年产5万吨钾碱一次盐水系统设计毕业论文.doc

年产5万吨钾碱一次盐水系统设计毕业论文目录内容摘要1关键词1Abstract1Key words11前言22一次盐水系统简介32.1盐水精制的目的和任务32.2一次盐水精制技术33工艺控制及运行63.1工艺装置组成与简述63.2工艺控制指标63.3主要设备及注意事项9 3.4工艺控制及运行情况114盐水制备工艺计算124.1物料平衡公式推导134.2实例计算185设备计算235.1化盐桶235.2澄清桶29参考文献32致谢3334内容摘要：文章针对年产五万吨钾碱一次盐水系统设计这一难题，提出了主要设备、工艺控制及运行情况，分析生产及工艺中存在的问题，并提出处理意见，最终画出工艺流程图。一次盐水精制是钾碱生产的首道工序, 其主要任务是制成饱和盐,并除去其中的钙离子、 镁离子其他悬浮物等杂质, 制成饱和的精盐水, 供电解工序使用。本课题重点研究一次盐水工序工艺过程，如溶解、预处理、精制、膜过滤等，通过计算选择先进成熟的膜过滤技术和装置，优化化工布置设计，保证一次盐水的产能和质量。避免系统波动，确保系统平稳运行。关键词：钾碱 一次盐水 系统设计 设备 工艺控制Abstract：Aiming at an annual output of fifty thousand tons potash brine system this problem, key equipment, process control and operation, analysis of production and process problems, and put forward opinions. A potash salt refining is the production of the first procedure, the main task is to make saturated salt, and remove one of the calcium ion, magnesium ion other suspended solids and other impurities, made saturated salt water, used for electrolytic processes.The project focuses on a processbrine procedudissolution,pretreatment,refining, membrane filtration, advanced and mature by calculating the selection and installation of membrane filtration technology to optimize chemical layout design, to ensure that a salt water capacity and quality. To avoid fluctuations in the system, ensure that the system running smoothly. Key words：Potash a salt system design equipment process control1前言随着国民经济的飞速发展，国内对PVC的需求量日益剧增。PVC的供求两旺带动了为其生产提供原料的钾碱行业的飞速发展， 20 世纪末至21世纪初，中国加入WTO后，钾碱行业同其它行业一样，逐渐与国际接轨，形成隔膜法钾碱与离子膜法钾碱并存的局面，目前我国钾碱装置总体规模已达年产60万吨,已经超过美国，居世界第一，盐水精制技术自然也随之变化发展。本课题重点研究一次盐水制备工艺过程，通过计算选择合理的工艺和装置，确保一次盐水的产能和质量更为重要。众所周知 ,盐水是钾碱生产的龙头盐水质量、供应出现问题会影响一系列下游工序的稳定生产,因此企业对盐水工艺流程、控制点、控制条件等参数是不会轻易改动的。但从2000年精制新工艺在梅兰、滨州、扬农工业化运行以来, 目前全国已有150余家企业采用新工艺。钾碱行业蓬勃发展,全国钾碱产能达到60万t/a,居世界第一位,其中离子膜法生产装置占90%。由于离子膜法具有节能、低耗、清洁无污染、安全可靠、投资省、生产成本低等优点,该生产工艺在钾碱行业得到迅速推广。