【正文】 司集中了美國燒堿生產(chǎn)能力的80%，而我國前5家企業(yè)的生產(chǎn)能力不到全國總生產(chǎn)能力的16%，裝置規(guī)模小，效益自然差距很大。隨著離子膜法新裝置的建成，造成嚴(yán)重環(huán)境污染的水銀法已停止生產(chǎn)，苛化法的產(chǎn)量也相當(dāng)少，我國目前燒堿的主要生產(chǎn)方法是隔膜法和離子膜法。目前燒堿的生產(chǎn)方法幾乎全部采用電解食鹽水的方法，這樣，每生產(chǎn)1 t氯氣。目前我國的燒堿企業(yè)有200多家，裝置規(guī)模普遍較小，生產(chǎn)能力超過100 kt/a的生產(chǎn)企業(yè)只有24家。我國各氯堿企業(yè)為了提高自身的競爭力，紛紛擴(kuò)大燒堿裝置規(guī)模，從1999年開始，掀起了一輪燒堿擴(kuò)建高潮，到2000年其生產(chǎn)能力已從1998年的6 860 kt/a增至8 000 kt/a，目前我國燒堿的總生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到8 620 kt/a，居世界第2位。氯氣易液化，可溶于水，易溶于有機(jī)溶液。氯能與有機(jī)物和無機(jī)物進(jìn)行取代或加成反應(yīng)生成多種氯化物。常用作為強(qiáng)氧化劑與氯化劑。（2）氯氣 氯在常溫常壓下為黃綠色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，吸入少量就能使人中毒。主要化學(xué)性質(zhì)為高燃燒性和還原性。 2NaOH + CuSO4=== Cu(OH)2↓+ Na2SO4 2Al + 2NaOH + 2H2O ==== 2Na(Al（OH)4）+3H2↑在NaOH不足量時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為2Al+6H2O + NaOH=== 2Al(OH)3↓+ 3H2↑ 其他副產(chǎn)物的性質(zhì)（1）氫氣 氫氣是一種無色、無味、無嗅易燃的氣體。，并吸收空氣中的CO2而變質(zhì)。純氫氧化鈉的物理性質(zhì)如下：分子式 NaOH分子量 熔點(diǎn) 318 .4℃沸點(diǎn) 1399℃折射率 熔融熱 溶解度 109比熱容 （g氫氧化鈉極易溶于水，溶解度隨溫度的升高而增大，溶解時(shí)能放出大量的熱。電解法是采用電解食鹽（NaCl）水的方法生產(chǎn)燒堿，在制得燒堿的同時(shí)還生產(chǎn)氯氣(Cl2)和氫氣(H2)，所以工業(yè)上電解法生產(chǎn)燒堿也稱氯堿工業(yè)。工業(yè)上常見的燒堿生產(chǎn)方法有苛化法和電解法兩種。第一章 綜 述燒堿（NaOH）即氫氧化鈉，俗稱火堿、苛性鈉。電解法生產(chǎn)燒堿除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一、能耗高，電解法生產(chǎn)燒堿的主要能耗是電能，其耗電量僅次于電解法生產(chǎn)鋁；第二、氯與堿的平衡，電解法制燒堿所得到的燒堿與氯氣的產(chǎn)品的質(zhì)量比恒定為1:，但一個(gè)國家或地區(qū)對燒堿和氯氣的需求量，是隨著化工產(chǎn)品生產(chǎn)的變化而變化的；第三、腐蝕和污染嚴(yán)重。氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，還廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)以及公用事業(yè)。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄前 言 1 第一章 綜 述 2 燒堿的性質(zhì) 2 其他副產(chǎn)物的性質(zhì) 3 氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 3 我國氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 3 世界氯堿工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 5 氯堿工業(yè)的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀 5 第二章 隔膜法電解制燒堿 7 隔膜法制燒堿的基本原理 7 基本原理 7 電壓效率及槽電壓 8 電極和隔膜材料的選擇 9 陽極材料 9 陰極材料 