【正文】 向輸入的，通過電流分布筋板可以均布在整個電極表面。為了解決這一問題，需要采取的具體措施是在電極內部設置能夠防腐蝕的金屬導電體，電流經過金屬電導體均勻分布到電極。目前自然循環(huán)占多數，強制循環(huán)占少數。從使電解液濃度均勻，提高I/c比值（I為平均電流密度mA/cm2，c為電解槽流出陽極液濃度mmol/cm3），防止極化和避免膜出現(xiàn)干區(qū)角度考慮，采用強制循環(huán)好。如美國杜邦膜用在自然循環(huán)槽上，最長壽命8年以上，而用在旭化成強制循環(huán)槽上，壽命也只有3~6年。但一般自然循環(huán)，物料循環(huán)慢，電解液濃度在短時間內難以十分均勻。（1）自然循環(huán)方式較強制循環(huán)省電、延長離子膜使用壽命電解槽電極的長寬比只要合適，電解時產生的氯氣和氫氣氣泡就能迅速上升，使電解液自然循環(huán)而達到加入的鹽水或循環(huán)堿液（含加入的純水）同電解液混合較為均勻的目的。既然自然循環(huán)能使電解液濃度較為均勻，在無特殊的情況下，就不需要泵來強制循環(huán)，從而可節(jié)約電力。為防止加酸對鈦管的腐蝕，使相當于二次鹽水15%的淡鹽水進行循環(huán)。旭化成自然循環(huán)復極電解槽，由于在陽極室內部增設導流管，雖是自然循環(huán)，幾乎與強制循環(huán)相同，因此不存在入槽鹽水流量減小而影響陽極液氯化鈉濃度分布均勻，降低I/c比值及極化問題。這種循環(huán)效應可以免除外部強制循環(huán)，降低了能量的消耗。將通常電解槽的分隔板和導電筋板結合于一體。BiTACTM開發(fā)了自然循環(huán)系統(tǒng)，在復極單元陽極的鈦板和陽極網之間使用了導流板，其內外因重力不同所產生的驅動力致使電解液進行自然循環(huán)。采用自然循環(huán)系統(tǒng)免除了外部強制性循環(huán)裝置，更為顯著的是避免了因電解液供應不足或離子膜與陽極之間的電解液分布不均，造成離子膜表面鹽水濃度不適，膜內水含量下降而產生氣泡。4）意大利迪諾拉公司和德國伍德公司復極槽采用的也是自然循環(huán)，雖是自然循環(huán)，但循環(huán)量并不少。如德國伍德公司復極式離子膜電解槽膜壽命最高有8年以上的記錄。在陽極室的上部如果形成了氯氣的滯留層，氯氣就會向膜內擴散，與陰極室反滲過來的氫氧化鈉反應生成氯化鈉結晶，造成膜的惡化。為了確保電解槽長期穩(wěn)定地運行，電解槽產生的氯氣應隨時導出槽外，以設法避免膜的上部出現(xiàn)干區(qū)。但強制循環(huán)復極電解槽出口軟管向上與總管相連，電解槽出口電解液是向上流入總管，阻力降大。3）意大利迪諾拉公司自然循環(huán)復極電解槽出口增設一個單獨的大容量脫氣裝置，即使有泡沫存在也能進行有效氣液分離。在流量異常低的情況下也有足夠的時間排除故障而不需停車。4）德國伍德公司復極式自然循環(huán)電解槽陰極液、陽極液的進出口均在單元槽的下部，出口管內有一根插入單元槽上部的PTFE管將氣液導出，并在電解室上部設有擋板使電解液維持較高液位，使膜通電部分盡量浸在液體中，陰、陽極室最上部分雖有少許膜未浸在液體中，但陰、陽極室中間緊貼膜（陽極側）有PTFE隔層，不僅氫氣不會進入氯氣中（膜發(fā)生針孔或破裂時），而且氯氣也不會與氫氧化鈉反應生成氯化鈉結晶，損壞離子膜。6）氯工程公司和東曹公司聯(lián)合開發(fā)的復極式自然循環(huán)電解槽（BiTAC）采用溢流方式，單元槽內的液體和氣體呈混合狀上升，在槽頂部的槽框空間自然分離，然后氣體和液體呈分離開的狀態(tài)由出口處自然溢流出來。（3）自然循環(huán)方式利于避免離子膜振動膜長期振動及大幅度左右搖擺，不僅影響膜的強度，而且因膜與電極的反復摩擦，使膜受到損傷。1）設計離子膜電解槽盡量采用自然循環(huán)。德國伍德公司和意大利迪諾拉公司復極槽，因采用的是自然循環(huán)，電槽壓力和壓差小，壓差很穩(wěn)定。