年产30万吨氢氧化钠毕业设计

湖南石油化工职业技术学院毕业设计〔论文〕课题名称：年产30万吨氢氧化钠设计时间：2023年9月系部：石化技术工程系班级：应化3121姓名：学号：指导教师：饶维目录TOC\o"1-3"\h\u15394年产30万吨氢氧化钠毕业设计425332摘要410763第一章概述6257421.1产品介绍 6109431.2相关用途6302821.3相关性质8278421.4制作方法实验室法1121261.5测定相关1228621.6关于储存14273151.7环境影响15253201.8应急处理1555391.9产业信息16140971.10其他信息1716404第二章烧碱的制备原理20202362.1烧碱的制备原理 2046552.2离子膜电解槽 20304612.3制固体烧碱 217372.4生产原理 2353062.4.1离子膜烧碱片碱工段概述 23208162.5膜式方法生产烧碱可以分为两个阶段 23197402.5.1下降的沸腾传热过程 23279712.6工艺流程及其简述 2565552.6.1除水及附属设备说明 25224882.6.2预浓缩 25220852.6.3最终浓缩器 2626306第三章物料衡算及能量衡算27113763.1物料衡算27262803.1.1电解工段电解槽内的物料衡算2710633.1.2CL2处理岗位物料衡算30157163.1.3淡盐水脱氧岗位物料衡算37148353.2能量衡算40294763.2.1HE-301的能量衡算4010003.2.2HE-501的能量衡算424533.2.3HE-502、FT-501的能量衡算4520803.2.4枯燥塔的能量衡算479963.2.5能量衡算表48307323.3一段洗涤塔的物料衡算49269863.3.1一段洗涤塔的物料衡算基准49243813.4一段洗涤塔热量衡算51178363.4.1入塔气体带入热量5124573.4.2冷却水带出的热量51110913.4.3出塔器气体带出热量51174323.4.4一段洗涤塔的热量守恒的计算52278073.4.5一段洗涤塔热量衡算表5252403.5二段洗涤塔的物料衡算5327673.5.1物料衡算的计算依据53101283.5.2物料衡算的计算53137433.6二段洗涤塔的热量衡算54294713.6.1二段进塔气体热量的计算5411733.6.2冷却水带出热量的计算54121183.6.3二段出塔气体热量的计算5572563.6.4二段洗涤塔的热量守恒的计算55116293.6.5二段洗涤塔热量衡算表5521007第四章主要设备设计和选型57317334.1主要设备装置5762864.1.1离子膜电解槽5737974.1.2蒸发器57140734.1.3浓缩器5841124.1.4片碱机58309644.1.5熔盐炉58265594.2其他设备说明58197554.2.1封头及法兰的选用58155954.2.2U形膨胀节59115984.2.3管板的设计60322994.2.4支座的设计60170754.2.5蒸汽冷凝器的设计61143824.2.6折流板的选用6154334.2.7防冲板的位置和尺寸62290804.2.8液体分布器62159114.2.9除沫器63161014.3设备一栏表6310010第五章主要污染物排放情况及治理措施6556685.1废水〔废液〕65238665.2废气66270825.3废渣678525.4噪声6728045.5对氯碱生产中的“三废〞进行综合治理和利用673965.6以下为关于烧碱“三废〞治理的举例6858315.7以下为两种较清洁的制备烧碱工艺71183665.7.1利用海水制备烧碱的方法7140545.7.2采用氨镍法制备烧碱7124519附录732999附录1〔第3章〕 73年产30万吨氢氧化钠毕业设计摘要本次设计的课题工程是年产30万吨48%的氢氧化钠，采用的方法是离子膜交换电解法。它生产的氢氧化钠浓度高，占用空间小，操作简单。而且污染比拟小，在企业利益方面，这种方法很实用。可以节约本钱，生产的烧碱直接可以作为产品出售。但是，这种方法对于精制盐水有很高的要求，需要两次精制，它采用的电解槽具有选择透过性。出口的粗碱浓度可达30-34%左右，再经过蒸发就可以得到用户所需的成品碱。这种生产方法具有强的竞争力，它必将成为当前的主力军市场前景很好。本次设计的主要内容就是介绍离子膜法的工艺流程，一次盐水的精制，二次盐水的精制，电解设备的简介。重点工序那么是烧碱溶液的浓缩工段，是将30.6%的碱溶液浓缩到48%的成品。包括设备的计算和选型，并且会至相关重点的设备，总之，本次设计较为全面的介绍了离子膜工艺关键字：离子膜法、电解槽、蒸发、烧碱Withanannuloutputof300,000tonsofcausticsodaprojectdesignAbstractTheprojectdesignedtoissueanannualoutputof300,000tonsofcausticsoda48percent,themethodusedistheionexchangemembrane.Ionexchangemembraneofthelawthantheexorbitantandmetalanodeslaw,andtheproductionofitshighconcentrationofcausticsoda,spacesmall,easytooperate.Andpollutionisrelativelysmall,intheinterestsofenterprises,thismethodisveryuseful,Cansavecosts,directproductionofcausticsodacanastheproductsold.However,thismethodofrefinedsaltwaterhasahighdemand,refiningneedstwo,it’sacellthroughsexualselection,Theconcentrationofhavecrudeexportsup30to34percent,totheevaporationcanberequiredbytheuserbaseofthefinishedproduct.productionmethodhasstrongcompetitiveness,itwillbecomethemainforce,marketprospectsgood.Thisdesignsprimarycoverageisintroducedthationmembranemethodcraftandflow,includingtorawmaterialsaltrequest,Introducedasaltwaterpurificationwithemphasis,twosaltwaterpurification,electrolysisequipmentsynopsis.Thekeyworkingprocedureisburnsthealkalinesolutiontheconcentrationconstructionsection,isconcentrates30.6%lyeto48%endproducts.Includingequipmentcomputationandshaping,anddrawsuptherelatedkeyequipment,inbrief,thisdesignmorecomprehensiveintroductionionicmembranecarft.Keyworrd:ionexchangemembrane,Electrolyzer,Evaporation,Causticsoda.