【正文】 .............. 37 附錄 A.....................................................................................................................38 附錄 B.....................................................................................................................39 I 年產十萬噸燒堿工藝設計 摘要 ： 離子膜法制堿是當今氯堿工業(yè)中崛起的新技術，本文介紹了離子膜燒堿的特點，并且通過對現(xiàn)有的生產方法進行比較，確 定了離子膜燒堿在發(fā)展空間上的優(yōu)勢。文中系統(tǒng)的介紹了離子膜燒堿的生產工藝，對鹽水精制、電解、蒸發(fā)、片堿工段做了工藝流程的設計和選擇。根據要求的年產十萬噸的需求對電解槽進行物料衡算為電解槽選型提供依據，堿液蒸發(fā)工段進行了詳細的物料、熱量衡算，確定了所選工藝下的堿液處理量。通過查閱文獻期刊，選擇出最先進同時也是最適合該年產量的氯工程 nBiTAC 電解槽。蒸發(fā)工段中根據堿液由 32%蒸發(fā)濃縮到片堿的要求設計出滿足其蒸發(fā)需要的雙效逆流蒸發(fā)流程，同時對主體設備的結構和材料進行設計、選材。設計出一套蒸發(fā)室為直徑 高 ，加熱室為直徑 高 4m 的強制外循環(huán)蒸發(fā)器。最后根據查閱的文獻和計算結果參照 93 標準繪制出帶控制點工藝流程圖和設備圖。 關鍵詞： 精制鹽水；離子膜；燒堿；蒸發(fā)器 II The Process Design of Caustic Soda Based on 100kt/a Abstract: Making caustic soda by ionic membrane is the rise of new technologies in chloralkali industry. This paper introduces the characteristics of ionic membrane caustic soda, and by pared existing production method, determines the advantages in the development space of ionic membrane caustic soda. This paper will system introduced the production technology of ionic membrane caustic soda, and the salt water refining, electrolysis, evaporation ,flake caustic section has made the process flow design and choice. On the base of one hundred thousand tons per year production requirements, the calculation of material balance will provide the basis for choosing electrolytic bath. The calculation of material and energy balance for alkali liquor evaporation section determine the dosage of alkali liquor and vapor. Base on consulting journals and literatures, the most advanced and suitable Chlorine engineering n BiTA electrolytic bath has been selected . In the evaporation section according to the requirements of the alkali liquor evaporation concentration from 32% to piece of alkali design can meet the needs of the evaporation of doubleeffect countercurrent evaporation process, at the same time the process can meet the needs