離子膜法制堿技術(shù)

目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 1關(guān)鍵詞 1前言 11.年產(chǎn)10萬(wàn)噸離子膜燒堿項(xiàng)目的主要工序 12?離子膜制燒堿鹽水精制介紹 13?離子膜制燒堿的特點(diǎn) 13.1投資省 13.2能耗低 23.3堿液質(zhì)量好 23.4氯氣及氫氣純度高 23.5無(wú)污染 2離子膜制燒堿鹽水精制的工藝原理 2離子交換膜的性能簡(jiǎn)介 36.離子膜制堿鹽水精制的工藝條件 3NaOH的濃度 36.2陽(yáng)極液NaCl濃度 46.3電流密度 46.4陽(yáng)極液PH值 46.5電解液的溫度 56.6電解液流量 5離子膜制堿鹽水精制的工藝流程 5離子膜制堿鹽水精制的工藝設(shè)計(jì) 6一次鹽水 68.2二次鹽水精制 68.3電解工藝 68.4淡鹽水脫氯 78.5氯氫處理（含廢氯氣處理） 78.6氯氣液化 88.7氯化氫合成及鹽酸 8離子膜制堿鹽水精制的工藝計(jì)算 9一次鹽水計(jì)算依據(jù)： 99.2、輸出 12\o"CurrentDocument"小結(jié) 19\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 20致謝 21摘要：本文結(jié)合先進(jìn)的離子膜法制堿技術(shù)向著復(fù)極槽、高電流密度、自然循環(huán)方向發(fā)展的趨勢(shì)，介紹了鹽水中各種有害物質(zhì)的去除工藝，特別是膜技術(shù)在鹽水精制中的良好使用效果，說(shuō)明鹽水精制技術(shù)正向著自動(dòng)化控制、減輕環(huán)境污染、高質(zhì)量鹽水的方向發(fā)展，離子膜法制燒堿是燒堿生產(chǎn)工藝中常用的制法之一。關(guān)鍵詞：離子交換膜性能鹽水精制工藝計(jì)算前言目前鹽水電解生產(chǎn)燒堿的方法主要有隔膜法和離子膜法，離子膜法具有綜合能耗低，堿液濃度高，氯氫純度高，裝置自動(dòng)化控制程度高，環(huán)境污染輕等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今世界公認(rèn)的先進(jìn)制堿技術(shù)及發(fā)展方向。燒堿是最重要的基本化工原料之一，其最初的用途是從制造肥皂開(kāi)始，逐漸用于輕工、紡織、化工等領(lǐng)域。隨著制鋁工業(yè)及石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍更加廣泛，下游產(chǎn)品已達(dá)到900多種。另外，在燒堿生產(chǎn)過(guò)程中所聯(lián)產(chǎn)的氯氣、氫氣也是重要的基本化工原料，在化肥、精細(xì)化工、輕工、紡織等行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)化肥、精細(xì)化工、輕工、紡織等有強(qiáng)勁的需求。氯堿工業(yè)是生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣以及此衍生系列產(chǎn)品基本化學(xué)工業(yè)，其產(chǎn)品廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有重要的作用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)有氯堿生產(chǎn)能力遠(yuǎn)未達(dá)到市場(chǎng)需求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效率。1.年產(chǎn)10萬(wàn)噸離子膜燒堿項(xiàng)目的主要工序?yàn)辂}水一次精制工序、電解工序、淡鹽水脫氯、氯氫處理工序、氯化氫合成及鹽酸.2?離子膜制燒堿鹽水精制介紹離子交換膜法電解食鹽水的研究始于20世紀(jì)50年代，由于所選的材料耐腐蝕性能差，一直未能獲得實(shí)用性的成果，直到1966年美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)了化學(xué)穩(wěn)定性好的全氟磺酸陽(yáng)離子交換膜，離子交換膜電解食鹽水才得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。3?