第1章概述1.1：产品介绍NaOH是一种常见的重要强碱。其固体又被称为烧碱、火碱、片碱、苛性钠等，它是一种白色固体，有吸水性，可用作枯燥剂，且在空气中易潮解〔因吸水而溶解的现象，属于物理变化〕；溶于水，同时放出大量热。易溶于水，其水溶液呈强碱性，能使酚酞变红。氢氧化钠在空气中易吸收水蒸气，对其必须密封保存，且要用橡胶瓶塞。它的溶液可以用作洗涤液。其液体是一种无色，有涩味和滑腻感的液体。中文名氢氧化钠相对分子量40.01化学品类别无机强碱密度2.130g/cm3危险品运输编号UN18248/PG2CAS登录号1310-73-2沸点1388°C(1663K)熔点318°C(591K)外观片状或颗粒英文名Sodiumhydroxide平安性描述腐蚀品.外文名Sodiumhydroxide(lye、causticsoda)化学式NaOH管制信息受管制碱性强碱性别称烧碱、火碱、苛性钠、哥士的水溶性111g(20°C)闪点176-178°C分子量39.9971EINECS登录号215-185-5危险性符号36/38-35-34氢氧化钠〔sodiumhydroxide)〔腐蚀〕，也称苛性苏打，俗称火碱、烧碱、苛性钠，为白色固体。该品根据《危险化学品平安管理条例》受公安部门管制。1.2相关用途氢氧化钠氢氧化钠的用途十分广泛，在化学实验中，除了用做试剂以外，由于它有很强的吸水性和潮解性，还可用做碱性枯燥剂。氢氧化钠在国民经济中有广泛应用，许多工业部门都需要氢氧化钠。使用氢氧化钠最多的部门是化学药品的制造，其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。另外，在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠、水的电解以及无机盐生产中，制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。化学工业[2]氢氧化钠的特性决定了这一产品在大量的化学反响中是不可缺少的重要物质。氢氧化钠是生产聚碳酸酯，超级吸收质聚合物，沸石，环氧树脂，磷酸钠，亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。吸收二氧化碳气体中性，碱性气体中混有CO₂可用下面的反响除杂CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O纸浆和造纸氢氧化钠在造纸工业中发挥着重要的作用。由于其碱性特质，它被用于煮和漂白纸页的过程。食品工业氢氧化钠可以被广泛使用于以下生产过程：容器的清洗过程；淀粉的加工过程；羧甲基纤维素的制备过程；谷氨酸钠的制造过程。人造纤维和纺织在纺织工业中，氢氧化钠被用于纤维的最终处理和染色。主要用途：丝光处理法人造纤维。冶金术氢氧化钠被用于处理铝土矿，在铝土矿中含有氧化铝，铝金属即存在于氧化铝中。由于工艺技术的提高，氧化铝〔矾土〕是世界上使用第二多的金属。氢氧化钠还被用于生产锌合金和锌锭。肥皂和洗涤氢氧化钠一直被用于传统的生活用途，直到今天，肥皂、香皂和其它种类的洗涤用品对烧碱的需求量依然占烧碱的15%左右。主要用途：肥皂：制造肥皂是烧碱最古老和最广泛的用途，在制造肥皂的过程中，烧碱被用来中和脂肪酸。洗涤剂：氢氧化钠被用于生产各种洗涤剂，甚至如今的洗衣粉也是由大量的烧碱制造出来的，烧碱被用于硫化反响后对过剩的发烟硫酸进行中和。食品生产在食品生产中，氢氧化钠有时被用来加工食品。氢氧化钠甚至是一道名菜的必要调料。注意，此时氢氧化钠的使用是严格控制的；而一些不法商贩会过量使用氢氧化钠从而使食品更“好看〞，但这样的食品能致病。1.3相关性质物理氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体。其水溶液有涩味和滑腻感。密度：2.130g/cm³,熔点：318.4℃,沸点：1390℃溶解性：极易溶于水、甲醇、乙醇以及甘油。〔氢氧化钠具有吸水性和潮解性〕氢氧化钠在水中的溶解度如下：氢氧化钠溶解度温度〔°C〕溶解度〔g〕04210512010930119401295014560174702998031490329100347分子量：40.01化学氢氧化钠氢氧化钠于水中会完全解离成钠离子与氢氧根离子，所以它具有碱的通性。它能与指示剂发生反响：氢氧化钠溶液通常遇石蕊试液变蓝，遇酚酞试液变红它可与任何质子酸进行酸碱中和反响，以盐酸为例：NaOH+HCl=NaCl+H₂O同样，其溶液能够与盐溶液发生复分解反响：NaOH+NH₄Cl=NaCl+NH₃·H₂O2NaOH+CuSO₄=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg(OH)₂↓另外，于许多的有机反响中，氢氧化钠也扮演着催化剂的角色，其中，最具代表性的莫过于皂化反响：RCOOR'+NaOH=RCOONa+R'OH之所以氢氧化钠于空气中容易变质，是因为空气中含有二氧化碳：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O倘假设持续通入过量的二氧化碳，那么会生成碳酸氢钠，俗称为小苏打，反响方程式如下所示：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃同样，氢氧化钠能够与像二氧化碳等酸性氧化物发生如上反响：2NaOH+SO₂〔微量〕=Na₂SO₃+H₂ONaOH+SO₂〔过量〕=NaHSO₃〔生成的Na₂SO₃和水与过量的SO₂反响生成了NaHSO₃〕氢氧化钠对玻璃制品有轻微的腐蚀性，两者会生成硅酸钠〔sodiumsilicate〕，使得玻璃仪器中的活塞黏着于仪器上。如果以玻璃容器长时间盛装热的氢氧化钠溶液，会造成玻璃容器损坏。两性金属会与氢氧化钠反响生成氢气，1986年，英国有一油罐车误装载重量百分率浓度为25%的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠便与油罐壁上的铝产生化学变化，导致油罐因内部压力过载而永久受损，反响方程式如下所示：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑氢氧化铝为一相当常用于除去水中杂质的胶状凝聚剂，因过渡金属的氢氧化物大都不太溶于水，故于自来水中添加明矾可促使过渡金属以氢氧化物的形式沉淀析出，再利用简单的过滤设备，即可完成自来水的初步过滤。明矾的制备也牵涉到氢氧化钠的使用：6NaOH+2KAl(SO₄)₂=2Al(OH)₃+K₂SO₄+3Na₂SO₄1.4制作方法实验室法〔1〕氢氧化钠钠盐与氧化钙反响可以用一些碳酸氢钠〔小苏打〕和一些氧化钙〔生石灰〕〔一般的食品包装袋中用来做吸水剂的小袋子中有，例如海苔包装中〕。把生石灰放于水中，反响后变为石灰浆〔氢氧化钙溶液、熟石灰〕，把碳酸氢钠〔或碳酸钠〕的固体颗粒〔浓溶液也行〕参加石灰浆中，为保证产物氢氧化钠的纯度，需使石灰浆过量，原因：参考氢氧化钙和碳酸钠的溶解度。搅拌加快其反响，待其反响一会儿后，静置片刻，随着碳酸钙的沉淀，上层清液就是氢氧化钠溶液，小心倒出即可。