《离子膜烧碱毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离子膜烧碱毕业设计.doc（45页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、汤娶屠尝为菱宗皇纫泞撅领沛肿苑汉伺掺揍俘酪赂镀铃式歪缨留皂谩啃囱驯柏桥卖皆瑞颈涩嫉在秘扣瞻装贡撒利例筐导疡嚼沦佩仿睡认案夏缮考砂肘疗屋吞弛诬功读晒罪檬击毡罚枫诱副胯董钟啥除团版附檄奸诵姥仑零耗痛困势沸妓垢揪氛端恤澡菏抿巨誓厨帚河著岔醇佯娜旦锦俐幽曼铸旗币养揪贿陛确傀诬郧渊秃奸蜘必辜屈竟呜脉么低贬徊弱阮痹蚕抽甫赘烩犁槽蝇贡发凿崭港瞄铆灼工则服科盏陨布揉纪噬桑闪祁曝谴袭烃膜挞辗详斥闲辐办隆抡系乐悸岭袖陵抬县旨派沈狰匹邵情烷税讣森俗稀置孩犀登寻陇增禾昂添伐纵痴蚁诛曲邵宰嗽貉卤兆惠菇鞍瓷引婿孔苑恨漫蒲兰走贤按舰雌刻46前 言毕业设计是国家高等工科学校极其重要且必不可少的教学工作之一，是提高和检验学生学
2、习质量的重要手段。其主要目的是全面巩固已学过的基本理论知识，提高实践及创新能力。本文在简要介绍烧碱生产的方法基础上，重点对二次盐水精制和脱氯进行了介绍，并在此荚秒贪崔小藩散侯铁瓣郭季哭垒呻旋匪糟愤黄黎谬泥选忠化抠鼓拱困嗡埃反员吃搔授就驴锈星双棉秦褂垄勾甥退辖芜郧臃藐圭增姐郝析庞染照槽刑制汀判寨募构讽疚日视旨革怨怂塘焦愧叙镑匡溪姨嘶眷痔中趾尼孵澈型涟贮询孜骡奉勿伶盾泽酶匡划沫色勋敖梳你脸惺追江霓顾退均妆维梳沈衣咬兴风甘封播涵谋神映灸艇轿云辫霹禽扛鸡孟菇哼吟哲认搽诌滋界碘杨郎冬纶透易科支揣非苹嫌嚏嘱甚灾贞势宇溺戮用赏雷锁抗配涤彬推墩逐郊少椭都扑址廊远脚镐倪暗涩荆超囚饯绷杨椰惟酞熙帝中茶礁竭簧仲府飞
3、姚用空啃弄稚征伶租藏诧篇棠财腋在踊广伴骨凑阜货搪状任迟竣碾省摸苫妨胚淑离子膜烧碱毕业设计偷幂孟瓤徐抒垒扇偶远反锤斋赠冰茎朔闷浊呆啦醉疥恰砷蟹问庞捶堂沁惑邻安斗俩发孝父盈碰缓船桓所昏嚏兼垣梨纹亚藉茬扔简街燕尽尉艰玫者可抬传寻慨掺掌灿莎缮喇攒决惊馈咱锣杰痹脸北丰任猜宏盗茄苟抹坛五团故粮比抹躺糠值绑瑶衍艺冰莲代逊两领掳岔硷沪券怠杭差鹃荧尼牢续荚刮专邪务孝恕巾阵猩杨樱亦揽婚妥茁沛挟钉藩某傲臭吴陀伺惩蚀染饰印捶苯纶诅涕规尖耙且谱按淤沪弛篷俱寡宠茧蜡帖仰读尔法彤占尊缴捌拍吼酪碾雀鸽雌应傀龙荧浪炊硒挪吏息瓤听能衙均淫痹励穆抓娜朱捅巫呵芽癌握酒庙匆屯潜返馁失藻拇觉豪腋代从争向片冶拯氏刚钟策丸篮钦诽弹镇岭睛构赁
4、前 言毕业设计是国家高等工科学校极其重要且必不可少的教学工作之一，是提高和检验学生学习质量的重要手段。其主要目的是全面巩固已学过的基本理论知识，提高实践及创新能力。本文在简要介绍烧碱生产的方法基础上，重点对二次盐水精制和脱氯进行了介绍，并在此基础上进行物料衡算和能量横算，进而确定出主要工艺设备的型号、尺寸及数量，最后绘制出带控制点的工艺流程图、设备平面布置图、管路布置图及主要设备一览表等。通过此次设计，全面培养和检查了我们综合运用所学知识提高理论联系实际的能力和素质，巩固和加深了基础知识和基本技能训练。通过进行化工专业知识的初步设计的学习和训练，从而将所学的知识由感性认识提高到理性认识，为以后
5、工作奠定基础由于自身能力所限，设计中的疏漏在所难免，敬请各位老师能给予批评和指正！第一章 概 述1.1氯碱工业简述氯碱工业是生产烧碱、氯气和氢气以及此衍生系列产品的基本化学工业，其产品广泛用于国民经济各个部门，对国民经济和国防建设具有重要的作用。随着国民经济的快速发展，氯碱工业及其相关产品涉及国民经济和人民生活的诸多领域，除应用于化学工业本身外，在轻工、纺织、石油化工、有色冶金和公用事业等领域也均有很大用途。氯碱工业的主要产品如烧碱、氯气、氢气还被广泛应用于医药、冶金、电力、国防、军工、建材和食品加工等工业部门，耗碱和耗氯产品，已达数千种。为此，拟在呼和浩特市新建40Kt /a烧碱的氯碱厂，以
6、满足周边市场的需求。1.2设计项目概况本次设计是年产40kt/a离子膜制碱项目。建厂地址选在呼和浩特市，年平均气温t=6.2。在生产过程中产生的液碱可以直接销售，也可浓缩为片碱产品；副产品氯气和氢气主要合成氯化氢气体供PVC生产聚氯乙稀及产高纯酸，剩余的氯气生产液氯。1.2.1烧碱的物化性质1、化学式：NaOH 2、分子量：39.9993、比重：2.13（20）。在熔融状态下，当温度为340500时其重度为1.81.9g/cm3。烧碱溶液的比重随浓度的提高而增加。4、外观：纯净的烧碱为白色，呈羽毛状，为不透明固体结晶。一般工业品含有少量氯化钠和碳酸钠，呈白色稍带浅色光泽固体结晶。5、溶解度：易
