【正文】 Cl含量 9699%；井礦鹽次之， NaCl 含量 9398%；我國(guó)原鹽的組成見表 11： 表 11 中國(guó)原鹽組成 [2] 品種 產(chǎn)地 NaCl Ca2+ Mg2+ H2O 水不溶物 海 鹽 河北長(zhǎng)蘆 遼寧復(fù)州灣 山東青島 江蘇淮北 浙江梅山 福建莆田 海南鶯歌 湛江馬留 湖 鹽 內(nèi)蒙雅布賴 內(nèi)蒙古蘭泰 青海茶卡 新疆鹽湖 井礦鹽 四川自貢 四川五通橋 安徽宣城 湖北應(yīng)城 ③ 原鹽的物理性質(zhì) 純鹽為氯化鈉，分子式： NaCl 分子量： ，為無色透明的正六面體結(jié)晶。因此原鹽有海鹽；湖鹽；井鹽和礦鹽四種。由于地4 殼變化，海洋的一部分分離內(nèi)陸海，經(jīng)過億萬(wàn)年的自然蒸發(fā)，形成鹽湖 (如大鹽湖和死海 )和鹽池。另外，在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機(jī)中間體，舊橡膠的再生，制金屬鈉、水的電解以及無機(jī)鹽生產(chǎn)中，制取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒堿。 燒堿的主要用途 燒堿是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門用途極廣的基本化工原料。 1燒堿及其水溶液對(duì)動(dòng)物和植物組織（如皮膚、織物、紙張等）有機(jī)物質(zhì)有強(qiáng)烈的腐蝕作用。 1熔融熱： 千卡 /千克 ℃ （熔融 319℃ ） 1汽化熱： 千卡 /克分子 1導(dǎo)熱系數(shù)： 千卡 /米 比熱： 千卡 /千 克 ℃ （ 19～ 100℃ 時(shí)的平均值）。 沸點(diǎn)： 1390 不同濃度的燒堿溶液具有不同的沸點(diǎn)。 生成熱： 千卡 /克分子 熔點(diǎn)（凝固點(diǎn)）： ℃ 時(shí)能制得熔融的幾乎不含水的燒堿，不同濃度的燒堿溶液具有不同的凝固點(diǎn)。如果把濃度的的燒堿濃縮、脫水需要3 吸收熱量，這個(gè)熱量稱為脫水熱。 溶解熱： 千卡 /克分子（溶于 200 克分子水中） 。 溶解度：易溶于水， 15℃ 時(shí)為 克分子 /升。 外觀：純凈的燒堿為白色，呈羽毛狀，為不透明固體結(jié)晶。在熔融狀態(tài)下，當(dāng)溫度為 340～ 500℃ 時(shí)其重度為 ～ 。 在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的液堿可以直接銷售，也可濃縮為片堿產(chǎn)品； 副產(chǎn)品氯氣和氫氣主要合成氯化氫氣體供 PVC 生產(chǎn)聚氯乙稀及產(chǎn)高純酸，剩余的氯氣生產(chǎn)液氯。 本次設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 40kt/a 離子膜制堿項(xiàng)目。氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品 如 燒堿、氯氣、氫氣還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、冶金、電力、國(guó)防、軍工、建材和食品加工等工業(yè)部門，耗堿和耗氯產(chǎn)品，已達(dá)數(shù)千種。 通過進(jìn)行化工專業(yè)知識(shí)的初步設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而將所學(xué)的知識(shí)由感性認(rèn)識(shí)提高到理性認(rèn)識(shí)，為以后工作奠定基礎(chǔ)． 由于自身能力所限，設(shè)計(jì)中的疏漏在所難免， 敬請(qǐng) 各位老師能給予 批評(píng)和指 正！ 2 第一章 概 述 氯堿工業(yè)是生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣以及此衍生系列產(chǎn)品的基本化學(xué)工業(yè)，其產(chǎn)品廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有重要的作用。 本文在簡(jiǎn)要介紹燒堿生產(chǎn)的方法基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì) 二次鹽水精制和脫氯進(jìn)行了介紹， 并 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行物料衡算 和能量橫算，進(jìn) 而確定出主要工藝設(shè)備的型號(hào)、尺寸及數(shù)量，最后繪制 出 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備平面布置圖 、管路布置圖及主要設(shè)備一覽表 等。