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      萊賽爾專題:(六)Lyocell纖維制備溶劑回收

       奶茶色月季 2022-01-06


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      萊賽爾纖維專題將具體以:(一)Lyocell纖維發(fā)展的歷史沿革;(二)纖維素的結(jié)構(gòu)與性能;(三)Lyocell纖維用漿粕的生產(chǎn)方法及主要性能指標(biāo);(四)纖維素在NMMO溶液中的溶解機(jī)理;(五)Lyocell纖維的制備工藝及影響因素;(六)Lyocell纖維制備溶劑回收;(七)Lyocell纖維的性能及應(yīng)用;(八)Lyocell纖維發(fā)展的前景展望展開。

      本期將具體介紹Lyocell纖維制備溶劑回收,敬請(qǐng)持續(xù)關(guān)注~

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      溶劑回收在Lyocell纖維制備工藝中有舉足輕重的地位。穩(wěn)定可靠的溶劑回收技術(shù)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)Lyocell纖維的基本保證。

      有研究者認(rèn)為:

      Lyocell纖維核心技術(shù)在于溶解,而產(chǎn)業(yè)化的成敗則在于溶劑回收。


      這里面隱含了溶劑回收技術(shù)對(duì)企業(yè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性的重大影響。

      新鮮的NMMO溶劑經(jīng)過(guò)一個(gè)使用周期后,會(huì)含有各種各樣的雜質(zhì),有些雜質(zhì)會(huì)影響產(chǎn)品的色澤,有些雜質(zhì)會(huì)影響工藝過(guò)程的順利進(jìn)行,有些雜質(zhì)甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題。因此,所有的雜質(zhì)都必須在溶劑回收過(guò)程中去除。

      溶劑中的雜質(zhì)主要來(lái)自于幾個(gè)方面∶

      首先是漿粕自身帶來(lái)的雜質(zhì),包括低聚合度的纖維素纖維、半纖維素及木質(zhì)素等有機(jī)成分和鐵、鎂、鈣等無(wú)機(jī)雜質(zhì),這些雜質(zhì)會(huì)有部分殘留在凝固浴中,尤其是可溶性物質(zhì);

      其次是生產(chǎn)過(guò)程中添加的抗氧劑、助劑等各種添加劑

      再就是溶劑、添加劑、纖維素在受熱的過(guò)程中,產(chǎn)生的分解反應(yīng)產(chǎn)物,尤其是作為溶劑的NMMO,因?yàn)槠渥陨砘瘜W(xué)性質(zhì)活潑,使用量又大,當(dāng)它和纖維素在一起時(shí),容易發(fā)生一系列副反應(yīng),這些分解產(chǎn)物具有很大的活性,對(duì)體系的危害性極大。


      溶劑回收通常包括三個(gè)工藝過(guò)程,即絮凝、離子交換和蒸發(fā)。
      絮凝

      絮凝的目的是通過(guò)在回收溶劑中加入一定量的絮凝劑,使不能通過(guò)過(guò)濾去除的固體物質(zhì)不斷凝聚成大顆粒,而后通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ?/section>
      離子交換

      離子交換主要是去除可溶性雜質(zhì),由于這類物質(zhì)有不同的電性能,因此,需要用陽(yáng)離子交換和陰離子交換的方法去除體系中的可溶性物質(zhì)。
      蒸發(fā)

      經(jīng)過(guò)以上處理的溶液,其純度可達(dá)到工藝要求,后續(xù)經(jīng)過(guò)蒸發(fā),去除多余的水分。根據(jù)不同的漿粥制備工藝要求,將NMMO的濃度提高到72%~85%。

      Lyocell纖維紡絲凝固浴的除雜可以有多種方法。

      當(dāng)采用直接過(guò)濾的方法時(shí),由于Lyocell纖維的凝固浴存在一定量的膠狀和半膠狀物質(zhì),膠狀物質(zhì)很容易堵塞過(guò)濾網(wǎng),進(jìn)而大大影響了過(guò)濾的速度和效率。

      當(dāng)采用直接進(jìn)行離子交換的方法來(lái)除去雜質(zhì)時(shí),由于雜質(zhì)較多,會(huì)使樹脂使用壽命縮短,這也意味著需要頻繁再生,進(jìn)而大大增加了回收的成本。

      較為合理的工藝是利用絮凝劑,首先去除大量固體物質(zhì),而后,進(jìn)行離子交換,去除溶解性物質(zhì),最后再蒸發(fā)提濃,這一方法已經(jīng)在工業(yè)化生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。