離子膜制燒堿的特點(diǎn)（1）投資省目前國(guó)內(nèi)離子膜法投資比水銀法或隔膜法反而高，主要是目前離子膜法電解技術(shù)和主要設(shè)備均從國(guó)外引進(jìn)，因此成本高，隨著離子膜法裝置國(guó)產(chǎn)率將提高，其投資成本會(huì)逐漸降低。（2）能耗低離子膜法制堿噸堿直流電耗 2200?2300kw/h，比隔膜法節(jié)約150?250kw/h（3）堿液質(zhì)量好離子膜法電解制堿出槽堿液中一般含NaCl為20?35mg/1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。（4）氯氣及氫氣純度高離子膜電解制堿所的氯氣純度高達(dá)98.5%—99%,有利于聚氯乙烯的生產(chǎn)及液氯的生產(chǎn)，氫氣純度高達(dá)99.99%,對(duì)合成鹽酸及PVC生產(chǎn)提高氯化氫純度極為有利。（5）無(wú)污染離子膜電解可以避免水銀和石棉對(duì)環(huán)境的污染。離子膜有較好的化學(xué)性能，對(duì)環(huán)境不造成污染。離子膜制燒堿鹽水精制的工藝原理離子交換膜法電解制堿，就是利用陽(yáng)離子交換膜把電解槽陽(yáng)極室和陰極隔開(kāi)（這種膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)），然后向陽(yáng)極室提供鹽水，向陰極室提供純水，通直流電進(jìn)行電解制得燒堿、氯氣和氫氣。飽和的鹽水加入陽(yáng)極室，純水加入陰極室，在通電時(shí)，鈉離子透過(guò)陽(yáng)離子交換膜，遷移到陰極室，與水分解所生成的OH-反應(yīng)生成NaOH（由外部供給陰極室純水來(lái)保持一定的燒堿濃度），H+在陰面放電產(chǎn)生氫氣逸出，Cl--則在陽(yáng)極表面放電產(chǎn)生氯氣逸出。電解槽中的電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)如下：陽(yáng)極反應(yīng)：2C1---2e-Cl24OH---4e—O+2HO2236C1O--+3HO―6e—2ClO-+4Cl--+6H++—O2 3 2 2陽(yáng)極室反應(yīng)：A、生成的氯氣在電解液中的溶解。B、生成的氯氣與陽(yáng)極液中的水反應(yīng)：Cl+HO—HCl+HclO22C、 溶解的氯氣與從陰極室反滲過(guò)來(lái)的NaOH反應(yīng)：1 5Cl+2NaOH—-NaClO+—NaCl+HO2 3 33 21Cl+2NaOH—一O+2NaCl+HO22221HClO+NaOH——O+NaCl+HO222陰極與陰極室的反應(yīng)：2HO+2e—Ht+2OH--22OH--+Na+—NaOH進(jìn)入陽(yáng)極室的鹽水，由于上述反應(yīng)，其N(xiāo)aCl消耗大約為50%,變?yōu)榈}水流出陽(yáng)極室。離子交換膜的性能簡(jiǎn)介(1)電解時(shí)，陽(yáng)極側(cè)是強(qiáng)氧化劑氯氣、次氯酸根及酸性溶液。陰極側(cè)是高濃度的NaOH，電解溫度為85?95°C，在這樣的條件下，離子膜應(yīng)不被腐蝕、氧化，始終保持良好的電化學(xué)性能。具有較低的膜電阻，以降低電解能耗。(2)具有很高的離子選擇透過(guò)性，離子膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，不允許陰離子OH--及Cl--通過(guò)，否則會(huì)影響堿液的質(zhì)量及氯氣的純度。6?離子膜制堿鹽水精制的工藝條件NaOH的濃度隨著陰極室中NaOH濃度的升高，陰極一側(cè)的膜的含水率減少，固定離子濃度增大，因此電流效率隨之增加，但是隨著NaOH濃度的繼續(xù)升高，膜中OH--濃度增大，當(dāng)NaOH濃度超過(guò)35%-36%以后，膜中OH--濃度增大的影響起決定作用，使電流效率明顯下降。陰極液中NaOH濃度與電流效率的關(guān)系存在一個(gè)極大值和極小值，這一現(xiàn)象不僅存在于全氟磺酸膜中，而且也存在于全氟羧酸膜中。交換容量越高的膜，電流極大值也越偏向于高濃度一側(cè)，這樣的膜比較適合于制取高NaOH濃度。為了獲得較高的電流效率，對(duì)不同的制堿濃度要使用不同交換容量的膜。在高濃度NaOH及低槽溫長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)膜的性能影響很大。