【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 題 目 名 稱(chēng)： 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸隔膜燒堿工藝 設(shè)計(jì) —— 電解車(chē)間 學(xué) 院（部）： 包裝與材料工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 應(yīng)用化學(xué) 學(xué) 生 姓 名： 邵春林 班 級(jí)： 應(yīng)化 092 學(xué)號(hào) 09404600231 指導(dǎo)教師姓名： 陶炳 職稱(chēng) 高級(jí)工程師 最終評(píng)定成績(jī)： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 2020 屆 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 第一部分 畢業(yè)論文 （ 2020 屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 名 稱(chēng)： 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 隔膜燒 堿工藝設(shè)計(jì) —— 電解車(chē)間 學(xué) 院（部）： 包裝與材料工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 應(yīng)用化學(xué) 學(xué) 生 姓 名： 邵春林 班 級(jí)： 應(yīng)化 092 學(xué)號(hào) 09404600231 指導(dǎo)教師姓名： 陶炳 職稱(chēng) 高級(jí)工程師 最終評(píng)定成績(jī)： 2020年 6 月 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 燒堿，作為一種基本的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域都有著廣泛的用途。過(guò)程包括鹽水精制、電解和產(chǎn)品精制等工序，其中主要工序是電解．工業(yè)上采用隔膜電解法、水銀電解法和離子膜電解法．離子膜法工藝是燒堿生產(chǎn)的發(fā) 展方向，但由于我國(guó)離子膜法燒堿“使用超前、研發(fā)滯后”的特點(diǎn)非常明顯，國(guó)內(nèi)沒(méi)有掌握離子膜法燒堿的核心要素 —— 離子膜。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)離子膜法生產(chǎn)工藝存在連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短、能耗偏高的問(wèn)題，鑒于此，根據(jù)我國(guó)燒堿消費(fèi)水平和氯堿生產(chǎn)裝置的現(xiàn)狀，金屬陽(yáng)極隔膜電解槽與離子膜電解槽將 較長(zhǎng)時(shí)間在我國(guó)共存。隔膜電解法制堿的最大優(yōu)點(diǎn)是裝置投資少、建設(shè)期短、見(jiàn)效快 ,管理相對(duì)容易 ,技術(shù)成熟 。隔膜電解制堿技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備容易制作，材料便于取得，在電源比較豐富或電價(jià)比較低廉，對(duì)于燒堿含鹽量的要求又不很苛刻的地區(qū)，特別是有地下鹽水或附近有聯(lián)合發(fā)電與供汽設(shè)施的地區(qū)，仍在普遍采用。本設(shè)計(jì)采用了新的電解制堿技術(shù) —— 隔膜 電解制堿技術(shù)，在此設(shè)計(jì)中，對(duì)隔膜、電解槽進(jìn)行選擇，燒堿生產(chǎn)包括下列工序：鹽水精制、蒸發(fā)堿液、固堿生產(chǎn)，氯氣干燥。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括：燒堿生產(chǎn)中電解原理與生產(chǎn)工藝流程的論證，物料與熱量衡算，主體設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型，以及車(chē)間人員布置原則，防腐安全等內(nèi)容。 關(guān)鍵詞： 燒堿，隔膜，電解 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT Caustic soda, as a kind of basic chemical raw materials, in many areas of industrial production has a wide range of USES. Including brine refining process, products refined and electrolytic process, the main process is the electrolytic. Industry by diaphragm electrolysis method, mercury electrolysis and ionic membrane electrolysis method. Ion membrane process is the development direction of caustic soda production, but due to ionic membrane caustic soda in China use advanced, research and development lags behind is very obvious, the characteristics of domestic didn39。 