离子膜氯碱工艺衡算.doc

6万吨离子膜物料衡算/ k+ T: C4 $ 8 o6 b! f+ i一、项目：! N9 r; H2 R0 v, _9 T( K新建年产6万吨烧碱。& H: 6 Y0 ! D0 BpZ) 二、计算依据4 S% 3 _( M9 w& J T1、需要的一次盐水; D! P$ X+ s( B$ G F* O（1）生产1吨烧碱需要消耗的一次盐水流量：11m3h(一次盐水浓度为3055g/l，离子膜电解槽淡盐水浓度工艺控制指标为2155g/l，年工作8000小时。0 c, % x$ w& e. t( R; PJ（2）设计生产烧碱能力为6万吨,每小时产碱7.5吨，则消耗的一次盐水为：7 k0 e0 m5 M% k7.51182.5 m3h; Y) O+ K- w% d0 J一次盐水管道的确定: 4 I9 FZ/ d* ?6 U* W. 盐水流速范围:1.02.0m/s,取1.5 m/s计算1 e c/ u$ M6 ( fs=Q /v=82.5/36001.5=0.01527 m2+ h1 N7 m* n8 n4 r: U! d) V管道材质为衬PO管,管径为0.139 m。$ T# c 4 Q6 7 V, ev# r6 输送管道选择Ø1596.5的无缝钢管衬PO.D8 T, N0 P$ N$ |3 Y# Q2、离子膜系统酸消耗0 + g0 q4 p, L, ?# b& j8 I0 Q3 J/ h（1）一次盐水的含碱浓度：(0.30.6)g/l，取0.5 g/l计算；进螯合树脂塔前需要调整到PH：90.5，取PH为9（即体积浓度为：0.0004 g/l）计算,则高纯酸消耗：$ Z, i n7 Z1 i1 KmHCl=（82.50.582.50.0004）36.5/4037.61kg/h即酸消耗为：# P) u0 K4 X7 KVHCl=0.109 m3/h。! H0 F) 4 E9 ?! - lq高纯酸用于调节一次盐水PH酸管的确定:$ K; L: b# _; Y: j- I高纯酸输送为自流,流速取0.5m/s,取计算+ |2 c- ) O?0 c, v% Bs=Q /v=(0.109/3600)/0.5=0.00006056m2* 5 t. FR9 7 i4 i2 C! _) 管道材质为PVC管,管道直径为8.78mm。) t, 1 |& c. V8 + p/ C输送管道选择Ø25,实际流速为:0.38 m/s,) x# s2 A1 T; y6 N$ L. : e（2）鳌合树脂再生需要的高纯酸量5 ) a0 ?. e0 8 |* p鳌合树脂塔运行24小时下线，配制酸浓度控制5%6%，取5.5%计算，高纯水流量为6 m3/h，则31%的高纯酸流量1.125 m3/h，再生时间2.5小时，一年中平均每小时需要31%的高纯酸量为：0.117m3/h。+ _* Z % P- G& 6 j& W& M鳌合树脂再生高纯酸管道管的确定:! E3 c; U- T4 E9 d! P/ c2 y+ F高纯酸输送为自流,流速取0.5m/s,取计算( h) f8 $ c% Q% S2 w( s=Q /v=(1.125/3600)/0.5=0.000625m2管道材质为CPVC管,5 ?8 l4 As+ _3 _8 s管道直径为28mm。7 e- 1 b3 k6 A; K. G输送管道选择Ø40,实际流速为:0.324 m/s./ u; i1 y% I; g! % Y3 |% B（4）由于复极式离子膜电解槽为加酸工艺，需要调整精盐水的PH：90.5调整PH值在25之间，以PH=4计算。需要消耗的高纯酸量为：82.50.000436.5/400.0301kg/h，即：0.087 m3/h。: c G: 5 f& T. B# J4-10（V1.11510000.31）/36.5/（82.5V）* J0 Ra+ B$ jV=8.71104m3/h7 Q) q6 u7 u+ M& t% v MV总10.0878 m3/h8 R O_+ b! n. Y输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定:$ V& : 1 8 l4 m( ! Q高纯酸输送为自流,流速取0.5m/s,取计算6 e: 1 Y3 ezs=Q /v=(0.0878/3600)/0.5=0.0000488m2管道材质为CPVC管,( ?0 p! Z; p2 b2 tE- L管道直径为5.57mm8 h* T8 t& S v F& n5 9 B输送管道选择Ø15,实际流速为:0.310 m/s.3 l. L0 yi- x* M# Y（5）离子膜脱氯塔消耗酸量0 l2 f% z) C& N! x6 l) I! p真空脱氯系统淡盐水的PH值工艺指标控制：1.21.5，取1.2计算，出电解槽淡盐水的流量为44 m3/h，考虑氯氢处理的氯水11m3/h，淡盐水的PH：25之间，取4计算，脱氯塔的处理能力为55 m3/h。