【文章內(nèi)容簡介】 ① 溫度 螯合樹脂與鈣、鎂的螯合反應(yīng)是在一定溫度下進行的 。 溫度高時，螯合反應(yīng)速度快，樹脂使用周期長。但鹽水溫度 亦不宜 過高， 否則 樹脂的強度會降低。要保證樹脂良好性能的發(fā)揮．應(yīng)將進入樹脂塔鹽水溫度控制在 5565℃。 ② pH 值 pH 值 在一定范圍內(nèi)時，鈣、鎂等是以離子形式存在的，以利于樹脂進行螯合去除。但 當 pH8 時， 樹脂去除鈣、鎂離子的能力明顯下降；當 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 。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。所以，鹽水 pH 值應(yīng)控制在 8~10。本次設(shè)計二次鹽水的 pH 取為 10。 ③ 鹽水中 Ca2+、 Mg2+濃度 螯合樹脂塔對鹽水中的鈣、鎂離子的吸附量隨著濃度的升高而增加，但當 Ca2+、Mg2+的質(zhì)量濃度超過 10 mg/L 時，樹脂除鈣、鎂離子的能力隨鈣、鎂離子濃度增加而降低，這是因為螯合樹脂的交換量是一定的，鹽水中鈣、鎂離子來不及進行交換，帶入到二次鹽水中。使二次鹽水中鈣鎂 含量增加。 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。進入樹脂塔的鹽水流量取決于樹脂塔的尺寸和循環(huán) 所 需要的時間。如果鹽水流量過大則在樹脂內(nèi)停留時間 會 縮短，造成鹽水在樹脂塔內(nèi)短路 。 如 果 鹽水流量降低，樹脂的使用時間延長，但需要較大的樹脂塔 [12]。 ⑤ 游離氯 的影響 游離氯的氧化性極強，極易破壞螯合樹脂的結(jié)構(gòu)，造成樹脂不可恢復(fù)的中毒，樹脂性能急劇下降，起不到螯合鈣、鎂離子的作用， 因此 要求鹽水中不能含有游離氯。 鹽水二次精制流程 一次鹽水經(jīng)檢驗合格后，送 入二次 鹽水精制工段，在亞硫酸鈉槽內(nèi)配置好 5%亞硫酸鈉溶液加入一次精制鹽水，進入一次鹽水槽。送 HClO 自動分析儀，根據(jù)測得的18 HClO 值去自動調(diào)節(jié)水的加入量、達到控制亞硫酸鈉加入量的目的。 在預(yù)涂罐內(nèi)，添加適量的α 纖維素，一般是每平方米炭素管 lkg，然后加入過濾后鹽水配以 ，充分攪拌 10min。 用 次鹽水泵向過濾器充液，直到鹽水逸入廢液池止。 然后開動預(yù)涂泵，向過濾器內(nèi)送預(yù)涂液。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。混合時間 10min。 切換閥門，使預(yù)涂液出口由過濾前改為過濾后。這就開始了預(yù)涂。在這種狀態(tài)下，預(yù)涂液由碳素管外側(cè)流向內(nèi)側(cè)，這時。α 纖維素在元件表面形成均勻的預(yù)涂層，預(yù)涂進行 30min。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。一次鹽水流量為設(shè)計流量，并讓過濾過鹽水返回一次鹽水罐，目的就是把有可能質(zhì)量不好的過濾鹽水返回一次鹽水罐， 此 過程一般稱為原液循環(huán)。 原液循環(huán)結(jié)束，則切換閥門，使過濾后鹽水進入過濾鹽水罐。過濾開始 10min后，啟動主體給料泵定量地向一次鹽水入口加入α 纖維素懸浮液。直到運轉(zhuǎn)時間達到 48h、或者過濾器的差亞達到 時停止運轉(zhuǎn)，進入返洗。 在過濾器出口的鹽水管路上，加入 31%鹽酸，經(jīng)過混合，使鹽酸和鹽水混合均勻后，送 pH 自動分析儀，根據(jù)測得的 pH 值去自動調(diào)節(jié)鹽酸的加入量、達到控制的目的。 三塔的工作原理是總有倆個塔在工作，一塔在再生、待命。 淡鹽水脫氯 在離子膜法制堿中，約有 50%70%的 NaCl 在電槽內(nèi)分解，在陰極生成 NaOH，另有約 30%50%的 NaCl 在陽極液中變成淡鹽水。為了保證離子膜對陽極液中 NaCl 濃度的工藝要求，要連續(xù)不斷地供給電槽飽和精制鹽水 。又要 連續(xù)不斷地從陽極液中排出部分淡鹽水。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。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。 19 脫氯的方法 淡鹽水脫氯的方法有以下幾種： ① 應(yīng)用溶解在鹽水中的氯氣在不同壓力下有不同溶解度的原理，使溶解在鹽水中的氯氣在真空條件下逸出。這種方法叫做真空脫氯法。 ② 將空氣加壓通入脫氯塔內(nèi)，在填料的表面使空氣與淡鹽 水接觸而將氯氣帶出，這種方法叫做空氣吹除法。 ③ 利用具有還原性的亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫化鈉等硫化物與 ClO－ 反應(yīng)使淡鹽水中的游離氯脫除，這種方法叫做化學(xué)脫氯法。 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。 本次設(shè)計采用的是真空脫氯法。 該法的操作比較簡單，它的操作好壞主要取決于設(shè)備的能力。 如果設(shè)備的能力足夠好（指填料量、冷卻器面積、真空泵能力），管路不泄露、不堵塞，運行起來是非常穩(wěn)定的。 脫氯 原理 淡鹽水中游離氯有 兩種存在形式，從電槽排出的 淡鹽水中同時有 Cl2(溶解氯 )、HCIO、 CIO 一 和 H+存在，它們之間的關(guān)系是化學(xué)平衡。即： Cl2 十 H2 O HCIO+H+ +Cl－ (41) HClO H++ ClO－ (42) 脫氯就是一方面破壞以上的平衡關(guān)系，使上述的反應(yīng)朝著生成 C12 的方向進行。另一方面利用 ClO 一 的氧化性，通過加人還原性物質(zhì)而去除之。 因此，在實際生產(chǎn)中通過向淡鹽水中 加人足量的酸，并使淡鹽水中不斷產(chǎn)生氣泡或增加氣、液兩相的接觸面，加快氣相流速，加大氣、液兩相的不平衡度，不斷地降低液體表面的氯氣分壓，使液相中的溶解氯不斷地向氣相轉(zhuǎn)移，氣體不斷逸出。另外，在一定壓力下氯氣的溶解度隨溫度的升高而降低，保持淡鹽水一定的溫度有利于溶解氯的脫除。由于采用破壞化學(xué)平衡和相平衡的方法不能完全使游離氯脫除，所以剩余微量的以 ClO 一 形式存在的游離氯，通過添加還原性物質(zhì)使之與具有氧化性的 ClO 一 反應(yīng)，20 就可以將淡鹽水中游離氯完全脫除 。 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。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。 塔里裝有填料， 塔的真空度在 時，此壓力下鹽水的沸點約在 5060℃之間， 85℃的淡鹽水進入填料塔內(nèi)急劇沸騰，水蒸氣攜帶著氯氣進入 鈦 冷卻器，水蒸氣冷凝，進入淡鹽水罐，再去脫氯，氯氣經(jīng)真空泵出口送入氯氣總管。氯水則送回談鹽水罐 [13]。 出脫氯塔的淡鹽水進入脫氯鹽水罐。用 20％ NaOH 調(diào)節(jié) pH 值為 89，然同再加入 NaSO3 溶液，去除殘余的游離氯。被除去氯的淡化水用泵送去化鹽工序。 21 第五章 計算過程 建廠廠址選擇在呼和浩特，呼和浩特地區(qū)的水文地理條件 [14]： Ct ? P = %56?? (相對 ) 又因為 Ct ? ? H(濕度 ) = 35 %67 % SS ??????? ? m m H V ?? ?? 所以空氣中水蒸氣的體積分數(shù)為 56% 氧氣的體積分數(shù)為 % 氮氣的體積分數(shù)為 % 一次精制鹽的計算 對原料鹽的粗算 由任務(wù)書要求知 NaOH 產(chǎn)量為 40kt/a，生產(chǎn)為 1 年 (330 天 )所以可知： hk m o lhkgakt / 2 6/ 0 5 0243 3 01040/40 6 ????? 設(shè)電解鹽水分解率為 46%，則生成 NaOH 所需 Nacl 的質(zhì)量為： 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式： 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑ +H2↑ 可知所需 NaCl 為 : 3 7 94 4 2 6 ?? 進入電解槽的 NaCl 質(zhì)量流量為： 6 0 4 2% 3 7 9 ?? 生產(chǎn)加入的原鹽為內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽 [2]，其組分如下： 表 51 內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽組分 ： 22 組分 氯化鈉 鈣離子 鎂離子 硫酸根離子 水不溶物 水分 含量 (%) 因此所需加入內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽為： % ?? 因為在鹽水精制過程中 NaCl 有損耗，所以設(shè)加入原鹽為理 論值的 倍，則： 應(yīng)該加入原鹽為： hk m o lhkg / ??? 其中含各物質(zhì)為： Ca2+= hm o l8 2 2 . 