【正文】 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。它可用于棉紡、化纖、醫(yī)藥、造紙和食品工業(yè)，近年來(lái)，市場(chǎng)對(duì)燒堿的需求明顯上升，特別是紡織業(yè)，對(duì)燒堿及其聯(lián)產(chǎn)品氯氣的需求迅速增加。本次設(shè)計(jì)對(duì)電解、蒸發(fā)、片堿工段作了工藝流程的選擇，并結(jié)合氯堿 工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)蒸發(fā)工段作了物料衡算、熱量衡算以及主體設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)，確定了在所選工藝下的鹽水耗用量，蒸汽耗量，主體設(shè)備結(jié)構(gòu)。 2 第一章 工藝路線的選擇 目前世界上生產(chǎn)燒堿的方法有 4 種：隔膜法、水銀法、離子膜法、苛化法。隔膜法在國(guó)內(nèi)外均廣泛采用，該法早期為石墨陽(yáng)極電解槽，在組裝電槽中會(huì)產(chǎn)生大量鉛和瀝青煙霧，在操作中會(huì)生成石棉絨堿性污水和石棉絨粉塵，同時(shí)該法能耗非常大，因此從 20 世紀(jì) 70 年代國(guó)內(nèi)外開始用金屬陽(yáng)極電槽取代石墨陽(yáng)極電槽。離子膜法是 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展的新技術(shù)，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量高，且無(wú)有害物質(zhì)的污染，是較理想的燒堿生產(chǎn)方法 ，故本次設(shè)計(jì)選用離子膜法。由于堿液濃度高、純度高，大大減少了蒸汽的消耗，同時(shí)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。離子膜堿為高純度產(chǎn)品 ， 可滿足紡織化纖行業(yè)對(duì)高純堿的要求。離子膜法生產(chǎn)彈性較大，電槽能適應(yīng)電流負(fù)荷的較大幅度變化，迅速調(diào)節(jié)負(fù)荷；同時(shí)離子膜法開 停車安全方便，操作維修簡(jiǎn)單，同時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度低 ??3 。二次鹽水精制設(shè)備由過(guò)濾器和樹脂塔組成，制取符合要求的精鹽水。制得質(zhì)量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。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。硅含量絕對(duì)不能超標(biāo)，如鈣、鎂離子比值等于 1 時(shí)，需根據(jù)實(shí)際含鈣、鎂離子的量，適當(dāng)加入鈣化合物以補(bǔ)充鈣離子量，使鈣、鎂離子比值達(dá)到 1 以上。精制后的鹽水含氯會(huì)造成炭素管過(guò)濾器損傷，原因是炭素?zé)Y(jié)管是由炭粉加石油焦燒結(jié)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(yīng)因而會(huì)造成過(guò)濾效果差。5) g/L之內(nèi)，粗鹽水中 NaCl 的質(zhì)量濃度應(yīng)控制在 (307177。精鹽水的溫度根據(jù)裝置熱損失的情況最好控制在(65177。精鹽水流量 應(yīng)穩(wěn)定，不能忽快忽慢。 精制劑的配制 在精制劑配制過(guò)程中要求濃度合格，溫度合格。所以要求精制劑必須配制合格，液體溫度應(yīng)控制在 60～65℃ 。 精制反應(yīng)時(shí)間 精制反應(yīng)要充分，并且控制適當(dāng)。炭素管的微孔平均直徑約為一百一十微米。 樹脂塔的操作要點(diǎn) 在過(guò)濾后的二次鹽水中， Ca2? 、 Mg2? 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 6310?? ，但是并不能滿足于離子膜法電解槽的鹽水純度要求。樹脂吸收鹽水中的 Ca2? 、 Mg2? 、 Sr2? 等離子時(shí)，要有充分的接觸時(shí)間，如果流量過(guò)快。 樹脂塔壓差控制 樹脂塔進(jìn)出口壓 差不能超過(guò) MPa，樹脂塔壓差過(guò)高會(huì)造成樹脂破碎。與此同時(shí)膜中的活性基團(tuán)中固定離子具有排斥 Cl? 和 OH? 的能力。 每小時(shí)產(chǎn)堿量： 4310 10 10?? / 300 24? = 電解槽選型 8 根據(jù)年產(chǎn)量并綜合技術(shù)先進(jìn)性、效率等各方面因素，通過(guò)查閱資料決定選用日本氯工程公司電解槽，其參數(shù)見(jiàn)表 . 