【正文】 下，大大減輕了水源污染。是以株洲化工廠的燒堿生產(chǎn)為設(shè)計基礎(chǔ)，并結(jié)合畢業(yè)設(shè)計大綱和設(shè)計任務(wù)書的要求來完成的。在此，我要衷心地感謝所有在本次設(shè)計中給過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們。最后感謝四年里陪伴我的同學(xué)、朋友們，有了他們我的人生才豐富，有了他們我在奮斗的路上才不孤獨，謝謝他們。由于水平有限，雖然我做了很多的努力，但是不足之處在所難免，請各位老師指正，提出寶貴的意見。10H2O）形式結(jié)晶析出，既除去了回收鹽水中的SO42，保證了精鹽水中SO42含量合格，防止堵塞鹽水管道，又能獲得有價值的副產(chǎn)品芒硝，工藝可行，經(jīng)濟(jì)合理。 “廢水”的治理我國的氯堿廠20世紀(jì)70年代初開始采用直接噴淋法冷卻氯氣，至今仍有部分小型氯堿廠采用。原上海電化廠等多家早已使用，另外原上海天原化工廠還將鹽泥與電石泥混合制水泥；還有的單位將壓干后的鹽泥經(jīng)過干燥、活化等工序，作為鎂氧水泥的成分，用于制造大理石及其它輕質(zhì)建筑材料。鎳這種材質(zhì)具有優(yōu)良的機(jī)械和加工性能，同時也具備良好的耐腐蝕性能，鎳是最好的耐熱耐濃堿液腐蝕的材料。②堿鍋內(nèi)放入原料之后，在點火之前將少量的硝酸鈉加入鍋內(nèi)，讓鍋的內(nèi)表面生成氧化保護(hù)膜，這樣可以防止大鍋受到腐蝕。全氟烷氧乙烯與四氟乙烯的共聚物(PFA)耐腐蝕性與PTFE相近，使用溫度200～260℃，加工性能較PTFE好，可用作PTFE焊條?；w材料由合成樹脂和輔質(zhì)組成，其中合成樹脂是主要成分。但還有一種情況需要注意，當(dāng)鈦處于無水的氯氣中時會產(chǎn)生腐蝕和燃燒。因此，將電解生成的濕氯氣進(jìn)行除水干燥是生產(chǎn)及使用氯氣過程中所必不可少的步驟。（6）設(shè)備之間或設(shè)備與墻之間的凈間距大小，應(yīng)結(jié)合上述布置要求及設(shè)備的大小，設(shè)備上連接管線的多少，管徑的粗細(xì)，檢修的頻繁程度等各種因素，再根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，決定安全間距。本設(shè)計中為節(jié)約用地及能耗考慮，采用多層廠房更經(jīng)濟(jì)。 車間設(shè)備布置1. 滿足生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)囊?1) 保證生產(chǎn)線直、短，避免交叉迂回——物料輸送距離最?。?2) 將水、電、汽耗量大的車間盡量集中，形成負(fù)荷中心，并使其靠近供應(yīng)源——水、電、汽的輸送距離最短；(3) 廠區(qū)交通道路要做到徑直短捷，避免人流和貨流交叉和迂回。（2）廠址位置：必須符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求，盡可能靠近城市或城鎮(zhèn)原有企業(yè)，以便于生產(chǎn)上的協(xié)作，生活上的方便。（6）環(huán)境 選址時要注意當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件，對工廠投產(chǎn)后給環(huán)境可能造成的影響做出預(yù)評價，并應(yīng)得到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的認(rèn)可。（4）運(yùn)輸條件 水路、鐵路和公路是大多數(shù)企業(yè)常用的運(yùn)輸途徑，應(yīng)當(dāng)注意當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)費高低及現(xiàn)有的鐵路線路?；S廠址選擇的影響因素主要有以下幾個方面：（1）原料和市場 廠址應(yīng)靠近各種原料產(chǎn)地和產(chǎn)品市場，這樣可以大大的減少原料的運(yùn)輸及儲存費用以及縮短產(chǎn)品運(yùn)輸所需時間及銷售費用。企業(yè)經(jīng)濟(jì)核算的日常工作，通常由計劃、財務(wù)部門組織有關(guān)科室、車間的職能人員進(jìn)行。③資金的核算，經(jīng)濟(jì)核算包括固定資金和流動資金兩方面。實際流速u=1m/s，所以設(shè)計選擇的管道規(guī)格符合要求。實際流速u=30m/s，所以設(shè)計選擇的管道規(guī)格符合要求。(2) 計算平均溫差 按單殼程，多管程計算逆流時的平均溫差為：?tm=℃(3)初選換熱器規(guī)格 根據(jù)管外水蒸氣冷凝來加熱管內(nèi)的水溶液（ Pa?s），總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值的范圍為（1160—4070）W/（㎡?℃），初選 Ko=4000W/（㎡?℃）因此傳熱面積 ㎡由《化工設(shè)備選型與設(shè)計》換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，選用G600425110型換熱器。取“K”，”“T”值320，則有N2= 。