【正文】 鹽換熱器的溫度用帶自動(dòng)顯示式電子電位計(jì)的熱電偶測(cè)量；對(duì)散熱片的溫度用現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行測(cè)量；對(duì)精鹽水進(jìn)鹽水預(yù)熱器的溫度用帶自動(dòng)顯示式電子電位計(jì)的熱電偶測(cè)量；對(duì)精鹽水出鹽水預(yù)熱器的溫度用帶調(diào)節(jié)閥的熱電偶測(cè)量。這是因?yàn)楫?dāng)電解液中的NaOH濃度一定時(shí)，提高電流密度必然相應(yīng)加大通過(guò)隔膜的鹽水質(zhì)量，這樣就相應(yīng)減少了OH向陽(yáng)極遷移和擴(kuò)散的量，因而提高了電流效率。③控制電解液中的NaOH質(zhì)量濃度不超過(guò)140 g/L。提高電流效率的途徑主要有以下幾個(gè)方面：①保證隔膜滲透率，控制隔膜的吸附質(zhì)量。(6) 電流效率 電流效率為實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。為避免在電解槽內(nèi)Cl2和H2混合爆炸，必須防止H2漏到Cl2中，應(yīng)控制陽(yáng)極室液面高于隔膜頂端，同時(shí)密切注意隔膜的完好情況。鹽水流量小，NaCl分解率高、NaOH濃度高，但OH的反遷移嚴(yán)重，副反應(yīng)多，電流效率低。 精鹽水的質(zhì)量指標(biāo) (g/L)NaCl含量Ca2+、Mg2+總量SO42含量NaOH過(guò)堿量Na2CO3過(guò)堿量≥315＜10＜5(2) 鹽水的溫度 提高溫度，可提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，降低氯氣在陽(yáng)極液中的溶解度，提高陽(yáng)極電流效率，同時(shí)還可降低陽(yáng)極上析出氯氣和陰極上析出氫氣的過(guò)電位。 5)g/L。生成的電解液，從電解槽陰極箱出口流出，導(dǎo)入總管，匯集到堿液貯槽（4），用泵（5）送往蒸發(fā)工段，蒸發(fā)濃縮。各種隔膜電解槽的結(jié)構(gòu)雖然不盡相同，但基本構(gòu)件中都包括槽蓋、陽(yáng)極組合件和陰極組合件。 隔膜電解槽的選擇隔膜電解槽是隔膜電解法生產(chǎn)的主要設(shè)備。 隔膜材料隔膜是整個(gè)電解槽中最重要的組成部分。隔膜電解槽常見的陰極材料有鐵、銅、鎳等。另外，電解槽和隔膜的壽命長(zhǎng)，使檢修和材料費(fèi)用大大降低。（3）電能損耗小 在金屬陽(yáng)極上氯的放電電位逼在相同條件下的石墨電極上約低200mV，每生產(chǎn)1t100% NaOH可以節(jié)電140~150度（kW目前國(guó)內(nèi)外氯堿工業(yè)中普遍采用的電極是石墨陽(yáng)極和金屬陽(yáng)極。s (1460KW計(jì)算如下：E= + T對(duì)于從食鹽水生成的氯、氫和氫氧化鈉的電解過(guò)程來(lái)說(shuō),式中：Q—由氯化鈉和水生成氯、氫和氫氧化鈉的熱反應(yīng)的，JdE/dT—分解電壓的濃度系數(shù),對(duì)氯化鈉的水溶液的電解來(lái)說(shuō),。為了減少副反應(yīng)的發(fā)生，在生產(chǎn)中采取的主要措施如下：(1) 采用精制的飽和食鹽水溶液并控制在較高的溫度下進(jìn)行電解，以減少氯氣在陽(yáng)極液中的溶解度。 立式隔膜電解槽示意圖飽和食鹽水由陽(yáng)極室注入，使陽(yáng)極室的液面高于陰極室的液面，陽(yáng)極液以一定流速通過(guò)隔膜流入陰極室以阻止OH的返遷移。本設(shè)計(jì)參照中鹽株洲化工集團(tuán)的氯堿生產(chǎn)工藝，選擇隔膜法電解生產(chǎn)燒堿。20世紀(jì)70年代中期水銀法在發(fā)達(dá)國(guó)家的氯堿工業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，但因汞有毒性，70年代末該法開始被逐漸淘汰。在石油化工和基本有機(jī)原料發(fā)展較快的國(guó)家和地區(qū)用氯量較大，因此出現(xiàn)燒堿過(guò)剩。因此，開辟節(jié)約能源新途徑，具有重要意義。（Ⅰ） 能源消耗大，主要是用電量大 氯堿生產(chǎn)的耗電量?jī)H次于電解法生產(chǎn)鋁，電能是氯堿工業(yè)的重要原料之一。英國(guó)ICI公司、德國(guó)拜耳公司、美國(guó)麥道化學(xué)公司、日本旭化成公司，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)化工、生命科學(xué)、電子化工材料、信息化學(xué)品、功能高分子等高科技精細(xì)化工領(lǐng)域，這些公司2000年產(chǎn)品的精細(xì)化率將超過(guò)50%。美國(guó)麥道化學(xué)、OXY Chemical、PPG三公司燒堿產(chǎn)量所占全國(guó)比例高達(dá)65%；前四大氯堿工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的80%。