1、 开题报告氯碱工业简介* , I6 H7 t+ L( 氯碱工业属于基本化工原料工业，基本化工原料通常是指“三酸两碱”，盐酸和烧碱这两种氯碱工业的食盐电解产品就占其中的两种，再加上氯和氢可以进一步加工成许多化工产品，所以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 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。据测算，每万吨氯碱可创造57 亿元工业产值。发展氯碱工业，是相关产业部门的迫切愿望，其发展水平，在一定程度
2、上反应出一个国家国民经济的发展程度。: v: H% N2 u- e/ A氯碱工业的主要产品及其用途 3 , c. H8 v3 E% i; u; n6 W9 d氯碱工业的生产流程、主要产品和用途如下所示：原料盐 烧碱 用途：造纸、纺织、制铝、石化等电 氯 用途：农药、氯产品、含氯溶剂等- U 9 H8 C0 K3 e% b2 ?! Q/ N电 石 氢（副产品） 用途：硬化油、炼钨等烧碱 1 t: u8 q( e9 e w6 F7 # X o原盐质量较差时，盐水精制过程中会有相当数量的盐泥（CaCO3, Fe(OH)3,Mg(OH)2及水不溶物）排出，需经充分洗涤，并利用洗泥后的回收盐水（洗泥水）
3、以节省原盐。对于水银法的盐泥，回收水银后，剩余的渣滓中还需加入少量硫化钠，使残余的微量汞生成HgS，然后再经混凝土固化成块，再排入远洋深海，以免损害农田，污染水源及环境。通常盐水工序的基本建设投资约占氯碱厂总投资的 5%-10%，但是原盐费用占生产成本费用的 20%-30%，是仅次与能源的主要费用。由于每生产 1 吨烧碱（100%,NaOH）和 0.88 吨氯约消耗 1.5-1.6 吨（理论值为 1.462 吨）原盐（100% NaCl） 。为了节省运输费用，氯碱厂址多选在原盐资源的附近，或具有盐矿，盐井的地面上。总之，盐水工序是保证氯碱厂正常生产，取得经济效益的重要工序。其任务是通过固体盐的
4、溶化，粗盐水的化学精制，沉淀及不溶物的沉降，精制盐水的过滤与中和，供应符合电解槽需要的高纯度的饱和盐水，并合理处理盐泥，尽量减少对于生态环境的影响。（二）流程介绍 6 u# u: ?4 l- v i盐水精制大致上经过化盐、精制澄清、过滤、重饱和及预热，中和以及盐泥洗涤处理等过程，制得纯净的精制盐水供隔膜电解槽使用。概述如下：用抓斗吊车从盐库内运送原盐，计量后，送入盐斗，经皮带运输机加入化盐桶内。通过自动开关控制皮带运输机的运行，以便化盐桶内盐层高度经常维持在 2.5m 以上。来自蒸发工段的回收盐水以及来自洗泥桶的洗泥水等在配水槽内配成化盐水，由泵送往化盐桶化盐，化盐水经桶底分配管均匀流出，通过
5、盐层逆流而上，溶解原盐成为饱和的粗盐水，从化盐桶上部溢流出来。经反应器与精制剂反应是粗盐水中的杂质离子生成不溶物而分离出来。为了保证反应完全，严格控制碳酸钠的量大于理论用量。带有悬浮沉淀物的粗盐利用位差流入澄清桶的中间筒，与此同时，加入苛化麸皮作为助沉剂，使细小的沉淀凝聚为较大的絮团，借重力作用向下沉到桶底，澄清的盐水则上升并从澄清桶的溢流堰溢流出来，进入重力式沙滤器，盐水通过颗粒大小不一的石英砂和软石层，其携带的细微悬浮颗粒被截留。过滤后清盐水中悬浮物的含量可降低 1ppm 以下。再经预热器预热到 70 度左右，进入重饱和槽。通过蒸发回收盐层，得到含 NaCl320g/l 以上的重饱和精盐水
6、，再经预热器加热到 80 度以上，进入中和罐用盐酸中和到 pH 为 7-8，然后在精盐水贮槽内贮存，一般贮存量可供 12 小时使用。通过精盐水泵送往电解工序。澄清桶底部的盐泥泥由浆泥耙集中后，定期排入泥浆中间槽，由泥浆泵送到三层洗泥桶，利用蒸发工序送来的蒸气冷凝水洗涤，回收盐泥中的氯化钠。洗泥水进入洗泥水贮槽与淡水混合后送化盐桶配水桶用来化盐。洗涤后的盐泥在自动板框式压滤机内压滤，得到含 NaCl 5.0%左右（盐水的 NaCl 浓度小于 2g/l）的盐泥滤饼，并供进一步加工利用或作为填充物废弃。通常盐水工序设置一个盐水回收池，处理盐水系统任何失常，盐水泥浆或不合格的盐水送到回收池内，上部澄清
