【正文】 均直徑約為一百一十微米。樹(shù)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。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。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。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。 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)。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。 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。 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 ?！?)， K2 =1900W/(m2 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。這樣做會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行的很完全。其生產(chǎn)工藝大多由熬堿鍋熬制而成。 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(kāi)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)。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。 （ 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。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(kāi)車至今也未進(jìn)行過(guò)拆卸維修 ??15 。 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。 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。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。 nBiTAC 電解槽與傳統(tǒng)的離子膜電解槽相比，更加安全、更高的電流密度、在燒堿和氯氣的生產(chǎn)中操作更加靈活。將陽(yáng)極、陰極以及離子膜排列兩個(gè)端板之間（稱作端陽(yáng)極和端陰極），端板通過(guò)拉桿組裝壓緊，同時(shí)可防止組裝的電解槽產(chǎn)生泄漏。但目前桶裝固堿仍是國(guó)內(nèi)一種主要的固堿生產(chǎn)方式。 降膜濃縮器的熱載體通常采用熔鹽。本文中固堿選擇雙效降膜濃縮流程 ,其流程如圖所示： 圖 雙效降膜濃縮流程 固堿熱量、物料衡算 降膜蒸發(fā)器 進(jìn)料堿液：濃度 3x = 50％，流量 F = 410 kg/h? 已知逆流進(jìn)料，降膜蒸發(fā)器將 50％堿液濃縮至 60％，故降膜蒸發(fā)器完成液濃度 4x = 60％。 由傳熱速率方程 Q KS t??可得： Ⅰ 效所需傳熱面積 A1 = 111QKt? = 0011 t? = Ⅱ 效所需傳熱面積 A2 = 222QKt? = 1122 t? = 試差計(jì)算 由于 Ⅰ 效、 Ⅱ 效蒸發(fā)器所需傳熱面積相差大于 4％，故需重新分配有效溫度差，進(jìn)行試差計(jì)算。 設(shè) Ⅰ 效加熱生蒸汽的量 0D kg/h 18 產(chǎn)生的二次蒸汽壓強(qiáng) P1 = 100kPa，溫度 ?t ℃ ，密度 31 / m?? ，汽化潛熱 1r / kg? 。 此類蒸發(fā)器主要有： （ 1） 升膜式蒸發(fā)器 （ 2） 降膜式蒸發(fā)器 （ 3） 刮板式蒸發(fā)器 （ 4）直流式蒸發(fā)器 在這些蒸發(fā)器中，對(duì)于循環(huán)的蒸發(fā)器以自然循環(huán)的外熱式蒸發(fā)器與強(qiáng)制 循環(huán)的外循環(huán)式用的較多，而不循環(huán)式蒸發(fā)器則是近幾年開(kāi)始逐漸廣泛使用的蒸發(fā)器，其主要原因是這些蒸發(fā)器都具有較高的傳熱效率，另外設(shè)備的加工制造及維修都比較容易。 由于生產(chǎn)要求的不同，蒸發(fā)設(shè)備有多種不同的結(jié)構(gòu)型式。其次是末效排出的蒸汽冷凝液溫度，逆流較順流要低，因此也增加了溫差，從而提高了蒸汽的熱利用率。從理論上來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)器的效數(shù)愈多，蒸汽被利用的次數(shù)就愈多，氣耗也就愈低，從而使生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)降低，產(chǎn)品成本下降。 離子膜堿液蒸發(fā)的特點(diǎn) 離子膜電解液由于其堿液濃度高， NaOH 含量在 29％～ 35％之間，氯化鈉含量低， NaCl含量在 30～ 50mg/L 左右，氯酸鹽含量低， NaClO3 含量一般在 15～ 30mg/L,因此離子膜堿液蒸發(fā)具有以下特點(diǎn)： （ 1）流程簡(jiǎn)單，易于操作 由于離子膜堿液僅含極微量的鹽，所以在其整個(gè)蒸發(fā)濃縮的過(guò)程中，即使是生產(chǎn) 99％的固堿，也無(wú)須除鹽。