【文章內(nèi)容簡介】 0 g/L，%。④適當(dāng)提高電流密度。電流效率隨電流密度的增加而增加，電流密度每增加100A/dm2,%。這是因?yàn)楫?dāng)電解液中的NaOH濃度一定時，提高電流密度必然相應(yīng)加大通過隔膜的鹽水質(zhì)量，這樣就相應(yīng)減少了OH向陽極遷移和擴(kuò)散的量，因而提高了電流效率。⑤保證電解槽絕緣性能良好，防止漏電。⑥保證供電和生產(chǎn)穩(wěn)定，防止電流波動。 電解操作指標(biāo)與生產(chǎn)控制點(diǎn)分析（1）電解工藝指標(biāo)　 為了保證電解的順利進(jìn)行，對于隔膜法電解工藝有一定的工藝指標(biāo)。主要有：⑴精鹽水進(jìn)入電解槽的溫度：90℃⑵精鹽水進(jìn)入電解槽的濃度：＞310g/Ｌ⑶電解堿液出電解槽溫度：90℃⑷電解堿液出電解槽濃度（NaOH）：115130g/Ｌ⑸電解槽電流效率：95%⑹電解槽單槽電壓：⑺電流密度：51000kA⑻氫氣出口溫度：90℃⑼氯氣出口溫度：90℃⑽氯中含氧：≤%⑾氯中含氫：≤%（2）生產(chǎn)控制措施 生產(chǎn)過程中主要的控制措施如下：①溫度測量 在精鹽水進(jìn)入精鹽水貯槽時，對精鹽水的溫度用現(xiàn)場設(shè)置的儀表測量；精鹽水進(jìn)入氫鹽換熱器的溫度用帶自動顯示式電子電位計(jì)的熱電偶測量；對散熱片的溫度用現(xiàn)場儀表進(jìn)行測量；對精鹽水進(jìn)鹽水預(yù)熱器的溫度用帶自動顯示式電子電位計(jì)的熱電偶測量；對精鹽水出鹽水預(yù)熱器的溫度用帶調(diào)節(jié)閥的熱電偶測量。②壓力測量 對蒸汽和空氣管道的壓力均以彈簧壓力計(jì)測量；對氫氣、氯氣出口的壓力的觀測利用了浮標(biāo)式差壓計(jì)進(jìn)行測量；對電解液和精鹽水的管道的壓力用浮頭式差壓計(jì)測量；對真空箱的壓力是以單管壓力計(jì)測量的。③流量和物位的測量 對精鹽水貯槽、電解液貯槽和堿液槽是以帶報警器的單管式液位計(jì)測量的；對精鹽水、電解液流量采用帶電傳至自動記錄儀表的浮標(biāo)式差壓流量計(jì)來計(jì)量的。④自動分析 為及時、準(zhǔn)確觀測精鹽水、電解液、氫氣和氯氣的含量，保證連續(xù)生產(chǎn)的可靠性，設(shè)計(jì)上要求增設(shè)自動分析器，如測量氯化鈉濃度的氯化鈉自動分析器；測量氫氧化鈉濃度的氫氧化鈉自動分析器；測量氫氣組成的氣動式自動分析器；測量氯氣組成的氣動式自動分析器。第三章 工藝計(jì)算 物料衡算已知：年產(chǎn)100%的燒堿20萬噸，年工作320天，24小時連續(xù)生產(chǎn)。電流效率95%；食鹽分解率50%；%；%；%；%；%；則每小時生產(chǎn)的100%的氫氧化鈉的產(chǎn)量為：%的氫氧化鈉的產(chǎn)量為：因食鹽水的分解率為50%，則氯化鈉的量為：氯化鈉的質(zhì)量為：W==（kg/h）%，則精鹽水的流量為： 對電解槽做物料衡算電解槽 濕氫氣I1 濕氯氣I2 精鹽水F3 電解堿液F2 損失I3 電解槽的物料平衡(1) 濕氫氣的流量為：(2) 濕氯氣的流量為：(3) 出電解槽的電解液：(4) 進(jìn)入電解槽的精鹽水：(5) 電解槽中的損失：。 電解槽的物料衡算表進(jìn)電解槽（Kg/h）出電解槽（Kg/h）精鹽水F3濕氫氣I1濕氯氣I2損失I3電解堿液F2合計(jì)合計(jì) 對氫鹽換熱器進(jìn)行物料衡算氫鹽換熱器 精鹽水F3 濕氫氣I5 冷凝水I6 濕氫氣I1 精鹽水I4 氫鹽換熱器物料流程圖(1) 進(jìn)入氫鹽換熱器的濕氫氣量：(2) 出氫鹽換熱器的濕氫氣的量：(3) 出氫鹽換熱器的精鹽水與進(jìn)氫鹽換熱器的精鹽水的量相等。即：(4) 出氫鹽換熱器的冷凝水含量：。 氫鹽換熱器物料平衡表進(jìn)入換熱器物料（Kg/h）出換熱器物料（Kg/h）精鹽水F3精鹽水F3%濕氫氣I1%濕氫氣I5冷凝水I6合計(jì)合計(jì) 能量衡算已知條件：①來自鹽水工段精鹽水溫度 45℃②精鹽水出氫鹽換熱器溫度 55℃ ③精鹽水出鹽水預(yù)熱器溫度 90℃④出電解槽電解堿液溫度 90℃ ⑤濕氫氣溫度 90℃ ⑥出氫鹽換熱器冷凝水溫度 70℃ ⑦出氫鹽換熱器濕氫氣溫度 70℃ ⑧出電解槽濕氯氣溫度 90℃ 對氫鹽換熱器進(jìn)行熱量衡算氫鹽換熱器 45℃精鹽水Q1 55℃精鹽水Q3 90℃濕氫氣Q2 70℃濕氫氣Q4 70℃水汽汽化潛熱Q6 70℃水液化熱Q5 熱量損失Q7 氫鹽換熱器熱量平衡圖(1) 45℃精鹽水帶入熱量Q1 精鹽水45℃時的比熱容為CP=(kg.