在長(zhǎng)期處于低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，羧酸層中的COO--會(huì)與Na+形成一COONa而使離子交換難以進(jìn)行，或?qū)е码x子交換容量下降而使膜的性能惡化。由于膜的陰極一側(cè)脫水而使膜的微觀結(jié)構(gòu)遭到不可逆的改變，導(dǎo)致膜對(duì)OH-反滲的阻擋作用下降，而且膜的電流效率下降后將再難以恢復(fù)到以前的水平。因此電解的操作溫度不能低于70°C。因此，長(zhǎng)期穩(wěn)定地控制NaOH最佳濃度是非常重要的。目前離子膜電解槽出口堿液NaOH濃度控制范圍因膜的種類(lèi)而有所差別。6.2陽(yáng)極液NaCl濃度陽(yáng)極液中NaCl濃度對(duì)電流效率的影響隨淡鹽水濃度的降低，電流效率也下降，這是由于淡鹽水濃度的降低，將使膜中含水率W增高，導(dǎo)致OH--反滲速度增加，使電流效率下降。如果長(zhǎng)時(shí)間地在低的NaCl濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)使膜發(fā)生膨脹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致起泡、分層，出現(xiàn)針孔而使膜遭到破壞。雙層復(fù)合膜比較容易產(chǎn)生水泡，但可以提高膜的性能。在雙層復(fù)合膜的磺酸—羧酸交界面上，適當(dāng)?shù)亟档汪人岷辛康奶荻龋梢暂^為有效地防止膜中水泡的產(chǎn)生。目前離子膜電解槽出口陽(yáng)極液NaCl濃度，強(qiáng)制循環(huán)一般控制在190—200g/L，自然循環(huán)一般控制在200-220g/L。6.3電流密度（1）在很大范圍內(nèi)變化對(duì)電流效率影響都很小，這一點(diǎn)具有很大的實(shí)際意義，使電解槽可以有很大的操作彈性。當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)中，要隨電流負(fù)荷的改變及時(shí)調(diào)整工藝控制指標(biāo)，一般都采用微機(jī)自動(dòng)控制。（2）直接受到電流密度的影響。一般來(lái)說(shuō)，膜的電壓降應(yīng)正比于電流密度，并呈線性關(guān)系，流密度不僅影響膜的電壓降，而且還會(huì)影響氣泡效應(yīng)，影響陽(yáng)極和陰極的過(guò)電壓，影響溶液及導(dǎo)體電壓降，總的效果是，隨電流密度的升高，槽電壓也逐漸升高。（3）的升高，膜電阻及膜電位也隨之上升，電場(chǎng)對(duì)氯離子的吸引力也會(huì)隨之增加，從而使氯向陰極一側(cè)的移動(dòng)增加了困難。離子膜電解槽電流密度為4.5KA/m2。6.4陽(yáng)極液PH值陰極液中OH--通過(guò)離子膜向陽(yáng)極室反滲，不僅直接降低陰極電流效率，而且反滲到陽(yáng)極室的OH--還會(huì)與溶解于鹽水中的氯發(fā)生一系列副反應(yīng)。這些反應(yīng)導(dǎo)致陽(yáng)極上析氯的消耗，使陽(yáng)極效率下降。采取向陽(yáng)極液中添加鹽酸的方法，可以將反滲過(guò)來(lái)的OH--與HCl反應(yīng)除去，從而提高陽(yáng)極電流效率。6.5電解液的溫度每一種離子膜都有一個(gè)最佳操作溫度范圍，在這一范圍內(nèi)，溫度的上升會(huì)使離子膜陰極一側(cè)的孔隙增大，使鈉離子遷移率多，有助于電流效率的提高，每一種電流密度下都有一個(gè)取得最佳效率的溫度點(diǎn)。但是，當(dāng)電解溫度降到65°C以下時(shí)，電流效率下降很迅速，以后即使溫度再上升，電流效率也難以恢復(fù)到原來(lái)的位置上。溫度上升，將使膜的孔隙增大，有助于提高膜的導(dǎo)電度，從而可以降低槽電壓。離子膜電解槽出口陰極液的溫度一般控制為85—90°C。6電解液流量在一般離子膜電解槽中，氣泡效應(yīng)對(duì)槽電壓的影響是明顯的。當(dāng)電解液循環(huán)量減少時(shí)，槽內(nèi)的液體中氣體率將增加，氣泡在膜上及電極上的附著量也將增加，而導(dǎo)致槽電壓上升。無(wú)論是單極槽自然循環(huán)，還是復(fù)極槽自然循環(huán)，雖然進(jìn)槽電解液流量很小，但電解液循環(huán)量還是很大的。