【正文】 加熱管的型號本文選用： φ57 加熱管長度選用： L=4m 加熱管采用鎳鋼管道 316L不銹鋼（ 00Cr17NiMO2 ） 已知所需加熱面積 A= ，取 10％的裕度 則初步估算所需管子數(shù)為 n 3A (1 10%)n 4 50 10??? ?? ? ?= （ 61） 取整為 3。 蒸發(fā)設(shè)備的計算 蒸發(fā)器加熱管數(shù)及加熱室直徑的計算 ??16 蒸發(fā)器的加熱管常選用 φ2 φ3 φ57。例如：山東海明的電解裝置到現(xiàn)在已經(jīng)運行了 1 年多時間，電流効率和電壓值都保持穩(wěn)定，離子膜及單元槽未曾發(fā)生針孔，泄漏等故障，開車至今也未進(jìn)行過拆卸維修 ??15 。另外，陰極網(wǎng)改為機(jī)械式接觸結(jié)構(gòu)，使得更換陰極在裝置現(xiàn)場就可簡便進(jìn)行，大大降低了運行成本。因此，與其他電解 槽相比，設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊，安裝占地面積最小，而其離子膜的有效使用率高達(dá) %，可以為用戶在長期運行中節(jié)省極為可觀的離子膜更換成本。 nBiTAC 電解槽為實現(xiàn)在電解槽間的電流泄漏降至最小量，采用了特殊設(shè)計的進(jìn)料管、溢流管、抗腐蝕 31 電極和最佳設(shè)計的電解液總管與分管。 （ 6） 可視流體 每個單元槽的出口管嘴上都采用了透明的氟塑料軟管，可通過目視檢測每個單元槽的異常情況，如鹽水進(jìn)料堵 塞，堿液進(jìn)料堵塞或者離子膜有破損等，可以通過氣液流動變化，電解液的顏色變化很容易地檢查到。 （ 5）陰、陽極涂層的壽命長 基于在電解工藝方面卓有成效的研究和多年的經(jīng)驗，開發(fā)出了更優(yōu)異，涂層壽命更長的陰極涂層技術(shù)。 （ 4）離子膜使用壽命更長 完全的自 然循環(huán)系統(tǒng)、特殊的頂倉設(shè)計，減少了頂倉內(nèi)的壓力波動，從而使離子膜的壽命大大提高。此外，由于 nBiTAC 電解槽的陽極室在整個離子膜墊片接觸表面的框架上采用了抗間隙腐蝕的鈦合金材料，從而徹底杜絕了墊片的接觸表面產(chǎn)生間隙腐蝕的可能性。在經(jīng)濟(jì)性上表現(xiàn)為更長的使用壽命以及運行過程中的低損耗。從 1999 年開始，日本東曹采用的 nBiTAC 電解槽一直在 ，并且自去年開始，穩(wěn)定運行電流密度達(dá)到了 8kA/ 2m 由于它更低的結(jié)構(gòu)電壓降、更好的電解液混合、更平穩(wěn)的氣 體分離，從而可在更高的電流密度下穩(wěn)定運行。 （ 2）高電流密度運行 傳統(tǒng)的電解槽由于結(jié)構(gòu)電壓降，運行電流密度只能在 4～ 5kA/ 2m 氯工程公司的原BiTAC 電解槽早在 1989 年就已經(jīng)實現(xiàn)了 5～ 6kA/ 2m 電流密度下安全穩(wěn)定運行。 nBiTAC 電解槽與傳統(tǒng)的離子膜電解槽相比，更加安全、更高的電流密度、在燒堿和氯氣的生產(chǎn)中操作更加靈活。 nBiTAC 電解槽設(shè)計的理念也 成就了它安裝簡便和運行容易以及維護(hù)簡單等優(yōu)點。 nBiTAC 電解槽另外一個顯著的特點是，它的溢流模式和單元頂部的獨特結(jié)構(gòu)提高了離子膜的使用壽命。 nBiTAC電解槽最顯著的特點是低電耗。將陽極、陰極以及離子膜排列兩個端板之間（稱作端陽極和端陰極），端板通過拉桿組裝壓緊，同時可防止組裝的電解槽產(chǎn)生泄漏。 29 第六章 主要設(shè)備選型和設(shè)計 電解槽選型及依據(jù) 日本氯工程公司電解槽： 表 電解槽參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 型號 nBITAC896 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 杜邦 N2030 電流效率 ≥95% 出槽 NaOH 濃度 32% 由氯工程公司開發(fā)的最新型離子膜電解槽 nBiTAC，是一種適用于更高電流密度下運行的零極距復(fù)極式自然循環(huán)電解槽，其結(jié)構(gòu)簡單獨特，電解槽的內(nèi)部采用了分隔板與導(dǎo)電筋板一體化的全新型結(jié)構(gòu)。 