9 1 70 .3 6 %9 1 4 3 .6 8 3 ??? hk m o lhkg /1 1 ????? hk m o lhkg /????— hkg /% ???水不溶物 hkg /4 6 % 8 1 4 3 ???水分 對循環(huán)淡鹽水的計算 從脫氯工段循環(huán)淡鹽水中含 NaCl 為： =根據(jù)從脫氯塔流出的淡鹽水各物質(zhì)指標，設(shè)定淡鹽水中各成分如下： 表 52 循環(huán)淡鹽水組分 成分 氯化鈉 氯酸鈉 氯氣 硫酸根 含量 (g/L) 200 則淡鹽水流量為： hm / 3?? 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 無機卷》 [3]得， NaCl 溶液密度： 60℃時， ； 應(yīng)用內(nèi)插法可得： 200g/LNaCl 水溶液密度： 23 200200 1 ?? ????? 解可得：ρ 200= 對粗鹽水的計算 設(shè)粗鹽水質(zhì)量濃度為 310g/L 粗鹽水質(zhì)量為 =原鹽加入＋循環(huán)鹽 = %+=則流量 V 粗 =? 310=所以其中各物質(zhì)濃度為： Ca2+濃度 = Lg /5 8 ?? L/g0 4 8 2 ???? 濃度 Lg / 1 6SO 24 ???? 濃度 Lg / ???水不溶物濃度 Lg / a C l O 3 ????濃度 LgCl / ????濃度 60℃時， ； ρ =應(yīng)用內(nèi)插法可得： 310g/LNaCl 水溶液密度： 310310 74 ??????? 解得ρ 310=所以，粗鹽水總質(zhì)量為： = 表 53 粗鹽水各組分含量 24 成分 質(zhì)量流量 (kg/h) 濃度 (g/L) 氯化鈉 310 鈣離子 鎂離子 水不溶物 硫酸根離子 氯酸鈉 氯氣 水 合計 各雜質(zhì)的去除 主要是除去 Ca2+、 Mg2+、 SO4水不溶物。 主要反應(yīng)方程式分別為： Ca2++Na2CO3 CaCO3↓ +Na+ Mg2++NaOH Mg(OH)2↓ +2Na+ SO42+BaCl2 BaSO4↓ +2Cl ① Ca2+的去除 根據(jù)《氯堿分冊》 ［２］ P8圖 12 (工業(yè)上一般將 Na2CO3 過量控制在 ~) 可知： 在 60℃時， Na2CO3過量 ，鹽水中 Ca2+含量為 。 Ca2+濃度為 ，剩余 ，反應(yīng)了的 Ca2+ =則總共需加入 Na2CO3為： += g/L 則需加入 Na2CO3 質(zhì)量流量為： 加入 98%Na2CO3質(zhì)量流量為： h1 1 3 . 9 4 6 k g / 9 8 %h1 1 1 . 6 6 8 k g / ?? 25 生成 CaCO3質(zhì)量濃度為： =生成 CaCO3質(zhì)量流量為： ② Mg2+的去除 根據(jù)《氯堿》 (生產(chǎn)中一般將氫氧化鈉過量控制在 ~) 查 P8圖 12 可知： 在 50℃時， NaOH 過量 ，鹽水中 Mg2+含量為 3mg/L。 在 75℃時， NaOH 過量 ，鹽水中 Mg2+含量為 3mg/L。 應(yīng)用內(nèi)插法，在 60℃時 NaOH 過量為 x。則： 5060 ????? 解得： x=粗鹽水中 Mg2+濃度為 ，剩余 3mg/L，反應(yīng)了掉 Mg2+為： =則反應(yīng)了的 NaOH 為 2 因為需過量 ，則總共需加入 NaOH 為： += g/L 則需加入 NaOH 質(zhì)量流量為： g/L=加入 32%NaOH 質(zhì)量流量為： 3 5 . 8 8 4 k g / h %321 1 . 4 8 3 k g / h ?? 生成 Mg(OH)2 質(zhì)量濃度為： =生成 Mg(OH)2 質(zhì)量流量為： ③ SO42的去除 在 60℃時，要使 SO42質(zhì)量濃度含量為 ， BaCl2應(yīng)過量 。 因為 SO42質(zhì)量濃度為 g/L。 則：反應(yīng)了 =則反應(yīng)了的 BaCl2為 =因為需過量 ，則 總共需加入 Na2CO3為： + 103= g/L 則需加入 BaCl2質(zhì)量流量為： g/L=加入 37% BaCl2質(zhì)量流量為： h8 1 0 . 7 6 4 k g / %73h2 9 9 . 9 8 3 k g / ?? 生成 BaSO4質(zhì)量濃度為： =26 生成 BaSO4質(zhì)量流量為： ④ 除水不容物 (SS) 查《離子膜法制堿生產(chǎn)技術(shù)》 [4]可知一次精制鹽水中懸浮物質(zhì)量指標 為≦ 10mg/L。 則，懸浮物濃度為 ，應(yīng)沉降為： 所以，沉降 SS