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[摘 要]高锰酸钾生产中，蒸发器浓缩生产氢氧化钾存在着蒸汽利用率低、真空度不稳定、跑碱频繁、三钾分离效果不好、回收晶体质量差等问题，经过查找原因，采取措施解决了难题，最终提高了生产效率，优化了蒸发工艺。
[关键词]锰酸钾 氢氧化钾 碳酸钾 三钾分离
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0017-01
建水某高锰酸钾厂，1997年7月投产，原设计生产能力为年产高锰酸钾3000吨，技改后年生产能力达3700吨。高锰酸钾生产是连续式生产、工艺复杂、流程长、各工序环环相扣，生产装置要求高。随着原料市场上二氧化锰粉品位的下降反应活性越来越差，硅、铝、铁等杂质不断增高；所以对另外一个原料液碱的质量要求更高。提高液碱的质量一直是各生产厂家追求的目标；而液碱的浓缩提纯生产要在蒸发工序实现。为了解决蒸发系统效率低下、真空不稳定、跑碱频繁、三钾分离效果不好、且分离后的晶体质量差这些制约生产瓶颈问题，该厂组织技术人员攻关，通过对同行的考察和本厂操作工生产经验的探讨，研究论证后找到了原因，并及时采取有效措施，经过整改效果显著。
一、蒸发生产状况
1、蒸发生产原理
蒸发是利用加热的方法，使稀溶液中的溶剂在沸腾状态下部分汽化并将其移除的一种单元操作。被处理的料液通常是由不挥发的溶质和具挥发性的溶剂所组成，故蒸发亦是溶剂与溶质的分离过程，但过程的速率，即溶剂的汽化速率完全取决于传热，所以蒸发属于传热过程。
化工生产中进行蒸发操作的目的：
a.获得浓缩的溶液作为产品或半成品，以利于储运或加工利用；
b.借蒸发以脱除溶剂，作为结晶等操作的前道工序；
c.脱除溶剂中的杂质，制取较纯的溶剂组分。
高锰酸钾流程中蒸发是利用K2MnO4、KOH、K2CO3在溶液中的溶解度互不相同的性质，将电解后液和苛化液蒸发浓缩至不同的浓度析出结晶，以实现K2MnO4、K2CO3、KOH依次有效分离，最终把分离得到的碳酸钾进行苛化除杂回收氢氧化钾、把锰酸钾晶体重新溶解返回到电解工序，而浓缩后的高浓度液碱（KOH）回用氧化工序作原料。
2、蒸发生产装置
高锰酸钾厂使用的是加热管外沸腾的自然循环型列文蒸发器，某厂蒸发工序有3台35m2 负压（真空）蒸发器，一台90m2正压蒸发器，这种蒸发器的主要缺点是液柱静压头效应引起的温度差损失较大，为了保持一定的有效温度差要求加热蒸汽有较高的压力。此外，设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房等。现今随着工艺的改造产量超过原设计20%，相应的送到蒸发工序处理浓缩的电解后液和苛化液数量也增大了20%以上，这给蒸发设备生产造成很大压力，导致蒸发器加热室磨损大使用周期缩短，由原来的4个月缩短到50天，而更换加热室需要2-3天，既影响生产成本又缩短蒸发器的工作时间，提供给氧化工序的液碱质量大幅下降，且原设计存在一些技术缺陷，致使蒸发效率低下，整个生产线物料和能量得不到平衡发展，难以满足生产需要。
二、蒸发效率低的原因分析。
1、负压效蒸发室高度原设计不合理，导致生产中频繁跑碱。
2、伞顶除沫器易积晶体，回流管易堵塞，导致真空低、跑堿。
3、挡液板面积小且易脱落，沸腾起来的液挡不住而造成跑碱逸出。
4、出效时由于真空阀关不死，导致其它效真空低而跑碱。
5、各项工艺参数指标搭配欠妥，使蒸发浓缩处理量增大。
6、制造真空的循环水温度高，真空低，结晶沸点高，能耗大。
7、进入蒸发器的溶液温度低，加热时间长，能耗大。