28 （ 3）粒狀固堿 將熔融堿通過造粒塔制成直徑約為 ～ ，自由落體，與塔底進(jìn)入的干燥空氣逆向流動，冷卻凝固而得。片堿的厚度與溫度隨片堿機(jī)刮刀調(diào)節(jié)的距離及冷卻水狀況的不同而改變。但目前桶裝固堿仍是國內(nèi)一種主要的固堿生產(chǎn)方式。其生產(chǎn)工藝大多由熬堿鍋熬制而成。 進(jìn)料堿液：濃度 2x = 60％，流量 F? 410 kg/h? 已知降膜濃縮器需將 60％堿液濃縮至 ％ ??13 ，故降膜濃縮器完成熔融堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)% ?x 。它的成分為 40%NaNO 7%NaNO 53%、導(dǎo)熱性、 27 流動性及化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，被工業(yè)上所普遍采用。 降膜濃縮器的熱載體通常采用熔鹽。這樣做會使反應(yīng)進(jìn)行的很完全。常用的處理方法是原料液中加入糖溶液。氧化鎳易溶于堿液中，并被帶走，這樣的過程在濃堿蒸發(fā)中會反復(fù)的進(jìn) 行，而導(dǎo)致鎳設(shè)備的腐蝕損壞。本文中固堿選擇雙效降膜濃縮流程 ,其流程如圖所示： 圖 雙效降膜濃縮流程 固堿熱量、物料衡算 降膜蒸發(fā)器 進(jìn)料堿液：濃度 3x = 50％，流量 F = 410 kg/h? 已知逆流進(jìn)料，降膜蒸發(fā)器將 50％堿液濃縮至 60％，故降膜蒸發(fā)器完成液濃度 4x = 60％。 膜式法生產(chǎn)片狀固堿是使堿液與加熱源的傳熱蒸發(fā)過程在薄膜傳熱狀態(tài)下進(jìn)行。 20 /1? = //wwkt m t?? k 1 ?? 2m 1 5 0 .7 5 x 2 .7 1x?? 1/ ttw? = ， 1xx? = 由不揮發(fā)性溶質(zhì)存在引起的沸點升高 /1? = ℃ 溫度差損失： //1//1/11 ??????? = + + 1 = ℃ Ⅰ 效液沸點： 11/1 ???tt = + = ℃ 再次進(jìn)行熱量、物料衡算： 第一效： 1 0. 98 0. 7 ( 0. 5 0. 39 ) 0. 90 3? ? ? ? ? ? //0 0 1 0 2 W 1 2 1 1D r ( F C W C ) ( t t ) W r??? ? ? ? ??? （ 420） 第二效： 2 0. 98 0. 7 ( 0. 39 0. 32 ) 0. 93 1? ? ? ? ?? //1 1 2 0 0 2 2 2W r F C ( t t ) W r??? ? ? ??? （ 421） 及 1W + 2W = W = 410 kg/h? （ 422） 聯(lián)立求解式（ 420）、（ 421）、（ 422），得： 1W = hkg/103? 2W = hkg/103? 0D = 410 kg/h? Ⅱ 效完成液的濃度： 02 2Fxx FW? ? = ? = ％ 各效所需傳熱 面積： 21 Ⅰ 效所需傳熱面積 A1 = 111QKt? = 00/11 t? = Ⅱ 效所需傳熱面積 A2 = 222QKt? = 11/22 t? = 校核第二次計算結(jié)果： 212AAA? %100? = ％ 〉 4％ ，故需再次分配有效傳熱溫度差： 平均面積： /// 1 1 2 212A t A tA tt? ? ?? ? ? ? = m2 分配有效溫度差： /// 111 /Att A??? = ℃ /// 222 /Att A??? = ℃ 校核： 第二效： 因末效真空度保持不變，故末效操作壓力不變，且完成液濃度為 ％，末效溶液沸點為 ?/2t ℃ 則 Ⅱ 效加熱蒸汽溫度： // /1 2 2t t t?? ? ? + = ℃ 查飽和水蒸汽表： 1t = ℃ 時水蒸汽壓強(qiáng) 1p = 65 kPa，汽化潛熱 1r = 2289KJ/kg 第一效： Ⅰ 效二次蒸汽即為 Ⅱ 效加熱蒸汽， Ⅰ 效操作壓強(qiáng)即為 1p ，該操作壓強(qiáng)下溶液沸點： 11/1 ???tt /1? = //wwkt m t?? k 1 ?? 