离子膜电槽对进槽盐水的质量要求非常高,盐水质量及指标的稳定对离子膜的运行寿命有着至关重要的影响。近年来,钾碱行业的盐水精制技术得到不断改进和创新,生产工艺也向流程简化、控制稳定、投资及运行费用省的方向发展。近年来“预处理+膜分离”的盐水精制新工艺替代“道尔澄清桶+砂滤器+碳素管精密过滤器”的传统盐水精制工艺为中国钾碱行业改变盐水质量差、离子膜寿命短的状况做出了卓越的贡献，被誉为是中国钾碱盐水精制的一次革命。HVM管式膜过滤技术在原膜法盐水精制技术基础上，从膜材料升级换代、设备结构改造、工艺流程优化等方面做了大量的技术创新工作，取得了显著的成绩。据行业统计，至2011年已有约1000多万t/a制碱装置盐水精制采用HVM管式膜过滤技术（我厂年产能力10吨），该技术在盐水精制领域中的成功应用被誉为是中国钾碱盐水精制的第二次革命。2一次盐水系统简介2.1盐水精制的目的和任务由于工业盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等无机杂质，细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质，这些杂质在化盐时会被带入盐水中，如不彻底去除会造成树脂塔树脂结块，交换能力下降，导致离子膜效率降低,导致电流效率降低,严重破坏电解槽的正常生产，因此必须除去大量杂质，满足树脂塔的要求。盐水精制是钾碱生产的第一道工序, 其主要任务是溶解固体盐,并除去其中的钙离子、镁离子、硫酸根、有机物、水不溶物及其他悬浮物等杂质,制成饱和的精盐水, 供电解工序使用。一旦盐水中含有的上述有害杂质超标, 杂质就会在电解槽里堵塞隔膜或离子膜,导致电流效率下降、槽电压升高、膜寿命缩短,严重时会造成停车。因此,精盐水的质量直接关系后序工段的安全、 稳定、 高效运行, 自然也影响产品的质量。绝大多数钾碱企业采用化学法和物理法相结合以去除粗盐水中的有害杂质。2.2一次盐水精制技术2.2.1一次盐水精制技术原理一次盐水精制的基本原理是:将原盐加水溶解制成粗饱和盐水, 向其中加入碳酸钾、 氢氧化钾、 氯化钡,与盐水中的钙离子、 镁离子及硫酸根离子反应生成沉淀,并加入三氯化铁作为助沉剂,其沉淀物及机械杂质借重力的作用自然沉降分离,使盐水中的悬浮物通过膜过滤去除, 再用盐酸中和达到规定的 pH值,从而得到供电解使用的合格精盐水。离子膜法电解原料为二次盐水，是在一次精制盐水的基础上，再用螯合树脂塔进行离子交换得到的，二次盐水质量得以保证的前提是一次盐水精制后质量达标。我国的离子膜法制碱生产所用的一次盐水，多是以钾盐及离子膜装置返回的脱氯淡盐水进行配比制得。一次盐水精制反应主要除去以下几种杂质离子。(l)除Ca2+粗盐水中所含钙离子杂质形式一般是CaC12、CaSO4，在处理时向粗盐水中加入K2CO3。其反应如下:Ca2+ K2CO3= CaCO3 +2K+为了将Ca2+除净，精制剂碳酸钾的加入量必须稍超过反应式的理论需要量，碳酸钾过碱量为300500mg/L。(2)除Mg2+在粗盐水中所含镁离子的形式一般是MgCl2、MgSO4，在处理时向粗盐水中加入KOH。KOH含量在30%左右，其中的KOH与盐水中Mg2+反应，生成Mg(OH)2沉淀，其反应如下:Mg2+2OH-Mg(OH)2为了将Mg2+除净，精制剂KOH的加入量必须稍超过反应式的理论需要量。氢氧化钾过碱量为100300mg/L。(3)除SO42-在钾碱行业除SO42-的方法主要有三种:钡法、钙法和冷冻法，还有近几年的膜法除硝工艺，但是钾碱行业中，目前普遍采用的是钡法，就是往盐水中加入BaC12，与盐水中的SO42-发生反应生成BaSO4沉淀，其反应如下:Ba2+SO42- BaSO4加入BaCI2时不应过量，保证SO42-处于过量的状态，因为过剩的BaCl2会溶。加入精制氯化钡不应过量，否则将增加离子交换树脂的负荷。若发生Ba2+泄漏，则进电槽和OH生成Ba(OH)2沉淀，堵塞离子膜。 (4)去除天然有机物向粗盐水中加入KClO溶液来实现有机物的去除，其目的有两个方面:一是消解水、固体盐中的菌藻、腐植酸以及其它天然有机物;二是可除去盐水中的NH3。NH3在电解槽阳极液pH值为24的条件下，将产生NCL3。