CaO+H₂O=Ca(OH)₂2NaHCO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+2NaOH+3H₂O〔推荐〕Ca(OH)₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH〔2〕钠与水反响取一块金属钠，擦去外表煤油，刮去外表氧化层，放入盛有水的烧杯中。反响化学方程式：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑工业法2NaCl+2H₂O=通电=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH〔前提是有离子膜〕氢氧化钠在工业中是制氯气过程的副产物。电解饱和食盐水直至氯元素全部变成氯气逸出，此时留在溶液里的只有氢氧化钠一种溶质。反响方程式为：2NaCl+2H₂O→2NaOH+Cl₂↑+H₂↑1.5测定相关实验室测氢氧化钠方法名称：氢氧化钠—氢氧化钠的测定—中和滴定法。应用范围：该方法采用滴定法测定氢氧化钠的含量。该方法适用于氢氧化钠。[3]方法原理：供试品加新沸过的冷水适量使溶解后，放冷，用水稀释至刻度，摇匀，精密量取25mL，加酚酞指示液3滴，用硫酸滴定液〔0.1mol/L〕滴定至红色消失，记录消耗硫酸滴定液〔0.1mol/L〕的容积〔mL〕，加甲基橙指示液2滴，继续加硫酸滴定液〔0.1mol/L〕至显持续的橙红色，根据前后两次消耗硫酸滴定液〔0.1mol/L〕的容积〔mL〕，算出供试量中的碱含量〔作为NaOH计算〕并根据加甲基橙指示液后消耗硫酸滴定液〔0.1mol/L〕的容积〔mL〕，算出供试量中Na₂CO₃的含量。试剂：1.水〔新沸放冷〕2．硫酸滴定液〔0.1mol/L〕3．酚酞指示液4．甲基橙指示液：取甲基橙0.1g，加水100mL使溶解，即得。试样制备：1.硫酸滴定液〔0.1mol/L〕配制：取硫酸6mL，缓缓注入适量的水中，冷却至室温，加水稀释至1000mL，摇匀。标定：取在270～300℃枯燥恒重的基准无水碳酸钠约0.3g，精密称定，加水50mL使溶解，加甲基红-溴甲酚绿混合指示液10滴，用本液滴定至溶液由绿色变为紫红色时，煮沸2分钟，冷却至室温，继续滴定至溶液颜色有绿色变为暗紫色。每1mL硫酸滴定液〔0.1mol/L〕相当于10.60mg的无水碳酸钠。根据本液消耗量与无水碳酸钠的取用量，算出本液的浓度，即得。注1：“精密称取〞系指称取重量应准确至所称取重量的千分之一，“精密量取〞系指量取体积的准确度应符合国家标准中对该体积移液管的精度要求。变质检验1．样品中滴加过量稀盐酸假设有气泡产生，那么氢氧化钠变质。原理：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O2HCl+Na₂CO₃=2NaCl+CO₂↑+H₂O〔空气中含有少量的二氧化碳，而敞口放置的NaOH溶液能够与CO₂反响HCl中的氢离子能够与碳酸根离子反响生成气体〕注：HCl会优先与NaOH反响生成NaCl和H₂O。因为NaOH是强碱，而Na₂CO₃是水溶液显碱性。2．样品中加澄清石灰水，假设有白色沉淀生成，那么氢氧化钠变质。原理：Na₂CO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+2NaOH3.样品中加氯化钡，假设有白色沉淀生成，那么氢氧化钠变质。原理：Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl4、局部变质：①参加BaCl₂或BaNO₃，有沉淀产生，证明有Na₂CO₃产生，待沉淀完全静止后，取上层清液于试管内，滴加无色酚酞溶液，酚酞变红，那么证明有NaOH。注：不滴加NH₄Cl，Na₂CO₃溶于水后呈碱性是因为会有OH¯根离子，NH₄+与OH¯跟结合也会有刺激性气味，故不能。②在NaOH中参加氯化钙，假设有白色沉淀生成，那么说明NaOH变质。参加无色酚酞，假设无色酚酞不变色，那么说明完全变质。假设无色酚酞变红，说明局部变质。1.6关于储存固体氢氧化钠装入0.5毫米厚的钢桶中严封，每桶净重不超过100公斤；塑料袋或二层牛皮纸袋外全开口或中开口钢桶；螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶〔罐〕外普通木箱；螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶〔罐〕外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱；镀锡薄钢板桶〔罐〕、金属桶〔罐〕、塑料瓶或金属软管外瓦楞纸箱。包装容器要完整、密封，有明显的“腐蚀性物品〞标志。铁路运输时，钢桶包装的可用敞车运输。起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏，防潮防雨。如发现包装容器发生锈蚀、破裂、孔洞、溶化淌水等现象时，应立即更换包装或及早发货使用，容器破损可用锡焊修补。严禁与易燃物或可燃物、酸类、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。不得与易燃物和酸类共贮混运。1.7环境影响健康危害:侵入途径：吸入、食入。健康危害：该品有强烈刺激和腐蚀性。粉尘或烟雾会刺激眼和呼吸道，腐蚀鼻中隔，皮肤和眼与NaOH直接接触会引起灼伤，误服可造成消化道灼伤，粘膜糜烂、出血和休克。环境危害危险特性：该品不会燃烧，遇水和水蒸气大量放热，形成腐蚀性溶液。与酸发生中和反响并放热。具有强腐蚀性。燃烧〔分解〕产物：可能产生有害的毒性烟雾。1.8应急处理氢氧化钠泄漏隔离泄漏污染区，周围设警告标志，建议应急处理人员戴好防毒面具，穿化学防护服。不要直接接触泄漏物，用清洁的铲子收集于枯燥洁净有盖的容器中，以少量NaOH参加大量水中，调节至中性，再放入废水系统。也可以用大量水冲洗，经稀释的洗水放入废水系统。如大量泄漏，收集回收或处理无害后废弃。防护措施呼吸系统防护：必要时佩带防毒口罩。眼睛防护：戴化学平安防护眼镜。防护服：穿工作服〔防腐材料制作〕。手防护：戴橡皮手套。其它：工作后，淋浴更衣。注意个人清洁卫生。急救措施皮肤接触：可用5～10%硫酸镁溶液清洗。眼睛接触：立即提起眼睑，用3%硼酸溶液冲洗。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。必要时进行人工呼吸。就医。食入：少量误食时立即用食醋、3～5%醋酸或5%稀盐酸、大量橘汁或柠檬汁等中和；给饮蛋清、牛奶或植物油并迅速就医，禁忌催吐和洗胃。灭火方法：雾状水、砂土、二氧化碳灭火器。1.9产业信息氢氧化钠根据中国产业洞察网统计，2023年国内烧碱新增产能将在300～350万吨，根据实际扩产情况，实际投产产能在200万吨，产能扩张增速呈下降态势。由于2023年国内PVC、液氯市场行情持续低迷、需求不旺，产能无法充分释放。从全球市场来看，2023年以来，美国氯碱开工率逐步上升，2023年12月开工率达88%，美国氯碱产品出口强劲反弹，同时随着东北地区的日本、韩国烧碱装置逐步恢复，国内烧碱出口所面临的压力进一步加大。从国内竞争市场来看，国内行业集中度仍然偏低。由于我国历史形成的条块分割、地区保护，使得我国中小氯碱企业偏多，地区分布不均。