【正文】 大降低樹(shù)脂性能。在電解食鹽水溶液所使用的陽(yáng)離子交換膜的膜體中有活性基團(tuán)，它是由帶負(fù)電荷的固定離子如 SO?3 、 COO? ，同一個(gè)帶正電荷的對(duì)離子 Na? 形成靜電鍵，磺酸型陽(yáng)離子交換膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為： 3R SO H (N a )? ? ??? 由于磺酸基團(tuán)具有親水性能，而使膜在溶液中溶脹，膜體結(jié)構(gòu)變松，從而造成許多細(xì)微彎曲的通道，使其活性基團(tuán)中的對(duì)離子 Na? 可以與水溶液中的同電荷的 Na? 進(jìn)行交換。若把二次蒸汽引至另一操作壓力較低 12 的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，并把若干個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)組合使用，這種操作稱(chēng)為多效蒸發(fā)。 蒸發(fā)的主體設(shè)備是蒸發(fā)器，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。 末效真空度 91kPa ，操作壓強(qiáng) 2P = 10kPa，查飽和水蒸汽表可得相應(yīng)壓強(qiáng)下二次蒸汽溫度 ?t ℃ ，密度 32 / m?? ，汽化潛熱 2r / kg? 。即升膜降膜流程、雙效降膜流程及升膜閃蒸流程。 蒸發(fā)水量： 30011FxW F 9 . 8 2 7 3 1 0 k g / hx? ? ? ? （ 52） 表 降膜濃縮器物料衡算表： 輸入 （ kg/h） 輸出 （ kg/h） NaOH 10? NaOH 10? H2O (l) H2O (l) 10? H2O (g) 10? 總計(jì) ? 總計(jì) ? 離子膜固堿種類(lèi) 離子膜固堿共分三種： （ 1）桶裝固堿 指用薄鐵皮制成的容器裝入的離子膜固堿。電解槽內(nèi)產(chǎn)生的氣體和電解液在單元槽的上部凹處通過(guò)特殊的緩沖裝置進(jìn)行分離，電解槽中采用的特殊的溢流模式使得氣液分離時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)非常小。此外， nBiTAC 電解槽的陽(yáng)極由于不受腐蝕而具有更長(zhǎng)的壽命。 加熱管的長(zhǎng)度一般為 2~6m，管子長(zhǎng)度的選擇應(yīng)根據(jù)溶液結(jié)垢后的難易程度、溶液的性質(zhì)和廠房的高度等因素來(lái)綜合考慮，易結(jié)垢和易起泡沫溶液的蒸發(fā)易選用短管?？梢宰層脩糨p松地進(jìn)行電解槽的維護(hù)工作，大大降低了維護(hù)成本。 nBiTAC 電解槽采用鎳（ Ni）作為陰極的材料，通過(guò)陰極彈簧將陰極網(wǎng)輕壓 到陽(yáng)極上，改進(jìn)了鎳（ Ni）的陰極導(dǎo)電板與彈簧在整個(gè)離子膜區(qū)域的零極距。這是一種由化學(xué)純硝酸鹽混合物組成的。 重新分配有效溫度差： 平均面積 A = 1 1 2 212A t A ttt? ? ?? ?? = 有效溫度差 / 111 Att A??? = ℃ / 222 Att A??? = ℃ 校核： 第二效： 因末效真空度保持不變，故末效操作壓力不變，且完成液濃度仍為 39％，所以末效溶液沸點(diǎn)仍為 ?/2t 。 本文中采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，以彌補(bǔ)堿液的壓差損失，增加堿液循環(huán)流速 ??9 。由于堿液與蒸汽逆向流向，這樣可以使低粘度的堿液在低溫下沸騰，高濃度、高粘度的堿液在高溫下沸騰，從而提高了蒸汽的熱利用率。這就極大的簡(jiǎn)化了流程設(shè)備，即隔膜蒸發(fā)所必須有的出鹽設(shè)備及工藝過(guò)程都被取消（如旋液分離器、鹽沉降槽、分離機(jī)、回收母液儲(chǔ)罐等），而且由于在蒸發(fā)過(guò)程中沒(méi)有鹽的析出，也就很難發(fā)生管道堵塞等問(wèn)題，使操作容易進(jìn)行。 6 鹽水 pH 值 鹽水 pH 值在 7~8 時(shí)為樹(shù)脂吸收陰離子的最佳值，大于 10 時(shí)，陽(yáng)離子易形成分子氫氧化物，樹(shù)脂只能 螯合 陽(yáng)離子不能吸附 ? ?2Mg OH 、 Ca(OH)2等分子物質(zhì)。在配制過(guò)程中應(yīng)慢慢均勻加入，在微攪拌下溶解半小時(shí)才能使用。2)g/L 為最佳。 表 精鹽水指標(biāo) 名稱(chēng) 指標(biāo)（質(zhì)量分?jǐn)?shù) 610?? ） 名稱(chēng) 指標(biāo) （質(zhì)量分?jǐn)?shù) 610?? ） Ca2? Mg2? Ss Fe2? Ni2? Al3? Si2? 