2m 1 5 0 .7 5 x 2 .7 1x?? 22 /w1tt? = ， 1xx? = 由不揮發(fā)性溶質(zhì)存在引起的沸點升高 ： /1? = ℃ 溫度差損失： //1//1/11 ??????? = + + 1 = ℃ Ⅰ 效液沸點： 11/1 ???tt = + = ℃ 第三次次進(jìn)行熱量、物料衡算： 第一效： 1 0. 98 0. 7 ( 0. 5 0. 39 2) 0. 90 3? ? ? ? ? ? //0 0 1 0 2 W 1 2 1 1D r ( F C W C ) ( t t ) W r??? ? ? ? ??? （ 423） 第二效： 2 0. 98 0. 7 ( 0. 39 2 0. 32 ) 0. 92 9? ? ? ? ? ? //1 1 2 0 0 2 2 2W r F C ( t t ) W r??? ? ? ??? （ 424） 及 1W + 2W = W = 410 kg/h? （ 425） 聯(lián)立求解式（ 423）、（ 424）、（ 425），得： 1W = hkg/103? 2W = hkg/103? 0D = 410 /kg h? Ⅱ 效完成液的濃度： 02 2Fxx FW? ? = ? = ％ 各效所需傳熱面積： Ⅰ 效所需傳熱面積 A1 = 1//11QKt?= 00// t? = 23 Ⅱ 效所需傳熱面積 A2 = 2//22QKt?= 11// t? = 兩蒸發(fā)器的面積基本一致，故最終計算結(jié)果： 1W = hkg/103? 2W = hkg/103? 0D = 410 /kg h? 2x = ％ 1P = 65 kPa A 12AA2?? = m2 表 Ⅰ 效物料平衡表 輸入 （ kg/h） 輸出 （ kg/h） NaOH NaOH H2O (l) H2O (l) H2O (g) 總計 總計 24 表 Ⅱ 效物料平衡表 輸入 （ kg/h） 輸出 （ kg/h） NaOH NaOH H2O (l) H2O (l) H2O (g) 總計 總計 25 第五章 固堿工藝 固堿流程選擇 目前世界上比較典型的膜式片狀固堿工藝流程，大體上有三種。 則 Ⅱ 效加熱蒸汽溫度： ???? /2/21 ttt + = ℃ 查飽和水蒸汽表： 1t = ℃ 時水蒸汽壓強(qiáng) 1p = 64 kPa，汽化潛熱 1r = 2295kJ/kg。 由傳熱速率方程 Q KS t??可得： Ⅰ 效所需傳熱面積 A1 = 111QKt? = 0011 t? = Ⅱ 效所需傳熱面積 A2 = 222QKt? = 1122 t? = 試差計算 由于 Ⅰ 效、 Ⅱ 效蒸發(fā)器所需傳熱面積相差大于 4％，故需重新分配有效溫度差，進(jìn)行試差計算?！?)， K2 =1900W/(m2 ℃ )。 對第二效列熱量衡算式： //1 1 2 0 0 2 2 2W r F C ( t t ) W r??? ? ? ??? （ 418） 其中， 2? 為 Ⅱ 效的熱利用系數(shù) /0t 為進(jìn)料溫度，已知沸點進(jìn)料，故 /2/0 tt? 由《氯堿化工生產(chǎn)工藝氯堿分冊》 ??12 查得： 32％ NaOH 溶液在 /1t =℃ ～ /2t =℃ 時的比熱即 0C =(kg 設(shè) Ⅰ 效加熱生蒸汽的量 0D kg/h 18 產(chǎn)生的二次蒸汽壓強(qiáng) P1 = 100kPa，溫度 ?t ℃ ，密度 31 / m?? ，汽化潛熱 1r / kg? 。 總壓降 ??P = 50010 = 490 kPa，設(shè)壓降分配比 1P? : 2P? = 40:9 （ 43） 又： 1P? + 2P? =??P （ 44） 解得： 1P? = 400 kPa， 2P? = 90kPa Ⅰ 效二次蒸汽壓力： P1 = P0 － 1P? = 500400 = 100kPa Ⅱ 效二次蒸汽壓力： P2 = P1 2P? = 10090 = 10 kPa 查飽和水蒸汽表可得 Ⅰ 效二次蒸汽相應(yīng)壓強(qiáng)下的溫度 ?t ℃ ，密度 31 / m?? ，汽化潛熱 1r / kg? ??11 。 最終將 ?0x 32％堿液濃縮至 ?1x 50％的總蒸發(fā)水量： 32%W F (1 )50%? ? ? = 410 kg/h? 初步估計各效蒸發(fā)水量，各效蒸發(fā)器蒸發(fā)水量一般可