【正文】 H可以節(jié)電140~150度（kW另外，因堿液濃度比石墨陽極電解槽高，還可節(jié)約蒸發(fā)堿液的蒸汽用量。另外，電解槽和隔膜的壽命長，使檢修和材料費用大大降低。因此，采用金屬陽極比較好，目前氯堿工業(yè)上使用最廣泛的是釕鈦金屬陽極。隔膜電解槽常見的陰極材料有鐵、銅、鎳等。使用壽命可長達(dá)40年。 隔膜材料隔膜是整個電解槽中最重要的組成部分。對隔膜材料的要求大致有以下幾點： ①應(yīng)具有較強的化學(xué)穩(wěn)定件，既耐酸又耐堿的腐蝕，并應(yīng)具有相當(dāng)?shù)臋C械強度，長期使用不宜損壞；②必須保持多孔及良好的滲透性，能使陽極液維持一定的流速且均勻地透過隔膜，并防止陽極液與陰極液的機械混合；③應(yīng)具有較小的電阻，以降低電壓損失； ④材料易得，制造成本低。 隔膜電解槽的選擇隔膜電解槽是隔膜電解法生產(chǎn)的主要設(shè)備。早期的隔膜電解槽是水平安裝的，但電流密度小，占地面積大，相對成本高，后來逐漸被立式隔膜電解槽取代。各種隔膜電解槽的結(jié)構(gòu)雖然不盡相同，但基本構(gòu)件中都包括槽蓋、陽極組合件和陰極組合件。由鹽水精制工段送來的精制鹽水進(jìn)入高位槽（1），液面維持恒定，以便利用高位槽的液位壓差，使鹽水平穩(wěn)地經(jīng)鹽水預(yù)熱器（2）加熱到70~80℃,由總管均勻分流到各電解槽（3），進(jìn)行電解。生成的電解液，從電解槽陰極箱出口流出，導(dǎo)入總管，匯集到堿液貯槽（4），用泵（5）送往蒸發(fā)工段，蒸發(fā)濃縮。所以，電導(dǎo)率隨電解質(zhì)溶液濃度的升高而升高，一直到溶液飽和為止。 5)g/L。故工業(yè)用原鹽制備的粗鹽水，必須加以精制。 精鹽水的質(zhì)量指標(biāo) (g/L)NaCl含量Ca2+、Mg2+總量SO42含量NaOH過堿量Na2CO3過堿量≥315＜10＜5(2) 鹽水的溫度 提高溫度，可提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，降低氯氣在陽極液中的溶解度，提高陽極電流效率，同時還可降低陽極上析出氯氣和陰極上析出氫氣的過電位。一般入電解槽前的鹽水溫度在80℃左右，電解槽溫度控制在95℃左右。鹽水流量小，NaCl分解率高、NaOH濃度高，但OH的反遷移嚴(yán)重，副反應(yīng)多，電流效率低。為此，各廠應(yīng)根據(jù)具體的條件確定堿液成分。為避免在電解槽內(nèi)Cl2和H2混合爆炸，必須防止H2漏到Cl2中，應(yīng)控制陽極室液面高于隔膜頂端，同時密切注意隔膜的完好情況。(5) 氫氣的純度及壓力 電解槽產(chǎn)生的氫氣純度是很高的，其體積分?jǐn)?shù)一般在99%（干基）以上。(6) 電流效率 電流效率為實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。較先進(jìn)的隔膜電解槽的電流效率為95%~97%。提高電流效率的途徑主要有以下幾個方面：①保證隔膜滲透率，控制隔膜的吸附質(zhì)量。②提高精制鹽水中的NaCl的質(zhì)量濃度，使之接近飽和，即含NaCl315g/L。③控制電解液中的NaOH質(zhì)量濃度不超過140 g/L。④適當(dāng)提高電流密度。這是因為當(dāng)電解液中的NaOH濃度一定時，提高電流密度必然相應(yīng)加大通過隔膜的鹽水質(zhì)量，這樣就相應(yīng)減少了OH向陽極遷移和擴散的量，因而提高了電流效率。⑥保證供電和生產(chǎn)穩(wěn)定，防止電流波動。主要有：⑴精鹽水進(jìn)入電解槽的溫度：90℃⑵精鹽水進(jìn)入電解槽的濃度：＞310g/Ｌ⑶電解堿液出電解槽溫度：90℃⑷電解堿液出電解槽濃度（NaOH）：115130g/Ｌ⑸電解槽電流效率：95%⑹電解槽單槽電壓：⑺電流密度：51000kA⑻氫氣出口溫度：90℃⑼氯氣出口溫度：90℃⑽氯中含氧：≤%⑾氯中含氫：≤%（2）生產(chǎn)控制措施 生產(chǎn)過程中主要的控制措施如下：①溫度測量 在精鹽水進(jìn)入精鹽水貯槽時，對精鹽水的溫度用現(xiàn)場設(shè)置的儀表測量；精鹽水進(jìn)入氫鹽換熱器的溫度用帶自動顯示式電子電位計的熱電偶測量；對散熱片的溫度用現(xiàn)場儀表進(jìn)行測量；對精鹽水進(jìn)鹽水預(yù)熱器的溫度用帶自動顯示式電子電位計的熱電偶測量；對精鹽水出鹽水預(yù)熱器的溫度用帶調(diào)節(jié)閥的熱電偶測量。