【正文】 ⑤ 取材容易、價格便宜。 32% 68%= kg/h 流出陰極液的氫氧化鈉生成量見表 59： 表 59 流出的陰極液 ： 成分 流量 (kg/h) 濃度 (%wt) 氫氧化鈉 32 水 68 合計 水的計算 應(yīng)加入的純水為： 流出－流入 =++++－ －= kg/h 37 pH的計算 二次精制鹽水的 pH 為 10，則 L/m ol10C 10H ??? Lm olC H / 310 13 ?? ? ????? 在反應(yīng)中生成 H+為 ： 則在總?cè)芤褐惺Ｓ?H+為： － = mol 在流出食鹽水溶液中含 H+為： hol / ????? 流出總質(zhì)量流入總質(zhì)量 流出食鹽水中 ?HC = 10－ 4mol/L 所以： ? ? 4 ???? ??HC 表 510電解槽的物料平衡表： 進口物料 出口物料 輸入 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 輸出 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 氯化鈉 303 氯化鈉 200 硫酸根離子 氯氣 氯酸鈉 氯酸鈉 水 氫氣 補充水 合計 氫氧化鈉 32wt 水 補充水 合計 38 第六章 設(shè)備選型 鹽水過 濾器 碳素管過濾器 設(shè)備特點：殼體為碳鋼，內(nèi)襯低鈣鎂硬橡膠 (Ca2+、 Mg2+≤ 300 l0－ 6)，過濾元件為燒結(jié)碳素管。 加入的原鹽總量為： + + + + + + + = kg/h 損失量： [ + ()] ％ 循環(huán)量： () 由進出口物料守恒： ++++ () = x+++++％ [+ () 解得： x=損失量： % [ + ()] = 循環(huán)量： ()= kg/h 設(shè)：一次精制鹽水為 305g/L 一次精制鹽水中 NaClO3為： kg / ??? 一次精制鹽水中 Cl2為： kg / ??? 一次精制鹽水中 HClO 為： kg / ??? 則： NaCl 質(zhì)量流量為： = kg/h 體積流量為： 247。因酸度變化、逸出的氯氣進入氯氣總管，淡鹽水泵將談鹽水送往脫氯塔。因此，必須將淡鹽水中游離抓脫出后才能送一次鹽水化鹽或鹽水重飽和后再使用?；旌蠒r間 10min。同時還會造成進入樹脂塔內(nèi)的鹽水發(fā)生偏流，增加壓力降，從而導(dǎo)致鹽水中鈣離子去除不徹底，二次鹽水中鈣、鎂含量升高。在實際生產(chǎn)中，加入 5％左右的鹽酸“清洗”樹脂，當(dāng) pH 值為 l 時 ， 原來已絡(luò)合的金屬離子全部“洗“脫。其次 鹽水中含 有的 游離氯和 ClO等組分會引起二次鹽水精制所用的螯合樹脂中毒失效 。因此，離子膜電解法對鹽水的精致要求十分嚴(yán)格。一般用的處理鹽酸為 5%10%，處理時間為 6h，氣孔率可與新碳素?zé)Y(jié)管的氣孔率接近。由于其對鈣、鎂及機械雜質(zhì)吸附力強，絮凝速度快，產(chǎn)生的絮凝團大，故可有效提高鹽水的質(zhì)量，當(dāng)其用量為 105 時，效果最好。 在高電流密度和高濃度燒堿生產(chǎn)條件下，如何穩(wěn)定和降低電耗，是近期離子膜研發(fā)的主要目標(biāo)。氯氣中含氧、含氫低。離子膜電解槽有復(fù)極槽和單極槽兩種，復(fù)極槽就是每個單元槽的 電路是串聯(lián)的，單極槽是單槽并聯(lián)運轉(zhuǎn)。 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 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%。因此，開辟節(jié)約能7 源新途 徑，具有重要意義。 其沉積在地下的就成為巖鹽 (礦鹽 )。不同濃度時的脫水熱也不同。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展， 氯堿工業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)品涉及國民經(jīng)濟和人民生活的諸多領(lǐng)域，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，在輕工、紡織、石油化工、有色冶金和 公用事業(yè)等領(lǐng)域也均有很大用途。 在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的液堿可以直接銷售，也可濃縮為片堿產(chǎn)品； 副產(chǎn)品氯氣和氫氣主要合成氯化氫氣體供 PVC 生產(chǎn)聚氯乙稀及產(chǎn)高純酸，剩余的氯氣生產(chǎn)液氯。 比熱： 千卡 /千 克 ℃ （ 19～ 100℃ 時的平均值）。 