表 電解槽參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 型號(hào) nBATIC896 單元槽數(shù)量 962 單元槽有效面積 2m 電流密度 槽溫 80—88℃ 離子膜型號(hào) 杜邦 N2030 電流效率 ≥95% 出槽 NaOH 濃度 32% 物料衡算 以一臺(tái)電解槽為衡算標(biāo)準(zhǔn)： 每小時(shí)產(chǎn)堿量： 1 8 .1 1 1 .4 9 2 1 9 2 5 1 8 7 .8 6? ? ?kg 2NaCl +2H2O 2NaOH +Cl2↑ +H2↑ 117 36 80 71 2 a b c d a= kg b= kg c= kg d= kg c=d= kmol/h 80℃ 時(shí)陽(yáng)極液上方水蒸汽分壓為 290mm汞柱。燒堿的蒸發(fā)，就是將燒堿溶液加熱沸騰，使堿液中的水分部分汽化從而提高堿液的濃度的。 （ 2）濃度高，蒸發(fā)水量 少，蒸汽消耗低：離子膜堿液的濃度高，需要蒸發(fā)的水量少，蒸汽消耗就會(huì)大幅下降 ??7 。多效蒸發(fā)中，二次 蒸汽的潛熱得到了較為充分的利用，提高了加熱蒸汽的利用率。理論上蒸汽消耗量與效數(shù)的關(guān)系見(jiàn)表 . 表 蒸發(fā) 1t 水耗汽量與效數(shù)的關(guān)系 效數(shù) 單效 雙效 三效 汽耗 (t) ～ ～ ～ 按操作壓力可以分為常壓、加壓或減壓蒸發(fā) 。 在順逆流工藝的選擇時(shí)，逆流工藝較順流工藝有一定的優(yōu)勢(shì)。但是在選擇逆流時(shí)，要受到質(zhì)材的限制，因?yàn)閷?duì)于逆流流程，濃效蒸發(fā)器處于高溫、高濃度堿的惡劣條件下，蒸發(fā)器的質(zhì)材就必須選用優(yōu)質(zhì)的金屬材料，如鎳材，或優(yōu)質(zhì)低碳不銹鋼，否則濃效會(huì)因?yàn)楦邷貕A液的腐蝕導(dǎo)致 極短的壽命，使得投入大于回報(bào)，嚴(yán)重則會(huì)造成泄漏危及生命，污染環(huán)境。蒸發(fā)的輔助設(shè)備包括：使液沫進(jìn)一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。操作穩(wěn)定。 14 優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時(shí)間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)； 溫度差損失較小 ，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。 蒸發(fā)工藝計(jì)算 蒸發(fā)水量的計(jì)算 ??10 已知年產(chǎn) 100％ NaOH 10 萬(wàn)噸 , 年生產(chǎn)天數(shù)為 300 天，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 總壓降 ??P = 50010 = 490 kPa，設(shè)壓降分配比 1P? : 2P? = 40:9 （ 43） 又： 1P? + 2P? =??P （ 44） 解得： 1P? = 400 kPa， 2P? = 90kPa Ⅰ 效二次蒸汽壓力： P1 = P0 － 1P? = 500400 = 100kPa Ⅱ 效二次蒸汽壓力： P2 = P1 2P? = 10090 = 10 kPa 查飽和水蒸汽表可得 Ⅰ 效二次蒸汽相應(yīng)壓強(qiáng)下的溫度 ?t ℃ ，密度 31 / m?? ，汽化潛熱 1r / kg? ??11 。 對(duì)第二效列熱量衡算式： //1 1 2 0 0 2 2 2W r F C ( t t ) W r??? ? ? ??? （ 418） 其中， 2? 為 Ⅱ 效的熱利用系數(shù) /0t 為進(jìn)料溫度，已知沸點(diǎn)進(jìn)料，故 /2/0 tt? 由《氯堿化工生產(chǎn)工藝氯堿分冊(cè)》 ??12 查得： 32％ NaOH 溶液在 /1t =℃ ～ /2t =℃ 時(shí)的比熱即 0C =(kg℃ )， K2 =1900W/(m2 則 Ⅱ 效加熱蒸汽溫度： ???? /2/21 ttt + = ℃ 查飽和水蒸汽表： 1t = ℃ 時(shí)水蒸汽壓強(qiáng) 1p = 64 kPa，汽化潛熱 1r = 2295kJ/kg。 膜式法生產(chǎn)片狀固堿是使堿液與加熱源的傳熱蒸發(fā)過(guò)程在薄膜傳熱狀態(tài)下進(jìn)行。氧化鎳易溶于堿液中，并被帶走，這樣的過(guò)程在濃堿蒸發(fā)中會(huì)反復(fù)的進(jìn) 行，而導(dǎo)致鎳設(shè)備的腐蝕損壞。這樣做會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行的很完全。它的成分為 40%NaNO 7%NaNO 53%、導(dǎo)熱性、 27 流動(dòng)性及化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被工業(yè)上所普遍采用。