      01


      絮凝的過(guò)程是使水中懸浮的固體微粒集聚變大,或形成絮團(tuán),從而加快粒子的聚沉,達(dá)到從液體中分離懸浮微粒的目的。

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      絮凝通常是通過(guò)在待處理液體中添加適當(dāng)?shù)?/span>絮凝劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其作用是吸附微粒,在微粒間“架橋”,從而促進(jìn)集聚。

      常用的絮凝劑分為兩大類別:鐵制劑系列和鋁制劑系列,其中,又可以進(jìn)一步分為有機(jī)絮凝劑無(wú)機(jī)絮凝劑。

      有機(jī)絮凝劑

      聚丙烯酰胺(polyacrylamide,常簡(jiǎn)寫為PAM)是常用的有機(jī)絮凝劑,不同分子量的聚丙烯酰胺可以在不同的場(chǎng)合下使用。

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      無(wú)機(jī)絮凝劑

      包括硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵等,其中硫酸鋁最早使用并一直沿用至今的一種重要的無(wú)機(jī)絮凝劑。優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)、用法簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是用量大、絮凝效率低及腐蝕性強(qiáng)。

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      無(wú)機(jī)聚合物絮凝劑

      主要是鋁鹽和鐵鹽的聚合物,如聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)以及聚合硫酸鐵(PFS)等。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑能成倍地提高效能,且價(jià)格較低,有逐步成為主流絮凝劑的趨勢(shì)。無(wú)機(jī)聚合物絮凝劑之所以比其他無(wú)機(jī)絮凝劑效果好,其根本原因在于它能提供大量的絡(luò)合離子,且能夠強(qiáng)烈地吸附膠體微粒,通過(guò)吸附、架橋、交聯(lián)作用,使膠體凝聚。

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      Lyocell纖維生產(chǎn)過(guò)程中,凝固浴中通常含有多種成分,包括體系帶入的固體雜質(zhì)、低聚合度纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、其他高分子雜質(zhì)、大部分帶色物質(zhì)、非溶解性油性乳液、微溶油性物質(zhì)、大部分高化合價(jià)金屬離子等。其中,固體雜質(zhì)是以膠體形式存在的,粒徑一般≤0.1μm,這些顆粒無(wú)法用過(guò)濾形式脫除,需要通過(guò)捕集和絮凝的方式逐步增加粒徑,再通過(guò)氣浮脫除。

      絮凝是在回收液中加入聚丙烯酰胺類絮凝劑,除去其中的固態(tài)和膠態(tài)的非溶解性雜質(zhì),而后,通過(guò)沉降或氣浮法去除絮凝物,以減輕后續(xù)陰陽(yáng)離子交換處理的負(fù)擔(dān)。

      此法雖然引入新的雜質(zhì),但能大幅度提高離子交換樹脂的處理倍數(shù),能有效地提高過(guò)濾的質(zhì)量和效率。

      在NMMO凝固浴的回收中,聚合氯化鋁(PAC)是常用的捕集劑,該物質(zhì)在弱堿性水溶液中可以電離出水合氫氧化鋁陰離子,它能夠吸附膠體雜質(zhì)并生成顆粒較大的沉淀物。聚丙烯酰胺(PAM)則是絮凝劑,該物質(zhì)在堿性水溶液中會(huì)形成大分子量的陰離子,可以使捕集后的固體雜質(zhì)再一次凝集并形成大顆粒沉淀物。經(jīng)過(guò)捕集和絮凝后,將含固體雜質(zhì)的凝固浴與空氣混合,并在浮上澄清桶中釋放,達(dá)到分離固體雜質(zhì)的目的。


      02

      經(jīng)過(guò)絮凝后,清液中不再含有固體物質(zhì),但仍然含有大量可溶性雜質(zhì),它們必須通過(guò)選擇合適的陰陽(yáng)離子交換樹脂加以去除。

      陰離子交換樹脂可以去除溶液中的陰離子,使溶液脫色;

      陽(yáng)離子交換樹脂可以去除溶液中溶解的嗎啉、N-甲基嗎啉、鐵和銅等陽(yáng)離子性雜質(zhì)。


      單純用陰離子交換樹脂只可以脫色,但無(wú)法去除鐵、銅、嗎啉和N-甲基嗎啉等雜質(zhì),并且回收液的pH過(guò)高。在凝固浴回收工序中,通常還加入一定量的過(guò)氧化氫(H2O2),其主要作用是將回收液中的N-甲基嗎啉氧化成N-甲基氧化嗎啉,以提高溶劑的回收率。值得注意的是,過(guò)氧化氫也能夠使嗎啉氧化成N-亞硝基嗎啉,后者具有強(qiáng)致癌性。

