【正文】 在螯合樹脂塔串聯(lián)處理 Ca2+、 Mg2+時，可在首塔基于超標時，再進行反洗，來節(jié)約成本。 43 結(jié)論 在老師及同學(xué)的幫助下，我完成了這次的設(shè)計，通過本次設(shè)計，對氯堿行業(yè)有了很多的認識，并且有些關(guān)于氯堿行業(yè)節(jié)能減排的想法。 如果僅作較大氣量的壓縮機使用，則選用雙作用的泵比較合適。如果真空度或排氣壓力較高，單級泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求性能曲線在較高真 空度時較平坦，可選用兩級泵。在此區(qū)域內(nèi)運行，不僅效率極低，而且工作很不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振動和噪音。 根據(jù) α 纖維素溶液的性質(zhì)，選擇 JMW32/ 型計量泵。 ② 確定流量：所選取的計量泵流量應(yīng)等于或略大于工藝所需流量。和鮑爾環(huán)的性能具有可比性。同樣的壓降情況下，鮑爾環(huán)處理量比拉西 環(huán)大 50％以上。不利于氣液的流動與接觸，因而使拉西環(huán)參與傳噴的有效面積降低，流體分布不均勻。 填料的選擇 填料的基本要求： ① 傳質(zhì)效率高，能提供較大的氣液接觸面，亦即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易被液體潤濕 (只有潤濕的表面才是氣液接 觸面 )； ② 填料層間的孔隙率大，以利于提高生產(chǎn)能力，降低氣體壓降； ③ 不易引起偏流和溝流； ④ 具有良好的耐腐蝕性、較高的機械強度和必要的耐熱性； ⑤ 取材容易、價格便宜。工藝方面主要有：真空泵循環(huán)水的質(zhì)量，淡鹽水的流量，匹配的管徑。年產(chǎn) l2 萬噸燒堿的整合樹脂塔直徑為φ l050mm，總長度為 4000mm。 生產(chǎn)企業(yè)：北京化工機械廠 螯合樹脂塔 螯合樹脂塔介紹 設(shè)備特點：螯合樹脂塔 (見圖附錄 1)的殼體為碳鋼，內(nèi)襯低鈣鎂硬橡膠 (Ca2+， Mg2+≤ 300 10－ 8)。 32% 68%= kg/h 流出陰極液的氫氧化鈉生成量見表 59： 表 59 流出的陰極液 ： 成分 流量 (kg/h) 濃度 (%wt) 氫氧化鈉 32 水 68 合計 水的計算 應(yīng)加入的純水為： 流出－流入 =++++－ －= kg/h 37 pH的計算 二次精制鹽水的 pH 為 10，則 L/m ol10C 10H ??? Lm olC H / 310 13 ?? ? ????? 在反應(yīng)中生成 H+為 ： 則在總?cè)芤褐惺Ｓ?H+為： － = mol 在流出食鹽水溶液中含 H+為： hol / ????? 流出總質(zhì)量流入總質(zhì)量 流出食鹽水中 ?HC = 10－ 4mol/L 所以： ? ? 4 ???? ??HC 表 510電解槽的物料平衡表： 進口物料 出口物料 輸入 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 輸出 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 氯化鈉 303 氯化鈉 200 硫酸根離子 氯氣 氯酸鈉 氯酸鈉 水 氫氣 補充水 合計 氫氧化鈉 32wt 水 補充水 合計 38 第六章 設(shè)備選型 鹽水過 濾器 碳素管過濾器 設(shè)備特點：殼體為碳鋼，內(nèi)襯低鈣鎂硬橡膠 (Ca2+、 Mg2+≤ 300 l0－ 6)，過濾元件為燒結(jié)碳素管。 31% = kg/h 純水添加量：純水加入后，鹽水濃度降至不低于 300g/L 為好，入口濃度為 305g/L，則加入 Xm3純水后設(shè)鹽水中 NaCl 含量降至 303g/L 1m3 303 kg/m3 = (1+X)m3 303kg/m3 X =2/303 = 103m3 則總共需加入鹽水量： 103 = m3/h 60℃時ρ水 =，則加入水質(zhì)量 = kg/h 加入 31%鹽酸中含水 － = kg/h 故實際加入純水量為： － = 加水后對 pH值影響： 根據(jù) OH摩爾量守恒： 10－ 3 = COH－ ( + 103) 所以， COH－ = 10－ 3kmol/m3 101033 1033 313 ????????? ???? ?? 