8、锅炉蒸汽温度不稳定，蒸发用汽量供需不平衡。
9、加热室蒸汽冷凝后排出不畅，影响蒸汽通过管壁与液体间传热。
通过多年的生产经验和查阅相关行业资料，只要解决上述导致蒸发效率低的问题，可以提高20-30%的蒸发效率。
三、采取的措施
（一）、优化蒸发器结构，提高设备使用率。
1、三台负压蒸发室在原来的1.25m高的基础上加高1.5m后达到最高有效高度，加长沸腾行程，减少跑碱。
2、加大加固挡液板，增大汽液分离，减少液体飞扬至伞顶造成结晶。
3、改进真空阀气密性，因真空度的大小直接关系到蒸发温差的变化，而影响蒸发能力。
4、增设结晶器，收集析出晶体，可加快循环速度，提高传热能力，减少晶体对管壁磨损。
5、把管径为80mm的一根回流管改成管径100mm的两根，以增大回流量，减少管道阻塞，避免跑碱。
6、在循环水池增装一个伞顶式自然冷却器，用于降低循环水温，便于二次汽冷凝，增大真空度。
7、把正压蒸发器产生的二次蒸汽用于电解母液的预热，以提高入效液温度，充分利用余热。
8、改造加热室疏水阀结构，使蒸汽冷凝水顺畅排出。
（二）、调整工艺参数，优化工艺控制条件。
1、把真空度控制在-0.3MPa至-0.45MPa， 因真空可降低料液沸点。真空过低易跑碱，过高会增大液体粘度、减小传热系数，一般稳定在上限值。
2、控制出效浓度，中间液41～43波美度、液碱50～53波美度，因浓度高时，料液循环速度慢，传热条件差；浓度低时，泡沫多，阻碍汽液分离，蒸发效率提不高。
3、控制入效液温度，母液80℃以下，中间液40℃以下，因温度高入效后晶体多，对效体及加热管磨损大。
4、为减少蒸发液处理量，电解入槽液锰酸钾上调至130～140g/l，苛化液KOH浓度上调至130～150g/l。
5、入效蒸汽压力控制在0.4～0.6 MPa，为了保证料液有较高的循环速度，需要有较大的传热温度差，要有压力较高的蒸汽，所以压力尽量稳定在上限值。
6、控制蒸发器液位高度，基本保持在视镜2-3块间。加料频次增多，蒸发液温差的变化不大，减小液面静柱压力，降低蒸发沸点。
7、把正压蒸发器浓缩后的33～35波美的溶液放出装入储桶自然闪蒸浓缩，以备负压蒸发器使用，保证了入效浓度和温度的均衡，二是可减少晶体进入效体阻碍循环、磨损加热室管壁。
四、采取措施后的效果
1、蒸发器不易再跑碱，伞顶不再堆积晶体，回流管不再堵塞，只有在操作不当时少量跑碱，不再因为关汽处理跑碱而延长蒸发时间；真空阀改进后，密封较好，出效时不再影响其它效体真空下降。
2、加结晶器后，晶体容易收集，液体循环加快，因晶体大量从液固分离器排放，减少了对加热室管壁的冲击磨擦，延长了加热室使用寿命；减少效体结垢，出效时不易阻塞，节约出效时间。
3、分离晶体质量大大提高，锰酸钾晶体主含量由原来的45-50%上升至65-70%之间，碳酸钾晶体主含量由原来的55-60%上升至70-75%之间。
4、液碱质量明显提高，氢氧化钾由原来的615g/l上升至680g/l之间，碳酸钾由原来的120-130g/l下降至80-90g/l之间；且随时有40-50m3的液碱储存量，送到平炉喷料的都是合格的冷碱。
5、蒸汽冷凝水排出顺畅蒸发热效率和处理能力大大提高，每天已能蒸完140-150m3液，还可停下来维护保养锅炉。
6、随着蒸发效率的提高，夜班蒸发工序经常提前完成工作量停机，设备从而得到维保，同时节约了大量煤耗取得可观经济效益。
结语：
从技术攻关后的蒸发数据来看，蒸发效率提高了33%左右，远远超出预期，由于蒸发时间缩短，出效频次增多，保证了氧化高质量液碱的正常供给，上下工序流程畅通， 为其它工序生产创造有利条件，蒸发效率大大提高已达到同行较好水平。