③流量和物位的測量 對精鹽水貯槽、電解液貯槽和堿液槽是以帶報警器的單管式液位計測量的；對精鹽水、電解液流量采用帶電傳至自動記錄儀表的浮標(biāo)式差壓流量計來計量的。第三章 工藝計算 物料衡算已知：年產(chǎn)100%的燒堿20萬噸，年工作320天，24小時連續(xù)生產(chǎn)。 電解槽的物料衡算表進(jìn)電解槽（Kg/h）出電解槽（Kg/h）精鹽水F3濕氫氣I1濕氯氣I2損失I3電解堿液F2合計合計 對氫鹽換熱器進(jìn)行物料衡算氫鹽換熱器 精鹽水F3 濕氫氣I5 冷凝水I6 濕氫氣I1 精鹽水I4 氫鹽換熱器物料流程圖(1) 進(jìn)入氫鹽換熱器的濕氫氣量：(2) 出氫鹽換熱器的濕氫氣的量：(3) 出氫鹽換熱器的精鹽水與進(jìn)氫鹽換熱器的精鹽水的量相等。 氫鹽換熱器物料平衡表進(jìn)入換熱器物料（Kg/h）出換熱器物料（Kg/h）精鹽水F3精鹽水F3%濕氫氣I1%濕氫氣I5冷凝水I6合計合計 能量衡算已知條件：①來自鹽水工段精鹽水溫度 45℃②精鹽水出氫鹽換熱器溫度 55℃ ③精鹽水出鹽水預(yù)熱器溫度 90℃④出電解槽電解堿液溫度 90℃ ⑤濕氫氣溫度 90℃ ⑥出氫鹽換熱器冷凝水溫度 70℃ ⑦出氫鹽換熱器濕氫氣溫度 70℃ ⑧出電解槽濕氯氣溫度 90℃ 對氫鹽換熱器進(jìn)行熱量衡算氫鹽換熱器 45℃精鹽水Q1 55℃精鹽水Q3 90℃濕氫氣Q2 70℃濕氫氣Q4 70℃水汽汽化潛熱Q6 70℃水液化熱Q5 熱量損失Q7 氫鹽換熱器熱量平衡圖(1) 45℃精鹽水帶入熱量Q1 精鹽水45℃時的比熱容為CP=(kg.℃),則精鹽水帶入氫鹽換熱器的熱量為：(2) 90℃%濕氫氣帶入熱量Q2氫氣90℃時的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，水汽90℃的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，%濕氫氣帶入熱量為：=（kJ）(3) 55℃精鹽水出氫鹽換熱器帶走熱量Q3精鹽水55℃時的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，則精鹽水帶走的熱量為：(4) 70℃%濕氫氣帶走熱量Q4 氫氣70℃時的比熱容為CP= kcal/(kg.℃)，70℃時水汽的比熱容為：CP=(kg.℃)，則濕氫氣帶走的熱量為：=（kJ）(5)70℃液態(tài)水帶出的熱量Q5 由《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》查得：70℃ kcal/(kg.℃)，則70℃液態(tài)水帶出的熱量為：(6)70℃水汽的汽化潛熱Q670℃時水汽的液化熱為569kcal/(kg.℃)，則水汽液化所放的熱量為：(7)系統(tǒng)熱量損失Q7根據(jù)熱量平衡可知：Q1+Q2+Q6=Q3+Q4+Q5+Q7 因此，系統(tǒng)的熱量損失為：Q7= (Q1+Q2+Q6)( Q3+Q4+Q5)=(++)(++)=。所以消耗的電能為：W=23283600=（kJ）由前面所知：%，因此：Q2=W/電能效率=62424000/%=（kJ）(3) 氯化鈉分解消耗的電能Q3Q3=1000247。因電解槽的電極面積下，單槽生產(chǎn)能力下，所以通常都是由多臺電解槽同時運轉(zhuǎn)。根據(jù)電解槽組成系列生產(chǎn)的特點，必須經(jīng)常保持電解系列的直流電壓和電流與整流器的輸出電壓和電流相匹配，并且能夠使電解槽處于良好狀態(tài)下運行，所以電解槽必須定期輪換進(jìn)行檢修，即將單臺電解槽從電解系列中用除槽裝置切離開，進(jìn)行檢修后復(fù)原。正常運行的電解槽臺數(shù)N，可按下式來計算求得：N1=式中k—電化當(dāng)量，g/AhI—強度，kA/ m；h—電解槽年運行小時，h；ε—電流效率，%；S—單槽電極面積，m； G—100%氫氧化鈉年產(chǎn)量，t。 年工作320天，每天工作24小時。備用電解槽N2：N2=式中T—單槽更換周期，天/臺； m—每天檢修槽數(shù)，臺/天； K—集中檢修系數(shù)，（）； “T”值：金屬陽極石棉隔膜取300360天； “m”值：小企業(yè)m=1。為檢修方便N2=2因此，設(shè)計電解槽數(shù)：N=+2=354臺 氫鹽換熱器的選型(1)粗選氫鹽換熱器 根據(jù)《化工原理》流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則，由于混合氣體中水蒸氣會冷凝成水，為了方便及時排除冷凝水，選擇濕氫氣走殼程。 