℃),則精鹽水帶入氫鹽換熱器的熱量為：(2) 90℃%濕氫氣帶入熱量Q2氫氣90℃時的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，水汽90℃的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，%濕氫氣帶入熱量為：=（kJ）(3) 55℃精鹽水出氫鹽換熱器帶走熱量Q3精鹽水55℃時的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，則精鹽水帶走的熱量為：(4) 70℃%濕氫氣帶走熱量Q4 氫氣70℃時的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，70℃時水汽的比熱容為：CP=(kg.℃)，則濕氫氣帶走的熱量為：=（kJ）(5)70℃液態(tài)水帶出的熱量Q5 由《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》查得：70℃ kcal/(kg.℃)，則70℃液態(tài)水帶出的熱量為：(6)70℃水汽的汽化潛熱Q670℃時水汽的液化熱為569kcal/(kg.℃)，則水汽液化所放的熱量為：(7)系統(tǒng)熱量損失Q7根據(jù)熱量平衡可知：Q1+Q2+Q6=Q3+Q4+Q5+Q7 因此，系統(tǒng)的熱量損失為：Q7= (Q1+Q2+Q6)( Q3+Q4+Q5)=(++)(++)=。 氫鹽換熱器熱量平衡表進(jìn)氫鹽換熱器的熱量（kJ）出氫鹽換熱器的熱量（kJ）45℃精鹽水Q155℃精鹽水Q390℃%濕氫氣Q270℃%濕氫氣Q470℃水汽汽化潛熱Q670℃液態(tài)水Q5系統(tǒng)損失熱量Q7合計(jì)合計(jì)電解槽 對電解槽進(jìn)行熱量衡算 分解NaCl消耗的電能Q3 90℃精鹽水Q1 90℃電解液Q4 90℃%濕氯氣Q5 電能Q2 90℃%濕氫氣Q6 熱量損失Q7 電解槽的熱量平衡圖(1) 90℃精鹽水帶入的熱量Q1 查《氯堿工業(yè)理化手冊》可知：90℃精鹽水的比熱容CP=(kg.℃)，則90℃精鹽水帶入的熱量為：Q1=F3CPt=90=（kJ）(2) 電能Q2由《氯堿工藝學(xué)》查得C30型系列的電解槽，每生產(chǎn)一噸100%燒堿消耗的電能為2328kwh。所以消耗的電能為：W=23283600=（kJ）由前面所知：%，因此：Q2=W/電能效率=62424000/%=（kJ）(3) 氯化鈉分解消耗的電能Q3Q3=1000247。40=（kJ）(4) 陰極90℃堿液帶走熱量Q4由《氯堿工業(yè)理化手冊》查得，90℃電解堿液的比熱容為：CP=(kg.℃)，則：Q4=90=（kJ）(5) 90℃，%濕氯氣帶走的熱量Q590℃水的比熱容為：CP=(kg.℃)，90℃氯氣的比熱容為：CP=（kg.℃），則濕氯氣帶走的熱量為：Q5=%90+%90=（kJ）(6) 90℃,%濕氫氣帶走的熱量Q690℃水的比熱容為：CP=(kg.℃)，90℃氫氣的比熱容為：CP=（kg.℃），則濕氫氣帶走的熱量為：Q6=%90+%90=（kJ）(7)水蒸汽帶走熱量Q790℃水的蒸發(fā)熱為：579 kcal/kg，水蒸氣的量包括濕氫氣和濕氯氣中水汽的量，則水蒸氣的潛熱為：Q7= [I1(%)+I2(%)]579= [%+%]579=（kJ）(8) 電解槽散熱損失和其它損失Q8=Q1+Q2（Q3+Q4+Q5+Q6+Q7）=+（++++=（kJ）： 電解槽的熱量衡算結(jié)果進(jìn)入電解槽的熱量（kJ）帶出電解槽的熱量（kJ）90℃精鹽水Q1分解NaCl消耗的熱量Q3電能Q2電解堿液Q4濕氯氣Q5濕氫氣Q6水蒸氣潛熱Q7系統(tǒng)熱損失Q8合計(jì)合計(jì)第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算與選型 電解槽數(shù)量的估算電解槽是在低電壓、大電流下進(jìn)行操作。因電解槽的電極面積下，單槽生產(chǎn)能力下，所以通常都是由多臺電解槽同時運(yùn)轉(zhuǎn)。因此應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模來確定最佳槽數(shù)。