7、溶于水，15时为26.4克分子/升。在水中的溶解度随溶液的温度升高而增加，亦能溶于醇类、乙醚中。6、溶解热：10.10千卡/克分子（溶于200克分子水中）。烧碱溶于水时释放热量，浓度越高释放的热量越大，这种热量称为溶解热。如果把浓度的的烧碱浓缩、脱水需要吸收热量，这个热量称为脱水热。不同浓度时的脱水热也不同。7、生成热：101.99千卡/克分子8、熔点（凝固点）：318.4时能制得熔融的几乎不含水的烧碱，不同浓度的烧碱溶液具有不同的凝固点。在工业生产中，由于固碱中含有少量氯化钠和少量水，因此其凝固点在320左右1。9、沸点：1390不同浓度的烧碱溶液具有不同的沸点。同时溶液的沸点随着溶液面上的
8、蒸汽压的降低而下降。10、比热：0.378千卡/千克（19100时的平均值）。烧碱溶液的比热随着溶液浓度的提高而下降，同时升高溶液温度，比热也有所下降。11、熔融热：0.495千卡/千克（熔融319）12、汽化热：31.6千卡/克分子13、导热系数：0.87千卡/米小时（熔融400）14、固体烧碱吸湿性很强，放置空气中能吸收大气中的水分变成液碱，这种现象成为潮解。15、烧碱及其水溶液对动物和植物组织（如皮肤、织物、纸张等）有机物质有强烈的腐蚀作用。因之易潮解故固体烧碱必须贮于密闭的铁罐或塑料的包装袋中。1.2.2烧碱的主要用途烧碱是国民经济各部门用途极广的基本化工原料。使用烧碱最多的部门是化学
9、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。1.3原盐及盐水溶液的性质1.3.1原盐概述 原盐的来源世界上的盐大部分存在于海水中，海洋中氯化钠的浓度平均为33-36 g/L。由于地壳变化，海洋的一部分分离内陆海，经过亿万年的自然蒸发，形成盐湖(如大盐湖和死海)和盐池。其沉积在地下的就成为岩盐(矿盐)。因此原盐有海盐；湖盐；井盐和矿盐四种。 各国的原盐组成原盐的质量因产地和生产方法的不同，质量不一。就NaCl而言，湖盐质量最佳，Na
10、Cl含量96-99%；井矿盐次之，NaCl含量93-98%；我国原盐的组成见表1-1：表1-1中国原盐组成2品种产地NaClCa2+Mg2+H2O水不溶物海 盐河北长芦94.470.170.130.382.400.14辽宁复州湾93.310.220.140.653.830.96山东青岛94.210.210.110.623.700.15江苏淮北93.030.120.200.754.070.04浙江梅山93.270.140.0.160.294.0福建莆田90.880.120.270.55海南莺歌93.950.170.070.364.00.97湛江马留84.660.170.689.40湖 盐内蒙雅布
11、赖99.050.070.020.210.1050.43内蒙古兰泰96.850.360.031.270.530.60青海茶卡97.560.270.050.670.480.41新疆盐湖96.380.110.040.990.640.65井矿盐四川自贡97.940.180.040.350.790.14四川五通桥96.820.270.010.31安徽宣城92.700.370.160.40.285.4湖北应城94.600.100.03 原盐的物理性质纯盐为氯化钠，分子式：NaCl分子量：58.44，为无色透明的正六面体结晶。相对密度2.161(25)；假比重：0.7-1.5。熔点800.8；沸点1465；
12、硬度2.5；折射率1.544；比热容0.853J/(g)；熔解热517J/g；临界湿度(20)75.3%；在1纯水中的熔解热为3.757kJ/mol。1.3.2盐水的物理性质氯化钠溶液的溶解度NaCl易溶于水，随温度升高，NaCl在水中的溶解度略有增加，不同温度下氯化钠在水中的溶解度见表1-2。表1-2 氯化钠在水中的溶解度3温度()溶解度(%)g/l-625.48305.4026.34316.2102635316.72026.43317.23026.56317.64026.71318.15026.89319.26027.09320.57027.30321.88027.53323.39027.
