离子膜烧碱毕业设计

离子膜烧碱毕业设计内容摘要：

螯合树脂与钙、镁的螯合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 5565℃。 ② 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 pH8 时， 树脂去除钙、镁离子的能力明显下降；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 8~10。 本次设计二次盐水的 pH 取为 10。 ③ 盐水中 Ca2+、 Mg2+浓度 螯合树脂塔对盐水中的钙、镁离子的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。 ④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]。 ⑤ 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。 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18 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α 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 ，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α 纤维素和盐水充分混合，混合时的流量为设汁流量的 倍左右。 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。 α 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α 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 时停止运转，进入返洗。 在过滤器出口的盐水管路上，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。 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。 19 脱氯的方法 淡盐水脱氯的方法有以下几种： ① 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。 ② 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。 ③ 利用具有还原性的亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫化钠等硫化物与 ClO－ 反应使淡盐水中的游离氯脱除，这种方法叫做化学脱氯法。 ④ 利用活性炭的表面吸附作用，使淡盐水通过活性炭层，将游离氯吸附脱除，这种方法叫做活性炭吸附法。 本次设计采用的是真空脱氯法。 该法的操作比较简单，它的操作好坏主要取决于设备的能力。 如果设备的能力足够好（指填料量、冷却器面积、真空泵能力），管路不泄露、不堵塞，运行起来是非常稳定的。 脱氯 原理 淡盐水中游离氯有 两种存在形式，从电槽排出的 淡盐水中同时有 Cl2(溶解氯 )、HCIO、 CIO 一 和 H+存在，它们之间的关系是化学平衡。 即： Cl2 十 H2 O HCIO+H+ +Cl－ (41) HClO H++ ClO－ (42) 脱氯就是一方面破坏以上的平衡关系，使上述的反应朝着生成 C12 的方向进行。 另一方面利用 ClO 一 的氧化性，通过加人还原性物质而去除之。 因此，在实际生产中通过向淡盐水中 加人足量的酸，并使淡盐水中不断产生气泡或增加气、液两相的接触面，加快气相流速，加大气、液两相的不平衡度，不断地降低液体表面的氯气分压，使液相中的溶解氯不断地向气相转移，气体不断逸出。 另外，在一定压力下氯气的溶解度随温度的升高而降低，保持淡盐水一定的温度有利于溶解氯的脱除。 由于采用破坏化学平衡和相平衡的方法不能完全使游离氯脱除，所以剩余微量的以 ClO 一 形式存在的游离氯，通过添加还原性物质使之与具有氧化性的 ClO 一 反应，20 就可以将淡盐水中游离氯完全脱除。 脱氯流程 在淡盐水中先加入适量盐酸，以混合均 匀，进入淡盐水罐。 因酸度变化、逸出的氯气进入氯气总管，淡盐水泵将谈盐水送往脱氯塔。 塔里装有填料， 塔的真空度在 时，此压力下盐水的沸点约在 5060℃之间， 85℃的淡盐水进入填料塔内急剧沸腾，水蒸气携带着氯气进入 钛 冷却器，水蒸气冷凝，进入淡盐水罐，再去脱氯，氯气经真空泵出口送入氯气总管。 氯水则送回谈盐水罐 [13]。 出脱氯塔的淡盐水进入脱氯盐水罐。 用 20％ NaOH 调节 pH 值为 89，然同再加入 NaSO3 溶液，去除残余的游离氯。 被除去氯的淡化水用泵送去化盐工序。 21 第五章 计算过程 建厂厂址选择在呼和浩特，呼和浩特地区的水文地理条件 [14]： Ct  P = %56 (相对 ) 又因为 Ct   H(湿度 ) = 0 . 0 0 3 5 3 26 . 