【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 造成 NaCl 的質(zhì)量濃度低于 300g/L；加入量過少 5 可造成鹽水濃度過高，易形成結(jié)晶。所以要求精制劑必須配制合格，液體溫度應(yīng)控制在 60～65℃ 。 助沉劑配制 大部分助沉劑為螯合物。在水中溶解較慢并且不能激烈沖擊攪拌。在配制過程中應(yīng)慢慢均勻加入，在微攪拌下溶解半小時(shí)才能使用。 精制反應(yīng)時(shí)間 精制反應(yīng)要充分，并且控制適當(dāng)。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。 炭素管過濾器性質(zhì)及工作要求 炭素管過濾器主要用于除掉鹽水的懸浮物。如果炭素管過濾器運(yùn)行不好，會(huì)造成懸浮物進(jìn)入螯合樹脂系統(tǒng)，從而使樹脂失活，大大降低樹脂性能。炭素管的微孔平均直徑約為一百一十微米。在工作時(shí)，表面預(yù)涂 ～ mm的 α纖維素 ， α纖維素根 據(jù)炭素?zé)Y(jié)管的微孔直徑要求，粒度為 100～ 250181。m。要實(shí)現(xiàn)炭素?zé)Y(jié)管良好的過濾效果，就要保證 α纖維素涂層均勻，過濾壓力穩(wěn)定。 樹脂塔的操作要點(diǎn) 在過濾后的二次鹽水中， 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。因此鹽水在一次精制的基礎(chǔ)上還需要二次精制。目前鹽水的二次精制工藝都是螯合樹脂法，通常采用 2 或 3 臺(tái)樹脂 塔串聯(lián)，鹽水自上而下經(jīng)過樹脂床，從塔底流出再到精鹽水池。在塔內(nèi)鹽水中的 Ca2? 、 Mg2? 與樹脂發(fā)生離子交換： 2 2 2 2 222 CaR C H N ( C H C O O N a ) R C H N ( C H C O O ) C a 2N a? ??? ? ? ? ? ? 樹脂塔最大流量 樹脂塔樹脂填充量確定后，最大流量也確定。樹脂吸收鹽水中的 Ca2? 、 Mg2? 、 Sr2? 等離子時(shí)，要有充分的接觸時(shí)間，如果流量過快。導(dǎo)致 2 價(jià)離子不能被樹脂吸收即被送走，所以樹脂塔鹽水流量應(yīng)盡量保持平穩(wěn)。 鹽水溫度 樹脂吸收速率隨溫度升高而加快，但溫度過高會(huì)造成樹脂強(qiáng)度下降，因此鹽水最佳控制溫度應(yīng)在 (60+5)℃ 。 6 鹽水 pH 值 鹽水 pH 值在 7~8 時(shí)為樹脂吸收陰離子的最佳值，大于 10 時(shí)，陽離子易形成分子氫氧化物，樹脂只能 螯合 陽離子不能吸附 ? ?2Mg OH 、 Ca(OH)2等分子物質(zhì)。 樹脂塔壓差控制 樹脂塔進(jìn)出口壓 差不能超過 MPa，樹脂塔壓差過高會(huì)造成樹脂破碎。如發(fā)現(xiàn)壓差過高應(yīng)及時(shí)檢查原因并及時(shí)更換補(bǔ)充樹脂 ??5 。 7 第三章 電解工段的物料衡算 離子膜交換原理 Donnon膜理論闡明了具有固定離子和對(duì)離子的膜有排斥外界溶液中某一離子的能力。在電解食鹽水溶液所使用的陽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。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。水化鈉離子從陽極室透過離子膜遷移到陰極室時(shí)，水分子也伴隨著遷移。至此離子成功交換。 電解槽內(nèi)物料衡算 計(jì)算依據(jù)： （ 1）供給鹽水規(guī)格： NaCl： 310g/L 重度： d=精制鹽水中雜質(zhì)忽略不計(jì) （ 2）陰極夜 NaOH 濃度 32% 重度 d= kg/L（ 80℃ ） （ 3）陽極液 NaCl： 210 g/L 重度： d= kg/L 電解槽中進(jìn)行的副反應(yīng)所產(chǎn)生的雜質(zhì)忽略不計(jì) 計(jì)劃任務(wù) 100%燒堿 ： 100kt/a， 每年按 300 天計(jì)算，每天 24 小時(shí)。 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，通過查閱資料決定選用日本氯工程公司電解槽，其參數(shù)見表 . 表 電解槽參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 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)陽極液上方水蒸汽分壓為 290mm汞柱。每小時(shí)隨 2Cl 離開電解槽的水蒸氣為： 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)十萬噸的生產(chǎn)要求。 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。 所謂蒸發(fā)，是將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過程。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。 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。 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)濃縮的過程中，即使是生產(chǎn) 99％的固堿，也無須除鹽。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)過程中沒有鹽的析出，也就很難發(fā)生管道堵塞等問題，使操作容易進(jìn)行。 （ 2）濃度高，蒸發(fā)水量 少，蒸汽消耗低：離子膜堿液的濃度高，需要蒸發(fā)的水量少，蒸汽消耗就會(huì)大幅下降 ??7 。 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)過程為連續(xù)穩(wěn)定操作的過程。 按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，若產(chǎn)生的二次蒸汽不加利用，直接經(jīng)冷凝器冷凝后排出，這種操作稱為單效蒸發(fā)。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，這種操作稱為多效蒸發(fā)。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。 在確定蒸發(fā)流程時(shí)，我們首先要確定采用的蒸發(fā)器的效數(shù)。從理論上來說，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。但反過來，效數(shù)愈多，蒸發(fā)器的增加使一次投資也相應(yīng)增加，相應(yīng)提高了折舊及產(chǎn)品成本。理論上蒸汽消耗量與效數(shù)的關(guān)系見表 . 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) 。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。 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。因此單效蒸發(fā)多為真空蒸發(fā) ,多效蒸發(fā)的前效為加壓或常壓操作，而后效則在真空下操作。 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)。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。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。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。但是在選擇逆流時(shí)，要受到質(zhì)材的限制，因?yàn)閷?duì)于逆流流程，濃效蒸發(fā)器處于高溫、高濃度堿的惡劣條件下，蒸發(fā)器的質(zhì)材就必須選用優(yōu)質(zhì)的金屬材料，如鎳材，或優(yōu)質(zhì)低碳不銹鋼，否則濃效會(huì)因?yàn)楦邷貕A液的腐蝕導(dǎo)致 極短的壽命，使得投入大于回報(bào)，嚴(yán)重則會(huì)造成泄漏危及生命，污染環(huán)境。 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 。 其流程如圖所示 : 13 圖 雙效逆流蒸發(fā)流程 蒸發(fā)設(shè)備 蒸發(fā)設(shè)備的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時(shí)需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。 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。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。減壓操作時(shí)還需真空裝置。 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。對(duì)常用的間壁傳熱 式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)情況，大致可分為以下兩大類： 循環(huán)型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中做循環(huán)流動(dòng)，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同， 接近于完成液的濃度 。操作穩(wěn)定。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 。 其中， 前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器 。 單程型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。 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。 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)。 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。 本文中采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，以彌