表 中所列各項(xiàng)指標(biāo)中任何一項(xiàng)不合格都會(huì)造成嚴(yán)重后果，甚至造成系統(tǒng)停車(chē)。 (4)產(chǎn)品純度高。 由于自身能力所限，設(shè)計(jì)中的疏漏在所難免，敬請(qǐng)各位老師能給予批評(píng)和指正。根據(jù)要求的年產(chǎn)十萬(wàn)噸的需求對(duì)電解槽進(jìn)行物料衡算為電解槽選型提供依據(jù)，堿液蒸發(fā)工段進(jìn)行了詳細(xì)的物料、熱量衡算，確定了所選工藝下的堿液處理量。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。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。二次鹽水精制設(shè)備由過(guò)濾器和樹(shù)脂塔組成，制取符合要求的精鹽水。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。 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。 樹(shù)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。 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(chēng) 參數(shù) 名稱(chēng) 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。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) 。操作穩(wěn)定。 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。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。 （ 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。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。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。從 1999 年開(kāi)始，日本東曹采用的 nBiTAC 電解槽一直在 ，并且自去年開(kāi)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，從而可在更高的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行。 28 （ 3）粒狀固堿 將熔融堿通過(guò)造粒塔制成直徑約為 ～ ，自由落體，與塔底進(jìn)入的干燥空氣逆向流動(dòng)，冷卻凝固而得。常用的處理方法是原料液中加入糖溶液。℃ )。 其中， 前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器 。 在加壓蒸發(fā)中，所得到的二次蒸氣溫度較高，可作為下一效的加熱蒸氣加以利用。 11 第四章 電解液蒸發(fā) 蒸發(fā)概論 堿液蒸發(fā)的基本概念 不管是離子膜法還是隔膜法 生產(chǎn)的燒堿，如果需要提高濃度，就需要除去其中一部分水分，燒堿的濃縮一般采用的是蒸發(fā)操作。目前鹽水的二次精制工藝都是螯合樹(shù)脂法，通常采用 2 或 3 臺(tái)樹(shù)脂 塔串聯(lián)，鹽水自上而下經(jīng)過(guò)樹(shù)脂床，從塔底流出再到精鹽水池。進(jìn)而影響鹽水的濃度。另外淡鹽水過(guò)堿量要求控制在，過(guò)高會(huì)加大一次精制反應(yīng)難度，甚至造成一次鹽水發(fā)渾。鹽水中的游離氯會(huì)破壞螯合樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)，使之失去螯合作用；有機(jī)物會(huì)附著在螯合樹(shù)脂上，影響螯合樹(shù)脂的吸附效果，將嚴(yán)重影響精鹽水質(zhì)量，對(duì)離子膜造成不可恢復(fù)的損傷，從而降低電流效率。由于離子膜法電解液濃度高，因此不需要蒸發(fā)工段即可獲得 30％以上的產(chǎn)品。同時(shí)符合國(guó)家提倡的企業(yè) ―做大、做強(qiáng)、做優(yōu) ‖及 ―高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高新技術(shù)化、優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) ‖的產(chǎn)業(yè)政策，通過(guò)采用新技術(shù)、新工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低原料消耗，減少 ―三廢 ‖排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì) ??1 。 