日、美、西歐作為全球氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)，形成三足鼎立之勢(shì)，引導(dǎo)世界氯堿行業(yè)發(fā)展的潮流，主宰著氯堿產(chǎn)業(yè)的價(jià)格動(dòng)向，平衡動(dòng)向，是氯堿生產(chǎn)的原動(dòng)力，這種狀況將持續(xù)到2000年。 世界氯堿工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀（1）世界氯堿工業(yè)生產(chǎn)能力及其分布 世界氯堿工業(yè)中燒堿、氯氣的生產(chǎn)能力1993年至1996年穩(wěn)定在年產(chǎn)4800萬(wàn)噸左右。在耗氯結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家與我國(guó)完全不同。我國(guó)氯產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)最近幾年有了很大發(fā)展，但是，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們的差距還相當(dāng)大。顯然，氯產(chǎn)品的發(fā)展是今后氯堿工業(yè)所必須關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題，氯產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)成為企業(yè)今后主要的效益增長(zhǎng)點(diǎn)，也是氯堿生產(chǎn)中決定企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)水平的最關(guān)鍵的因素之一，氯產(chǎn)品的生產(chǎn)與發(fā)展對(duì)氯堿行業(yè)的氯堿平衡起著決定性的作用。在電解法燒堿中，%，%，%。Ⅲ.我國(guó)氯堿工業(yè)存在的問(wèn)題（1）規(guī)模、技術(shù)問(wèn)題 目前我國(guó)燒堿每套裝置的平均規(guī)模在40 kt/a左右。Ⅱ.產(chǎn)量 隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，近年來(lái)燒堿的產(chǎn)量也不斷增加，2002年全國(guó)燒堿產(chǎn)量達(dá)8089 kt，為歷史最高紀(jì)錄，與2001年的7 kt相比，%。 氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩rⅠ.生產(chǎn)能力 氯堿工業(yè)，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。氯混合 5%（體積）以上氫氣時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。常用作還原劑。 NaOH === Na + OH NaOH + HCl ==== NaCl + H2O2NaOH + SO2(不足)==== Na2SO3 + H2O?！妫?）化學(xué)性質(zhì) 氫氧化鈉是強(qiáng)堿，具有堿的一切通性，另外還具有其他堿沒(méi)有的特性。 燒堿的性質(zhì)（1）物理性質(zhì) 純的無(wú)水氫氧化鈉為白色半透明，結(jié)晶狀固體。是一種常見的重要強(qiáng)堿，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，廣泛用于紡織工業(yè)、輕工業(yè)、冶金和有色冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)等部門。電解法生產(chǎn)燒堿，根據(jù)電解槽結(jié)構(gòu)、電極材料和隔膜材料的不同可分為水銀法、隔膜法和離子交換膜法。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄前 言 1 第一章 綜 述 2 燒堿的性質(zhì) 2 其他副產(chǎn)物的性質(zhì) 3 氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 3 我國(guó)氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 3 世界氯堿工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 氯堿工業(yè)的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀 5 第二章 隔膜法電解制燒堿 7 隔膜法制燒堿的基本原理 7 基本原理 7 電壓效率及槽電壓 8 電極和隔膜材料的選擇 9 陽(yáng)極材料 9 陰極材料 10 隔膜材料 10 隔膜電解槽的選擇 10 隔膜法電解工藝流程及操作條件 11 工藝流程 11 操作條件及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 