      這就要求在氧化之前必須用離子交換法徹底去除嗎啉,然后,再進(jìn)行過(guò)氧化氫氧化。過(guò)氧化氫還可以破壞回收液中的有色基團(tuán),這對(duì)提高溶劑的色澤也有一定的好處。

      03
      經(jīng)過(guò)絮凝和離子交換后的溶液,脫除了固體雜質(zhì)和可溶性雜質(zhì),此時(shí)的溶液是純的NMMO/水的稀溶液,蒸發(fā)是NMMO/水溶液提濃的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,NMMO水溶液的濃度從15%提高到70%~84%,不同的生產(chǎn)工藝對(duì)最終濃度的要求不同,濕法工藝要求有較高的濃度,而干法工藝要求的濃度相對(duì)較低。

      蒸發(fā)的過(guò)程需要消耗大量的能量,構(gòu)成了Lyocell纖維生產(chǎn)中能源消耗的主要部分。

      一條年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸的Lyocell纖維生產(chǎn)線,平均每小時(shí)待處理回收的料液近100噸,需要蒸發(fā)出約80噸水。因此,選擇合適的蒸發(fā)工藝,對(duì)降低纖維的生產(chǎn)成本具有重要的意義。

      NMMO水溶液的提濃可以采用傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)工藝,也可以采用機(jī)械式蒸汽再壓縮(mechanical vapor recompression,MVR)技術(shù)。兩種方法各有特點(diǎn),而MVR技術(shù)在設(shè)備投資成本、回收溶劑質(zhì)量綜合能耗等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

      01
      多效蒸發(fā)的特點(diǎn)

      蒸發(fā)是用加熱的方法使溶液中部分溶劑汽化并除去,從而使溶液濃度提高的過(guò)程。由于物質(zhì)經(jīng)歷了由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的相變,因此,會(huì)吸收大量的熱量,是一個(gè)非常耗能的工藝過(guò)程。被汽化的溶劑通常仍然具有一定能量,它們可以再次利用,多效蒸發(fā)便是充分利用被汽化后溶劑能量的一種技術(shù)。

      在工業(yè)生產(chǎn)中,蒸發(fā)用的外來(lái)熱源通常是高壓蒸汽,用于初始熱源的蒸汽稱為一次蒸汽(也被稱為生蒸汽),溶液被加熱后,自身所產(chǎn)生并用于下一級(jí)蒸發(fā)器加熱的蒸汽統(tǒng)稱為二次蒸汽。一次蒸汽溫度越高,產(chǎn)生的二次蒸汽溫度越高,但由于部分熱量已經(jīng)用于蒸發(fā)溶液中的溶劑,因此,二次蒸汽的溫度一定比輸入的蒸汽溫度低。

      理論上講,只要有足夠的溫度差,二次蒸汽可以多次利用,即當(dāng)一次蒸汽溫度足夠高時(shí),二次蒸汽仍有足夠高的溫度用于下一級(jí)蒸發(fā),依此類推,直至二次蒸汽不足以氣化溶液中的溶劑為止,這就是多效蒸發(fā)的基本原理。

      在蒸發(fā)過(guò)程中,溶液的沸點(diǎn)隨著其濃度的增加而逐漸升高,溶液的沸點(diǎn)又與操作壓力有關(guān),操作壓力越大,沸點(diǎn)越高,反之亦然。因此,合理地設(shè)計(jì)一次蒸汽的溫度和各級(jí)的壓力,就有可能保證逐級(jí)有一定的溫度差從而實(shí)現(xiàn)多效蒸發(fā)。依據(jù)二次蒸汽和溶液的流向,多效蒸發(fā)的流程可以分為并流、逆流錯(cuò)流。并流流程的示意圖如圖6-1所示。
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      圖 6-1 并流式多效蒸發(fā)器示意圖

      并流流程的特點(diǎn)是溶液和二次蒸汽同向依次通過(guò)各效。以四效為例,溶液從一效進(jìn)入,分別經(jīng)過(guò)二效、三效和四效,濃縮液從四效排出。外來(lái)的蒸汽也是從一效進(jìn)入,一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為二效的加熱蒸汽,二效產(chǎn)生的二次蒸汽用于三效的加熱,依此類推,四效排出的蒸汽通過(guò)冷卻器冷卻成水,不凝氣體通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧┡欧拧?/span>

