【正文】 189萬噸，產(chǎn)量約為4548萬噸，一些老裝置將被關(guān)閉。世界先進(jìn)國家大多數(shù)彩用離子膜法生產(chǎn)燒堿，日本離子膜法工藝占88%，而我國僅占15%不到。第三，發(fā)展以氯堿為原料的項(xiàng)目，確定精細(xì)化工發(fā)展戰(zhàn)略。它是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品燒堿和氯氣在國民經(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。因此，電力供應(yīng)狀況和電價(jià)對氯堿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響極大，各國始終的把降低能耗作為電解法的核心問題。在一個(gè)國家和地區(qū)，對燒堿和氯氣的需求結(jié)構(gòu)不一定符合燒堿和氯氣的供給結(jié)構(gòu)，因此出現(xiàn)了燒堿和氯氣的供需平衡問題。（Ⅲ） 腐蝕和污染 氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等具有強(qiáng)腐蝕性，在生產(chǎn)過程中使用的原材料如石棉、汞、含氯廢氣等都可能對環(huán)境造成污染，因此防止腐蝕和環(huán)境污染也一直是氯堿工業(yè)努力革新的方向。隔膜法電解槽中采用的石棉隔膜有一定的局限性。電解槽的陽極通常使用石墨電極或金屬涂層電極；陰極用鐵絲網(wǎng)或沖孔鐵板；中間的隔膜由一種多孔滲透件材料做成，多采用石棉，將電解槽分隔成陰極室和陽極室兩部分，使陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物分離隔開，可使電解液通過，并以一定的速度流向陰極。此過程中發(fā)生的電極反應(yīng)如下：陰極反應(yīng)：2H+ + 2e === H2↑陽極反應(yīng)：2Cl 2e === Cl2↑電解總反應(yīng)：2NaCl + 2H2O === H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH在電解過程中，由于陽極產(chǎn)物的溶解，以及通電時(shí)陰陽極產(chǎn)物的遷移擴(kuò)散等原因，在電解槽內(nèi)還會有一系列的副反應(yīng)發(fā)生。(3) 保持陽極室的液面高于陰極室的液面，用一定的液位差促進(jìn)鹽水的定向流動而阻止OH由陰極室向陽極室的擴(kuò)散。：ηE=100%=%電能效率η為電壓效率與電流效率的乘積，即η= ηE s(2400KW這就大大提高了單槽生產(chǎn)能力。另外，因堿液濃度比石墨陽極電解槽高，還可節(jié)約蒸發(fā)堿液的蒸汽用量。因此，采用金屬陽極比較好，目前氯堿工業(yè)上使用最廣泛的是釕鈦金屬陽極。使用壽命可長達(dá)40年。對隔膜材料的要求大致有以下幾點(diǎn)： ①應(yīng)具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定件，既耐酸又耐堿的腐蝕，并應(yīng)具有相當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，長期使用不宜損壞；②必須保持多孔及良好的滲透性，能使陽極液維持一定的流速且均勻地透過隔膜，并防止陽極液與陰極液的機(jī)械混合；③應(yīng)具有較小的電阻，以降低電壓損失； ④材料易得，制造成本低。早期的隔膜電解槽是水平安裝的，但電流密度小，占地面積大，相對成本高，后來逐漸被立式隔膜電解槽取代。由鹽水精制工段送來的精制鹽水進(jìn)入高位槽（1），液面維持恒定，以便利用高位槽的液位壓差，使鹽水平穩(wěn)地經(jīng)鹽水預(yù)熱器（2）加熱到70~80℃,由總管均勻分流到各電解槽（3），進(jìn)行電解。所以，電導(dǎo)率隨電解質(zhì)溶液濃度的升高而升高，一直到溶液飽和為止。故工業(yè)用原鹽制備的粗鹽水，必須加以精制。一般入電解槽前的鹽水溫度在80℃左右，電解槽溫度控制在95℃左右。為此，各廠應(yīng)根據(jù)具體的條件確定堿液成分。(5) 氫氣的純度及壓力 電解槽產(chǎn)生的氫氣純度是很高的，其體積分?jǐn)?shù)一般在99%（干基）以上。較先進(jìn)的隔膜電解槽的電流效率為95%~97%。②提高精制鹽水中的NaCl的質(zhì)量濃度，使之接近飽和，即含NaCl315g/L。④適當(dāng)提高電流密度。⑥保證供電和生產(chǎn)穩(wěn)定，防止電流波動。