7、的盐水回收化盐，下部的盐泥送往洗泥桶，以保证盐水的质量减少原盐的损失。4 S2 Q9 P) 0 t3 s m 3 Q+ g* n# F p, Y1 a* m1 S13 氯碱工业现状 11.3.1 我国的氯碱工业 14 |9 h a7 i# z- k L8 g1.3.2 世界氯碱工业及其发展趋势 1二.原盐及盐水溶液的性质 221 原盐的物化性质： 3$ y! E) w# W: q3 2 d, Z22 精盐水的物化性质： 4三工艺流程的确定 7: s$ j9 l* R$ C- h7 u31 盐水精制过程简介 432 盐水精制流程 12% h“ f8 : c( d% s33 工艺条件 7“ v“
8、Z/ Y2 A“ 1 V3. 4 工艺分析 77 X6 g5 “ p. _. H$ O3.4.1 化盐 7. m% m+ l- D) p2 x6 r3.4.2 精制及精制剂的选取 73.4.3 固液分离 93.4.4 中和及预热 7 ) H$ l8 t( y4 t 6 f35 生产工艺流程选取 88 s; Z7 q( l“ I. v: h. E T% I四 工艺计算 1241 计算依据 1242 物料衡算 13) p: n8 G. 6 P# C+ N4.2.1 化盐桶的物料衡算： 138 G T/ i6 y , I: y, A$ 9 e4.2.2 反应桶的物料衡算 14* D# D- e4 ?
9、) ?4.2.3 中和桶的物料衡算 154.2.3 盐水精制物料平衡表 16! K b* m M3 V3 Y6 u3 ( 3.3 能量衡算 17/ f/ t% D- W/ d, n“ b3.1 化盐桶的热量衡算 173.2 反应桶的热量衡算 173.3 预热器的热量衡算 18* u7 N6 a* V% c K/ |5 u9 W8 2 I3 S0 K5.1.1 化盐桶面积的选取 245.1.2 化盐桶的其他参数的选取 255.2 澄清桶 254 b% v. A3 H, i G5 w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，是提高和检验学员学习质量的重要手段。其主要目标是全面巩固
10、已学过的基本理论知识，提高实践及创新能力。据教学大纲规定，本专业学生完成所学理论课之后，可培养和检查学生的综合运用所学知识提高理论联系实际的能力和素质，巩固和加深基础知识和基本技能训练，进行本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，为以后工作奠定基础+ A6 ? H7 E“ e# Q8 m K% ) i( y烧碱 NaOH，又称苛性碱，学名氢氧化钠，是一种白色半透明状的结晶体。纯的无水氢氧化钠，潮解性极强，易溶于水，溶液呈强碱性。其水溶液由于浓度不同，可以生成含有1、2、3.5、4.5 和 7 个水分子的水合物。氢氧化钠还易溶于乙醇、甘油；但不溶于乙醚、丙酮、
11、液氨。“ R! r, x! D( T( K% F1 J烧碱的主要用途最早从制造肥皂开始，逐渐用于造纸、纺织、印染等方面；制铝工业及 60 年代后石油化工的发展，进一步扩大了烧碱的用途。1.2.2 氯氯在常温常压下为黄绿色气体，经压缩可液化为金*液态氯。具有极强的刺激臭味，性甚毒，即使少量吸入，亦足以损害咽喉及肺脏，故战争时用作毒气之一。氯略溶于水，在阳光下，氯水性不稳定，常放出氧，具有氧化作用，广泛用来消毒和杀菌。氯为活泼元素之一，除氧、氮、稀有气体、溴、碘、碳等外，能与一切单质，及多种含氢化合物反应，故用作强氧化剂和氯化剂。6 F* h7 j- 9 T: * ?0 d6 X* f氯的用途很广
12、，分为无机氯产品和有机氯产品两大类。氯最早用于制造漂白粉。含有效氯高且稳定性强的漂粉精（主要组成为次氯酸钙）正逐渐发展，现在世界产量近 20 万吨。60 年代以后，又有氯代异氰尿酸及其盐类高效漂白剂问世，目前世界产量已近 8 万吨。此外，水消毒用的液氯，及纺织造纸工业用的次氯酸钠和亚氯酸钠，都为常用无机氯产品之一。/ 9 5 E4 l, y5 b1 n$ P% L0 D氯产品的第二个大用户是有机氯农药，含氯和通过氯来合成的农药很多，如速灭威、含氯菊酯等。. h0 X! i! o* ?1 u0 Y0 A0 + V聚氯乙烯：国外有机氯产品远比无机氯产品为多，其中最大的耗氯产品为聚氯乙烯(PVC)，