      這一流程中前效的溫度和壓力都高于后效,而溶液濃度則是逐級(jí)提高。因此,物料可以借助各效間的壓力差流動(dòng),輔助設(shè)備少,溫度損失小,操作簡(jiǎn)便,工藝穩(wěn)定性好。其缺點(diǎn)是隨效數(shù)的增加,二次蒸汽的溫度不斷降低,溶液的黏度不斷增加,結(jié)果使傳熱效率不斷降低,這意味著要達(dá)到一定的傳熱效果,必須使用更大傳熱面積的設(shè)備。


      逆流式多效蒸發(fā)器示意圖如圖6-2所示。
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      圖6-2 逆流式多效蒸發(fā)器示意圖

      逆流流程中,溶液與二次蒸汽的走向相反,即蒸汽從一效到四效,而溶液是從四效到一效。由于一效中的溶液溫度和黏度最高,四效中的料液溫度和黏度最低,因此,它不具有自發(fā)流動(dòng)的動(dòng)力,需采用強(qiáng)制的方法。仍以四效為例,物料從四效進(jìn)入,通過(guò)泵被強(qiáng)制順序送入三效、二效和一效,濃縮液在一效排出。蒸汽的路徑與并流工藝相同,外來(lái)的蒸汽從一效進(jìn)入,一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為二效的加熱蒸汽,二效產(chǎn)生的二次蒸汽用于三效的加熱,依此類推,四效排出的蒸汽通過(guò)冷卻器冷卻成水,不凝氣體通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧┡欧拧?/span>

      逆流流程中,物料的溫度會(huì)隨著濃度的增加而逐步升高,溫度升高導(dǎo)致物料的黏度下降,其結(jié)果是各效溶液的濃度和溫度對(duì)黏度的影響大致抵消,各效傳熱條件基本相同,故無(wú)需因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)的降低而增加傳熱面積。其缺點(diǎn)是助設(shè)備多,因各效都是在低于沸點(diǎn)下進(jìn)料,必須設(shè)置預(yù)加熱器,故能耗較大。


      錯(cuò)流流程則是二次蒸汽依次通過(guò)各效,但料液則每效單獨(dú)進(jìn)出,這種流程適用于有晶體析出的料液。

      多效蒸發(fā)流程只有第一效使用了生蒸汽,有效地利用了二次蒸汽中的熱量。因此,具有明顯的節(jié)能效果,采取多效蒸發(fā)時(shí)所需的生蒸汽消耗量將遠(yuǎn)小于單效。

      從理論上分析,若第一效為沸點(diǎn)進(jìn)料,忽略熱損失和溫差損失等因素,則單效的喂人量與產(chǎn)出量之比D/W(feed/distillate)為1,即用一噸蒸汽蒸出一噸水,雙效的D/W為1/2,三效的D/W為1/3,依此類推,N效時(shí),D/W為1/N。當(dāng)然,考慮實(shí)際情況,這一值必須加以修正,因?yàn)殡S著物料溫度降低,物料的焓差不斷升高,每增加一效所帶來(lái)的效果會(huì)越來(lái)越小,最終效率可以描述為 D/W=b(1/N),b為修正系數(shù)。

      總溫差是第一效的最大允許加熱溫度和最后一效的最低沸點(diǎn)之差,多效蒸發(fā)的總溫差是各效溫差之和。因此,總溫差確定后,效數(shù)越多,每一效的溫差就越小。從節(jié)能的角度看,效數(shù)越多,節(jié)能效果越明顯。但過(guò)小的溫差會(huì)導(dǎo)致兩方面的問(wèn)題,一是為了達(dá)到要求的蒸發(fā)量,溫差(△Tm降低,就必須相應(yīng)擴(kuò)大各效的加熱面積,這就意味著投資費(fèi)用會(huì)大幅度上漲;二是隨著物料黏度的增加,傳熱系數(shù)會(huì)不斷降低,越靠近末級(jí),傳熱系數(shù)下降速度越快,尤其是對(duì)于并流流程。換言之,當(dāng)選用過(guò)小的溫差時(shí),效數(shù)增加帶來(lái)的節(jié)能效果會(huì)被導(dǎo)熱系數(shù)降低導(dǎo)致的能耗增加所抵消。因此,在總溫差確定后,要合理選擇蒸發(fā)裝置的效數(shù)

