化工专业毕业论文

1、离子膜烧碱生产和产品检测专业：化学教育姓名：高璐1目录一、前言·············································

2、;·········2二、实验部分·······································

3、3;········31、离子膜工艺优点········································

4、········32、离子膜生产工艺········································&#

5、183;·····4（1）生产任务···········································

6、·········4（2）物料特性·······································

7、3;············4（3）产品用途····································&#

8、183;···············4（ 4）原料·································&

9、#183;·······················5（ 5）生产原理························

10、3;····························5（ 6）工艺控制指标····················

11、;·····························9（ 7）不正常现象及处理方法· ·················&

12、#183;·····················10（ 8）安全生产··························

13、83;·························103、工艺优化·······················&

14、#183;················11三、结果分析································

15、;························131、成品质量检测方法························

16、;·····················13四、结论····························

17、;··························14参考文献·······················

18、;···················16致谢······························&

19、#183;··················172离子膜烧碱生产和产品检测 摘要 介绍了国内烧碱行业的发展情况，指出离子膜烧碱的优点，并详细介绍了离子膜烧碱的生产工艺，在实际操作中进行了工艺的优化, 如解决冷凝液倒流、排除不凝气。同时用酸碱滴定对产品进行了含量分析。 关键字 离子膜烧碱分析工艺Ionic membrane caustic soda production and producttesting0803

20、Industrial analysis and detectionAbstractIntroducedthe domesticcausticsoda, and pointsout thatthe developmentof industry of ionic membrane caustic soda, introduces the advantages of ionic membrane caustic soda production technology, and in the actual operations of the optimization of the process, su

21、ch as solving the condensate gas back, exclude coagulation. Use acid-base titration product was content analysis.Key word Ion film caustic soda, Analysis, Industrial art一、前言烧碱是一种重要的氯碱产品， 在国民经济中占有重要地位， 其中离子膜烧碱不仅质量好，能耗低， “三废”排放少，而且从根本上解决了由石棉隔膜法制碱造成的石棉绒对水质的污染和对操作人员健康的影响。近年来，我国烧碱产业发展迅速， 2004年生产能力只有 1190

22、万吨，2007年增加到 2l81 万吨， 2008年进一步增加到 2472万吨，同比增长 l3.34 。其中离子膜法烧碱工艺因为具有能耗低、产品质量好，占地面积小，自动化程度高，清洁环保等优势发展较为迅速，新扩产的烧碱项目中以离子膜碱为主，2007-2008年扩能统计显示，新建离子膜烧碱产能占到同期烧碱扩能的922 。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。 苛化法目前仅在少数地区采用，我国苛化法烧碱仅占总产3量的 1.7 左右。水银法烧碱含盐量低，产品浓度高，质量好，但是该法对

23、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。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解槽。目前发达国家已完全淘汰石墨阳极电解槽。 我国的石墨阳极装置每年尚有约20多万吨的产量， 国家已将其列入淘汰类工业生产能力。 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1 。20世纪 80年代，我国离子膜烧碱装置全部

24、采用引进的技术；20世纪 90年代，具有自主知识产权的国产化离子膜法电解槽已逐步推广，但采用引进技术的装置仍居多数，本文介绍的离子膜烧碱蒸发工艺就是从国外引进的技术装置。二、实验部分1、离子膜工艺优点(1) 流程简单，简化设备，易于操作由于离子膜碱液仅含有极微量的盐， 所以，在其整个蒸发浓缩过程中， 即使是生产 99的固碱，无须除盐。这就是极大的简化了流程设备， 即隔膜碱蒸发必须有的除盐的设备及工艺工程都被取消， 而且，由于在蒸发过程中没有盐的析出，也就很难发生管道阻塞，系统打水问题，使操作轻易进行。(2) 浓度高，蒸发水量少，蒸汽消耗低离子膜法碱液的浓度高， 一般在 30 33，比隔膜法碱液

