【導(dǎo)讀】燒堿，作為一種基本的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域都有著廣泛的用途。目前我國離子膜法燒堿裝置所用離子樹脂交換膜全部依賴。僅購膜費(fèi)用折合人民幣為億元，高額的購膜費(fèi)用增加了離子膜法燒堿的生產(chǎn)成本，生產(chǎn)1t燒堿增加100元。陽極隔膜電解槽與離子膜電解槽將較長時間在我國共存。迅猛,但隔膜法制堿技術(shù)要退出歷史舞臺還需較長的時間。是裝置投資少、建設(shè)期短、見效快,管理相對容易,技術(shù)成熟;設(shè)備均可采用國產(chǎn)設(shè)備；在相同的產(chǎn)能條件下,具有設(shè)備數(shù)量少、投資少、見效快的優(yōu)勢。的要求又不很苛刻的地區(qū)，特別是有地下鹽水或附近有聯(lián)合發(fā)電與供汽設(shè)施的地區(qū)，的核心部分電解工藝進(jìn)行設(shè)計思考。工藝流程的論證，物料與熱量衡算，主體設(shè)備的設(shè)計與選型，以及車間人員布置原則，防腐安全等內(nèi)容。通過設(shè)計我們完成了10萬噸級別的燒堿的產(chǎn)生工藝設(shè)計。

　　

【正文】 9 6 0 0 6 ?????? kJ/kg ⑤水蒸發(fā)帶走熱量 濕氯氣、濕氫氣中總帶水量： ?? kg 在槽溫下，水蒸汽熱焓為 0 4 71 0 0 6 2 6 7 ?? kJ/kg ⑥氯氣氫氣帶走熱量 氯氣在 90oC 時的平均分子熱容為 mol oC，氫氣在 90oC 時的平均熱容為 mol oC 氯氣帶走熱量： ??? kJ/t 氫氣帶走熱量： 3 1 4 3 ??? kJ/t 氯氣、氫氣帶走總熱量： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 0 0 0 3 1 4 0 3 5 6 ?? kJ/kg ⑦損耗鹽水帶走熱量： ???kJ/kg ⑧電解槽損失熱（平均室溫取 15 oC） 根據(jù)電解槽的損失熱的經(jīng)驗公式為： ???????IDIDI )1590()( （ 316） 其中 I—— 電流強(qiáng)度，取 10800A； D—— 電流密度，取 4000A/m2； ?—— 電流效率，取 ； 電解槽熱損失： 0 8 0 0 )1590)(40001 0 8 0 040001 0 8 0 ( ?? ???? kJ/kg 電解工段熱量平衡表列表如表 32。 表 32 電解工段熱量平衡表 輸入熱量 （ kJ） 支出熱量 （ kJ） 電能帶入熱量 鹽水帶入熱量 純水帶入熱量 合計 電解液帶出熱量 NaCl分解消耗熱量 水蒸汽帶出熱量 H2， Cl2帶出熱量 損耗鹽水帶出熱量 電解槽熱損失 合計 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 4章 主要設(shè)備選型和計算 隔 膜電解槽選擇 現(xiàn)在市場上使用的電解槽種類繁多， 隔膜電解槽又可分為均向膜 (石棉絨）及固體電解質(zhì)膜（如 β Al2O RuO2TiO2涂層 ）等形式 ， 它們在設(shè)計方面各有千秋，下面將根據(jù)以下幾個方面選擇出合適的電解 槽。 陰極與陽極材料 的選擇 [9] 經(jīng)過多年工廠生產(chǎn)和研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的石墨電極、鉛基合金電極相比，鈦電極的優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）陽極尺寸穩(wěn)定，電解過程中電極間距離不變化，可保證電解操作在槽電壓穩(wěn)定情況下進(jìn)行 。 (2)工作電壓低 ,因此電能消耗小 ,直流電耗可降低 10%20%. (3)鈦陽極工作壽命長 ,隔膜法生產(chǎn)氯氣工業(yè)中 ,金屬陽極耐氯和堿的腐蝕 ,陽極壽命已達(dá) 6A 以上 ,而石墨陽極僅 8個月 。 (4)可克服石墨陽極和鉛陽極溶解問題 ,避免對電解液和陰極產(chǎn)物的污染 ,因而可提高金屬產(chǎn)品純度 . (5)可提高電流密度 . (6)氯堿生產(chǎn)中 ,使用鈦陽極后 ,產(chǎn)品質(zhì)量高 ,氯氣純度高 ,不含 CO2,堿濃度高 ,可節(jié)省加熱用蒸氣 ,節(jié)省能源消耗 . (7)耐腐蝕性強(qiáng) . (8)可避免鉛陽極變形后的短路問題 ,因而可提高電流效率 . (9)鈦電極重量輕 ,可減輕勞動強(qiáng)度 . (10)形狀制作容易 ,可高精度化 . (11)基體可反復(fù)使用 涂層鈦電極的應(yīng)用 :氯堿工業(yè) ,氯酸鹽工業(yè) ,次氯酸鹽工業(yè) ,高氯酸鹽的生產(chǎn) ,電解法制造銅箔 ,過硫酸鹽電解 ,電解有機(jī) 合成 ,電解提取金屬 ,電解銀催化劑的生產(chǎn) ,電解氧化法回收汞 ,電解水 ,二氧化氯的制取 ,醫(yī)院污水處 理 ,電鍍工業(yè) ,生活用水和食品用具的消毒 ,發(fā)電廠冷卻循 環(huán)水的處理 ,電解法制取酸堿離子水 ,鋼板鍍鉻 \鍍鈀 \鍍金 \鍍釕 ,電滲析法淡化海水 ， 廣泛應(yīng)用于化工，環(huán)保，水電解，水處理，電冶金，電鍍，金屬箔生產(chǎn)，有機(jī)電合成，電滲析，陰極保護(hù)等眾多行業(yè)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 電解槽防腐蝕玻璃鋼的設(shè)計與制作 [14] 選材 針對電解槽腐蝕環(huán)境的特點(diǎn) ,電解槽采用整體玻璃鋼 (ＦＲＰ )。其中 ,樹脂采用ＭＦＥ 3 型乙烯基酯不飽和聚酯樹脂 (華昌聚合物有限公司產(chǎn)品 ),增強(qiáng)材料采用 中堿玻璃纖維布、短切氈、表面氈、玻璃鱗片及適 當(dāng)?shù)妮o料 ,采用優(yōu)良的施工工藝將它們復(fù)合制作成整體玻璃鋼 (ＦＲＰ )防腐蝕構(gòu)造。 乙烯基酯 不飽和聚酯樹脂又稱為乙烯基酯樹脂、丙烯酸類聚酯樹脂或環(huán)氧丙烯酸聚酯樹脂 ,是上世紀(jì)六十年代末開發(fā)的一種超耐腐蝕樹脂 ,八十年代已在許多領(lǐng)域中逐步取代 了雙酚Ａ型不飽和聚酯樹脂。目前 ,國內(nèi)外玻璃鋼制作采用的多為乙烯基酯樹脂。乙烯基酯樹脂除具有酯密度低而耐腐蝕性好以及具有環(huán)氧樹脂的粘結(jié)和不飽和樹脂 的加工工藝性能外 ,由于乙烯基酯樹脂分子中羥基的存在 ,提高了樹脂對玻璃纖維的浸潤性 ,具有更優(yōu)良的施工工藝性。乙烯基酯樹脂種類較 多 ,根據(jù)乙烯基樹脂類 型以及生產(chǎn)工藝條件 ,我們選擇對氯氣耐腐蝕性好、耐溫性高的ＭＦＥ 3 型乙烯基不飽和聚酯樹脂。ＭＦＥ 3型乙烯基不飽和聚酯樹脂的質(zhì)量及性能指標(biāo)分別見 表 1和表 2。 玻璃磷片具有較高的耐熱性能 ,耐酸堿性能良好 ,熱膨脹系數(shù)小 ,有良好的彈性和湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 韌性 ,在樹脂中覆蓋性強(qiáng) ,附著力較高。由于鱗片在樹脂涂層中疊合排列 ,能提高玻璃鋼的密實性和抗?jié)B性 ,大大增強(qiáng)玻璃鋼的防腐蝕作用。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 在 大多數(shù)手糊法玻璃鋼制作工藝中 ,采用的結(jié)構(gòu)為膠衣層、增強(qiáng)層及外表層。