烧碱行业是高能耗行业，耗电量巨大，加之氯碱运输本钱上涨，具有区域优势及拥有煤、电、原盐等原料优势的企业可大幅提升生产效率，增强盈利能力。当今行业内产能过剩问题凸显，产业整合加剧，具有规模优势和本钱优势的企业将更加凸显。产业洞察研究资料《中国烧碱产业开展趋势研究报告》显示2023年底，国内烧碱产能已到达3736万吨，较上年增长9.48%；国内烧碱产量2698.6万吨，较上年增长9.4%，负荷率72.2%。而下游聚氯乙烯2023年仅增长1.7%，低迷的市场需求直接抑制了烧碱的产量增速及利润空间。密度(20℃)NaOH的质量分数g/cm(g/100g溶液)物质的量浓度(mol/L)1.0000.1590.03931.0050.6020.1511.0101.0450.2641.0151.490.3781.0201.940.4941.0252.390.6111.0302.840.7311.0353.290.8511.0403.7450.9711.0454.201.0971.0504.6551.2221.0555.111.3471.0605.561.4741.0656.021.6021.0706.471.7311.0756.931.8621.0807.381.9921.0857.832.1231.0908.282.2571.0958.742.3911.1009.192.5271.1059.6452.6641.11010.102.8021.11510.5552.9421.10其他信息商品参考信息分析纯，净含量500g含量〔NaOH〕：不少于96%sodalye;whitecauCAS:1310-73-2;8012-01-9EINECS:215-185-5化学式:NaOH分子量:40.01杂质最高含量碳酸盐〔以Na₂CO₃计〕：1.5%氯化物：0.005%硫酸盐：0.005%总氮量〔N〕：0.001%磷酸盐〔PO₄)：0.001%硅酸盐〔SiO₃〕：0.01%铝〔Al〕：0.002%钾〔K〕：0.05%钙〔Ca〕：0.01%铁〔Fe〕：0.001%重金属〔以Pb算〕：0.003%2其它：氢氧化钠溶液浓度测定可直接测量氢氧化钠溶液浓度，测量范围：(Brix)0.0至38.0%温度：9.0至99.9℃溶解值：(Brix)0.1%温度：0.1℃测量准确度：(Brix)±0.2%温度：±1°C环境温度10至40℃测量温度：10至100℃(自动温度补偿)样本量：0.3毫升测量时间：3秒电源：2×AAA电池国际保护等级：IP65无尘且对喷射水柱具防护作用尺寸重量:55(W)×31(D)×109(H)毫米,100公克(不含零件的重量)主要应用于纺织印染服装、染料化工、涂料油墨、外表处理、水质分析、环境保护、食品卫生、玩具平安、电子电器、印刷纸品包装和科研院校等领域。指标指标实际指标实际指标实际指标实际氢氧化钠NaOH≥99.099.3098.098.8096.096.5095.095.8碳酸钠Na₂CO₃≤0.900.401.00.51.40.501.60.70氯化钠NaCl≤0.150.030.60.22.82.603.23.1氧化铁Fe₂O₃≤0.0050.0020.0080.0030.010.0030.020.003第2章烧碱的制备原理2.1烧碱的制备原理离子交换膜〔IEM或IM〕是对溶液中离子有选择性透过的高分子材料膜氯碱电解槽选用的是阳离子交换膜，它能使阳离子〔Na+〕通过，而排斥带负电的阴离子〔CL-〕。离子交换膜电解与普通隔膜电解的比拟图1-1。Cl-不透过离子交换膜，阴极室得到的是不含NaCL、高纯度的烧碱溶液。目前工业采用的离子交换膜有全氟磺酸型和全氟羧酸型阳离子交换树脂。对离子交换膜的工艺要求是：化学稳定性好，能够耐CL2CLO-和酸碱腐蚀；机械稳定性好，保持尺寸稳定和膜面平整阳离子选择透过性好能透过姓好，能透过Na−和H30+,阻止CL-进入阴极室，对OH-进入阳极室也起一定阻止作用；膜电阻止低2.2离子膜电解槽工业化的离子膜电解槽是由多个单元组装而成的。根据单元的结构不同，分为单极式和复极式〔双极式〕。单极式是将阳极和阴极各自组成可拆卸的单元，如同板框压滤机中板和框一样，将“阴极-框-膜-框-阳极-框〞顺序组装而成离子膜电解槽，各单元可用并联或串联组成一组电解槽。单极式电解槽各单元间要用导索联接，耗用材料多，电阻大。复极式电解槽按“阴极-空间-厢板-空间-阳极〞组成一个单元。组装时除末端用两块压紧板外，将“单元-膜-单元-膜〞顺序组装而成离子膜电解槽。复极式电解槽的根本结构如图1-2所示离子膜电解槽中，阴极和阳极室材料是钛或钛复合钢，阴极和阴极室用钢，隔板用衬钛钢板。也有的用丙烯酸制造槽框。各单元底部有液体〔盐水和纯水〕进口管，项部有液体〔淡盐水和碱液〕和气体〔氢和氯〕出口管。离子膜碱液的蒸发特点(1).流程简单，简化设备，易于操作。(2)浓度高，蒸发水量少，蒸汽耗量低2离子膜点解制碱的优点：(1)投资省。〔2〕出槽NaOH浓度高。〔3〕能耗低。〔4〕氢氧化钠质量好。〔5〕氯化纯度高，氯中含氧，含氢低。〔6〕氢气纯度高。〔7〕无污染。〔8〕生产本钱地.在隔膜法、水银法和离子膜法这三种点解法中，离子膜法的能耗和建设投资是最少的；质量反面，离子膜法制得的碱液，氢、氯、的质量优于隔膜法，接近或等于水银而不含汞；没有汞、石棉污染等公害。是目前最好的方法。正因为这些特点。离子膜点解制碱工艺有着极强的生命力，在我国的制碱行业之中开展及其迅速，得到了广阔生产商的欢送。2.3制固体烧碱〔1〕生产方法液体烧碱在高温下进一步浓缩呈熔融状态在，再经冷却，成型，制得不同形状的固体烧碱，简称固碱。生产固碱的原料——液碱。可采用化学〔苛化〕法或电化学〔隔膜电解，水银点解及离子膜点解〕法生产。液碱经熬碱锅间歇蒸煮或升〔降〕模式蒸发器连续蒸发，脱掉大局部水分，高温下浓缩呈熔融状，熔融碱的氢氧化钠含量一般大于95%〔wt〕，再经冷却，固态化成型，制成桶碱，片碱或粒碱等固碱的生产主要有间歇发锅式蒸煮和连续法膜式蒸发两种方法，锅式蒸煮固碱采用铸铁锅直接火加热，蒸煮液碱，熬制固碱。这种生产方法工艺成熟可靠，产品质量稳定，铸铁锅的维修工作量不打，因此被普遍采用。其缺点是，工艺陈旧，间歇操作，生产能力低，设备笨重，占地面积大,操作劳动强度大，热利用率低，不便于机械化，自动化。连续法膜式蒸发固碱，生产上采用薄膜蒸发原理，45%〔wt〕的碱液先在升膜蒸发器内预浓缩，再经降膜蒸发器浓，制成熔融碱，再以桶碱或片碱、粒碱包装即为固碱成品。膜式法蒸发工艺，给热系数大，传热效率高，物料在传热导管内蒸发速度快，停留时间短，碱液一次通过升膜、降膜管，既能到达要求的浓度。升。降膜蒸发器及加热系统便于大型化、生产连续化，控制自动化，故在世界上广泛应用。膜式蒸发固碱的生产，是根据薄膜蒸发的原理，采用升、降膜蒸发器，降44%〔wt〕液碱浓缩为熔融碱，经冷却制得固碱。片碱机是氯碱行业生产烧碱的设备，设计和加工单位往往压迫根据生产厂家的要求和实际情况进行专门的设计和加工。片碱主要由滚筒机构，刀架机构，冷却机构。转动机构，和卸料机构组成、如图：熔融碱自高位槽经调节流量参加片碱机下的弧形碱槽。采用膜式蒸发工艺生产的合格熔融碱，通过成品别离器的液封装置,自流进入弧形碱槽，片碱机的冷却滚筒外表开有燕尾槽，滚碱下部侵入弧形碱槽20~50mm，弧形碱槽靠提升装置保持在所需的位置上或倒尽槽内熔融碱，滚筒以1.5-3转/分的速度缓慢转动。冷却水由滚筒轴承一端进入；从水管上的喷嘴喷出喷淋冷却滚筒的内外表。