- a5 Hj. N1 O7 Z淡盐水PH=4化为含酸体积浓度0.00365g/L，加酸后淡盐水PH=1.2化为含酸体积浓度2.303g/L，每小时消耗酸量：55(2.3030.00365) 10-3=126.46 kg/h，换为体积消耗酸量为0.1134m3 /h的高纯酸。8 t/ l, g* % T( k输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定:2 z- F Z2 m; a/ S: N9 N高纯酸输送为自流,流速取0.5m/s,取计算3 * ! q5 b! l( q1 Ws=Q /v=(0.1134/3600)/0.5=0.000063m2管道材质为CPVC管,; n/ I9 Z; Z7 L3 e! s8 B5 U管道直径为8.95mm- L. N1 Q. C; k5 d4 A7 w6 h输送管道选择Ø15,实际流速为:0.401m/s.# 6 g) J3 . u6 E离子膜电解系统高纯酸总体消耗为：5 U) N5 Y. J% _9 X! oVHCl0.427m3 /h& M4 T: C6 |0 & S$ / t0 n9 f+ S3、 真空脱氯系统亚硫酸钠消耗) S1 e7 N1 A: L- 3 & N5 o; d真空脱氯塔后的淡盐水含游离氯70PPM，按70PPM计算，加碱调节PH后，用亚硫酸钠除游离氯为0PPM。+ q3 w) Z( U. U4 M* C5 |/ e除脱氯后淡盐水游离氯的化学反应方程式：3 s# W8 x( s$ & e$ ClO-+SO32- SO42-+Cl-/ W7 O: u4 z) W（7010-355）126=M88.58 NV# m. ( IM=5.49Kg/h& Y, O9 l$ i3 D 亚硫酸钠罐5m32 l% B$ N3 G# Z V. + q亚硫酸钠浓度配制为5%，即体积浓度为5g/L：体积输送流量为：& g. I# D& l1 t6 P: I$ k) k! MV=1.098m3 /h。4 ?) h7 T6 X3 - F/ V8 B7 亚硫酸钠管道的确定:+ # I% C( : g; Y7 n0 g: q亚硫酸钠管道的流速取1.5m/s,取计算# T- ? 4 u C: B4 4 t( bs=Q /v=(1.098/3600)/1.5=0.000203m2管道材质为无缝钢管衬PO,3 T$ x$ V% V7 O1 I管道直径为16.09mm, R9 t& K9 u) 8 L输送管道选择Ø38,衬PO后,内径为20 mm,实际流速为:0.97m/s.3 3 m/ k q5 q9 U* 2 o4、 离子膜电解系统自用碱消耗7 _4 l. p0 m7 a, H. W9 v（1）螯合树脂再生用碱小消耗：8 l- g$ t6 l7 N8 C鳌合树脂塔运行24小时下线，配制碱浓度控制6%7%，取7%计算，高纯水流量为6 m3/h， 31%的碱，则碱流量为：1.36 m3/h，再生时间2.5小时，一年中平均每小时需要消耗31%的碱量为：0.1142m3/h。9 , 9 u+ V+ a- Fn1 c% L- J# t碱输送管道的确定 7 Y; $ I5 r8 V0 # D碱输送为自流,流速取0.5m/s,取计算# _$ m6 e) O. Ms=Q /v=(0.1142/3600)/0.5=0.0000634m2管道材质为不锈钢管,( F0 dz) M x+ n5 p管道直径为8.99mm+ C# d! d/ d- E. o4 - R- u输送管道选择Ø15,实际流速为:0.404m/s., 4 p0 B+ n5 z* l; q（2）脱氯后加碱调节淡盐水PH值碱的消耗- T& E! S6 Z/ p, s. v% L, rl脱氯前淡盐水PH值取1.2，脱氯后淡盐水PH值工艺控制912,0 r8 h* l2 _: X取PH：11计算。! h1 a/ A+ _/ S G& a淡盐水PH值取1.2，体积浓度为：0.4339g/l, 脱氯塔的处理能力为55 m3/h。