【正文】 kg/h 表 54 一次精制鹽水進(jìn)出口的物料平衡表 ： 進(jìn)口物料 出口物料 成分 質(zhì)量流量kg/h 濃度g/L 成分 質(zhì)量流量kg/h 濃度 g/L 氯化鈉 310 氯化鈉 305 鈣離子 鈣離子 鎂離子 鎂離子 水不溶物 水不溶物 硫酸根離子 硫酸根離子 氯酸鈉 氯酸鈉 氯氣 氯氣 水 水 合計(jì) 次氯酸 合計(jì) 鹽水二次精制的物料衡算 流程：一次鹽水 → 除 次氯酸 → 過濾 → 調(diào)節(jié)ＰＨ → 螯合樹脂吸附 29 除次氯酸 一次精制鹽水中 HClO的濃度為 ，反應(yīng)后鹽水中剩余 Na2SO3配置濃度為 5%（ wt）Na2SO3濃度為 。 305= m3/h ⑤ 每小時(shí)共需 5%的 Na2SO3溶液： hkg /%5 . ??? ）（ 過濾（ 除水不溶物 SS） 除水不溶物使用α－纖維素，加入α－纖維素為 ， SS：α－纖維素 =1:1 添加 每小時(shí)過濾鹽水 ，則含 SS為： 則：每小時(shí)添加 －纖維素 。 因?yàn)樵?60℃時(shí)， KW={C(H＋ )}{C(OH)－ }= 10－ 13 所以， OH－ = 10－ 3mol/L 加入過量 Na2CO3為 ，即 10－ 3mol/L 加入過量 NaOH 為 g/L，即 10－ 3mol/L 30 因?yàn)樵谌芤褐校l(fā)生如下反應(yīng)： ?23CO + H2O HCO3－ +OH－ 查無機(jī)化學(xué)根據(jù)酸堿平衡，查得 Ka(HCO3－ )= 10－ 11 112313233 )( )()( ????? ????? COKCOK KH COKa bb W 所以： 323 )( ?? ??COK b ?23CO ＋ H2O HCO3－ ＋ OH－ x?? ? x x 所以： 332 ?? ???? xx 解得： X= 103 則溶液中總 OH為： 10－ 3+ 10－ 3+ 10－ 3= 103mol/L 其 PH 值為： Lm olCH / 11313)( ????? ??? PH=－ lg( 10－ 11)= OH－ 的摩爾流量： 10－ 3 = mol/L 在一次精制時(shí)剩余量為： － =一次鹽水體積流量： COH－ =247。即 10－ 5mol/L 由于其含量對(duì)溶液 pH影響不大，故忽略。 31% = kg/h 純水添加量：純水加入后，鹽水濃度降至不低于 300g/L 為好，入口濃度為 305g/L，則加入 Xm3純水后設(shè)鹽水中 NaCl 含量降至 303g/L 1m3 303 kg/m3 = (1+X)m3 303kg/m3 X =2/303 = 103m3 則總共需加入鹽水量： 103 = m3/h 60℃時(shí)ρ水 =，則加入水質(zhì)量 = kg/h 加入 31%鹽酸中含水 － = kg/h 故實(shí)際加入純水量為： － = 加水后對(duì) pH值影響： 根據(jù) OH摩爾量守恒： 10－ 3 = COH－ ( + 103) 所以， COH－ = 10－ 3kmol/m3 101033 1033 313 ????????? ???? ?? 即，加入純水后，對(duì) pH 值無影響 。 表 55 二次精制鹽水物料平衡表 : 32 進(jìn)口物料 出口物料 輸入 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 輸出 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 氯化鈉 305 氯化鈉 303 鈣離子 鎂離子 硫酸跟離子 水不溶物 硫酸根離子 氯酸鈉 氯酸鈉 水 氯氣 水 合計(jì) 次氯酸 補(bǔ)充水 合計(jì) 一次鹽水 Q1（ 60℃）、 回收淡鹽水 Q2（ 30℃）、補(bǔ)充水 Q3（ 30℃）、加熱換熱 Q二次鹽水 Q5（ 60℃）、熱損失 Q6 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 無機(jī)卷》知 60℃時(shí) NaCl 的比熱容 KJ/(), 31％HCl30℃是比熱 KJ/() 一次鹽帶入熱量 Q1 = 60 = 31％的 HCl帶入的熱量 Q2 = 30 = KJ/h 補(bǔ)充水 30℃時(shí)比熱 KJ/(), Q3= 30= KJ/h 換熱器帶入熱量 Q4，則由能量守恒 :總輸入 Q= 總輸出 Q=Q1+Q2+Q3+Q4=+Q4 