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摘 要:离子膜法制取烧碱以其节能,高效的特点,被看做是制碱行业的一次技术革命,快速取代了其他制碱方法,如水银法和隔膜法。本文将通过阐述离子膜法的工业流程,着重分析设备运行中可能出现的故障和危害,并提出防止和改进措施。
关键词:离子膜制碱法
中图分类号:TQ114 文献标识码:Ａ 文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0068-01
离子膜制碱法是一个复杂的工艺过程,涉及很多的制作阶段和大型的工业设备,也涉及一些危险地化学品,为保证工业过程的安全,以及提高经济效益,首先需要对整个工业流程有清晰的了解,找出关键过程和高危阶段。
1 离子膜制碱水工艺的主要流程
1.1 制盐水阶段
高纯净度的盐水是主要的原材料之一。为提高盐水的纯度,大致分为化盐和提纯两个过程。化盐过程主要是澄清粗饱和盐水,用到的工具为拆流槽和澄清桶。提纯过程首先是用板框过滤器过滤盐水中的悬浮物和助滤剂;接着将通过离子交换树脂塔除去盐水中的杂质离子,如钙离子,镁离子等。
1.2 电解制碱阶段
将高处度盐水导入电解槽电解。这个过程将产生碱液以及其它几种气体,包括氯气和氢气。同时,由于不会将所有盐全部电解,将产生淡盐水。所以电解制碱阶段实际上可以分为电解阶段,处理淡盐水阶段,氯气处理阶段,氢气处理阶段和尾气处理。淡盐水处理主要指通过脱氯塔和辅助药剂除去盐水中的氯气,并将淡盐水返回化盐阶段化盐;氯气处理主要指将湿氯气干燥后,以气体或液体的形式送往下游用户,这其中用到的工业设备主要包括水洗冷却塔,钛冷却器,填料器和泡罩器;用到的其它工业原料主要有浓硫酸。氢气处理主要指通过水洗冷却塔将氢气冷却后送往下游用户或者高点排空。尾气处理指处理在此过程中产生的有害气体,保证排空气体不含有氯气。
1.3 制碱阶段
制碱阶段主要指将碱液提纯以及制造干碱。这个过程中主要用到的设备为预热器,蒸发器,分离器和成品冷却器。
2 设备的运行故障与处理措施
在整个制碱流程中,用到很多大型的工业设备,每个阶段中都涉及到不同的工业原料和操作流程,产生的故障和处理措施都不尽相同,主要包括如下内容。
2.1 电解槽故障
电解槽是整个流程的主体装备之一,其最多发的故障是电解槽泄漏。如果在早期发现,电解槽泄漏造成的危害较小;但是如果发现较晚,达到液体连地的时候,经济损失和危害程度都比较大。通过实践研究发现,最容易发生此类故障的是电解槽后部的阳极垫片部位,由于被化学腐蚀,这一部位经常有针孔漏点,如果不及时清除,很容易击穿网片和造成网片涂层脱落。这其中的主要成因是阴阳极气体压力操作频繁,极片不平整或者有网刺,也包括产品质量问题,如垫片材质差,软硬度不均匀。对于这类故障的处置方法主要依靠仔细检查产品质量和做好维护工作,如要严格检查 垫片的材质,要求能够达到在弹性范围内拉伸而不变形的程度;加涂柔性粘合剂;经常检查网片,注意平整;在操作时,严格控制氯气,氢气的压力范围。
电解槽容易发生的另外的一种泄漏故障是单槽入槽盐水支管与主管连接法兰处由于电腐蚀导致的泄漏。由于电解槽的盐水输入采用的是并联输入方式,从主管上的支管输入,所以当这种泄漏发生时,将使对地的正负极产生偏差,造成系统停车。这种情况的发生是由于主管法兰的主要材料是钢和聚四氟乙烯,用橡胶垫片来做管路支撑部位的绝缘材料,在高温的长时间作用下绝缘作用失效,或管路有裂纹等缺陷导致漏电,使主管与支管的连接处发生电化学腐蚀。对于这种情况,应该定期更换容易发生故障的绝缘橡胶垫片;在生产时,要经常观察电解槽对地的正负极偏差,及时处理异常情况。
2.2 盐水二次精制设备
碳素管过滤器是盐水二次精制过程中的一个主要设备,其主要作用是通过在碳素管表面涂一层纤维素,使盐水在通过过滤器时,其中的悬浮物杂质被过滤掉。由于在电解后的盐水中存在大量的游离氯,这种游离氯具有强氧化性,会腐蚀碳颗粒,造成碳素过孔径加大和强度降低;另一方面,如果使用时间过长,由于压力和温度变化,会使碳素管之间产生缝隙,大大降低原有的过滤作用。处理这种问题要从两方面入手,首先要除去淡盐水中的游离氯,具体的为改变脱氯方式,由通常的将氯气洗涤塔循环的增量氯水直接送到淡盐水贮藏罐改为用循环泵输送到其他脱氯设施再次脱氯,防止碳素管被高氧化性的游离氯氧化。另一方面,要经常检查过滤器内部,包括碳素管活动情况,以及固定螺母的松紧情况,保证碳素管的正常使用。
