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摘 要：烧碱产业历经了水银法、隔膜法、离子膜法几个重要发展阶段，虽然我国烧碱产量居世界首位，但相对而言，其生产工艺较为繁杂，且多为引进工艺和设备等。对传统的离子膜法烧碱生产工艺进行逐步优化，以降低成本，节约资源，保护环境，提高综合效益是一个重要课题。对此，本文对离子膜烧碱法阐述了其工艺流程，并就部分工艺加以优化进行了探讨。
关键词 离子膜烧碱 生产工艺 优化
一、离子膜烧碱工艺简述
烧碱被广泛应用于电解铝、棉纺、造纸、化纤、食品、医药、化工、冶金等众多行业领域。而离子膜制碱法为氯碱工业发展做出了重大贡献，并被纳入我国七大重点发展的化工工程之一。传统的离子膜烧碱生产工艺主要涉及配水、化盐、盐水精制、电解、脱氯等几个主要环节。
传统工艺，就是先将脱氯淡盐水中超标的硫酸根去除，然后将经自动控制调节后的盐水和不含硫酸钡沉淀物的上清溶液的淡盐水、工业水和盐泥滤液，按照一定比例进行混和用于后续的化盐。在化盐和精制盐水环节，需要保证化盐水温适宜，并在化盐的过程中加入Mg2+和NaOH、NaCLO等溶液，用于将有机质分解为小分子和将钙、镁离子沉淀等，然后加压将粗盐水送至预处理器及过滤装置中制成一次盐水。一次盐水经螯合树脂进行二次精制后，对盐水进行电解。盐水经电解后生成的氯气和氢气会送至处理装置，部分阴极液冷却到常温后即为成品碱液，一般质量浓度为32%左右。而淡盐水则会进入脱氯泵。为保持电解液适温，还应冷却另一部分阴极液进入电解循环。为防止生产装置和管道被腐蚀，应对离开电解槽的淡盐水再次进行脱氯操作，以部分脱除其中处于游离状态的氯并回收，并借助Na2SO3等还原性物质予以彻底清除；最后调节淡盐水的PH值，淡盐水可再次用于配水、化盐。
二、离子膜烧碱盐水工艺优化
1.理论分析
盐水质量的好坏直接关系到离子膜的安全运行。但在上述离子膜烧碱工艺中，BaCl2属于剧毒化学品，已被禁止使用，若依旧采用钡法除硝生产工艺，其中的BaCl2在储存、运输、配置、回收等较为困难，且对原料澄清桶要求很高，产生的盐泥量较大，综合来看，该种工艺既不经济也不安全，故建议在离子膜烧碱生产中采用膜法除硝工艺。
膜法除硝的基础设计：该环节需要将脱氯后的淡盐水送至膜法除硝装置中，具体要先将高纯盐酸加入调节阀组中，使其PH值处于6.0-7.0之间，借助循环水将一级淡盐水的温度控制在50℃左右，并加入Na2SO3将ORP调节至50mV左右，再次经循环水将一级淡盐水的温度降至30℃左右，接着送至原料盐水槽。盐水经预处理后，应进入过滤器用于截留损害膜的颗粒较大的固体悬浮物，此时盐水要在高压泵的作用下将压力升到2.4Mpa后进入膜组件中。同时将质量浓度处于30-40g/L范围内的Na2SO4送至富硝盐水槽中，以及质量浓度低于0.5g/L的SO42-送至回收盐水槽中，并结合循环泵用于循环量的补充。为监测和控制膜组件的运行状态，淡盐水中的SO42-含量，应在膜出口和总管处增设取样口，以此将其浓度控制在0.2g/L左右，但为膜的再生，还应在膜过滤处加设清洗设备。最后富硝盐水进入冷冻脱硝装置中，使其经换热降温、芒硝生长、提浓、收集后完成生产。流程优化如图1所示。
2.改进要点
首先是温度因素，因温度的升高会降低原料盐水的黏度，进而增大膜的通量，若温度过高，则会加快膜的衰减速度，因此为使其高效运行，可将温度控制在35℃左右；其次是PH值以及游离氯含量，因PH值会影响膜通量，而游离氯对其的损伤不可逆转，因而可分两段加入Na2SO3和盐酸，以此保证PH和游离氯稳定，并借助氧化还原电位监控游离氯含量；再者是膜过滤设置的优化，为控制过滤压力用于保证膜通量合理，需要借助并联工艺，在内部增设循环泵，以便将富硝盐水的浓度控制在合理范围内；最后是冷冻脱硝环节，需要保证冷冻循环泵扬程低、流量大，用于控制温差和盐水流速，同时注意兑卤槽中的盐水停留时间应合适，以免出现堵管，为降低能耗，还应注意将蒸发皿、冷冻系统、兑卤槽等就近布置。此外若淡盐水的游离氯处于规定范围内，可适当取消NaClO操作装置，而是加设在线PH监测、液体ORP自动测量和调节装置，并同步改进其相关装置和操作工艺，如具体的操作方法、控制指标、控制参数等。在此，笔者认为可取消物料出入管道、NaClO配置槽、阀门、输送泵、计量装置等，同时就一次盐水增设在线ORP、PH值监控装置，并同步改进在线监测、阀门、管道、设备等配套设施。针对一次盐水精制和SO42-去除环节，其部分控制参数和指标应有所调整，如取消与NaClO相关的配置指标、压力指标、流量指标、温度指标等，增加与ORP、PH相关的参数和指标，而其他控制指标和参数保持不变。
