年产十万吨烧碱工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产十万吨烧碱工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

造成 NaCl 的质量浓度低于 300g/L；加入量过少 5 可造成盐水浓度过高，易形成结晶。 所以要求精制剂必须配制合格，液体温度应控制在 60～65℃。 助沉剂配制 大部分助沉剂为螯合物。 在水中溶解较慢并且不能激烈冲击搅拌。 在配制过程中应慢慢均匀加入，在微搅拌下溶解半小时才能使用。 精制反应时间 精制反应要充分，并且控制适当。 反应时间不够会造成盐水质量下降，甚至造成盐水发浑。 炭素管过滤器性质及工作要求 炭素管过滤器主要用于除掉盐水的悬浮物。 如果炭素管过滤器运行不好，会造成悬浮物进入螯合树脂系统，从而使树脂失活，大大降低树脂性能。 炭素管的微孔平均直径约为一百一十微米。 在工作时，表面预涂 ～ mm的 α纤维素 ， α纤维素根 据炭素烧结管的微孔直径要求，粒度为 100～ 250181。 m。 要实现炭素烧结管良好的过滤效果，就要保证 α纤维素涂层均匀，过滤压力稳定。 树脂塔的操作要点 在过滤后的二次盐水中， Ca2 、 Mg2 的质量分数约为 6310 ，但是并不能满足于离子膜法电解槽的盐水纯度要求。 因此盐水在一次精制的基础上还需要二次精制。 目前盐水的二次精制工艺都是螯合树脂法，通常采用 2 或 3 台树脂 塔串联，盐水自上而下经过树脂床，从塔底流出再到精盐水池。 在塔内盐水中的 Ca2 、 Mg2 与树脂发生离子交换： 2 2 2 2 222 CaR C H N ( C H C O O N a ) R C H N ( C H C O O ) C a 2N a       树脂塔最大流量 树脂塔树脂填充量确定后，最大流量也确定。 树脂吸收盐水中的 Ca2 、 Mg2 、 Sr2 等离子时，要有充分的接触时间，如果流量过快。 导致 2 价离子不能被树脂吸收即被送走，所以树脂塔盐水流量应尽量保持平稳。 盐水温度 树脂吸收速率随温度升高而加快，但温度过高会造成树脂强度下降，因此盐水最佳控制温度应在 (60+5)℃。 6 盐水 pH 值 盐水 pH 值在 7~8 时为树脂吸收阴离子的最佳值，大于 10 时，阳离子易形成分子氢氧化物，树脂只能 螯合 阳离子不能吸附  2Mg OH 、 Ca(OH)2等分子物质。 树脂塔压差控制 树脂塔进出口压 差不能超过 MPa，树脂塔压差过高会造成树脂破碎。 如发现压差过高应及时检查原因并及时更换补充树脂 5。 7 第三章 电解工段的物料衡算 离子膜交换原理 Donnon膜理论阐明了具有固定离子和对离子的膜有排斥外界溶液中某一离子的能力。 在电解食盐水溶液所使用的阳离子交换膜的膜体中有活性基团，它是由带负电荷的固定离子如 SO3 、 COO ，同一个带正电荷的对离子 Na 形成静电键，磺酸型阳离子交换膜的化学结构简式为： 3R SO H (N a )   由于磺酸基团具有亲水性能，而使膜在溶液中溶胀，膜体结构变松，从而造成许多细微弯曲的通道，使其活性基团中的对离子 Na 可以与水溶液中的同电荷的 Na 进行交换。 与此同时膜中的活性基团中固定离子具有排斥 Cl 和 OH 的能力。 水化钠离子从阳极室透过离子膜迁移到阴极室时，水分子也伴随着迁移。 至此离子成功交换。 电解槽内物料衡算 计算依据： （ 1）供给盐水规格： NaCl： 310g/L 重度： d=精制盐水中杂质忽略不计 （ 2）阴极夜 NaOH 浓度 32% 重度 d= kg/L（ 80℃ ） （ 3）阳极液 NaCl： 210 g/L 重度： d= kg/L 电解槽中进行的副反应所产生的杂质忽略不计 计划任务 100%烧碱 ： 100kt/a， 每年按 300 天计算，每天 24 小时。 每小时产碱量： 4310 10 10 / 300 24 = 电解槽选型 8 根据年产量并综合技术先进性、效率等各方面因素，通过查阅资料决定选用日本氯工程公司电解槽，其参数见表 . 