2.3 氯气处理设备
液体循环式氯气压缩机是处理氯气阶段输送干燥氯气的主要设备。由于该设备采用浓硫酸做主要循环介质,最常见的故障为机械密封泄漏和叶轮腐蚀损坏。这种故障的主要成因是由于干燥后的氯气还含有一定水分,经过长时间循环,这些水分会降低作为循环介质的硫酸的浓度,随着浓度降低,硫酸对金属的腐蚀性增强,腐蚀叶轮结构;同时,由于氯水中的杂质和系统中的杂质不停的进入到氯压机中,这些固体颗粒会使机械密封面的摩擦精度降低,导致泄漏。针对这种情况,首先要保持系统清洁,定期清除杂质;另外,要加強对循环介质硫酸浓度的检测频率,提高检测准确度,在达到浓度临界值时,立即更换循环介质硫酸。
2.4 冷水机组设备
生产中提供冷水的成套设备被成为冷水机组设备,主要包括压缩机,冷凝机和蒸发器。冷凝机容易出现的故障有冷凝压力超标,冷凝器列管堵塞和循环水量少。第一种故障的成因主要是机组充氟时带入了空气,其防治措施为添加氟利昂之前,检测系统是否有泄漏,并且保证真空状态;后两种问题的解决方法是增加例行检查,主要检查对象是冷凝器的列管和循环水路截止阀门。压缩机容易发生的故障是排气温度高,这很可能是排气阀门磨损或破裂导致的。解决办法是组织人员维修,更换相应的阀门。
3 结语
由于整个生产过程中,用到很多大型的生产设备,其运行故障表现通常比较简单,但是原因非常复杂,受到生产设备的质量,使用年限和损坏程度的影响;同时,由于生产过程中有众多的化学反应,加之生产环境的综合作用,很难简单找出故障原因并及时解决。不仅如此,由于涉及到浓硫酸,氯气等一些列的高腐蚀性化学品,使保障作业人员安全和生产安全,保证环境安全不受破坏都成为生产过程中不可忽视的挑战,所以必须长期深入实践,掌握常见的设备故障及其处理方法,才能保证生产的安全运行和经济效益的不断提高。
参考文献
[1] 赵国瑞.高电流密度自然循环复极式离子交换膜电解槽在氯碱工业中的应用[J].氯碱工业,2007(11):18～21.
[2] 朱宝光,张菊青,靳玉川.离子膜电解槽运行中的问题分析[J].河南化工,200724(3):36～37.
[3] 邢家悟．离子膜电解装置的腐蚀与对策[J].中国氯碱,2007(12):33～36.
关键词:离子膜制碱法
中图分类号:TQ114 文献标识码:Ａ 文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0068-01
离子膜制碱法是一个复杂的工艺过程,涉及很多的制作阶段和大型的工业设备,也涉及一些危险地化学品,为保证工业过程的安全,以及提高经济效益,首先需要对整个工业流程有清晰的了解,找出关键过程和高危阶段。
1 离子膜制碱水工艺的主要流程
1.1 制盐水阶段
高纯净度的盐水是主要的原材料之一。为提高盐水的纯度,大致分为化盐和提纯两个过程。化盐过程主要是澄清粗饱和盐水,用到的工具为拆流槽和澄清桶。提纯过程首先是用板框过滤器过滤盐水中的悬浮物和助滤剂;接着将通过离子交换树脂塔除去盐水中的杂质离子,如钙离子,镁离子等。
1.2 电解制碱阶段
将高处度盐水导入电解槽电解。这个过程将产生碱液以及其它几种气体,包括氯气和氢气。同时,由于不会将所有盐全部电解,将产生淡盐水。所以电解制碱阶段实际上可以分为电解阶段,处理淡盐水阶段,氯气处理阶段,氢气处理阶段和尾气处理。淡盐水处理主要指通过脱氯塔和辅助药剂除去盐水中的氯气,并将淡盐水返回化盐阶段化盐;氯气处理主要指将湿氯气干燥后,以气体或液体的形式送往下游用户,这其中用到的工业设备主要包括水洗冷却塔,钛冷却器,填料器和泡罩器;用到的其它工业原料主要有浓硫酸。氢气处理主要指通过水洗冷却塔将氢气冷却后送往下游用户或者高点排空。尾气处理指处理在此过程中产生的有害气体,保证排空气体不含有氯气。
1.3 制碱阶段
制碱阶段主要指将碱液提纯以及制造干碱。这个过程中主要用到的设备为预热器,蒸发器,分离器和成品冷却器。
2 设备的运行故障与处理措施
在整个制碱流程中,用到很多大型的工业设备,每个阶段中都涉及到不同的工业原料和操作流程,产生的故障和处理措施都不尽相同,主要包括如下内容。
2.1 电解槽故障