由于NC13是爆炸性很强的化合物，对系统的安全特别是液氯生产有很大的威胁，反应如下式:NH3+3HC1O=NC13+3H2O PH4.5由于工业原盐中存在各种杂质，并随化盐过程进入盐水中，盐水中的菌藻类、腐殖酸等天然有机物被次氯酸钾氧化分解成为小分子，最终通过钾碱的吸附和共沉淀作用，在预处理器中被预先除去，一部分不溶性机械杂质也被同时除去。为了确保盐水中的菌藻类、腐殖酸等天然有机物被次氯酸钾氧化分解成为小分子，次氯酸钾应过量投加，使过滤时盐水中的游离氯浓度保持在13mg/L。（5）去除精制盐水中的游离氯由于游离氯对离子交换树脂有毒害作用，因此，需用亚硫酸钾将精制盐水中的游离氯除尽，其其反应式如下：KClO+K2SO3K2SO4+KCl为了确保游离氯被除尽，亚硫酸钾应过量投加，根据测量过滤后盐水的ORP值，调节K2SO3投加量来控制盐水中的游离氯。为使精盐水中游离氯为零，要求ORP200mv。（6）离子膜法制碱工艺中盐水的质量标准一次盐水Ba2+透过膜过滤器，加大二次盐水处理过程中的树脂塔的处理量，超标进入电槽的Ba2+在膜上沉积，对电解过程产生影响。但在反应后溶液中仍含有一部分，一是SO42-在一定范围内，对离子膜法电解影响较小，二是保持SO42-过量，可以除去Ba2+、Pb2+等杂质离子，防止超标，这两种重金属离子对离子膜法电解性能的影响远大于SO42-的影响。3工艺控制及运行3.1工艺装置组成与简述3.1.1工艺装置组成5万t/a钾碱一次盐水工艺系统主要由除碘、除氨、凯膜盐水处理、盐泥压滤4部分组成,其工艺流程见图3.1配水槽化盐槽澄清桶滤液槽中间槽渣池2#折流槽后反应槽板框压滤机前反应槽HVM过滤器加压容器罐预处理器精盐水贮槽过滤盐水槽工业水 淡盐水拉运淡盐水BaCl2KOH KClOK2CO3FeCl3HCl K2SO3K2SO3K2SO3K2SO3K2SO3K2SO3K2SO3K2SO3K2SO3图3.1 5万t /a钾碱碱一次盐水工艺流程简图3.1.2工艺简述来自离子膜电解的淡盐水部分经1#折流槽，加入氯化钡溶液反应后流入澄清桶，从澄清桶上部流出的清液进入配水槽；另一部分与来自板框压滤机的滤液、工业水、再生系统回收盐水、及盐场收集水等杂水直接进配水槽进行配水，上述各部分水在配水槽中混合后，作为化盐水由化盐桶给料泵送入溶盐桶，溶解原盐后得到饱和粗盐水，粗盐水自流进入前反应槽，在进入前反应槽之前于2#折流槽内按工艺要求分别加入精制剂氢氧化钾和次氯酸钾，粗盐水中的镁离子与精制剂氢氧化钾反应生成氢氧化镁，菌藻类、腐殖酸等有机物则被游离氯氧化分解成为小分子有机物；然后用加压泵将前反应槽内的粗盐水送出，在气水混合器中与空气混合后进入加压溶气罐再进入预处理器，并在预处理器进口加FeCl3，在预处理器中除去Mg(OH)2和有机小分子，经过预处理的盐水进入后反应槽，同时在第一后反应槽中加入碳酸钾，盐水中的钙离子与碳酸钾反应形成碳酸钙作为HVM膜过滤的助滤剂，充分反应后的盐水自流进入中间槽，由过滤器给料泵送入HVM过滤器，过滤后精盐水加入10%亚硫酸钾溶液除去盐水中的游离氯，再加盐酸调节PH值后流入过滤精盐水贮槽。盐泥被阻隔在滤膜表面，过滤一段时间后过滤器自动反清洗数秒钟将盐泥推离膜表面沉入过滤器底部，当盐泥浆达到一定量后过滤器自动排入渣池。渣池中的盐泥经盐泥泵送至盐泥压滤机压滤。经压滤洗涤除水后的滤饼含液率小于50%wt，被送出界区；滤液自流至滤液槽中，被滤液泵送回配水槽。HVM膜运行一段时间后( 约二周 )，为了保持较高的过滤能力和较低的过滤压力需用约15%的盐酸进行化学再生，清洗液可循环使用。3.2工艺控制指标本工艺包括：化盐、精制反应、预处理、膜过滤、盐泥处理等过程，掌握和控制好各工艺过程控制指标是生产合格精盐水的关键。3.2.1温度控制指标为了制得饱和盐水，生产采用热法化盐。温度对生产的影响如下:温度对盐溶解度的影响 由氯化钾在水中的溶解度表可以看出，盐的溶解度随温度的升高而增加。温度对盐溶解速度的影响 盐水粘度随温度升高而降低，盐的溶解速度随温度升高而增加。温度对反应速度的影响 提高温度促进悬浮物反应完全，由于Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4在饱和盐水中的反应速度可以看出，温度愈高，反应越快越彻底。除Ca2+低温60以上瞬间完成，低温约半个小时。温度对过滤速度的影响 盐水的过滤速度与粘度、盐泥的形态、粘度、颗粒的大小、架桥性能等多种因素有关，随着温度的升高，盐水的粘度降低，过滤速度增加。 