2）單極和復極式自然循環(huán)電解槽出口放置氣液分離器和采取溢流方式，這樣設計可以穩(wěn)定電槽出口壓力，減小膜的振動。又如旭化成復極式自然循環(huán)電解槽，采用在單元槽上部非通電部位放置氣液分離器并溢流，幾乎無阻力降，不會因氣體的流動而使液面發(fā)生波動，引起振動。還有日本氯工程公司和東曹公司聯(lián)合開發(fā)的BiTACMT復極式自然循環(huán)電解槽采用溢流方式，使膜無振動。4）強制循環(huán)離子膜電解槽，一般壓力下能減少離子膜的擺動，這樣既能減少離子膜的摩擦損失，又能減少和避免因膜振動而出現(xiàn)的陽極液極化現(xiàn)象，從而延長膜和電極的壽命。為了使膜緊貼在陽極上不發(fā)生振動，又要不使膜、電極和墊片受到損害，不僅要控制電解槽適當的壓力，而且要使陰極室的壓力大于陽極室的壓力，即保持一定的正壓差。欲使電解槽壓差穩(wěn)定，旭化成復極式強制循環(huán)電解槽主要控制電解槽出口氯氣、氫氣壓力，而使氯氣、氫氣壓力穩(wěn)定，工業(yè)生產中采取自動串級調節(jié)，在氯、氫氣壓力穩(wěn)定的情況下，壓差的穩(wěn)定主要取決于電解液流量的穩(wěn)定。在陽極液側電解槽出口聯(lián)接口焊上電解插入管以穩(wěn)定陽極室的壓力。通過以上論述、比較的結果表明，電解液自然循環(huán)方式在節(jié)約電力、保持離子膜性能并延長其使用壽命、降低電槽壓力和壓差、易于操作和控制方面較強制循環(huán)方式顯出優(yōu)勢。根據目前設計規(guī)模，考慮生產穩(wěn)定安全性，電解工藝擬設計二條線，單條線滿足20萬噸/年燒堿的生產能力。同時也設原鹽堆場，也考慮化鹽的方式操作。傳統(tǒng)性的一次鹽水精制工藝是采用配水、化鹽，加精制劑反應、澄清、砂濾，然后再經α纖維素預涂敷的炭素燒結管過濾器。該工藝流程成熟，生產運行穩(wěn)定，大多數氯堿企業(yè)一直采用該技術路線。膜過濾器，過濾精度高，可以保證一次濾過鹽水的質量，有效地降低鹽水中固體懸浮物含量≤1wtppm，甚至可低至≤，保證合格的一次精鹽水進入螯合樹脂塔進行二次精制。其工藝路線省去了砂濾器、α纖維素預涂敷的炭素燒結管過濾器，以FeCl3取代了助沉劑聚丙烯酸鈉。經分析比較，一次鹽水精制擬選擇膜過濾工藝技術方案。除硫酸根目前由BaCL2澄清桶工藝和膜過濾工藝兩種工藝。近些年，膜工藝雖然由于其運行成本低，還能生產芒硝，雖然其一次性投資較大，但已被大多數新建氯堿廠接受并應用。 二次鹽水精制及淡鹽水脫氯（1）二次鹽水精制離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的Ca2+、Mg2+含量低于20wtppb，普通的化學精制法只能使鹽水中Ca2+、Mg2+含量降到10wtppm左右。鹽水二次精制工藝包括：螯合樹脂處理Ca2+、Mg2+等多價陽離子的二次鹽水精制工序。塔的運行與再生處理及其周期性切換程序控制，可由程序控制器PLC實現(xiàn)。本工序擬選擇三塔式流程，直接由DCS實現(xiàn)控制。（2）淡鹽水脫氯淡鹽水脫氯有兩種工藝路線：一種采用空氣吹除法，該法脫氯效果欠佳，從淡鹽水分離出來的廢氯氣純度低，無法匯入濕氯氣總管送氯氣處理工序，只能由燒堿液循環(huán)吸收，制成次氯酸鈉溶液。本工序擬選擇真空法淡鹽水脫氯工藝技術。 氯氫處理（含廢氯處理）（1）氯氣處理由電解槽出來的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸汽和雜質，具有較強的腐蝕性，必須經過冷卻、干燥和凈化處理。在隔膜法制堿工藝中，多采用兩段鈦管冷卻器進行氯氣冷卻，其中產生的冷凝液很難處理，曾試用過的一些方法其效果都不理想。近年來離子膜法制堿工藝的應用越來越多，一段鈦冷被填料塔洗滌代替，較好地除去了濕氯氣帶出的鹽霧，填料采用CPVC花環(huán)，比以前的陶瓷填料性能優(yōu)越，更促進了填料塔的廣泛使用。