廖建國(guó)，趙硯輝

（新疆鹽湖制鹽有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊830077）

元明粉生產(chǎn)真空裝置二次蒸汽的有效利用改造

廖建國(guó)，趙硯輝

（新疆鹽湖制鹽有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊830077）

簡(jiǎn)要介紹了中國(guó)元明粉行業(yè)“十一五”期間的發(fā)展?fàn)顩r，據(jù)此提出了改造元明粉生產(chǎn)抽真空裝置，有效利用二次蒸汽，提高熱能利用率。簡(jiǎn)要敘述了元明粉生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)。為改造工作提供可靠的理論依據(jù)，應(yīng)用大量資料數(shù)據(jù)詳細(xì)計(jì)算二次蒸汽熱能及化礦所需熱量，并對(duì)抽真空系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，制定改造的實(shí)施辦法。通過對(duì)真空裝置的改造，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

元明粉；真空裝置；二次蒸汽；熱能

“十一五”期間，中國(guó)元明粉行業(yè)得到迅猛發(fā)展，產(chǎn)量由2006年的820萬(wàn)t激增到2008年的1 000萬(wàn)t［1］。由于市場(chǎng)需求量有限，因此元明粉產(chǎn)量的增加導(dǎo)致同行業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，使得元明粉利潤(rùn)空間越來越小。為提高企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，新疆鹽湖制鹽有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“公司”）對(duì)元明粉廠17萬(wàn)t/a元明粉生產(chǎn)裝置的抽真空系統(tǒng)及化礦設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，使末效二次蒸汽得到利用，從根本上解決了新蒸汽化礦的生產(chǎn)方法，進(jìn)一步提高熱能的利用率。

1 工藝及特點(diǎn)

改造后的生產(chǎn)工藝主要工序?yàn)椋憾握羝V、鹵水澄清、蒸發(fā)結(jié)晶、離心脫水、氣流干燥、機(jī)械包裝。其工藝特點(diǎn)：平流加料，每效蒸發(fā)后的溶液由高溫高壓進(jìn)入低溫低壓，完成液由末效排出，四效真空蒸發(fā)，外加熱強(qiáng)制循環(huán)，末效二次蒸汽與渾硝水換熱，加熱后的渾硝水用于化礦，提高熱能的有效利用。改造后生產(chǎn)工藝流程見圖1。

2 熱能計(jì)算

2.1 末效二次蒸汽熱能計(jì)算

給定條件：1）生產(chǎn)1 000 kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的Na2SO4進(jìn)入未效的溶液質(zhì)量（F）；2）進(jìn)入末效溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w0）為38%（化驗(yàn)）；3）末效完成液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w1）為52%（化驗(yàn)）；4）末效二次蒸汽溫度60℃（抄表）。計(jì)算公式［2］如下：

末效蒸發(fā)水量：

末效二次蒸汽熱量：

式中：M為生產(chǎn)1 000 kg Na2SO4末效蒸發(fā)水量，kg；Q為生產(chǎn)1 t產(chǎn)品末效產(chǎn)二次蒸汽的熱量，kJ；h″為60℃二次蒸汽比焓（查飽和水蒸汽表），2608.79kJ/kg。

2.2 化礦熱能計(jì)算

2.2.1 設(shè)定條件

給定條件：1）按1 000 kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的Na2SO4計(jì)算；2）熱量平衡以0℃計(jì)算；3）清硝液中Na2SO4質(zhì)量濃度為350 kg/m3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%）、密度為1 220 kg/m3、溫度為55℃；4）溶液澄清期間定期排放，測(cè)算100%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）十水硫酸鈉礦損耗10%；5）補(bǔ)充水（井水）溫度為15℃；6）泥渣吸熱及熱量損耗按清硝液所需熱量的2%考慮。