图3.1饱和氯化钾温度与粘度的关系 综上所述，提高温度对盐水精制的各个工序都有好处，但过高的温度会带来能耗的加大，经过生产实践的验证，化盐温度一般控制在5560之间为最佳。3.2.2精制剂投加量控制指标KOH投加量 Mg2+与OH在pH值约为8时开始反应，pH值为10.511.5时反应迅速完成，形成胶状絮凝物。在KOH过量约0.2g/L时，盐水中含Mg2+可小于1ppm，故在本工艺精制反应时，KOH过量指标应控制在0.10.3g/L。K2CO3投加量 在一定温度下Ca2+是否除得彻底，决定两个因素，即反应时间长短和碳酸钾过量程度，如碳酸钾按理论用量加入时，需搅拌几个小时才能沉淀完全，但若碳酸钾过量0.5g/L，温度高于45，则在半小时内可以完全反应，盐水中的Ca2+含量可小于1ppm，一般控制过量指标为0.30.5g/L。BaCl2投加量 氯化钡与硫酸根反应，可形成硫酸钡固体沉淀。用工业BaCl22H2O配成20Wt的BaCl2水溶液，加入至部分淡盐水中除去硫酸根，以保证一次精制盐水中硫酸根的浓度低于5g/L。根据全系统物料平衡确定初始投加20Wt的BaCl2溶液量，生产中定时检测，根据盐水中分析的硫酸根量，调整氯化钡溶液的投加量。KClO投加量 为了杀死菌藻类并分解有机物，需在粗盐水进前反应槽之前在折流槽内投加1Wt KClO溶液，在投加KClO溶液的同时，定期检测进过滤器盐水的游离氯浓度，以13 ppm为宜，再根据检测结果适量增减KClO溶液的投加量。按下式计算初始投加1%KClO溶液量：Q12Q2 (单位L/h，按20mg/l计）式中：Q1KClO溶液投加量，(L/h) Q2处理粗盐水量，(m3/h)FeCl3投加量 投加铁盐预处理剂是为了吸附天然有机物并共沉淀去除，本工序配1%Wt FeCl3溶液，按每立方盐水投加3升投加,并根据原盐质量及预处理器状况，适量增减FeCl3溶液的投加量。按下式计算初始投加1%FeCl3溶液量:Q14.5Q2（单位L/h，按15mg/l计）式中：Q1FeCl3溶液投加量，(L/h) Q2处理粗盐水量，(m3/h)K2SO3投加量 为确保滤清液中游离氯为零，需在滤清液中投加5%Wt的亚硫酸钠水溶液。按还原5ppm游离氯投加，根据ORP检测结果，适量增减K2SO3溶液的投加量。按下式计算初始投加5%K2SO3溶液量:Q10.17Q2（单位L/h，按5mg/l计）式中：Q1K2SO3溶液投加量，(L/h) Q2处理粗盐水量，(m3/h)3.3主要设备及注意事项根据生产要求，所有设备的设计均按照满足5万吨每年离子膜法制碱来计算，同时为保证系统稳定运行，在关键设备的处理量略大于计算值，保证适当的余量。主要设备及型号见表3-1表3-1一次盐水工艺主要设备一览表设备技术规格材质数量HVM膜过滤器 19005800;F=100m2CS/HRL3加压容器罐20005900CS+玻璃鳞片1预处理器1350017000CS+玻璃鳞片1氨吹除塔30007500CS/HRL1除氨反应槽200010000CS+玻璃鳞片1板框压滤机F=100m2滤板：pp2文丘里混合器2731600Ti13.3.1 化盐桶化盐桶是钢制的立式圆桶，为减少在生产过程中从化盐桶带出浮盐，对于化盐桶的结构进行了改进，在化盐桶内增设中间桶，桶的顶端高于液面，精制工业盐通过中间桶进入化盐桶，既杜绝精制工业盐与饱和盐水接触后被饱和盐水夹带形成浮盐，又保证了盐层高度的稳定，使流出化盐桶的粗盐水浓度稳定。其结构示意图见图5.1。 图5.1化盐桶示意图3.3.2加压容器罐在安装加压容器罐时，必须保证罐的轴线垂直度偏差2mm，与汽水混合器上部接口法兰的水平偏差必须保证10倍管直径、后直管线长度5倍管直径的原则合理安装。预处理前文丘里混合器、释放阀和预处理器间的管道距离及变径管段需经过准确计算后，再进行合理配管，以保证气溶盐水在预处理器中达到很好的气浮效果，确保进入HVM过滤器粗盐水的质量指标。3.3.4 HVM膜过滤器凯膜过滤器主要由罐体、反冲槽、管道、自动控制阀（挠性阀）、过滤元件、自动控制系统、气动控制系统等部件组成，作为关键设备，在使用中还应注意以下问题：（1）新矿盐化卤水中的钙离子浓度较高，因为凯膜过滤器酸洗操作每十天进行一次，保证滤膜长期处于低负荷状态。（2）保持预处理器良好的分离效果，以保证凯膜过滤器始终在低压下运行。