13、目前它是仅次于聚乙烯的世界第二大塑料制品，聚氯乙烯的用途日趋广泛，目前其软制品多为日常生活用品和农用薄膜；硬质聚氯乙烯塑料多用于建筑材料，卫生设备等。美国 80 年代初用于建材的聚氯乙烯塑料已占总量的半数以上。聚氯乙烯能与醋酸乙烯、偏二氯乙烯、丙烯等第二单体共聚，制造塑料、涂料、纤维等用，它的透明度比聚乙烯好，可以注塑。生产聚氯乙烯塑料与同体积产品比，能量消耗仅为钢的 1/3，铝的 1/4。以石油为原料，生产 1 吨聚氯乙烯只需要石油 1.9 吨，而制聚乙烯要 2.3 吨，因而聚氯乙烯将来有可能超过聚乙烯，成为最大塑料品种。聚氯乙烯加工过程中的改性剂氯化聚乙烯，世界年产量近 10 万吨，用氯
14、7 万吨。含氯溶剂：这种产品自 50 年代初开始发展，代替易燃而且能耗大的石油系溶剂，发展最快的是美国。含氯溶剂主要是指三氯乙烷(CH3CCl1) ，又名甲基氯仿，可用于脱脂清洗衣物、印刷电路等，其毒性小于三氯乙烯、四氯乙烯，生产每吨产品耗氯 1 吨左右，因此它是很好的平衡氯的产品。在中国三氯乙烷尚处于发展阶段。* |, 5 d; 2 I0 7 7 i丙烯系列氯的衍生产品：这一系列的主要产品为环氧丙烷和环氧氯丙烷。环氧氯丙烷全世界产量在 50 万吨以上，是生产环氧树脂的主要原料。环氧丙烷虽不含氯，但间接消耗大量氯。# N9 A9 h I! 氯丁橡胶：现在全世界年产约 65 万吨，用来制做合成橡
15、胶并以耐氯耐油著称。氟氯烃：氟氯烃除用作制冷剂外，还是制聚四氟乙烯的主要原料。1.2.3 副产盐酸 8 m, D6 b3 d / v8 r2 c2 T1.3 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，还有三个突出特征：（） 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用率，来降低烧
16、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。( 0 q, o) C l9 k1 C% W+ c n; s（） 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。;
17、 W9 R+ G“ V8 V. F（） 腐蚀和污染。氯碱产品如烧碱、盐酸等具有强腐蚀性，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。“ o; u) k“ f+ z4 1.4 氯碱工业的发展现状1.4.1 我国氯碱工业的发展现状 .生产能力 8 j7 N3 s! E) . t# C“ V氯碱工业，在我国国民经济中占有重要的地位。我国各氯碱企业为了提高自身的竞争力，纷纷扩大烧碱装置规模，从 1999 年开始，掀起了一轮烧碱扩建*，到 2000 年其生产能力已从 1998 年的 6 860 kt/a 增至 8 000 kt
18、/a，目前我国烧碱的总生产能力已经达到 8 620 kt/a，居世界第 2 位。如此快速的增长，使国内烧碱市场趋于饱和状态，而且这种扩建热潮目前还在继续，齐鲁石化公司氯碱厂正在扩建的 200 kt/a 的离子膜装置，上海氯碱化工股份有限公司计划再建 400 kt/a 的装置，其他的一些厂家的计划项目估计还有 700 kt/a, 如果这些计划项目得以实施，我国的烧碱生产能力将达到近 10 000 kt/a。目前我国的烧碱企业有 200 多家，装置规模普遍较小，生产能力超过 100 kt/a 的生产企业只有 24 家，见表 1。表 1 我国烧碱主要生产厂家及生产能力 kt/a% H, q0 ) y