Equipment all can use domestic equipment。但因生產(chǎn)設(shè)備容易制作，材料便于取得，在電源比較豐富或電價(jià)比較低廉，對(duì)于燒堿含鹽量的要求又不很苛刻的地區(qū)，特別是有地下鹽水或附近有聯(lián)合發(fā)電與供汽設(shè)施的地區(qū)，仍在普遍采用。 燒堿總體經(jīng)營(yíng)狀況較好 。 隔膜法制得的 50%的氫氧化鈉通常含有 ～ %氯化鈉，可利用水合法或采用液氨萃取法，均可使鹽的含量降低到 500ppm 以下 。 【 1】 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距、 現(xiàn)狀與發(fā)展前景 國(guó)內(nèi) 金屬陽(yáng)極隔膜電解槽與國(guó)外先進(jìn)水平的差距 【 2】 目前我國(guó)金屬陽(yáng)極隔膜電解槽技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還有一 定差距，主要表現(xiàn)在金屬陽(yáng)極使用壽命不夠長(zhǎng)，國(guó)外隔膜電解槽金屬陽(yáng)極的使用壽命可長(zhǎng)達(dá) 8~10 a，而我國(guó)一般只有 6 a；國(guó)外先進(jìn)金屬陽(yáng)極隔膜電解槽可生產(chǎn)氯氣 180～ 190 t/m，而我國(guó)金屬陽(yáng)極隔膜電解槽一般產(chǎn)氯 116 t/m左右；國(guó)外金屬陽(yáng)極隔膜電解槽特性參數(shù) K值只有 ~，而我國(guó)高達(dá) V/kA；國(guó)外 MDC55 型槽使用電流密度 A/dm2，槽壓約 ～ ，電耗 2380kW h/t以上；大容量電解槽的出現(xiàn)既節(jié)省了能耗和投資，又便于自控管理。而我國(guó)除齊魯使用的是從國(guó)外引進(jìn)的 20 萬(wàn) t/a MDC55型世界先進(jìn)槽型外，其余都采用國(guó)產(chǎn)槽，大槽型有阜新化工設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 KD55型擴(kuò)張陽(yáng)極電解槽，上海氯堿使用的 C47 型槽，其余多使用 30 型、 25 型 、 l6 型等，相當(dāng)一部分中小型氯堿廠使用 8 型、 4 型甚至還有使用 3 型、 2 型的小型槽。 h，改進(jìn)型的可以低達(dá) 2050 kW國(guó)外金屬陽(yáng)極隔膜電解槽電流密度約 20～ 24 A/dm ，直流電耗 2 300 kW h，若折合成相同電流密度，則國(guó)內(nèi)電耗比國(guó)外先進(jìn)水平高 200～ 300 kW 除 DSA 涂層質(zhì)量、性能差異等原因外，主要是由于多年來(lái) DSA 技術(shù)不配套，推廣應(yīng)用不力，僅有少數(shù)幾家企業(yè)采用擴(kuò)張陽(yáng)極、改性隔膜配活性陰極等配套技術(shù)。截至 1996 年全國(guó)金屬陽(yáng)極隔膜法生產(chǎn)能力 440． 3萬(wàn) t，占總能力 638 萬(wàn) t的 69％ ，實(shí)際燒堿產(chǎn) 量 385． 04萬(wàn) t，占全國(guó)電解法燒堿總產(chǎn)量 532． 54萬(wàn) t的 72． 3％ ； 2020 年全國(guó)隔膜法燒堿產(chǎn)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 量 475． 76 萬(wàn) t，以石墨陽(yáng)極隔膜法燒堿產(chǎn)量為 35萬(wàn) t計(jì)，則金屬陽(yáng)極隔膜法燒堿產(chǎn)量約為 40 萬(wàn) t，占全國(guó)燒堿總產(chǎn)量 667． 88 萬(wàn) t的 65． 9％左右； 2020 年全國(guó)隔膜法燒堿產(chǎn)量 5l2． 98 萬(wàn) t，其中石墨陽(yáng)極隔膜法燒堿產(chǎn)量按 33萬(wàn) t計(jì)，則金屬陽(yáng)極隔膜法燒堿產(chǎn)量約為 480 萬(wàn) t，占全國(guó)燒堿總產(chǎn)量 7l3． 52萬(wàn) t 的 67． 3％ 左右。目前全國(guó)金屬陽(yáng)極隔膜電解槽生產(chǎn)能力已超過(guò) 500 萬(wàn) t/a，這些都是 1974 年及以后，尤其是 20 世紀(jì) 90 年代和 2l 世紀(jì)初期新上馬的 (占 60％ )，雖然部分金屬陽(yáng)極已經(jīng)過(guò)重涂，但仍處于最佳運(yùn)行時(shí)期，再經(jīng)不斷改造完善，目前仍處于較好的運(yùn)行水平，況且目前國(guó)內(nèi)已有 20余家與之配套的制造、修復(fù)專(zhuān)業(yè)廠和科研單位，經(jīng)過(guò)多年不懈努力，金屬陽(yáng)極隔膜電解槽已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化，產(chǎn)品質(zhì)量均通過(guò)達(dá)標(biāo)驗(yàn)收。 燒堿總體經(jīng)營(yíng)狀況較好 。 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 [4] A． 隔 膜 為防止陰、陽(yáng)兩極產(chǎn)物混合，避免可能發(fā)生的有害反應(yīng)，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽(yáng)極室隔開(kāi)。