用过的冷却水从另一端引出。冷却水的出管口与水喷射泵连接，形成一定的真空，使冷却水能及时排出，保证充分利用冷却滚筒的换热面积。片碱的厚度通常控制在0.8-1.5mm，通过调整滚筒的转化速与滚筒侵入弧形槽的深度来调节，随着滚筒的旋转、滚筒的外表冷却凝结的碱层不断地被刮刀铲下，即为碱片由于片碱冷却效率低，出料温度高，经常烫坏塑料袋，使生产不能连续进行。要对片碱新系统进行改造，降低出料温度，使片碱生产顺利进行。3固碱的主要用途固碱与液碱都是根本化工原料，广泛用于造纸、合成洗涤及肥皂、粘胶纤维、人造丝及棉织品等轻纺工业方面，农药，染料、橡胶和化肥等化学工业方面，石油钻探，精炼石油油脂和提炼焦油产物的石油工业，以及国防工业，机械工业、木材加工，冶金工业医药工业及城市建设等方面，但对某些产品的生产如：乙炔气体枯燥，苯酚和塞洛路等，必须使用固碱。2.4生产原理2.4.1离子膜烧碱片碱工段概述膜式方法生产片状固体烧碱是使烧碱溶液与加热源的传热发热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，一般采用熔盐进行加热。2.5膜式方法生产烧碱可以分为两个阶段烧碱溶液从30%浓度缩至56%，这个阶段可以在降膜蒸发器中进行。加热源采取中生蒸气在真空下进行蒸发；56%烧碱溶液再通过上升膜浓缩器，以熔盐为加热载体，在常压下将烧碱浓缩成熔盐烧碱。2.5.1下降的沸腾传热过程当液体进入降膜蒸发器中垂直的加热管道内，液体被管外的加热源〔蒸发或者热载体〕所加热，而到达沸腾。在沸腾的流体中，液体和蒸汽是二相混合流动的，故它是二相流动的给热的过程。对于该过程，但凡影响单相对流给热的各种因数如液体的粘度、密度、导热系数、比热容、体积膨胀系数和加热面的集合形状都对二相对流有影响，由于液体沸腾产生的相变时吸收大量的热，故它的给热系数要比单相对流大很多，另外、其他如加热面的材料、液体的便面张力、蒸发压力、蒸发密度等都对传热起重要的作用。同时，由于降温蒸发在传热过程中，在管子的加热面要产生气泡，因此，在传热过程中，任何气泡的生成、长大和别离有关的因数，都和降膜的沸腾传热有着密切的关系，在降膜蒸发的过程中，当液体的加热面上有足够的加热流强度或壁面温度超过液体的温度一定时，在液体加热面之间会产生一层极薄的液层〔滞留热界面层〕，从而形成温度差。此极薄的液层受热发生相变，吸收潜热而蒸发，这样，管内液体不必去底部到达饱和温度，就能在加热面上产生气泡而沸腾。这时气泡的过热程度超过从膜内传热的温度，所以蒸发完全是在膜外表进行的。这种沸腾叫做外表沸腾或过冷沸腾。对于外表沸腾的蒸发应具备以下两个要素〔1〕液体必须过热，即到达气泡形成的过热度。〔2〕有气化核心、气化核心的生产是由于加热面上有细小凹坑形成的孔穴中所密封的气体或蒸汽。当液体被加热面加热时孔穴中液体气化形成蒸汽泡。一定的过热度对应一定的直径。随着过热度的增加，气化核心所需要的临界直径变小、更大的孔穴上也能形成气化核心，使沸腾变得更加剧烈。随着避面热流强度的增加，过热度加大，气泡粘度、外表张力和惯性的作用变弱，气泡迅速增大，这时气泡的传热因素起主要作用。涨大后的气泡，受它周围液体传热强度支配，加剧了气液界面上的蒸汽和传热程度。如果周围液体到达了饱和温度，这时的沸腾就转为饱和沸腾。然而，在降膜蒸发过程中，由于形成二次蒸汽流速很高，将液体拉拽成一层薄膜，流动速度很快，故环状流中有一个高速的蒸汽中心和一个流体环，气液界面上受到高速的蒸汽的干扰剧烈，使壁面的传热机理由泡状流的饱和沸腾给热转变为通过液膜的强制对流给热。这时，通常在液膜内不再有气泡产生，热量主要是通过液膜的导热和液膜外表的蒸发进行传热，因此又称为薄蒸发。同时，在降膜蒸发过程中，要防止出现壁面液膜的断裂变赶现象。否那么将使给热系数大大降低，另一方面也要防止出现流量太大而致使液体过热度缺乏，不能形成薄膜蒸发现象，因此，控制好进入蒸发器中液体的流量及加热载体的温度，在膜式症发中至关重要。此外，在实际生产中，为了降低液体的沸点、提高温度，加速二次蒸汽的溢出，常有降膜蒸发器在负压下进行。工业上蒸发过程是典型的传热过程。这个过程可由传热方程式来表示；Q=k×F×△t式中Q——传热速率，kJ/hF——传热面积，m２△t——传热系数，KJ/(m2×h×℃)由传热根本方程式可知，提高传热速率分别与传热面积、传热温差及传热系数有关。也就是说上述三要素是提高传热速率，提高蒸发能力的根本条件。2.6工艺流程及其简述由离子膜电解工序来的30%原料烧碱溶液送入碱贮槽，经泵自顶部进入如1号预浓缩器，在100BAR操作压力下沿列管内壁形成均匀完整的液膜向下流动，同时与最终浓缩路及2号预浓缩器的二次蒸汽换热。经浓缩后，浓度44%的烧碱流出管来，进入浓缩器下部的二次蒸汽别离器进行气液别离，之后由泵并参加一定浓度的蔗糖熔盐后送入产生的二次蒸汽，由蒸汽喷射真空泵抽出。混合冷凝器的含碱冷凝水流回循环水池子，经冷却后循环使用溢出的含碱冷凝水进入烧碱凝水槽进行收集。预浓缩器与常压下操作，44%烧碱溶液由壳程内的0.7BAR生蒸汽，经进一步浓缩为56%烧碱溶液后流出管来，进入二次别离器别离。经泵到最终浓缩器56%烧碱溶液经最终浓缩器顶部参加，均匀分布到14个下降膜单元，每一个单元均有单独的加热夹套，温度为395~430℃的熔融盐于其中与烧碱溶液逆向流动换热。最终，浓缩为浓度约为99%的烧碱溶液到别离器，经气液别离后能均匀流到有熔盐伴热的熔融烧碱管进入片碱机浸槽。经冷却破碎制成厚约为0.9~0.2mm，温度约为60℃的成品。壳程的二次蒸汽冷凝水流入含有烧碱凝水槽。熔融盐由熔盐泵打入熔盐炉，通过加热器管使燃烧炉产生的热传递给循环熔盐，熔盐经循环，连续不断地向提供外部热源与以浓缩烧碱液，并未装置提供版热源。2.6.1除水及附属设备说明除水路线由以下两个步骤组成：〔1〕两效预浓缩器〔2〕最终浓缩器2.6.2预浓缩进料碱液〔CSF30%〕由泵自贮槽打入预浓缩器，用来最终浓缩器及预浓缩器的二次蒸汽加热。考虑到开车时未产生二次蒸汽，设计引入局部蒸汽进入加热，而浓度未到达时采取了使碱液循环被渐热的措施使浓度到达要求。预浓缩器产品侧工作压力为真空100mbar，其真空度由混合冷凝器和真气喷射真空泵产生。预浓缩后浓度为44%碱液流出管束，进入下部的二次蒸汽别离器。预浓缩器与常压下操作，由0.7mkPa生蒸汽加热，经进一步浓缩，浓度为56%的碱液流出管束进入二次蒸汽别离器别离，之后由碱液泵送入最终浓缩器。2.6.3最终浓缩器最终浓缩器主要由单独管道组件〔浓缩器管〕和二次蒸汽别离器组成。进料碱液在降膜浓缩器中于常压下由外部热源加热蒸发，进料碱液56%由泵打入最终浓缩器碱液集料器，进入最终浓缩单元，浓度约为99%的熔融碱液膜流出浓缩器单元，经汇流槽进入别离器，经别离器流入分配器，并分配至片碱机。第3章物料衡算及能量衡算3.1物料衡算3.1.1电解工段电解槽内的物料衡算计算依据1、供应盐水规格：NaCl=310g/L重度d=1.192(常温〕精盐水中杂质忽略不计2、阴极液：NaOH浓度32%重度d=1.310〔80℃〕3、阳极液:NaCl=210g/L重度d=1.120〔常温〕电解槽中进行的各种副反响所产生的杂质忽略不计4、以80KA电流负荷为计算基准:2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl280KA电流负荷时，每小时每台电解槽理论产量碱量。