电解槽是整个流程的主体装备之一,其最多发的故障是电解槽泄漏。如果在早期发现,电解槽泄漏造成的危害较小;但是如果发现较晚,达到液体连地的时候,经济损失和危害程度都比较大。通过实践研究发现,最容易发生此类故障的是电解槽后部的阳极垫片部位,由于被化学腐蚀,这一部位经常有针孔漏点,如果不及时清除,很容易击穿网片和造成网片涂层脱落。这其中的主要成因是阴阳极气体压力操作频繁,极片不平整或者有网刺,也包括产品质量问题,如垫片材质差,软硬度不均匀。对于这类故障的处置方法主要依靠仔细检查产品质量和做好维护工作,如要严格检查 垫片的材质,要求能够达到在弹性范围内拉伸而不变形的程度;加涂柔性粘合剂;经常检查网片,注意平整;在操作时,严格控制氯气,氢气的压力范围。
电解槽容易发生的另外的一种泄漏故障是单槽入槽盐水支管与主管连接法兰处由于电腐蚀导致的泄漏。由于电解槽的盐水输入采用的是并联输入方式,从主管上的支管输入,所以当这种泄漏发生时,将使对地的正负极产生偏差,造成系统停车。这种情况的发生是由于主管法兰的主要材料是钢和聚四氟乙烯,用橡胶垫片来做管路支撑部位的绝缘材料,在高温的长时间作用下绝缘作用失效,或管路有裂纹等缺陷导致漏电,使主管与支管的连接处发生电化学腐蚀。对于这种情况,应该定期更换容易发生故障的绝缘橡胶垫片;在生产时,要经常观察电解槽对地的正负极偏差,及时处理异常情况。
2.2 盐水二次精制设备
碳素管过滤器是盐水二次精制过程中的一个主要设备,其主要作用是通过在碳素管表面涂一层纤维素,使盐水在通过过滤器时,其中的悬浮物杂质被过滤掉。由于在电解后的盐水中存在大量的游离氯,这种游离氯具有强氧化性,会腐蚀碳颗粒,造成碳素过孔径加大和强度降低;另一方面,如果使用时间过长,由于压力和温度变化,会使碳素管之间产生缝隙,大大降低原有的过滤作用。处理这种问题要从两方面入手,首先要除去淡盐水中的游离氯,具体的为改变脱氯方式,由通常的将氯气洗涤塔循环的增量氯水直接送到淡盐水贮藏罐改为用循环泵输送到其他脱氯设施再次脱氯,防止碳素管被高氧化性的游离氯氧化。另一方面,要经常检查过滤器内部,包括碳素管活动情况,以及固定螺母的松紧情况,保证碳素管的正常使用。
2.3 氯气处理设备
液体循环式氯气压缩机是处理氯气阶段输送干燥氯气的主要设备。由于该设备采用浓硫酸做主要循环介质,最常见的故障为机械密封泄漏和叶轮腐蚀损坏。这种故障的主要成因是由于干燥后的氯气还含有一定水分,经过长时间循环,这些水分会降低作为循环介质的硫酸的浓度,随着浓度降低,硫酸对金属的腐蚀性增强,腐蚀叶轮结构;同时,由于氯水中的杂质和系统中的杂质不停的进入到氯压机中,这些固体颗粒会使机械密封面的摩擦精度降低,导致泄漏。针对这种情况,首先要保持系统清洁,定期清除杂质;另外,要加強对循环介质硫酸浓度的检测频率,提高检测准确度,在达到浓度临界值时,立即更换循环介质硫酸。
2.4 冷水机组设备
生产中提供冷水的成套设备被成为冷水机组设备,主要包括压缩机,冷凝机和蒸发器。冷凝机容易出现的故障有冷凝压力超标,冷凝器列管堵塞和循环水量少。第一种故障的成因主要是机组充氟时带入了空气,其防治措施为添加氟利昂之前,检测系统是否有泄漏,并且保证真空状态;后两种问题的解决方法是增加例行检查,主要检查对象是冷凝器的列管和循环水路截止阀门。压缩机容易发生的故障是排气温度高,这很可能是排气阀门磨损或破裂导致的。解决办法是组织人员维修,更换相应的阀门。
3 结语
由于整个生产过程中,用到很多大型的生产设备,其运行故障表现通常比较简单,但是原因非常复杂,受到生产设备的质量,使用年限和损坏程度的影响;同时,由于生产过程中有众多的化学反应,加之生产环境的综合作用,很难简单找出故障原因并及时解决。不仅如此,由于涉及到浓硫酸,氯气等一些列的高腐蚀性化学品,使保障作业人员安全和生产安全,保证环境安全不受破坏都成为生产过程中不可忽视的挑战,所以必须长期深入实践,掌握常见的设备故障及其处理方法,才能保证生产的安全运行和经济效益的不断提高。
参考文献
[1] 赵国瑞.高电流密度自然循环复极式离子交换膜电解槽在氯碱工业中的应用[J].氯碱工业,2007(11):18～21.
[2] 朱宝光,张菊青,靳玉川.离子膜电解槽运行中的问题分析[J].河南化工,200724(3):36～37.
[3] 邢家悟．离子膜电解装置的腐蚀与对策[J].中国氯碱,2007(12):33～36.