1 前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是國(guó)家高等工科學(xué)校極其重要且必不可少的教學(xué)工作之一， 是提高和檢驗(yàn)學(xué)生 學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要手段。其主要目 的 是全面 鞏固已學(xué)過 的 基本 理論 知識(shí)，提高 實(shí)踐及創(chuàng)新 能力。 通過此次設(shè)計(jì)，全面培養(yǎng)和檢查了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力和素質(zhì)，鞏固和加深了基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能訓(xùn)練。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 氯堿工業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)品涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的諸多領(lǐng)域，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，在輕工、紡織、石油化工、有色冶金和 公用事業(yè)等領(lǐng)域也均有很大用途。 為此，擬在呼和浩特市 新建 40Kt /a 燒堿 的氯堿廠 ，以滿足周邊市場(chǎng)的需求。 建廠地址選在呼和浩特市，年平均氣溫t=℃。 燒堿的物 化性質(zhì) 化學(xué)式： NaOH 分子量： 比重： （ 20℃ ）。燒堿溶液的比重隨濃度的提高而增加。一般工業(yè)品含有少量氯化鈉和碳酸鈉，呈白色稍帶淺色光澤固體結(jié)晶。在水中的溶解度隨溶液的溫度升高而增加，亦能溶于醇類、乙醚中。燒堿溶于水時(shí)釋放熱量，濃度越高釋放的熱量越大，這種熱量稱為溶解熱。不同濃度時(shí)的脫水熱也不同。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于固堿中含有少量氯化鈉和少量水，因此其凝固點(diǎn)在 320℃ 左右 [1]。同時(shí)溶液的沸點(diǎn)隨著溶液面上的蒸汽壓的降低而下降。燒堿溶液的比熱隨著溶液濃度的提高而下降，同時(shí)升高溶液溫度，比熱也有所下降。小時(shí) ℃ （熔融 400℃ ） 1固體燒堿吸濕性很強(qiáng)，放置空氣中能吸收大氣中的水分變成液堿，這種現(xiàn)象成為潮解。 因之易潮解故 固體燒堿必須貯于密閉的鐵罐或塑料的包裝袋中。 使用燒堿最多的部門是化學(xué)藥品的制造，其次是造紙、煉鋁、煉鎢、人造絲、人造棉和肥皂制造業(yè)。 及鹽水溶液的性質(zhì) 原鹽概述 ① 原鹽的來源 世界上的鹽大部分存在于海水中，海洋中氯化鈉的濃度平均為 3336 g/L。 其沉積在地下的就成為巖鹽 (礦鹽 )。 ② 各國(guó)的原鹽組成 原鹽的質(zhì)量因產(chǎn)地和生產(chǎn)方法的不同，質(zhì)量不一。相對(duì)密度 (25℃ )；假比重： 。℃ )；熔解熱 517J/g；臨界濕度 (20℃ )%；在 1 ㎏純水中的熔解熱為 。 表 12 氯化鈉在水中的溶解度 [3] 溫度 (℃ ) 溶解度 (%) g/l 6 0 10 2635 20 30 40 50 60 70 80 90 100 氯化鈉 水溶液的密度 鹽 水溶液的密度隨著所溶鹽量的增多而加大。 表 13 不同濃度的鹽水溶液的密度 [3] 6 濃度(％ ) 0 10 20 溫 30 度 40 50 60 80 100 1 2 4 6 1,0125 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 氯堿工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，除原料易得、生產(chǎn)流程較短外， 除此之外 還有三個(gè)突出特征[4]。氯堿生產(chǎn)的耗電量?jī)H次于電解法生產(chǎn)鋁，電能是氯堿工業(yè)的重要原料之一。