設(shè)：M十、M結(jié)、M冷、M補(bǔ)、M清水、M清分別為十水硫酸鈉、結(jié)晶水、冷凝水、補(bǔ)充水、清硝液含水、清硝液的質(zhì)量，kg；Q熔、Q冷、Q補(bǔ)、Q清、Q渣、Q化分別為32℃十水硫酸鈉熔解熱量、32℃冷凝水含熱量、補(bǔ)水加熱到32℃需要的熱量、32℃清硝液加熱到55℃需要的熱量、礦渣吸熱及損耗的熱量、化礦所需的熱量，單位均為kJ；h′為32℃飽和冷凝水比焓（查飽和水蒸汽表），134.04 kJ/kg；c水、c清分別為水和清硝液的比熱容，kJ/（kg·℃）；t32為補(bǔ)水加熱溫度，32℃；t15為補(bǔ)水（井水）溫度，15℃；t55為清硝液所需溫度，55℃；R為十水硫酸鈉的熔解熱，kJ/kg。

查無(wú)機(jī)物物理化學(xué)性質(zhì)表可知：無(wú)水硫酸鈉比熱容為128 J/（mol·℃），相對(duì)分子質(zhì)量為142；十水硫酸鈉相對(duì)分子質(zhì)量為322，熔點(diǎn)為32℃［3］，熔解熱為251.01 kJ/kg。比熱容換算：無(wú)水硫酸鈉比熱128/ 142=0.901 4 kJ/（kg·℃）；水的比熱為 4.187 kJ/（kg·℃）；清硝液的比熱容按組分組成相加，即：（1-29%）×4.187+（0.9014×29%）=3.23 kJ/（kg·℃）［4］。

2.2.2 相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算

生產(chǎn)1 000 kg Na2SO4產(chǎn)品所需的十水硫酸鈉、清硝液及相關(guān)水量計(jì)算如下：

生產(chǎn)1 000 kg Na2SO4產(chǎn)品，化礦所需相關(guān)熱量計(jì)算如下：

實(shí)際生產(chǎn)中，每生產(chǎn)1 t元明粉，末效產(chǎn)生二次蒸汽熱量1 848 145.10 kJ，而計(jì)算得到化礦所需熱量為1 045 351.10 kJ。對(duì)比可以看出，末效二次蒸汽的熱量滿足化礦所需熱量且有富余。

3 真空裝置改造

3.1 計(jì)算與選用

給定條件：1）進(jìn)入冷凝器二次蒸汽的流量為8 937 kg/h；2）進(jìn)入冷凝器渾硝液初始溫度為52℃；3）渾硝液、冷凝液混合物的排出溫度為64℃；4）渾硝液比熱容為3.23 kJ/（kg·℃）（可近似看成清硝液比熱容）；5）選擇二次蒸汽流速為18 m/s；6）進(jìn)入冷凝器二次蒸汽的體積流量按末效蒸發(fā)量35 m3/s考慮。

設(shè)：G2為進(jìn)入冷凝器二次蒸汽的流量，kg/h；t混為渾硝液、冷凝液混合物的排出溫度，℃；t初為進(jìn)入冷凝器渾硝液初始溫度，℃；V為進(jìn)入冷凝器二次蒸汽的體積流量，m3/s；C水為水的比熱容，kJ/kg·℃；C渾為渾硝液比熱容，kJ/（kg·℃）；U為二次蒸汽流速，m/s；G為渾硝液流量，kg/h；D為冷凝器直徑，m；L為淋水板總高，m；L0為第一塊淋水板高，m。計(jì)算公式如下［5］：

渾硝液流量（由熱量衡算確定）：

冷凝器直徑（由流量公式計(jì)算）：

淋水板總高（其他相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算省略）：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用 φ1 600 mm×5 000 mm× 10 mm多層多孔式冷凝器，渾硝液循環(huán)采用IJ300-250-400（流量570 m3/h，揚(yáng)程25 m）化工流程泵。