参考文献
[1] 《锰冶金学》《职业技能培训教材（无机反应工）》《化工机械设备基础》《无机化工工艺学》
[2] 《高锰酸钾生产基础知识》。
[关键词]锰酸钾 氢氧化钾 碳酸钾 三钾分离
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0017-01
建水某高锰酸钾厂，1997年7月投产，原设计生产能力为年产高锰酸钾3000吨，技改后年生产能力达3700吨。高锰酸钾生产是连续式生产、工艺复杂、流程长、各工序环环相扣，生产装置要求高。随着原料市场上二氧化锰粉品位的下降反应活性越来越差，硅、铝、铁等杂质不断增高；所以对另外一个原料液碱的质量要求更高。提高液碱的质量一直是各生产厂家追求的目标；而液碱的浓缩提纯生产要在蒸发工序实现。为了解决蒸发系统效率低下、真空不稳定、跑碱频繁、三钾分离效果不好、且分离后的晶体质量差这些制约生产瓶颈问题，该厂组织技术人员攻关，通过对同行的考察和本厂操作工生产经验的探讨，研究论证后找到了原因，并及时采取有效措施，经过整改效果显著。
一、蒸发生产状况
1、蒸发生产原理
蒸发是利用加热的方法，使稀溶液中的溶剂在沸腾状态下部分汽化并将其移除的一种单元操作。被处理的料液通常是由不挥发的溶质和具挥发性的溶剂所组成，故蒸发亦是溶剂与溶质的分离过程，但过程的速率，即溶剂的汽化速率完全取决于传热，所以蒸发属于传热过程。
化工生产中进行蒸发操作的目的：
a.获得浓缩的溶液作为产品或半成品，以利于储运或加工利用；
b.借蒸发以脱除溶剂，作为结晶等操作的前道工序；
c.脱除溶剂中的杂质，制取较纯的溶剂组分。
高锰酸钾流程中蒸发是利用K2MnO4、KOH、K2CO3在溶液中的溶解度互不相同的性质，将电解后液和苛化液蒸发浓缩至不同的浓度析出结晶，以实现K2MnO4、K2CO3、KOH依次有效分离，最终把分离得到的碳酸钾进行苛化除杂回收氢氧化钾、把锰酸钾晶体重新溶解返回到电解工序，而浓缩后的高浓度液碱（KOH）回用氧化工序作原料。
2、蒸发生产装置
高锰酸钾厂使用的是加热管外沸腾的自然循环型列文蒸发器，某厂蒸发工序有3台35m2 负压（真空）蒸发器，一台90m2正压蒸发器，这种蒸发器的主要缺点是液柱静压头效应引起的温度差损失较大，为了保持一定的有效温度差要求加热蒸汽有较高的压力。此外，设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房等。现今随着工艺的改造产量超过原设计20%，相应的送到蒸发工序处理浓缩的电解后液和苛化液数量也增大了20%以上，这给蒸发设备生产造成很大压力，导致蒸发器加热室磨损大使用周期缩短，由原来的4个月缩短到50天，而更换加热室需要2-3天，既影响生产成本又缩短蒸发器的工作时间，提供给氧化工序的液碱质量大幅下降，且原设计存在一些技术缺陷，致使蒸发效率低下，整个生产线物料和能量得不到平衡发展，难以满足生产需要。
二、蒸发效率低的原因分析。
1、负压效蒸发室高度原设计不合理，导致生产中频繁跑碱。
2、伞顶除沫器易积晶体，回流管易堵塞，导致真空低、跑堿。
3、挡液板面积小且易脱落，沸腾起来的液挡不住而造成跑碱逸出。
4、出效时由于真空阀关不死，导致其它效真空低而跑碱。
5、各项工艺参数指标搭配欠妥，使蒸发浓缩处理量增大。
6、制造真空的循环水温度高，真空低，结晶沸点高，能耗大。
7、进入蒸发器的溶液温度低，加热时间长，能耗大。
8、锅炉蒸汽温度不稳定，蒸发用汽量供需不平衡。
9、加热室蒸汽冷凝后排出不畅，影响蒸汽通过管壁与液体间传热。