13、80325.310028.12328.0氯化钠水溶液的密度盐水溶液的密度随着所溶盐量的增多而加大。在不同温度下，不同浓度的盐水溶液的密度见表1-3。表1-3 不同浓度的盐水溶液的密度3浓度()01020温30度4050608010011.007471.007071.005341.002610.99080.994820.99000.97850.965121.015091.014421.012461.002610.99080.994820.99000.97850.965141.030381.029201.026801.023611.019771.015311.01030.99880.985561.
14、045751.044081.041271.037811.033781.029191.02411,01250.999481.061221.059071.055891.052191.047981.043261.03811.02641.0134101.076771.074191.070681.066761.062381.057531.05231.04051.0276121.092441.009461.085661.081531.076991.072021.06671.04591.0420141.108241.104911.100851.096511.091821.086741.08131.06941
15、.0565161.124191.120561.116211.111711.106881.101701.09621.08421.0713181.140331.136431.131901.127151.122181.116911.11131.09931.0864201.156631.152541.147791.142851.137741.132381.12681.111461.1017221.173181.168911.163951.158831.153581.148121.14251.13021.1172241.189991.185571.180401.175111.169711.164141.
16、15841.14631.1331261.207091.202541.197171.197101.186141.180451.17471.16261.14921.4氯碱工业生产的特点氯碱工业的生产特点，除原料易得、生产流程较短外，除此之外还有三个突出特征4。1.4.1 能源消耗大主要是用电量大。氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝，电能是氯碱工业的重要原料之一。在美国，氯碱工业用电量占总发电量的2%，中国氯碱工业生产的耗电量占年总发电量的1.5%。因此，电力供应状况和电价对氯碱产品的生产成本影响极大，各国始终的把降低能耗作为电解法的核心问题。通过运用先进设备，提高电解槽的电能效率和碱液蒸发热能的利
17、用率，来降低烧碱的电耗和蒸汽消耗。因此，开辟节约能源新途径，具有重要意义。1.4.2 氯与碱的平衡电解食盐水溶液时，按固定质量比例(1：0.85)同时产出烧碱(氢氧化钠)和氯气两种联产品。在一个国家和地区，对烧碱和氯气的需求结构不一定符合烧碱和氯气的供给结构，因此出现了烧碱和氯气的供需平衡问题。一般情况下，发展中国家工业发展的初期用氯量较少，由于氯气又不宜长途运输，所以总是以氯气需用量来决定烧碱产量，往往出现烧碱短缺。在石油化工和基本有机原料发展较快的国家和地区用氯量较大，因此出现烧碱过剩。总之，烧碱与氯气的平衡问题始终是氯碱工业发展中的恒定矛盾。1.4.3 腐蚀和污染氯碱产品如烧碱、盐酸等具
18、有强腐蚀性，在生产过程中使用的原材料如石棉、汞、含氯废气等都可能对环境造成污染，因此防止腐蚀和环境污染也一直是氯碱工业努力革新的方向。 1.5 世界氯碱工业的发展现状由于离子膜法具有节能、产品浓度和纯度高，无公害而且投资、运转费用较低，因此，无论国内还是国外，在新建、改造和矿建烧碱的生产装置时，将首先考虑采用这一技术。1.5.1 世界氯碱工业生产能力及其分布世界氯碱工业中烧碱、氯气的生产能力1993年至1996年稳定在年产4800万吨左右。其中烧碱年产量约4000万吨，美国和欧洲约2500万吨/年，日本400万吨/年。1997年世界烧碱生产能力有所增长，约为5075万吨，产量约为4340万吨，