3.优化效果评价
经改造和优化后的离子膜烧碱盐水工艺彰显出了显著的经济效益和社会效益，其中在节约资源、稳定系统、降低成本、保护环境等方面进步明显，从而将我国离子膜烧碱生产工艺水平提升到一个新台阶，其具体效果主要体现在下述几点：
一是在一系列工艺操作和相关装置的改造的基础上，返回的淡盐水中的游离氯被控制在5-50 mg.L-1之间，符合离子膜电解以及一次盐水处理的参数要求，既节约了原材料和人力物力，也利于提高烧碱生产系统的安全性与可靠性；二是粗盐水中不再加入NaClO處理装置，而是改用在线监测设备，可有效去除其中的菌藻类物质和有机物，也符合相关质量控制指标；三是膜法除硝工艺相比钡盐法工艺可以有效降低硫酸根到5ppm以下，满足离子膜烧碱尤其是零极距电解槽工艺控制要求，保护了离子膜和电解槽，大大延长了其使用周期。四是除硝产品芒硝可以脱水干燥后作为化工原料直接出售，不带来二次污染和加大二次处理费用。总之，优化后的离子膜烧碱生产系统简化了工艺操作，降低了资源消耗，节约了人力物力，实现了小投资、高回报、节约环保的重要生产目标。
三、结语
总之，传统的离子膜烧碱生产工艺存在一些缺陷，不利于氯碱企业综合效益的提高，因此我们必须对其进行优化，以降低其生产费用和用工强度，节约资源，减少次生安全事故，以及环境污染，从而提高我国离子膜烧碱生产水平和效益，促进氯碱企业可持续发展。
参考文献
[1] 张健.化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能措施[J].黑龙江科技信息，2012（15）.
[2] 宁鹏，牛小慧.如何优化离子膜烧碱生产工艺相关探究[J].中国石油和化工标准与质量，2013（06）.
[3] 王志勇，李和平，尹志刚.离子膜烧碱生产工艺的优化[J].桂林理工大学学报，2012（25）.
作者简介：姓名：钟震宇；性别：男；出生年：1975；籍贯：湖南邵阳；学历：大专；职务：厂长。
关键词 离子膜烧碱 生产工艺 优化
一、离子膜烧碱工艺简述
烧碱被广泛应用于电解铝、棉纺、造纸、化纤、食品、医药、化工、冶金等众多行业领域。而离子膜制碱法为氯碱工业发展做出了重大贡献，并被纳入我国七大重点发展的化工工程之一。传统的离子膜烧碱生产工艺主要涉及配水、化盐、盐水精制、电解、脱氯等几个主要环节。
传统工艺，就是先将脱氯淡盐水中超标的硫酸根去除，然后将经自动控制调节后的盐水和不含硫酸钡沉淀物的上清溶液的淡盐水、工业水和盐泥滤液，按照一定比例进行混和用于后续的化盐。在化盐和精制盐水环节，需要保证化盐水温适宜，并在化盐的过程中加入Mg2+和NaOH、NaCLO等溶液，用于将有机质分解为小分子和将钙、镁离子沉淀等，然后加压将粗盐水送至预处理器及过滤装置中制成一次盐水。一次盐水经螯合树脂进行二次精制后，对盐水进行电解。盐水经电解后生成的氯气和氢气会送至处理装置，部分阴极液冷却到常温后即为成品碱液，一般质量浓度为32%左右。而淡盐水则会进入脱氯泵。为保持电解液适温，还应冷却另一部分阴极液进入电解循环。为防止生产装置和管道被腐蚀，应对离开电解槽的淡盐水再次进行脱氯操作，以部分脱除其中处于游离状态的氯并回收，并借助Na2SO3等还原性物质予以彻底清除；最后调节淡盐水的PH值，淡盐水可再次用于配水、化盐。
二、离子膜烧碱盐水工艺优化
1.理论分析
盐水质量的好坏直接关系到离子膜的安全运行。但在上述离子膜烧碱工艺中，BaCl2属于剧毒化学品，已被禁止使用，若依旧采用钡法除硝生产工艺，其中的BaCl2在储存、运输、配置、回收等较为困难，且对原料澄清桶要求很高，产生的盐泥量较大，综合来看，该种工艺既不经济也不安全，故建议在离子膜烧碱生产中采用膜法除硝工艺。