10 隔膜材料 10 隔膜電解槽的選擇 10 隔膜法電解工藝流程及操作條件 11 工藝流程 11 操作條件及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 13 電解操作指標(biāo)與生產(chǎn)控制點(diǎn)分析 14 第三章 工藝計(jì)算 16 物料衡算 16 對電解槽做物料衡算 16 對氫鹽換熱器進(jìn)行物料衡算 17 能量衡算 18 對氫鹽換熱器進(jìn)行熱量衡算 18 對電解槽進(jìn)行熱量衡算 20 第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算與選型 22 電解槽數(shù)量的估算 22 氫鹽換熱器的選型 22 鹽水預(yù)熱器的選型 23 其他設(shè)備的選型 24 第五章 主要工藝管道的計(jì)算與選擇 26 主要工藝管道的計(jì)算與選擇 26 水蒸氣管道的選型 26 電解槽氫氣出口總管道的選型 26 電解槽氯氣出口總管道的選型 26 氫鹽換熱器排水管道的選型 26 鹽水預(yù)熱器排水管道的選型 27 精鹽水管道的選型 27 電解堿液出口總管道的選型 27 主要管道選擇結(jié)果匯總 27 第六章 經(jīng)濟(jì)核算 28 經(jīng)濟(jì)核算 28 生產(chǎn)消耗核算 28 生產(chǎn)成果核算 28 29 第七章 廠址選擇和車間布置 30 化工廠選址的重要性 30 30 31 車間設(shè)備布置 31 31 32 第八章 氯堿生產(chǎn)中的防腐及三廢處理 34 氯氣的腐蝕原因和防護(hù)措施 34 鹽酸的腐蝕成因與防護(hù)措施 34 燒堿產(chǎn)生的腐蝕及防護(hù)措施 35 氯堿生產(chǎn)中三廢的處理 36 “廢渣”治理與綜合利用 36 “廢氣”治理及綜合利用 36 “廢水”的治理 37 第九章 設(shè)計(jì)小結(jié) 38 參 考 文 獻(xiàn) 39 致 謝 40 1湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言氯堿，即氯堿工業(yè)，也指使用飽和NaCl溶液制氯氣氫氣燒堿的方法。工業(yè)上用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)，即工業(yè)上電解法生產(chǎn)燒堿也稱氯堿工業(yè)。電解法生產(chǎn)燒堿，根據(jù)電解槽結(jié)構(gòu)、電極材料和隔膜材料的不同可分為水銀法、隔膜法和離子交換膜法。目前國內(nèi)主要采用隔膜電解法制燒堿，而電解工段是電解食鹽水生產(chǎn)氯氣、氫氣、燒堿的主要工段，因此電解工段的工藝設(shè)計(jì)至關(guān)重要。是一種常見的重要強(qiáng)堿，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，廣泛用于紡織工業(yè)、輕工業(yè)、冶金和有色冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)等部門?？粱ㄊ怯眉儔A（Na2CO3）和石灰乳（Ca(OH)2）通過苛化反應(yīng)生成燒堿而得名，也叫石灰苛化法。 燒堿的性質(zhì)（1）物理性質(zhì) 純的無水氫氧化鈉為白色半透明，結(jié)晶狀固體。其溶液呈強(qiáng)堿性，腐蝕性極強(qiáng)。℃）（2）化學(xué)性質(zhì) 氫氧化鈉是強(qiáng)堿，具有堿的一切通性，另外還具有其他堿沒有的特性。故應(yīng)放置在干燥的環(huán)境中，也可用于干燥氣體。 NaOH === Na + OH NaOH + HCl ==== NaCl + H2O2NaOH + SO2(不足)==== Na2SO3 + H2O。在各種液體中溶解甚微，難于液化，液態(tài)時(shí)為無色透明液體，有超導(dǎo)性質(zhì)。常用作還原劑。經(jīng)壓縮可液化為金黃色液態(tài)氯。氯混合 5%（體積）以上氫氣時(shí)有爆炸危險(xiǎn)。氯在早期作為造紙、紡織工業(yè)的漂白劑。 氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 我國氯堿工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩rⅠ.生產(chǎn)能力 氯堿工業(yè)，在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。