因此應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模來確定最佳槽數(shù)。電流效率95%；食鹽分解率50%；%；%；%；%；%；則每小時生產(chǎn)的100%的氫氧化鈉的產(chǎn)量為：%的氫氧化鈉的產(chǎn)量為：因食鹽水的分解率為50%，則氯化鈉的量為：氯化鈉的質(zhì)量為：W==（kg/h）%，則精鹽水的流量為： 對電解槽做物料衡算電解槽 濕氫氣I1 濕氯氣I2 精鹽水F3 電解堿液F2 損失I3 電解槽的物料平衡(1) 濕氫氣的流量為：(2) 濕氯氣的流量為：(3) 出電解槽的電解液：(4) 進(jìn)入電解槽的精鹽水：(5) 電解槽中的損失：。⑤保證電解槽絕緣性能良好，防止漏電。維持陽極液高于陰極液的液位差，使陽極液以合適的流速透過隔膜進(jìn)入陰極室，以阻止OH向陽極室的反向遷移。 電解槽出來濕氯氣經(jīng)冷卻干燥后的干基氣體組成為：Cl2 ：%~98%，H2 ：%~%，O2 ：%~%。雖然升高溫度對NaCl的溶解度影響不大，但升高溫度可提高NaCl的溶解速度。 電解工段生產(chǎn)流程簡圖1高位槽；2預(yù)熱器；3電解槽；4堿液儲槽；5堿泵 隔膜法工藝流程方框圖 操作條件及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(1) 鹽水的濃度 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是依靠溶液中正負(fù)離子的遷移并在電極上放電而引起的。根據(jù)隔膜的安裝位置，隔膜電解槽分為立式和水平式兩種。由于鐵的耐氯化鈉、氫氧化鈉等的腐蝕性好且具有導(dǎo)電性能好、氫的過電壓低的優(yōu)點，是一種質(zhì)優(yōu)價廉的陰極材料。h）電。h)本設(shè)計采用95%的電流效率，則耗電量為：Q== GC,則消耗的電能為:W==(2) 保持隔膜的多孔型和良好的滲透率，使能陽極液正常均勻地透過隔膜，阻止兩極產(chǎn)物的混合和反應(yīng)。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。總之，燒堿與氯氣的平衡問題始終是氯堿工業(yè)發(fā)展中的恒定矛盾。在美國，氯堿工業(yè)用電量占總發(fā)電量的2%，%。而我國燒堿企業(yè)有220多家，廠多規(guī)模小，布局分散，經(jīng)營條件差，前四大氯堿工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)量僅占全國總產(chǎn)量的15%，因此，影響了我國氯堿工業(yè)企業(yè)在國際市場上的競爭力。其中燒堿年產(chǎn)量約4000萬噸，美國和歐洲約2500萬噸/年，日本400萬噸/年。從耗氯結(jié)構(gòu)來看，我國的無機(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，從而推動了聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展。（2）氯與堿平衡問題 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。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。氯能與有機(jī)物和無機(jī)物進(jìn)行取代或加成反應(yīng)生成多種氯化物。 2NaOH + CuSO4=== Cu(OH)2↓+ Na2SO4 2Al + 2NaOH + 2H2O ==== 2Na(Al（OH)4）+3H2↑在NaOH不足量時發(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 氫氣是一種無色、無味、無嗅易燃的氣體。氫氧化鈉極易溶于水，溶解度隨溫度的升高而增大，溶解時能放出大量的熱。電解法生產(chǎn)燒堿除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要有以下三個特點：第一、能耗高，電解法生產(chǎn)燒堿的主要能耗是電能，其耗電量僅次于電解法生產(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:，但一個國家或地區(qū)對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。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。 燒堿的性質(zhì)（1）物理性質(zhì) 純的無水氫氧化鈉為白色半透明，結(jié)晶狀固體。 NaOH === Na + OH NaOH + HCl ==== NaCl + H2O2NaOH + SO2(不足)==== Na2SO3 + H2O。氯混合 5%（體積）以上氫氣時有爆炸危險。Ⅱ.產(chǎn)量 隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，近年來燒堿的產(chǎn)量也不斷增加，2002年全國燒堿產(chǎn)量達(dá)8089 kt，為歷史最高紀(jì)錄，與2001年的7 kt相比，%。在電解法燒堿中，%，%，%。