加碱中和到PH为7,消耗碱为:3 p. H6 G3 o, m! y550.433940/36.5=26.15 kg/h 则体积消耗为$ x6 d0 b6 g6 W3 O+ NV1=0.0637 m3/h( K5 % c9 |8 t, p! P调节淡盐水PH为11需消耗碱为:2 u( W! t( Z G1114-10（V410）/40/（82.5V）, P8 a g% W0 y7 v. IcV2=0.0121m3/h* 5 t2 h: m9 0 K V总体消耗碱:0.0759 m3/h# P$ M: a4 z1 D2 I碱输送为自流,流速取0.5m/s,取计算 D0 W; 4 Q1 P: Zs=Q /v=(0.0759/3600)/0.5=0.0000422m2管道材质为不锈钢管,1 P+ W# z- gr) R$ 管道直径为7.34mm2 b5 # G4 y$ C4 - V& I9 v输送管道选择Ø15,实际流速为:0.404m/s.) p2 w0 H( 2 B- F2 I T5 b s5.离子膜电解系统蒸汽消耗* . g O3 & c7 b% e（1）盐水精制蒸汽消耗(采用板式换热器)6 q/ Q5 ?( a: w% & k一次盐水精水温度为 5560，考虑盐水在输送过程中的热损失，板式换热器盐水进口温度为55度计算，进螯合树脂塔的盐水温度工艺指标要求控制在605，按60计 算，查表：一次盐水55的比热Cp0.928Kcal/l.，一次盐水60的比热Cp0.925 Kcal/l.，压力0.7Mpa，温度为164.17饱和蒸汽焓H1659.9 Kcal/kg，饱和冷凝水的焓：H2165.7Kcal/kg, 采用板式换热器,排出的冷凝水的温度为80焓：H380Kcal/kg,，即80时，一次盐水的流量为：82.5 m3h。+ zA ) u7 fK. t* J$ * l需要提供给被加热盐水的热量：Q82.56092555928367.9103Kcal/h3 w$ v7 H! N w) 蒸汽消耗为:W= Q /(H1-H2)= 367.9103/(659.9-165.7) p1 n5 o8 U$ X4 r, o! R) k7 c2 g0 l5 I W=744.4 kg/h, D( g. D* A% h/ g2 X板式换热器的换热面积为:# E, | h8 dj$ V4 h% 板式换热器总的传热系数取:3000Kcal/(m2.h. ) : r& W4 a8 x& s= Q/k=367.9103/30003 F+ h v; qv9 s7 rs=122.6 m2+ h& s7 _ W+ u |# U$ n1 K# J0 0 C（2）阴极电解液板式换热器) Q! j3 f) V( u, y: Q6 A5、 离子膜电解系统高纯水消耗7 x1 w# ?# Z8 t3 v（1）螯合树脂塔再生高纯水消耗9 Q5 ?) l( D6 Y. J4 c3 o鳌合树脂塔运行24小时下线，高纯水流量为6 m3/h， 酸.碱各再生时间2.5小时，高纯水用量为:30 m3h4 k4 i3 k( D6 A1 R! q p碱后水洗,酸后水洗,下线后水洗各3小时,流量为10 m3h,需要消耗高纯水为90 m3+ V1 Z/ n* I) f! Y) F# z) H5 q一年中平均每小时需要消耗高纯水为：3.75m3/h。; B2 T9 J b. _0 e3 m* v6 o高纯水输送管道的确定3 f2 + j/ M6 z2 U高纯水的流速取2.5 m3/s。流量为10 m3h,( U- # Z- j- 1 P! W- ks=Q /v=(10/3600)/2.5=0.00111m2管道材质为不锈钢管,; lu h5 n; D+ B8 U3 e管道直径为37.6mm- H# K9 D/ l4 p输送管道选择Ø57,实际流速为:1.421m/s.+ n5 n5 d+ P; j9 X3 a- i4 T6 a# G（2）过滤器反洗用水消耗/ k1 c1 n8 e! _0 W/ 6 D3 过滤器运行48小时下线,二次全排,三次排1/3.