二次鹽水帶出熱量 Q5= 60 = KJ/h 熱損失 Q6 設(shè)熱損失為二次精制系統(tǒng)輸入熱量的 1％則 Q6= 總輸出 Q Q = Q5+Q6 = + 總輸入 + Q4=+（ + Q4） 33 解得 Q4= KJ/h Q6= KJ/h 則總熱量 Q = KJ/h 表 56 二次鹽水能量平衡表 輸入 輸出 一次鹽水 Q1 KJ/h 31％ HCLQ2 補(bǔ)充水 Q3 KJ/h 熱損失 Q6 KJ/h KJ/h 換熱器 Q4 合計(jì) KJ/h KJ/h 合計(jì) KJ/h 電解槽工段的物料橫算 電化學(xué)反應(yīng)陽極： 2Cl－ － 2e → Cl2 ↑ 4OH－ － 4e → O2↑ +2H2O 6ClO－ ＋ 3H2O－ 6e → 2 +4Cl－ ＋ 6H＋ + O2↑ 陰極反應(yīng)： 2H2O + 2e → H2 ↑ +2OH－ 流入電解槽精制鹽水的計(jì)算 設(shè)電解液的規(guī)格 NaCl 200g/L ρ =℃ 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 ↑ + Cl2 ↑ Kmol/h: Kg/h: 34 設(shè)流出食鹽水中 NaClO3含 Kg/h，即生成 NaClO3為 ： – = Kg/h = 103 Kmol/h 3Cl2 + 6NaOH → NaClO3 + 5NaCl + H2O kmol/h 103 103 kg/h 設(shè) Kg/h 即 : Cl2 + H2O → HCl + HClO 根據(jù)反應(yīng) ： Cl2＋ H2O HCl＋ HClO kmol/h kg/h 由于電解率為 46％則 電解后流出食鹽水溶液中 NaCl 含量為： (1－ 46%)+ = kg/h 實(shí)際生產(chǎn) NaOH 為： － = kg/h Cl2在水中， 80℃時(shí)溶解度為 ； 90℃為 所以在 85℃時(shí)，溶解 度 為 (+)/2= g/100g 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 無機(jī)卷》得， NaCl 溶液密度： 80℃時(shí)， ； =； 100℃時(shí)， ； 溶液ρ =應(yīng)用內(nèi)插法可得： 85℃， ： 8585 .31071 .2108485100 8085 ?? ????? 解可得：ρ 85=85℃， ： //8585 .4108 6 .3109 985100 8085 ?? ????? 解可得： ρ / =85℃， 200g/NaCl水溶液密度： 35 0 85? ???? ? 解可得：ρ =流出食鹽水溶液的體積流量 V=247。 32% 68%= kg/h 流出陰極液的氫氧化鈉生成量見表 59： 表 59 流出的陰極液 ： 成分 流量 (kg/h) 濃度 (%wt) 氫氧化鈉 32 水 68 合計(jì) 水的計(jì)算 應(yīng)加入的純水為： 流出－流入 =++++－ －= kg/h 37 pH的計(jì)算 二次精制鹽水的 pH 為 10，則 L/m ol10C 10H ??? Lm olC H / 310 13 ?? ? ????? 在反應(yīng)中生成 H+為 ： 則在總?cè)芤褐惺Ｓ?H+為： － = mol 在流出食鹽水溶液中含 H+為： hol / ????? 流出總質(zhì)量流入總質(zhì)量 流出食鹽水中 ?HC = 10－ 4mol/L 所以： ? ? 4 ???? ??HC 表 510電解槽的物料平衡表： 進(jìn)口物料 出口物料 輸入 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 輸出 成分 質(zhì)量流量 kg/h 濃度 (g/L) 氯化鈉 303 氯化鈉 200 硫酸根離子 氯氣 氯酸鈉 氯酸鈉 水 氫氣 補(bǔ)充水 合計(jì) 氫氧化鈉 32wt 水 補(bǔ)充水 合計(jì) 38 第六章 設(shè)備選型 鹽水過 濾器 碳素管過濾器 設(shè)備特點(diǎn)：殼體為碳鋼，內(nèi)襯低鈣鎂硬橡膠 (Ca2+、 Mg2+≤ 300 l0－ 6)，過濾元件為燒結(jié)碳素管。 鹽水過濾器規(guī)格年產(chǎn) 2 萬噸燒堿的鹽水過濾器的設(shè)備直徑為φ 1100mm(主 要根據(jù)過濾面積計(jì)算定 )，總長(zhǎng)度為 4600mm。 