真空泵在淡盐水脱氯中的应用
本帖最后由 sunjl1981 于 2013-1-6 20:58 编辑1 概述
在离子膜烧碱生产过程中，精制饱和盐水进入电解槽后，盐水中的一部分NaCl被电解，盐水中的NaCl含量由315g/L左右降低到200～220g/L，成为浓度较低的淡盐水。这时继续电解淡盐水将使电解效率降低，电耗增加，因此需要从电解槽阳极室排出淡盐水。从阳极室流出的淡盐水含有400～600mg/L的游离氯，如果淡盐水不脱除游离氯而直接回到一次盐水，会腐蚀设备、管道，阻碍一次盐水工序中沉淀物的形成，损害二次盐水工序过滤器的过滤元件和螯合树脂塔的树脂，危害很大。因此，淡盐水在回到一次盐水之前必须脱除所含游离氯。在氯碱生产中，通常使用真空脱氯的方法来完成淡盐水中氯离子的脱除。真空泵运行的好坏将直接影响到氯的脱除效果，因此，在淡盐水脱氯工序中，真空泵处于核心地位。
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化工行业上常见的真空泵及其工作原理
化工行业上常见的真空泵可以简单的分为变容积式真空泵和喷射真空泵。
2.1
变容积式真空泵
变容积式真空泵是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气的装置。往复真空泵、旋片真空泵、滑阀真空泵、水环真空泵、罗茨真空泵就是属于变容积式真空泵。水环真空泵是靠装在泵壳内的带有多叶片的偏心转子旋转，把水抛向泵壳形成与泵壳同心的水环，水环与转子叶片形成了容积周期变化从而将气体吸入、压缩并排出。它的优点是低真空时抽气量大、可以直接抽吸水蒸汽等可凝性气体。它的缺点是真空度低，不能抽吸带有颗粒状的介质。
2.2 喷射真空泵
喷射真空泵是利用文丘里效应的压力降产生的高速射流把气体输送到出口的一种动量传输泵。它分为水喷射真空泵、蒸汽喷射真空泵、汽水串联喷射真空泵、汽水组合喷射真空泵。喷射真空泵以其真空度范围广，可以直接抽吸水蒸汽等可凝性气体和带有颗粒状的介质，它结构简单，操作方便，无运转部件，维修量小。
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结合工艺选用合理的真空泵
3.1 淡盐水脱氯生产工艺流程介绍
淡盐水脱氯工艺流程见图1。从给料泵来的约85℃的淡盐水加入盐酸调节其pH值为1.3±0.2后，与氯水泵送来的氯水混合后一起进入脱氯塔上部，淡盐水在真空下沸点降低而沸腾，氯气从淡盐水中逸出，氯气用蒸汽喷射泵或水环真空泵抽出（蒸汽喷射泵与水环真空泵互为备用），经脱氯塔冷凝器、喷射冷凝器冷凝后送往氯气总管。在脱氯后淡盐水中加入32%的碱调节其pH值为10.5±0.5，然后再加入亚硫酸钠除去残余的游离氯，最后淡盐水被送到一次盐水工序。真空脱氯回收的氯气纯度较高，达80%左右，直接汇入氯气总管，物料利用率较高。
理论和实际运行都表明，脱氯真空度越高，淡盐水的游离氯脱除效果越好，但过高会使真空泵的吸气量有所降低，影响真空的稳定性，生产中通常控制在20kPa（A）的范围内，这时在生产系统正常运行时，装置的脱氯效果很好，而且运行稳定，脱氯效率一般在85～95%之间。
3.2
真空泵类型的确定
蒸汽喷射真空泵适用于工作压强大于3kPa（A），抽吸各种气体的场合，尤其在抽吸可凝性汽体（即凝结于水或遇冷凝结的气体）、带有粉尘、颗粒状介质时其优点更为突出。
水环真空泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2 kPa（A），由于真空应用技术的飞跃发展，水环真空泵在粗真空获得方面一直得到人们的重视，水环真空泵应用也日益增多。
淡盐水真空脱氯装置要求脱氯塔的真空度在20 kPa（A）左右，抽吸气体的组成约为80%氯气，20%水蒸气，没有固体颗粒状的物体。从技术参数上来说，水环真空泵和蒸汽喷射真空泵都满足淡盐水脱氯的真空装置的需要。在实际生产应用中，水环真空泵和蒸汽喷射真空泵都有不少应用实例。南宁化工股份有限公司的淡盐水脱氯装置同时使用了水环真空泵和蒸汽喷射真空泵这2种真空设备，运行表明，这2种真空设备都较好地满足了生产需要。
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两种真空泵实际应用情况对比
4.1
实际生产的真空泵介绍