3.3.5 凯膜工艺与传统工艺的比较与传统工艺相比，采用凯膜盐水精制工艺技改后的主要具有以下优点：优化了生产工艺，自动化程度高、操作简便、易于控制；保证了粗盐水的浓度、质量。新工艺采用地下化盐池的方式，解决了化盐桶内壁由于温差大而经常出现的结晶架桥问题，确保了粗盐水的浓度；实现了对钙、镁离子和硫酸根离子分开处理，装置操作弹性大，对盐品种的适用范围广，可以充分保证精盐水质量的稳定，有助于优化电解槽的运行；采用无机絮凝剂三氯化铁替代有机絮凝沉淀剂，避免了有机高分子物质进入电解槽及由此带来的不良影响；在盐水精制过程中加入次氯酸钠可起到有效分解含铵物质的作用，从根本上减少了系统中NCl3的生成，确保钾碱生产的安全；去掉了原有砂滤器，避免了Si2+ 对精盐水的污染保护离子膜。淘汰掉原二次盐水工段中的碳素管过滤器，节约了成本，简化了二次精制盐水工艺流程；改造后提高了电流效率，并节约了电费成本。3.4工艺控制及运行情况3.4.1除氨反应根据电解制碱的经验，无机氨质量分数低于110-6,总氨质量分数低于410-6，生产是安全的；否则，将在电解过程中生成三氯化氮。三氯化氮在液氯生产过程中或液氯用户设备中积聚，在一定的条件下可能发生爆炸。为了生产安全，含铵超标的盐水在送入电解工序前必须除掉铵。添加次氯酸钾的除氨工艺，反应后生成的单氯胺用空气吹出。理论上在盐水pH值高于9、温度为60、反应时间为3040min的条件下除氨效果是比较理想的。但是通过试车运行发现，此种情况并不适合新矿盐化卤水除氨工艺。该公司卤水的pH值为6.7左右，钙离子质量浓度比较高，为1.54g/L，通过添加氢氧化钾将卤水的pH值调节为高于9.由于添加的氢氧化钾与钙离子反应生成氢氧化钙沉淀，经常堵塞氨吹除塔内的盐水液体分布器，并使其结垢，为此在除氨反应槽内不添加氢氧化钾，盐水pH值为6.7左右。3.4.2 过量氢氧化钾控制范围氢氧化钾的加入量至关重要，一旦氢氧化钾加入量不足，则镁离子反应不完全，造成过滤器出口盐水中的镁离子含量超标。因此，在实际生产中投放的氢氧化钾偏高。而氢氧化钾加入量过大，不但增加氢氧化钾的消耗，而且不利于氢氧化镁絮状杂质的气浮，造成预处理器除镁效果差、过滤器过滤压力升高等不良后果。因此要求氢氧化钾过量的质量浓度控制在0.10.3g/L，正常操作时控制在0.2g/L左右。3.4.3过量碳酸钾控制范围根据钙离子与碳酸根离子的反应特点，当盐水温度高于45，碳酸钾过量的质量浓度达到0.5g/L左右时，两者在0.5h内可以反应完全。因此，为了确保钙离子与碳酸根离子反应完全，要求控制碳酸钾过量的质量浓度为0.5g/L左右。3.4.4絮凝剂的加入量絮凝剂可以加快盐水中悬浮颗粒与絮状物的凝聚速度，增大粒径，加快沉降速度，提高盐水的透明度。由于絮凝剂对盐水的澄清起着极为重要的作用，因此要根据生产的实际情况适量、稳定、连续地加入。3.4.5预处理器上下排泥频率控制在凯膜工艺中，预处理的目的是有效分离粗盐水中的悬浮固体颗粒。凯膜过滤器的过滤效果直接受盐水预处理效果的影响。在保证加压容器罐溶气效果、絮凝剂的加入量、盐水流量稳定的前提下，严格控制预处理器上排泥和下排泥岗位的操作情况。根据浮泥情况，上排泥至少控制在4h每次，下排泥控制在3h每次。通过分析发现，(ss)一直在0.20.3mg/L，满足进离子膜法电解工序的要求。4盐水制备工艺计算以青海精制钾盐计算，生产1吨100%的KOH约放出盐泥（干基）31公斤。压滤机处理盐泥的能力每车滤饼351457公斤（干基）。压滤间歇操作每班三车,全年能平衡34万吨100%KOH的生产能力。但由于材质等原因工业化尚不成熟。计算基准以一吨100%钾碱为准盐水精制方法采用钾碱碳酸钾氯化钡法采用中性盐水4.1物料平衡公式推导4.1.1 符号1 原盐组成（重量百分比）KCI=C1%,CaCI2=C2%,CaSO4=C3%,MgCI2=C4%,MgSO4=C5%,水不溶物=C6%,水=C7%，Ca+=C3%,Mg+=C4%,SO4=C5%2 回收盐水成份回收盐水量=G1,米3吨100%KOH KOH=X1克升，KCI=X2克升,H2O=X3克升3 精盐水成份精盐水量=G2,米3吨100%KOHKCI=X4克升，H2O=X5克升4 盐泥组成废泥体积V1,排弃盐泥含盐X1克升.4.1.2 盐水精制效应1 MgSO4+2KOH=Mg(OH)2+ K2SO4 120 256 58 174G3C5%G3钾盐实耗（公斤吨100%KOH）。