19、5 T. w# H序号 单位名称 生产能力 0 g( b. c! S/ L* E5 W) W6 i9 i1 上海氯碱化工股份有限公司 4002 锦化化工（集团）责任有限公司 2803 齐鲁石化股份有限公司氯碱厂 2504 天津大沽化工责任有限公司 2502 p( $ U/ D! m) G1 i( u5 天津渤海化工（集团）公司天津化工厂 2356 浙江巨化股份有限公司电化厂 190 b) Z5 e/ K9 h2 g) p | W7 沈阳化工股份有限公司 1708 北京化工股份有限公司 160( i2 C; i* e$ “ v! Y1 b U* m9 江西电化厂 14010 宜宾天原集团有限公司
20、 14011 自贡鸿鹤化工股份有限公司 13012 江苏省常州江东化工股份有限公司 120. p; j: W! i$ l“ Z% a0 13 江苏化工农药集团有限公司 11014 青岛海晶化工集团有限公司 1052 M+ o% C$ o# Z( L15 山东恒通化工股份有限公司 100+ N* - Q: Q% u I3 |16 无锡化工集团股份有限公司 100: C# h9 s2 9 ; n3 P( % Q7 17 安徽氯碱化工集团有限责任公司 10018 武汉葛化集团有限公司 10019 湖南株州化工集团有限责任公司 10020 杭州电化集团有限公司 100! : v : |21 江苏泰兴新
21、浦化学有限公司 10022 福建省东南电化股份有限公司 10023 岳阳石油化工总厂环氧树脂厂 100“ ; h8 E) a W* e! g24 太化股份有限公司氯碱分公司 100) q6 Z) x( / e) b3 A( m.产量随着生产能力的不断增加，近年来烧碱的产量也不断增加，2002 年全国烧碱产量达 8 089 kt，为历史最高纪录，与 2001 年的 7 135.2 kt 相比，增长幅度为 13.4%。表 2 列出了我国烧碱产量超过 100 kt 的生产厂家。目前烧碱的生产方法几乎全部采用电解食盐水的方法，这样，每生产 1 t 烧碱则联产 0.88 t 氯气。2001 年在生产烧碱
22、的同时，产出氯气 6 280 kt；2002 年则同时产出氯气 7 120 kt。/ t7 Y- H1 t4 F) n# Q随着离子膜法新装置的建成，造成严重环境污染的水银法已停止生产，苛化法的产量也相当少，我国目前烧碱的主要生产方法是隔膜法和离子膜法。( X7 V4 $ Y7 k .我国氯碱工业存在的问题（1）规模、技术问题 z7 Q# Z) z( G“ l- z目前我国烧碱每套装置的平均规模在 40 kt/a 左右。只有 24 家企业达到了 100 kt/a 规模，布局分散，规模小，与国外大型烧碱企业差距大，国外氯碱企业的集中度相对较高，日本、欧盟的前 5 家企业分别集中了它们烧碱生产能力
23、的 50%，美国的 5 家大公司集中了美国烧碱生产能力的 80%，而我国前 5 家企业的生产能力不到全国总生产能力的 16%，装置规模小，效益自然差距很大。近几年，我国的氯碱生产工艺虽然有了较大变化，采用先进生产工艺的生产装置逐年增加，但是，总的来说，生产工艺与国外相比相对落后，再加上其他的一些因素，生产成本普遍偏高。目前我国的烧碱生产中，电解法产量已占总产量的 99.3%，苛化法仅占0.7%。在电解法烧碱中，隔膜法烧碱产量占 74.0%，离子膜法烧碱所占比例占到 25.9%，水银法烧碱下降仅为 0.1%。（2）氯与碱平衡问题% S2 P v6 n3 s. E6 r : X) M U3 I;
24、l5 l- Z/ X! V l( w辽宁复州湾 93.31 0.22 0.14 0.65 3.83 0.96山东青岛 94.21 0.21 0.11 0.62 3.70 0.15* R4 G0 S5 K3 l“ M江苏淮北 93.03 0.12 0.20 0.75 4.07 0.04+ M. u2 U8 c9 v- b( n7 V# j2 Y浙江梅山 93.27 0.14 0.0.16 0.29 4.0 ; i0 N3 m1 K$ m; M福建莆田 90.88 0.12 0.27 0.55 + 9 x( g/ K6 L7 d- B海南莺歌 93.95 0.17 0.07 0.36 4.0 0.