另外，電解過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，主要由電解液帶走，此必須保持電解液有充分的流動(dòng)，除去多余的熱量，將電解液溫度控制在一定的水平。離子膜制堿鹽水精制的工藝流程離子膜電解制燒堿的工藝，主要以食鹽為原料，但關(guān)鍵是食鹽水須經(jīng)過(guò)精制才能進(jìn)入電解槽。首先，原鹽經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)送入化鹽桶，用各種含鹽雜水、洗水及冷凝液進(jìn)行溶解，飽和的粗鹽水經(jīng)蒸汽加熱器加熱后送入反應(yīng)槽。其次，在此反應(yīng)槽中加入精致劑燒堿、純堿、氯化鋇除去Ca2+、Mg2+、SO2-4然后，進(jìn)入混合槽加入助沉劑聚沉，并自動(dòng)進(jìn)入澄清桶中分離已沉將的物質(zhì)，從澄清桶中出來(lái)的精鹽水溢流到鹽水過(guò)濾器中。最后，出來(lái)的精鹽水經(jīng)加熱器加熱到70~80C，送入重飽和器中，在此蒸發(fā)析出精鹽使鹽水的濃度達(dá)到320-325g/L的飽和濃度。飽和精鹽水經(jīng)進(jìn)一步加熱送入PH調(diào)節(jié)槽，加入鹽酸調(diào)節(jié)到PH為3-5，進(jìn)入進(jìn)料鹽水槽，再用泵經(jīng)鹽水流

量計(jì)分別送入各電解槽的陽(yáng)極室進(jìn)行電解反應(yīng)。工藝圖如下圖所示：肪氯塔3_次鹽/鵬制辻通細(xì)水過(guò)浦二找益水稱(chēng)制：~~珥料鹽,豊合樹(shù)脂霸J!r-S^電?6肪氯塔3_次鹽/鵬制辻通細(xì)水過(guò)浦二找益水稱(chēng)制：~~珥料鹽,豊合樹(shù)脂霸J!r-S^電?6揃aUHBOKNaQH0團(tuán)1-1離芋瞋法制堿工藝硫程陰8、離子膜制堿鹽水精制的工藝設(shè)計(jì)一次鹽水一次澄清鹽水的制備是氯堿生產(chǎn)工藝至關(guān)重要的工段，精制效果的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。傳統(tǒng)性的一次鹽水精制工藝，采用配水、化鹽、加精制劑反應(yīng)、澄清、砂濾，然后再經(jīng)炭素?zé)Y(jié)管過(guò)濾器過(guò)濾。近幾年新建氯堿裝置一次鹽水工藝大都采用膜過(guò)濾技術(shù)制取精制鹽水，該工藝路線省去了砂濾器、炭素?zé)Y(jié)管過(guò)濾器。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，經(jīng)膜過(guò)濾分離方法制得的一次鹽水質(zhì)量指標(biāo)、設(shè)備投資等都比傳統(tǒng)工藝?yán)硐搿Ｋ砸淮尉汽}水工藝采用膜過(guò)濾器過(guò)濾工藝。8.2二次鹽水精制離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的鈣、鎂離子含量低于20wtppb,普通的化學(xué)精制法只能使鹽水中的鈣、鎂離子含量降到10wtppb左右。若使鈣、鎂離子含量降到20wtppb的水平，必須用螯合樹(shù)脂處理。二次鹽水精制的主要工藝設(shè)備是螯合樹(shù)脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的運(yùn)行與再生處理及其周期性切換程序控制，可由程序控制器PLC實(shí)現(xiàn)，PLC與集散控制系統(tǒng)DCS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；也可以直接由DCS實(shí)現(xiàn)控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建議采用三塔式流程。8.3電解工藝現(xiàn)在能夠提供離子膜電解槽的專(zhuān)利商有旭化成、伍迪、氯工程、北化機(jī)等廠家，這幾家公司的技術(shù)都是成熟的。槽型為復(fù)極式自然循環(huán)離子膜電解槽。8.4淡鹽水脫氯淡鹽水脫氯有兩種工藝路線：一種采用空氣吹除法，該法脫氯效果欠佳，從淡鹽水中分離出來(lái)的廢氯氣純度低,無(wú)法匯入濕氯氣總管送氯氣處理工序，只能由燒堿液循環(huán)吸收,制成次氯酸鈉溶液。另一種采用真空脫氯法，該法脫氯效果較好，通過(guò)蒸汽噴射器或真空泵提供的真空系統(tǒng)將含氯淡鹽水中的游離氯抽出分離后進(jìn)入濕氯氣總管。建議采用真空法淡鹽水脫氯工藝技術(shù)。