通过多年的生产经验和查阅相关行业资料，只要解决上述导致蒸发效率低的问题，可以提高20-30%的蒸发效率。
三、采取的措施
（一）、优化蒸发器结构，提高设备使用率。
1、三台负压蒸发室在原来的1.25m高的基础上加高1.5m后达到最高有效高度，加长沸腾行程，减少跑碱。
2、加大加固挡液板，增大汽液分离，减少液体飞扬至伞顶造成结晶。
3、改进真空阀气密性，因真空度的大小直接关系到蒸发温差的变化，而影响蒸发能力。
4、增设结晶器，收集析出晶体，可加快循环速度，提高传热能力，减少晶体对管壁磨损。
5、把管径为80mm的一根回流管改成管径100mm的两根，以增大回流量，减少管道阻塞，避免跑碱。
6、在循环水池增装一个伞顶式自然冷却器，用于降低循环水温，便于二次汽冷凝，增大真空度。
7、把正压蒸发器产生的二次蒸汽用于电解母液的预热，以提高入效液温度，充分利用余热。
8、改造加热室疏水阀结构，使蒸汽冷凝水顺畅排出。
（二）、调整工艺参数，优化工艺控制条件。
1、把真空度控制在-0.3MPa至-0.45MPa， 因真空可降低料液沸点。真空过低易跑碱，过高会增大液体粘度、减小传热系数，一般稳定在上限值。
2、控制出效浓度，中间液41～43波美度、液碱50～53波美度，因浓度高时，料液循环速度慢，传热条件差；浓度低时，泡沫多，阻碍汽液分离，蒸发效率提不高。
3、控制入效液温度，母液80℃以下，中间液40℃以下，因温度高入效后晶体多，对效体及加热管磨损大。
4、为减少蒸发液处理量，电解入槽液锰酸钾上调至130～140g/l，苛化液KOH浓度上调至130～150g/l。
5、入效蒸汽压力控制在0.4～0.6 MPa，为了保证料液有较高的循环速度，需要有较大的传热温度差，要有压力较高的蒸汽，所以压力尽量稳定在上限值。
6、控制蒸发器液位高度，基本保持在视镜2-3块间。加料频次增多，蒸发液温差的变化不大，减小液面静柱压力，降低蒸发沸点。
7、把正压蒸发器浓缩后的33～35波美的溶液放出装入储桶自然闪蒸浓缩，以备负压蒸发器使用，保证了入效浓度和温度的均衡，二是可减少晶体进入效体阻碍循环、磨损加热室管壁。
四、采取措施后的效果
1、蒸发器不易再跑碱，伞顶不再堆积晶体，回流管不再堵塞，只有在操作不当时少量跑碱，不再因为关汽处理跑碱而延长蒸发时间；真空阀改进后，密封较好，出效时不再影响其它效体真空下降。
2、加结晶器后，晶体容易收集，液体循环加快，因晶体大量从液固分离器排放，减少了对加热室管壁的冲击磨擦，延长了加热室使用寿命；减少效体结垢，出效时不易阻塞，节约出效时间。
3、分离晶体质量大大提高，锰酸钾晶体主含量由原来的45-50%上升至65-70%之间，碳酸钾晶体主含量由原来的55-60%上升至70-75%之间。
4、液碱质量明显提高，氢氧化钾由原来的615g/l上升至680g/l之间，碳酸钾由原来的120-130g/l下降至80-90g/l之间；且随时有40-50m3的液碱储存量，送到平炉喷料的都是合格的冷碱。
5、蒸汽冷凝水排出顺畅蒸发热效率和处理能力大大提高，每天已能蒸完140-150m3液，还可停下来维护保养锅炉。
6、随着蒸发效率的提高，夜班蒸发工序经常提前完成工作量停机，设备从而得到维保，同时节约了大量煤耗取得可观经济效益。
结语：
从技术攻关后的蒸发数据来看，蒸发效率提高了33%左右，远远超出预期，由于蒸发时间缩短，出效频次增多，保证了氧化高质量液碱的正常供给，上下工序流程畅通， 为其它工序生产创造有利条件，蒸发效率大大提高已达到同行较好水平。
参考文献
[1] 《锰冶金学》《职业技能培训教材（无机反应工）》《化工机械设备基础》《无机化工工艺学》
[2] 《高锰酸钾生产基础知识》。