需消耗NaCl量：生成NaOH量：同时生成H2量：生成Cl2量：需消耗H2O量：5、物料衡算1〕、湿氯气的计算湿氯气中含水量的计算：根据道尔顿气体分压定侓，湿氯气中氯气和水蒸气的分压与它们摩尔数成正比。80℃时含NaCl=210g/L的阳极液上方的水蒸气分压为290mmHg。那么因此，离开电解槽的湿氯气总量G1=105.84+16.56=122.4kg2〕、进入电解槽的供应盐水量的计算：一、离子膜的水迁移到阴极的H2O量为：二、设每小时需向电解槽供应的盐水量为XL，从电解槽流出的淡盐水量为YL，那么阳极液中的NaCl存在以下平衡：0.31X=174.56+0.21Y(1)对水存在以下平衡：(1.19-0.31)X=(1.12-0.21)Y+182.7+1656(2)解〔1〕、〔2〕组成的二元一次方程得X=1202Y=944故每小时向电解槽供应的盐水1202L供应盐水重量G2=1202×1.19=1430.38kg三、流出电解槽的淡盐量的计算：从电解槽流出的淡盐水的体积为944L，淡盐水比重为1.12。那么淡盐水的总量：G3=944×1.12=1057.2kg其中NaCl=944×0.21=198.24kgH2O=1057.28-198.24=859.04kg四、湿氢气量的计算湿氢气中含水量计算：80℃含NaOH32%的阴极液上方的水蒸气分压为170mmHg。那么因此，离开电解槽的湿氢气总量G4=2.98+7.74=10.72kg五、流出电解槽碱液量的计算：其中：NaOH=97.74kgG5=97.74+202.64=300.38kg六、供应纯水量的计算：G6=202.64+7.74-182.7=27.68kg七、物料衡算表表3-1电解槽物料平衡表输入输出供应盐水G21430.37㎏淡盐水G31057.28kgNACl372.62㎏NaCl198.24kgH2O1057.75㎏H2O859.04kg供应纯水G627.68㎏碱液G5300.38kg————NaOH97.74kg————H2O202.64kg————湿氯气G1122.40kg————Cl2105.84kg————H2O16.56kg————湿氢气G410.72kg————H22.98kg————H2O7.74kg共计〔G2+G6)1458.05kg共计(G1+G3+G4+G5)1490.78kg3.1.2CL2处理岗位物料衡算1、计算依据1、生产规模30万吨100%氢氧化钠/年2、年生产时间300天3、计算基准以生产1吨100%氢氧化钠为基准4、原始数据电解厂房来的湿Cl2的湿度、压力及组成入下表3-2表3-2湿CL2的湿度、压力及组成项目数量备注〔以……为基准〕温度85℃——总压〔表〕-98Pa——水蒸气213kg100%NaOH氯气885kg12.46kmol、100%NaOH不凝气体9kg0.31kmol、100%NaOH气体总量1107kg100%NaOH成分98%——2、计算采用的流程示意图如下所示：图3.1氯气处理岗位流程示意图由于电解槽厂房到HE-301冷却器这一段管路比拟短，而且管子采取保温措施，所以可以忽略氯气经过这一段管路所产生的温度下降，冷凝下来的水蒸汽量也忽略不计。3、HE-301冷却器的物料衡算由原始数据得知进入HE-301钛冷却器的气体组成为:氯气885kg水蒸气213kg不凝气体9kg在HE-301中，氯气和过滤盐水进行换热，温度由85℃冷却至65℃。查表得65℃时的水蒸气分压为0.2550×98.1Kpa〔0.255kg/cm2〕。冷凝下来的氯水温度为70℃，此时氯在水中的溶解度为0.0027kg/kgH2O。设在HE-301冷却器中冷凝下来的水蒸气量为-100×9.8pa〔90mmH2O〕，那么出口气体的总压力为-100×9.8pa〔-100mmH2O〕。根据道尔顿分压定律，那么有下式：由上式可得W1=133.29kg被溶解的氯气量：133.29×0.00279=0.372kg氯水总量：133.29+0.372=133.66kg可见出HE-301冷却器的气体组成为：氯气：885-0.372=884.628kg水蒸气：213-133.29=79.71kg不凝性气体：9kgTW-310氯气洗涤塔的物料衡算在氯气洗涤塔中，用饱和氯水对氯气进行洗涤，氯气温度由65℃降至45℃，同时向洗涤塔补充少量新鲜水〔500kg/Hr〕。从洗涤塔出来的氯气温度为40℃。查表可得45℃时水蒸气分压为0.0977×98.1Kpa〔0.0977kg/cm2〕，40℃时氯水在水中溶解度为0.00459kg/kgH2O。满负荷时，每小时产碱约20吨，每吨NaOH为基准，那么补充的新鲜水量为25kg/t100%NaOH。假设在TW-310中冷凝下来的水蒸气量为W2kg，塔的阻力降为100×9.8pa〔-200mmH2O〕。根据道尔顿分压定律，那么有下式：由上式可求得：W2=54.29kg被溶解的氯气量：0.00459×(25+54.29)=0.364kg氯水总量：25+54.29+0.364=79.65kg可见出TW-310的气体组成：氯气：884.628-0.364=884.264kg水蒸气-54.29=25.42kg不凝性气体：9kg氯气出TW-310后，经鼓风机加压至1200×9.8Pa进入HE-501、HE-502冷却至15℃后再进入枯燥塔。HE-501的物料衡算氯气在HE-501中用工业水冷却至30℃，查表得30℃时水蒸气分压为0.0433×98.1Kpa〔0.0433kg/cm2〕。冷凝下来的氯水温度为30℃，此时氯在水中的溶解度为0.00572kg/kgH2O。设在HE-501中冷凝下来的水量为W3kg，HE-501的阻力降为100×9.8Pa〔100mmH2O〕。那么出口气体的总压为1100×9.8Pa〔1100mmH2O)。根据道尔顿分压定侓，那么有下式：由上式可求得W3=16.07kg被溶解的氯气量：0.00572×16.07=0.091kg氯水总量：16.07+0.0919=16.16kg可见出HE-501的气体组成为：氯气：884.264-0.0919=884.172kg水蒸气：5.42-16.07=9.35kg不凝性气体：9kg5、HE-502、FT-501的物料衡算氯水在HE-502中用低温水冷却至15℃，此时水蒸气分压为0.0174×98.1Kpa。冷凝下来的氯水温度为15℃，此时氯水在水中的溶解度为0.00850kg/kgH2O。HE-502出来的氯气经除雾器FT-501除去其中夹带的水雾后进入枯燥塔。设冷凝下来的水蒸气量为W4kg，氯气经过HE-502、FT-501后的降为200×9.8pa〔200mmH2O〕根据道尔顿分压定律，那么有下式：由上式可得W4=5.61kg被溶解的氯气量：0.00850×5.61=0.0477kg氯水总量：5.61+0.0477=5.658kg可见出HE-501的气体组成为：氯气：884.172-0.0477=884.124kg水蒸气：35-5.61=3.74kg不凝性气体：9kg枯燥塔的物料衡算进枯燥塔的硫酸浓度为98%，温度为20℃，出枯燥塔的硫酸浓度为75%，温度为20℃，氯气在硫酸中的溶解度忽略不计。设每公斤98%硫酸吸收水分为kg。那么设枯燥所需98%硫酸的量为Wkg，枯燥后氯气含水量为15PPM.