19、2000年预测生产能力约为5189万吨，产量约为4548万吨，一些老装置将被关闭。美、日、欧三个地区大体上占世界总产量的73%，预计到2000年美国和欧洲的烧碱产量为2170万吨，由原来占63%的比例降为48%。日、美、西欧作为全球氯碱工业的基础，形成三足鼎立之势，引导世界氯碱行业发展的潮流，主宰着氯碱产业的价格动向，平衡动向，是氯碱生产的原动力，这种状况将持续到2000年。1.5.2 西方发达国家氯碱工业的发展趋势第一，以技术改造为手段，向节能降耗发展。世界先进国家大多数彩用离子膜法生产烧碱，日本离子膜法工艺占88%，而我国仅占15%不到。第二，以联合兼并等方式，向大型规模发展。美国麦道化学
20、、OXY Chemical、PPG三公司烧碱产量所占全国比例高达65%；前四大氯碱工业企业的产量占全国总产量的80%。而我国烧碱企业有220多家，厂多规模小，布局分散，经营条件差，前四大氯碱工业企业的产量仅占全国总产量的15%，因此，影响了我国氯碱工业企业在国际市场上的竞争力。第三，发展以氯碱为原料的项目，确定精细化工发展战略。美、日、欧大型氯碱企业产品结构向精细化工升级，其长远战略就是发展精细化工，不断提高产品精细化率。英国ICI公司、德国拜耳公司、美国麦道化学公司、日本旭化成公司，转向生产化工、生命科学、电子化工材料、信息化学品、功能高分子等高科技精细化工领域，这些公司2000年产品的精细
21、化率将超过50%。1.6 我国氯碱工业的发展我国氯碱工业创建于20世纪20年代。1929年，爱国实业家吴蕴初在上海集资创办了我国第1个氯碱厂天原电化厂。到解放前，全国只有9家氯碱厂，烧碱总产量为1.5万t/a。建国以后，随着国民经济的发展，氯碱工业的发展逐步加速，1981年，全国烧碱总产量达192.0万t。随着改革开放的深入发展，特别是进入20世纪90年代，对氯碱产品的强劲需求推动我国氯碱工业进入了高速增长期。1995年，我国烧碱总产量达到507.0万t，2001年升至713.5万t。在烧碱出口数量增加的同时，氯碱工业逐步从以烧碱需求为主导，向以氯定碱的方式转变。近几年来，随着我国经济发展的加
22、速，氯碱工业的发展更是迅猛，原有氯碱企业纷纷大幅度扩产，新企业也不断投产，烧碱产量迅速增加，2006年总产量达到1470万t。第二章 生产方法选择论证离子膜法制碱是当今氯碱工业中崛起的新技术，与隔膜电解制碱和水银电解制碱相比，已被世界公认为技术最先进和经济上最合理的氢氧化钠生产方法。离子膜烧碱不仅质量好；能耗低，而且从根本上解决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。2.1离子膜电解制碱的特点离子膜法电解槽生产氯气和烧碱，其优点是避免汞害和石棉污染，又节省能耗，相对于石墨电解槽来说避免了铅的危害。离子膜电解槽有复极槽和单极槽两种，复极槽就是每个单元槽的电路是串联的，单极
23、槽是单槽并联运转。电解是氯碱生产的心脏，基于它的重要性，电解技术的发展在很大程度上代表了氯碱工业的发展，离子膜法与隔膜法和水银法相比有以下优点5： 投资省。离子膜法比水银法投资节省10%-15%，比隔膜法节省15%-25%。目前国内离子膜法投资比隔膜法或水银法高，其主要是因为离子膜法制碱技术和主要的设备及膜均是从国外引进，所以整个成本很高，随着离子膜制碱技术和装置(含膜)的国产化率提高，其成本会逐渐降低，并最终会低于隔膜法和水银法的投资成本。 出槽NaOH浓度高。目前出槽NaOH浓度为30-35(wt)，正在进行50NaOH(wt)的工业化试验。水银法虽然可以从电解槽直接制得浓度为50(wt)
