年产40万吨烧碱项目初步设计说明书.docx

年产40万吨烧碱项目初步设计说明书重庆理工大学化工工艺设计初步设计说明书学 院： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 学生姓名： 学 号：设计题目： “年产40万吨电解制烧碱”项目设计起迄日期: 2015年10月13日2015年10月30日 指导教师: 年产40万吨烧碱项目初步设计说明书目录第一章 总论11.1 设计依据和原则11.1.1 设计依据11.1.2 设计原则31.2工艺比较31.2.1离子膜电解工艺技术先进性4第二章 项目内容62.1项目采用方法6第三章 工艺介绍143.1全场总工艺流程草图143.2工段介绍143.2.1 化盐及一次盐水精制（凯膜）153.2.2 二次盐水精制（螯合树脂）173.2.3 电解工序183.2.4 淡盐水脱氯工序183.2.5氯氢处理193.3 部分设备选型20第四章 工艺计算224.1盐水精制224.1.1一次盐水精制224.1.2二次盐水精制264.2电解物料衡算284.2.1.电解槽的工艺计算284.2.2氢气的工艺计算（洗涤冷却塔内）314.3螯合树脂塔再生计算334.3.1再生周期334.3.2再生周期计算344.3.3树脂塔设计计算34第五章 典型设备计算（以换热器e0303为例）385.1概述385.2分类与特性385.3换热器选型405.4换热器的选型计算44第六章 主要副产物、污染物、污染源分析及处理516.1 废水516.2 废渣526.3 废气526.4 噪声处理52第七章 项目总结55第一章 总论自20世纪90年代以来 , 随着造纸 、纺织 、洗涤剂等行业的发展 ,世界烧碱需求一直呈上升势头 。1995年全球烧碱需求总量为 3 950万 t , 到 2005年全球烧碱需求量达到 5 117万 t 。 1995 2000年全球烧碱需求量年平均增长率为 2. 0%, 2000 2005年增长率为 2. 4%。据 中国化工市场信息 有关资料中专家的预测 , 2005 2008年需求量年均增长率约在 3. 4%。据统计 ,在世界范围内的烧碱消费构成中 ,化学工业所占比例呈上升趋势 ,其中有机化学品消费烧碱约 21%,无机化学品领域对烧碱的需求排名第二 ,占 18%, 造纸行业占16%,其他领域占45%，据中国氯碱工业协会统计 , 2005年我国烧碱生产企业共有大中小型 246家 , 总生产能力约在 1 340万t a-1 ,遍及全国除西藏以外的 29个省 、市 、自治区 。大中型企业主要分布于沿海东部地区 ,中部和西部地区企业较少 。我国 1999年和 2000年产量分别达 556. 9万 t 和667. 9万t ,比上年分别增长9. 5%和 19. 9%,其增长幅度较大。到2005年烧碱产量达到 1 240万 t , 1998 2005年烧碱产量年均增长率为 13. 57%, 说明近几年聚氯乙烯的快速发展对氯的需求量大幅增长 , 刺激了烧碱的生产 ,使其产量大幅提高 。 近两年国内迎来了第二次烧碱产业的扩产潮，因此提高烧碱产量刻不容缓。1.1 设计依据和原则1.1.1 设计依据（1）重庆去理工大学课程设计要求以及任务书；（2）中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规；（3）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定（2005年版）及有关专业国家标准；（4）中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要；（5）化工企业安全卫生设计规定 （hg20571-95） （6）石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范 （sh3063-1999） （7）石油化工企业设计防火规范 （gb50160-92，1999年版） （8）化工企业总图运输设计规范 （hg/t 20641-1998） （9）化工工厂总图运输工图设计文件编制深度规定 （hg/t 20561-1994） （10）石油化工行业标准：企业厂区总平面布置设计规范 （sh/t 3053-2002） （11）压力容器安全技术监察规程 （1999年版） （12）工业粉尘排放标准执行 （gb16297-1996） （13）工业锅炉大气污染执行 （gb13271-2001） （14）工业企业设计卫生标准 （gbz1-2002） （15）污水综合排放标准执行 （gb8978-1996） （16）大气污染物综合排放标准 （gb16297-1996）（17）危险废物焚烧污染控制标准 （gb18484-2001） （18）工作场所有害因素职业接触限值 （gbz 