过滤器容积8m3,则消耗高纯水为:24m3, 一年中平均每小时需要消耗高纯水为：0.5m3/h。4 f f- ?% Z6 R; x& h. h高纯水输送管道的确定! Af! _, 3 l$ w8 A& |( 高纯水的流速取2.5 m/s。根据过滤器的容积,流量为20m3h,0.4小时充满.8 - p4 r, b2 + Ys=Q /v=(20/3600)/2.5=0.00222m2管道材质为不锈钢管,7 d4 9 |* j1 D# L0 ( ?4 ; E管道直径为53.2mm m9 V$ W, g& O1 y3 Q* q输送管道选择Ø76,实际流速为:1.44m/s. * 8 s: d g# e# g! l: m1 q(3)配制亚硫酸钠用水消耗0 e Y& X* N t; o5 g q7 x亚硫酸钠浓度配制为5%，即体积浓度为5g/L：体积输送流量为：( D Q$ F A B0 nV=1.098m3 /h。5 j, g6 r5 C5 . V! d高纯水消耗为1.098m3 /h。亚硫酸钠罐5m3, 高纯水的流速取2.5 m/s。要求10分钟充满.则流量为30 m3 /h。 t& h6 N0 B, k) X高纯水管道管径的确定:3 L T: g9 o& O3 m8 L; V$ hs=Q /v=(30/3600)/2.5=0.00333 m2道材质为不锈钢管,3 Z( 4 Sx. S管道直径为65.1mm# ?0 i% E# j& C- l7 x7 s输送管道选择Ø76,实际流速为:2.17m/s. : & Z. Y1 r/ jz9 u6 如果以上用一颗管道输送,保证螯合树脂塔再生, 过滤器反洗, 配制亚硫酸钠用水相互不影响,总体输送流量为:80 m3 /h。s# b/ C m( X9 K总高纯水输送管道的确定9 F& P4 o/ * h% D9 + i+ B高纯水的流速取2.5 m3/s。流量为60 m3h,/ W( E& X2 x0 f+ Z# I0 ys=Q /v=(60/3600)/2.5=0.00667m2管道材质为不锈钢管,. 5 d+ n) O4 q! D9 |管道直径为92.17mm; I- q+ F8 S. 输送管道选择Ø108,实际流速为:2.12m/s.$ O: f& A. y7 S3 I0 a5 t（4）离子膜电解槽电解用水消耗1 A7 n! t a, . j9 L2 i- P2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2( i. _( y* V8 7 o/ y 2 2 + i% % _* V) d1 M- n 7500/40 : E1 z3 Q8 d6 E( M5 Y7 e# - U, E! 高纯水的摩尔量：& p& ( + # n X2 w6 k; d. V9 + X8 KnH2O=187.5Kmol/h 即m1H2O=3375 Kg/h( p E: J5 t! z3 B每个钠离子带4个水分子，迁移到阴极室的水的质量为：2 B4 HO7 U1 ) H, m/ ym2H2O=13500Kg/h3 v: , J% Y/ r n z成品碱带走的水的质量为：qZ xw1 k/ I% Lm3H2O=17500Kg/h/ P) / d& 0 G 4 v Q. l氢气带走水的质量为：6 W9 f$ W- j4 w9 O. 查表氢气在90.时，水蒸汽分压525.8毫米汞柱。8 X9 s* G; / O$ x4 Vsp H2O=525.8-115.69=410.11毫米汞柱5 F F$ s- s( F, H+ v( sp H2=760-410.11=349.89毫米汞柱9 o0 z* e$ S Q氢气中的水份为：7 v, g5 , d1 t3 5 W$ Lm4 H2O = p H2O/ p H2n =1044.6 Kg/h8 r% f* L. r. dG需要消耗的高纯水量为) _9 1 r- U- 6 S, h/ x% 9 ?m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/h9 J3 Z( z& E9 9 ( k# xv H2O =8.42 m3/h$ m8 : ZT# A: _% K. j高纯水上水的流速取2.5 m3/s。