8.5氯氫處理（含廢氯氣處理）（1）氯氣處理由電解槽出來(lái)的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸氣和雜質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，必須經(jīng)過(guò)冷卻、干燥和凈化處理。氯氣處理系統(tǒng)分為冷卻、干燥、輸送三部分。冷卻選用填料式洗滌塔，能夠較好地除去濕氯氣帶出的鹽霧，填料采用CPVC花環(huán)。氯氣冷凝下來(lái)的氯水回收送淡鹽水脫氯工序。對(duì)于干燥部分，在實(shí)踐應(yīng)用中已采用過(guò)多種干燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有：a、 一段泡沫塔、二段泡沫塔;b、 一段填料塔、二段泡沫塔;c、 一段填料塔、二段泡罩塔。國(guó)內(nèi)采用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔。泡沫塔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板數(shù)多；缺點(diǎn)是操作彈性小、不便于增加硫酸循環(huán)量，操作彈性?xún)H為15%，塔板阻力降大，一般為100-200mmH20，而且開(kāi)孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩(wěn)定性。填料塔操作彈性大，易操作，壓降小，但投資大，有效塔板數(shù)少。泡罩塔的特點(diǎn)介于泡沫塔與填料塔制堿，塔板數(shù)多，壓降與泡沫塔相當(dāng)，操作彈性比較大。經(jīng)過(guò)對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、比較，應(yīng)選擇二段干燥；一段為填料干燥塔，二段采用泡罩干燥塔。目前氯氣輸送設(shè)備有兩種形式，一種是液環(huán)泵，另一種是離心式壓縮機(jī)。液環(huán)泵對(duì)氯氣含水量要求不苛刻，但動(dòng)力消耗大，輸送量小，出口氯氣壓力低，適用于生產(chǎn)規(guī)模在5萬(wàn)噸/年燒堿能力以下的氯氣輸送。離心式壓縮機(jī)具有輸送量大、排氣壓力較高、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡、得以改善工作坯境等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)備能量消耗與同氣量液環(huán)泵相比節(jié)電50%,但要求氯氣中含水量VlOOwtppm，適用5萬(wàn)噸/年燒堿規(guī)模以上的裝置輸送氯氣。建議氯氣處理工藝方案：濕氯氣經(jīng)氯水洗滌，鈦管換熱器，氯氣除鹽、降溫后經(jīng)一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯氣含水量W50wtppm，氯氣輸送選用大型離心式氯氣壓縮機(jī)。（2）氫氣處理由電解槽出來(lái)的氫氣溫度高、含水量大、且含堿霧，故必須進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)分直接冷卻和間接冷卻兩種，建議選擇氫氣洗滌塔直接洗滌冷卻降溫、列管換熱器間接冷卻，水環(huán)式氫氣壓縮機(jī)輸送。（3）廢氯氣處理廢氯氣處理接納開(kāi)、停車(chē)時(shí)的低濃度氯氣和事故狀態(tài)下氯氣系統(tǒng)的泄壓氯氣，可采用燒堿液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，設(shè)備龐大，需連接攪拌，動(dòng)力消耗高，操作環(huán)境惡劣。建議選擇燒堿液循環(huán)、冷卻、吸收廢氯氣，制成次氯酸鈉溶液。8.6氯氣液化通常根據(jù)氯氣壓縮機(jī)壓力的不同，將氯氣液化方式分為高壓法、中壓法和低壓法三種。高壓法消耗冷凍量少，不需要制冷機(jī)，能耗低。但對(duì)氯氣處理工藝、氯氣輸送設(shè)備的要求高，增加投資費(fèi)用。因此，國(guó)內(nèi)一般采用中、低壓液化方法生產(chǎn)液氯。本工段選擇帶經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)償螺桿壓縮機(jī)的成套制冷機(jī)組。