2-2002） （19）建筑设计防火规范 （gbj16-87，2001年版） （20）建筑物防雷设计规定 （gb50057-94，2000年版） （21）建筑照明设计标准 （gb50034-2004） （22）爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 （gb50058-92） （23）工业企业厂界噪声标准执行 （gb12348-1990） （24）石油化工企业设计防火规范 （gb 50160-2008） （25）建筑设计防火规范 （gb 50016 2006）1.1.2 设计原则（1）认真贯彻落实国家基本建设的有关政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资；（2）采用成熟而先进可靠的工艺生产技术，确保操作运行稳定、能耗低、三废排放少、产品质量好；（3）严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全；（4）注重环境保护，设计中选用清洁生产工艺，在生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，严格执行“三废”治理、“三同时”的方针；（5）坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证；（6）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准；（7）充分依托现有条件和发展形势，有效地控制工程总投资，加快建设进度，降低产品的生产成本，以使本项目达到较好的经济效益。1.2工艺比较目前世界上生产烧碱的方法有4种:隔膜法、水银法、离子膜法、苛化法。隔膜法、水银法和离子膜法都是通过电解盐水生产烧碱;而苛化法则是以石灰和纯碱为原料制取烧碱。（1）苛化法目前仅在少数地区采用,我国苛化法烧碱仅占总产量的1.5%左右，已逐渐被淘汰。（2）水银法烧碱含盐量低, 产品浓度高, 质量好, 但是该法对环境污染严重, 其汞害对人体有很大危害, 联合国环境保护组织已要求逐步取代该法。（3）隔膜法在国内外均广泛采用, 该法早期为石墨阳极电解槽, 在组装电槽中会产生大量铅和沥青烟雾, 在操作中会生成石棉绒碱性污水和石棉绒粉尘, 同时该法能耗非常大, 因此从20世纪70年代国内外开始用金属阳极电槽取代石墨阳极电槽。目前发达国家已完全淘汰石墨阳极电解槽。与石墨法相比, 金属阳极隔膜法在技术上有了很大的提高, 但能耗依然较高, 产品质量较差, 同时仍存在一定的石棉绒污染问题。（4）离子膜法烧碱是当今世界各国氯碱工业大力发展的先进清洁生产技术，该方法制出的碱液浓度高、含盐低、能耗低，无汞、铅、石棉绒污染，投资省，从发展趋势来看，离子膜法制碱工艺充满了生机，所占比例逐年增长，已成为世界氯碱工业的发展方向。各种生产方法的特征比较见表1-1。表1-1 各种硝酸生产工艺的特征1.2.1离子膜电解工艺技术先进性离子膜法制烧碱与隔膜法、水银法比较其优点如下：（1）产品质量优。高纯烧碱产品的含盐量低于5010-6，符合合成纤维、医药、水处理及石油化工等行业用碱要求。氯气纯度高，氯气中含氧、氢低，氯气纯度高达98.5%99.0%，如进槽盐水加酸，则氯中含氧0.8%；即使进槽盐水不加酸，氯中含氧也只在1.0%1.5%之间；同时氯中含氢约在0.1%以下，不仅能保证液氯生产的安全而且能提高液化效率。此外，离子膜法电解产生的氢气纯度高，含氢高达99.9%，对合成盐酸生产，提高氯化氢纯度极为有利。（2）生产成本低，工艺流程简单。由于离子膜法电解液浓度高, 因此不需要蒸发工段即可获得30%以上的产品。（3）能耗低。其直流电耗可降至2 150 kwh/t 以下，并直接制得32%以上的高纯度烧碱，因此，总能耗比隔膜法低25%30%，比水银法低15%20%。（4）无公害污染。水银法有公害，隔膜法有石棉绒的污染，如果是石墨阳极电解槽还有铅污染。而离子膜法电解制烧碱根除了上述有害物的污染，清洁生产，利于保护环境。（5）生产稳定。离子膜法制烧碱，生产稳定性比隔膜法、水银法都高。离子膜电解槽，尤其是单极槽更适应较大的电流负荷波动范围。（6）投资省。在国外离子膜法电解装置的投资比隔膜法节省20%左右，比水银法节省10%左右。国内随着离子膜法制碱技术和装置（含膜）的国产化率提高，其投资成本正在逐渐降低，并最终会低于水银法和隔膜法的投资。（7）占地少。根据现有的离子膜法装置和隔膜法装置比较，离子膜法电解装置占地约为隔膜法的一半左右。本项目采用离子膜法制烧碱，选用复极式电解。第二章 项目内容原料的选择应该满足环境友好型、成本经济性和来源稳定性三要求。本项目中所涉及到的主要原料及成分见下表。