流量为8.42m3h,$ w/ A. ) L; r: _s=Q /v=(8.42/3600)/2.5=0.00094m2管道材质为不锈钢管,: Z3 v* v9 f. P0 I5 d5 M n& s管道直径为34.5mm# h4 U A) l6 KV输送管道选择Ø57,实际流速为:1.19m/s.8 P6 S5 s! k% p. z离子膜系统总体高纯水消耗：% z7 j8 M3 A4 S5 ov H2O =8.42+1.098+0.5+3.75=13.77m3/h3 # R; ! ?2 7 ?8 S6、 离子膜单槽产碱量、氯气产量、氢气产量c6 f, |: ( H, Q: r0 % z(1)工艺要求碱浓度控制指标为31%,比重1.284,温度为90,即体积浓度为410g/L,小时产碱量为:- J/ F; R0 Z1 YV=18.29 m3h.碱液流速为152.5 m/s.取2.0 m/s.计算.E( L. G! | E* p7 i# g9 P7 Q碱总管输送管道的确定% D, M3 k9 + u+ g9 H6 g) c, ms=Q /v=(18.29/3600)/2.0=0.00254m2管道材质为不锈钢管,. y3 K) x4 G% p7 A8 8 D$ k管道直径为56.88mm& a6 Q/ L( B4 v: N1 z y% 0 R5 O输送管道选择Ø76,实际流速为:1.32m/s.9 P4 c7 d) e( o( i$ J; n0 y3 (2) 氯气产量.氢气产量5 I2 o 5 a$ h) f$ W8 l& V2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2% W* |1 _$ _/ M j9 vG 2 1 1* X% s T W! F$ B2 f; P8 7500/40 n1 n27 t. M# S$ J+ Hn Cl2=93.75Kmol/h! m- 6 / E/ w+ Y! C由公式:pv=nRT计算 9 W1 V$ E- e3 u+ 4 n- d* r+ - h1.0133105V=93.758.3151033589 g7 K! G W5 ; c1 i1 x* _: XV Cl2 =2754.09 m3/h V F, y# q4 h3 R. Q查表得90时氯的溶解度为0.0022218Kg/Kg，饱和水蒸汽分压为0.4829Kg/cm2，其它气体的溶解不计。. a, e9 m! * m9 J* 9 有摩尔比等于体积比1 ?- Ia. y/ A9 Q/ : F3 Z/ n Cl2/n总=(p总-pH2O)p总9 5 j) y4 C0 f) p3 s93.75/ n总=(1.0133-0.4829)/1.01337 j z * - wN总=179.11 Kmol/h& O Z. 3 & k3 j氯气总管的体积输送流量为:+ M% J C8 R( s0 U9 r由公式:pv=nRT计算 5 k$ + A0 z3 + E- L5 i1.0133105V=179.118.3151033582 _( : N$ o* M& f2 j% IV Cl2 =5281.7 m3/h F3 k d: O/ V: JV 混 =69.84 m3/h+ W3 1 e+ g S( Z* EV总 =5351.54m3/h! w% c; q! y# W/ |氯气管道确定2 L3 $ Z A5 T8 Z3 o$ s& c氯气流速为1020 m/s.取15m/s.; H3 C; q; V, T计算:6 c W. L% j% w/ n6 H0 es=Q /v=(5351.5/3600)/10=0.1484m2,管道材质为PVC管,! H; |! E( y. B! k1 r* W0 管道直径为434.8mm6 _. _# l$ ; X& az% $ O* k- j输送管道选择Ø480,实际流速为:9.22m/s.1 u# l9 X# 4 L- r# |N H2 =93.75Kmol/h6 C; 2 6 * Q1.0133105V=93.758.315103363- l; j/ , O/ _; |# _, j; GV H2 =2792.22 m3/h, f% v K: b) L0 x( x+ 8 U氢气含水为：z* ; E7 ?4 , 3 wnH2O=58.03 Kmol /h,+ F: f% v3 S% W7 j1.0133105V=(93.75+58.03)8.3151033632 E8 k: v) H$ v氢气总管的体积输送流量为:& E4 1 x/ w& P7 w; TV H2 =4521.1m3/h, d7 a$ r0 . N7 * By氢气管道确定( 8 e+ i5 l. p# 7 g氢气流速为1020 m/s.