對于干燥部分，在實際應用中已采用過多種干燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有：1）一段泡沫塔、二段泡沫塔；2）一段填料塔、二段泡沫塔；3）一段填料塔、二段泡罩塔。國內應用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔，泡沫塔的特點是結構簡單、造價低、塔板數多；缺點是操作彈性小、不便于增加硫酸循環(huán)量，操作彈性僅為15%，塔板阻力降大，一般為100~120mmH2O，而且開孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩(wěn)定性。泡罩塔的特點介于泡沫塔與填料塔之間，塔板數多，壓降與泡沫塔相當，操作彈性比較大。氯氣依次進入一級，二級填料干燥塔用硫酸從塔頂噴淋進行干燥，嚴格控制各級噴淋硫酸濃度，一段為75%以上，二級為92%以上，使干燥后的出塔氯氣含水量小于100wtppm。如20℃與30℃時在75wt%H2SO4表面的水蒸汽分壓相差一倍，這充分說明一段干燥塔為什么選用填料塔而不用板式塔。最末段干燥選用泡罩塔，其理由一是末段干燥塔要有足夠的塔板數保證干燥質量，二是泡罩塔有較好的操作彈性。另外，如都選用板式塔，除了出一段干燥塔的氯氣溫度不易控制外，還有一個缺點就是干燥系統(tǒng)的阻力降過大，難以滿足壓縮機對進口氯氣壓力的要求，而且正常操作過程中硫酸的酸泥也會增加塔板的阻力。液環(huán)泵對氯氣中含水量要求不苛刻，但動力消耗大，輸送量小，出口氯氣壓力低，適于生產規(guī)模在5萬噸/年燒堿能力以下的氯氣輸送。該設備能量消耗與同氣量液環(huán)泵相比節(jié)電50%，但要求氯氣中含水量50wtppm，適于10萬噸/年燒堿規(guī)模以上的裝置輸送氯氣。氯氣處理及壓縮工藝擬設計二條線，單條線滿足18萬噸/年離子膜燒堿匹配的氯氣處理能力。冷卻分直接冷卻和間接冷卻兩種，本工序擬選擇氫氣洗滌塔直接洗滌降溫、列管換熱器間接冷卻后經水環(huán)式壓縮機提壓至氯化氫合成及鹽酸。（3）廢氯氣處理廢氯氣處理接納開、停車時的低濃度氯氣和事故狀態(tài)下氯氣系統(tǒng)的泄壓氯氣，可采用燒堿液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，設備龐大，需連續(xù)攪拌，動力消耗高，操作環(huán)境差。由于本項目電解工藝、氯氣處理工藝采用二條線工藝，本工序擬設計一條線，滿足36萬噸/年離子膜燒堿廢氯處理能力。高壓法消耗冷凍量少，不需用制冷機，能耗低。因此國內一般采用中、低壓液化方法生產液氯，本工程擬選用中壓液化方法生產液氯。氨制冷是國內老企業(yè)傳統(tǒng)性的工藝技術，其設備多，占地面積大，工藝流程長。本工段擬選擇R22制冷工作介質，螺桿式壓縮機組制冷，氯氣經列管式換熱器被R22間接冷凝液化的工藝流程。選用帶經濟器補償的成套機組，經濟器為液體過冷器，因此帶經濟器螺桿壓縮機的運行效果相當于雙級壓縮制冷循環(huán)，而與雙級壓縮制冷循環(huán)比，其制冷系統(tǒng)大大簡化。氯氣和氫氣的合成反應式如下：Cl2+H2 2HCl+ kcal/mol二合一爐生產的氯化氫氣體經氯化氫冷卻水槽和氯化氫冷卻器冷卻后通過氯化氫分配臺送PVC裝置。尾氣吸收塔采用循環(huán)液吸收來自降膜吸收器的貧氣，尾氣塔內未被吸收的尾氣，被水力噴射泵抽出，微量氯化氫被水吸收，不凝氣體排空。同時此部分水用加壓泵打到尾氣塔中形成吸收酸，再加部分水來補充。其工藝路線可采用二合一石墨合成爐流程。為便于管理，本工程選擇二合一石墨合成爐生產31wt%高純鹽酸。 效數的選擇； 順、逆流工藝流程的選擇；（1）效數的選擇從理論上講，蒸發(fā)器的效數愈多，蒸汽被利用的次數也就愈多，汽耗也就愈低，從而使生產運轉費降低，產品成本下降。目前國內大部分企業(yè)都采用雙效或三效流程。