其制品在實際生產(chǎn)運(yùn)用 中 ,使用周期不長 ,表現(xiàn)為耐腐蝕ＦＲＰ在酸、堿、鹽等液體以及 氣體介質(zhì)中 ,使用一段時間 ,少則數(shù)周或數(shù)月 ,長則 1— 2 年后 ,ＦＲＰ表面便出現(xiàn)冒汗現(xiàn)象 ,繼而出現(xiàn)腐蝕液體、氣 (汽 )體滲漏 ,嚴(yán)重的則出現(xiàn)ＦＲＰ分層破 壞 ,究其原因 ,主要有幾個方面的問題 :玻璃纖維存在細(xì)微的缺陷以及玻璃纖維的構(gòu)成物在外界條件下極易析出 ,發(fā)生纖維自身劣化 。樹脂的選擇不當(dāng) 。樹脂 纖維 的粘結(jié)不佳 。樹脂與纖維在材質(zhì)上存在剛性差異。 從影響ＦＲＰ的抗?jié)B性因素分析可知 ,玻璃鋼中玻璃纖維的存在及其含量的高低是影響ＦＲＰ質(zhì) 量的主要因素。因而減少 ＦＲＰ中纖維含量 ,增加樹脂含量是改善抗?jié)B性的主要方向。故而在設(shè)計ＦＲＰ的結(jié)構(gòu)中 ,采用高樹脂層設(shè)計的原理 ,其結(jié)構(gòu)設(shè)計為表面防 腐蝕層、中間防腐蝕層、增強(qiáng)層和外表層。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。 表面防腐蝕層 :采用玻璃磷片樹脂涂層、表面氈 (中堿ＢＭＴ ,30ｇ /ｍ )與樹脂結(jié)構(gòu) ,其含膠量可達(dá) 90%以上 ,以提高耐腐蝕性和抗?jié)B性能。 中間防腐蝕層 :6ｍｍ以上。采用短切纖維氈 (中堿 450ｇ /ｍ )與樹脂結(jié)構(gòu) ,其含膠量可達(dá) 80%以上 ,同時再鋪一層表面氈作為埋伏防線 ,起到第二次防滲作用。 增強(qiáng)層 :厚度隨設(shè)計而定 ,采用 — ,其含膠量可達(dá) 45%左右 (盡可能多采用 )。 外表層 :涂刷耐腐蝕樹脂清漆。 采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,環(huán)境中的化合物或蒸汽向金屬基體的擴(kuò)散能很好地被施加的湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 玻璃鋼防腐蝕層所阻擋。圖 2所示為鱗片涂層中物質(zhì)的滲透示意圖。 制作工藝 1 膠料配制 首先稱取定量的樹脂 ,準(zhǔn)確稱取引發(fā)劑和促進(jìn)劑。將樹脂和促進(jìn)劑攪拌均勻后加引發(fā)劑 ,切忌將引發(fā)劑和促進(jìn)劑同時加入。配好的膠料 必須在適用期內(nèi)用完 ,隨用隨配 ,用多少配多少 ,要充分?jǐn)嚢杈鶆蚍娇墒褂谩Ｊ┕づ浜媳扔尚≡囼灤_定。 2 施工工藝 制模及裝模 :模具采用木制模具 ,同時襯貼 ,固化后進(jìn)行修整 ,然后刷清漆兩遍。把處理好的木模按圖紙進(jìn)行組裝 ,同時用膩子刮滿縫隙。 脫模劑 :刷脫摸劑或貼 ,要求均勻 ,不得起皺和有氣泡存在。 底漆 :在表面均勻涂刷 2遍玻璃磷片樹脂清漆 ,刷涂應(yīng)均勻 ,不得有流掛、漏涂。 襯貼 :在底漆開始凝膠時 ,鋪貼表面氈 ,要求氈鋪貼平整 ,不得出現(xiàn)懸空、起皺和氣泡。搭接處重疊 30— 50ｍｍ ,表面氈貼至設(shè)計厚度后 ,襯貼短切纖維氈。 防腐蝕層與中間防腐蝕層施工完后 ,自然固化 4— 8ｈ ,再進(jìn)行打磨 ,然后襯貼 — ,在一定厚度時將預(yù)埋吊耳固定 ,然后繼續(xù)襯貼玻纖布。 層與層間玻纖布錯縫應(yīng)大于 200ｍｍ ,在施工時要嚴(yán)格控制樹脂與玻璃布的含量比例 ,以防樹脂膠料流淌和布皺折。每湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 一層均應(yīng)檢查 ,以防分層、泛白、氣泡、剝 離、纖維裸露、樹脂流掛結(jié)塊、異物夾雜和色澤不均等異?，F(xiàn)象。 自然固化 24ｈ后脫模 ,同時將制品進(jìn)行盛水試漏 ,24ｈ試水不漏為合格。 工藝接管的制作 :在制品上按圖紙尺寸進(jìn)行開孔 打磨 ,工藝接管模具固定后 ,作好脫模處理 ,然后襯貼表面氈、短切氈及 — 。 制作完工后進(jìn)行修整、打磨、刷樹脂清漆兩遍 ,養(yǎng)護(hù) 15天后方可使用。 精鹽水高位槽 根據(jù)實際經(jīng)驗， 中小 型企業(yè)取 小時。 容積計算 ts1y K tGVV ?? （ 45） 式中： yV —— 計算容積， m3 1V —— 電解中得到 100%NaOH 1 噸所需精鹽水體積， m3 sG? —— 單位小時產(chǎn) 100%NaOH 量， t/h T—— 貯存時間， h； tK —— 容積系數(shù)，通常取 tK =— ，今取 1V =10m3 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 ?SG = t/h ????yV m3 可采用材料為 AsF 制造，公稱容積為 m3 。 精鹽水預(yù)熱器 ： ，公稱壓力為，加熱管一般采用碳素鋼。 的飽和蒸汽，如果蒸汽壓過高，會加速鹽水預(yù)熱器的腐蝕，過飽和則會降低傳熱系數(shù)。 ：進(jìn)入預(yù)熱器的溫度為 40℃ ，最高為70℃ 。 當(dāng)精鹽水和蒸汽的最初溫差與最終溫差比值小于 2時，可采用如下公式計算： ? ?? ????nsssn KtttttcVGF 111ln? (46) 式中 nF —— 傳熱面積， m2 ? —— 鹽水重度， kg/m3 1c —— 鹽水比熱， kJ/kg℃ st —— 飽和蒸汽溫度 1t —— 鹽水出熱熱器溫度 nK —— 傳熱系數(shù)，加強(qiáng)管用碳素鋼時， nK =300kJ/m2 h ??t —— 溫差校正系數(shù) ??t =1 當(dāng)采用 飽和蒸汽加熱時，在正常操作條件下，可采用如下簡化公式： 1 s ????? GF n m2 由計算選用四臺 ，其中兩臺備用。 電解堿液集中槽 電解液集中槽的貯液時間常以精鹽水高位槽貯液時間為依據(jù)，對于大型企業(yè)取。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 容積計算： KVC tGV nJ ? ?? 3 s1000 （ 47） 式中 JV —— 電解堿液集中堿的體積， m3 nC3 —— 電解堿液濃度 對于大型企業(yè)，采用如下公式近似計算： s ????? GV J m3 電解液貯槽 貯存電解時間 6h產(chǎn)量，采用 2個電解液貯槽貯存，貯槽有效容積 ??? t28 28 / 54 則容積為 3 3 1 103 1 3 ???V m3 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第五章 非工藝部分 人員配備 電解工段是比較簡單的工藝流程，但由于要控制電解槽的正常運(yùn)行和盡量的保護(hù)好電解槽中的 隔 膜，所以特定的增加了在線分析人員，對鹽水質(zhì)量和堿液質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)控。鑒于正常生產(chǎn)的需要，特作如表 61 的人員配置。 序號 1 2 3 4 5 6 7 崗位 一班 二班 三班 合計 備槽 分析 送堿 維修 電工 其他 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 6 3 3 3 3 3 21 合計 7