【正文】 設(shè) : 15 1W : 2W = 1:1 (41) 由于： 1W + 2W = W (42) 解得： 312W W 8 .3 1 6 1 0 k g / h? ? ? 由蒸發(fā)水量可初步計算第二效完成液濃度： 022Fxx FW? ? = 4434. 62 04 10 32 %4. 62 04 10 8. 31 68 10??? ? ? = ％ 各效傳熱溫度差的計算 已知加熱生蒸汽壓強(qiáng) 0P 500kPa? ， 查飽和水蒸汽表可得相應(yīng)壓強(qiáng)下溫度 0t ? ℃ ，密度 30 / m?? ，汽化潛熱 0r / kg? ??11 。 蒸發(fā)工藝計算 蒸發(fā)水量的計算 ??10 已知年產(chǎn) 100％ NaOH 10 萬噸 , 年生產(chǎn)天數(shù)為 300 天，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 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。 14 優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時間短，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。 其中， 前四種為自然循環(huán)蒸發(fā)器 。操作穩(wěn)定。 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。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。 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，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。但是在選擇逆流時，要受到質(zhì)材的限制，因?yàn)閷τ谀媪髁鞒?，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，嚴(yán)重則會造成泄漏危及生命，污染環(huán)境。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。 在順逆流工藝的選擇時，逆流工藝較順流工藝有一定的優(yōu)勢。 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。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) 。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。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。 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)。 （ 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，蒸汽消耗就會大幅下降 ??7 。 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，所以在其整個蒸發(fā)濃縮的過程中，即使是生產(chǎn) 99％的固堿，也無須除鹽。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。 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。 每小時產(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 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 杜邦 N2030 電流效率 ≥95% 出槽 NaOH 濃度 32% 物料衡算 以一臺電解槽為衡算標(biāo)準(zhǔn)： 每小時產(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℃ 時陽極液上方水蒸汽分壓為 290mm汞柱。至此離子成功交換。與此同時膜中的活性基團(tuán)中固定離子具有排斥 Cl? 和 OH? 的能力。 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離子的膜有排斥外界溶液中某一離子的能力。 樹脂塔壓差控制 樹脂塔進(jìn)出口壓 差不能超過 MPa，樹脂塔壓差過高會造成樹脂破碎。 鹽水溫度 樹脂吸收速率隨溫度升高而加快，但溫度過高會造成樹脂強(qiáng)度下降，因此鹽水最佳控制溫度應(yīng)在 (60+5)℃ 。樹脂吸收鹽水中的 Ca2? 、 Mg2? 、 Sr2? 等離子時，要有充分的接觸時間，如果流量過快。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。 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。m。炭素管的微孔平均直徑約為一百一十微米。 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。 精制反應(yīng)時間 精制反應(yīng)要充分，并且控制適當(dāng)。在水中溶解較慢并且不能激烈沖擊攪拌。所以要求精制劑必須配制合格，液體溫度應(yīng)控制在 60～65℃ 。進(jìn)而影響鹽水的濃度。 精制劑的配制 在精制劑配制過程中要求濃度合格，溫度合格。精制反應(yīng)不穩(wěn)定會影響鈣、鎂離子絮凝，從而造成鹽水質(zhì)量下降。精鹽水流量 應(yīng)穩(wěn)定，不能忽快忽慢。粗鹽水溫度最好控制在 (65177。精鹽水的溫度根據(jù)裝置熱損失的情況最好控制在(65177。所以要求粗鹽水中 NaCl 的質(zhì)量濃度應(yīng)控制在 (307177。5) g/L之內(nèi)，粗鹽水中 NaCl 的質(zhì)量濃度應(yīng)控制在 (307177。另外淡鹽水過堿量要求控制在，過高會加大一次精制反應(yīng)難度，甚至造成一次鹽水發(fā)渾。精制后的鹽水含氯會造成炭素管過濾器損傷，原因是炭素?zé)Y(jié)管是由炭粉加石油焦燒結(jié)而成的多微孔炭素材料，該材料耐酸堿，但與氧化劑易發(fā)生反應(yīng)因而會造成過濾效果差。如硅含量不合格，在鹽水精制過程中會 因無法除掉大量硅化合物，而造成鹽水二次精制困難，甚至使樹脂塔無法正常運(yùn)行從而造成停車。硅含量絕對不能超標(biāo)，如鈣、鎂離子比值等于 1 時，需根據(jù)實(shí)際含鈣、鎂離子的量，適當(dāng)加入鈣化合物以補(bǔ)充鈣離子量，使鈣、鎂離子比值達(dá)到 1 以上。原鹽不合格將加大生產(chǎn)難 4 度，甚至無法生產(chǎn)出合格的精制鹽水，質(zhì)量指標(biāo)見表 。因此，鹽水精制十分重要，需尋找從化鹽到鹽水精制合格的最佳工藝條件。