那么解得W=12.15kg枯燥后氯气含水量为：×12.15=0.0316kg出枯燥塔的气体组成为：氯气：884.124kg水蒸气：0.316kg氯气纯度为：7、物料衡算表〔1〕、HE-301物料衡算表表3-2物料衡算表项目进冷却器量出冷却器量氯气885kg(100%NaOH)884.628kg(100%NaOH)水蒸气213kg(100%NaOH)79.71kg(100%NaOH)不凝性气体9kg(100%NaOH)9kg(100%NaOH)氯水——33.66kg(100%NaOH)总计1107kg1107kg、TW-310物料衡算表表3-3物料衡算表项目进洗涤塔量出洗涤塔量氯气884.528kg(100%NaOH)884.264kg(100%NaOH)水蒸气79.71kg(100%NaOH)25.42kg(100%NaOH)不凝性气体9kg(100%NaOH)9kg(100%NaOH)氯水——79.65kg(100%NaOH)新鲜水25kg(100%NaOH)——总计998.34kg998.33kg〔3〕、HE-501的物料衡算表表3-4物料衡算表项目进冷却器量出冷却器量氯气884.264kg(100%NaOH)884.172kg(100%NaOH)水蒸气25.42kg(100%NaOH)9.35kg(100%NaOH)不凝性气体9kg(100%NaOH)9kg(100%NaOH)氯水——16.16kg(100%NaOH)总计918.68kg918.68kg〔4〕、HE-502、FE-501物料衡算表表3-5物料衡算表项目进枯燥器量出除雾器量氯气884.126kg(100%NaOH)884.126kg〔100%NaOH〕水蒸气3.74kg(100%NaOH)0.0316kg〔100%NaOH)不凝性气体9kg(100%NaOH)9kg(100%NaOH)硫酸12.15kg〔98%硫酸〕15.88kg〔75%硫酸〕总计909.129kg909.02kg〔5〕、枯燥塔的物料衡算表表3-6枯燥塔的物料衡算表项目进枯燥塔量出枯燥塔量氯气884.126kg〔100%NaOH〕884.126kg〔100%NaOH〕水蒸气3.74kg(100%NaOH〕0.0316kg〔100%NaOH)不凝性气体9kg〔100%NaOH)9kg〔100%NaOH)硫酸12.15kg〔98%硫酸〕15.88kg〔75%硫酸〕总计909.129kg909.02kg3.1.3淡盐水脱氧岗位物料衡算计算依据NaCL210g/L游离基〔ClO_)400PPM(Wt〕流量117m3/h比重1.12进塔氯水流量3.5m3/h(比重1.0〕氯气的溶解度4g/L出塔淡盐水游离基〔ClO_)32PPM(Wt〕脱氧塔真空度为250Toor，其中水蒸气分压P=220Toor物料衡算图3.2、进入脱氧塔淡盐水量的计算=117m3/h=117×1120kg/m3=131040kg/h=3.5m3/h=3500kg/h=131040+3500=134540kg/h其中：NaCl=117×210=24570kg/hH2O=117×(1120-210)+3.5×(1000-4)-117×0.4×=109891.48kg/hCl2=117×0.4×+3.5×4=78.52kg/h、每小时从脱氯塔出的氯气量为Xkg,塔内消耗淡盐G2kg。湿氯气中含水量为:所以，对氯气存在以下平衡：×10-6解得：X=73.08kg=73.08×0.103=7.527mol=135.5kgG2=73.08+135.5=208.58kg/h(3)、出脱氧塔的淡盐水的量G3G3=G1-G2=134540-208.58=134331.42kg/h其中：NaCL=24570kg/hH2O=109891.48-135.5=109755.98kg/hCL2=78.52-73.08=5.44kg/h物料衡算表表3-7物料衡算表输入输出进塔淡盐水G134540kg出塔淡盐水G3134331.42kgNaCl24570kgNaCl24570kgH2O109891.48kgH2O109755.98kgCl278.52kgCl273.08kg————脱出的湿氮气G2208.58kg————H2O73.08kg————Cl2135.5kg共计(G1)134540kg共计(G2+G3)134466.92kg3.2能量衡算3.2.1HE-301的能量衡算1、氯气冷却热884.628kg氯气65℃latm△H884.628kg氯气85℃latm∵△H=nCp△T査《化工工艺手册》[1]得，氯气在1atm，65℃--85℃下的Cp=0.127kcal/kg·℃∴△H=882.628×0.127×(65-85)=-2246.96kcal又∵1kcal/kmol=4186.8J/kmol∴△H=-2246.96×4186.8=-9407.57KJ2、水的冷凝热133.29kg水〔g〕133.29kg水〔g〕85℃latm133.29kg水〔l〕70℃latm133.29kg水〔g〕70℃latm△H△H1△H2假设该过程中的水蒸气均为饱和水蒸气査《江苏氯碱·氯碱生产手册》[2]得，70℃，1atm下的饱和水蒸气的蒸发热=557.3kcal，85℃，1atm下的饱和水蒸汽的蒸发热H2=548.3kcal/kg所以，将水蒸气从85℃冷凝到70℃的冷凝热为H=〔548.3-557.3〕×133.29=-1199.61kcal∵1kcal/kmol=4186.8J/kmol∴△H1=-1199.61×4186.8=-5022.53KJ査《江苏氯碱·氯碱生产手册》得，70℃，1atm下的饱和水蒸气的蒸发焓H〔g〕=627.3kcal/kg，饱和水蒸气液体的焓H(l)=70.0kcal/kg所以,△H2=〔70-627.3〕×133.29×4186.8=-311006.04KJH=△H1+△H2=-1199.61-311006.04=-312205.65KJ3、氯气溶解在水中与水反响生成的反响热CL2(g)+H2O(L)=HCL(L)+HCL(g)由于反响在85℃时进行，反响后物料温度为70℃，所有设计过程如下：氯气〔g〕+水〔l〕氯气〔g〕+水〔l〕85℃latm氯气〔g〕+水〔l〕25℃latm氯化氢〔g〕+次氯酸〔l〕25℃latm△H△H1△H2△H3氯化氢〔g〕+次氯酸〔l〕70℃latm由于氯气在水中溶解度的量非常的少，所以可以把过程1、3中的溶液看作全部是由水溶液组成，根据△H=nCp△T,可得H1=×75.291×〔25-85〕=-33544.65KJH3=×75.291×〔70-25〕=25158.49KJ査《物理化学》[3]得，该反响在25℃，1atm下，各物质标准摩尔生成热为：(△H(298k))CL2(g)=-23.4KJ/mol(△H(298k))H20(L)=-285.83KJ/mol(△H(298k))HCLO(L)=-120.9KJ/mol(△H(298k))HCL(g)=-92.307KJ/mol所以，25℃，1atm下，该反响的摩尔反响热为Hf=-120.9-92.307-〔-23.4-285.83〕=96.023kJ/mol因为氯气溶解得量为0.372kg，即0.372×1000/71=5.24mol所以，△H2=5.24×96.023=503.16KJ∴△H=△H1+△H2+△H3=-33544.65+25158.49+503.16=-7883KJ3.2.2HE-501的能量衡算1、氯气冷却884.172kg氯气〔g〕884.172kg氯气〔g〕45℃latm884.172kg氯气〔g〕30℃latm△H∵△H=nCp△T査《化工工艺手册》得，氯气在latm，30℃-40℃下的Cp=0.120kcal/kg·℃∴△H=884.172×0.120×〔30-45〕=-159.51kcal又∵1kcal/kmol=4186.8J/kmol∴△H=-1591.51×4186.8=6663.33KJ2、水的冷凝热16.07kg水〔g〕16.07kg水〔g〕45℃latm16.07kg水〔l〕30℃latm16.07kg水〔g〕30℃latm△H△H1△H2假设该过程中的水蒸气均为饱和水蒸汽。