根據(jù)電解槽組成系列生產(chǎn)的特點(diǎn)，必須經(jīng)常保持電解系列的直流電壓和電流與整流器的輸出電壓和電流相匹配，并且能夠使電解槽處于良好狀態(tài)下運(yùn)行，所以電解槽必須定期輪換進(jìn)行檢修，即將單臺電解槽從電解系列中用除槽裝置切離開，進(jìn)行檢修后復(fù)原。所以在設(shè)計(jì)電解槽時，應(yīng)按照電解槽部件的更換周期計(jì)算出必要的備用電解槽。正常運(yùn)行的電解槽臺數(shù)N，可按下式來計(jì)算求得：N1=式中k—電化當(dāng)量，g/AhI—強(qiáng)度，kA/ m；h—電解槽年運(yùn)行小時，h；ε—電流效率，%；S—單槽電極面積，m； G—100%氫氧化鈉年產(chǎn)量，t。已知：k=，I=，ε =95%，G=200000t，S= m。 年工作320天，每天工作24小時。則有N1=。備用電解槽N2：N2=式中T—單槽更換周期，天/臺； m—每天檢修槽數(shù)，臺/天； K—集中檢修系數(shù)，（）； “T”值：金屬陽極石棉隔膜取300360天； “m”值：小企業(yè)m=1。取“K”，”“T”值320，則有N2= 。為檢修方便N2=2因此，設(shè)計(jì)電解槽數(shù)：N=+2=354臺 氫鹽換熱器的選型(1)粗選氫鹽換熱器 根據(jù)《化工原理》流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則，由于混合氣體中水蒸氣會冷凝成水，為了方便及時排除冷凝水，選擇濕氫氣走殼程。而精鹽水因?yàn)槿菀捉Y(jié)垢，為了方便清洗，選擇精鹽水走管程。 精鹽水的定性溫度Tm=(90+70)/2=80℃ 濕氫氣的定性溫度tm=(45+55)/2=50℃Tmtm=8050=30℃50℃ 由于兩流體間的溫差不大于50℃，故選用固定管板式換熱器。根據(jù)熱量衡算，可知?dú)潲}換熱器的換熱總負(fù)荷為：Q=() 1000/3600=平均溫差的計(jì)算：?tm====℃P==R=Ψ?t=.[3]，所以?tm=Ψ?tm?tm==℃設(shè)計(jì)取總傳熱系數(shù)為K=2500 W/（㎡℃），則S=㎡根據(jù)《化工設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)》，選擇G50021680型換熱器（）。 氫鹽換熱器的規(guī)格及參數(shù)參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量公稱直徑500mm管子尺寸Φ25公稱壓強(qiáng)管長公稱面積80m2管子總數(shù)172管程數(shù)2管程管子排列方法正三角形排列實(shí)際傳熱面積：So=nπdo()=172()= m2 鹽水預(yù)熱器的選型由于采用水蒸氣冷凝成水作為加熱方式，為了使冷凝水能夠順利排出，水蒸氣走殼程；又由于精鹽水容易結(jié)垢，為方便清洗，精鹽水走管程。(1)計(jì)算熱負(fù)荷和蒸汽流量Q=（）1000/3600=查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》知：100℃水蒸氣的冷凝潛熱為：r=2258 kJ/kg則飽和蒸汽的流量為：Wh=飽和蒸汽的定性溫度Tm=100℃，精鹽水的定性溫度為：tm=1/2（55+90）=℃Tmtm==℃50℃，所以選用固體管板式預(yù)熱器。(2) 計(jì)算平均溫差 按單殼程，多管程計(jì)算逆流時的平均溫差為：?tm=℃(3)初選換熱器規(guī)格 根據(jù)管外水蒸氣冷凝來加熱管內(nèi)的水溶液（ Pa?s），總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值的范圍為（1160—4070）W/（㎡?℃），初選 Ko=4000W/（㎡?℃）因此傳熱面積 ㎡由《化工設(shè)備選型與設(shè)計(jì)》換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，選用G600425110型換熱器。 鹽水預(yù)熱器的規(guī)格參數(shù)參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量公稱直徑600mm管子尺寸Φ25公稱壓強(qiáng)管長公稱面積110m2管子總數(shù)2