25、97$ A7 z. p- ?) e7 P湛江马留 84.66 0.17 0.68 9.40 0 I# y 9 J7 W d u* o. m8 K井矿盐 四川自贡 97.94 0.18 0.04 0.35 0.79 0.14四川五通桥 96.82 0.27 0.01 0.31 6 b8 q( s% D) m V# ! D/ l( m: T; P9 M J! J. C3 L湖北应城 94.60 0.10 0.03 3 x0 s7 f |* K1 j, j+ G7 E2 H5 y7 B; 3 e3 n. J（3）原盐的物理性质纯盐味为氯化钠，分子式：NaCl;分子量：58.44，为无色透明的正六面体
26、结晶。相对密度2.161（25） ；假比重： 0.7-1.5。散重为 0.9-1.1/l( 确定原盐仓库容积时，堆放重度按 1/l 计算)。熔点 800.8；沸点 1465；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/。（二）盐水的物理性质 氯化纳在水中的溶解度; L* P; Z* Q9 e4 R 7 R1 v) JNaCl 浓度 密度，g/cm3 NaCl 浓度 密度，g/cm3% $ / |$ _) ?* F% N3 G% g/l % g/l 5 51.7 1.0345 22 256
27、 1.16393 B; O0 r; p9 q3 L10 107.1 1.0707 23 270 1.17229 s) W3 9 p6 * T# C# n e4 E$ h三.工艺流程的确定. t: T0 n7 V“ X9 s9 t（一）盐水精制概述* ?“ Z/ J3 y j( T6 H原盐是氯碱工业的唯一原料。为了保证氯碱电解槽的正常高效运行，必须连续供应纯净的饱和盐水。各种来源地原盐都含有不同数量的不利于电解过程的杂质，如钙，镁，铁，硫酸盐和重金属离子，以及其它不溶物等。$ u2 s k( H“ 含有钙，镁，铁的盐水进入隔膜电解槽时，钙，铁，镁等离子会在隔膜的碱性一侧与阴极产物氢氧化钠反应，
28、生成氢氧化钙，氢氧化镁，氢氧化铁沉淀，堵塞隔膜，降低起渗透率，减少阳极液的流量，使电解液浓度升高，以致降低电流效率，缩短隔膜的使用寿命，影响隔膜电解槽的正常运行，并消耗生成的氢氧化钠。铁离子会使氯中含氢量增加，形成危险因素。6 m) % z9 i6 z: % W8 C- A硫酸根是原盐或卤水中的主要阴离子，虽然不影响金属阳极电解槽的性能，但含量过高时，促使 OH在阳极放电,产生新生态氧,加速石墨阳极的耗蚀与损坏,生成的二氧化碳,还影响氯的纯度.另外,硫酸根的含量过高,会降低 NaCl 的溶解度,硫酸钠还会因为温度的变化在盐水中结晶,堵塞盐水管路.痕量的钼,钒,镍,钨,铬,钴,等重金属离子在汞阴
29、极电解槽的流动水银中析出,并逐渐积累,形成流动性极差的汞膏(高汞剂)聚集在水银电解槽的电解室的底板上 ,影响水银的正常流动,同时还会降低汞阴极上的氢释放电位,而在氯气中产生危险数量的氢.原盐,卤水或化盐用水中有时含有铵离子或有机氮化合物,在电解槽中会被氯转化为极易爆炸的 NCl3,伴随氯气在液氯工序聚集而可能发生爆炸 .离子交换膜电解槽使用的盐水对于杂质的要求更为严格.因为金属氢氧化物在离子交换膜中沉积,会导致其性能急骤下降,甚至破坏离子交换膜而影响正常生产.9 T( c a; ?( w I2 o) t氯碱生产过程中,由于工艺特点,隔膜法在电解液蒸发浓缩时生成大量的回收盐和碱性盐水,需要加以利
30、用.水银法和离子交换膜发都有饱和氯气的淡盐水从电解槽流出,均需脱除氯气并通过固体盐层成为饱和盐水后,才能循环使用.在卤水丰饶而不易获得固体盐的地区,有时采用联合法生产.即同时设置隔膜法和水银法装置,利用隔膜法碱液蒸发浓缩时所得的固体盐,重新饱和水银电解槽脱氯后的淡盐水,以满足水银法对固体盐的需要。近年来也有隔膜法与离子交换膜法联合生产的，其流程示意图如图。这种流程的优点是蒸发回收的固体盐不直接用于离子交换膜电解槽，防止硫酸盐等杂质在离子交换膜电解槽的盐水中积累。4 u3 $ E: t9 t2 q# L 5 o4 2 I/ Y: _% F# |“ 5 Z原盐质量较差时，盐水精制过程中会有相当数量