上述反应需：KOH= (256)/120=0.933 （1）生成Mg(OH)2=(58)/120=0.483 （2）K2SO4=(174)/120=1.45 （3）2 MgCI2+2KOH= Mg(OH)2+2KCI95 256 58 274.5G3C4%上述反应需：KOH=1.179 （4）生成：KCI= = 1.568 （5）Mg(OH)2= = 0.611 （6）3 CaCI2 +K2CO3=CaCO3+2KCI111 138 100 274.5G3C2%上述反应需K2CO3= = 1.243 （7）生成：KCI= = 1.342 （8）CaCO3= = 0.901 （9）4 CaSO4+ K2CO3=CaCO3+K2SO4136 138 100 174G3C3%上述反应需K2CO3= = 1.015 （10）生成 CaCO3= = 0.735 （11）K2SO4= = 1.279 （12）5 BaCI2+K2SO4BaSO4+2KCI208 174 233 274.5由式（3）和（12）知反应生成K2SO4为1.45+1.279上述反应需：BaCI2=1.733+1.529 （13）生成KCI=1.242+1.095 （14）BaSO4=1.339 +1.713 （15）精制过程生成KCI=（5）+（8）+（14） （16）=1.568+1.342+1.242+1.095 =（1.568+1.342+1.242+1.095） Mg(OH)2=（2）+（6） （17）=0.483+0.611 CaCO3=（9）+（11） =0.901+0.735 （18） 4.1.3盐水配水及中和（使用中性盐水）过程1 回收盐水中KOH除用于除镁沉淀之外，在配水时，多余的KOH需用盐酸中和。KOH + HCI = KCI+ H2O56 36.5 74.5 18多余的KOH= G1 X1-（0.933+1.179+0.2） （19）上述反应需：HCI=G1 X1-（0.933+1.179+0.2）=0.652G1 X1-（0.933+1.179+0.2） （20）生成KCI= G1 X1-（0.933+1.179+0.2） =1.330G1 X1-（0.933+1.179+0.2） (21)生成H2O=G1 X1-（0.933+1.179+0.2） =0.321G1 X1-（0.933+1.179+0.2） (22)2 中和精盐水中过量KOH和K2CO3过量KOH=0.2g/L, K2CO3=0.3g/L1）KOH+HCI=KCI+H2O56 36.5 74.5 18 0.2上述反应需：HCI=0.2=0.130 (23)生成 KCI= 0.2=0.266 (24) H2O=0.2=0.064 (25)2） K2CO3 + 2HCI= 2KCI + H2O + CO2138 236.5 274.5 180.3上述反应需:HCI=0.3=0.159 (26)生成KCI=0.3=0.324 (27) H2O=0.3=0.039 (28)中和精盐水时需用盐酸量：HCI=（23）+（26）=0.130+0.159=0.289 (29)生成KCI=（24）+（27）=0.266+0.324=0.59 (30)H2O=(25)+(28)=0.064+0.039=0.103 (31)所以盐水配水及中和过程中需HCI=（20）+（29）=0.652G1 X1-（0.933+1.179+0.2）+0.289 =0.159 G2+0.652 G1 X1-0.769-0.608 (32)生成KCI=（21）+（30）=1.330G1 X1-（0.933+1.179+0.2）+0.59=1.330 G1 X1-1.241-1.568+0.324 (33)生成H2O=（22）+（31）=0.321G1 X1-（0.933+1.179+0.2）+0.103=0.321 G1 X1-0.299-0.378+0.039 (34)4.1.4水平衡计算1 输入量1) 钾盐带入水=% (35)C7%钾盐中含水量2）盐水精致过程中生成水0.321 G1 X1-0.299-0.378+0.039 (36)3）盐酸带入水：（32）=0.35G2+1.45G1X1-1.71G3C4%-1.35G3C5% (37)4）回收盐水带入水G1X3 (38)5)回收杂水=300Kg/T100%KOH (39)注：精制剂配制用饱和盐水。