8.7氯化氫合成及鹽酸國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)鹽酸的方法主要有三種：即三合一工藝；熱回收分體式工藝；分體式工藝。（1） 三合一工藝具有工藝流程短，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備維修量較大。（2） 熱回收分體式工藝具有操作容易，設(shè)備維修簡(jiǎn)單，熱回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備加工要求高。（3） 分體式工藝具有操作容易、設(shè)備維修簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量控制容易等優(yōu)點(diǎn)通過(guò)對(duì)三種工藝流程比較，從操作方便及設(shè)備統(tǒng)一考慮，采用第三種工藝生產(chǎn)鹽酸。離子膜制堿鹽水精制的工藝計(jì)算一次鹽水計(jì)算依據(jù)：以年產(chǎn)10萬(wàn)噸100%離子膜燒堿，年運(yùn)行時(shí)間為8000小時(shí)，則:1000008000=12500Kg/h原鹽的組成NaCl含量：X=95.5%(49168.2Kg/h)1CaCl含量：2X2=0.2%(38.298Kg/h)MgCl含量：2X=0.2%(38.298Kg/h)3MgSO含量：2 4X=0.3%(57.447Kg/h)4NaSO含量：2 4X=0?1%(106.276Kg/h)5水分含量：X=3.5%(1655.805Kg/h)7水不溶物：X=0.2%(38.298Kg/h)6原鹽消耗量的計(jì)算理論消耗量的計(jì)算W2NaCl+2HOT2NaOH+HT+ClT22211780W12500計(jì)算得：W=18281.25Kg/h精制鹽水時(shí)產(chǎn)生的鹽W1MgCl+2NaOH=Mg(OH)J+2NaCl229511795GC(117/95)XCgCaCl+NaCO=CaCOJ+2NaCl(其中G表示總原鹽消耗量)2 2 3 3Ill117IllGC W22W=(117/111)XGX22則總鹽產(chǎn)量G=W+W= (117/95)XGC+(117/111)XGC112 3 2=(1.232X0.002+1.054X0.002)G=0.00334G回收鹽水的組成及數(shù)量G=4.8X12.5=60t/h2其中：NaCl=X=210g/LNaOH二C=02HO二C=925g/L2 3相對(duì)密度d=1.1351精制鹽水的組成NaCl=C=315g/L4NaCO過(guò)量=C=0.5g/L2 3 5NaOH過(guò)量=C=0.2g/L6NaSO二C4 7HO=X28d=1.2032廢泥的組成及數(shù)量G=0.7X12.5=8.75t/h3NaCl=X=10g/L9d=1.02330%成品堿帶走的鹽：設(shè)30%成品堿中含鹽量為0.3%30/1000=0.3/GG=10Kg/h4廢泥帶走的鹽G=3.5X10=35Kg/h5鹽損耗：設(shè)為G=5X5=25Kg/h6則總原鹽消耗量為G：GX=W+G+G+G-G1 4 5 6 1二W+G+G+G—0.00334G4 5 6G=(18281.25+10+25+35)/(0.955+0.00334)=19149.0Kg/h其中：NaCl:XG二19149.0x0.955二18287.3Kg/h1CaCl2: GX?二19149.0x0.002二38.298Kg/hTOC\o"1-5"\h\zMgCl:GX二19149.0x0.002二38.298Kg/h2 3MgSO:GX二19149.0x0.003二57.447Kg/h4 4NaSO:GX二19149.0x0.001二19.149Kg/h24 5不溶物：GX二19149.0x0.002二38.298Kg/h6水分：GX二19149.0x0.035二670.215Kg/h7精制鹽水的體積計(jì)算根據(jù)鹽衡得下式：VX+WX+GX+G二G+G+GTOC\o"1-5"\h\z1 2 14 5 6=GX+G+GX+G4 6 7 12 9得: V=[GX+GX+G-G-G-G]/C1 2 4 5 6 4=(19149.0X0.955+60X210+0.00334X19149.0—10—35—25)/315=30881.252/315=98.035m3/h回收鹽水的計(jì)算回收鹽水重量=GxdxX=60X1.135X103=7014.3Kg/hTOC\o"1-5"\h\z2 1其中： NaCl：GX=60X210=12600Kg2HO：GX=60X925=55500Kg2 23精制劑計(jì)算NaOH的消耗(過(guò)量0.2g/L計(jì))MgCl+2NaOH=Mg(OH) +2NaCl2 295 80WX3MgSO+ 2NaOH=Mg(OH)!