我國氯產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)最近幾年有了很大發(fā)展，但是，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我們的差距還相當(dāng)大。 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)4800萬噸左右。美國麥道化學(xué)、OXY Chemical、PPG三公司燒堿產(chǎn)量所占全國比例高達(dá)65%；前四大氯堿工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的80%。（Ⅰ） 能源消耗大，主要是用電量大 氯堿生產(chǎn)的耗電量僅次于電解法生產(chǎn)鋁，電能是氯堿工業(yè)的重要原料之一。在石油化工和基本有機(jī)原料發(fā)展較快的國家和地區(qū)用氯量較大，因此出現(xiàn)燒堿過剩。本設(shè)計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。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，以減少氯氣在陽極液中的溶解度。s (1460KW（3）電能損耗小 在金屬陽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隔膜電解槽常見的陰極材料有鐵、銅、鎳等。 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。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。 精鹽水的質(zhì)量指標(biāo) (g/L)NaCl含量Ca2+、Mg2+總量SO42含量NaOH過堿量Na2CO3過堿量≥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，降低氯氣在陽極液中的溶解度，提高陽極電流效率，同時還可降低陽極上析出氯氣和陰極上析出氫氣的過電位。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)控制陽極室液面高于隔膜頂端，同時密切注意隔膜的完好情況。提高電流效率的途徑主要有以下幾個方面：①保證隔膜滲透率，控制隔膜的吸附質(zhì)量。這是因為當(dāng)電解液中的NaOH濃度一定時，提高電流密度必然相應(yīng)加大通過隔膜的鹽水質(zhì)量，這樣就相應(yīng)減少了OH向陽極遷移和擴(kuò)散的量，因而提高了電流效率。第三章 工藝計算 物料衡算已知：年產(chǎn)100%的燒堿20萬噸，年工作320天，24小時連續(xù)生產(chǎn)。因電解槽的電極面積下，單槽生產(chǎn)能力下，所以通常都是由多臺電解槽同時運(yùn)轉(zhuǎn)。備用電解槽N2：N2=式中T—單槽更換周期，天/臺； m—每天檢修槽數(shù)，臺/天； K—集中檢修系數(shù)，（）； “T”值：金屬陽極石棉隔膜取300360天； “m”值：小企業(yè)m=1。(1)計算熱負(fù)荷和蒸汽流量Q=（）1000/3600=查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》知：100℃水蒸氣的冷凝潛熱為：r=2258 kJ/kg則飽和蒸汽的流量為：Wh=飽和蒸汽的定性溫度Tm=100℃，精鹽水的定性溫度為：tm=1/2（55+90）=℃Tmtm==℃50℃，所以選用固體管板式預(yù)熱器。 設(shè)備一覽表名稱規(guī)格及型號臺數(shù)精鹽水泵150FB22A Q=35m3/h2電解堿液泵100FB57 Q=35m3/h2電解槽DSA30Ⅲ354精鹽水貯槽Φ44002000, V=32 m3/h1鹽水高位槽Φ44002000, V=16 m3/h1氯氣氣液分離器Φ50011801氫氣氣液分離器Φ50010501氫氣水封Φ6008002電解堿液槽Φ40002000 ，V=35 m3/h1氫鹽換熱器G500216801鹽水預(yù)熱器G600425110２電動梁橋起重機(jī)Spah= LH=16m1真空泵SZ3２加壓泵65WX140，Q= m3/h１苛化槽320022001200１吸膜槽320022001200１真空罐Φ14002740２緩沖罐Φ700１堿液槽Φ10002550１清水池Φ200030001200１散熱片GL21536１磅秤TGT100１有軌小車Q=3t２氫氣器液分離器Φ5001050１第五章 主要工藝管道的計算與選擇 主要工藝管道的計算與選擇 水蒸氣管道的選型 前面計算得，100℃水蒸氣的質(zhì)量流量為：W=,密度ρ=則：Vs=W/ρ=因為是飽和蒸汽，故管內(nèi)流速，則管徑由計算得,D=[4 Vs/(πu)]1/2==556mm選擇Φ630。 鹽水預(yù)熱器排水管道的選型由前面計算知道，鹽水預(yù)熱器排水管道的冷凝水質(zhì)量流量為：W=，此時冷凝水的密度為ρ=，則：Vs=W/ρ= 根據(jù)經(jīng)驗，取管內(nèi)蒸汽流速為：u=1m/s，則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==76mm 選擇Φ89。②生產(chǎn)成