6万吨烧碱物料衡算

1、6 万吨离子膜物料衡算 ( 全版 )一、项目：新建年产 6 万吨烧碱。二、计算依据1、需要的一次盐水(1)生产1吨烧碱需要消耗的一次盐水流量：11m3/ h(次盐水浓 度为305士 5g/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。( 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：7.5X 11= 82.5 m3 / h一次盐水管道的确定 :盐水流速范围：1.02.0m/s取1.5 m/s计算s=Q /v=82.5/3600X 1.5=0.01527 m2管道材质为衬PO管,管径为0.139 m。输送管道选择？159X

2、6.5的无缝钢管衬PO.2、离子膜系统酸消耗(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:9士 0.5,取PH为9(即体积浓度为：0.0004 g/l) 计算,则高纯酸消耗：mHCl= (82.5X 0.5-82.5X0.0004)X 36.5/40= 37.61kg/h 即酸消耗为：VHCl=0.109 m3/h。高纯酸用于调节一次盐水 PH 酸管的确定 : 高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s=Q /v=(0.109/3600)/0.5=0.00006056m2管道材质为 PVC 管,管道直径为 8.78mm。 输送管道选

3、择 ?25,实际流速为 :0.38 m/s, (2)鳌合树脂再生需要的高纯酸量鳌合树脂塔运行 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。鳌合树脂再生高纯酸管道管的确定 :高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s=Q /v=(1.125/3600)/0.5=0.000625m2 管道材质为 CPVC 管，管道直径为 28mm。输送管道选择 ?40,实际流速为 :0.324 m/s.(4)由于复极式离子膜电解槽为加酸工艺，需

4、要调整精盐水的PH：9 0.5调整PH值在25之间，以PH=4计算。需要消耗的高纯酸量为：82.5X 0.0004X 36.5/40 = 0.0301kg/h,即：0.087 m3/h。4= -lo( V X 1.115X 1000X 0.31)/36.5/ (82.5 + V)V=8.71 X 10 - 4m3/hV 总 1= 0.0878 m3/h输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定 :高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s=Q /v=(0.0878/3600)/0.5=0.0000488m2 管道材质为 CPVC 管，管道直径为 5.57mm输送管道选择 ?15,实际流速为 :0.

5、310 m/s. (5)离子膜脱氯塔消耗酸量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。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：55X (2.303- 0.00365) x 10-3=126.46 kg/h，换为体积消耗酸量为0.1134m3 /h的高纯酸。输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定 :高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计

6、算s=Q /v=(0.1134/3600)/0.5=0.000063m2 管道材质为 CPVC 管，管道直径为 8.95mm输送管道选择 ?15,实际流速为 :0.401m/s. 离子膜电解系统高纯酸总体消耗为：Vhci = 0.427m3 /h3、真空脱氯系统亚硫酸钠消耗 真空脱氯塔后的淡盐水含游离氯W 70PPM按70PPM计算，加碱调节PH后，用亚硫酸钠除游离氯为 OPPM除脱氯后淡盐水游离氯的化学反应方程式：CIO-+SO32- SO42-+C(70x 10-3x 55)x 126=M x 88.5M=5.49Kg/h亚硫酸钠罐5m3亚硫酸钠浓度配制为5%,即体积浓度为5g/L :体积

7、输送流量为：V=1.098m3 /ho亚硫酸钠管道的确定：亚硫酸钠管道的流速取1.5m/s取计算s=Q /v=(1.098/3600)/1.5=0.000203m2 管道材质为无缝钢管衬 PO,管道直径为16.09mm输送管道选择？38,衬PO后,内径为20 mm实际流速为:0.97m/s.4、离子膜电解系统自用碱消耗(1)螯合树脂再生用碱小消耗：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：0.1142*/h。碱输送管道的确定 碱输送为自