      Lyocell纖維制備中,多效蒸發(fā)仍是溶劑回收的主流工藝,通常采用并流流程。目前,除中國(guó)紡織科學(xué)研究院應(yīng)用自行開發(fā)的MVR溶劑回收技術(shù)外,國(guó)內(nèi)外都采用了多效蒸發(fā)的工藝。

      利用多效蒸發(fā)技術(shù)回收NMMO時(shí),存在一定的局限性。由多效蒸發(fā)的原理可見,效數(shù)越多越節(jié)能,而效數(shù)確定又受到每效溫差的限制,過(guò)小的溫差不僅增加設(shè)備投資,而且不會(huì)獲得明顯的節(jié)能效果。因此,當(dāng)末效溫度確定后,效數(shù)就取決于一次蒸汽的溫度,一次蒸汽的溫度越高,裝置的效數(shù)可以設(shè)置得越多。

      實(shí)驗(yàn)證明,NMMO在120℃時(shí)就開始出現(xiàn)分解的跡象,隨著溫度的進(jìn)一步增加,分解反應(yīng)加劇。因此,NMMO的這一特點(diǎn)限制了一次蒸汽的最高溫度,進(jìn)而也就限制了多效蒸發(fā)的效數(shù)。經(jīng)測(cè)算用于NMMO回收的多效蒸發(fā)器,最大的效數(shù)約是五效。此外,即便在這樣的工況條件下,仍然會(huì)使NMMO產(chǎn)生一定量的分解,它不僅會(huì)造成回收率的降低,而且其分解產(chǎn)物會(huì)對(duì)體系的安全存在潛在的危害。

      02
      MVR蒸發(fā)的特點(diǎn)

      MVR是利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽,經(jīng)壓縮機(jī)的機(jī)械做功將低品位的蒸汽提升為高品位的蒸汽熱源,向蒸發(fā)系統(tǒng)連續(xù)提供熱能,進(jìn)而完成對(duì)溶液蒸發(fā)提濃的一項(xiàng)技術(shù)。

      在多效蒸發(fā)系統(tǒng)中,由于溶液沸點(diǎn)升高和傳熱變差等原因,二次蒸汽的品位通常要低于一次蒸汽,利用二次蒸汽的熱能的先決條件是被加熱溶液的沸點(diǎn)必須低于二次蒸汽的飽和溫度,當(dāng)不能滿足上述條件時(shí),二次蒸汽的熱能就不能再次利用。在MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中,二次蒸汽通過(guò)蒸汽再壓縮的方式將其壓力和溫度同時(shí)提高,并返回體系再次用于加熱,選擇合適的工藝條件可以使壓縮后蒸汽量與加熱所需的蒸汽量相同,進(jìn)而用壓縮后的二次蒸汽替代一次蒸汽,由于這一過(guò)程是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng),不斷有二次蒸汽蒸出,經(jīng)分離后,二次蒸汽被壓縮再次用于加熱。因此,設(shè)備運(yùn)行后,可以利用自身的循環(huán)實(shí)現(xiàn)'0'外來(lái)蒸汽的蒸發(fā),其消耗的僅是壓縮機(jī)所用的電能。MVR的工作原理如圖6-3所示。

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      圖 6-3 MVR工作原理圖

      溶液通過(guò)循環(huán)泵在換熱器(管內(nèi))和分離器間循環(huán)流動(dòng),正常運(yùn)行后,待處理的料液通過(guò)進(jìn)料泵按一定的比例進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。

      開車時(shí),首先用生蒸汽給換熱器加熱(蒸汽走管外),使管內(nèi)的溶液加熱沸騰,產(chǎn)生二次蒸汽,二次蒸汽經(jīng)MVR壓縮機(jī)壓縮,壓力、溫度升高,熱焓增加,然后送到換熱器當(dāng)做加熱蒸汽使用,使料液維持沸騰狀態(tài),加熱蒸汽本身則冷凝成水。這一過(guò)程往復(fù)循環(huán)連續(xù)進(jìn)行,當(dāng)產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮后足以加熱料液蒸發(fā)時(shí),就不再需要生蒸汽。