原料：原盐消耗量：65万t/年表2-1原盐组分组成表组分氯化钠钙离子镁离子硫酸根离子水不溶物水含量(%)96.80.360.031.360.950.5本项目烧碱的生产规模为40万吨/年，产品以32%液碱为主。即已知年产100naoh12.8万吨，年生产天数为300天，连续运转。则naoh质量流量：128kt/a=12810/(30024) =17777.778kg/h。 产品：40万吨每年32%的液碱，联产11.341万吨每年的氯气，0.32万吨每年的氢气，规格：液碱（32%，含盐量低于5010），氯气（99%，含氧0.8%，含h0.1%）,氢气（99.9%），能耗：2150kw*h/t (耗电量：每吨100%naoh耗电2150千瓦时)2.1项目采用方法 本项目采用离子膜法制烧碱，选用复极式电解。离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许na+通过，而cl-、oh-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的h2和阳极产生的cl2相混合而引起爆炸，又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo而影响烧碱的质量。精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的naoh溶液）加入阴极室。通电时，h2o在阴极表面放电生成h2，na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有naoh；cl-则在阳极表面放电生成cl2。电解后的淡盐水从阳极导出。nacl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，也微弱电离，因此在溶液中存在na+、h+、cl-、oh-四种离子。当接通直流电源后，带负电的oh-和cl-向阳极移动，带正电的na+和h+向阴极移动。在这样的电解条件下，cl-比oh-更易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出。 阳极反应：2cl-2e-=cl2（氧化反应） h+比na+容易得到电子，因而h+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。 阴极反应：2h+2e-h2（还原反应）电解饱和食盐水的总反应可以表示为：nacl+2h2o=h2+cl2+2naoh1. 本项目采用高密度复极式自然循环离子膜电解槽（1）离子膜法制烧碱电解槽槽型比较 离子膜法制烧碱的电解槽分为单极式和复极式两种 ,其特点对比见下页表 1。与单极槽相比, 复极槽离子膜电解工艺技术方案具有以下优点: 工艺技术和装置均属国际先进水平。单台槽能力大 ,台数少, 便于管理。就本工程生产规模而言, 停一台检修对全厂氯碱平衡影响不大 。氯气纯度较高 ,含氧量低 ,适合后续氯深加工产品的生产 。 复极槽升降电流灵活方便,可根据氯产品的需要和供电情况调整其产量。 复极槽的电流是轴向输入,可以均布在整个电极表面 ; 单极槽的电流是从侧面径向输入的 ,电流分布均匀性比复极槽差。通过对单极式、复极式电槽在技术、经济等方面综合指标的对比 ,本项目拟选用高密度、复极式自然循环离子膜电解槽。项 目单极槽 复极槽安装 联接点多、安装复杂配件少、安装简单供电低电压、高电流高电压、低电流电流分布电流径向输入、电流分布不十分均匀, 但电极内部设置金属导体可使电流分布均匀电流轴向输入, 电流分布均匀停车频繁程度少多槽间电压降大( 30 50 m v )小( 3 m v )母排铜耗量多少阳极更换阳极拆下后可重涂除个别阳极拆下后可重涂外，一般阳极一次性报废 循环方式一般为自然循环、极个别为强制循环强制循环和自然循环均有膜利用率较低, 72% 77%较高, 可达 92%维修管理电解槽数量多、维修量大、费用高电解槽数量少、泄漏点少，维修管理简单方便、费用低占地面积大小电流效率低 高电压效率低高适用范围适用于小规模生产,单台生产能力小 适用于大规模生产,单台生产能力大整流投资多少停车影响单槽故障对系统影响小、开工率高 单槽出事故对系统影响大膜漏检查膜损坏及单槽出事故不易检查 膜破漏易检查和检修，有自动保护装置2采用日本旭化成自然循环离子膜电解槽 离子膜电解槽电解液循环分为自然循环和强制循环两种,各有优缺点 。目前, 除美国 e l t e c hs y s -t e m s 公司 m g c 单极槽 ( 阴极液 ) 、日本旭化成复极槽及德山曹达复极槽曾采用强制循环外, 其余电极槽均采用自然循环。从使电解液浓度均匀 、 提高 i /c比值( i 为平均电流密度 , m a /c m2; c 为电解槽流出阳极液浓度 , m m o l /c m3）、 防止极化和避免膜出现干区等方面考虑, 采用强制循环较好。