25、的 10 11要高很大，因而大量的减少了浓缩所用的蒸汽。若以 32%的碱液为例，假如产品浓度为 50，则每吨 50的成品碱需蒸出水量为 1.1t ，而隔膜碱则一般要蒸出 6.5t 的水量。由于蒸发水量减少，蒸汽消耗就大幅度下降。以双效流程为例，一般仅耗汽 0.73 0.78 ，另外蒸汽的空间也相应的减少，使设备的投资也相应降低。(3) 污染程度低离子膜法生产装置排出的废液、废气均能做到回收利用， 达标排放， 对环境几乎没有污染。而隔膜烧碱产品质量较差，存在一定的石棉绒污染问题。(4) 生产稳定，安全性高4离子膜法生产弹性较大， 电槽能适应电流负荷的较大幅度变化，迅速调节生产负荷；同时离子膜法开

26、停车安全方便，操作维修简单，劳动强度低3 。2、离子膜生产工艺(1) 生产任务将 30电解液浓缩至 50，冷却至 45后作 50液碱出售(2) 物料特性分子式NaOH (100 )50 NaOH分子量39.997平均分子量 29物性：30Na0H液碱凝固点 +4.65 50NaOH液碱凝固点 +11.35 比重： 1.529g/mL( 水 =1)常压下，50Na0H沸点 142，在一定压力下溶液沸点随浓度升高而增加。50NaOH溶液在 45时粘度 20CP，氢氧化钠溶液粘度随浓度升高而增加，随温度升高而下降。 氢氧化钠溶液的比热随溶液浓度提高而下降， 随溶液温度升高比热有所下降。NaOH 与酸

27、发生中和反应生成盐和水NaOH +HCl NaCl+H2ONaOH 溶液与空气中CO2反应生成 Na2CO3NaOH+CO2 Na2CO3 所以储槽中碱液放置后溶液中Na2CO3含最增加。NaOH 溶液有腐蚀性，随浓度增加腐蚀性增大。(3) 产品用途固体和液体烧碱都是用途极广的基本化工原料，主要用途：轻纺工业：造纸、合成洗涤剂、玻璃工业、印染等。化学工业：农药、染料、石油化学品剂。石油工业：油脂、石油钻探等。其它：木材加工、医药等。(4) 原料原料来源：来自离子膜电解工序 80。5原料规格表 1 原料规格项目数据NaOH30(wt)30%(wt)H2ONaCl40ppm（wt）70ppm（ w

28、t）NaClO310ppm（wt）20ppm（ wt）NaCO3400ppm（ wt）600ppm（ wt）Fe2O33ppm（wt ）5ppm（wt ）(5) 生产原理概述：本装置采用三台降膜式蒸发器及逆流工艺流程，完成离子膜电解液由 32浓缩到 50的化工单元操作。模式蒸发原理降膜蒸发器设计如同管束式降膜换热器， 所不同的是在降膜换热管上部加了一个“造膜器”，它是一根短圆管，上面开了数个条形窄槽，此短管点焊在加热管头上，从蒸发器顶部进来的碱液从窄槽沿加热管壁呈膜状向下流动并与载热体进行对流传热，料液中水分蒸发产生的二次蒸汽与浓缩了的碱液一起向下流动，在底部的蒸发器内两相得以分离， 碱在底部

29、由出料泵抽出， 汽在上部经捕沫后排出利用。降膜管采用的是薄壁长管，碱液在内又呈薄状下流，使得传热系数十分高，一般为 4.2-12.5MJ/ h (1004 2988kCal/ h) ，降膜式蒸发器目前是蒸发器中一种高效蒸发器。工艺流程简述详见管道仪表流程图（图1）6图 1 管道仪表工艺图7从离子膜电解工序来的32碱液经过流量计量后由EV 1101 顶部加入效蒸发器管内， EV-1101 液位由 LIC-1101 控制。碱液进入 EV-1101 管束，管束操作条件是：压力为 0.01Mpa(A) ，温度为 75，在此条件下 32碱液浓缩到36.5 。EV-1101 的热源是从效EV-1201 来