5 熔點 ℃；沸點 1465℃；硬度 ；折射率 20D? ；比熱容 (g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。 我國氯堿工業(yè)的發(fā)展 我國氯堿工業(yè)創(chuàng)建于 20 世紀(jì) 20 年代。目前出槽 NaOH 濃度為 30％ 35％ (wt)，正在進行 50％NaOH(wt)的工業(yè)化試驗。 ⑦ 無污染。 11 第 三 章 離子膜制堿工藝流程 電解槽使用 的離子膜 ，對入槽鹽水各項雜質(zhì)含量要求都很嚴(yán)格。采用 DCS 自動控制系統(tǒng)，由泵送出的 5%的溶液，通過自動調(diào)節(jié)閥加入鹽水管道，經(jīng)過管道混合器后與鹽水均勻混合，其中的一小部分進入氧化還原分析器，輸出的信號去自控閥門，調(diào)節(jié)亞硫酸鈉的加入量。 ○ 4 對中和后的 PH 值，應(yīng)該定時進行分析測定，以監(jiān)督自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作。淡鹽水中氯氣溶解度與溫 度、 pH 值、壓力及 NaCl 濃度有關(guān)，一般情況下，淡鹽水中 NaCl質(zhì)量濃度為 210 g/L：那么，淡鹽水溶解的 C12 量主要取決于溫度， pH 值、壓力。 螯合樹脂的類型 二次鹽水精制常用的螯合樹脂有 2 種類型，一種是亞胺基二乙酸型，另一種是 胺基磷酸型。而螯合樹脂的吸收、脫吸、再生就是根據(jù)此原理進行。 ④鹽水流量 鹽水的供應(yīng)量是根據(jù)電解生產(chǎn)能力對樹脂塔的選型和塔內(nèi)樹脂填充量來確定的。此時預(yù)涂罐內(nèi)的液體應(yīng)異常澄清透明， 切換閥門，用一次鹽水代替預(yù)涂液。 ④ 利用活性炭的表面吸附作用，使淡鹽水通過活性炭層，將游離氯吸附脫除，這種方法叫做活性炭吸附法。被除去氯的淡化水用泵送去化鹽工序。 在生產(chǎn)過程中發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)： ClO－ ＋ Na2SO3 Na2SO4＋ Cl－ 計算： ① 1m3鹽水 ClO－ 的最大摩爾量： m ol15 ?? ② 1m3鹽水反應(yīng)需 Na2SO3： (23 2+32+ 3)= g/m3 ③ 1m3鹽水過量需 Na2SO3： 1m3 ④ 每小時鹽水用量： 247。 有關(guān)參數(shù)：其適用樹脂牌號 進口牌號 SC401， CR10；國產(chǎn)牌號 D412；或其他相當(dāng)然牌號。 由于鮑爾環(huán)有特殊的結(jié)構(gòu)特點，可以使液體分散度增大，填料內(nèi)表面的利用率提高。 JMW 型計量泵外形及安裝尺寸圖見圖 61： 42 圖 61 JM－ W 型計量泵外形及安裝尺寸圖 水環(huán)式真空泵的選擇 一、泵類型的確定 泵的類型主要由工作所需的氣量、真空度或排氣壓力而定。 現(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，氯堿工業(yè)中，正在淘汰一些舊的工藝，例如： 氯堿生產(chǎn)中一次鹽水除硫酸根的方法逐漸改變，由傳統(tǒng)的氯化鋇法，逐漸向膜法發(fā)展。因為單作用泵的構(gòu)造簡單，容易制造和維護，且在高真空情況下抗汽蝕性好。不要選擇過高，壓力過高會浪費能源，增加設(shè)備的投資和運行費用。 填 料塔的安裝高度選擇 安裝高度 H： gWgHgpgpg2ug2uzzH 12212221 ?????????? 計算基準(zhǔn)： ? 52 ?? 3mkg2 1 7 0 9 9?? sm0u1 ? 51 ??? ? HgWgH ??? 所以： 5522??????????????? 40 考慮實際安裝要求，安裝高度可 取 16m(此高度指填料塔頂部到受槽內(nèi)降液管底部的安裝高度 )。 200= m3/h 總質(zhì)量流量為： = kg/h 氯氣的計算 離開電解槽的氯氣量為： － － － +=根據(jù)氣體分壓定律，濕氯氣和水蒸氣的分壓應(yīng)與它們的摩爾數(shù)成正比： 2222 ClOHClOH n:nP:P ? 所以： 2222 ClClOHOH nPPn ?? 已知：在 85℃陽極液上方的水蒸氣分壓為 則： hk m olnPPn ClCl OHOH / ?????? hkgC OH /)(2 ???陽 因此，離開電解槽的濕氯氣總質(zhì)量： +=表 57 氯氣 成分 流量 (kg/h) 摩爾 (kmol/h) 氯氣 水 合計 氫氣的計算 同 Cl2的計算 36 已知：在 85℃陽極液上方的水蒸氣分壓為 則： hk m olnPPn HH OHOH / ?????? hkgC OH /)(2 ???陽 故 離開電解槽的濕氫氣總質(zhì)量： + = 離開電解槽的氯氣量見 下 表： 表 58 氯氣 成分 流量 (kg/h) 摩爾 (kmol/h) 氫氣 水 合計 生成氫氧化鈉的計算 流出的陰極液中含水為： 247。 