如此快速的增長，使國內(nèi)燒堿市場趨于飽和狀態(tài)，而且這種擴(kuò)建熱潮目前還在繼續(xù)，齊魯石化公司氯堿廠正在擴(kuò)建的200 kt/a的離子膜裝置，上海氯堿化工股份有限公司計(jì)劃再建400 kt/a的裝置，其他的一些廠家的計(jì)劃項(xiàng)目估計(jì)還有700 kt/a, 如果這些計(jì)劃項(xiàng)目得以實(shí)施，我國的燒堿生產(chǎn)能力將達(dá)到近10 000 kt/a。Ⅱ.產(chǎn)量 隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，近年來燒堿的產(chǎn)量也不斷增加，2002年全國燒堿產(chǎn)量達(dá)8089 kt，為歷史最高紀(jì)錄，與2001年的7 kt相比，%。2001年在生產(chǎn)燒堿的同時(shí)，產(chǎn)出氯氣6 280 kt；2002年則同時(shí)產(chǎn)出氯氣7 120 kt。Ⅲ.我國氯堿工業(yè)存在的問題（1）規(guī)模、技術(shù)問題 目前我國燒堿每套裝置的平均規(guī)模在40 kt/a左右。近幾年，我國的氯堿生產(chǎn)工藝雖然有了較大變化，采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)裝置逐年增加，但是，總的來說，生產(chǎn)工藝與國外相比相對落后，再加上其他的一些因素，生產(chǎn)成本普遍偏高。在電解法燒堿中，%，%，%。近十幾年來由于我國氯堿工業(yè)的盲目擴(kuò)建，使燒堿產(chǎn)能增長過快，而下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，氯與堿的需求不平衡問題越來越突顯。顯然，氯產(chǎn)品的發(fā)展是今后氯堿工業(yè)所必須關(guān)注的一個(gè)重要問題，氯產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)成為企業(yè)今后主要的效益增長點(diǎn)，也是氯堿生產(chǎn)中決定企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)水平的最關(guān)鍵的因素之一，氯產(chǎn)品的生產(chǎn)與發(fā)展對氯堿行業(yè)的氯堿平衡起著決定性的作用。目前國內(nèi)氯產(chǎn)品市場呈現(xiàn)出需求旺盛而國內(nèi)生產(chǎn)供應(yīng)不足的現(xiàn)象，為數(shù)不少的氯產(chǎn)品全部或大量從國外進(jìn)口。我國氯產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)最近幾年有了很大發(fā)展，但是，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我們的差距還相當(dāng)大。盡管如此，我國的無機(jī)氯產(chǎn)品的耗氯量依然占據(jù)我國氯產(chǎn)品耗氯總量的54%（包括鹽酸和其他無機(jī)氯化物），其余46%用于生產(chǎn)有機(jī)氯化物（包括聚氯乙烯、氯乙酸和氯丁橡膠等）。在耗氯結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上，國外一些發(fā)達(dá)國家與我國完全不同。和國外發(fā)達(dá)國家相比，我國的有機(jī)氯產(chǎn)品所占比例小，但這并不說明我國有機(jī)氯產(chǎn)品需求少，事實(shí)上，我國這幾年進(jìn)口的有機(jī)氯產(chǎn)品占國內(nèi)總用氯量的20%以上。 世界氯堿工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀（1）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)4800萬噸左右。1997年世界燒堿生產(chǎn)能力有所增長，約為5075萬噸，產(chǎn)量約為4340萬噸，2000年預(yù)測生產(chǎn)能力約為5189萬噸，產(chǎn)量約為4548萬噸，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)，形成三足鼎立之勢，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2000年。