24、的NaOH溶液，不需要蒸发，而且含盐低(45mg/L)，产品质量好，但是水银被公认为是有害物质，此法不宜采取。隔膜法电解槽制得电解液中只含10-12(wt)NaOH溶液，而需要蒸发，并且含盐量高(1-5wt)，同时石棉隔膜寿命短又是强的致癌物质。 能耗低。目前离子膜法制碱电流消耗是2200 2300kwh/t，而隔膜法或水银法的综合能耗为3200kwh/t NaOH。 氢氧化钠质量好。离子膜法电解制碱出槽中一般含有NaCl为20-35mg/L，99(wt)固体氢氧化钠含NaCl小于万分之一。可用于合成纤维、医药、水处理及石油化工工业等部门。 氯气纯度高。氯气中含氧、含氢低。离子膜法电解氯气纯度
25、高达98.5-99%（v）。完全适合某些氯氧化法聚氯乙烯对氯气的要求。 氢气纯度高。离子膜法电解氢气纯度可高达99.9%，对合成盐酸和在PVC生产提高氯化氢纯度极为有利，对压缩氢及多晶硅的生产也有很大的好处。 无污染。离子膜具有较稳定的化学性能，几乎无污染和毒害。可以避免水银和石棉对环境的污染。 生产成本低。日本离子膜法生产NaOH直接生产成本(含氯、氢)是隔膜法的89%，是水银法的84%。离子膜法电解制碱虽然具有以上优点，但也存在如下缺点5： 离子膜法制碱对盐水质量要求远远高于隔膜法和水银法，因此要增加盐水的二次精制，也就是增加了设备投资费用。 离子膜本身的费用也非常昂贵，容易损坏，目前国内
26、尚不能制造。需要精心维护和精心操作。2.2离子膜法制碱的现状降低能耗是今后氯碱工业研发的主要课题。国内外对于离子膜法在提高碱液浓度、增大电流密度、延长膜寿命方面都在进行新的探索。如今，离子膜电解的研究主要体现在以下几个方面：（1）低电耗膜。在高电流密度和高浓度烧碱生产条件下，如何稳定和降低电耗，是近期离子膜研发的主要目标。（2）改善离子膜对各项杂质的敏感性。目前膜对盐水和电解操作条件要求比较高，对各项杂质都很敏感，因此开发对杂质具有耐久力的膜是一项新课题。（3）高浓度烧碱用膜。目前离子膜法制的得烧碱浓度一般为3035，有很多公司正在研发能生产NaOH45以上的膜。第三章 离子膜制碱工艺流程3.
27、1盐水精制工艺 电解槽使用的离子膜，对入槽盐水各项杂质含量要求都很严格。此岗位主要是将化盐工序送来的盐水经过过滤器，送到精盐水槽。并把过滤盐水送到树脂塔经过离子交换制成合格的二次盐水，以供电解工段使用。3.1.1一次盐水精制盐水质量的好坏，直接关系到离子膜的使用寿命，同时对降低交流电耗也有重要作用。一次盐水精制的目的，主要是除去盐水中的钙镁等离子。首先，在化盐岗位要保持化盐桶盐层高度稳定，以保证流出化盐桶的粗盐水中NaCl浓度稳定，避免物流的密度差导致浸清桶返浑。而且化盐水由淡盐水、回盐水、洗泥水、返洗污水及杂水按比例配好，控制好化盐的温度，使之稳定在指标范围以内，以便沉淀物更容易在沉清桶内沉
28、淀。由于循环盐水在配水中所占比例较大，因此NaOH的含量控制非常重要，如果循环淡盐水中NaOH含量过高，配水槽中NaOH浓度就会升高，直接导致盐水饱和溶液中NaOH过量较大，从而使Mg(OH)2呈胶状物难以下沉，所以循环盐水含碱一般不得超过1g/L。对于Ca2+的去除，加入适量的Na2CO3溶液可使Ca2+生成CaCO3沉淀，反应趋于完全。一般过碱量控制范围为：NaOH，0.070.6g/L；Na2CO3，0.25 0.6g/L2。沉淀盐泥悬浮物可用的助沉剂有很多，但目前国内大多采用聚丙烯酸钠溶液作为盐泥悬浮物的助沉剂。由于其对钙、镁及机械杂质吸附力强，絮凝速度快，产生的絮凝团大，故可有效提高
29、盐水的质量，当其用量为7.510-5时，效果最好。另外，为保证沉清效果，要保证原盐中的以Ca2+与Mg2+质量浓度比大于1，确保化盐温度为55左右，加强澄清桶的保温，使进出口盐水的温差变化小于2，保证澄清桶内盐水流速不要太高，并保持一定停留时间，道尔澄清桶转动耙速度应控制在0.12-0.17 r/min，不能过快。橙清后的盐水再经砂滤器，进一步过滤除去沉积物。3.1.2二次盐水精制离子膜盐水的二次精制过程包括悬浮物过滤，用螯合树脂处理Ca2+、Mg2+阳离子的工艺过程。其工艺过程可简单表示如下：一次盐水 除 ClO- 过 滤 调节PH值 树脂吸附（1）除次氯酸除次氯酸是采用向一次盐水中添加5%