強制循環(huán)蒸發(fā)器的傳熱系數高，蒸發(fā)能力大，但金屬用量較大，增加了循環(huán)系統(tǒng)，也增加了設備的泄漏維修點。降膜蒸發(fā)器具有傳熱系數高、蒸發(fā)強度大、設備緊湊、容易操作控制等特點，在國外離子膜堿液蒸發(fā)中運用相當普遍，國內只有引進裝置使用。旋轉薄膜蒸發(fā)器是國內近年開發(fā)的一種高效蒸發(fā)裝置，與常規(guī)蒸發(fā)器相比，具有以下特點：1）傳熱系數大，蒸發(fā)強度高；2）物料在蒸發(fā)器內停留時間短，不結焦，無污垢；3）適用粘度范圍廣；4）可進行連續(xù)生產，操作彈性大，濃度調節(jié)范圍廣，并且無須洗罐；5）可在較低溫度條件下蒸發(fā)，解決或減緩了濃堿對設備的腐蝕問題，可選用普通的奧氏體不銹鋼制作，降低了設備的投資費用；6）可使用二次蒸汽或余熱，從而降低了能耗，該型式蒸發(fā)器國內已有系列產品，并有可能成為蒸發(fā)設備新的替代產品。但是在順、逆流的選擇時還要受到材質的制約，因為對于逆流工藝流程，濃效蒸發(fā)器處于高溫、高濃度堿的惡劣條件下，蒸發(fā)器的材質就必須選用優(yōu)質金屬材料，如鎳材或優(yōu)質低碳不銹鋼，相應提高了設備的投資。（4）循環(huán)方式的選擇為了得以較高的傳熱系數，在自然循環(huán)與強制循環(huán)的選擇上，推薦采用強制循環(huán)蒸發(fā)器，而近年來出現(xiàn)的不循環(huán)蒸發(fā)器，即升膜、降膜或旋轉薄膜蒸發(fā)器，因其具有優(yōu)良的工藝操作性能，越來越廣泛采用。表412序號項目名稱內 容1流程：效數三效循環(huán)方式不循環(huán)的膜式蒸發(fā)順、逆流方式逆流2蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器3真空設備水環(huán)真空泵4換熱器板式換熱器由上表結論為擬選擇三效逆流降膜蒸發(fā)工藝，生產運行工況良好，產品質量穩(wěn)定，能耗低。 引進技術和進口設備的范圍、內容及理由我國已引進了多套離子膜燒堿生產裝置，在實踐中積累了先進的操作、維護和運行經驗，因此，只考慮引進目前國內制造或材料尚有困難的關鍵設備、管道、閥門、儀器、儀表、離子膜等，其余全部由國內配套供貨。引進這部分的工藝技術并進口主要設備就可以有效地避免工程投資風險，縮短建設周期，降低造價，提高競爭能力，確保裝置一次試車成功和長期生產運行穩(wěn)定。脫氯工序來的部分淡鹽水進入除硝系統(tǒng)，除去系統(tǒng)中過量的SO42。從緩沖罐出來的粗鹽水用泵送入粗鹽水槽，按工藝要求向鹽水分別加入精制劑NaOH溶液和NaClO溶液。反應后的鹽水由加壓泵送至氣水混合器，與壓縮空氣混合后進入加壓融氣罐。由于減壓作用，氣泡大量釋放出來，附著在雜質顆粒上并向上浮起，浮泥在預處理器上部自動排出。反應后的鹽水自流入中間槽，經過濾器進液泵加壓后送入凱膜過濾器，將固體懸浮物降至1wtppm以下流入一次鹽水儲槽，經一次鹽水泵送往二次鹽水精制及電解工段。 二次鹽水精制及電解（1）二次鹽水及電解工段本工段包括：二次鹽水精制、離子膜電解及淡鹽水脫氯三個工序。單套設有3臺離子交換樹脂塔，塔內裝有螯合樹脂，正常時2臺串聯(lián)運行，1臺再生，運行中的2臺離子交換樹脂塔中的第1臺負荷操作除去鹽水中所含微量多價陽離子，第2臺僅起保護作用，通過離子交換，使鹽水中含有的微量Ca2+、Mg2+等多價陽離子含量達到規(guī)定值≤20wtppb。離子交換樹脂塔每24小時進行一次運轉和再生過程的自動切換操作。31%(wt)的高純鹽酸、由電解工序送來的32%(wt)燒堿經過流量測量系統(tǒng)分別和純水相混合配制成所需濃度之后，經程序控制閥進入離子交換樹脂塔內。2）電解工序本工序單條線擬由10（共設計2條線20臺）臺復極式自然循環(huán)電解槽及電解系統(tǒng)附屬設備：淡鹽水受槽、淡鹽水泵、陰極液受槽、燒堿液循環(huán)泵、陰極液冷卻器等所組成。單元槽由金屬陽極、活性陰極、陽極室、陰極室所組成。由鹽水二次精