8、流，流速取0.5m/s,取计算s=Q /v=(0.1142/3600)/0.5=0.0000634n2 管道材质为不锈钢管，管道直径为 8.99mm输送管道选择 ?15,实际流速为 :0.404m/s.(2) 脱氯后加碱调节淡盐水 PH 值碱的消耗 脱氯前淡盐水 PH 值取 1.2，脱氯后淡盐水 PH 值工艺控制 912,取 PH：11 计算。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：55 x 0.4339X 40/36.5=26.15 kg/h 则体积消耗为V1=0.0637 m3/h调节淡盐水 PH 为 11 需消

9、耗碱为 ：11 = 14-1吃 10 (V X410) /40 / (82.5 + V)V2=0.0121m3/h总体消耗碱 ：0.0759 m3/h碱输送为自流，流速取0.5m/s,取计算s=Q /v=(0.0759/3600)/0.5=0.0000422m2 管道材质为不锈钢管 ,管道直径为 7.34mm输送管道选择 ?15,实际流速为 ：0.404m/s.5. 离子膜电解系统蒸汽消耗( 1 )盐水精制蒸汽消耗 (采用板式换热器 )一次盐水精水温度为 5560 C,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 C度计算，进螯合树脂塔的盐水温度工艺指标要求控制在605C,按6

10、0C计算，查表：一次盐水55C的比热 Cp= 0.928Kcal/l. C, 次盐水 60C的比热 Cp = 0.925 Kcal/I. C，压力 0.7Mpa，温度为 164.17C饱和蒸汽焓 H1 = 659.9 Kcal/kg，饱和冷凝水的焓：H2 = 165.7KcaI/kg,采用板式换热器，排出 的冷凝水的温度为80C焓：H3 = 80Kcal/kg,即80C时，一次盐水的 流量为： 82.5 m3h。需要提供给被加热盐水的热量：Q = 82.5X60 x 925-55 X 9283 =367.9X 103Kcal/h蒸汽消耗为 :W= Q /(H 1-H 2)= 367.9x 10

11、3/(659.9-165.7)W=744.4 kg/h板式换热器的换热面积为 :板式换热器总的传热系数取：3000Kcal/(m2.h. C)s= Q/k=367.9x 103/3000s=122.6 m2(2)阴极电解液板式换热器5、 离子膜电解系统高纯水消耗 (1)螯合树脂塔再生高纯水消耗 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 m3h碱后水洗，酸后水洗,下线后水洗各3小时,流量为10 m3/h,需要消耗 高纯水为 90 m3一年中平均每小时需要消耗高纯水为： 3.75m3/h。 高纯水输送管道的确定高纯水的流

12、速取2.5 m3/s。流量为10 m3/h,s=Q /v=(10/3600)/2.5=0.00111*管道材质为不锈钢管，管道直径为 37.6mm输送管道选择 ?57,实际流速为 :1.421m/s.(2)过滤器反洗用水消耗过滤器运行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。高纯水输送管道的确定高纯水的流速取2.5 m/s。根据过滤器的容积，流量为20m3/h,0.4小时 充满.s=Q /v=(20/3600)/2.5=0.00222m2管道材质为不锈钢管，管道直径为 53.2mm输送管道选择 ?

13、76,实际流速为 :1.44m/s.(3) 配制亚硫酸钠用水消耗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：V=1.098m3 /h。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。 高纯水管道管径的确定 :s=Q /v=(30/3600)/2.5=0.00333 m2 道材质为不锈钢管 , 管道直径为 65.1mm输送管道选择 ?76,实际流速为 :2.17m/s.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

14、:80 m3 /h。总高纯水输送管道的确定高纯水的流速取2.5 m3/s。流量为60 m3/h,s=Q /v=(60/3600)/2.5=0.00667m2 管道材质为不锈钢管 管道直径为 92.17mm输送管道选择 ?108,实际流速为 :2.12m/s.(4) 离子膜电解槽电解用水消耗2NaCl +2H2O= 2NaOH + Cl2 +H27500/40即 m1 H2O =3375 Kg/hn高纯水的摩尔量：nH2O=187.5Kmol/h 每个钠离子带 4 个水分子，迁移到阴极室的水的质量为： m2H2O=13500Kg/h 成品碱带走的水的质量为：m3H2O=17500Kg/h 氢气带