③流量和物位的測量 對精鹽水貯槽、電解液貯槽和堿液槽是以帶報(bào)警器的單管式液位計(jì)測量的；對精鹽水、電解液流量采用帶電傳至自動記錄儀表的浮標(biāo)式差壓流量計(jì)來計(jì)量的。 電解槽的物料衡算表進(jìn)電解槽（Kg/h）出電解槽（Kg/h）精鹽水F3濕氫氣I1濕氯氣I2損失I3電解堿液F2合計(jì)合計(jì) 對氫鹽換熱器進(jìn)行物料衡算氫鹽換熱器 精鹽水F3 濕氫氣I5 冷凝水I6 濕氫氣I1 精鹽水I4 氫鹽換熱器物料流程圖(1) 進(jìn)入氫鹽換熱器的濕氫氣量：(2) 出氫鹽換熱器的濕氫氣的量：(3) 出氫鹽換熱器的精鹽水與進(jìn)氫鹽換熱器的精鹽水的量相等。所以消耗的電能為：W=23283600=（kJ）由前面所知：%，因此：Q2=W/電能效率=62424000/%=（kJ）(3) 氯化鈉分解消耗的電能Q3Q3=1000247。根據(jù)電解槽組成系列生產(chǎn)的特點(diǎn)，必須經(jīng)常保持電解系列的直流電壓和電流與整流器的輸出電壓和電流相匹配，并且能夠使電解槽處于良好狀態(tài)下運(yùn)行，所以電解槽必須定期輪換進(jìn)行檢修，即將單臺電解槽從電解系列中用除槽裝置切離開，進(jìn)行檢修后復(fù)原。 年工作320天，每天工作24小時(shí)。為檢修方便N2=2因此，設(shè)計(jì)電解槽數(shù)：N=+2=354臺 氫鹽換熱器的選型(1)粗選氫鹽換熱器 根據(jù)《化工原理》流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則，由于混合氣體中水蒸氣會冷凝成水，為了方便及時(shí)排除冷凝水，選擇濕氫氣走殼程?！妫瑒tS=㎡根據(jù)《化工設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)》，選擇G50021680型換熱器（）。 鹽水預(yù)熱器的規(guī)格參數(shù)參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量公稱直徑600mm管子尺寸Φ25公稱壓強(qiáng)管長公稱面積110m2管子總數(shù)242管程數(shù)4管程管子排列方法正三角形排列該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：S實(shí)= nπdo()=242()= m2則 K=Q/( S實(shí)Δtm)= ()= W/(m2?℃)4000W/(m2?℃)所以換熱器是合適的。(3) 氣液分離器和修槽工段的設(shè)備選型 由于此設(shè)計(jì)和株洲化工廠的生產(chǎn)規(guī)模一致，則參考株洲化工廠的設(shè)備選型。 電解槽氫氣出口總管道的選型 90℃%的濕氫氣的密度為：ρ=%+(%)=Vs=W/ρ=(3600)= m3/s根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取管內(nèi)氣體流速u=40m/s,則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==419mm選擇Φ450。 氫鹽換熱器排水管道的選型由前面計(jì)算得，氫鹽換熱器排水管道的冷凝水質(zhì)量流量為：W=,則：Vs=W/ρ=(3600)= m3/s 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取管內(nèi)蒸汽流速u=，則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==32mm選擇Φ38。 精鹽水管道的選型由前面計(jì)算知道，精鹽水管道的鹽水質(zhì)量流量為：W=, 此時(shí)精鹽水的密度為ρ=1132kg/m3則：Vs=W/ρ=(11323600)= m3/s根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取管內(nèi)蒸汽流速為：u=，則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==122mm 選擇Φ133。 