3.2 改造實(shí)施辦法

首先保留原蒸發(fā)系統(tǒng)的抽真空裝置 （水噴射式冷凝器）作為調(diào)配，新增加的φ1 600 mm×5 000 mm× 10 mm多層多孔式冷凝器下部蒸汽進(jìn)口與末效二次蒸汽管線連接，出口與化礦桶錐底連接，且與水噴射式冷凝器并聯(lián)擺放使用。IJ300-250-400化工流程泵安裝化礦桶底部，進(jìn)水口與化礦桶上部連接，出水口與新增的冷凝器進(jìn)水口連接。多層多孔式冷凝器用于二次蒸汽與渾硝水換熱，流程泵循環(huán)渾硝水，對(duì)規(guī)格為φ5 000 mm×4 550 mm×10 mm化礦桶進(jìn)出渾硝水口及內(nèi)部系統(tǒng)稍加改動(dòng)，按工藝路線連接管線及配備閥門。改造后真空裝置工藝流程圖見圖2。

4 改造效果

抽真空裝置改造后，企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行正常，水、電、汽消耗分別有不同程度的下降，每1 t產(chǎn)品水耗由28 m3降到20 m3，電耗由45 kW·h降到42.5 kW·h，蒸汽消耗由1.48 t降到1.1 t。過去元明粉廠3臺(tái)潛水泵（70 kW、230 m3/h 2臺(tái)、55 kW、200 m3/h 1臺(tái)）為廠區(qū)供水，化礦年消耗新蒸汽6.5萬(wàn)t，現(xiàn)在停用1臺(tái)55 kW、200 m3/h潛水泵，化礦全部采用尾氣（末效二次蒸汽），節(jié)約了新蒸汽，經(jīng)核算節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用如表1所示。

表1 節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用核算表

由表1可知，真空裝置改造后合計(jì)可節(jié)約4 400 840元，生產(chǎn)成本下降，經(jīng)濟(jì)效益得到提高。

5 結(jié)論

通過對(duì)17萬(wàn)t/a元明粉廠的蒸發(fā)抽真空裝置及部分化礦設(shè)備技術(shù)的改造，進(jìn)一步節(jié)約了企業(yè)的水、電資源，降低蒸汽消耗，提高了熱能的有效利用率，最終達(dá)到節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，為企業(yè)贏得了市場(chǎng)，也為今后開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)與節(jié)能減排工作奠定了良好基礎(chǔ)。

［1］許濤，荊小兵，王蘭君.元明粉生產(chǎn)過程中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及推廣［J］.鹽業(yè)與化工，2011，40（6）38-39.

［2］付家新，王為國(guó)，肖穩(wěn)發(fā).化工原理課程設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］袁一.化學(xué)工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：26－27.

Improvement on effective utilization of secondary steam in vacuum device of anhydrous sodium sulfate production

Liao Jianguo，Zhao Yanhui
（Xinjiang Salt Lake Salt Making Co.，Ltd.，W ulumuqi 830077，China）

Development status of anhydrous sodium sulfate industry in China during the period of the 11th Five-Year Plan was briefly introduced.Hereby the improvement of vacuum device in anhydrous sodium sulfate production was put forward so as to effectively utilize the secondary steam and raise the utilization rate of heat energy.The manufacturing process and characteristics of anhydrous sodium sulfate were described in brief.In order to provide a reliable theoretical basis for the improvement，the heat energy of secondary steam and the mineral-dissolving required heat were carefully calculated by referring to mass of data.The design and model selection were made for the condenser of vacuum system and the implementation measures of improvement were also established.Through the improvement for the vacuum system，the target of energy saving and consumption reduction，production cost decline，and economic benefit increase was realized.

anhydrous sodium sulfate；vacuum device；secondary steam；heat energy

TQ131.12

A

1006-4990（2012）11-0036-03

2012-05-29

廖建國(guó)（1956— ）男，副總經(jīng)理，總工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽化工工藝，已公開發(fā)表文章4篇。

聯(lián)系方式：liao13999996251@126.com