15、走水的质量为：查表氢气在90C .时，水蒸汽分压525.8毫米汞柱。p H2O =525.8-115.69=410.11毫米汞柱p =760-410.1 仁349.89毫米汞柱氢气中的水份为：m4 H20 = p H20/ p H2 x n =1044.6 Kg/h需要消耗的高纯水量为m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/hv H2O =8.42 m3/h高纯水上水的流速取2.5 m3/s。流量为8.42m3/ h,s=Q /v=(8.42/3600)/2.5=0.00094* 管道材质为不锈钢管，管道直径为 34.5mm输送管道选择 ?57,实际流速为

16、:1.19m/s.离子膜系统总体高纯水消耗：v H2O =8.42+1.098+0.5+3.75=13.77m3/h6、离子膜单槽产碱量、氯气产量、氢气产量(1)工艺要求碱浓度控制指标为31%,比重1.284,温度为90C，即体积浓 度为 410g/L, 小时产碱量为 :V=18.29 m3/h.碱液流速为 152.5 m/s取 2.0 m/s计算.碱总管输送管道的确定 s=Q /v=(18.29/3600)/2.0=0.00254m2 管道材质为不锈钢管管道直径为 56.88mm输送管道选择 ?76,实际流速为 :1.32m/s.(2) 氯气产量 .氢气产量2NaCl + 2H2O =2Na

17、OH +Cl2 +H22117500/40n1n2n Cl2 =93.75Kmol/h由公式 :pv=nRT 计算1.0133X 105x V=93.75X 8.315X 103x 358V Cl2 =2754.09 m3/h查表得90C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。有摩尔比等于体积比n ci2/n 总=(p 总-Ph2o) x p 总93.75/ n 总=(1.0133-0.4829)/1.0133N 总=179.11 Kmol/h 氯气总管的体积输送流量为 由公式 :pv=nRT 计算1.0133X 105x V

18、=179.11 x 8.315X 103x 358V Cl2 =5281.7 m3/hV 混 =69.84 m3/hV 总=5351.54m3/h氯气管道确定氯气流速为1020 m/s取15m/s.计算:s=Q /v=(5351.5/3600)/10=0.1484mf,管道材质为 PVC 管，管道直径为 434.8mm输送管道选择 ?480,实际流速为 :9.22m/s.N H2 =93.75Kmol/h1.0133x 105x V=93.75x8.315x 103x 363V H2 =2792.22 m3/h氢气含水为：nH2O = 5 8 . 0 3 Kmol /h,1.0133x105x

19、V=(93.75+58.03)x8.315x103x363氢气总管的体积输送流量为 :V H2 =4521.1m3/h氢气管道确定氢气流速为1020 m/s取15m/s计算.s=Q /v=(4521.1/3600)/10=0.12558*,管道材质为 PVC 管,管道直径为399.9mm输送管道选择？480,实际流速为：7.90m/s.物料组成含量组成成分Kmol/hKg /小时Cl293.756656.3.H2O187.63376.3O21.78457.08含量成分组成Kmol/hKg/小时H293.75187.5H2O58.0331044.67、真空脱氯系统(1)真空脱氯解吸氯气解吸氯气纯

20、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:70C .解吸的氯气为：m ci2 =55 x (3000-70)/1000=161.2Kg/h.摩尔流量为：nci2 =2.27k mol/hnH2O= 0.215k mol/h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66%,湿氯气中其它气体以空气计，体积含量23.4%。n其它=0.759 kmol/h 解吸氯气中总摩尔流量为：n混=3.244kmol/h由公式:pv=nRT计算1.0133X 105x V=3.244X 8.315X 103x 343V 混 =91.31m3/h混氯气流速为510 m/s取5m/s.计算.s=Q /v=(91.31/3600)/5=0.00507川,管道材质为 PVC 管，管道直径为 71.22mm输送管道选择 ?140,实际流速为 :1.64m/s.(5)、钛冷却器的物料、热量衡算进入填料塔的淡盐水浓度为210g/l,温度为85C ,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nci2 =2.27kmol/h 即：m