食品、医药、污水治理等行业。国内自贡张家坝化工厂于1989年引进一套MVR制盐装置。
热泵蒸发根据热泵工作原理，由以下部分组成：
1. 蒸发系统： 由蒸发罐及加热室、循环泵等组成， 蒸发器是装置的核心设备， 淡盐水的浓缩在蒸发器完成。
2. 二次蒸汽洗涤系统： 二次蒸汽会夹带料液， 对压缩机叶轮造成巨大的冲击、腐蚀、结垢。二次蒸汽在进入压缩机前设置蒸汽洗涤塔和除雾器完全除去蒸汽夹带的盐雾及水雾。
3. 蒸汽压缩系统： 在热泵蒸发工艺中压缩机通常采用开放式离心式压缩机， 压缩机是装置的关键设备。
4. 压缩蒸汽过热度消除系统： 二次蒸汽为压缩机所吸入， 经压缩机绝热压缩后， 二次蒸汽的温度及压力均提高， 压缩后蒸汽呈过热状态。为减少过热度对蒸发传热的不利影响， 需增设过热度消除器。
5. 生蒸汽系统： 热泵蒸发系统运行初期需要投入蒸汽建立蒸汽循环， 以及为保障蒸发系统的热平衡不被破坏， 需要设立生蒸汽系统。
二、机械压缩热泵浓缩淡盐水工艺叙述
由于传统多效蒸发浓缩能耗高， 在离子膜烧碱淡盐水浓缩的应用不具有经济性， 因此采用多效蒸发淡盐水装置并不多。但是机械压缩热泵技术应用于离子膜装置淡盐水的浓缩， 工艺简单， 基本不消耗蒸汽， 具有极大的经济性， 从而采用机械压缩热泵技术用于淡盐水的浓缩， 改变离子膜烧碱盐水工艺， 使离子膜烧碱生产的工艺更趋合理， 成为可能。
机械压缩热泵技术用于离子膜烧碱淡盐水蒸发浓缩，盐水蒸发浓缩工艺流程简述如下：
离子膜电解脱氯淡盐水进入热泵蒸发装置， 首先与洗涤塔洗涤液和蒸汽冷凝液换热， 然后进入蒸发器蒸发浓缩， 盐水浓度由205g/l提高到305g/l，由输送泵加压和进入系统的淡盐水换热冷却后进入一次盐水储槽， 返回二次盐水和电解工序。
三、机械压缩热泵淡盐水浓缩技术对离子膜烧碱工艺的优化
对于离子膜烧碱的生产， 传统盐水工艺基本为： 电解槽未反应的阳极液经脱氯（其中一部分脱硝处理）和烧碱装置产生的废液、废水混合进入化盐水储槽，进入化盐池或者返回盐矿饱和，经一次盐水装置精制制得一次盐水，一次盐水经二次精制后进入离子膜电解槽进行电化学反应产生烧碱、氯气和氢气，未反应的阳极液经脱氯返回一次盐水装置。
引人热泵蒸发浓缩技术，改变烧碱盐水工艺为：电解槽未反应的阳极液经脱氯后一部分脱硝处理和烧碱装置产生的废液、废水混合进入化盐水储槽，进入化盐池或者返回盐矿饱和，经一次盐水装置精制制得一次盐水，一次盐水经二次精制后进入离子膜电解槽进行电化学反应产生烧碱、氯气和氢气，未反应的阳极液进行脱氯处理，脱氯后大部分淡盐水进入机械热泵蒸发浓缩装置对淡盐水挺浓达到工艺要求的浓度，进入一次盐水储槽和一次盐水装置产生的一次盐水混合进行二次精制后进入电解槽反应。
对于扩产烧碱生产能力的企业， 可采用机械压缩热泵浓缩淡盐水技术， 不用对原有的一次盐水装置改造， 只需增加淡盐水浓缩装置即可使有效一次盐水能力提高1倍。特别是拥有地下岩盐的氯碱企业， 不用花费巨大的投资对盐井和输卤管道进行扩产改造， 由于电解槽淡盐水不再返井， 避免了淡盐水返井循环造成盐井实际产卤能力的降低， 可使盐井实际产卤能力提高近1倍。
四、机械压缩热泵蒸发和传统多效蒸发的比较
1. 传统蒸发为提高生蒸汽的利用效率一般采用三效蒸发甚至四效、五效流程， 工艺复杂， 机械压缩热泵蒸发技术只采用单效蒸发器， 工艺简单， 流程短。