取15m/s.计算.) M+ X; R3 o J# % v: ms=Q /v=(4521.1/3600)/10=0.12558m2,管道材质为PVC管, oG. ?+ A1 管道直径为399.9mm# g) G8 l# ip- A; C! 输送管道选择Ø480,实际流速为:7.90m/s.! E6 E6 N6 L/ . j9 j物料组成7 u; 4 h% V! W0 ! b8 o3 Z A 含量1 K; j2 r4 k6 g! W2 D成分 组 成+ Q6 a1 ) 1 H3 s Kmol/h Kg /小时# gQ; Q D2 p7 x( GCl2 93.75 6656.3.% u: G3 E- Q, m2 E7 D) C! : wH2O 187.6 3376.32 ( D( i- C/ P6 ?O2 1.784 57.08) k. v; P* z2 c, o y. B+ O. 8 _8 N7 G# q( J- k 含量& F3 g k0 H7 k 0 成分 组 成# , S, 8 y0 ?2 C m* q Kmol/h Kg/小时0 1 c* s; w& W5 M7 uH2 93.75 187.5- L% V( ( m6 V lH2O 58.033 1044.6+ i5 cd6 f/ U1 ( P4 i1 U2 - r0 Q5 Y; s( : o/ A* Y6 7、 真空脱氯系统$ f9 d1 O f! E4 v# ?(1) 真空脱氯解吸氯气7 g8 h7 t/ g, z+ B* L: Q7 a解吸氯气纯度为70%,出槽淡盐水含游离氯3000PPm, 脱氯后淡盐水含游离氯70PPm.温度为:70.8 S4 n2 P6 l; v) R, * 6 F# Z解吸的氯气为:5 ! b3 s3 Y: u# l C* m Cl2 =55(3000-70)/1000=161.2Kg/h.9 j . F- A6 H9 D: j$ L; m摩尔流量为:. x6 W: q3 v& R4 B! nCl2 =2.27k mol/h1 A% a: m( P% R. y4 3 a$ ZnH2O=0.215k mol/h . i7 1 % G. j4 | C- o真空脱氯的氯气纯度工艺指标为70计，湿氯气中的水的体积含量为:6.6%,湿氯气中其它气体以空气计，体积含量23.4%。n其它0.759 kmol/h7 + 5 T4 z4 ! p! w! p$ 解吸氯气中总摩尔流量为: n混=3.244kmol/h: & _9 7 Z6 B4 ?- p( O+ G由公式:pv=nRT计算. 6 q2 & R! J0 H1.0133105V=3.2448.3151033436 j7 S3 X* 4 H* I/ K; NV 混 =91.31m3/h5 |0 ?5 U8 p H混氯气流速为510 m/s.取5m/s.计算.; x* , ?, |9 p9 B* O( ms=Q /v=(91.31/3600)/5=0.00507m2,管道材质为PVC管,3 G# 9 ! a h. 5 y! V管道直径为71.22mm1 _! e1 s! Z H* ( K* FU( 输送管道选择Ø140,实际流速为:1.64m/s.) ?# G- K7 Hf(5)、钛冷却器的物料、热量衡算* O( |kS- |& |2 a8 o: u, f. Z; V2 进入填料塔的淡盐水浓度为210g/l,温度为85,游离氯为3000PPm.真空度为250毫米汞柱,PH值为1.2。要求解吸后淡盐水含游离氯为小于70PPm.液体流量为55 m3/h。解吸的氯气量( k% e& I/ , T# c! q) 2 nCl2 =2.27kmol/h即：m Cl2=161Kg /h! z% n+ Z5 o. $ X4 t3 c9 查在85时，饱和湿氯气含水蒸汽含338g / Kg。% ?) M/ w: F9 8 X饱和水蒸汽含量：54.47 Kg/h2 m4 F) C7 l# N! - Q工艺要求温度降低到45时8 l9 P4 j- |! a2