合肥工业大学化工实习d.doc

化学工程与工艺系实 习 地 点 安徽氯碱集团 姓 名 （学 号） 专 业 （班 级） 指 导 教 师 王忠兵、王百年、徐超 实 习 时 间 2010. 2010. 前言氯碱工业是生产烧碱、氯气和氢气以及由此衍生系列产品的基本化学工业，其产品广泛用于国民经济各部门，对国民经济和国防建设具有重要的作用。科学技术总是不断创新，不断前进，永不停步、永无止境的。作为当代大学生，我们不但要牢固掌握课本上的理论知识，更要将其熟练应用于实际的生产与生活中。实习是每一个大学生的必修课，它不仅让我们学到了很多在课堂上根本就学不到的知识,还使我们开阔了视野，增长了见识，为我们以后更好把所学的知识运用到实际工作中打下坚实的基础。参观实习是大学生学习过程中很重要的实践环节。通过这次参观实习，使我对对化工企业生产的基本流程有了一个初步的了解和认识。通过这次实习报告的撰写，使我学会了综合应用所学知识，提高分析和解决专业问题的能力。本次实习的地点是安徽氯碱化工集团，实习的主要目的是了解：基本的化工安全知识；氯碱生产的单元操作，工艺流程和基本原理；各设备的结构和仪表控制情况；设备厂区的总体布局。概述一、烧碱的性质和用途以电解食盐水溶液的方法，同时制取氯气、氢气和烧碱的工业，成为氯碱工业。它属于化学工业中极为重要的基本工业，也是最为重要的电化学工业之一，在国名经济中占有重要地位。氯碱工业的三种产品都是重要的基本化工原料，烧碱、氯气尤为重要。1、 碱的物理化学性质烧碱即氢氧化钠，又称苛性钠，为白色不透明的羽状结晶，相对密度2.1，熔点3280C,氢氧化钠吸湿性很强，易溶于水，溶解时强烈放热。水溶液呈强碱性，手感滑腻；也易溶于乙醇和甘油，不溶于丙酮。烧碱有强烈的腐蚀性，对皮肤、织物、纸张等腐蚀剧烈；易吸收空气中的二氧化碳变为碳酸钠； 2NaOH + CO2=Na2CO3 + H2O 与酸起中和作用而生成盐。其产品可分为固体烧碱（简称）液体烧碱（简称液碱）及片状烧碱（简称片碱）。2、烧碱的用途烧碱是基本的化工原料“三酸两碱”中的一种，是一种基本的无极化工产品，广泛应用与造纸、纺织、印染、搪瓷、医药、染料、农药、制革、石油精炼、动植物油脂加工、橡胶、轻工等工业部门，也用于氧化铝的提取和金属制品加工。二、烧碱生产方法简介工业上生产烧碱的方法主要有苛化法和电解法。1、 苛化法将10%12%纯碱溶液加入石灰乳后起苛化反应，制取碱（苛性钠）。 Na2CO3 + Ca（OH）2 = 2NaOH + CaCO3苛化后的液体经静置沉降、分离等工序，即得到烧碱溶液，含NaOH近于10%。若再经蒸发浓缩、熬固等工序可得到固体烧碱。2、 电解法电解法生产烧碱是应用电化学原理，在直流电作用下使食盐水溶液发生如下反应 2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2制取烧碱、氯气和氢气。因此，电解法生产烧碱又称为氯碱工业。根据选用电极材料的不同，又分为隔膜电解法、水银电解法（又称汞阴极法）和离子膜法。由于近代化工行业的飞速发展，对高纯度烧碱和率的迫切要求，苛化法已被电解法所取代。（1）隔膜法 隔膜法电解是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，把阳极产生的氯与阴极产生的氢氧化钠和氢分开，以免它们混合后发生爆炸和生成氯酸钠。