30、的，压力为 0.04Mpa(A) 的二次汽。它在EV-1101 管间加热碱液之后冷凝， 冷凝液通过蒸发器加热室冷凝液排出管线进入冷凝水储槽 T-7101，冷凝液排出管线深入到冷凝水储槽 T-7101 底部，以保证不破坏 EV-1101 的真空状态。EV-110l 管束内的碱和二次汽在 EV-1101 下部蒸发室内分离， 碱液蒸发所产生的二次汽由表面冷凝 C-7101 冷凝。没有冷凝的不凝汽由水环真空泵 P-7102 抽出，保证 EV-1101 需要的真空。由 C-7101 冷下冷凝水也进入 T-7101。经 EV-1101 浓缩的碱由效出料泵 P-1101 抽出，其中的 6.67m3/h 送至

31、碱液预热器 HE-1521用 128.1 的生蒸汽冷凝水预热至110.8 ，另一部分 13.34m3/h送至碱液预热器HE-1511，用 117.2 50NaOH溶液预热至110.8 。 110的36.5 NaOH液经测定流量后由效EV-1201 顶部进入蒸发器管束，管束操作条件是：压力 0.04 Mpa(A) 、温度 110.8 ，碱液从 36.5 浓缩至 42。EV-1201 热源是由效来的压力为 0.074 Mpa(G) 、温度 61.4 的二次汽。二次气在 EV-1201 管间作热源加热管束碱液之后，冷凝液经效阻气排水罐 T-1201 后进入冷凝水储罐 T-7101，效阻气排水罐 T-

32、1201 的气体出口管插入到 EV-1201 二次气出口管上，液体出口管插入到冷凝水储罐 T-7101 底部，这样既保证 EV-1201 的真空状态不被破坏，也保证了冷凝水正常排出。EV-1201 管束内碱液和二次汽在EV-1201 下部蒸发室内分离， 二次汽经除雾后供 EV-1101 做热源，碱液进入效蒸发器继续浓缩。效出料泵 P-1201 将效完成液抽出， 以流量分别为 5.22m3/h 和 12.70m3 /h 的 42NaOH液送到碱液预热器 HE-1551和碱液预热器 HE- 1501。HE-1551 为盘管换热器，由171.4 的生蒸汽冷凝水作为热载体将碱液预热到151.8 。HE

33、-1501为板式换热器，由155的 50NaOH作为热载体，将流量为12.7m3/h ，42的碱液加热的 147.4 。而后 147.4 的烧碱溶液再经过碱液预热器 HE-1541 进行再次加热， HE-1541为列管换热器，利用 161.4 的 50NaOH作为热载体，8将 42的碱液预热到 154.1 。两路碱液经预热汇合后温度约达到 153.5 ，经流量指示仪 FI-1302 后由 EV-1301 顶部进入效蒸发器管束。EV-1301 液位由控制阀 LIC-1301 调节。EV-1301 管束间操作条件为：压力 0.063 Mpa(G)、温度 153.5 ，在此条件下碱液由 42NaOH

34、浓缩到 50。EV-1301 的热源是界区外来的饱和生蒸汽，压力 0.8 Mpa(G)，在管间加热碱液之后，冷凝水至阻汽排水罐 T-1301，在经过碱液预热器 HE-l551 ，碱液预热器HE-152l 两次回收热量之后，温度约72，利用余压送回锅炉房回收用。EV-1301 管束内的碱液和二次汽在 EV-1301 下部蒸发室内分离，二次汽去 EV-1301 作热源，碱液在 HE-1541，HE-1501，HE-1511 内三次回收热量后温度达71，在利用成品碱冷却器 HE-1531 用循环冷却水将浓度为 50的烧碱溶液冷却至 45，而后将其送至蒸发界区外成品碱储槽出售。在 EV-1301 内的

35、50碱设有温度在线监测TIC-1301 ， EV -1301液面由LIC-1301 来控制，成品碱出界区温度由TIC-153l 控制，成品碱流量由 fCV -1531调节。TCV-1302用以调节生蒸汽汽量，保证EV-1301分离室内碱液温度。注：进入蒸发器的烧碱溶液必须连续不间断输送。需要纪录的重要数据：、效进碱流量： QE-1101、 FI-1201 、FI-1302、效出口二次气的压力： PI-1108 、PI-1208 、 PI-1308生蒸汽压力、温度、流量：PI-1302 、 TI -1304 、FIQ-1302成品碱流量： QE-135l成品碱浓度： NaOH/NaCl定期分析、