參考文獻(xiàn) ...................................................... 37 附錄 A.....................................................................................................................38 附錄 B.....................................................................................................................39 I 年產(chǎn)十萬(wàn)噸燒堿工藝設(shè)計(jì) 摘要 ： 離子膜法制堿是當(dāng)今氯堿工業(yè)中崛起的新技術(shù)，本文介紹了離子膜燒堿的特點(diǎn)，并且通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)方法進(jìn)行比較，確 定了離子膜燒堿在發(fā)展空間上的優(yōu)勢(shì)。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，全面培養(yǎng)和檢查了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力和素質(zhì)，鞏固和加深了基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能訓(xùn)練。 (3)污染程度低。一般 1t 堿需要 鹽（理論比例為 1： ） ??4 。5) g/L之內(nèi)，不能波動(dòng)太大，否則鹽水相對(duì)密度變化較大影響鹽水澄清速度，延長(zhǎng)澄清時(shí)間甚至造成一次鹽水含鈣鎂不合格。 助沉劑配制 大部分助沉劑為螯合物。導(dǎo)致 2 價(jià)離子不能被樹(shù)脂吸收即被送走，所以樹(shù)脂塔鹽水流量應(yīng)盡量保持平穩(wěn)。 燒堿蒸發(fā)操作的主要目的：使燒堿溶液增濃直接制取液體產(chǎn)品，如將堿液濃縮為 32%、45%和 50%等濃度燒堿產(chǎn)品，滿足不同用戶的需求。采用逆流蒸發(fā)較順流蒸發(fā)可以更充分的利用加熱蒸汽的熱量，這是由于逆流次級(jí)效蒸發(fā)器的堿液沸點(diǎn)較低（濃度低），可以利用前效加熱器的 蒸汽冷凝液預(yù)熱進(jìn)入本效的堿液，并可使其閃蒸蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，用于次級(jí)效加熱，這樣相應(yīng)增加了各效的加熱蒸汽量。 缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)?！?)。由于在反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化碳，因此在產(chǎn)品中碳酸鈉的含量會(huì)增加一些，當(dāng)然也增加產(chǎn)品中氯化鈉的含量。 nBiTAC 電解槽的安裝十分簡(jiǎn)便。另外，進(jìn)出口分配管的材料也分別選用了高檔材質(zhì)的鈦材和鎳材。 綜上所述，故選擇該型號(hào)電解槽。 （ 7）最小的電流泄漏 電流泄漏會(huì)導(dǎo)致直流電的損失、金屬設(shè)備的電腐蝕以及易產(chǎn)生電火花。這種設(shè)計(jì)減少了安裝、維護(hù)和運(yùn)行的成本。桶裝堿其外包裝材料價(jià)格較高，使用時(shí)需要破碎桶，既麻煩又不安全。這種過(guò)程可在升膜或降膜狀態(tài)下進(jìn)行，一般采用熔鹽進(jìn)行加熱。 （ 1）對(duì)第一效： 有效傳熱溫度差 1t? ： /101 ttt ??? （ 45） /1t = 11 ??t （ 46） 16 //1//1/11 ??????? （ 47） 其中： 0t 、 1t 分別為 Ⅰ 效加熱蒸汽溫度和二次蒸汽溫度，單位 ℃ /1t 為操作壓強(qiáng)下 Ⅰ 效溶液沸點(diǎn)，單位 ℃ 1? 為 Ⅰ 效溶液溫度差損失，單位 ℃ /1? 為由不揮發(fā)性溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高，單位 ℃ //1? 為液柱靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高，單位 ℃ //1? 為流動(dòng)阻力引起的沸點(diǎn)升高，單位 ℃ 由不揮發(fā)性溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高 /1? 可由杜林經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算： /1? = //wwkt m t?? （ 48） xk ?? （ 49）