13 電解操作指標(biāo)與生產(chǎn)控制點(diǎn)分析 14 第三章 工藝計(jì)算 16 物料衡算 16 對(duì)電解槽做物料衡算 16 對(duì)氫鹽換熱器進(jìn)行物料衡算 17 能量衡算 18 對(duì)氫鹽換熱器進(jìn)行熱量衡算 18 對(duì)電解槽進(jìn)行熱量衡算 20 第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算與選型 22 電解槽數(shù)量的估算 22 氫鹽換熱器的選型 22 鹽水預(yù)熱器的選型 23 其他設(shè)備的選型 24 第五章 主要工藝管道的計(jì)算與選擇 26 主要工藝管道的計(jì)算與選擇 26 水蒸氣管道的選型 26 電解槽氫氣出口總管道的選型 26 電解槽氯氣出口總管道的選型 26 氫鹽換熱器排水管道的選型 26 鹽水預(yù)熱器排水管道的選型 27 精鹽水管道的選型 27 電解堿液出口總管道的選型 27 主要管道選擇結(jié)果匯總 27 第六章 經(jīng)濟(jì)核算 28 經(jīng)濟(jì)核算 28 生產(chǎn)消耗核算 28 生產(chǎn)成果核算 28 29 第七章 廠址選擇和車間布置 30 化工廠選址的重要性 30 30 31 車間設(shè)備布置 31 31 32 第八章 氯堿生產(chǎn)中的防腐及三廢處理 34 氯氣的腐蝕原因和防護(hù)措施 34 鹽酸的腐蝕成因與防護(hù)措施 34 燒堿產(chǎn)生的腐蝕及防護(hù)措施 35 氯堿生產(chǎn)中三廢的處理 36 “廢渣”治理與綜合利用 36 “廢氣”治理及綜合利用 36 “廢水”的治理 37 第九章 設(shè)計(jì)小結(jié) 38 參 考 文 獻(xiàn) 39 致 謝 40 1湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言氯堿，即氯堿工業(yè)，也指使用飽和NaCl溶液制氯氣氫氣燒堿的方法。電解法生產(chǎn)燒堿除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一、能耗高，電解法生產(chǎn)燒堿的主要能耗是電能，其耗電量?jī)H次于電解法生產(chǎn)鋁；第二、氯與堿的平衡，電解法制燒堿所得到的燒堿與氯氣的產(chǎn)品的質(zhì)量比恒定為1:，但一個(gè)國(guó)家或地區(qū)對(duì)燒堿和氯氣的需求量，是隨著化工產(chǎn)品生產(chǎn)的變化而變化的；第三、腐蝕和污染嚴(yán)重。工業(yè)上常見的燒堿生產(chǎn)方法有苛化法和電解法兩種。氫氧化鈉極易溶于水，溶解度隨溫度的升高而增大，溶解時(shí)能放出大量的熱。，并吸收空氣中的CO2而變質(zhì)。 2NaOH + CuSO4=== Cu(OH)2↓+ Na2SO4 2Al + 2NaOH + 2H2O ==== 2Na(Al（OH)4）+3H2↑在NaOH不足量時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為2Al+6H2O + NaOH=== 2Al(OH)3↓+ 3H2↑ 其他副產(chǎn)物的性質(zhì)（1）氫氣 氫氣是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅易燃的氣體。（2）氯氣 氯在常溫常壓下為黃綠色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，吸入少量就能使人中毒。氯能與有機(jī)物和無(wú)機(jī)物進(jìn)行取代或加成反應(yīng)生成多種氯化物。我國(guó)各氯堿企業(yè)為了提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛擴(kuò)大燒堿裝置規(guī)模，從1999年開始，掀起了一輪燒堿擴(kuò)建高潮，到2000年其生產(chǎn)能力已從1998年的6 860 kt/a增至8 000 kt/a，目前我國(guó)燒堿的總生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到8 620 kt/a，居世界第2位。目前燒堿的生產(chǎn)方法幾乎全部采用電解食鹽水的方法，這樣，每生產(chǎn)1 t氯氣。只有24家企業(yè)達(dá)到了100 kt/a規(guī)模，布局分散，規(guī)模小，與國(guó)外大型燒堿企業(yè)差距大，國(guó)外氯堿企業(yè)的集中度相對(duì)較高，日本、歐盟的前5家企業(yè)分別集中了它們燒堿生產(chǎn)能力的50%，美國(guó)的5家大公司集中了美國(guó)燒堿生產(chǎn)能力的80%，而我國(guó)前5家企業(yè)的生產(chǎn)能力不到全國(guó)總生產(chǎn)能力的16%，裝置規(guī)模小，效益自然差距很大。