36、效物料侧物料温度： TI-1102 、 TI-1202 、TI-13039生产重要参数记录表 2 生产重要参数项目生产中记录的数据生蒸汽压力（ Mpa）0.740.700.750.740.760.73生蒸汽温度（）170170174174176172进料温度（）828181828280效进料流量（ m3/h ）23.825.624.723.423.924.8二次汽压力（ bar ）-0.96-0.96-0.95-0.95-0.95-0.95液位（ %）62.562.560.758.856.659.3碱液温度（）626262636365进料温度（）102100101103102103效进料流量（

37、 m3/h ）29.324.524.329.725.826.8二次汽压力（ bar ）-0.71-0.72-0.70-0.70-0.70-0.71液位（ %）575453616563碱液温度（）101101102103102104进料温度（）149150151151150153效进料流量（ m3/h ）21.424.523.419.519.620.8二次汽压力（ bar ）0.630 670.730.680.750.69液位（ %）656166636265碱液温度（）159159160160161162阻气排水罐液位（ %）827775748379成品碱温度（）484948495149成品碱流

38、量（ m3/h ）7.958.048.058.058.058.03冷凝水储槽液位（ %）788082828180维护侍理蒸发工序主要介质是高温高浓烧碱，它是腐蚀性、 危害性极强的物质， 会造成设备管道迅速老化， 危及操作人员生命安全， 所以装置的维护管理十分重要4 。a) 蒸发器反复开 / 停车会加速设备腐蚀。因为每一次新开车，降膜管内壁防腐的氧化镍都被冲刷掉一层。b)32 Na0H液中 NaClO3加速镍的腐蚀，控制32NaOH中 NaClO3 20ppmc) 及时发现镍被腐蚀情况，对 50NaOH液要每天分析一次， 50碱中 Ni含量，控制在 5ppm以下(6) 工艺控制指标工艺控制参数表

39、 ( 表 3)产品指标NaOH50(wt)NaCL50 ppm(wt)10NaClO 332 ppm(wt)Fe2O3max5 ppm(wt)Ni5ppm(wt)消耗期望值以 1 吨 100NaOH计生蒸汽0.75Mpa饱和515Kg冷却水 t =8 50 m3动力电380V2.6KWH（7）不正常现象及处理方法效出碱浓度不合格提高生蒸汽压力或根据蒸汽压力重新确定物料侧设定值电斛液浓度 <32减少 QE-1101流量，与电解工序联系EV-1101 生产能力达不到检查二次蒸汽压力，增加C-7101 冷却水量，检查 T-7101 液位EV-1301 生产能力低EV-1301 壳程阻力增加，惰

40、性气排不畅，检查生蒸汽压力、流量P-1201/P-1101 运输能力下降EV-1201、EV-1101 液位低，泵可能产生汽蚀(8) 安全生产烧碱遇水产生大量热，所以灭火一定不能用水。每个通道设通俗易懂的警示标志，指示操作人员进行自我保护。在维修设备、管道、阀门、仪表时，一定要穿防护衣、戴安全帽、戴防护手套、防护眼镜。放空有危险性介质前， 要确保放空阀是完全关闭，然后拆去盲法兰， 按好临时管道或软管，将危险介质按至安全的地方。11表 3 工艺控制参数表 5序单元控制点名称单位控制指标号最小正常最大142%NaOH流量 FI-1302m3/h4.618.3222二次蒸汽压力： PT-1308MP

41、aG0.073531301碱液温度： TI-1303161.44液位： LIC-1301605生蒸汽压力： PI-1308MPaG 0.70.80.96阻气排水罐液位： LI-130370736%NaOH流量 FI-1202m3/h5.52226.48二次蒸汽压力： PT-1208MPaG-0.060391201碱液温度： TI-1202107.210液位： LIC-12016611阻气排水罐液位： LI-1203701232%NaOH流量 FI-1101m3/h6.525.731131101二次蒸汽压力： PT-1108MPaG-0.09114碱液温度： TI-110268.215液位： L