2. 设备数量少， 体积小， 装置占地面积小。
3. 蒸汽消耗低， 所耗生蒸汽主要用于开车和生产负荷变动时的需要， 蒸发1吨水所耗生蒸汽低于0.04吨， 远低于传统多效蒸发的汽耗0.24吨（五效蒸发）。
4. 机械压缩蒸发耗生蒸汽很少， 不需要配套建设大容量蒸汽锅炉， 减少建设锅炉投资。
5. 机械压缩蒸发不需要消耗大量循环冷却水， 减少了循环冷却水设施的建设和投资。
6. 运行成本低， 蒸发1吨水所耗动力电可低于46度。
五、结论
机械压缩热泵技术是一种先进的节能技术， 工艺简单， 运行成本低。机械压缩热泵浓缩淡盐水技术在烧碱生产的应用， 可以优化烧碱盐水的工艺， 是对烧碱盐水工艺的重大改进， 特别是对改扩建烧碱装置和采用车辆船舶运输卤水的企业具有更大的现实意义。
关键词：热泵；烧碱；工艺；优化；研究
离子膜烧碱生产一般采用固体工业盐或者卤水， 一次盐水制备普遍采用饱和、预处理、膜过滤工艺， 由于离子膜电解氯化钠反应率只有50%， 电解产生的淡盐水和烧碱装置的废水混合后重新用固体工业盐或者输送盐矿饱和精制返回电解槽循环， 这种工艺路线技术上存在不合理性： 1 高品质的淡盐水重新用低质量的固体盐饱和再精制， 技术上是不合理的； 2 这种工艺使淡盐水在一次盐水装置或者盐矿无为的循环， 降低了一次盐水装置或者盐井有效生产能力， 运行存在不经济性。若采用机械压缩热泵蒸发技术浓缩淡盐水， 淡盐水不进入盐井或者一次盐水装置， 单独浓缩返回二次精制进入电解槽， 理论上可提高一次盐水装置和盐井生产能力50%。
一、机械压缩热泵蒸发技术介绍
传统蒸发采用多效蒸汽蒸发技术，虽然多效蒸发可以依靠增加效数来提高蒸汽的利用率，但是蒸发效数的增加会加大投资并使装置越来越庞大，最重要的是无论怎么增加效数，末效产生的二次蒸汽潜热总会损失，并且还需要大量的循环水冷却。机械压缩热泵蒸发技术便应运而生，压缩机可以把蒸发产生的二次蒸汽再压缩，提高蒸汽压力和温度，然后回到蒸发器再利用， 蒸汽的潜热没有损失。机械压缩热泵蒸发的能量利用效率是单效蒸发的27倍， 四效蒸发的7倍。
机械压缩式热泵（简称MVR）技术1917年由瑞士Sulzer-EscherWyssLtd发明的， 奥地利Reichenhall的MVR设备安装于1925年。目前， 发达国家机械压缩热泵技术已经非常成熟， 主要应用于食品、医药、污水治理等行业。国内自贡张家坝化工厂于1989年引进一套MVR制盐装置。
热泵蒸发根据热泵工作原理，由以下部分组成：
1. 蒸发系统： 由蒸发罐及加热室、循环泵等组成， 蒸发器是装置的核心设备， 淡盐水的浓缩在蒸发器完成。
2. 二次蒸汽洗涤系统： 二次蒸汽会夹带料液， 对压缩机叶轮造成巨大的冲击、腐蚀、结垢。二次蒸汽在进入压缩机前设置蒸汽洗涤塔和除雾器完全除去蒸汽夹带的盐雾及水雾。
3. 蒸汽压缩系统： 在热泵蒸发工艺中压缩机通常采用开放式离心式压缩机， 压缩机是装置的关键设备。
4. 压缩蒸汽过热度消除系统： 二次蒸汽为压缩机所吸入， 经压缩机绝热压缩后， 二次蒸汽的温度及压力均提高， 压缩后蒸汽呈过热状态。为减少过热度对蒸发传热的不利影响， 需增设过热度消除器。