但强制循环不仅多消耗动力, 而且由于电解槽 ( 旭化成强制循环复极电解槽) 操作压力高 ,电解液循环量大 ,压差大并不十分稳定 ,停车联锁点多等原因,使膜的寿命缩短。如美国杜邦膜用在自然循环槽上, 最长寿命8年以上,而用在旭化成强制循环槽上, 寿命仅为 3 6年。从降低电解槽操作压力 、降低和稳定电解槽压差 、延长膜寿命等方面考虑 ,采用自然循环好; 但一般自然循环 ,物料循环慢, 电解液浓度在短时间内难以十分均匀 。通过采取一些措施 , 自然循环电解槽特别是自然循环复极电解槽, 其循环速度几乎强制循环一样 ,也可以使电解液浓度均匀。（1）. 自然循环方式省电 ,延长离子膜使用寿命 电解槽电极的长宽比合适时 ,电解时产生的氯气和氢气气泡就能迅速上升, 使电解液自然循环而达到加入的盐水或循环碱液 ( 含加入的纯水 ) 同电解液混合均匀的目的。为了使较为均匀的电解液能够均匀分配到各个电解室中, 可以在电解室的进口和出口处设置有效配件, 使得各个电解室的入口和出口处的电解液中的氯化钠浓度或氢氧化钠浓度相差较小。在无特殊的情况下 ,不需要泵来强制循环,从而可节约电力。 旭化成自然循环是直接向阳极室提供饱和盐水, 无外部循环 ,从单元槽直接排出淡盐水。为防止加酸对钛管的腐蚀 ,使相当于二次盐水 15% 的淡盐水进行循环。为控制电解液的温度 , 阴极液要进行少量强制循环 。旭化成自然循环复极电解槽 ,由于在阳极室内部增设导流管 ,虽是自然循环 ,也能使单元槽阳极室内部循环量达到 0. 6 m3/h ,入槽盐水量 0. 14 m3/h ,几乎强制循环相同 ,因此不存在入槽盐水流量减小而影响阳极液氯化钠浓度分布均匀 、降低 i /c 比值及极化问题 。日本氯工程公司大单极自然循环离子膜电解槽, 电流导电箱除使电流分布均匀外,还起到引导作用,它有助于电解液在电解槽内循环 。这种循环效应可以免除外部强制循环,降低了能量的消耗。 由日本氯工程公司和东曹公司联合研制开发的一种新型复极式离子膜电解槽 b i t a ct m , 其复极单元是凸起和凹陷部分呈波纹状交替组成的, 将通常电解槽的分隔板和导电筋板结合于一体 。电解液在由下至上的流动过程中充分混合而使其浓度保持均一的分布 ,可达到延长离子膜使用寿命的目的。b i t a ct m 开发了自然循环系统, 在复极单元阳极的钛板和阳极网之间使用了导流板 ,其内外因重力不同所产生的驱动力致使电解液进行自然循环 。因此, 气体极易从电极上释放出来, 电解液分配均匀 ,从而使离子膜两侧的压力差、溶液流量 、电流分布稳定 。采用自然循环系统免除了外部强制性循环装置, 更为显著的是避免了因电解液供应不足或离子膜与阳极之间的电解液分布不均, 造成离子膜表面盐水浓度不适 , 膜内水含量下降而产生气泡 。自然循环系统所形成均匀的电解液浓度对稳定离子膜性能和延长其使用寿命是必不可少的 。（2）自然循环方式可以避免气体层腐蚀离子膜 离子膜电解槽阳极室上部通电部分气泡率往往高达 90%以上 ,这种气泡若不能及时引出, 则在该处形成滞留气层 。在阳极室的上部如果形成了氯气的滞留层,氯气就会向膜内扩散 ,与阴极室反渗过来的氢氧化钠反应生成氯化钠结晶, 造成膜的恶化 。如果这种现象持续下去就会使膜形成针孔及裂缝 。为了确保电解槽长期稳定地运行, 电解槽产生的氯气应随时导出槽外,以设法避免膜的上部出现干区 。 旭化成强制循环复极电解槽采用大流量强制循环 ,除了保证阳极液氯化钠浓度分布均匀 、 提高 i /c比值、避免极化外 ,还能使阳极产生的氯气及时导出槽外, 加之在阳极上部设置溢流堰 ( 阴极亦如此) ,可使液体湿润离子膜 ,防止干区出现。但强制循环复极电解槽出口软管向上与总管相连, 电解槽出口电解液是向上流入总管,阻力降大。旭化成自然循环复极电解槽采用在单元槽上部非通电部位设置气液分离室 ,在几乎没有压力损失的情况下,从通电部位的上部将气泡和电解液引入 ,及时将氯气引出槽外 ,避免离子膜出现干区,又不因气体流动使分离器液面发生波动,引起振动。 意大利迪诺拉公司自然循环复极电解槽出口增设一个单独的大容量脱气装置 ,即使有泡沫存在也能进行有效气液分离 。发生电源故障时, 即使在夹带的气体组分被完全分离情况下也有足够的液体覆盖离子膜,在流量异常低的情况下也有足够的时间排除故障而不需停车, 纯水单独加到各电解槽而不需要来自贮槽的强制循环; 因此活性阴极上不存在因有泵而被铁类杂质污染的危险 。 德国伍德公司复极式自然循环电解槽阴极液、阳极液的进出口均在单元槽的下部 , 出口管内有一根插入单元槽上部的 p t f e 管将气液导出 , 并在电解室上部设有挡板使电解液维持较高液位, 使膜通电部分尽量浸在液体中 ,阴、阳极室最上部分虽有少许膜未浸在液体中, 但阴、阳极室中间有 p t f e 隔层, 不仅氢气不会进入氯气中 ,而且氯气也不会与氢氧化钠反应生成氯化钠结晶 ,损坏离子膜。