      這一技術(shù)使二次蒸汽得到了充分的利用,回收了潛熱,提高了熱效率。實(shí)際使用過(guò)程中,根據(jù)工藝需要,要合理設(shè)計(jì)和利用MVR技術(shù),需要考慮壓縮機(jī)容量,當(dāng)一臺(tái)壓縮機(jī)不能一次性完成濃縮負(fù)荷時(shí),可以使用兩臺(tái)壓縮機(jī),因此,要考慮如何合理分配各級(jí)的蒸發(fā)量。此外,還需對(duì)冷凝水等尚有一定溫度的物料進(jìn)行熱量回收,以達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能的目的。


      Lyocell纖維生產(chǎn)中MVR溶劑回收的簡(jiǎn)易流程如圖6-4所示。

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      圖 6-4 MVR溶劑回收流程圖

      Lyocell纖維生產(chǎn)中,由于要將15%左右的溶液提濃到75%以上,因此,按照最節(jié)約投資成本和運(yùn)行成本的原則,通常將濃縮分幾段完成。當(dāng)NMMO濃度濃縮至70%以上時(shí),由于物料沸點(diǎn)升高達(dá)到30℃以上,所需加熱量很低,小產(chǎn)能的壓縮機(jī)并不經(jīng)濟(jì),因此從精準(zhǔn)控制溶液濃度考慮,最后一級(jí)通常用生蒸汽直接加熱。

      實(shí)際工況中,利用蒸汽壓縮機(jī)對(duì)換熱器中的少量不凝氣和水蒸氣進(jìn)行壓縮,能使系統(tǒng)內(nèi)的溫度提升5~20℃,并在蒸發(fā)器系統(tǒng)內(nèi)重復(fù)利用所產(chǎn)生的二次蒸汽的熱量,新鮮蒸汽僅用于裝置開車階段的預(yù)熱和引發(fā),提高了熱效率并降低了能耗。據(jù)測(cè)算MVR的經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)于多效蒸發(fā)的30效。

      03
      MVR工藝的優(yōu)點(diǎn)

      與常規(guī)的多效蒸發(fā)相比,MVR工藝技術(shù)應(yīng)用于NMMO回收有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn):回收產(chǎn)品的質(zhì)量好、設(shè)備運(yùn)行能耗低和投資成本少。

      NMMO是一種氧化劑,對(duì)溫度敏感,當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍時(shí),會(huì)出現(xiàn)明顯的分解反應(yīng)。多效蒸發(fā)工藝由于其工藝性質(zhì)所決定,必須使用具有較高溫度的一次蒸汽,否則系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行,其低限的蒸汽溫度在130℃。而MVR系統(tǒng)可以配合真空系統(tǒng),使物料溫度低于90℃,低溫運(yùn)行的直接結(jié)果是分解產(chǎn)物大幅度降低,它不僅有利于提高溶劑回收率,更使安全性有了大幅度的提高。兩種工藝的分解產(chǎn)物見表6-1。
      表6-1 冷凝水中分解產(chǎn)物的含量
      流程
      NMM
      M
      NMMO
      多效蒸發(fā)/(mg·kg-1
      98
      82
      57
      MVR蒸發(fā)/(mg·kg-1
      1.2
      0.8
      27

      二次蒸汽的充分利用是MVR系統(tǒng)的核心功能之一,其二次蒸汽利用率可以達(dá)到95%以上,而目前普遍使用的多效蒸發(fā)技術(shù),二次蒸汽利用率約為80%。

      MVR是一種以電換汽的節(jié)能工藝技術(shù),按照年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸Lyocell纖維工廠實(shí)際應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì),MVR技術(shù)與多效蒸發(fā)相比可以少用蒸汽7~8噸/噸產(chǎn)品,用電則要增加1000度/噸產(chǎn)品左右。如果折合成標(biāo)煤,按1萬(wàn)度電折1.229噸標(biāo)煤和1噸蒸汽折0.09噸標(biāo)煤計(jì)算,MVR技術(shù)將節(jié)約0.51~0.60噸標(biāo)煤/噸產(chǎn)品,具有明顯的節(jié)能效果。

      MVR技術(shù)可以較大幅度地降低設(shè)備投資成本,Lyocell纖維溶劑回收中大都采用并流式多效蒸發(fā)工藝,這一工藝的特點(diǎn)是物料借助各效間的壓力差流動(dòng)。但隨著效數(shù)的增加,傳熱效率不斷降低,因此,必須配備大傳熱面積的設(shè)備。MVR系統(tǒng)不存在傳熱效率降低的問(wèn)題,因此,不僅減少熱交換器的面積,節(jié)約了近50%的建筑面積,還使MVR整體的投資成本比多效蒸發(fā)下降了近17%。

      Image

      待續(xù)

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