世界先進(jìn)國家大多數(shù)彩用離子膜法生產(chǎn)燒堿，日本離子膜法工藝占88%，而我國僅占15%不到。美國麥道化學(xué)、OXY Chemical、PPG三公司燒堿產(chǎn)量所占全國比例高達(dá)65%；前四大氯堿工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)量占全國總產(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ICI公司、德國拜耳公司、美國麥道化學(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2000年產(chǎn)品的精細(xì)化率將超過50%。它是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品燒堿和氯氣在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，廣泛用于紡織工業(yè)、輕工業(yè)、冶金和有色冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)等部門。（Ⅰ） 能源消耗大，主要是用電量大 氯堿生產(chǎn)的耗電量僅次于電解法生產(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)對氯堿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響極大，各國始終的把降低能耗作為電解法的核心問題。因此，開辟節(jié)約能源新途徑，具有重要意義。在一個(gè)國家和地區(qū)，對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)展較快的國家和地區(qū)用氯量較大，因此出現(xiàn)燒堿過剩。（Ⅲ） 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。20世紀(jì)70年代中期水銀法在發(fā)達(dá)國家的氯堿工業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，但因汞有毒性，70年代末該法開始被逐漸淘汰。隔膜法電解槽中采用的石棉隔膜有一定的局限性。本設(shè)計(jì)參照中鹽株洲化工集團(tuán)的氯堿生產(chǎn)工藝，選擇隔膜法電解生產(chǎn)燒堿。電解槽的陽極通常使用石墨電極或金屬涂層電極；陰極用鐵絲網(wǎng)或沖孔鐵板；中間的隔膜由一種多孔滲透件材料做成，多采用石棉，將電解槽分隔成陰極室和陽極室兩部分，使陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物分離隔開，可使電解液通過，并以一定的速度流向陰極。 立式隔膜電解槽示意圖飽和食鹽水由陽極室注入，使陽極室的液面高于陰極室的液面，陽極液以一定流速通過隔膜流入陰極室以阻止OH的返遷移。此過程中發(fā)生的電極反應(yīng)如下：陰極反應(yīng)：2H+ + 2e === H2↑陽極反應(yīng)：2Cl 2e === Cl2↑電解總反應(yīng)：2NaCl + 2H2O === H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH在電解過程中，由于陽極產(chǎn)物的溶解，以及通電時(shí)陰陽極產(chǎn)物的遷移擴(kuò)散等原因，在電解槽內(nèi)還會(huì)有一系列的副反應(yīng)發(fā)生。為了減少副反應(yīng)的發(fā)生，在生產(chǎn)中采取的主要措施如下：(1) 采用精制的飽和食鹽水溶液并控制在較高的溫度下進(jìn)行電解，以減少氯氣在陽極液中的溶解度。(3) 保持陽極室的液面高于陰極室的液面，用一定的液位差促進(jìn)鹽水的定向流動(dòng)而阻止OH由陰極室向陽極室的擴(kuò)散。計(jì)算如下：E= + T對于從食鹽水生成的氯、氫和氫氧化鈉的電解過程來說,式中：Q—由氯化鈉和水生成氯、氫和氫氧化鈉的熱反應(yīng)的，JdE/dT—分解電壓的濃度系數(shù),對氯化鈉的水溶液的電解來說,。：ηE=100%=%電能效率η為電壓效率與電流效率的乘積，即η= ηE s (1460KWs(2400KW目前國內(nèi)外氯堿工業(yè)中普遍采用的電極是石墨陽極和金屬陽極。這就大大提高了單槽生產(chǎn)能力。（3）電能損耗小 在金屬陽極上氯的放電電位逼在相同條件下的石墨電極上約低200mV，每生產(chǎn)1t100% NaO