至此離子成功交換。 鹽水溫度 樹(shù)脂吸收速率隨溫度升高而加快，但溫度過(guò)高會(huì)造成樹(shù)脂強(qiáng)度下降，因此鹽水最佳控制溫度應(yīng)在 (60+5)℃ 。m。在水中溶解較慢并且不能激烈沖擊攪拌。精制反應(yīng)不穩(wěn)定會(huì)影響鈣、鎂離子絮凝，從而造成鹽水質(zhì)量下降。所以要求粗鹽水中 NaCl 的質(zhì)量濃度應(yīng)控制在 (307177。如硅含量不合格，在鹽水精制過(guò)程中會(huì) 因無(wú)法除掉大量硅化合物，而造成鹽水二次精制困難，甚至使樹(shù)脂塔無(wú)法正常運(yùn)行從而造成停車。離子膜法制燒堿工藝對(duì)精鹽水 各項(xiàng)指標(biāo)的要求十分嚴(yán)格，精鹽水的各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表 。將固體原鹽 (或搭配部分鹽鹵水 )與蒸發(fā)工段送來(lái)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(shí)按原鹽中雜質(zhì)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(zhì)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 )。離子膜法生產(chǎn)裝置排出的廢液、廢氣均能做到回收利用，達(dá)標(biāo)排放，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染。我國(guó)的石墨陽(yáng)極裝置每年尚有約 20 多萬(wàn) 噸 的產(chǎn)量，國(guó)家已將其列入淘汰類工業(yè)生產(chǎn)能力。通過(guò)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而將所學(xué)的知識(shí)由感性認(rèn)識(shí)提高到理性認(rèn)識(shí)，為以后工作奠定基礎(chǔ)。 caustic soda 。文中系統(tǒng)的介紹了離子膜燒堿的生產(chǎn)工藝，對(duì)鹽水精制、電解、蒸發(fā)、片堿工段做了工藝流程的設(shè)計(jì)和選擇。蒸發(fā)工段中根據(jù)堿液由 32%蒸發(fā)濃縮到片堿的要求設(shè)計(jì)出滿足其蒸發(fā)需要的雙效逆流蒸發(fā)流程，同時(shí)對(duì)主體設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、選材。離子膜法制堿技術(shù)具有國(guó)際先進(jìn)水平，被國(guó)家確定為化工重點(diǎn)發(fā)展的 七大工程之一。隔膜法、水 銀法和離子膜法都是通過(guò)電解鹽水生產(chǎn)燒堿；而苛化法則是以石灰和純堿為原料制取燒堿。 與金屬陽(yáng)極隔膜法相比，離子膜法具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)工藝流程簡(jiǎn)單。 (5)裝置占地少。原鹽溶解后的粗鹽水中含有 Ca2? 、Mg2? 及不溶物固體等雜質(zhì)，過(guò)多的 Ca2? 、 Mg2? 等雜質(zhì)將會(huì)加大二次鹽水精制螯合樹(shù)脂塔的負(fù)荷，縮短再生周期，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使螯合樹(shù)脂塔出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，因此對(duì) Ca2? 、 Mg2? 含量有一定要求。 原鹽質(zhì)量 嚴(yán)格控制進(jìn)廠原鹽的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)是鹽水生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。嚴(yán)重時(shí)造成炭素?zé)Y(jié)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(jìn)入化鹽工序。5) ℃ ，溫度過(guò)高容易造成能耗上升，精制劑失活；溫度過(guò)低會(huì)延長(zhǎng)精制反應(yīng)時(shí)間，不利反應(yīng)沉淀物生成。濃度不合格就會(huì)影響精制劑的加入量。反應(yīng)時(shí)間不夠會(huì)造成鹽水質(zhì)量下降，甚至造成鹽水發(fā)渾。因此鹽水在一次精制的基礎(chǔ)上還需要二次精制。如發(fā)現(xiàn)壓差過(guò)高應(yīng)及時(shí)檢查原因并及時(shí)更換補(bǔ)充樹(shù)脂 ??5 。每小時(shí)隨 2Cl 離開(kāi)電解槽的水蒸氣為： 2HO290m 6 4 .8 5 4 0 .0 1 k m o l / h 7 2 0 .1 8 k g / h7 6 0 2 9 0? ? ? ?? 離子膜水遷移量為： O / F 每小時(shí)從電解槽隨鈉離子遷移到陰極的水量為 ??6 ： 26HO 10 18 192 793 kg96500??? ? ? ? ? 