由于过程产生的氯和烧碱是强腐蚀性物质，因此阳极材料和隔膜材料的选择是隔膜法工业生产中的关键性问题。 隔膜法电解槽制得的电解液含NaOH10%左右，经蒸发后可获得含NaOH50%左右的液碱，该法能耗较大，而且石棉隔膜使用寿命短且有害。（2）水银法 水银电解槽由电解室和解汞室组成。在汞阴极上，Na+放电生成金属钠，立即与汞作用得到钠汞齐。 Na+ + nHg + eNaHgn 钠汞齐从电解室排出后，在解汞室中与水作用生成氢氧化钠和氢气 NaHgn + H2ONaOH+12H2+nHg由于在电解室中产生氯气，在解汞室中产生氢氧化钠和氢气，因而阳极产物和阴极产物分开的关键问题得以解决。水银法的优点是电解槽流出的溶液产物中NaOH浓度较高，可达50%（质量分数），不需蒸发增浓。产品质量好，含盐低，约0.003%（质量分数）。因水银是有害物质，此法已逐渐被淘汰。（3）离子交换膜法 该法用离子膜将电解槽的阳极室和阴极室隔开，在阳极上和阴极上发生的反应与一般隔膜法电解相同。但离子膜的性能好，不允许Cl-透过。因此，阴极室得到的烧碱纯度高，其电能和蒸汽消耗与隔膜法和水银法相比苛节约20%25%,而且建设投资、环境保护等方面均优于其他方法。因此，离子膜法是氯碱工业的发展方向。三、烧碱工业概况早在19世纪初，人们已经研究烧碱生产的工业化问题。1884年开始在工业上采用石灰乳苛化纯碱溶液生产烧碱，但其产量较小，目前仅有个别小厂还用此法。1890年德国在哥里斯姆建成的世界上第一个工业规模的隔膜电解槽装置投入生产；1892年美国人卡斯勒发明汞阴极电解槽。第二次世界大战后，随着氯碱产品从军用生产转入民用生产，以后石油化工的迅速发展，氯的需求量大幅度增加，更加促进了氯碱工业的发展。1966年美国开发出宇宙技术燃料电池用的全氟磺酸金属阳极的隔膜电解槽，为隔膜电解槽工艺技术的发展开辟了新纪元。1975年世界上第一套离子交换膜法电解装置在日本旭化成公司投入运转。中国最早的隔膜法氯碱工厂是1929年投产的上海天原电化厂。国内第一家汞阴极法氯碱工厂是锦西化工厂，并于1952年投产。1974年我国在上海天原化工厂首次采用的金属阳极电解槽投入工业化生产。1986年我国甘肃盐锅峡化工厂引进第一套离子膜烧碱装置投产，1990年上海又建成年产15万吨烧碱装置，并投入云装。离子交换膜法电解烧碱技术在我国已迅速发展起来。氯碱工业的发展趋势体现在两个方面。一方面是氯产品的发展是氯碱工业发展的主要推动力，其发展过程主要是由无机氯产品向有机氯产品的方向变化。另一方面的趋势是电解生产法的发展，其核心设备电解槽的发展总趋势受环保和节能两个主要因素的制约。因离子膜法能耗低，质量高，又无汞和石棉的污染，将是氯碱工业的发展方向。1949年中国烧碱年产量仅为1.5万吨，到1995年烧碱的总生产能力为450万吨，其中离子膜烧碱占55%以上。本次实习主要在安徽氯碱集团的电化工段进行，电化工段主要布置如下本次实习主要对其中的化盐；隔膜法电解；离子膜法电解；氯气、氢气处理；片碱工段进行参观和学习。一、化盐工段一、实习任务：1、掌握盐水处理工段的工艺原理；2、掌握盐水处理工段的工艺流程和工艺指标；3、掌握盐水处理工段生产设备的作用及工作原理。二、工艺原理：天然的矿盐中的主要杂质包含不溶性固体杂质、Ca2+、Mg2+、SO42-。盐水处理工段的主要目的就是除掉盐中的这些杂质。不溶性固体杂质的除去比较简单，可以直接在澄清桶中沉降，而对于Ca2+、Mg2+、SO42-则需要通过各种化学、物理的方法除去。