表 电解槽参数 名称 参数 名称 参数 型号 nBATIC896 单元槽数量 962 单元槽有效面积 2m 电流密度 槽温 80—88℃ 离子膜型号 杜邦 N2030 电流效率 ≥95% 出槽 NaOH 浓度 32% 物料衡算 以一台电解槽为衡算标准： 每小时产碱量： 1 8 .1 1 1 .4 9 2 1 9 2 5 1 8 7 .8 6  kg 2NaCl +2H2O 2NaOH +Cl2↑ +H2↑ 117 36 80 71 2 a b c d a= kg b= kg c= kg d= kg c=d= kmol/h 80℃ 时阳极液上方水蒸汽分压为 290mm汞柱。 每小时随 2Cl 离开电解槽的水蒸气为： 2HO290m 6 4 .8 5 4 0 .0 1 k m o l / h 7 2 0 .1 8 k g / h7 6 0 2 9 0    离子膜水迁移量为： O / F 每小时从电解槽随钠离子迁移到阴极的水量为 6 ： 26HO 10 18 192 793 kg96500     设每小时供给盐水 X L，从电槽流出 Y L, 对阳极有： 0 .3 1X 7 5 8 7 .4 5 0 .2 1Y （ 31） 9 对水 :  1 . 1 9 0 . 3 1 X 1 . 1 2 0 . 2 1 Y 7 9 3 9 . 2 7 2 0 . 1 8    （ ） （ 32） 联立（ 31），（ 32）解得： X== Y== 80℃ 时阴极液上方水蒸汽分压为 170mm汞柱，每小时随 H2离开电解槽的水量为： 2HO170m 6 4 . 8 5 1 8 . 6 9 k m o l / h 3 3 6 . 3 5 k g / h7 6 0 1 7 0    碱液流量： vq 51 87 .8 6 / 0. 32 16 21 2. 06 kg / h 12 37 5. 62 L / h   其中水的质量为： m= kg/h 则每小时需向阴极加入纯水的量为： ++=表 电槽物料衡算 输入 （ kg/h） 输出 （ kg/h） 供给盐水 碱液 供给纯水 H2 H2O（ g） Cl2 H2O（ g） 淡盐水 总计 总计 设电流效率为 95%,每小时每台产碱量为： 5 1 8 7 .8 6 0 .9 5 4 9 2 9 .4 7 k g / h 10 三台电解槽每年产碱量为： 4 9 2 8 . 4 7 3 0 0 2 4 3 1 0 6 4 5 4 . 9 5 k g / a    满足年产十万吨的生产要求。 11 第四章 电解液蒸发 蒸发概论 碱液蒸发的基本概念 不管是离子膜法还是隔膜法 生产的烧碱，如果需要提高浓度，就需要除去其中一部分水分，烧碱的浓缩一般采用的是蒸发操作。 所谓蒸发，是将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩的过程。 烧碱的蒸发，就是将烧碱溶液加热沸腾，使碱液中的水分部分汽化从而提高碱液的浓度的。 烧碱蒸发操作的主要目的：使烧碱溶液增浓直接制取液体产品，如将碱液浓缩为 32%、45%和 50%等浓度烧碱产品，满足不同用户的需求。 离子膜碱液蒸发的特点 离子膜电解液由于其碱液浓度高， NaOH 含量在 29％～ 35％之间，氯化钠含量低， NaCl含量在 30～ 50mg/L 左右，氯酸盐含量低， NaClO3 含量一般在 15～ 30mg/L,因此离子膜碱液蒸发具有以下特点： （ 1）流程简单，易于操作 由于离子膜碱液仅含极微量的盐，所以在其整个蒸发浓缩的过程中，即使是生产 99％的固碱，也无须除盐。 这就极大的简化了流程设备，即隔膜蒸发所必须有的出盐设备及工艺过程都被取消（如旋液分离器、盐沉降槽、分离机、回收母液储罐等），而且由于在蒸发过程中没有盐的析出，也就很难发生管道堵塞等问题，使操作容易进行。 （ 2）浓度高，蒸发水量 少，蒸汽消耗低：离子膜碱液的浓度高，需要蒸发的水量少，蒸汽消耗就会大幅下降 7。 蒸发流程及设备类型选择 蒸发流程 蒸发流程按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续稳定操作的过程。 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。 若把二次蒸汽引至另一操作压力较低 12 的蒸发器作为加热蒸汽，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。 多效蒸发中，二次 蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。 