査《江苏氯碱·氯碱生产手册》得，30℃，latm下的饱和水蒸汽的焓H(g〕=611.4kcal/kg，饱和水蒸汽液体的焓H(l〕=30.0kcal/kg所以，△H2=(30-610.4)×16.07×4186.8=-39050.40KJ△H=△H1+△H2=-578.62-399050.40=-39629.02KJ査《江苏氯碱·氯碱生产手册》得，45℃，latm下的饱和水蒸汽的蒸发热H1=571.8kcal/kg，30℃，latm下的饱和水蒸气的蒸发热H2=580.4kcal/kg所以，将水蒸气从65℃冷凝到40℃的冷凝热为△H=(571.8-580.4)×16.07=-138.202kcal∵1kcal/kmol=4186.8J/kmol∴△H1=-138.202×4186.8=-578.62KJ3、氯气溶解在水中与水反响生成的反响热Cl2〔g〕+H2O(l)→HClO(l)+HCl(g)由于反响在45℃时进行，反响后物料温度为30℃，所有设计过程如下：氯化氢〔氯化氢〔g〕+次氯酸〔l〕30℃latm氯气〔g〕+水〔l〕45℃latm氯化氢〔g〕+次氯气〔l〕25℃latm氯气〔g〕+水〔l)25℃latm△H△H1△H3△H2由于氯气在水中溶解的量非常的少，所以可以把过程1、3中的溶解看作全部是由水溶液组成，根据△H=nCp△T,可得：査《物理化学》得，该反响在25℃，latm下，各种物质得标准摩尔生成热为：(△H298K)Cl2(g)=-23.4KJ/mol(△H298K)H2O(l)=-285.83KJ/mol(△H298K)HClO(l〕=-120.9KJ/mol(△H298K)HCl〔g〕=-92.307KJ/mol所以，25℃，latm下，该反响的摩尔反响热为△Hf=-120.9-92.307-〔-23.4-285.83〕=96.023KJ/mol因为氯气溶解得量为0.0919kg，即所以：△H=△H1+△H2+△H3=-1351.89+337.97+124.29=-889.63KJ3.2.3HE-502、FT-501的能量衡算1、氯气冷却热∵△H=nCp△T査《化工工艺手册》得，氯气在latm，15℃-30℃，884.126kg氯气〔g〕15℃latm884.126kg氯气〔g〕15℃latm△H884.126kg氯气〔g〕30℃latm∴△H=884.126×0.110×(15-30)=-1458.81kcal又∵1kcal/kmol=4186.8J/kmol∴△H=-1458.81×4186.8=-6107.74KJ2、水的冷凝热5.61kg水〔g〕5.61kg水〔g〕30℃latm5.61kg水〔l〕15℃latm5.61kg水〔g〕30℃latm△H△H1△H2假设该过程中的水蒸气均为饱和水蒸汽。査《江苏氯碱·氯碱生产手册》得，30℃，latm下的水蒸气的蒸发热H1=580.4kcal/kg，15℃，latm下的饱和水蒸汽的蒸发热H2=588.9kcal/kg所以，将水蒸气从30℃冷凝到15℃的冷凝热为△H=(580.4-588.9)×5.61=-47.685kcal∵1kcal/kmol=4186.8J/kmol∴△H1=-47.685×4186.8=-199.65KJ査《江苏氯碱·氯碱生产手册》得，15℃，latm下的饱和水蒸汽的焓H(g)=603.9kcal/kg，饱和水蒸汽液体的焓好H(1)=15.0kcal/kg所以，△H2=(15.0-603.9)×5.61×4168.8=-13832.05KJ△H=△H1+△H2=-199.65-13832.05=-13632.40KJ3、氯气溶解在水中与水反响生成的反响热Cl2〔g〕+H2O(l〕→HClO(l〕+HCl〔g〕由于反响在30℃时进行，反响后物料温度为15℃，所有设计过程如下：氯气〔g〕+水〔l〕氯气〔g〕+水〔l〕30℃latm氯化氢〔g)+次氯酸〔l〕15℃latm氯气〔g〕+水〔l〕25℃latm氯化氢〔g〕+次氯酸〔l〕25℃latm△H△H1△H2△△H3由于氯气在水中溶解的量非常的少，所以可以把过程1、3中的溶解液看作全部是由水溶液组成，根据△H=nCp△T，可得：査《物理化学》得，该反响在25℃，latm下，各种物质得标准摩尔生成热为：(△H298K)Cl2(g)=-23.4KJ/mol(△H298K)H2O(l〕=-285.83KJ/mol〔△H298K)HClO(l〕=-120.9KJ/mol〔△H=)HCl〔g〕=-92.307KJ/mol所以，25℃，latm下，该反响的摩尔反响热为△Hf=-120.9-92.307-〔-23.4-285.83〕=96.023KJ/mol因为氯气溶解得量为0.0477kg，即：所以，△H==0.672×96.023=64.51KJ∴△H=△H1+△H2+△H3=-290.48KJ3.2.4枯燥塔的能量衡算98%浓H2SO4→75%的H2SO4，20℃，吸收水蒸气3.74kg硫酸的原始组成：稀释后的组成：由于X1=0.11molH2O/molH2SO4，査得积分溶解热为△H1=-1500cal/molH2SO4,X2=1.81molH2O/molH2SO4,査得积分溶解热为△H2=-8500cal/molH2SO4。∵△H2-△H1=-8500+1500=-7000cal/molH2SO4∵消耗硫酸得量为12.15×98%-11.907=0.1215mol∴△H=-29307.6×0.1215=-3560.87KJ为了设计需要，假设在各个反响器中放出的热量全部用冷却水作为冷却介质，经过换热器将热量移走，使得各个反响器中放出的热量全部被冷却水吸收。3.2.5能量衡算表表3-8氯气处理岗位能量衡算表放出的热量〔KJ)吸收的热量〔KJ)氯气的冷却热HE-3019407.57冷却水吸收的热量HE-301329496.22TW-3109033.46TW-310148287.23HE-5016663.33HE-50147181.98HE-502、FT-5016107.74HE-502、FT-50120030.62水蒸气的冷凝热HE-301312205.65干燥塔——3560.87TW-310131417.30——————HE-50139629.02——————HE-502、FT-50113632.40——————氯气与水的反响生成热HE-3017883.00——————TW-3107836.47——————HE-501889.63——————HE-502、FT-501290.48——————氯气枯燥过程硫酸的稀释热——3560.87——————总计——548556.92总计——548556.923.3一段洗涤塔的物料衡算3.3.1一段洗涤塔的物料衡算基准(1)以生产30万吨100%氢氧化钠为基准有化学方程式：2NaOH+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑计算可得：M=2×30×107÷〔2×40〕=7.5×106㎏M——生产30万吨烧碱的氢气的质量(