2 输出水量：1）精盐水带出=G2X5 (40)2)损失水8Kg/T100%KOH (41)3)废泥带走水=9I+3.24 (42)3 补充水量补充水量=输出水量-输入水量=式（40）+（41）+（42）-式（35）+（36）+（37）+（38）+（39） (43)=9(+)+3.24+8+ G2X5-% +1.771G1 X1-1.649-2.088+0.389+300+G1X3 = G2X5+8.109 G3C2%+22.032G3C3 %+7.587G3C4 %+18.047G3C5 %+9G3C6%-G3C7%-0.389G2-1.771G1X1-G1X3-288.76 (44) 4.2实例计算 年产5万吨钾碱，现在计算基准以一吨100%钾碱为准：4.2.1钾碱消耗量计算G1=4.69米3/吨100%KOH X2=270克/升G2=9米3/吨100%KOH X4=315克/升KCI消耗量G3=C2X4+本工序损失KCI+产品碱带走的KCI+废泥带走的KCI-G1X2-精制生成的KCI-中和生成的KCI1 本工序KCI损失根据生产查定1） 化盐损失KCI=0.250.32公斤KCI/吨100%KOH2)取成品碱损失KCI=0.0400.046公斤KCI/吨100% KOH2 精制生成的KCI按式（16）计算=（1.568+1.342+1.242+1.095）如钾碱中：MgCI2=C4%=0.03%;CaCI2=C2%=0.1%;MgSO4=C5%=0.03%;CaSO4=C3%=0.5%则 精制生成KCI=（1.5680.03%+1.3420.1%+1.2420.03%+1.0950.5%） =0.007663 配水及中和生成盐按式（33）计算 =1.330 G1 X1-1.241-1.568+0.324 如：X1=2克/升；MgSO4=C5%=0.03%；MgCI2=C4%=0.03%； 生成盐=1.3304.692-1.2410.03%-1.5680.03%+0.3249 =0.0008427+4.163544 产品碱带走KCI计算表4.3目前国内烧碱规格KOH(重量)K2CO3(重量)KCI(重量)Fe2O3(重量)固碱一级品二级品96%95%1.5%1.8%2.8%3.3%0.01%0.02%液碱30%40%1.0%1%5.0%2.0%0.01%0.03%如：生产一级品固碱则每吨100% KOH固碱带走KCl=1000=29.2Kg/T100%KOH固碱5 钾碱消耗量KCI消耗量G3=9315+0.32+0.046+29.2+0.001404 G3+0.027-4.69270-0.00766-(0.0008427+4.16354)解得KCI消耗量约1583公斤/吨100%KOH 折成钾碱，若KCI含96.61%则钾碱消耗量G3=1583/0.9661=1639公斤/吨100%KOH 则每年生产5万吨钾碱的食盐消耗量为：50000G3=500001639=8.19107公斤4.2.2废泥体积 废泥体积可按下式求取，即： V1= I=0.01787；n=10%;r=1050时V1= (15830.01787+0.36)/(0.101050)=0.27米3/吨100%KOH每年产生废泥体积： 50000V1=500000.27=13500米34.2.3精制剂消耗量计算（KOH过量0.2g/L,K2CO3过量0.3g/L）1 KOH消耗量=（1）+（4）+0.2G2=G3(0.933C5%+1.179C4%)+0.2G2G3=1583；C5%=0.03%；C4%=0.03%；G2=9则KOH消耗量=1583（0.9330.0003+1.1790.0003）+0.29 =2.8公斤/吨100%KOH故每年消耗的KOH量为:2.850000=1.4105公斤2 K2CO3消耗量=（7）+（10）+0.3 G2=（1.243+1.015）+0.3 G2 = G3（1.243 C2%+1.015 C3%）+0.3 G2G3=1583；C2%=0.1%；C3%=0.5%；G2=9则K2CO3消耗量=1583（1.2430.001+1.0150.005）+0.39=12.7公斤/吨100%KOH每年消耗K2CO3为5000012.7=6.35105公斤3 