因此，電力供應(yīng)狀況和電價(jià)對(duì)氯堿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響極大，各國(guó)始終的把降低能耗作為電解法的核心問題。因此，開辟節(jié)約能7 源新途 徑，具有重要意義。在一個(gè)國(guó)家和地區(qū)，對(duì)燒堿和氯氣的需求結(jié)構(gòu)不一定符合燒堿和氯氣的供給結(jié)構(gòu)，因此出現(xiàn)了燒堿和氯氣的供需平衡問題。在石油化工和基本有機(jī)原料發(fā)展較快的國(guó)家和地區(qū)用氯量較大，因此出現(xiàn)燒堿過剩。 腐蝕和污染 氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等具有強(qiáng)腐蝕性，在生產(chǎn)過程中使用的原材料如石棉、汞、含氯廢氣等都可能對(duì)環(huán)境造成污染，因此防止腐蝕和環(huán)境污染也一直是氯堿工業(yè)努力革新的方向。 世界氯堿工業(yè)生產(chǎn)能力及其分布 世界氯堿工業(yè)中燒堿、氯氣的生產(chǎn)能力 1993 年至 1996 年穩(wěn)定在年產(chǎn) 4800 萬(wàn)噸左右。1997 年世界燒堿生產(chǎn)能力有所增長(zhǎng)，約為 5075 萬(wàn)噸，產(chǎn)量約為 4340 萬(wàn)噸， 2021 年預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力約為 5189 萬(wàn)噸，產(chǎn)量約為 4548 萬(wàn)噸，一些老裝置將被關(guān)閉。日、美、西歐作為全球氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)，8 形成三足鼎立之勢(shì)，引導(dǎo)世界氯堿行業(yè)發(fā)展的潮流，主宰著氯堿產(chǎn)業(yè)的價(jià)格動(dòng)向，平衡動(dòng)向，是氯堿生產(chǎn)的原動(dòng)力，這種狀況將持續(xù)到 2021 年。 世界先進(jìn)國(guó)家大多數(shù)彩用離子膜法生產(chǎn)燒堿，日本離子膜法工藝占 88%，而我國(guó)僅占 15%不到。 美國(guó)麥道化學(xué)、 OXY Chemical、 PPG 三公司燒堿產(chǎn)量所占全國(guó)比例高達(dá) 65%；前四大氯堿工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的 80%。 第三，發(fā)展以氯堿為原料的項(xiàng)目，確定精細(xì)化工發(fā)展戰(zhàn)略。英國(guó) ICI 公司、德國(guó)拜耳公司、美國(guó)麥道化學(xué)公司、日本旭化成公司，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)化工、生命科學(xué)、電子化工材料、信息化學(xué)品、功能高分子等高科技精細(xì)化工領(lǐng)域，這些公司 2021 年產(chǎn)品的精細(xì)化率將超過 50%。 1929 年，愛國(guó)實(shí)業(yè)家吳蘊(yùn)初在上海集資創(chuàng)辦了我國(guó)第 1 個(gè)氯堿廠 —— 天原電化廠。建國(guó)以后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氯堿工業(yè)的發(fā)展逐步加速， 1981年，全國(guó)燒堿總產(chǎn)量達(dá) 萬(wàn) t。 1995 年，我國(guó)燒堿總產(chǎn)量達(dá)到 萬(wàn) t， 2021 年升至 萬(wàn) t。近幾年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(kuò)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(dá)到 1470 萬(wàn) t。 離子膜燒堿不僅質(zhì)量好；能耗低，而且從根本上解決由石棉隔膜法制堿造成的石棉絨對(duì)水質(zhì)的污染和對(duì)操作人員健康的影響。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(gè)單元槽的 電路是串聯(lián)的，單極槽是單槽并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。離子膜法比水銀法投資節(jié)省 10%15%，比隔膜法節(jié)省 15%25%。 ② 出槽 NaOH 濃度高。水銀法 雖然 可以從電解槽直接制得濃度為 50％ (wt)的 NaOH溶液，不需要蒸發(fā)，而且含鹽低 (45mg/L)，產(chǎn)品質(zhì)量好，但是水銀被公認(rèn)為是有害物質(zhì)，此法不宜采取 。 ③ 能耗低。h/t，而隔膜法或水銀法的綜合能耗為 3200kw ④ 氫氧化鈉 質(zhì)量好。 可用于合成纖維、醫(yī)藥、水處理及石油化工工業(yè)等部門。氯氣中含氧、含氫低。完全 適合 某些氯氧化法聚氯乙烯對(duì)氯氣的要求。離子膜法電解氫氣純度 可 高達(dá) %，對(duì)合成鹽酸和在 PVC 生產(chǎn) 提高 氯化氫純度極為有利 ，對(duì)壓縮氫及多晶硅的生產(chǎn)也有很大的好處 。離子膜具有較穩(wěn)定的化學(xué)性能，幾乎無污染和毒害 。 ⑧ 生產(chǎn)成本低。 離子膜法電解制堿雖然具有以上優(yōu)點(diǎn)，但也存在如下缺點(diǎn) [5]： ① 離子膜法制堿對(duì)鹽水質(zhì)量要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于隔膜法和水銀法， 因此要增加鹽水的二次精制， 也就是 增加了設(shè)備投資費(fèi)用。 需要精心維護(hù)和精心操作。國(guó)內(nèi)外對(duì)于離子膜法在提高堿液濃度、增大電流密度、延長(zhǎng)膜 壽命方面都在進(jìn)行新的探索。 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(biāo)。目前膜對(duì)鹽水和電解操作條件要求比較高，對(duì)各項(xiàng)雜質(zhì)都很敏感，因此開發(fā)對(duì)雜質(zhì)具有耐久力的膜是一項(xiàng)新課題。 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。 此崗位主要是將化鹽工序送來的鹽水經(jīng)過過濾器，送到精鹽水槽。 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(shí)對(duì)降低交流電耗也有重要作用。首先， 在 化鹽崗位要保持化鹽桶鹽層高度穩(wěn)定，以保證流出化鹽桶的粗鹽水 中 NaCl 濃度穩(wěn)定，避免物流的密度差導(dǎo)致浸清桶返渾。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(huì)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。一般過堿量控制范圍為： NaOH， ~； Na2CO3， ~[2]。由于其對(duì)鈣、鎂及機(jī)械雜質(zhì)吸附力強(qiáng)，絮凝速度快，產(chǎn)生的絮凝團(tuán)大，故可有效提高鹽水的質(zhì)量，當(dāng)其用量為 105 時(shí)，效果最好。橙清后的鹽水再經(jīng)砂濾器，進(jìn) 一步過濾除去沉積物。 其工藝過程可簡(jiǎn)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。使進(jìn)入鹽水罐的鹽水絕對(duì)不 含 ClO，且過量亞硫酸鈉也控制在一定范圍內(nèi)。在使用過濾器時(shí)，首先在碳素管外表面預(yù)涂一層 23 mm 的助劑α 纖維素。過濾方式分為兩大類，一類為表面過濾，另一類為深層過濾。過濾過程中隨時(shí)間的延長(zhǎng)，過濾壓差會(huì)逐漸增大。其條件為： ① 過濾器過濾壓差大于 ； ② 過濾器運(yùn)行時(shí)間達(dá)到 48h； ③ 若過濾鹽水中固含量大于 1 106 時(shí)就應(yīng)強(qiáng)行切換。一般用的處理鹽酸為 5%10%，處理時(shí)間為 6h，氣孔率可與新碳素?zé)Y(jié)管的氣孔率接近。 5℃ 鹽酸濃度 31%（ wt） 操作要點(diǎn) ○ 1 PH 值調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制。 ○ 3 鹽酸的壓力應(yīng)該比較穩(wěn)定。 （ 4）樹脂吸附 離子膜法處理鹽水用離子交換樹脂是專 門開發(fā)的，它是一種大孔鰲合型陽(yáng)離子樹脂，其交換基為胺基磷酸型或亞胺基二乙酸型 [6]，進(jìn)口樹脂與國(guó)產(chǎn)樹脂工作原理一樣：在線工作的鰲合樹脂 (Na 型 )中的鈉離子被其它金屬離子，特別是二價(jià)陽(yáng)離子 的 置換。 時(shí)