其生產(chǎn)工藝大多由熬堿鍋熬制而成。片堿的厚度與溫度隨片堿機(jī)刮刀調(diào)節(jié)的距離及冷卻水狀況的不同而改變。 29 第六章 主要設(shè)備選型和設(shè)計(jì) 電解槽選型及依據(jù) 日本氯工程公司電解槽： 表 電解槽參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 型號(hào) nBITAC896 單元槽數(shù)量 962 單元槽有效面積 2m 電流密度 槽溫 80—88℃ 離子膜型號(hào) 杜邦 N2030 電流效率 ≥95% 出槽 NaOH 濃度 32% 由氯工程公司開發(fā)的最新型離子膜電解槽 nBiTAC，是一種適用于更高電流密度下運(yùn)行的零極距復(fù)極式自然循環(huán)電解槽，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)特，電解槽的內(nèi)部采用了分隔板與導(dǎo)電筋板一體化的全新型結(jié)構(gòu)。 nBiTAC電解槽最顯著的特點(diǎn)是低電耗。 nBiTAC 電解槽設(shè)計(jì)的理念也 成就了它安裝簡(jiǎn)便和運(yùn)行容易以及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）高電流密度運(yùn)行 傳統(tǒng)的電解槽由于結(jié)構(gòu)電壓降，運(yùn)行電流密度只能在 4～ 5kA/ 2m 氯工程公司的原BiTAC 電解槽早在 1989 年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 5～ 6kA/ 2m 電流密度下安全穩(wěn)定運(yùn)行。在經(jīng)濟(jì)性上表現(xiàn)為更長(zhǎng)的使用壽命以及運(yùn)行過(guò)程中的低損耗。 （ 4）離子膜使用壽命更長(zhǎng) 完全的自 然循環(huán)系統(tǒng)、特殊的頂倉(cāng)設(shè)計(jì)，減少了頂倉(cāng)內(nèi)的壓力波動(dòng)，從而使離子膜的壽命大大提高。 （ 6） 可視流體 每個(gè)單元槽的出口管嘴上都采用了透明的氟塑料軟管，可通過(guò)目視檢測(cè)每個(gè)單元槽的異常情況，如鹽水進(jìn)料堵 塞，堿液進(jìn)料堵塞或者離子膜有破損等，可以通過(guò)氣液流動(dòng)變化，電解液的顏色變化很容易地檢查到。因此，與其他電解 槽相比，設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊，安裝占地面積最小，而其離子膜的有效使用率高達(dá) %，可以為用戶在長(zhǎng)期運(yùn)行中節(jié)省極為可觀的離子膜更換成本。例如：山東海明的電解裝置到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行了 1 年多時(shí)間，電流効率和電壓值都保持穩(wěn)定，離子膜及單元槽未曾發(fā)生針孔，泄漏等故障，開車至今也未進(jìn)行過(guò)拆卸維修 ??15 。 加熱管的型號(hào)本文選用： φ57 加熱管長(zhǎng)度選用： L=4m 加熱管采用鎳鋼管道 316L不銹鋼（ 00Cr17NiMO2 ） 已知所需加熱面積 A= ，取 10％的裕度 則初步估算所需管子數(shù)為 n 3A (1 10%)n 4 50 10??? ?? ? ?= （ 61） 取整為 3。 蒸發(fā)設(shè)備的計(jì)算 蒸發(fā)器加熱管數(shù)及加熱室直徑的計(jì)算 ??16 蒸發(fā)器的加熱管常選用 φ2 φ3 φ57。另外，陰極網(wǎng)改為機(jī)械式接觸結(jié)構(gòu)，使得更換陰極在裝置現(xiàn)場(chǎng)就可簡(jiǎn)便進(jìn)行，大大降低了運(yùn)行成本。 nBiTAC 電解槽為實(shí)現(xiàn)在電解槽間的電流泄漏降至最小量，采用了特殊設(shè)計(jì)的進(jìn)料管、溢流管、抗腐蝕 31 電極和最佳設(shè)計(jì)的電解液總管與分管。 （ 5）陰、陽(yáng)極涂層的壽命長(zhǎng) 基于在電解工藝方面卓有成效的研究和多年的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出了更優(yōu)異，涂層壽命更長(zhǎng)的陰極涂層技術(shù)。此外，由于 nBiTAC 電解槽的陽(yáng)極室在整個(gè)離子膜墊片接觸表面的框架上采用了抗間隙腐蝕的鈦合金材料，從而徹底杜絕了墊片的接觸表面產(chǎn)生間隙腐蝕的可能性。從 1999 年開始，日本東曹采用的 nBiTAC 電解槽一直在 ，并且自去年開始，穩(wěn)定運(yùn)行電流密度達(dá)到了 8kA/ 2m 由于它更低的結(jié)構(gòu)電壓降、更好的電解液混合、更平穩(wěn)的氣 體分離，從而可在更