生產(chǎn)企業(yè)：北京化工機(jī)械廠 螯合樹脂塔 螯合樹脂塔介紹 設(shè)備特點(diǎn)：螯合樹脂塔 (見圖附錄 1)的殼體為碳鋼，內(nèi)襯低鈣鎂硬橡膠 (Ca2+， Mg2+≤ 300 10－ 8)。 裝入塔中樹脂量與該樹脂容量有關(guān)：裝入塔內(nèi)的樹脂一般為 ，填入高度39 大約是 1050mm。年產(chǎn) l2 萬噸燒堿的整合樹脂塔直徑為φ l050mm，總長(zhǎng)度為 4000mm。 脫氯塔選型 影響真空脫氯的因素較多。工藝方面主要有：真空泵循環(huán)水的質(zhì)量，淡鹽水的流量，匹配的管徑。設(shè)備方面主要有：填料塔 及安裝的填料、除沫、噴淋裝置，真空泵及氣液分離。 填料的選擇 填料的基本要求： ① 傳質(zhì)效率高，能提供較大的氣液接觸面，亦即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易被液體潤(rùn)濕 (只有潤(rùn)濕的表面才是氣液接 觸面 )； ② 填料層間的孔隙率大，以利于提高生產(chǎn)能力，降低氣體壓降； ③ 不易引起偏流和溝流； ④ 具有良好的耐腐蝕性、較高的機(jī)械強(qiáng)度和必要的耐熱性； ⑤ 取材容易、價(jià)格便宜。 真空脫氯塔的填料 一般以拉西環(huán)作為主體，瓷環(huán)占相當(dāng)大的比例。不利于氣液的流動(dòng)與接觸，因而使拉西環(huán)參與傳噴的有效面積降低，流體分布不均勻。鮑爾環(huán)的氣液分布較拉西環(huán)均勻，兩相接觸面積增大，傳質(zhì)效率隨之提高。同樣的壓降情況下，鮑爾環(huán)處理量比拉西 環(huán)大 50％以上。 利用廢棄金屬陽極網(wǎng)經(jīng)加工可以形成類似卡依填料和θ網(wǎng)環(huán)的填料。和鮑爾環(huán)的性能具有可比性。 計(jì)量泵的選擇 ① 確定壓力：所選取計(jì)量泵的額定壓力要略高于所需要的實(shí)際最高壓力，一般高出 10～ 20％。 ② 確定流量：所選取的計(jì)量泵流量應(yīng)等于或略大于工藝所需流量?？紤]到經(jīng)濟(jì)實(shí)用，建議計(jì)量泵的實(shí)際需要流量選擇為計(jì)量泵額定流量的 70～90％。 根據(jù) α 纖維素溶液的性質(zhì)，選擇 JMW32/ 型計(jì)量泵。 泵工作時(shí)，需要注意以下兩個(gè)方面： ① 盡可能要求在高 效區(qū)內(nèi)，也就是在臨界真空度或臨界排氣壓力的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。在此區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，不僅效率極低，而且工作很不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。汽蝕會(huì)導(dǎo)致泵體、葉輪等零件的損壞，以致泵無法工作。如果真空度或排氣壓力較高，單級(jí)泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求性能曲線在較高真 空度時(shí)較平坦，可選用兩級(jí)泵。 如果只作真空泵用，則選用單作用泵比較好。 如果僅作較大氣量的壓縮機(jī)使用，則選用雙作用的泵比較合適。 二、根據(jù)系統(tǒng)所需的氣量選擇真空泵 初步選定了泵的類型之后，對(duì)于真空泵，還要根據(jù)系統(tǒng)所需的氣量來選用泵的型號(hào) 。 43 結(jié)論 在老師及同學(xué)的幫助下，我完成了這次的設(shè)計(jì)，通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)氯堿行業(yè)有了很多的認(rèn)識(shí)，并且有些關(guān)于氯堿行業(yè)節(jié)能減排的想法。 由于使用氯化鋇法，氯化鋇消耗過大，并且 氯化鋇法面臨積渣問題，而 且 收集硫酸 鋇 須有一套裝置 (漿液干燥機(jī) )，所產(chǎn)硫酸 鋇 純度、白度不夠高，經(jīng) 濟(jì)價(jià)值低 ，所以正在逐漸的被淘汰 ，隨著氯堿產(chǎn)能的大幅提高，膜法受到越來越多的廠家所推崇。在螯合樹脂塔串聯(lián)處理 Ca2+、 Mg2+時(shí)，可在首塔基于超標(biāo)時(shí)，再進(jìn)行反洗，來節(jié)約成