離子膜法制燒堿工藝對精鹽水 各項(xiàng)指標(biāo)的要求十分嚴(yán)格，精鹽水的各項(xiàng)指標(biāo)見表 。制得質(zhì)量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。鹽水中的游離氯會破壞螯合樹脂的結(jié)構(gòu)，使之失去螯合作用；有機(jī)物會附著在螯合樹脂上，影響螯合樹脂的吸附效果，將嚴(yán)重影響精鹽水質(zhì)量，對離子膜造成不可恢復(fù)的損傷，從而降低電流效率。二次鹽水精制設(shè)備由過濾器和樹脂塔組成，制取符合要求的精鹽水。將固體原鹽 (或搭配部分鹽鹵水 )與蒸發(fā)工段送來的回收鹽水、洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例摻和、加熱、溶解成含氯化鈉的飽和水溶液，同時按原鹽中雜質(zhì)含量連續(xù)加入適量的精制劑(氫氧化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等 )，使鹽水中鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子分別生成難溶的沉淀物，然后加入助沉劑 (聚丙烯酸鈉等 )。離子膜法生產(chǎn)彈性較大，電槽能適應(yīng)電流負(fù)荷的較大幅度變化，迅速調(diào)節(jié)負(fù)荷；同時離子膜法開 停車安全方便，操作維修簡單，同時勞動強(qiáng)度低 ??3 。離子膜法裝置占地較隔膜法裝置要少 40％－ 50％。離子膜堿為高純度產(chǎn)品 ， 可滿足紡織化纖行業(yè)對高純堿的要求。離子膜法生產(chǎn)裝置排出的廢液、廢氣均能做到回收利用，達(dá)標(biāo)排放，對環(huán)境幾乎沒有污染。由于堿液濃度高、純度高，大大減少了蒸汽的消耗，同時電解工段的電耗和循環(huán)水耗也大幅度降低，離子膜法比隔膜法總能耗低 30％以上。由于離子膜法電解液濃度高，因此不需要蒸發(fā)工段即可獲得 30％以上的產(chǎn)品。離子膜法是 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展的新技術(shù)，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量高，且無有害物質(zhì)的污染，是較理想的燒堿生產(chǎn)方法 ，故本次設(shè)計選用離子膜法。我國的石墨陽極裝置每年尚有約 20 多萬 噸 的產(chǎn)量，國家已將其列入淘汰類工業(yè)生產(chǎn)能力。隔膜法在國內(nèi)外均廣泛采用，該法早期為石墨陽極電解槽，在組裝電槽中會產(chǎn)生大量鉛和瀝青煙霧，在操作中會生成石棉絨堿性污水和石棉絨粉塵，同時該法能耗非常大，因此從 20 世紀(jì) 70 年代國內(nèi)外開始用金屬陽極電槽取代石墨陽極電槽?？粱壳皟H在少數(shù)地區(qū)采用，我國苛化法燒堿僅占總產(chǎn)量的 ％左右。 2 第一章 工藝路線的選擇 目前世界上生產(chǎn)燒堿的方法有 4 種：隔膜法、水銀法、離子膜法、苛化法。通過進(jìn)行初步設(shè)計的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而將所學(xué)的知識由感性認(rèn)識提高到理性認(rèn)識，為以后工作奠定基礎(chǔ)。本次設(shè)計對電解、蒸發(fā)、片堿工段作了工藝流程的選擇，并結(jié)合氯堿 工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對蒸發(fā)工段作了物料衡算、熱量衡算以及主體設(shè)備的選型和設(shè)計，確定了在所選工藝下的鹽水耗用量，蒸汽耗量，主體設(shè)備結(jié)構(gòu)。同時符合國家提倡的企業(yè) ―做大、做強(qiáng)、做優(yōu) ‖及 ―高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高新技術(shù)化、優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) ‖的產(chǎn)業(yè)政策，通過采用新技術(shù)、新工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低原料消耗，減少 ―三廢 ‖排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì) ??1 。它可用于棉紡、化纖、醫(yī)藥、造紙和食品工業(yè)，近年來，市場對燒堿的需求明顯上升，特別是紡織業(yè)，對燒堿及其聯(lián)產(chǎn)品氯氣的需求迅速增加。 caustic soda 。 關(guān)鍵詞： 精制鹽水；離子膜；燒堿；蒸發(fā)器 II The Process Design of Caustic Soda Based on 100kt/a Abstract: Making caustic soda by ionic membrane is the rise of new technologies in chloralkali industry. This paper introduces the characteristics of ionic membrane caustic soda, and by pared existing production method, determines the advantages in the development space of ionic membrane caustic soda. This paper will system introduced the production technology of ionic membrane caustic soda, and the salt water refining, electrolysis, evaporation ,flake caustic section has made the process flow design and choice. On the base of one hundred thousand tons per year production requirements, the calculation of material balance will provide the basis for choosing electrolytic bath. The calculation of material and energy balance for alkali liquor evaporation section determine the dosage of alkali liquor and vapor. Base on consulting journals and literatures, the most advanced and suitable Chlorine engineering n BiTA electrolytic bath has been selected . In the e