主要管道選擇結(jié)果匯總 主要管道選型一覽表序號名稱規(guī)格材質(zhì)1水蒸氣管道Φ630無縫鋼管2濕氫氣出口總管Φ450無縫鋼管3濕氯氣出口總管Φ377無縫鋼管4氫鹽換熱器排水管Φ38無縫鋼管5鹽水預(yù)熱器排水管Φ89無縫鋼管6精鹽水管道Φ133無縫鋼管7電解堿液管道Φ219無縫鋼管第六章 經(jīng)濟(jì)核算 經(jīng)濟(jì)核算經(jīng)濟(jì)核算是以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，運(yùn)用會計(jì)核算、統(tǒng)計(jì)核算和業(yè)務(wù)核算等手段，對生產(chǎn)經(jīng)營過程中活勞動和物資消耗以及取得的成果，用價(jià)值形式進(jìn)行記錄、計(jì)算、對比和分析，借以發(fā)掘增產(chǎn)節(jié)約的潛力和途徑。④財(cái)務(wù)成果的核算，又稱利潤的核算。中國國營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)核算普遍采取統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),分級歸口管理,專業(yè)核算與群眾核算相結(jié)合的方法。實(shí)行經(jīng)濟(jì)核算，有利于加強(qiáng)企業(yè)管理，調(diào)動職工的積極性，促進(jìn)企業(yè)改善生產(chǎn)經(jīng)營。工人的基本工資按每人每天100元計(jì)算，則該工段每天需付工人工資數(shù)目為：10030=3000元/天每天生產(chǎn)的燒堿產(chǎn)量為：200000/300=667 t/天則，每生產(chǎn)一噸燒堿需支付工人工資為：3000/667=(2)每生產(chǎn)一噸燒堿消耗的電能為：1000/3600=工業(yè)用電按每度1元計(jì)算，則，每生產(chǎn)一噸燒堿需支付電費(fèi)為：1=(3)每生產(chǎn)一噸燒堿消耗的水蒸氣為：1000/1000=工業(yè)蒸汽按每噸300元計(jì)算，則，每生產(chǎn)一噸燒堿需支付蒸汽費(fèi)用為：300=(4)每生產(chǎn)一噸燒堿消耗的精鹽為：精鹽按市價(jià)500元/t計(jì)算，則，每生產(chǎn)一噸燒堿需支付精鹽的費(fèi)用為：500=第七章 廠址選擇和車間布置 化工廠選址的重要性工廠的地理位置對于企業(yè)的成敗有很大的影響。（2）能源 大多數(shù)工廠需要大量的蒸汽，而動力和蒸汽通常需要由燃料提供，因此，在選擇廠址時(shí)，動力和燃料是個(gè)主要因素。、高濕、云霧、風(fēng)砂和雷擊地區(qū)對生產(chǎn)的不良影響。應(yīng)該盡量靠近鐵路樞紐以及利用河流、運(yùn)河、湖泊或海洋進(jìn)行運(yùn)輸?shù)目赡苄浴＃?）供水 化工廠使用大量的水，用于生產(chǎn)蒸汽、冷卻、洗滌，有時(shí)還用做原料。選擇的廠址，應(yīng)該便于妥善地處理廢物（廢氣、廢水、廢渣）。，按國家、省、市所規(guī)定的定額，計(jì)算所需面積。（3）地形：地勢較平緩、地帶平闊的丘陵地，保證建廠的土石運(yùn)用量不大。 （6）氣候：主導(dǎo)風(fēng)向要求較穩(wěn)定，場地應(yīng)選擇在城鎮(zhèn)常年空氣下風(fēng)向，河流下游，盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)。貨運(yùn)量大，車輛往返頻繁的設(shè)施宜靠近廠區(qū)邊緣地段；(4) 廠區(qū)布置要做到廠容整齊，環(huán)境優(yōu)美，布置緊湊，節(jié)約用地。5. 考慮工廠發(fā)展 為適應(yīng)市場競爭，化工廠布置應(yīng)為工廠發(fā)展留有余地。廠房尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)廠房，柱間距為7米，廠房樓層高度為5米。（3）布置設(shè)備時(shí)，除要考慮設(shè)備本身所占的位置外，還須有足夠的操作、通行及檢修需要的位置。 布置的安全距離序號項(xiàng) 目凈安全距離/m1泵和泵的間距2泵離墻的距離3泵列和泵列間的距離（雙排泵間）4離心機(jī)周圍通道5反應(yīng)罐底部和人行通道距離～6反應(yīng)罐卸料口至離心機(jī)的距離～7回轉(zhuǎn)機(jī)械離墻距離～8通廊、操作臺通行部分的最小凈空高度～9不常通行的地方凈高不小于10操作臺梯子的斜度一般不大于45176。 氯氣的腐蝕原因和防護(hù)措施氯氣是氯堿化工生產(chǎn)中的主要原料之一，它會對生產(chǎn)裝置造成嚴(yán)重腐蝕，因此對于它的防腐是至關(guān)重要的。