盐水处理工段中首先是是将固体矿盐溶解，在盐水中加入沉淀剂，先加入的是Na2CO3发生如下的化学反应：Ca2+ + CO32+ = CaCO3 Mg2+ CO32+ = MgCO3 这样可将大部分的Ca2+及部分的Mg2+转化为CaCO3、MgCO3沉淀，然而由于MgCO3的溶解度较大，还有相当一部分Mg2+未除去，可再加入NaOH溶液，发生以下化学反应：Mg2+ 2OH- = Mg (OH)2 对于SO42-可以通过两种方法来除去，老的化学方法是加BaCl2溶液，较新的先进的方法是冷冻膜分离法。（安徽氯碱厂原来用加BaCl2溶液的方法，但现在的原料盐里的SO42-含量较少，可以不去除，故现在不加BaCl2了）这样盐水中的大部分的杂质都是以难溶物的形式存在于粗盐水中，再将粗盐水引入澄清桶中，在固体颗粒自身重力和助沉剂聚丙烯酸钠的作用下进行沉降。但是由于澄清桶是通过固体颗粒自身的重力进行沉降的，所以从澄清桶中出来中出来的盐水仍含有很多没有沉降的细小的杂质颗粒。这样一些小颗粒的去除就用到了一个过滤装置无阀滤池（其结构和工作原理在后面会叙述），它可将从澄清桶中出来一盐水进行进一步的除杂，得到精盐水。三、主要工艺指标一次盐水工艺指标NaCl 3055g/l（15）钙镁离子 10mg/lSi 2.3mg/lAl 0.1mg/lI 0.2mg/lBa 0.2mg/lSr 2.5mg/lFe 1mg/lNi 0.01mg/lSO4 5g/lNaCLO3 5g/l游离氯 0SS 1mg/l有机物（折TOC）10mg/lpH 911温度 50比重1.179四、主要工艺流程化盐桶折流槽盐酸Na2CO3NaOH澄清桶盐无阀滤池精盐水聚丙烯酸钠卤水洗涤水淡盐水五、主要生产设备的作用和工作原理1、无阀滤池主要作用：从澄清捅溢流出来的精制盐水，有时仍有少量细微的悬浮物，需要经过无法滤池进一步净化。无阀滤池的工作原理：无阀滤池由过滤器本体(A)，洗水贮格(B)和虹吸系统(C)组成。虹吸系统是进行自动过滤的主要部件。过滤器的上部由集水管2连通洗水贮糟，过滤器内花板上为滤料层，滤料一般用河砂或石英砂，层高约600 mm，花板开孔内有许多薄片组成的滤头防止细砂下漏。 过滤时(图4-12(a)，来自澄清捅的清盐水经进水管1进入过滤器本体，自上而下通过滤料层。盐水中悬浮的细微颗粒被截留在滤料中，过滤后的清盐水通过集水管2向上进人洗水贮槽(B)。洗水储存一定容积后，液面升高，由清盐水出口管4流出去精饮水贮槽。 反洗时(见图4-2(b)，随着过滤时间的延长，滤料层截留的杂质增多，阻力加大，虹吸反洗管内的液面不断上升，当液位上升至C处，有一小股盐水从虹吸辅辅助管5流出，虹吸反洗管中的空气被辅助管5中的液体带出。当虹吸反洗管的下液管内真空达到一定程度时，大量盐水流下，形成虹吸作用，洗水贮槽贮存的清盐水通过集水管2、滤料层：虹吸反洗管的上升管和下降管，经水封槽D而流出去盐水收集槽。当池水贮格的液位降低到E点时，空气从虹吸辅助管5进入反洗管的下降管；破坏了真空，虹吸中断，反洗停止。过程自动进入下一个过滤阶段2、澄清桶粗盐水入口溢流盐水澄清桶原理图澄清桶原理图如右图，它是除去大部分的杂质的装置。粗盐水从中间锥形进入澄清桶，由于澄清桶的体积较大，盐水进入后流动缓慢，较大的固体颗粒就慢慢沉降下来。加入的助沉剂聚丙烯酸钠可以起到吸附固体颗粒，使固体颗粒聚集变大，更加易于沉降。