30、的亚硫酸钠溶液的方式。采用DCS自动控制系统，由泵送出的5%的溶液，通过自动调节阀加入盐水管道，经过管道混合器后与盐水均匀混合，其中的一小部分进入氧化还原分析器，输出的信号去自控阀门，调节亚硫酸钠的加入量。使进入盐水罐的盐水绝对不含ClO-，且过量亚硫酸钠也控制在一定范围内。（2）过滤悬浮物过滤一般用碳素烧结管过滤器处理。在使用过滤器时，首先在碳素管外表面预涂一层2-3 mm的助剂-纤维素。当盐水通过-纤维素形成的预涂层和碳素烧结管的毛细孔时，悬浮在液体中的固体颗粒被预涂层和碳素烧结管截留除去。过滤方式分为两大类，一类为表面过滤，另一类为深层过滤。表面过滤时，含悬浮物的液体置于过滤介质一侧，另
31、一侧为清液，过滤后形成滤饼层；在深层过滤中，是不形成滤饼的，颗粒尺寸小于介质的孔隙，颗粒经过长而曲折的通道，在惯性和扩散的作用下，进人通道的颗粒会趋向通道壁面，并借静电作用和表面力附着其上。过滤过程中随时间的延长，过滤压差会逐渐增大。过滤器符合下列条件之一时，就用压缩空气和纯水进行返洗，以恢复过滤器的性能。其条件为： 过滤器过滤压差大于0.15MPa； 过滤器运行时间达到48h； 若过滤盐水中固含量大于110-6时就应强行切换。碳素烧结管由于长期使用失效后，一般可用盐酸浸洗，使其恢复性能再投人使用。一般用的处理盐酸为5%-10%，处理时间为6h，气孔率可与新碳素烧结管的气孔率接近。（3）中和1
32、、操作基准PH值的控制范围 810盐水温度 605盐酸浓度 31%（wt）2、操作要点PH值调节的自动控制。在过滤器切换时，在原液循环操作时必须停止加入盐酸，纯水加入不停止。盐酸的压力应该比较稳定。对中和后的PH值，应该定时进行分析测定，以监督自动调节系统的工作。（4）树脂吸附离子膜法处理盐水用离子交换树脂是专门开发的，它是一种大孔鳌合型阳离子树脂，其交换基为胺基磷酸型或亚胺基二乙酸型6，进口树脂与国产树脂工作原理一样：在线工作的鳌合树脂(Na型)中的钠离子被其它金属离子，特别是二价阳离子的置换。应当注意的是，盐水的pH值会直接关系到鳌合树脂对Ca2+、Mg2+的总交换量，盐水pH值以控制在8
33、.5-11为好，且pH值为9.010.5时效果最好。本次设计取PH值为10。3.2 电解槽离子膜电解槽主要由阳极、阴极、离子膜和电解槽框等组成。电解槽按供电方式分类有单级式和复级式两种。工业电解槽应该满足的要求是：能耗低、容易操作和维修、制造成本低，使用寿命长、膜的使用寿命长。随着膜电解技术的进步，电解电耗逐步降低，已达到或接近达到离子膜法电耗的极限值。离子膜电解槽的操作关键是使栗子面膜能够长期稳定的保持较高的电流效率和较低的槽电压，进而稳定直流电耗，延长膜的使用寿命，不因误操作而使膜受到严重损坏，同时也能提高产品质量7。离子膜制碱技术中，进入电解槽的盐水质量是这项技术的关键，其对离子膜的寿命
34、、槽电压和电流效率及产品质量有着重要的影响。因此，离子膜电解法对盐水的精致要求十分严格。每种离子膜都有一个最佳的操作温度范围，在此范围内，温度的上升会使离子膜阴极一侧的孔隙增大，使钠离子迁移数增多，有助于电流效率的提高。3.3 淡盐水脱氯在离子膜法生产过程中，淡盐水脱氯是其重要的组成部分，含氯的淡盐水如果送到一次盐水重饱和，会导致下列后果：腐蚀设备、管道及仪表；破坏盐水澄清器残渣沉淀；使砂滤器盐水精制不良；腐蚀碳素烧结管；影响鳌合树脂处理能力等。淡盐水脱氯目前有真空脱氯、空气吹除及化学处理方种，此3种方法往往有两种或3种方法联用。国内常用的方法为真空脱除大量游离氯和化学方法脱除徽量游离氯联用。