精鹽水的定性溫度Tm=(90+70)/2=80℃ 濕氫氣的定性溫度tm=(45+55)/2=50℃Tmtm=8050=30℃50℃ 由于兩流體間的溫差不大于50℃，故選用固定管板式換熱器?！妫瑒tS=㎡根據(jù)《化工設(shè)備的選擇與設(shè)計》，選擇G50021680型換熱器（）。(1)計算熱負(fù)荷和蒸汽流量Q=（）1000/3600=查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》知：100℃水蒸氣的冷凝潛熱為：r=2258 kJ/kg則飽和蒸汽的流量為：Wh=飽和蒸汽的定性溫度Tm=100℃，精鹽水的定性溫度為：tm=1/2（55+90）=℃Tmtm==℃50℃，所以選用固體管板式預(yù)熱器。 鹽水預(yù)熱器的規(guī)格參數(shù)參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量公稱直徑600mm管子尺寸Φ25公稱壓強管長公稱面積110m2管子總數(shù)242管程數(shù)4管程管子排列方法正三角形排列該換熱器的實際傳熱面積為：S實= nπdo()=242()= m2則 K=Q/( S實Δtm)= ()= W/(m2?℃)4000W/(m2?℃)所以換熱器是合適的。(2)電解堿液泵的選型 %的電解液，%的NaOH和(%)的水來計算，且忽略溫度的影響，% NaOH的密度ρ=2130 kg/m3則：ρ=2130%+1000(%)= kg/m3實際密度稍大于此，取ρ=1200kg/m3。(3) 氣液分離器和修槽工段的設(shè)備選型 由于此設(shè)計和株洲化工廠的生產(chǎn)規(guī)模一致，則參考株洲化工廠的設(shè)備選型。 設(shè)備一覽表名稱規(guī)格及型號臺數(shù)精鹽水泵150FB22A Q=35m3/h2電解堿液泵100FB57 Q=35m3/h2電解槽DSA30Ⅲ354精鹽水貯槽Φ44002000, V=32 m3/h1鹽水高位槽Φ44002000, V=16 m3/h1氯氣氣液分離器Φ50011801氫氣氣液分離器Φ50010501氫氣水封Φ6008002電解堿液槽Φ40002000 ，V=35 m3/h1氫鹽換熱器G500216801鹽水預(yù)熱器G600425110２電動梁橋起重機Spah= LH=16m1真空泵SZ3２加壓泵65WX140，Q= m3/h１苛化槽320022001200１吸膜槽320022001200１真空罐Φ14002740２緩沖罐Φ700１堿液槽Φ10002550１清水池Φ200030001200１散熱片GL21536１磅秤TGT100１有軌小車Q=3t２氫氣器液分離器Φ5001050１第五章 主要工藝管道的計算與選擇 主要工藝管道的計算與選擇 水蒸氣管道的選型 前面計算得，100℃水蒸氣的質(zhì)量流量為：W=,密度ρ=則：Vs=W/ρ=因為是飽和蒸汽，故管內(nèi)流速，則管徑由計算得,D=[4 Vs/(πu)]1/2==556mm選擇Φ630。 電解槽氫氣出口總管道的選型 90℃%的濕氫氣的密度為：ρ=%+(%)=Vs=W/ρ=(3600)= m3/s根據(jù)經(jīng)驗，取管內(nèi)氣體流速u=40m/s,則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==419mm選擇Φ450。 電解槽氯氣出口總管道的選型90℃%的濕氯氣的密度為：ρ=%+(%)= kg/m3Vs=W/ρ=(3600)= m3/s根據(jù)經(jīng)驗，取管內(nèi)氣體流速u=40m/s,則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==337mm選擇Φ377。 氫鹽換熱器排水管道的選型由前面計算得，氫鹽換熱器排水管道的冷凝水質(zhì)量流量為：W=,則：Vs=W/ρ=(3600)= m3/s 根據(jù)經(jīng)驗，取管內(nèi)蒸汽流速u=，則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==32mm選擇Φ38。 鹽水預(yù)熱器排水管道的選型由前面計算知道，鹽水預(yù)熱器排水管道的冷凝水質(zhì)量流量為：W=，此時冷凝水的密度為ρ=，則：Vs=W/ρ= 根據(jù)經(jīng)驗，取管內(nèi)蒸汽流速為：u=1m/s，則管徑為：D=[4 Vs/(πu)]1/2==76mm 選擇Φ89。 精鹽水管道的選型由前面計算知道，精鹽水管道的鹽水質(zhì)量流量為：W=, 此時精鹽