27 在去除雜質(zhì)中，生成沉淀量為： +++= kg/h 則：若流出的一次精制鹽為 x。 脫氯流程 在淡鹽水中先加入適量鹽酸，以混合均 勻，進入淡鹽水罐。從電槽排出的淡鹽水，由于存在游離氯而容易對設(shè)備、管道造成腐蝕，阻礙一次鹽水工序中沉淀的形成，破壞二次鹽水精制工序的鰲合樹脂，對于采用碳素管過濾的工藝還容易對碳素管造成危害。通過過濾器前出口回到頂涂罐，使α 纖維素和鹽水充分混合，混合時的流量為設(shè)汁流量的 倍左右。但 當(dāng) pH8 時， 樹脂去除鈣、鎂離子的能力明顯下降；當(dāng) pH11 時，鎂離子易生成 Mg(OH)2 膠狀沉淀物，進入樹脂塔后會堵 塞樹脂孔隙，大大降低了樹脂的交換能力 。在一定的外界 (如 pH 值、溫度、濃度 ) 條件下，達到相對平衡狀態(tài)，改變條件就破壞了這個平衡，整合樹脂的再生就是根據(jù)這個原理進行的。 二次精制的意義 離子膜電解工藝對進槽鹽水質(zhì)量要求較為苛刻， 主要 是 由于 電解所用的離子交換膜能使大量陽離子透過，如 Ca2+、 Mg2+、 Fe2+、 Ba2+、 Ni2+、 Sr2+等，這些金屬離子 容易 和陰極室的 OH離子生成不溶性的氫氧化物沉淀，堵塞膜的微孔， 從而 造成膜離子交換性能下降，槽電壓上升，電流效率下降，最終導(dǎo)致膜損壞 。 離子膜制堿 技術(shù)中，進入電解槽的鹽水質(zhì)量是這項技術(shù)的關(guān)鍵，其對離子膜的壽命、槽電壓和電流效率及產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響。 碳素?zé)Y(jié)管由于長期使用失效后，一般可用鹽酸浸洗，使其恢復(fù)性能再投人使用。 沉淀鹽泥懸浮物 可 用 的 助沉劑 有 很多，但目前國內(nèi)大多采用聚丙烯酸鈉溶液作為鹽泥懸浮物的助沉劑。如今，離子膜電解的研究主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）低電耗膜。 ⑤ 氯氣純度高。 電解制堿的特點 離子膜法電解槽生產(chǎn)氯氣和燒堿，其優(yōu)點是避免汞害和石棉污染，又節(jié)省能耗，相對于石墨電解槽來說避免了鉛的危害。 第二，以聯(lián)合兼并等方式，向大型規(guī)模發(fā)展。通過運用先進設(shè)備，提高電解槽的電能效率和堿液蒸發(fā)熱能的利用率，來降低燒堿的電耗和蒸汽消耗。由于地4 殼變化，海洋的一部分分離內(nèi)陸海，經(jīng)過億萬年的自然蒸發(fā)，形成鹽湖 (如大鹽湖和死海 )和鹽池。如果把濃度的的燒堿濃縮、脫水需要3 吸收熱量，這個熱量稱為脫水熱。 通過進行化工專業(yè)知識的初步設(shè)計的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而將所學(xué)的知識由感性認(rèn)識提高到理性認(rèn)識，為以后工作奠定基礎(chǔ)． 由于自身能力所限，設(shè)計中的疏漏在所難免， 敬請 各位老師能給予 批評和指 正！ 2 第一章 概 述 氯堿工業(yè)是生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣以及此衍生系列產(chǎn)品的基本化學(xué)工業(yè)，其產(chǎn)品廣泛用于國民經(jīng)濟各個部門，對國民經(jīng)濟和國防建設(shè)具有重要的作用。 燒堿的物 化性質(zhì) 化學(xué)式： NaOH 分子量： 比重： （ 20℃ ）。燒堿溶液的比熱隨著溶液濃度的提高而下降，同時升高溶液溫度，比熱也有所下降。℃ )；熔解熱 517J/g；臨界濕度 (20℃ )%；在 1 ㎏純水中的熔解熱為 。 腐蝕和污染 氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等具有強腐蝕性，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。 1929 年，愛國實業(yè)家吳蘊初在上海集資創(chuàng)辦了我國第 1 個氯堿廠 —— 天原電化廠。水銀法 雖然 可以從電解槽直接制得濃度為 50％ (wt)的 NaOH溶液，不需要蒸發(fā)，而且含鹽低 (45mg/L)，產(chǎn)品質(zhì)量好，但是水銀被公認(rèn)為是有害物質(zhì)，此法不宜采取 。離子膜具有較穩(wěn)定的化學(xué)性能，幾乎無污染和毒害 。 此崗位主要是將化鹽工序送來的鹽水經(jīng)過過濾器，送到精鹽水槽。使進入鹽水罐的鹽水絕對不 含 ClO，且過量亞硫酸鈉也控制在一定范圍內(nèi)。 （ 4）樹脂吸附 離子膜法處理鹽水用離子交換樹脂是專 門開發(fā)的，它是一種大孔鰲合型陽離子樹脂，其交換基為胺基磷酸型或亞胺基二乙酸型 [6]，進口樹脂與國產(chǎn)樹