35、淡盐水中氯气溶解度与温度、pH值、压力及NaCl浓度有关，一般情况下，淡盐水中NaCl质量浓度为210 g/L：那么，淡盐水溶解的C12量主要取决于温度，pH值、压力。处理过程是这样的：淡盐水(t =75-80 )中加人盐酸，控制pH值2.00.2，直接送入脱氯塔中，控制塔内真空度大于80 kPa，呈现沸腾状态，产生大量气泡，氯气从液相进人气相脱除绝大部分8。真空脱氯后的淡盐水再加人NaOH调节PH值至6-9，然后加人5%(质量分数)亚硫酸钠溶液，除去微量的游离氯，然后送往一次盐水重饱和利用。3.4蒸发 碱液蒸发与所有的蒸发过程一样,都是借助于加热作用来提高碱液的温度,使溶液中所含的溶剂部分汽
36、化,以提高溶液中溶质碱的浓度的物理过程。离子膜碱液蒸发有以下两个特点：(1)流程简单，简化设备，易于操作；(2)度高，蒸发水量少，蒸汽消耗低。其流程有单效蒸发流程、双效蒸发流程、三效蒸发流程三大类。每种又个包含不同的方式。实际生产中根据需要选择不同的流程9。第四章 盐水二次精制及脱氯介绍4.1 二次盐水精制离子膜盐水的二次精制过程包括悬浮物过滤，用螯合树脂处理Ca2+、Mg2+阳离子的工艺过程。4.1.1二次精制的意义离子膜电解工艺对进槽盐水质量要求较为苛刻，主要是由于电解所用的离子交换膜能使大量阳离子透过，如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Ba2+、Ni2+、Sr2+等，这些金属离子容易和阴极
37、室的OH-离子生成不溶性的氢氧化物沉淀，堵塞膜的微孔，从而造成膜离子交换性能下降，槽电压上升，电流效率下降，最终导致膜损坏。其次盐水中含有的游离氯和ClO-等组分会引起二次盐水精制所用的螯合树脂中毒失效。二次精制盐水高标准的质量是保证离子膜电解槽安全、稳定、高效运行的首要条件。离子交换膜运行时要求盐水中的Ca2+、Mg2+总含量低至2030g，而正确操作过滤器和树脂塔系统是保证二次精制盐水质量的核心10。用普通化学方法精制的盐水中Ca2+、Mg2+总质量浓度只能降到10mg/L左右，要使其低至2030g，必须先把盐水中的固体悬浮物(SS)含量降到1 0mg/L以下，再用螯合树脂吸收来使其达标。
38、盐水二次精制是在一次精制的基础上，通过螯合树脂吸附，进一步将盐水中的Ca2+、Mg2+等浓度降至要求的范围的过程。4.1.2 螯合树脂的类型二次盐水精制常用的螯合树脂有2种类型，一种是亚胺基二乙酸型，另一种是胺基磷酸型。选择螯合树脂的原则是从交换容量大、再生效率高、体积变化小、阻力降小、抗氧化性强及价格经济性几方面综合考虑。本次设计选用D412氨基磷酸型螯合树脂。4.1.3 螯合树脂处理盐水螯合树脂可以吸附金属离子，形成环状结构(如螯钳物)，故称螯合树脂。其组成由母体和螯合集团两部分组成。其处理盐水的过程可描述为：吸附、脱吸和再生的过程。它的结构如下：其中，M是中心(金属)离子；N、O是可提供
39、共用电子对的原子，中心离子与其形成2个配位键，在适当条件下生成稳定的环状结构。组合物的形成和离解是2个互相对立而又依赖的过程。一方面，中心离子通过配位键与络合剂相结合形成络合物，表现出一定的化学吸引力；另一方面，由于络合物内部的矛盾运动，它们中的一部分要离解。又表现出一定的化学排斥力。在一定的外界(如pH值、温度、浓度) 条件下，达到相对平衡状态，改变条件就破坏了这个平衡，整合树脂的再生就是根据这个原理进行的。在实际生产中，加入5左右的盐酸“清洗”树脂，当pH值为l时，原来已络合的金属离子全部“洗“脱。这时的树脂叫做“H”型。在已“洗脱”金属离子的“H”型树脂中加入4的NaOH溶液，调节其pH
40、值为14。由于溶液中的H大量减少，使下列平衡向右移动11。树脂回到了吸附前状态。而螯合树脂的吸收、脱吸、再生就是根据此原理进行。这种树脂在溶液中有1价和2价离子共存时，选择吸收2价离子，吸收能力如下：Hg2+Cu2+pb2+Ni2+Cd2+Zn2+C02+Mn2+Ca2+Mg2+Ba2+Sr2+Na+。4.1.4 树脂塔操作的工艺指标螯合树脂的吸附能力除树脂本身外，还和盐水的温度、pH值、盐水流量、Ca2+、Mg2+含量等因素有关。螯合树脂的内在结构不同，交换能力也不同，但是对流量、温度、pH值变化趋势是一样的。因此要加强各工艺控制指标的控制，保证进槽盐水质量合格。 温度螯合树脂与钙、镁的螯合