31、的盐泥（CaCO3, Fe(OH)3,Mg(OH)2 及水不溶物）排出，需经充分洗涤，并利用洗泥后的回收盐水（洗泥水）以节省原盐。对于水银法的盐泥，回收水银后，剩余的渣滓中还需加入少量硫化钠，使残余的微量汞生成HgS，然后再经混凝土固化成块，再排入远洋深海，以免损害农田，污染水源及环境。5 z8 N I6 4 g9 H. e- V8 A7 Z: x0 _ X; X/ x3 x, P$ 5 l9 f( ! J/ C, ) O; t% z; j; y- O N- O“ 2 H0 r0 Y（三）工艺条件, R7 3 L$ w6 g该公司氯碱生产采用的是湖盐.由于原盐中含有离子 Ca2+、Mg2+等杂
32、质离子,直接影响了盐水质量,而盐水质量好坏不仅制约着现有精制工艺和设备能力的发挥, 更主要的是影响电槽的使用寿命及技术经济指标的实现。该公司粗盐水中悬浮物含量较高,一直是困扰生产的重要难题,隔膜法制碱进槽盐水 Ca2+、Mg2+总量的行业标准为不大于 6 mg/l ,而该公司粗盐水中的 Ca2+、Mg2+总量平均在 10mg/l 以上,尤其是其中镁离子含量过高, 由于其反应形成的Mg(OH)2 胶状絮凝物难以沉降和过滤,使隔膜电解槽的隔膜易堵塞,造成槽电压过高、电流效率下降、运转周期缩短,影响了正常的修槽(除槽) 周期, 每年需投入大量的人力、物力抢修电槽;另外离子膜二次盐水的精制工序由于一次
33、盐水质量太差而造成盐水过滤器反洗频繁,效率下降。所以提高盐水质量、改善隔膜碱生产的技术经济指标,降低生产成本,将是我们在盐水生产工艺上进行革新的重点。0 h F0 v ! j$ M厂区所在地的气象资料; m4 U u) L x7 M( C% z1 空气动力学条件基本风压 35kgf/;长年风向：西南风 5 h/ $ % g E$ a* n年平均风速 2m/s; 年最大风速 15.7m/s( n! “ Q9 P- j9 R5 ?3 c9 2 降水量 9 p) m% X+ v; z8 f3 n( b年平均降水量 362mm；积雪厚度 13cm；3 大气压春季平均大气压;夏季平均大气压；秋季平均大气
34、压；冬季平均大气压；( C d$ M- h X0 O# 5 4 气温 5 I T9 P) R3 v) Z年平均气温 3.1；年平均最高气温 11.5年平均最低温度-4.1；绝对最高气温 29.3- a5 X _( r, D q) t$ O5 Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3+ 2NaCl ; 2 N i! T, v. ; x0 d7 l刚生成的 Mg（OH）2 是大而脆的胶状絮片，粗盐水经 NaCO3 处理后，再加入 NaOH，则生成的 Mg（OH）2 就能包住沉降缓慢而又细微分散的碳酸钙晶状沉淀，两者以大为加快的速度沉降。Mg（OH）2 在 pH=8 时，开始沉淀，而在 pH=1
35、0.5-11.0 时反应完全。25 时，NaOH 过量 100mg/l，Mg2+ 在盐水中的溶解度为 1.2mg/l,相当于 1.0ppm。一般情况下NaOH 的过量控制在 0.006-0.012g/l.。常温下，浓度为 316g/l NaCl 的盐水中氢氧化镁 的溶解度与过量的 NaOH 的关系如下图所示； ; Z“ t% U7 T6 n9 n V粗盐水中的镁可加入氢氧化钠溶液，使之生成氢氧化镁絮状沉淀。该沉淀包在碳酸钙晶体上可加速其凝聚并共沉降。一般加入的氢氧化钠应过量，过量 控制在 612mg/l。 于此，使氢氧化钠过量 10mg/l。c. 盐水中添加烧碱，还可以使盐水中的铁离子、三价铬