氯工程公司大单极电解槽 ( c m e ) , 气体和液体是以层状的溢流方式排出电解槽 , 这种溢流方式由于液面维持在上部槽框, 所以离子膜总是能浸在电解质溶液中,有助于提高离子膜的使用寿命 。氯工程公司和东曹公司联合开发的复极式自然循环电解槽( b i t a c ) 采用溢流方式, 单元槽内的液体和气体呈混合状上升, 在槽顶部的槽框空间自然分离 ,然后气体和液体呈分离开的状态 ,由出口处自然溢流出来。这种溢流方式几乎是在无压力变动的条件下取出气液体 ,而且阳极液和阴极液的液位能保持在较高的位置 ,因而使膜无振动,同时避免了离子膜的通电部位裸露在气体层的问题 ,延长了膜的使用寿命 。（3）自然循环方式有利于避免离子膜振动 膜长期振动及大幅度左右摇摆, 不仅影响膜的强度 ,而且因膜与电极的反复摩擦 ,使膜受到损伤。因此在设计电槽时 ,应想方设法减小膜的振动。设计离子膜电解槽尽量采用自然循环。自然循环可以减小膜的振动,延长膜的使用寿命,如旭化成自然循环复极电解槽,因电槽压力和压差小 ,电解液流量和电流变化对压差影响很小, 压差很稳定。德国伍德公司和意大利迪诺拉公司复极槽 ,因采用的是自然循环,电槽压力和压差小, 压差很稳定 。 单极式离子膜电解槽采用自然循环更是如此 。单极和复极式自然循环电解槽出口放置气液分离器和采取溢流方式,可以稳定电槽出口压力,减小膜的振动 。如氯工程公司大单极 c m e 电解槽采取溢流方式 ,气体和液体以层状的溢流方式排出电解槽, 这种溢流方式结合导电箱中自然循环效应,能将单元槽中的压力波动减到最小, 因而可以使离子膜达到较长的寿命。又如旭化成复极式自然循环电解槽, 采用在单元槽上部非通电部位放置气液分离器并溢流,几乎无阻力降, 不会因气体的流动而使液面发生波动 ,引起振动 。再如意大利迪诺拉复极式自然循环电解槽,在其出口增设一个单独的大容量脱气装置 ,气、液单独排放,保证了最小的压力波动,压力波动降低到仅为 196 392 p a 。还有日本氯工程公司和东曹公司联合开发的 b i t a cm t复极式自然循环电解槽采用溢流方式,使膜无振动 。 自然循环离子膜电解槽 ,因进槽电解液流量和压力都很低 ,电解液浓度在槽内分配均匀是靠槽内气升效应或有特殊装置使其自然循环, 加之电解槽出口一般皆设有气液分离器并采用溢流方式 , 因此电槽压力和压差控制皆低 ,且稳定,故膜振动小 。 强制循环离子膜电解槽 ,一般压力下能减少离子膜的摆动 ,这样既能减少离子膜的摩擦损失 ,又能减少和避免因膜振动而出现的阳极液极化现象 ,从而延长膜和电极的寿命。但强制循环离子膜电解槽 ,因进出槽电解液流量和压力大,电解槽压力控制若太高 ,不仅对电解槽密封要求更严格,而且对电解槽操作也要进一步强化, 否则易使膜受到损伤 。为了使膜紧贴在阳极上不发生振动,又要使膜、 电极和垫片不受到损害 ,不仅要控制电解槽适当的压力,而且要使阴极室的压力大于阳极室的压力, 即保持一定的正压差 。若正压差过小,不仅易使槽电压上升 ,而且使压差波动, 膜因振动而使之受到反复摩擦而损伤 。欲使电解槽压差稳定, 旭化成复极式强制循环电解槽主要控制电解槽出口氯气、 氢气压力,而使氯气 、 氢气压力稳定, 工业生产中采取自动串级调节, 在氯气 、 氢气压力稳定的情况下 , 压差的稳定主要取决于电解液流量的稳定 。 另外 ,旭化成复极式强制循环电解槽,在阴极液侧电解槽出口联接口焊上不锈钢 ( 或镍 ) 插入管以稳定阴极室的压力 。在阳极液侧电解槽出口联接口焊上电解插入管以稳定阳极室的压力。在运转中曾发现阴极出口插入管开焊松动, 造成碱液湍流使膜因振动而损伤 ,后将阴极室出口插入管与槽出口连接口由点焊改成螺扣连接, 可以避免因短节开焊或漏液时出现碱液湍流而造成膜的损伤。（3）采用全氟羧酸磺酸复合离子膜（日本旭化成aciplex膜）（4）离子膜电解槽要求入槽盐水钙离子镁离子均小于0.02mg/l（5）淡盐水脱氯采用真空脱氯法 第三章 工艺介绍3.1全场总工艺流程草图3.2工段介绍 工段：化盐工段，一次盐水精制工段（凯膜），二次盐水精制工段（螯合树脂），电解工段，淡盐水脱氯工段，氢气处理工段，氯气处理工段3.2.1 化盐及一次盐水精制（凯膜） 化盐水经调节温度后从化盐池下部通入, 与经过计量的原盐逆流接触进行化盐, 在化盐池上出口得到饱和粗盐水 。流经折流槽时加入氢氧化钠和次氯酸钠溶液 , 然后自流入粗盐水槽中进行精制反应, 镁离子与氢氧根生成氢氧化镁, 菌藻类 、腐殖酸等有机物则被次氯酸钠分解为小分子 。粗盐水用加压泵送入气水混合器中, 与空气混合后经加压溶气罐 、 文丘里混合器 , 再进入预处理器 。