氨碱法制碱中膜吸收氨回用过程研究

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近年来我国制碱行业产能过剩,供求矛盾日益加剧。进行技术革新,降低生产成本,正在成为企业努力的方向。氨碱法制碱中,为回收氨,氨冷却塔产生的冷凝氨液需经二次蒸氨工序,因此过程能耗高;循环回用氨含水率高,会降低氨化工序中精盐水的浓度,最终限制了钠利用率的提高。因此,如何降低蒸氨过程能耗及回用氨的含水率,从而降低生产成本,正在成为当前企业的重大技术需求。本文针对氨冷却塔所产生的冷凝氨液,采用疏水性较强的PVDF中空纤维膜,以精盐水为吸收液,研究基于逆向直接接触膜蒸馏原理的膜吸收氨回用过程(R-DCMD-MAAR)。将模拟冷凝氨液中的氨转移到精盐水中而被吸收,同时抑制与氨传质同向的水传质过程,从而降低回用氨的含水率,节省水的汽化相变热,从而降低过程能耗并大幅提高氨化工序中精盐水的浓度。该过程有效结合了精盐水氨化工序,避免了常规膜吸收之后吸收液需要进行膜解吸的复杂性。为节省精盐水的使用量,实验研究了吸收氨后的吸收液(氨盐水)在海藻式膜曝气组件中的膜曝气过程,以确定其中的曝气量及纯水补充量,使精盐水得到循环回用。在此基础上,研究了膜吸收组件结构参数(膜丝内径ri、装填密度δ)、膜吸收运行工艺参数(原料液温度T、吸收液与原料液进入膜组件时的温度差△T、原料液浓度CA及原料液流速vA)对R-DCMD.MAAR性能(氨通量JA、水通量JW、分离因子a、回用氨中含水率Rw)的影响,建立了描述过程氨传质系数kA的半理论半经验公式,确立了过程优化参数。运行工艺的正交实验研究表明,在实验范围内,各因素对JA的影响大小顺序为:CA>T>ΔT>vA;各因素对JW的影响大小顺序为:T>ΔT>CA>vA;各因素对α的影响大小顺序为:CA>ΔT>T>vA。kA的半理论半经验计算值与实验值接近,相对偏差在±8.00%以内。经R-DCMD-MAAR过程性能优化,当T为40℃,△T为15℃,CA为5.5 wt%,vA为0.15 m/s时,JA高达0.86 kg/(m2·h),而JW为-0.11 kg/(m2.h),水与氨传质反向,回用氨中含水率Rw为0。R-DCMD-MAAR过程,在不显著降低氨吸收效率的情况下,回用氨的含水率及过程能耗均较低,因此该工艺具有可行性,可为氨碱法制碱行业的技术改进提供理论支持和技术支撑。
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