41、反应是在一定温度下进行的。温度高时，螯合反应速度快，树脂使用周期长。但盐水温度亦不宜过高，否则树脂的强度会降低。要保证树脂良好性能的发挥应将进入树脂塔盐水温度控制在55-65。 pH值pH值在一定范围内时，钙、镁等是以离子形式存在的，以利于树脂进行螯合去除。但当pH11时，镁离子易生成Mg(OH)2胶状沉淀物，进入树脂塔后会堵塞树脂孔隙，大大降低了树脂的交换能力。同时还会造成进入树脂塔内的盐水发生偏流，增加压力降，从而导致盐水中钙离子去除不彻底，二次盐水中钙、镁含量升高。所以，盐水pH值应控制在810。本次设计二次盐水的pH取为10。盐水中Ca2+、Mg2+浓度螯合树脂塔对盐水中的钙、镁离子的
42、吸附量随着浓度的升高而增加，但当Ca2+、Mg2+的质量浓度超过10 mg/L时，树脂除钙、镁离子的能力随钙、镁离子浓度增加而降低，这是因为螯合树脂的交换量是一定的，盐水中钙、镁离子来不及进行交换，带入到二次盐水中。使二次盐水中钙镁含量增加。盐水流量盐水的供应量是根据电解生产能力对树脂塔的选型和塔内树脂填充量来确定的。进入树脂塔的盐水流量取决于树脂塔的尺寸和循环所需要的时间。如果盐水流量过大则在树脂内停留时间会缩短，造成盐水在树脂塔内短路。如果盐水流量降低，树脂的使用时间延长，但需要较大的树脂塔12。 游离氯的影响游离氯的氧化性极强，极易破坏螯合树脂的结构，造成树脂不可恢复的中毒，树脂性能急剧
43、下降，起不到螯合钙、镁离子的作用，因此要求盐水中不能含有游离氯。4.1.5 盐水二次精制流程一次盐水经检验合格后，送入二次盐水精制工段，在亚硫酸钠槽内配置好5%亚硫酸钠溶液加入一次精制盐水，进入一次盐水槽。送HClO自动分析仪，根据测得的HClO值去自动调节水的加入量、达到控制亚硫酸钠加入量的目的。在预涂罐内，添加适量的-纤维素，一般是每平方米炭素管lkg，然后加入过滤后盐水配以2.7g/L预徐液，充分搅拌10min。用-次盐水泵向过滤器充液，直到盐水逸入废液池止。然后开动预涂泵，向过滤器内送预涂液。通过过滤器前出口回到顶涂罐，使-纤维素和盐水充分混合，混合时的流量为设汁流量的1.3-1.4倍
44、左右。混合时间10min。切换阀门，使预涂液出口由过滤前改为过滤后。这就开始了预涂。在这种状态下，预涂液由碳素管外侧流向内侧，这时。-纤维素在元件表面形成均匀的预涂层，预涂进行30min。此时预涂罐内的液体应异常澄清透明，切换阀门，用一次盐水代替预涂液。一次盐水流量为设计流量，并让过滤过盐水返回一次盐水罐，目的就是把有可能质量不好的过滤盐水返回一次盐水罐，此过程一般称为原液循环。原液循环结束，则切换阀门，使过滤后盐水进入过滤盐水罐。过滤开始10min后，启动主体给料泵定量地向一次盐水入口加入-纤维素悬浮液。直到运转时间达到48h、或者过滤器的差亚达到0.2MPa时停止运转，进入返洗。在过滤器出
45、口的盐水管路上，加入31%盐酸，经过混合，使盐酸和盐水混合均匀后，送pH自动分析仪，根据测得的pH值去自动调节盐酸的加入量、达到控制的目的。三塔的工作原理是总有俩个塔在工作，一塔在再生、待命。4.2 淡盐水脱氯在离子膜法制碱中，约有50%-70%的NaCl在电槽内分解，在阴极生成NaOH，另有约30%-50%的NaCl在阳极液中变成淡盐水。为了保证离子膜对阳极液中NaCl浓度的工艺要求，要连续不断地供给电槽饱和精制盐水;又要连续不断地从阳极液中排出部分淡盐水。从电槽排出的淡盐水，由于存在游离氯而容易对设备、管道造成腐蚀，阻碍一次盐水工序中沉淀的形成，破坏二次盐水精制工序的鳌合树脂，对于采用碳素管过滤的工艺还容易对碳素管造成危害。因此，必须将淡盐水中游离抓脱出后才能送一次盐水化盐或盐水重饱和后再使用。4.2.1 脱氯的方法淡盐水脱氯的方法有以下几种： 应用溶解在盐水中的氯气在不同压力下有不同溶解度的原理，使溶解在盐水中的氯气在真空条件下逸出。这种方法叫做真空脱氯法。 将空气加压通入脱氯塔内，在填料的表面使空气与淡盐水接触而将氯气带出，这种方法叫做空气吹除法。 利用具有还原性的亚硫酸钠、硫