氯化铁溶液也被加入文丘里混合器中与盐水混合后一起进入预处理器, 悬浮于盐水中的氢氧化镁絮凝物、分解为小分子的有机物和部分非溶性机械杂质通过氯化铁的吸附与共沉淀作用被同时除去 。清盐水进入反应槽, 同时加入过量的碳酸钠溶液, 盐水中的钙离子与碳酸根形成碳酸钙沉淀, 然后进行膜过滤分离, 合格的滤过盐水经缓冲槽进入精盐水贮槽, 最后在精盐水中再加入亚硫酸钠溶液除去其中残存的游离氯等氧化性物质 , 得到合格的一次盐水。该盐水由泵送去二次盐水及电解工序 。 将膜过滤器 、 反应槽 、 预处理器 、 澄清桶等截留的盐泥渣浆排入盐泥槽, 用泥浆泵打入板框压滤机 , 压滤后的滤液回收去化盐 , 滤饼作为废渣送出界区外供综合利用 。 凯膜工艺流程图3.2.2 二次盐水精制（螯合树脂）离子膜电解槽要求入槽盐水的 c a2+ 、 m g 2+ 含量低于 0. 02 m g l- 1, 普通的化学精制法只能降到 10 m g l- 1 左右 , 所以必须用螯合树脂进行二次精制。用过滤盐水泵将一次盐水经调节温度后送入螯合树脂塔 , 通过离子交换使盐水中含有的 c a2+ 、m g2+等多价阳离子含量达到规定值 , 合格的二次精制盐水送入电解工序。螯合树脂塔运行一定时间后需用烧碱和盐酸进行再生。再生排出的废盐水经树脂捕集器进入废盐水贮槽 , 用泵送回一次盐水工序再利用 ;再生产生的酸性和碱性废水进入再生废水贮槽 , 用泵送入中和调节池进行处理回收。3.2.3 电解工序盐水二次精制后, 添加部分淡盐水, 经阳极液进料总管以及软管送入各单元槽的阳极室中 。阳极液电解产生淡盐水和氯气 , 经阳极分离器后 ,氯气从淡盐水中被分离出来送氯气处理工序 , 淡盐水流到淡盐水循环槽由泵送去脱氯塔 。阴极液用烧碱液循环泵在各单元槽的阴极室以及阴极液槽之间部分循环。为保持电解液温度在 85 90 , 部分阴极液送入冷却器中进行冷却。成品碱经过调节阀、流量累积仪并冷却降温后送入液碱储槽。电解产生的氢气经分离后送氢气处理工序, 氢气的压力由氢气主管线上的压力计和氯气压力进行串级式控制 。3.2.4 淡盐水脱氯工序从离子膜电解槽中出来的淡盐水需返回化盐系统用于化盐, 由于淡盐水中含有大量的游离氯 ,为减轻其对盐水生产系统设备和管道的腐蚀 。避免造成氯的浪费, 必须脱除淡盐水中的游离氯。通过脱氯塔脱氯后 , 淡盐水中仍含有约 10 100m g l-1 的游离氯 , 需加入还原性物质亚硫酸钠除去淡盐水中剩余的游离氯 , 其原理为 :c l o-+ s o2-3 =s o2-4 + c l- 。从电解槽出来的淡盐水首先加入高纯盐酸调节 p h 值, 然后送入脱氯塔由脱氯真空泵将淡盐水中的游离氯抽出, 氯气经冷却分离后, 回收至湿氯气总管。经过真空脱氯的淡盐水再加入氢氧化钠调节 p h 值 , 并加入亚硫酸钠溶液除去淡盐水中残留的游离氯 , 彻底脱氯后的淡盐水由泵送回一次盐水工序用于配水、 化盐 。3.2.5氯氢处理1、氯气处理由电解槽出来的湿氯气，温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，具有较强的腐蚀性，必须经过冷却、干燥和净化处理。氯气处理系统分为冷却、干燥、输送三部分。冷却选用填料式洗涤塔，能够较好地除去湿氯气带出的盐雾，填料采用cpvc花环。氯气冷凝下来的氯水回收送淡盐水脱氯工序。对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有：a、一段泡沫塔、二段泡沫塔；b、一段填料塔、二段泡沫塔；c、一段填料塔、二段泡罩塔。国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增加硫酸循环量，操作弹性仅为15%，塔板阻力降大，一般为100-200mmh2o，而且开孔的加工精度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。填料塔操作弹性大，易操作，压降小，但投资大，有效塔板数少。泡罩塔的特点介于泡沫塔与填料塔之间，塔板数多，压降与泡沫塔相当，操作弹性比较大。经过对以往经验的总结、比较，应选择二段干燥；一段为填料干燥塔，二段采用泡罩干燥塔。氯气输送设备有两种形式，一种是液环泵，另一种是离心式压缩机。液环泵对氯气含水量要求不苛刻，但动力消耗大，输送量小，出口氯气压力低，适用于生产规模在5万吨/年烧碱能力以下的氯气输送。离心式压缩机具有输送量大、排气压力较高、运转平衡、得以改善工作环境等优点。该设备能量消耗与同气量液环泵相比节电50%，但要求氯气中含水量100wtppm，适用5万吨/年烧碱规模以上的装置输送氯气。氯气处理工艺方案：湿氯气经氯水洗涤，钛管换热器，氯气除盐、降温后经一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯气含水量50wtppm，氯气输送选用大型离心式氯气压缩机。