盐水是通过外桶的溢流出水。在澄清桶中沉降下来的固体颗粒称为盐泥，由于盐泥的含盐里较高，不能直接排放，所以需先进行洗涤，再用板框压滤机压滤，最后进行填埋处置。该工段有三个澄清桶，有两个工作。折流槽3、折流槽折流槽简图如右图，（折流挡板未画出）它是加沉淀剂的地方，它的进口段高，出口段低，既保证了连续生产，又保证了加入的沉淀剂能与盐水很好的混合，使Ca2+、Mg2+能与沉淀剂能充分的反应，起到很好的助除杂效果。二、隔膜法电解一、实习任务1、了解金属阳极隔膜电解槽的基本构造；2、掌握金属阳极隔膜电解槽的工艺原理；二、工艺原理隔膜法电解是目前电解法生产烧碱最主要的方法之一，所谓隔膜法是掼在阳极与阴极之间设置隔膜，把阴、阳极产物隔开。隔膜是一种多孔渗透性隔层，它不妨离子的迁移和电流通过并使它们以一定的速率向阴极，但可阻止OH-向阳极扩散，防止阴、阳极产物间的机械混合。金属阳极隔膜电解槽顾名思义阳极用的是金属，阴极用的是铁丝网或冲也铁板。当输入直流电进行电解后，食盐水溶液中的部分氯离子在阳极上失去电子生成氯气并逸出。阳极溶液中剩下的钠离子随溶液一同向阴极迁移，注入阴极的电解液，其中的氢离子在阴极得到电子生成氢气，从而进一步促使水电离。溶液中所剩的氢氧根离子与钠离子形成碱溶液，与未电解的氯化钠溶液一起不断自电解槽中排出。新盐水不断得到补充，在电解槽的阳极室进行连续生产。三、主要工艺指标进入电解槽的盐水要求NaCl 320-326g/LCa2+ Mg2+ 5 PPMSO42- 5 g/LpH值 78温度 7080摄氏度电解槽电流45000A每个电解槽压降3.3V左右阴极液NaOH 浓度120g/L左右阴极液NaCl 浓度100g/L左右氯气含量97%98%氢气含量99%左右四、主要工艺流程五、主要生产设备的作用和工作原理隔膜电解槽隔膜电解槽是由阳极组件、阴极组件和槽盖部分组成。阳极组件固定在下部槽底上，并与导电排相联接。该厂使用的是扩张金属阳极。阴极是由铁丝网制成的网袋，焊在铁板外壳上，网袋外部沉积一层均匀的石棉纤维。电解槽上部为槽盖。其中滴流器主要起断电作用，防止管道被电化学腐蚀。阳极室液位较高，主要是防止氯气内含氢三、离子膜法电解一、实习任务1、掌握离子膜电解槽工段的工作原理；2、掌握离子膜电解槽工段的工艺流程；3、二、工艺原理离子膜法电解的核心是离子交换膜。离子交换膜是一种能耐氯碱腐蚀的阳离子交换膜，它由带负电荷的固定离子（如RSO3、RCOO-等），同一个带正电荷的对离子（如H+、Na+）形成静电键。磺酸型阳离子交换膜的化学结构简式为： R-SO3-H+(Na+)O固定离子对离子活性集团中的对离子（Na+）与水溶液中Na+进行交换并透过膜，而活性集团中的固定离子(SO32-)则具有Cl-和OH-使它们不能透过离子膜，从而获得高浓度的氢氧化钠溶液。 离子膜法电解过程如右图所示，饱和精盐水加入阳极室，通电时钠离子可以自由通过交换膜而进入阴极室，而氯离子因受到固定阴离子的同电荷排斥作用难以通过，被阻挡在阳极室。Na+通过阳离子交换膜迁移至阴极室，在此与OH-形成NaOH，Cl-在阳极表面放电产生Cl2逸出，消耗掉NaCl后盐水浓度降低，因此在阳极室将有淡盐水排出。在阴极室，水中的H+放电生成H2逸出，促使水电离，电极反应后剩余的OH-在溶液中与从阳极室迁移来的Na+形成NaOH溶液。因而，需向阴极室补充一定量的去离子水，并通过调节阴极室的去离子水量，可得到一定浓度的烧碱溶液。