of evaporation section. According to the calculation of the data , a set of evaporation chamber as the diameter of m, m high, heating chamber for the outside diameter of m high, 4 m forced circulation evaporator has been designed . Finally, according to calculation result and literature by reference to 93 standard, the technology flow chart with control points and equipment has been draw in this design. Key words: refined salt。 ionic membrane。 caustic soda 。 evaporator 1 引 言 離子膜法制堿是當今氯堿工業(yè)中崛起的新技術，離子膜燒堿不僅質量好，能耗低，而且從根本上解決了由石棉隔膜法制堿造成的石棉絨對水質的污染和對操作人員健康的影響。它可用于棉紡、化纖、醫(yī)藥、造紙和食品工業(yè)，近年來，市場對燒堿的需求明顯上升，特別是紡織業(yè)，對燒堿及其聯(lián)產品氯氣的需求迅速增加。離子膜法制堿技術具有國際先進水平，被國家確定為化工重點發(fā)展的 七大工程之一。同時符合國家提倡的企業(yè) ―做大、做強、做優(yōu) ‖及 ―高新技術產業(yè)化、傳統(tǒng)產業(yè)高新技術化、優(yōu)化企業(yè)產品結構 ‖的產業(yè)政策，通過采用新技術、新工藝，提高產品質量，降低原料消耗，減少 ―三廢 ‖排放，實現(xiàn)清潔生產和循環(huán)經濟 ??1 。 本次設計的課題是十萬噸每年離子膜法燒堿電解、蒸發(fā)、片堿工段的工藝設計，通過查閱相關資料得知，我國離子膜法制堿技術從國外引進到部分技術國產化只有短短十幾年，和國外相比有較大差距。本次設計對電解、蒸發(fā)、片堿工段作了工藝流程的選擇，并結合氯堿 工業(yè)的經驗數(shù)據對蒸發(fā)工段作了物料衡算、熱量衡算以及主體設備的選型和設計，確定了在所選工藝下的鹽水耗用量，蒸汽耗量，主體設備結構。 通過此次設計，全面培養(yǎng)和檢查了我綜合運用所學知識提高理論聯(lián)系實際的能力和素質，鞏固和加深了基礎知識和基本技能訓練。通過進行初步設計的學習和訓練，從而將所學的知識由感性認識提高到理性認識，為以后工作奠定基礎。 由于自身能力所限，設計中的疏漏在所難免，敬請各位老師能給予批評和指正。 2 第一章 工藝路線的選擇 目前世界上生產燒堿的方法有 4 種：隔膜法、水銀法、離子膜法、苛化法。隔膜法、水 銀法和離子膜法都是通過電解鹽水生產燒堿；而苛化法則是以石灰和純堿為原料制取燒堿。苛化法目前僅在少數(shù)地區(qū)采用，我國苛化法燒堿僅占總產量的 ％左右。水銀法燒堿含鹽量低，產品濃度高，質量好，但是該法對環(huán)境污染嚴重，其汞害對人體有很大危害，聯(lián)合國環(huán)境保護組織已要求逐步取代該法。隔膜法在國內外均廣泛采用，該法早期為石墨陽極電解槽，在組裝電槽中會產生大量鉛和瀝青煙霧，在操作中會生成石棉絨堿性污水和石棉絨粉塵，同時該法能耗非常大，因此從 20 世紀 70 年代國內外開始用金屬陽極電槽取代石墨陽極電槽。目前發(fā)達國家已完全淘汰石 墨陽極電解槽。我國的石墨陽極裝置每年尚有約 20 多萬 噸 的產量，國家已將其列入淘汰類工業(yè)生產能力。與石墨法相比，金屬陽極隔膜法在技術上有了很大的提高，但能耗依然較高，產品質量較差，同時仍存在一定的石棉絨污染問題 ??2 。離子膜法是 20 世紀 80 年代發(fā)展的新技術，能耗低，產品質量高，且無有害物質的污染，是較理想的燒堿生產方法 ，故本次設計選用離子膜法。 與金屬陽極隔膜法相比，離子膜法具有以下優(yōu)點： (1)工藝流程簡單。由于離子膜法電解液濃度高，因此不需要蒸發(fā)工段即可獲得 30％以上的產品。 (2)能耗低。由于堿液濃度高、純度高，大大減少了蒸汽的消耗，同時電解工段的電耗和循環(huán)水耗也大幅度降低，離子膜法比隔膜法總能耗低 30％以上。 (3)污染程度低。離子膜法生產裝置排出的廢液、廢氣均能做到回收利用，達標排放，對環(huán)境幾乎沒有污染。 (4)產品純度高。離子膜堿為高純度產品 ， 可滿足紡織化纖行業(yè)對高純堿的要求。 (5)裝置占地少。離子膜法裝置占地較隔膜法裝置要少 40％－ 50％。 (6)生產穩(wěn)定，安全性高。離子膜法生產彈性較大，電槽能適應電流負荷的較大幅度變化，迅速調節(jié)負荷；同時離子膜法開 停車安全方便，操作維修簡單，同時勞動強度低 ??3 。 3 第二章 精制鹽水工段 精鹽水指標 離子膜制堿工藝的鹽水是由電解裝置返回的淡鹽水和化學處理的精制鹽水組成。將固體原鹽 (或搭配部分鹽鹵水 )與蒸發(fā)工段送來的回收鹽水、洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例摻和、加熱、溶解成含氯化鈉的飽和水溶液，同時按原鹽中雜質含量連續(xù)加入適量的精制劑(氫氧化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等 )，使鹽水中鈣、鎂、硫酸根等雜質離子分別生成難溶的沉淀物，然后加入助沉劑 (聚丙烯酸鈉等 )。經過澄清 、砂濾得到一次鹽水。二次鹽水精制設備由過濾器和樹脂塔組成，制取符合要求的精鹽水。原鹽溶解后的粗鹽水中含有 Ca2? 、Mg2? 及不溶物固體等雜質，過多的 Ca2? 、 Mg2? 等雜質將會加大二次鹽水精制螯合樹脂塔的負荷，縮短再生周期，嚴重時會使螯合樹脂塔出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，因此對 Ca2? 、 Mg2? 含量有一定要求。鹽水中的游離氯會破壞螯合樹脂的結構，使之失去螯合作用；有機物會附著在螯合樹脂上，影響螯合樹脂的吸附效果，將嚴重影響精鹽水質量，對離子膜造成不可恢復的損傷，從而降低電流效率。因此，必須將進入電解槽的鹽水中的雜質除去 ,這就是鹽水精制過程。制得質量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。一般 1t 堿需要 鹽（理論比例為 1： ） ??4 。離子膜法制燒堿工藝對精鹽水 各項指標的要求十分嚴格，精鹽水的各項指標見表 。 表 精鹽水指標 名稱 指標（質量分數(shù) 610?? ） 名稱 指標 （質量分數(shù) 610?? ） Ca2? Mg2? Ss Fe2? Ni2? Al3? Si2? 表 中所列各項指標中任何一項不合格都會造成嚴重后果，甚至造成系統(tǒng)停車。因此，鹽水精制十分重要，需尋找從化鹽到鹽水精制合格的最佳工藝條件。 原鹽質量 嚴格控制進廠原鹽的各項質量指標是鹽水生產的重要環(huán)節(jié)。原鹽不合格將加大生產難 4 度，甚至無法生產出合格的精制鹽水，質量指標見表 。 表 原鹽質量 名稱 NaCl Ca2? Mg2? Si 水不溶性雜質 水溶性雜質 水分 指標 % 95 ≤ ≤ ≤ 其中鈣、鎂離子的比值應大于 1。硅含量絕對不能超標，如鈣、鎂離子比值等于 1 時，需根據實際含鈣、鎂離子的量，適當加入鈣化合物以補充鈣離子量，使鈣、鎂離子比值達到 1 以上。但是，鎂離子質量分數(shù)大于 2％的原鹽就不能進廠用于生產。如硅含量不合格，在鹽水精制過程中會 因無法除掉大量硅化合物，而造成鹽水二次精制困難，甚至使樹脂塔無法正常運行從而造成停車。 淡鹽水脫氯及過堿量控制 化鹽用水主要由脫氯的淡鹽水和地下上水構成。精制后的鹽水含氯會造成炭素管過濾器損傷，原因是炭素燒結管是由炭粉加石油焦燒結而成的多微孔炭素材料，該材料耐酸堿，但與氧化劑易發(fā)生反應因而會造成過濾效果差。嚴重時造成炭素燒結管骨架變形，所以要求鹽水脫氯工序必須平穩(wěn)，含氯鹽水不能進入化鹽工序。另外淡鹽水過堿量要求控制在，過高會加大一次精制反應難度，甚至造成一次鹽水發(fā)渾。 粗鹽水含 量、溫度以及流量 因為精制后的鹽水要求控制 NaCl 的質量濃度在 (305177。5) g/L之內，粗鹽水中 NaCl 的質量濃度應控制在 (307177。5) g/L之內，不能波動太大，否則鹽水相對密度變化較大影響鹽水澄清速度，延長澄清時間甚至造成一次鹽水含鈣鎂不合格。所以要求粗鹽水中 NaCl 的質量濃度應控制在 (307177。2)g/L 為最佳。精鹽水的溫度根據裝置熱損失的情況最好控制在(65177。5) ℃ ，溫度過高容易造成能耗上升，精制劑失活；溫度過低會延長精制反應時間，不利反應沉淀物生成。粗鹽水溫度最好控制在 (65177。5)℃ 。精鹽水流量 應穩(wěn)定，不能忽快忽慢。工業(yè)化生產要求平穩(wěn)運行，粗鹽水流量不穩(wěn)定會造成精制劑加入量反復調整。精制反應不穩(wěn)定會影響鈣、鎂離子絮凝，從而造成鹽水質量下降。鹽水流量不穩(wěn)定也會造成澄清桶內鹽水上升速度不穩(wěn)定，影響沉淀物的下沉速度，嚴重時會造成澄清桶返渾。 精制劑的配制 在精制劑配制過程中要求濃度合格，溫度合格。濃度不合格就會影響精制劑的加入量。進而影響鹽水的濃度。精制劑加入過多會