碳鋼在小于90℃干燥的氯氣中是穩(wěn)定的，但在濕氯氣中則很容易被腐蝕；因此，濕氯氣經(jīng)冷卻、干燥后，含水量應(yīng)控制在100106以內(nèi)，所以平常使用的透平壓縮機(jī)、輸送管線、設(shè)備皆可使用碳鋼材質(zhì)，但必須控制氯氣溫度不高于90℃。能耐海水、各種氯化物和次氯酸鹽、濕氯、氧化性酸(包括發(fā)煙硝酸)、有機(jī)酸、堿等的腐蝕。曾經(jīng)有一個(gè)廠房發(fā)生過因?yàn)殁佡|(zhì)管線中進(jìn)入氯氣而引發(fā)著火燃燒的重大事故。石墨合成爐、石墨列管或塊孔式換熱器、石墨降膜吸收器已廣泛應(yīng)用，鹽酸儲槽普遍采用鋼襯膠、玻璃鋼(后者更多用)等?；w材料的作用是在纖維間傳遞載荷，并使載荷均衡。聚四氟乙烯(PTFE)具有非常優(yōu)良的耐蝕、耐熱性能，除熔金屬鋰、鈉、鉀、三氟化氯、高溫三氟化氧、高流速液氟外，幾乎可以抵抗所有化學(xué)介質(zhì)，使用溫度200～260℃。 燒堿產(chǎn)生的腐蝕及防護(hù)措施燒堿是氯堿生產(chǎn)的主要產(chǎn)品，在鍋式法固堿生產(chǎn)過程中，燒堿溶液的濃縮會對設(shè)備造成腐蝕。實(shí)際上常用的耐堿金屬差不多均具有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的特性，常用的碳鋼、18—8不銹鋼、鉻鎳鋁鋼、鎳、鎳鉻鐵合金等材料均可在一定條件下的燒堿中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂。③增加預(yù)熱步驟，讓堿液預(yù)熱達(dá)到一百四十度到一百五十度左右時(shí)再進(jìn)入熬堿鍋。⑥操作要嚴(yán)格進(jìn)行，均勻升溫或者降溫。但是，鎳在受到耐氧化性及含有氧化劑的溶液之后會受到腐蝕。目前除了把鹽泥作填充低洼地、鋪路等應(yīng)用外，還可以綜合利用，變廢為寶。隔膜法氯堿廠對隔膜吸附后的含石棉絨廢水進(jìn)行回收利用。 “廢氣”治理及綜合利用氯氣是電解法制燒堿的副產(chǎn)品，屬劇毒物質(zhì)，對人體、農(nóng)田、樹木、花草和周圍環(huán)境影響極壞，為此不得泄露，更不允許放空。70年代中期，沈陽化工廠、錦西化工廠等率先改直接冷卻為鈦管冷卻器二段間接冷卻，并且在全國迅速推廣使用，減少氯水排放量及氯的損失。合成氯化氫氣體經(jīng)二級降膜吸收制鹽酸，其尾氣經(jīng)水噴射泵后排放，將抽尾氣的水噴射泵下水集中到水池循環(huán)使用，部分作為降膜吸收塔的吸收用水，并不斷補(bǔ)充，使之與吸收用水量相等，保持工藝用水平衡，從而既減少水資源浪費(fèi)，又消除了含酸廢水的排放，同時(shí)減少了環(huán)境污染。第九章 設(shè)計(jì)小結(jié)本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)20萬噸燒堿電解工段的初步設(shè)計(jì)，采用隔膜法電解食鹽水生產(chǎn)燒堿。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)知識的歸納與總結(jié)。參 考 文 獻(xiàn)[1] [M].北京化學(xué)工業(yè)出版社,1990,503506.[2] [M].西安交通大學(xué)出版社,2005,200262.[3] (第3版)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社,2004.[4] 蔡建國,[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社,2006,6073.[5] .[6] [M].高等教育出版社,2009.[7] [M].化學(xué)工業(yè)出版社,1988,2730.[8] [J].全面腐蝕控制,2010,24.[9] 編委會著. 中國化工機(jī)械設(shè)備大全[M].成都科技大學(xué)出版社,1995,2586.[10] [J].中國石油和化工經(jīng)濟(jì)分析,2004,16:45.[11] 刁玉煒,[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,1999,230285.致 謝在彭榮華老師悉心的指導(dǎo)和幫助下，經(jīng)過兩個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在本次設(shè)計(jì)過程中，我查閱了大量資料和專業(yè)書籍，使自己搜集信息的能力得到很大提高，通過本次的設(shè)計(jì)，鞏固了我的專業(yè)基礎(chǔ)知識