从以上分析可知，由于离子交换膜的阻隔作用，氯离子渗入阴极室、氢氧根离子反迁移入阳极室的量应是极少的。因此离子交换膜法电解生成的碱液内含盐量极少、碱的质量较高，而且副反应少，使得电流效率更高。三、主要工艺指标一次盐水含盐量为315g/L,pH=10.5-12,由碳素纤维管过滤器出来的过滤盐水的杂质含量1ppm，pH=9+0.5,预热器加热后盐水温度为65+5,经螯合树脂塔后精盐水的杂质含量96% 含氢0.5%氯气出口压力0.20.35Mpa氯气经一级钛冷却器用工业循环水冷却后氯气的温度40摄氏度氯气经二级钛冷却器用冷冻水冷却后氯气的温度12-17，干氯气中含水应200ppm, 进塔硫酸浓度98%出塔硫酸浓度75%进塔硫酸温度12摄氏度氯气压缩时应保持含氢气3.5%。四、主要工艺流程五、主要设备的作用及工作原理1、洗涤塔由于从电解工段过来的湿氯气中含有较多的碱液，故需要用水洗除掉碱液。氯气从塔的底部进入，饱和氯水从塔的顶部进入，汽液两相逆流进行传质。湿氯气含碱液量大大减少。2、钛冷却器主要作用是冷却氯气，由于湿氯气有强烈腐蚀性，故使用耐腐蚀的钛制造3、水雾捕集器用于去除水雾，降低下一步硫酸的消耗量.。其结构如图所示，内部有纤维填料，可阻碍水雾的小液滴运动而将之去除。使用用管式纤维除雾器(见图107)管式纤维除雾器的除雾效率可达到90%99%，压力损失亦较小，且能利用其除下的液滴自行清洗污物。其纤维多用台氟硅油等进行疏水性表面处理，以降低其阻力。4、填料塔使用三台填料塔串联操作氯气在填料塔中和浓硫酸逆流接触，去除水分，浓硫酸在塔底用冷冻水冷却后用泵打到另一塔塔顶，经过三个填料塔后稀硫酸送到废酸槽。5、氢气水洗塔去除氢气中的碱雾6、水环泵对氢气进行加压五、片碱制造一、实习任务1、了解产品基本情况2、了解工段工艺流程3、了解工段相关工艺指标4、了解工段相关设备5、了解工艺原理二、工艺原理液体烧碱在高温下进一步浓缩呈熔融状，再经冷却。成型，制得不同形状的固体烧碱，简称固碱。 膜式法生产片状固碱是使碱液与加热源的传热蒸发过程在薄膜传热状态下进行。这种过程可在升膜或降膜情况下进行 膜式法生产固碱可分为三个阶段。(1) 碱液从32浓度浓缩至48，在降膜蒸发器中进行。加热源采二次蒸汽，并在真空下进行蒸发。(2) 碱液从48%浓度浓缩至56，在降膜蒸发器中进行。加热源采用生蒸汽(3) 56%碱液再降膜浓缩器以熔融盐为载热体，在常压下将56%碱加热浓缩成熔融碱，再经片碱机制成片状固碱。三、主要工艺流程三效蒸发的能量综合利用示意图四、主要工艺指标熔盐配比：NaNO3 7%NaNO240%KNO353%原料碱液进口压力：0.5MPa；蒸汽流量：FI-402：910m3/hFQ-402：910m3/h一效蒸发器进口流量：5.8-6.0m3/h；熔盐EVII进口EVIII进口H1出口熔盐TE-110出口熔盐温度/328152.0381.8393.8392.9碱液浓度 一效 进口32% 出口48%二效 进口48% 出口56%三效 进口56% 出口98%99%糖浓度 5%一效蒸发真空度为0.09MPa五、主要生产设备的作用和工作原理1、 蒸发器：用加热的方法使所含水分蒸发从而达到固液分离的目的。蒸发器包括用来进行传热的加热室及汽液分离的蒸发室（这两部分组成蒸发设备的主体蒸发器），还有使液沫得到进一步分离的除沫器、使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器以及减压操作的真空装置。