36、离子等以氢氧化物沉淀与镁离子一同除去。盐水中的硫酸根，对隔膜法电解只要含量在 2mg/l 以下，可不必精制。4 O1 B G# X6 Q$ C9 x( o1 ! I4 v# 隔膜法盐水精制与电解过程 5 _1 u, i0 1 o9 k* c! M9 K四.工艺计算部分(以单位时间内物料的质量流量为基准，洗盐泥淡水所携带的杂质的量忽略不计)一.物料衡算：) g( I/ S, . v5 F( J（一）以化盐为研究对象，进行平衡计算。平衡框图如下所示：（1）收入“ _8 m) W9 l: y, R i I# % _“ y2 z* d) h, ?. 理论量 WH2O= /h；原盐中携带的不溶物的量/
37、b1 c( C* x, / r0 P9 _8 ?; x+ |.洗盐泥淡水的用量: R2 l; y. j A1 V! _4 C直接进入化盐桶是洗盐泥后的盐水，而并非淡水。以整个化盐过程为考察对象，只考虑水的量，忽略其所携带的氯化纳及其它杂质离子是可以的。因为这是一个连续生产过程。（二）以精制过程为研究对象，进行平衡计算。平衡框图如下所示：: N + 6 _ _1 - Q- ) a设计要求 Ca2+ Mg2+5mg/l，一般 NaCO3,的过量控制在 0.360.72g/l。据分析知，NaCO3,过量 60mg/l。则 98%的碳酸钠的用量：9 |% o% X$ Z# R# C w- QNaCO3
38、 的余量： ；粗盐水的体积流量： 3 |1 n; T“ * h5 X6 Y) n8 N, 7 L8 w, , T7 l- ) u 镁通常是以氯化物的形式存在于粗盐水中，加入碳酸钠溶液，生成不溶性的氢氧化镁 9 # B f; |: h; ; v: Y5 z2NaOH + MgCl2 = Mg（ OH）2+ 2NaCl ； 8 C9 s. u6 L8 o3 i) j( , j3 R! 7 A% T一般情况下 NaOH 的过量控制在 0.006-0.012g/l。由上面的分析氢氧化钠过量 10mg/l.。. M; t) 2 u# j g) 则 40%的 NaOH 的用量： J2 L9 3 E* I
39、oNaOH 的余量： ；粗盐水的体积流量： ；精盐水中残留氯化镁的量： . t I( u: # C) q3.洗盐泥淡水的理论用量 （由精制剂带入的水量考虑进来）. G0 G9 _* 2 h6 sW 淡水= W 精盐水 （1-0.262 ）- -+ E! j+ z! P/ L4 A) s: I# z9 i1 S# Q% C“ ab.支出1。流出的精盐水的量 4 g2 V# F: p# z. O0 K a“ m m8 y. k |2 V（一）.收入原盐 需求总量 1.1.1 烧碱原盐单耗 （kg 原盐/ kg 氢氧化钠）理论值： - q5 4 h% K7 p$ 0 H! I% Db.钙离子的质量流
40、量“ R4 v6 + t2 v! q% NWCa2+= /h；c.镁离子的质量流量WMg2+= /h ；d.硫酸离子的质量流量. Z% l8 H/ v8 S# H N$ sW SO42- = /h；- G“ k2 E9 c“ J2 以精制过程为研究对象，进行平衡计算。平衡框图如下所示：$ H. Y- ; M- x% . o2 u8 W+ d. U# j- C% k! R6 Z! i$ 4 g! Y: Ga.固体碳酸钠的用量（固体碳酸钠的质量分数取 98%）“ T7 f1 : H- i 钙离子一般是以硫酸钙或氯化钙的形式存在于粗盐水中，精制时，向粗盐水中加入碳酸钠溶液，使盐水中的 Ca2+生成不
41、溶性的碳酸钙沉淀，其化学反应为Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3+ 2NaCl ; “ W- M. u- N; f9 t设计要求 Ca2+ Mg2+5mg/l，一般 NaCO3,的过量控制在 0.360.72g/l。据分析知，NaCO3,过量 60mg/l。则 98%的碳酸钠的用量：* S5 k/ q1 c9 x+ U/ y( t! Z) V! z KNaCO3 的余量： ；粗盐水的体积流量：2 a% f0 w7 C2 a. y( V“ a( m4 c( b- P5 L- Z; # E+ y 镁通常是以氯化物的形式存在于粗盐水中，加入碳酸钠溶液，生成不溶性的氢氧化镁 3 ! S$ N