2、氢气处理由电解槽出来的氢气温度高、含水量大、且含碱雾，故必须进行冷却。冷却系统分直接冷却和间接冷却两种，选择氢气洗涤塔直接洗涤冷却降温、列管换热器间接冷却，水环式氢气压缩机输送。3、废氯气处理废氯气处理接纳开、停车时的低浓度氯气和事故状态下氯气系统的泄压氯气，可采用烧碱液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，设备庞大，需连接搅拌，动力消耗高，操作环境恶劣。选择烧碱液循环、冷却、吸收废氯气，制成次氯酸钠溶液。3.3 部分设备选型1 电解槽（5台）型号：nszh-2.7单元槽尺寸：2354*1154单元槽：180对/台运行电流密度：4.5ka/m2设计温度：85-90操作温度：80阳极：钛阴极：镍+活性涂层离子膜：aciplex-f42022 盐水过滤器（5台）型式：滤筒式规格：d1350*5789h过滤面积：12.3m2材料：ss400+hrl3 螯合树脂塔(三塔)型式：立式d401规格：d1050*2500h材料：ss400+hrl全交换容量：1.95mmol/g含水量：52.85%4 压缩机氯气：高压透平压缩机第四章 工艺计算4.1盐水精制4.1.1一次盐水精制（1）原料盐粗算本项目烧碱的生产规模为40万吨/年，产品以32%液碱为主。即已知年产100naoh12.8万吨，年生产天数为300天，连续运转。则naoh质量流量：128kt/a=12810/(30024) =17777.778kg/h=已知原盐组分如表4-1组分氯化钠钙离子镁离子硫酸根离子水不溶物水含量(%)96.80.360.031.360.950.5设电解槽盐水分解率为50%,选择性90%，由化学反应方程式：2nacl+2h2o=2naoh+cl2+h2（主）2 22 1 1副反应：阳极：cl2+h2o=2hcl 阴极：naoh+hclo=naclo+h2o naoh+hcl=nacl+h2o可知则理论上所需nacl质量流量为：17777.7785840= 25777.778kg/h进入电解槽的nacl质量流量为：25777.778（50%90%）=57283.951kg/h则需加入的原盐量：57283.95196.8%=59177.636kg/h因为在盐水精制过程中nacl有损耗，实际生产中加入原盐量需要理论值的1.1倍，所以实际应该加入原盐为：59177.6361.1=65095.399kg/h原盐所带入的各杂质离子的量：ca2+=65095.3990.36%=234.343kg/hmg2+=65095.3990.03%=19.529kg/hso42-=65095.3991.36%=885.297kg/h水不溶物=65095.3990.95%=618.406kg/h水分=65095.3990.5%=325.477kg/h（2）循环淡盐水的计算常温循环淡盐水中nacl含量：57283.951（1-50%）=28641.976kg/h60化盐工段饱和盐水的溶解度为37.3g/100g水， 故加入的水：65095.39937.3100=174518.496kg/h 反应消耗的水的量：8812.916kg/h 生成32%烧碱液带走的水：17777.77832%=55555.556kg/h 故循环淡盐水中水的量：174518.496-8812.916-55555.556=110150.024kg/h 电解槽反应温度控制在80左右，此时循环淡盐水体积流量为113.348m3/h 循环淡盐水组分如表4-2所示表4-2循环淡盐水组分成分氯化钠氯酸钠氯气含量(g/l)2520.91.5=（3）粗盐水的计算已知粗盐水质量浓度为：310g/l则粗盐水中nacl质量流量为：59177.63696.8%+28641.976=85925.928kg/h体积流量：85925.928310=277.180m3/h粗盐水中各杂质离子的量：ca2+浓度234.343277.180=0.845g/l mg2+浓度19.529277.180=0.070g/l浓度885.297 277.180=3.194g/l 水不溶物浓度618.406277.180=2.231g/l naclo3浓度0.9113.348277.180=0.368g/l cl2浓度1.5113.348277.180=0.613g/l（4）除杂这一步骤主要是除去ca2+、mg2+、so2-、水不溶物除ca2+：加入过量na2co3除去ca2+，在60时na2co3过量0.5g/l时，盐水中ca2+含量为0.0044g/l已知ca2+浓度为0.845g/l，剩余0.0044g/l，反应了:0.845-0.0044=0.8406g/l=0.021mol/l 则需要加入na2co3的量为：0.021106+0.5=2.726kg/m3na2co3质量流量为2.726277.180=755.593kg/h 已知用40%na2co3溶液则质量流量为755.59340%=1888.982kg/h 除mg2+:加入过量naoh除去mg2+，在60时naoh过量为0.05g/l时，盐水中mg2+含量为0.00275g/l。