该车间使用的是三效降膜蒸发器，其中第一效有真空泵抽真空，使溶液沸点降低。2、 片碱机：片碱机是片碱生产的主要设备（结构见下图），熔融碱由三效蒸发器流出后进入片碱机，附着在滚筒上，滚筒内通有冷水，使桶外的熔融碱冷却，并由刮刀刮下，得到成品。3、 糖罐：在该车间内设有糖罐，内有浓度为5%的蔗糖溶液，用于加在料液中与料液中氯酸盐反应，防止高温下氯酸盐腐蚀蒸发器中的镍管。糖浓度过低会使镍管被腐蚀，固碱成品发绿，糖浓度过高会使成品发黑。六、总结，讨论及实习心得实习的四天时间很快的就过去了，在这短短的时间内，我们收获了很多的东西，这些都是我们在学校里和课本上找不到的，现在我已经是大三的学生了，很快就要踏入社会，这些实践性的东西对我们来说是至关重要的，它让我们脱离了书生的稚气，增加了对社会的感性认识、对知识的更深入的了解。 在以前的头脑中，我认为的工作都是很美好的，我想企业和工厂应该都是挺漂亮、挺大起的。现在不都是在讲环保、讲生态化吗，将来的工作环境肯定是整洁美丽的，工作应该也是有趣轻松的。我就是怀着这种憧憬到了我们的实习工厂。一下车我就傻眼了，天哪！这个地方到处都是刺鼻的气味，到处是一片落尘，原来老型化工厂就是这样子的啊，经过工人师傅的初步介绍才知道，我国的早期建厂的化工厂由于技术含量相对比较低，属于劳动密集型产业，各项生态指标不可能达到现代化的工厂水平。这也是我国化工行业相对比较落后的一个现状，但是这也说明化工行业在我国还有很大的发展空间。也就是说我们这一代的化工专业的学生也有很大的发展空间。第一天上午先由工人师傅给我们大体讲解了整个生产流程线操作，然后又由工厂领导给我们进行了安全教育知识讲座，下午我们就正式进入车间参加实习。给我们讲解的工人师傅大部分文化水平不是很高，平均是高中毕业，但是在通过长久的实际工作后，他们的经验和熟练程度是我们这些大学生在课本上得不到的，所以，今后走入社会，我想我首先应该克服的就是眼高手低的毛病，俯下身来、踏踏实实的工作，去积累自己的经验，增加自己的知识！但是由于工人师傅的文化水平有限，这也是一个很大的制约性因素，他们可能在这个岗位上干了很多年，可以说比他们的领导干的都好，但是他们并不知道这其中的原理、管理上的因素，所以，文化水平可能永远是他们工作生涯中的一道障碍，从这当中，我知道了知识的重要性，它是我们不断学习的基石，也是我们前进的资本，我想通过实习我会更加珍惜自己的学习。 在实习时的工作学习同时让我认识到社会是残酷的，没有文化、没有本领、懒惰，就注定你永远是社会的最底层！但同时社会又是美好的，只要你肯干、有进取心，它就会给你回报、让你得到自己想要的！ 通过这次的实习，我对自己的专业有了更为详尽而深刻的了解，也是对这几年大学里所学知识的巩固与运用。从这次实习中，我体会到了实际的工作与书本上的知识是有一定距离的，并且需要进一步的再学习。虽然这次实习的任务只是参观，不能实际动手操作，但是，这帮助我们更深层次地理解化工生产的工艺流程，开阔了我的思维，明确了我的思路，使我明白在以后的学习和工作当中，不能仅仅局限于书本，而是要有了一个比较全面的了解。俗话说，千里之行始于足下，这些最基本的知识往往是不能在书本上彻底理解的，所以基础的实务尤其显得重要，特别是目前的就业形势下所反映的高级技工的工作机会要远远大于大学本科生，就是因为他们的动手能力要比