膜法除硝的基础设计：该环节需要将脱氯后的淡盐水送至膜法除硝装置中，具体要先将高纯盐酸加入调节阀组中，使其PH值处于6.0-7.0之间，借助循环水将一级淡盐水的温度控制在50℃左右，并加入Na2SO3将ORP调节至50mV左右，再次经循环水将一级淡盐水的温度降至30℃左右，接着送至原料盐水槽。盐水经预处理后，应进入过滤器用于截留损害膜的颗粒较大的固体悬浮物，此时盐水要在高压泵的作用下将压力升到2.4Mpa后进入膜组件中。同时将质量浓度处于30-40g/L范围内的Na2SO4送至富硝盐水槽中，以及质量浓度低于0.5g/L的SO42-送至回收盐水槽中，并结合循环泵用于循环量的补充。为监测和控制膜组件的运行状态，淡盐水中的SO42-含量，应在膜出口和总管处增设取样口，以此将其浓度控制在0.2g/L左右，但为膜的再生，还应在膜过滤处加设清洗设备。最后富硝盐水进入冷冻脱硝装置中，使其经换热降温、芒硝生长、提浓、收集后完成生产。流程优化如图1所示。
2.改进要点
首先是温度因素，因温度的升高会降低原料盐水的黏度，进而增大膜的通量，若温度过高，则会加快膜的衰减速度，因此为使其高效运行，可将温度控制在35℃左右；其次是PH值以及游离氯含量，因PH值会影响膜通量，而游离氯对其的损伤不可逆转，因而可分两段加入Na2SO3和盐酸，以此保证PH和游离氯稳定，并借助氧化还原电位监控游离氯含量；再者是膜过滤设置的优化，为控制过滤压力用于保证膜通量合理，需要借助并联工艺，在内部增设循环泵，以便将富硝盐水的浓度控制在合理范围内；最后是冷冻脱硝环节，需要保证冷冻循环泵扬程低、流量大，用于控制温差和盐水流速，同时注意兑卤槽中的盐水停留时间应合适，以免出现堵管，为降低能耗，还应注意将蒸发皿、冷冻系统、兑卤槽等就近布置。此外若淡盐水的游离氯处于规定范围内，可适当取消NaClO操作装置，而是加设在线PH监测、液体ORP自动测量和调节装置，并同步改进其相关装置和操作工艺，如具体的操作方法、控制指标、控制参数等。在此，笔者认为可取消物料出入管道、NaClO配置槽、阀门、输送泵、计量装置等，同时就一次盐水增设在线ORP、PH值监控装置，并同步改进在线监测、阀门、管道、设备等配套设施。针对一次盐水精制和SO42-去除环节，其部分控制参数和指标应有所调整，如取消与NaClO相关的配置指标、压力指标、流量指标、温度指标等，增加与ORP、PH相关的参数和指标，而其他控制指标和参数保持不变。
3.优化效果评价
经改造和优化后的离子膜烧碱盐水工艺彰显出了显著的经济效益和社会效益，其中在节约资源、稳定系统、降低成本、保护环境等方面进步明显，从而将我国离子膜烧碱生产工艺水平提升到一个新台阶，其具体效果主要体现在下述几点：
一是在一系列工艺操作和相关装置的改造的基础上，返回的淡盐水中的游离氯被控制在5-50 mg.L-1之间，符合离子膜电解以及一次盐水处理的参数要求，既节约了原材料和人力物力，也利于提高烧碱生产系统的安全性与可靠性；二是粗盐水中不再加入NaClO處理装置，而是改用在线监测设备，可有效去除其中的菌藻类物质和有机物，也符合相关质量控制指标；三是膜法除硝工艺相比钡盐法工艺可以有效降低硫酸根到5ppm以下，满足离子膜烧碱尤其是零极距电解槽工艺控制要求，保护了离子膜和电解槽，大大延长了其使用周期。四是除硝产品芒硝可以脱水干燥后作为化工原料直接出售，不带来二次污染和加大二次处理费用。总之，优化后的离子膜烧碱生产系统简化了工艺操作，降低了资源消耗，节约了人力物力，实现了小投资、高回报、节约环保的重要生产目标。
三、结语
总之，传统的离子膜烧碱生产工艺存在一些缺陷，不利于氯碱企业综合效益的提高，因此我们必须对其进行优化，以降低其生产费用和用工强度，节约资源，减少次生安全事故，以及环境污染，从而提高我国离子膜烧碱生产水平和效益，促进氯碱企业可持续发展。
参考文献
[1] 张健.化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能措施[J].黑龙江科技信息，2012（15）.
[2] 宁鹏，牛小慧.如何优化离子膜烧碱生产工艺相关探究[J].中国石油和化工标准与质量，2013（06）.
[3] 王志勇，李和平，尹志刚.离子膜烧碱生产工艺的优化[J].桂林理工大学学报，2012（25）.
作者简介：姓名：钟震宇；性别：男；出生年：1975；籍贯：湖南邵阳；学历：大专；职务：厂长。