（2）氯與堿平衡問(wèn)題 氯與堿的平衡是氯堿工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，在20世紀(jì)80 年代，是以堿定氯，通常把氯氣作為生產(chǎn)燒堿的副產(chǎn)品；而到了20 世紀(jì)90年代，由于氯產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，氯堿工業(yè)逐步發(fā)展為以氯定堿，燒堿逐漸被一些業(yè)內(nèi)人士稱為副產(chǎn)品了。我國(guó)的氯堿工業(yè)目前已開始由建國(guó)初期的以堿為主的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向以氯為主的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的新的發(fā)展時(shí)期。從耗氯結(jié)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)的無(wú)機(jī)氯產(chǎn)品的耗氯量始終占據(jù)全部氯產(chǎn)品耗氯量的主導(dǎo)地位，雖然從1983年我國(guó)停止生產(chǎn)耗氯量占12%左右的“六六六”原粉商品后，聚氯乙烯樹脂的耗氯量有所增加，尤其20世紀(jì)90年代中期，我國(guó)開始大力推廣使用塑料建材，限制使用木材，使建筑行業(yè)以塑代木、以塑代鋼得到迅速發(fā)展，從而推動(dòng)了聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展。%，%；%，%；日本1995年有機(jī)氯產(chǎn)品耗氯量占整個(gè)氯產(chǎn)品耗氯量的55%，%。其中燒堿年產(chǎn)量約4000萬(wàn)噸，美國(guó)和歐洲約2500萬(wàn)噸/年，日本400萬(wàn)噸/年。（2）西方發(fā)達(dá)國(guó)家氯堿工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)：第一，以技術(shù)改造為手段，向節(jié)能降耗發(fā)展。而我國(guó)燒堿企業(yè)有220多家，廠多規(guī)模小，布局分散，經(jīng)營(yíng)條件差，前四大氯堿工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)量?jī)H占全國(guó)總產(chǎn)量的15%，因此，影響了我國(guó)氯堿工業(yè)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。 氯堿工業(yè)的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀電解法生產(chǎn)燒堿在制得燒堿的同時(shí)還生產(chǎn)氯氣和氫氣，所以工業(yè)上電解法生產(chǎn)燒堿也稱氯堿工業(yè)。在美國(guó)，氯堿工業(yè)用電量占總發(fā)電量的2%，%。（Ⅱ） 氯與堿的平衡 電解食鹽水溶液時(shí)，按固定質(zhì)量比例(1:)同時(shí)產(chǎn)出燒堿（NaOH）和氯氣兩種聯(lián)產(chǎn)品。總之，燒堿與氯氣的平衡問(wèn)題始終是氯堿工業(yè)發(fā)展中的恒定矛盾。隔膜法是最早出現(xiàn)的食鹽水電解技術(shù)，已歷經(jīng)多次技術(shù)革新。40第二章 隔膜法電解制燒堿 隔膜法制燒堿的基本原理 基本原理NaCl水溶液中，主要存在四種離子：Na+、Cl、H+、OH。得到產(chǎn)品氫氣、氯氣分別從陰極室和陽(yáng)極室上方的導(dǎo)出管導(dǎo)出，氫氧化鈉則從陰極室下方導(dǎo)出。(2) 保持隔膜的多孔型和良好的滲透率，使能陽(yáng)極液正常均勻地透過(guò)隔膜，阻止兩極產(chǎn)物的混合和反應(yīng)。氯化鈉的水溶液電解的總過(guò)程可以寫為：NaCl + H2O = NaOH + 1/2Cl2 + 1/2H2其熱效應(yīng)可以根據(jù)蓋斯定理計(jì)算，由元素生成的氯化鈉的生成熱為：Na +1/2Cl2 = NaCl +由鈉和水生成的氫氧化鈉溶液的熱效應(yīng)為：Na + H2O = NaOH + 1/2H2 +分解氯化鈉的水溶液所需要的熱量為：Q = + ()－=代入公式求得25℃時(shí)的氯化鈉的理論分壓為：E=－298=（2）槽電壓 電解槽兩極上所加的電壓稱為槽電壓，槽電壓Em包括:理論分壓E、過(guò)電位E0、電流通過(guò)電解液的電壓降?EL和通過(guò)電極、導(dǎo)線、接點(diǎn)、等的電壓降?ER，即E槽=E+E0+?EL+?ER理論分壓E對(duì)槽電壓EM之比，稱為電壓效率ηE,即：ηE=(E/E槽)100%隔膜法的電壓效率一般在60%左右。h)本設(shè)計(jì)采用95%的電流效率，則耗電量為：Q== GC,則消耗的電能為:W==金屬陽(yáng)極與石墨陽(yáng)極相比較有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)能力高 金屬陽(yáng)極能耐高電流密度，一般情況下可達(dá)15~17A/dm2，為石墨電解槽電流密度的2倍，國(guó)外的MDC型和Hooker型電解槽可達(dá)20 A/d