已知mg2+浓度为0.070g/l，剩余0.001g/l，反应了0.070-0.001=0.069g/l=0.003mol/l则需加入naoh的量为20.00340+0.082=0.322g/l naoh的质量流量为0.322277.180=89.252kg/h已知用32%naoh溶液则质量流量为89.25232%=278.913kg/h 除 已知的浓度小于一次盐水精制的出口浓度故可不予处理除水不溶物 一次精制盐水中悬浮物质量指标为10mg/l。已知不容物浓度为2.231g/l，应沉降为：2.231g/l-0.01g/l=2.221g/l （5）溶液ph的调节已知从脱氯塔出来的淡盐水ph=1.5，取ph=2，一次精制盐水的要求为ph=10，淡盐水中h+为0.68kmol/h则未调节ph值时溶液中h+浓度为：mol/l=查得在60时，kw=1.33-= 则ph=10时，=1mol/h，所以，=1.33mol/h 则需加入naoh的量为：401.33=0.0532g/l=-加入naoh质量流量为：0.0532kg/m3277.180m3/h=14.746kg/h 加入32%naoh质量流量为：46.081kg/h（6）盐损及盐循环量的计算已知加入的原盐总量为：62042.612kg/h 设一次精制盐量为ykg/h假设盐泥中损失盐量6.2，循环率为45则损失量：()-62042.612+0.45(62042.612-y)0.062 循环量：0.45(62042.612-y)则62042.612+755.593+89.252+0.45(62042.612-y)+14.746=y+0.06262042.612+0.45(62042.612-y)所以，y=kg/h 损失量：3899.8kg/h循环量：900kg/h 4.1.2二次盐水精制 （1） 除次氯酸已知一次盐水中clo浓度小于10mg/l，取8mg/l，反应后na2so3浓度小于0.005g/l，取0.004g/l，发生反应clo+na2so3na2so4+cl- 1m盐水中clo最大摩尔量：8（16+35.5）=0.155mol 反应的na2so3的质量0.155(232+32+48)=19.53 过量的na2so3的质量10.004=0.004kg盐水用量：60000241116.9=1289.283m3/d 已知使用5na2so3溶液，则用量:=396.998618.72kg/d（2）过滤不溶物已知一次盐水中不溶物浓度为0.01g/l，加入体积与盐水中不溶物含量相匹配盐水流量154.5m3/h。其中不溶物总含量：154.510=1545g，则添加10mg/l的-纤维束1545l/h（3）中和及二次精制求解加酸量：设一次盐水ph=10.5，则浓度为mol/l。查表60时，kw=1.33则:=1.33mol/l一次盐水中加入过量na2co3为0.5g/l，即0.5106=4.71710mol/l一次盐水中加入过量naoh为0.082g/l，即0.08240=2.0510mol/l查无机化学根据酸碱平衡，查得ka(hco)=4.710-故：kb(co)=2.83210co h2ohco + oh-4.71710- -x-x x所以：kb(co)=2.83210则：x=3.65510mol/loh总浓度为:1.33+2.0510+3.65510=9.91410-mol/l对应h浓度为：1.33-9.91410-=1.34310ph=10.87将盐水ph调节为9，其中c=1.33110mol/l,需加入的h+浓度为：1.331.331104.0810mol/l。生产1tnaoh需要的浓度为：4.08104.6445%1000=42.069mol。则加入的hcl质量为：0.04236.5=1.533kg/tnaoh，换算为质量流量为11.611kg/h。需要的31%hcl质量为：11.61131%=37.455kg/l.加入水量的计算：纯水加入后，盐水浓度不低于300g/l为好，入口时浓度为315g/l，设加入xm3纯水后盐水浓度将为305g/l。1m3315kg/m3=(1+x)m3305kg/m3解得：x=0.033m3每天需加入的水量：0.0331289.28345%=94.547m3/d，合3.94m3/h。查表得：25时水的密度，=997.08kg/m3,加入水的质量为：3.94997.08=3928.295kg/h加入的盐酸中含水量：37.45511.611=25.844kg/h实际上加