在确定蒸发流程时，我们首先要确定采用的蒸发器的效数。 从理论上来说，蒸发器的效数愈多，蒸汽被利用的次数就愈多，气耗也就愈低，从而使生产运转费降低，产品成本下降。 但反过来，效数愈多，蒸发器的增加使一次投资也相应增加，相应提高了折旧及产品成本。 理论上蒸汽消耗量与效数的关系见表 . 表 蒸发 1t 水耗汽量与效数的关系 效数 单效 双效 三效 汽耗 (t) ～ ～ ～ 按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。 真空蒸发有许多优点：在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差；减小蒸发器的传热面积；可以利用低压蒸气作为加热剂；有利于对热敏性物料的蒸发；操作温度低；热损失较小。 在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气加以利用。 因此单效蒸发多为真空蒸发 ,多效蒸发的前效为加压或常压操作，而后效则在真空下操作。 在顺逆流工艺的选择时，逆流工艺较顺流工艺有一定的优势。 采用逆流蒸发较顺流蒸发可以更充分的利用加热蒸汽的热量，这是由于逆流次级效蒸发器的碱液沸点较低（浓度低），可以利用前效加热器的 蒸汽冷凝液预热进入本效的碱液，并可使其闪蒸蒸发产生二次蒸汽，用于次级效加热，这样相应增加了各效的加热蒸汽量。 其次是末效排出的蒸汽冷凝液温度，逆流较顺流要低，因此也增加了温差，从而提高了蒸汽的热利用率。 由于碱液与蒸汽逆向流向，这样可以使低粘度的碱液在低温下沸腾，高浓度、高粘度的碱液在高温下沸腾，从而提高了蒸汽的热利用率。 但是在选择逆流时，要受到质材的限制，因为对于逆流流程，浓效蒸发器处于高温、高浓度碱的恶劣条件下，蒸发器的质材就必须选用优质的金属材料，如镍材，或优质低碳不锈钢，否则浓效会因为高温碱液的腐蚀导致 极短的寿命，使得投入大于回报，严重则会造成泄漏危及生命，污染环境。 单效蒸发流程设备简单，一次性投资费用低，但其蒸汽利用率低，运转费用高，生产成本高，而三效蒸发流程设备复杂，设备投资费用高，且末效蒸发器的材质要求高，使用寿命短，因此本文选择双效逆流蒸发工艺 8。 其流程如图所示 : 13 图 双效逆流蒸发流程 蒸发设备 蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。 蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。 蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。 减压操作时还需真空装置。 由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。 对常用的间壁传热 式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类： 循环型蒸发器 特点：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同， 接近于完成液的浓度。 操作稳定。 此类蒸发器主要有： （ 1） 中央循环管式蒸发器 （ 2）悬筐式蒸发器 （ 3） 外热式蒸发器 （ 4） 列文式蒸发器 （ 5） 强制循环蒸发器。 其中， 前四种为自然循环蒸发器。 单程型蒸发器 特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。 14 优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发； 温度差损失较小 ，表面传热系数较大。 缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。 此类蒸发器主要有： （ 1） 升膜式蒸发器 （ 2） 降膜式蒸发器 （ 3） 刮板式蒸发器 （ 4）直流式蒸发器 在这些蒸发器中，对于循环的蒸发器以自然循环的外热式蒸发器与强制 循环的外循环式用的较多，而不循环式蒸发器则是近几年开始逐渐广泛使用的蒸发器，其主要原因是这些蒸发器都具有较高的传热效率，另外设备的加工制造及维修都比较容易。 本文中采用强制循环蒸发器，以弥。