+NaSO4 2 2 412080WX4???NaOH消耗量=(80/95)GX+(80/120)GX+0.2VTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"3 4=(80/95)X19149.0X0.002+(80/120)X19149.0X0.003+0.2X98.035=90.15Kg/hNaSO的消耗(過(guò)量0.5g/L計(jì))2 4CaCl+NaSO=CaSO+ 2NaCl2 2 4 4111 142GC12???消耗量NaSO=(142/111)GX+0.5V2 4 5=(142/111)X19149.0X0.002+0.5X98.035=98.01Kg/h9.2、輸出(1)精制鹽水重量=Vd=98.035X1.203X103=117936.1Kg/h2其中：NaCl：VX=98.035X315=30881.025Kg/h4NaCO:VX=98.035X0.5=49.0175Kg/h2 3 5NaOH：VX=98.035X0.2=19.607Kg/h6NaSO:GX+(142/120)GX=19.149+(142/120)X57.447=87.127Kg/h2 4 5 4所以NaSO濃度X=87.127/98.035=0.9(g/L)2 4 7所以無(wú)需用BaCl調(diào)節(jié)SO-4濃度。22精制鹽水中HO的計(jì)算：2???X=d-(X+X+X+X)8 2 4 5 6 7=1.203X103-(315+0.5+0.2+0.9)=886.4(g/L)所以精制鹽水中水的重量=VX=VXX=86898.224Kg/h88廢泥重量=Gd=8.75X1.02X103=8925Kg/h33其中：Mg(OH)=(58/95)GX+(58/120)GX=(58/95)X19149.0X0.002+2 3 4(58/120)X19149.0X0.003=51.147Kg/h???X=51.147/3.5=14.61(g/L)9CaCO:(100/111)GC=(100/111)X19149.0X0.002=34.502Kg/hTOC\o"1-5"\h\z3 2X=34.502/3.5=9.8(g/L)10NaCl：GX=3.5X10=35Kg/h7 12因此水的含量為：X=dX103-(X+X+X)11 3 9 10 12=1020-(14.61+9.8+10)=985.59(g/L)所以廢泥中水的重量=GX=3.5X985.59=3449.565Kg/h7 11不溶性雜質(zhì)：G=GC=15.5Kg/h816鹽損耗：G=25Kg/h9水損耗：G=40Kg/h10一次鹽水的物料衡算進(jìn)料(Kg/h)消耗(Kg/h)出料(Kg/h)NaCl49168.2NaCl18287.2NaCl30881.025CaCl238.298CaCl238.298NaCO2349.0125MgCl238.298MgCl238.298NaOH19.607MgSO457.447MgSO457.447NaSO2 4106.276NaSO2 419.149NaSO2 487.127水份1655.805水份670.215水份985.59廢泥8925不溶物38.298廢泥8925總計(jì)60096.3總計(jì)19149.0總計(jì)40947.3二次鹽水假設(shè)①一次鹽水中ClO-含量為0,則鹽水二次精制過(guò)程中無(wú)須加入NaSOTOC\o"1-5"\h\z2 3一次鹽水中懸浮物SS含量為0。Ca+Mg含量為微量忽略不計(jì)。2+ 2+則只須對(duì)中和過(guò)程進(jìn)行物料衡算。