42、IC-11016616成品碱流量： FI-1531m3/h3.413.416.117成品碱温度： TIC-153140455018真空泵吸入压力： PI-1108MPaG-0.091319表面冷凝器冷却水流量：m3/h80320382C-7101FI-710120表面冷凝器冷却水温度：4547TI-710121T-7101冷凝水储槽液位： LI-71014080903、工艺优化在装置运行初期， 由于设计原因及操作不熟练，出现了一系列问题， 通过摸索论证，改进设计不足，随着操作水平的提高，蒸发装置运行逐渐稳定，并且能够及时准确处理突发情况。(1) 冷凝液倒流在蒸发开车初期提汽较慢，效出碱浓度达不

43、到要求，回送至电解液贮。为使进入效蒸发器的碱液中NaOH质量分数维持在 32左右中压蒸汽冷凝液也改送至碱液罐，同时根据分析调节加入电解液罐的一级脱盐水流量。但是由于混合不匀，分析滞后，使得碱液罐中碱液浓度偏差较大，导致系统真空波动很大，表面冷凝器中的冷凝液倒流至I 效蒸发室表现为效蒸发室液位迅速上升，而温度下降很多。经过分析、察看设备图纸，发现原因是表面冷凝器至冷凝水储槽(T-7101) 的管线在位于冷凝水储槽(T-7101) 中部分的顶部开有 3个小孔，且管线12管径偏小。当冷凝水储槽压力波动偏高，而 I 效压力偏低时，表面冷凝器中的冷凝液自重不足以全部抵消效蒸发室与冷凝水储槽 (T-710

44、1) 压差，便部分倒流回蒸发室，解决办法是增加 1条由表面冷凝器壳程至冷凝水储槽 (T-7101) 的管线，扩大冷凝液流道， 使冷凝液流动通畅。 同时将管线上的小孔堵上， 避免冷凝水储槽 (T-7101) 中的空气倒吸入表面冷凝器， 导致冷凝液不能顺利流下。 之后，即使出现压力波动的情况，也没有再发生冷凝液倒流现象。(2) 真空度真空度是蒸发过程重要的控制指标 提高系统真空度 可以降低二次蒸汽的饱和温度从而提高有效温差，降低汽耗。影响真空度的因素包括：合理控制表面冷凝器回水温度蒸发系统所能达到的最大真空度是大气压与表面冷凝器循环回水的饱和蒸汽压之差由于水的饱和蒸汽压随着温度升高而增大 提高真空

45、度的途径之一是降低表面冷凝器循环回水的温度 即降低其饱和蒸汽压。 在夏季，增大表面冷凝器循环水量， 而在秋冬季气温较低时， 可适当减小循环水量。 但是循环回水温度过低，会增加循环水消耗量，造成浪费。应注意的是，冷凝水储槽 (T-7101) 为负压 (-35 kPa) 操作，因此调节循环水量时必须保证表面冷凝器冷凝液温度不能过高，防止冷凝水泵 (P7101) 汽蚀。排除不凝气表面冷凝器中的不凝气通过水环式真空泵 (P7102) 连续抽出，、效不凝气定期排出。原始设计中各效不凝气均通过设在蒸发器顶部的管线直接排空，、效壳程为正压，不凝气聚集时可以顺利排出。效壳程为负压，打开不凝气排放阀时， 空气会

46、倒吸入效蒸发器壳程， 导致效蒸发室压力升高， 进而破坏整个蒸发系统压力平衡，增大汽耗，不凝气长时间聚集会使成品碱浓度达不到生产要求。解决办法是将效不凝气排放管线连接至水环真空泵 (P7101) 入口管线，通过真空泵抽出 I 效壳程不凝气。冷凝液回收把冷凝水储槽 (T-7101) 和中压蒸汽的冷凝液回收至贮罐， 可替代高纯水作为机泵密封水，冬季时用作装置伴热，可有效节约用水，降低生产成本。13除去杂质由于运行中不能避免检修、 非计划停车，每次停车后降膜管内壁都会有一定程度的腐蚀，使成品碱中镍含量超标，质量等级下降。因此，在成品碱进入贮罐前增加 2台过滤器，一开一备。 成品碱进入运行过滤器内流经 2层滤袋，从底部排出。当蒸发负荷不断下降且无法调