即，加入純水后，對 pH 值無影響 。 因為在 60℃時， KW={C(H＋ )}{C(OH)－ }= 10－ 13 所以， OH－ = 10－ 3mol/L 加入過量 Na2CO3為 ，即 10－ 3mol/L 加入過量 NaOH 為 g/L，即 10－ 3mol/L 30 因為在溶液中，發(fā)生如下反應(yīng)： ?23CO + H2O HCO3－ +OH－ 查無機化學(xué)根據(jù)酸堿平衡，查得 Ka(HCO3－ )= 10－ 11 112313233 )( )()( ????? ????? COKCOK KH COKa bb W 所以： 323 )( ?? ??COK b ?23CO ＋ H2O HCO3－ ＋ OH－ x?? ? x x 所以： 332 ?? ???? xx 解得： X= 103 則溶液中總 OH為： 10－ 3+ 10－ 3+ 10－ 3= 103mol/L 其 PH 值為： Lm olCH / 11313)( ????? ??? PH=－ lg( 10－ 11)= OH－ 的摩爾流量： 10－ 3 = mol/L 在一次精制時剩余量為： － =一次鹽水體積流量： COH－ =247。 ) － = kg/h 加入 NaOH 除 Mg2＋ 中含水： － =2 kg/h 加入 Na2CO3中含水 : － = kg/h 加入 BaCl2溶液中含水： － = kg/h 表 54 一次精制鹽水進出口的物料平衡表 ： 進口物料 出口物料 成分 質(zhì)量流量kg/h 濃度g/L 成分 質(zhì)量流量kg/h 濃度 g/L 氯化鈉 310 氯化鈉 305 鈣離子 鈣離子 鎂離子 鎂離子 水不溶物 水不溶物 硫酸根離子 硫酸根離子 氯酸鈉 氯酸鈉 氯氣 氯氣 水 水 合計 次氯酸 合計 鹽水二次精制的物料衡算 流程：一次鹽水 → 除 次氯酸 → 過濾 → 調(diào)節(jié)ＰＨ → 螯合樹脂吸附 29 除次氯酸 一次精制鹽水中 HClO的濃度為 ，反應(yīng)后鹽水中剩余 Na2SO3配置濃度為 5%（ wt）Na2SO3濃度為 。 加入的原鹽總量為： + + + + + + + = kg/h 損失量： [ + ()] ％ 循環(huán)量： () 由進出口物料守恒： ++++ () = x+++++％ [+ () 解得： x=損失量： % [ + ()] = 循環(huán)量： ()= kg/h 設(shè)：一次精制鹽水為 305g/L 一次精制鹽水中 NaClO3為： kg / ??? 一次精制鹽水中 Cl2為： kg / ??? 一次精制鹽水中 HClO 為： kg / ??? 則： NaCl 質(zhì)量流量為： = kg/h 體積流量為： 247。 因為 SO42質(zhì)量濃度為 g/L。 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。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。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。 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。 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。 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。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。 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。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。α 纖維素在元件表面形成均勻的預(yù)涂層，預(yù)涂進行 30min?；旌蠒r間 10min。 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。 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]。