(1)NaCO+2HCI二2NaCl+CO+HO2 3 2 2106 2X36.5 2X58.544 1849.0175則：NaCl生成量=(2X58.5/106)X49.0175=54.10Kg/hHCl消耗量=(2X36.5/106)X49.0175=33.75Kg/hHO生成量=18X49.0175/106=8.32Kg/h2CO生成量=44X49.0175/106=20.34Kg/h2(2)NaOH+HCl二NaCl+HO240 36.5 58.5 1819.607則：NaCl生成量=(58.5/40)X19.607=28.67Kg/hHCl消耗量=(36.5/40)X19.607=17.89Kg/hHO生成量=18X19.607/40=8.82Kg/h2則總NaCl生成量=21.75+11.5=82.77Kg/h31%HCl消耗量=(33.75+17.89)/31%=166.61Kg/hHO生成量=8.32+8.82=17.14Kg/h2二次鹽水出口NaCl含量300g/LNaCl平衡：30881.025+82.77=二次鹽水量(V)X300V=103.21m”h查密度d=1.19則二次鹽水總量=103.21X1.19X1000=49301.7Kg/h其中：NaCl：30963.79Kg/hNaSO:87.127Kg/h2 4HO:18230.443Kg/h2補(bǔ)充水量=18230.443-985.59—17.14=17227.71Kg/h二次鹽水的物料衡算進(jìn)料（Kg/h）消耗（Kg/h）出料（Kg/h）NaCl30881.02HCl218.25NaCl30963.79NaCO2349.0175CO220.34NaOH19.607水18230.443水17227.71NaSO2 487.127總計(jì)49519.95總計(jì)218.25總計(jì)49301.7熱量計(jì)算（1）輸入熱量①原鹽Q:CpNaCl=0.207千卡/Kg?°C（0—100°C平均值）NaCl溶解熱=-1.281千卡/mol=-21.92kcal/Kg則Q=0.207X7745.15X20+（-21.92）X7745.15i=-137708.8kcal/h淡鹽回收水Q（t=30, 濃度=18.5%）2CpNaCl液=0.847千卡/Kg?°C則：Q=0.847X27240X30=692168.4kcal/h2NaOH帶入熱量Q3查表CpNa0H=0.378千卡/Kg?°C（0—100°C平均值）NaOH溶解熱=10.10Kcal/mol=252.5Kcal/Kg則：Q=0.378X36.4X20+252.5X36.43=9466.2kcal/hNaCO帶入熱量QTOC\o"1-5"\h\z2 3 4查表CpNaCO=0.25千卡/Kg?°C（20°C）2 3NaCO溶解熱=5.93Kcal/mol=55.94Kcal/Kg2 3則：Q=35.2X0.25+35.2X55.94=1977.9Kcal/h4補(bǔ)充水帶入熱量Q（20C）5CpH2O=0.9995千卡/Kg?°C設(shè)補(bǔ)充水量為W補(bǔ)水則：Q=0.9995XW補(bǔ)水X20=19.99W補(bǔ)水5蒸汽帶入熱Q6設(shè)加熱蒸汽為4.0Kg/cm2查表蒸汽壓力t=143C鹽水溫度為60C則：蒸汽焓變過(guò)程：143C（汽） 143C水 60C（水）查表得：143C水——143C汽：y=510.2Kcal/Kg143°C水——60°C水： H=143.8—59.98=83.82Kcal/Kg則：Q=（15952.4—W補(bǔ)水）X（510.2+83.82）6=594.02（15952.4—W補(bǔ)水）Kcal則總輸入熱量Q總輸入=Q+Q+Q+Q+Q+Q1 2 3 4 5 6=（-137708.8）+692168.4+9466.2+1977.9+19.99W補(bǔ)水+594.02（15952.4—W補(bǔ)水）=565903.7+19.99W補(bǔ)水+594.02（15952.4—W補(bǔ)水）=10041948.35—574.03W補(bǔ)水（2）輸出熱量一次鹽水帶出熱Q（t=60C，濃度=26.33%）7查表（外推法）得：CpNaCl=0.809千卡/Kg?°C則：Q=47338.05X0.809X60=2297788.95Kcal/h7水損耗帶出熱Q（t=60°C）860C時(shí)，CpH2O=0.999千卡/Kg?°C則：Q=40X0.999X60=240Kcal/h8廢泥帶出熱量Q9由于廢泥中CaCO、Mg（OH）、NaCl含量低，忽略它們的影響，全部作為水的3 2計(jì)算。60°C時(shí)，CpHO=0.999千卡/Kg?°C2則：Q=3570X0.999X60=214200Kcal/h9不溶物帶出熱為Q（t=60C）10假設(shè)不溶物的熱為：Cp=0.5千卡/Kg?°C則：Q=15.5X0.5X60=465Kcal/h10鹽損失帶出熱Q1160°C時(shí)，CpNaCl=0.207千卡/Kg?°C則：Q=25X0.207X60=310.5Kcal/h11⑥熱損失Q12設(shè)為輸入熱量的1%則：Q=0.01Q總輸入12則Q總輸出=Q+Q+Q+Q+Q+Q=459557.79+479.52+42797.16+93+7 8 9 10 1