設(shè)每小時(shí)供給鹽水 X L，從電槽流出 Y L, 對(duì)陽(yáng)極有： 0 .3 1X 7 5 8 7 .4 5 0 .2 1Y?? （ 31） 9 對(duì)水 : ? ?1 . 1 9 0 . 3 1 X 1 . 1 2 0 . 2 1 Y 7 9 3 9 . 2 7 2 0 . 1 8? ? ? ? ?（ ） （ 32） 聯(lián)立（ 31），（ 32）解得： X== Y== 80℃ 時(shí)陰極液上方水蒸汽分壓為 170mm汞柱，每小時(shí)隨 H2離開(kāi)電解槽的水量為： 2HO170m 6 4 . 8 5 1 8 . 6 9 k m o l / h 3 3 6 . 3 5 k g / h7 6 0 1 7 0? ? ? ?? 堿液流量： vq 51 87 .8 6 / 0. 32 16 21 2. 06 kg / h 12 37 5. 62 L / h? ? ? 其中水的質(zhì)量為： m= kg/h 則每小時(shí)需向陰極加入純水的量為： ++=表 電槽物料衡算 輸入 （ kg/h） 輸出 （ kg/h） 供給鹽水 堿液 供給純水 H2 H2O（ g） Cl2 H2O（ g） 淡鹽水 總計(jì) 總計(jì) 設(shè)電流效率為 95%,每小時(shí)每臺(tái)產(chǎn)堿量為： 5 1 8 7 .8 6 0 .9 5 4 9 2 9 .4 7 k g / h?? 10 三臺(tái)電解槽每年產(chǎn)堿量為： 4 9 2 8 . 4 7 3 0 0 2 4 3 1 0 6 4 5 4 . 9 5 k g / a? ? ? ? 滿足年產(chǎn)十萬(wàn)噸的生產(chǎn)要求。 蒸發(fā)流程及設(shè)備類型選擇 蒸發(fā)流程 蒸發(fā)流程按操作的方式可以分為間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)蒸發(fā)過(guò)程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過(guò)程。真空蒸發(fā)有許多優(yōu)點(diǎn)：在低壓下操作，溶液沸點(diǎn)較低，有利于提高蒸發(fā)的傳熱溫度差；減小蒸發(fā)器的傳熱面積；可以利用低壓蒸氣作為加熱劑；有利于對(duì)熱敏性物料的蒸發(fā)；操作溫度低；熱損失較小。 單效蒸發(fā)流程設(shè)備簡(jiǎn)單，一次性投資費(fèi)用低，但其蒸汽利用率低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，生產(chǎn)成本高，而三效蒸發(fā)流程設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備投資費(fèi)用高，且末效蒸發(fā)器的材質(zhì)要求高，使用壽命短，因此本文選擇雙效逆流蒸發(fā)工藝 ??8 。此類蒸發(fā)器主要有： （ 1） 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 （ 2）懸筐式蒸發(fā)器 （ 3） 外熱式蒸發(fā)器 （ 4） 列文式蒸發(fā)器 （ 5） 強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 。因蒸發(fā)工段無(wú)除鹽工序故可忽略堿損，即進(jìn)入蒸發(fā)工段的堿量 為： q= 10 kg / h? 已知從電解工段過(guò)來(lái)的電解液堿濃度為 32％，進(jìn)料電解液的質(zhì)量流量為： F=進(jìn)料電解液組分： NaOHq = 10 kg / h? 2HOq = 10 kg / h? NaCl 等雜質(zhì)忽略不計(jì)。℃ )，水在 /1t =℃ ～ /2t =℃ 時(shí)的比熱即 WC = (kg 第一效： Ⅰ 效二次蒸汽即為 Ⅱ 效加熱蒸汽， Ⅰ 效操作壓強(qiáng)即為 1p ，該操作壓強(qiáng)下溶液沸點(diǎn)11/1 ???tt 。離子膜制造的燒堿雖然含氯酸鹽僅有 2030mg/L，但為了保持設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)壽命，仍需要將其處理除去。這一特定配方又稱為 ―HTS‖ ??9 。這是目前技術(shù)較為先進(jìn)運(yùn)用較為廣泛的方法。結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)以及采用了更高性能的活性陰極，實(shí)現(xiàn)了更好的電解液濃度分布、更均勻的電流分布、更低的結(jié)構(gòu)電壓降以及膜到陰極的真正零極距。新型的nBiTAC 電解槽的運(yùn)行電流密度更高。另外，采用了通過(guò)將陽(yáng)極和陰極電解液的液位高度保持在空心的頂倉(cāng)內(nèi)的溢流方式，避免了由于振動(dòng)對(duì)膜壽命產(chǎn)生的影響，從而延長(zhǎng)了離子膜的使用壽命。 （ 9）運(yùn)行安全簡(jiǎn)單 nBiTAC 電解槽的氣液分離、頂倉(cāng)溢流、每個(gè)單元槽氯氣取樣分析等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅確保了離子膜的壽命延長(zhǎng)，還可以保證裝置的運(yùn)行更為