7 856%6 7 2 . 56 . 7 856% SS   m m H g797 0353 22 672 . 0353 2P V   所以空气中水蒸气的体积分数为 56% 氧气的体积分数为 % 氮气的体积分数为 % 一次精制盐的计算 对原料盐的粗算 由任务书要求知 NaOH 产量为 40kt/a，生产为 1年 (330 天 )所以可知： hk mo lhkgakt / 设电解盐水分解率为 46%，则生成 NaOH 所需 Nacl 的质量为： 根据化学反应方程式： 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑ +H2↑ 可知所需 NaCl 为 : 3 7 94 4 2 6  进入电解槽的 NaCl 质量流量为： 6 0 4 2% 3 7 9  生产加入的原盐为内蒙古吉兰泰盐 [2]，其组分如下： 表 51 内蒙古吉兰泰盐组分 ： 22 组分 氯化钠 钙离子 镁离子 硫酸根离子 水不溶物 水分 含量 (%) 因此所需加入内蒙古吉兰泰盐为： hkg7 3 6 1 9% 3 7 9  因为在盐水精制过程中 NaCl 有损耗，所以设加入原盐为理 论值的 倍，则： 应该加入原盐为： hk m o lhkg / 1 4 1 6 9  其中含各物质为： Ca2+= hm o 2 . 9 1 70 . 3 6 %9 1 4 3 . 6 8 3  hk m o lhkg / hk mo lhkg /— hkg /% 1 4 3 水不溶物 hkg /% 1 4 3 水分 对循环淡盐水的计算 从脱氯工段循环淡盐水中含 NaCl 为： =根据从脱氯塔流出的淡盐水各物质指标，设定淡盐水中各成分如下： 表 52 循环淡盐水组分 成分 氯化钠 氯酸钠 氯气 硫酸根 含量 (g/L) 200 则淡盐水流量为： hm / 0 6 6 3 3 查《化学化工物性数据手册 无机卷》 [3]得， NaCl 溶液密度： 60℃时， ； 应用内插法可得： 200g/LNaCl 水溶液密度： 23 200200 1 1 1 0 9 62 0 0 3 7 82 0 0   解可得：ρ 200= 对粗盐水的计算 设粗盐水质量浓度为 310g/L 粗盐水质量为 =原盐加入＋循环盐 = %+=则流量 V 粗 = 310=所以其中各物质浓度为： Ca2+浓度 = Lg /5 8  L/g0 4 8 2  浓度 Lg / 24  浓度 Lg / 水不溶物浓度 Lg / C lO 3 浓度 LgCl / 浓度 60℃时， ； ρ =应用内插法可得： 310g/LNaCl 水溶液密度： 310310 1 7 4 1 5 83 1 1 1 8 33 1 0  解得ρ 310=所以，粗盐水总质量为： = 表 53 粗盐水各组分含量 24 成分 质量流量 (kg/h) 浓度 (g/L) 氯化钠 310 钙离子 镁离子 水不溶物 硫酸根离子 氯酸钠 氯气 水 合计 各杂质的去除 主要是除去 Ca2+、 Mg2+、 SO4水不溶物。 主要反应方程式分别为： Ca2++Na2CO3 CaCO3↓ +Na+ Mg2++NaOH Mg(OH)2↓ +2Na+ SO42+BaCl2 BaSO4↓ +2Cl ① Ca2+的去除 根据《氯碱分册》 ［２］ P8图 12 (工业上一般将 Na2CO3 过量控制在 ~) 可知： 在 60℃时， Na2CO3过量 ，盐水中 Ca2+含量为。 Ca2+浓度为 ，剩余 ，反应了的 Ca2+ =则总共需加入 Na2CO3为： += g/L 则需加入 Na2CO3 质量流量为： 加入 98%Na2CO3质量流量为： h1 1 3 .9 4 6 k g / 98%h1 1 1 .6 6 8 k g /  25 生成 CaCO3质量浓度为： =生成 CaCO3质量流量为： ② Mg2+的去除 根据《氯碱》 (生产中一般将氢氧化钠过量控制在 ~) 查 P8 图 12 可知： 在 50℃时， NaOH 过量 ，盐水中 Mg2+含量为 3mg/L。 在 75℃时， NaOH 过量 ，盐水中 Mg2+含量为 3mg/L。 应用内插法，在 60℃时 NaOH 过量为 x。 则： x06 04 5060  解得： x=粗盐水中 Mg2+浓度为 ，剩余 3mg/L，反应了掉 Mg2+为： =则反应了的 NaOH 为 2 因为需过量 ，则总共需加入 NaOH 为： += g/L 则需加入 NaOH 质量流量为： g/L=加入 32%NaOH 质量流量为： 3 5 . 8 8 4 k g /h %321 1 . 4 8 3 k g /h  生成 Mg(OH)2 质量浓度为： =生成 Mg(OH)2 质量流量为： ③ SO42的去除 在 60℃时，要使 SO42质量浓度含量为 ， BaCl2应过量。 因为 SO42质量浓度为 g/L。 则：反应了 =则反应了的 BaCl2为 =因为需过量 ，则 总共需加入 Na2CO3为： + 103= g/L 则需加入 BaCl2质量流量为： g/L=加入 37% BaCl2质量流量为： h8 1 0 .7 6 4 k g / %73h2 9 9 .9 8 3 k g /  生成 BaSO4质量浓度为： =26 生成 BaSO4质量流。