使二次鹽水中鈣鎂 含量增加。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。但鹽水溫度 亦不宜 過高， 否則 樹脂的強度會降低。螯合樹脂的內(nèi)在結(jié)構(gòu)不同，交換能力也不同，但是對流 量、溫度、 pH 值變化趨勢是一樣的。 樹脂回到了吸附前狀態(tài)。在實際生產(chǎn)中，加入 5％左右的鹽酸“清洗”樹脂，當(dāng) pH 值為 l 時 ， 原來已絡(luò)合的金屬離子全部“洗“脫。組合物的形成和離解 是 2 個互相對立而又依賴的過程。 16 螯合樹脂 處理鹽水 螯合樹脂可以吸附金屬離子，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu) (如螯鉗物 )，故稱螯合樹脂 。鹽水二次精制是在一次精制的基礎(chǔ)上，通過 螯合樹脂吸附，進一步將鹽水中的 Ca2+、 Mg2+等濃度降至要求的范圍的過程 。其次 鹽水中含 有的 游離氯和 ClO等組分會引起二次鹽水精制所用的螯合樹脂中毒失效 。每種又個包含不同的方式。真空脫氯后的淡鹽水再加人 NaOH 調(diào)節(jié) PH 值至 69，然后加人 5%(質(zhì)量分數(shù) )亞硫酸鈉溶液，除去微量的游離氯，然后送往一次鹽水重飽和利用。國內(nèi)常用的方法為真空脫除大量游離氯和化學(xué)方法脫除徽量游離氯聯(lián)用。因此，離子膜電解法對鹽水的精致要求十分嚴格。工業(yè)電解槽應(yīng)該滿足的 要求是 ：能耗低、容易操作和維修、制造成本低，使用壽命長、膜的使用壽命長。 時效果最好。 ○ 3 鹽酸的壓力應(yīng)該比較穩(wěn)定。一般用的處理鹽酸為 5%10%，處理時間為 6h，氣孔率可與新碳素?zé)Y(jié)管的氣孔率接近。過濾過程中隨時間的延長，過濾壓差會逐漸增大。在使用過濾器時，首先在碳素管外表面預(yù)涂一層 23 mm 的助劑α 纖維素。 其工藝過程可簡單表示如下： 一次鹽水 → 除 ClO→ 過 濾 → 調(diào)節(jié) PH 值 → 樹脂吸附 （ 1）除次氯酸 除次氯酸是采用向一次鹽水中添加 5%的亞硫酸鈉溶液的方式。由于其對鈣、鎂及機械雜質(zhì)吸附力強，絮凝速度快，產(chǎn)生的絮凝團大，故可有效提高鹽水的質(zhì)量，當(dāng)其用量為 105 時，效果最好。由于循環(huán) 鹽水在配水中所占比例較大， 因此 NaOH 的含量 控制非常重要，如果 循環(huán)淡 鹽水中 NaOH 含量過高，配水槽中 NaOH 濃度就會升高，直接導(dǎo)致鹽水飽和溶液中 NaOH 過量較大， 從而 使 Mg(OH)2 呈膠狀物難以下沉，所以 循環(huán) 鹽水含堿一般不得超過 1g/L。 一次鹽水精制 鹽水質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到離子膜的使用壽命，同時對降低交流電耗也有重要作用。 目前離子膜法制的得燒堿濃度一般為 30％ ~35％，有很多公司正在研發(fā)能生產(chǎn) NaOH45％以上的膜。 在高電流密度和高濃度燒堿生產(chǎn)條件下，如何穩(wěn)定和降低電耗，是近期離子膜研發(fā)的主要目標。 需要精心維護和精心操作。 ⑧ 生產(chǎn)成本低。離子膜法電解氫氣純度 可 高達 %，對合成鹽酸和在 PVC 生產(chǎn) 提高 氯化氫純度極為有利 ，對壓縮氫及多晶硅的生產(chǎn)也有很大的好處 。氯氣中含氧、含氫低。 ④ 氫氧化鈉 質(zhì)量好。 ③ 能耗低。 ② 出槽 NaOH 濃度高。離子膜電解槽有復(fù)極槽和單極槽兩種，復(fù)極槽就是每個單元槽的 電路是串聯(lián)的，單極槽是單槽并聯(lián)運轉(zhuǎn)。近幾年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的加速，氯堿工業(yè)的發(fā)展更是迅猛，原有氯堿企業(yè)紛紛大幅度擴產(chǎn)，新企業(yè)也不斷投產(chǎn)，燒堿 產(chǎn)量迅速增加， 2021 年總產(chǎn)量達到 1470 萬 t。建國以后，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，