這些性能要求在使用過(guò)程中基本不變，并且要求在陰、陽(yáng)極室電解液的作用下，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。更多見(jiàn)的比較復(fù)雜的情況是電解槽中陰、陽(yáng)極室的電解液組成不同。 隔膜由惰性材料制作，如氯堿工業(yè)中長(zhǎng)期使用的 石棉 隔膜。為此可以在石棉中加入樹(shù)脂作為增強(qiáng)材料，或以樹(shù)脂為主體做成微孔隔膜，在穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面都有很大改進(jìn)。隔膜是一種由石棉纖維制成的多孔滲透性隔 層，將電解槽分隔為陰極室（陰極網(wǎng)袋內(nèi)）與陽(yáng)極室 （隔膜與陽(yáng)極之間的空隙）。 1．陽(yáng)極材料 由于電解槽的陽(yáng)極是直接地持續(xù)地與化學(xué)性質(zhì)十分活潑，且腐蝕性較強(qiáng)的濕氯氣、鹽酸和次氯酸等接觸，因此陽(yáng)極材料應(yīng)具有較強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性，同時(shí)具有對(duì)氯的過(guò)電壓低，導(dǎo)電性能良好，機(jī)械強(qiáng)度高而且易于加工，來(lái)源廣泛和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 2．陰極材料 陰極材料要具有耐氯化鈉、氫氧化鈉的腐蝕，導(dǎo)電性能良好，且氫在電極上的過(guò)電位要低等特點(diǎn)。由于鐵的耐氯化鈉、氫氧化鈉等的腐蝕性好且具有導(dǎo)電性能好、氫的過(guò)電壓低的優(yōu)點(diǎn)，是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的陰極材料。為了便于吸附隔膜及易于使氫氣和電解液流出，立式隔膜電解槽的陰極一般采用鐵絲編成網(wǎng)狀，也有用沖孔鐵板。它是隔膜電解槽中直接吸附在陰極上的多孔型材料層，用它將陽(yáng)極室和 陰極室隔開(kāi)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 產(chǎn)品性質(zhì)及用途 燒堿的有效成分是； NaOH,分子量： 。與酸接觸能發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，能腐蝕金屬，浸蝕某些塑 料、橡膠、和涂料。 由于燒堿作為強(qiáng)堿具有腐蝕性，應(yīng)避免與身體接觸或吸入。 30%氫氧化鈉溶液的操作與儲(chǔ)存操作注意事項(xiàng) : 密閉操作。建議操作人員佩戴頭罩型電動(dòng)送風(fēng)過(guò)濾式防塵呼吸器，穿橡膠耐酸堿服，戴橡膠耐酸堿手套。避免產(chǎn)生粉塵。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。倒空的容器可能殘留 有害物。 原材料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 原材料規(guī)格 [5] （ 1）精鹽水規(guī)格，見(jiàn)表 11。 表 12 淡鹽水規(guī)格表 單位 NaCl Na2SO4 NaClO3 H2O NaOH HClO g/L wt％ 210 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 技術(shù)指標(biāo) [9] （ 1）氯氣規(guī)格，見(jiàn)表 13。 表 14 氫氣規(guī)格表（體積百分比） H2 O2 N2 98％ ％ ％ （ 3）出槽堿液，見(jiàn)表 15。 （ 4） 受能源和原材料行業(yè)影響大。 電解工序 隔膜電解槽加入的只有一種物料，即精鹽水從電解槽蓋進(jìn)入陽(yáng)極室，經(jīng)改性隔膜流入陰極室，經(jīng)電解后在陰極室得到電解液和氫氣，在陽(yáng)極室得到氯氣。由于離子膜的高選擇透過(guò)性，使其可以得到高純度的電解液，其中氫氧化鈉與氯化鈉的含量 (‘ I，下同 )分別為 32％、 0． 004％，該電解液可直接作為產(chǎn)品出售，而隔膜電解液中氫氧化鈉與氯化鈉的含量分別為10． 8％、 16． 4％，需進(jìn)一步濃縮除鹽。只是離子膜法氯氣、氫氣處理設(shè)計(jì)緊湊，只用 3個(gè)塔即可達(dá)到隔膜法 6個(gè)塔所達(dá)到的效果。而離子膜蒸發(fā)不需要分鹽及過(guò)濾設(shè)備，只用三效或二效蒸發(fā)即可。離子膜法工藝是燒堿生產(chǎn)的發(fā)展方向，但由于我國(guó)離子膜法燒堿“使用超前、研發(fā)滯后”的特點(diǎn)非常明顯，國(guó)內(nèi)沒(méi)有掌湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 握離子膜法燒堿的核心要素 —— 離子膜。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)離子膜法生產(chǎn)工藝存在連續(xù)運(yùn) 行時(shí)間短、能耗偏高的問(wèn)題，鑒于此，根據(jù)我國(guó)燒堿消費(fèi)水平和氯堿生產(chǎn)裝置的現(xiàn)狀，金屬陽(yáng)極隔膜電解槽與離子膜電解槽將較長(zhǎng)時(shí)間在我國(guó)共存。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣混合而引起爆炸，又 能避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量