氯化钡消耗量由式（13）计算=1.733+1.529G3=1583；C5%=0.03%；C3%=0.5%；则氯化钡消耗量=1.73315830.0003+1.52915830.005=12.93公斤/吨100%KOH每年消耗氯化钡量：12.9350000=6.47105公斤4 盐酸消耗量由式（32）计算=0.159 G2+0.652 G1 X1-0.769-0.608 G3=1583；C4%=0.03%；C5%=0.03%；G2=9；G1=4.69；X1=300则盐酸消耗量=918.14公斤/吨100%KOH折成31%盐酸为：918.14=2961.75公斤/吨100%KOH则每年消耗盐酸：2961.7550000=1.48108公斤4.2.4 补充水量由式（44）计算补充水量= 9G3I+3.24+G2X5+1.649G3C5+2.088G3C4-1.771G1X1-G1X3-G3C7%-0.389G2-292G3=1583；I=0.01787；C4%=0.03%；C5%=0.03%；G2=9；G1=4.69；X5=880; X3=913;C7%=1.77%则补充水量=1.51104公斤/吨100%KOH每年补充水量为：1.5110450000=7.538108公斤4.2.5蒸汽消耗量计算1 蒸汽直接加入化盐桶内需要气量（）=式中：蒸汽消耗量公斤/吨100%KOH粗盐水重量粗盐水比热千卡/公斤、粗盐水加热后的温度粗盐水最初的温度KCI总溶解热千卡/吨100%KOH蒸汽冷凝温度冷凝水温度，同粗盐水加热的温度加热蒸汽在温度t时的热焓，千卡/公斤加热蒸汽在温度冷凝时的热焓，千卡/公斤冷凝水比热，千卡/公斤、设备热损失，一般情况下等于0.1 +使用4公斤/厘米2蒸汽直接加入化盐桶，用工业水化盐，求每吨100KOH用盐水耗用的化盐蒸汽量。已知：蒸汽压力为4公斤/厘米2 t=143=654千卡/公斤 =143.8千卡/公斤粗盐水量=11750公斤/吨100%KOH粗盐水温度为60，工业水为30 故=6030=30粗盐水比热=0.92千卡/（公斤）KCI溶解热为5.28千卡/摩尔故=223.25公卡/吨100%KOH2 =0.1 ()+ () 故=故=596.36公斤/吨100%KOH用蒸汽直接加热回收盐水和清水再送化盐桶，需蒸气量（）计算公式。=式中：G水清水量，吨/吨100%KOH清气比热，千卡/（公斤）冷凝水比热，千卡/（公斤）回收盐水量，吨/吨100%KOH回收盐水比热，千卡/（公斤），回收盐水温升，回收盐水被加热后的温度，回收盐水最初温度，=，工业水温升，工业水温度，蒸汽冷凝水温度，加热蒸汽在温度t时的热焓，千卡/公斤热损失，一般为0.1 +5设备计算5.1化盐桶原盐投入的体积： (1)式中 P -钾碱日产量，钾碱/d Es-钾碱原盐单耗，kg原盐/kg KOH V-原盐盘存在桶中的体积，体积m3 -原盐的堆积密度，kg/m3 T-原盐在化盐桶内的停留时间，min原盐堆积在桶中的体积V，包括圆柱体与圆锥体的两部分，于是又有 (2)圆锥体部分的高度h1与原盐堆积角a的关系为h1=tgaD/2 (3)对一般物料的堆积角45度来说，tga=1 ， (4)式中A-化盐桶的截面积； D-化盐桶的直径； h1-圆锥体的高度 ； h2-圆锥体的高度； a-原盐堆积角，度；但在直径未确定之前，各高度均为未知数（其中只有泥层高度是任选的）。故计算步骤中，A,D 应在前。5.1.1化盐桶的直径在生产能力一定的情况下，化盐桶直径取决于饱和盐水的上升速度，或者说是带出来粒径对应的终端速度。由于终端速度ut，与带出粒径d的关联式要经过多次修正。求解过程如下： 粒径d=0.2mm，原盐为正方体，各边长为0.2mm=0.02cm 晶粒投影面积，A=(0.02cm)2=0.00004cm2当量直径（非原形面积折合圆面积的直径），盐粒的体积，V=(0.02cm)3cm3 = 810-6 cm3修正因子，由dp求u1的数群， （5） 代入以下数据：u1=0.1515 =2.6g/cm3 (纯KCl为2.613，粗盐取2.6) =1.2g/cm3 （纯KCl为1.19，粗盐中存在Ca2+、Mg2+取1.2） dp =0.02257cm g=979cm/s2 =0.6955由式（5）代入上述数据得：数群