实际生产中，南宁化工股份有限公司第一套淡盐水真空脱氯装置（配套6万t/a离子膜烧碱）的真空设备采用蒸汽喷射泵与水环真空泵各1台，互为备用。蒸汽喷射泵规格为L1050，材质为钛，生产厂家为日本木村化工机株式会社，水环真空泵型号为SKF-12（I），材质为钛，生产厂家为西安泵阀总厂。后来因为扩建，第二套淡盐水真空脱氯装置（配套9万t/a离子膜烧碱）的真空设备采用水环真空泵2台，水环真空泵型号为SKF-20（I），材质为钛，生产厂家为西安泵阀总厂。
4.2
影响蒸汽喷射真空泵的主要因素
喷射真空泵的优点是结构简单，抽气量大，适应性强，操作安全可靠，无需保养；使用寿命长，耐磨损；适当选材可具耐腐蚀性；所有材料均可制造，故应用甚广。缺点是效率低，通常在30%以下，能耗大。从生产运行的实际情况来看，影响蒸汽喷射真空泵主要有蒸汽、冷却水、喷嘴等因素。
4.2.1
蒸汽
蒸汽质量主要包括蒸汽压力和蒸汽干燥度。蒸汽压力偏低及压力波动均对蒸汽喷射真空泵的能力有较大影响，因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力，但所用真空泵结构设计已定型，过多提高蒸汽压力并不会增加抽气量及真空度。由于氯碱企业的锅炉供汽范围宽，各用汽单元的用汽量经常波动，导致蒸汽压力也波动，从而影响蒸汽喷射真空泵的正常运行。蒸汽的干燥度对真空泵的性能也有较大影响，其中含水会引起真空波动，含水过多甚至会抽不起真空。
4.2.2
冷却水
冷却水供量不足，冷凝器会发热，气流声音变大，真空度迅速下降，甚至蒸汽会返入抽气管，应保证冷凝器供水压力不小于0.2MPa，供水量应比额定用量稍微大一点。另外，冷却水温越高，冷凝效果越差，其后果是耗用的蒸汽量增加和真空度降低，所以冷却水的温度也必须加强控制。
冷却水质对真空泵能力的影响也是一个不可忽视的因素，如果水质差，硬度高，会造成冷凝器积垢甚至堵塞，严重影响热交换性能，使蒸汽难于冷凝，从而影响真空度。所以循环冷却水最好使用软化水。
4.2.3
喷嘴
喷嘴是影响真空泵的重要部件，容易出现的问题有喷嘴装错、堵塞、损坏、腐蚀和泄漏等
。一方面由于安装蒸汽管道时，管道中残余的铁屑和焊渣会堵塞喷嘴：另一方面，真空泵系统停用时，蒸汽管道易生锈，在使用时锈斑脱落堵塞喷嘴。在蒸汽喷射真空泵前加装蒸汽过滤器可以有效防止蒸汽带入杂质，避免喷嘴堵塞。4.3 影响水环真空泵的主要因素水环真空泵相对喷射真空泵来说结构较为复杂，但是，和其它类型的机械真空泵相比结构较为简单，并且制造精度要求不高，容易加工。水环真空泵操作简单，维修方便；泵腔内没有金属摩擦表面，无须对泵内进行润滑，转动件和固定件之间密封可直接由水封或机械密封来完成。水环真空泵的缺点有：（1）效率低，一般在35%～40%左右，较好的在50％左右；（2）真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制；（3）有运动部件，容易损坏，维修量相对较多。影响水环式真空泵的主要因素有运动部件、工作液温度和循环工作液。4.3.1
运动部件由于水环真空泵是有运转部件的，因此容易损坏；水环真空泵动密封容易泄漏而影响工作真空度；一般情况下，水环真空泵平均无故障运行期在10000小时以上，基本满足化工连续生产的需要。4.3.2
工作液温度水环真空泵的工作效率随工作液温度的升高而下降，水温超过50℃
后工作效率急剧下降。增大工作液冷却器的换热面积，可以将泵体的温度控制在35℃左右，确保水环式真空泵稳定工作。4.3.3
循环工作液所谓水环真空泵就是用水作为循环工作液的液环泵，用水作循环工作液有很多优点，如价廉、易得、不会污染环境等。但也有一个很大缺点，由于水的饱和蒸汽压高，使得水环真空泵的吸入压力也高。4.4
蒸汽喷射真空泵与水环真空泵经济性对比蒸汽喷射真空泵与水环真空泵在技术上都能较好满足淡盐水脱氯的生产需要，下面以南宁化工股份有限公司的6万t/a淡盐水脱氯装置为例进行经济性分析对比，具体情况如表1。对比的范围包括真空泵及其周围换热器等配套设施。从表1中可以看出，蒸汽喷射真空泵与水环真空泵的投资差别不大，但是运行成本上蒸汽喷射真空泵为72万元/a，水环真空泵为18万元/a，从经济效益方面来说，水环真空泵更胜一筹。
表1 蒸汽喷射真空泵与水环真空泵经济性对比表序号项目蒸汽喷射真空泵水环真空泵备注
1
投资，万元
18
20
2
水电汽消耗，万元/a
72
16
其中：水，t/a
320000
7200
1.00元/t
电，kWh/a
0
176000
0.50元/ kWh
蒸汽，t/a
4000
0
100元/t
3
维修费用，万元/a
0
2
含人工及配件费用
4
运行成本合计，万元/a
72
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