5. 生蒸汽系统： 热泵蒸发系统运行初期需要投入蒸汽建立蒸汽循环， 以及为保障蒸发系统的热平衡不被破坏， 需要设立生蒸汽系统。
二、机械压缩热泵浓缩淡盐水工艺叙述
由于传统多效蒸发浓缩能耗高， 在离子膜烧碱淡盐水浓缩的应用不具有经济性， 因此采用多效蒸发淡盐水装置并不多。但是机械压缩热泵技术应用于离子膜装置淡盐水的浓缩， 工艺简单， 基本不消耗蒸汽， 具有极大的经济性， 从而采用机械压缩热泵技术用于淡盐水的浓缩， 改变离子膜烧碱盐水工艺， 使离子膜烧碱生产的工艺更趋合理， 成为可能。
机械压缩热泵技术用于离子膜烧碱淡盐水蒸发浓缩，盐水蒸发浓缩工艺流程简述如下：
离子膜电解脱氯淡盐水进入热泵蒸发装置， 首先与洗涤塔洗涤液和蒸汽冷凝液换热， 然后进入蒸发器蒸发浓缩， 盐水浓度由205g/l提高到305g/l，由输送泵加压和进入系统的淡盐水换热冷却后进入一次盐水储槽， 返回二次盐水和电解工序。
三、机械压缩热泵淡盐水浓缩技术对离子膜烧碱工艺的优化
对于离子膜烧碱的生产， 传统盐水工艺基本为： 电解槽未反应的阳极液经脱氯（其中一部分脱硝处理）和烧碱装置产生的废液、废水混合进入化盐水储槽，进入化盐池或者返回盐矿饱和，经一次盐水装置精制制得一次盐水，一次盐水经二次精制后进入离子膜电解槽进行电化学反应产生烧碱、氯气和氢气，未反应的阳极液经脱氯返回一次盐水装置。
引人热泵蒸发浓缩技术，改变烧碱盐水工艺为：电解槽未反应的阳极液经脱氯后一部分脱硝处理和烧碱装置产生的废液、废水混合进入化盐水储槽，进入化盐池或者返回盐矿饱和，经一次盐水装置精制制得一次盐水，一次盐水经二次精制后进入离子膜电解槽进行电化学反应产生烧碱、氯气和氢气，未反应的阳极液进行脱氯处理，脱氯后大部分淡盐水进入机械热泵蒸发浓缩装置对淡盐水挺浓达到工艺要求的浓度，进入一次盐水储槽和一次盐水装置产生的一次盐水混合进行二次精制后进入电解槽反应。
对于扩产烧碱生产能力的企业， 可采用机械压缩热泵浓缩淡盐水技术， 不用对原有的一次盐水装置改造， 只需增加淡盐水浓缩装置即可使有效一次盐水能力提高1倍。特别是拥有地下岩盐的氯碱企业， 不用花费巨大的投资对盐井和输卤管道进行扩产改造， 由于电解槽淡盐水不再返井， 避免了淡盐水返井循环造成盐井实际产卤能力的降低， 可使盐井实际产卤能力提高近1倍。
四、机械压缩热泵蒸发和传统多效蒸发的比较
1. 传统蒸发为提高生蒸汽的利用效率一般采用三效蒸发甚至四效、五效流程， 工艺复杂， 机械压缩热泵蒸发技术只采用单效蒸发器， 工艺简单， 流程短。
2. 设备数量少， 体积小， 装置占地面积小。
3. 蒸汽消耗低， 所耗生蒸汽主要用于开车和生产负荷变动时的需要， 蒸发1吨水所耗生蒸汽低于0.04吨， 远低于传统多效蒸发的汽耗0.24吨（五效蒸发）。
4. 机械压缩蒸发耗生蒸汽很少， 不需要配套建设大容量蒸汽锅炉， 减少建设锅炉投资。
5. 机械压缩蒸发不需要消耗大量循环冷却水， 减少了循环冷却水设施的建设和投资。
6. 运行成本低， 蒸发1吨水所耗动力电可低于46度。
五、结论
机械压缩热泵技术是一种先进的节能技术， 工艺简单， 运行成本低。机械压缩热泵浓缩淡盐水技术在烧碱生产的应用， 可以优化烧碱盐水的工艺， 是对烧碱盐水工艺的重大改进， 特别是对改扩建烧碱装置和采用车辆船舶运输卤水的企业具有更大的现实意义。