42、. w: r8 UC以中和及重饱和过程为研究对象，进行平衡计算。平衡框图如下所示：. f2 h9 z, H6 r+ U31%的盐酸用量（盐酸的质量浓度取 31%）) % C( b1 s: p3 t盐酸进行的反应% q) U* D F( D( |9 w! C2HCl + Na2CO3 = H2O + CO2 + 2 NaCl ;“ F f; 2 U% a) b) e3.洗盐泥淡水的理论用量 （由精制剂带入的水量考虑进来）7 _- / 1 E“ G! B+ H1 a) Z$ _2 s U7 lW 淡水= W 精盐水 （1-0.262 ）- -( b$ S3 n+ J3 v. N6 e9 l) n,
43、 x7 f4 t$ c; R3 ?- x4 u“ qb.支出1。流出的精盐水的量 0 k. | H8 s1 yW 精盐水= /0.2628 R$ g K% h9 q9 w l/ u- r+ y, k, M Y$ J; e; dW1Ca2+= W 精盐水 =6.448410-6 Kg/h3 b L0 f镁离子的质量) T- D/ w3 j: I3 M* eW1Mg2+= W 精盐水 =25.793710-6 Kg/h硫酸根离子的质量W1 SO42- =32.242110-3 Kg/h+ e/ 1 H: “ o z! t# T( f; n g2 l0 H0 V7 w5 U0 H5 K( c$ f2
44、 盐泥 0 E) Q9 , ?4 S; W 盐泥 = W 麸皮 + WCaCO3+ WMgCO3+ W 不溶物=C.热量平衡计算盐水精制热量平衡表# / X L6 e“ g. g. o5 4 Q- c5 y) b0 X$ x W6 o4 q“ J+ / Y( F“ A; B-原盐的堆积密度，kg/ m3;% n; r9 ) C6 Y% K W, w-原盐在化盐桶内停留的时间，min；6 6 z$ R B* , 5 n“ W# C5 |原盐堆存在桶内的体积 ，包括圆柱体与圆锥体两部分，于是又有+ i3 s6 u; 6 N（2.2）圆锥体部分的高度 与原盐堆积角 的关系为1 A( q0 d3 i8
45、 ) 8 （2.3）; . b/ ?“ j3 X3 f对于一般物料的堆积角 45来说， t y* O1 ?4 S S$ s! I9 H! y+ v-圆锥体高度， ；-圆柱体高度， ；-原盐堆积角，度。但在直径未确定之前，各高度均为未知数（其中只有泥层高是任选的） 。故计算步骤中， ， 应在前。2 h, x2 l$ C. B% a6 E rb化盐桶直径在生产能力一定的情况下，化盐桶直径取决于饱和盐水的上升速度，或者说是带出粒径对应的终端速度。 M“ T: T3 |/ w; ?; U; v4 C, h由于终端速度 ，与带出粒径 的关联式要经过多次修正，回归线性很差，于是设计改用图解法帮助选值（见图
46、 2-13） 。该图数据的求取过程很烦琐，如下：2 f4 h“ V6 T$ B1 K: l“ W5 + S ?0 P4 e粒径 =0.2mm，原盐为正方体，各边长均为 0.2mm=0.02cm晶粒投影面积，A=（0.02cm）2=410-4 cm2$ U. |3 H4 j6 z1 T当量直径（非原形面积折合圆面积的直径） ，盐粒的体积， 3 r0 v j2 r 6 修正形状因子， 8 ; M1 R; A 0 f6 x, c; W) （基本是一常数，可以不改变）“ V; I. w! T D: g. w, c. E改正后的数群（与 相比较的计算方法）（其它物理量不变，不参与比较）0 S% C8 p X2 * s w - 盐水流量，m3/kg 氢氧化钠;化盐桶的净面积， ， （2.8）式中 -化盐桶的净面积， m2；+ a5 m% u A( - k-指定所允许带出的细晶粒对应的终端速度，m/min ；-化盐桶的内径，m;合并以上二式得， （2.9）, K2 9 V2 C D! D% q; L$ E, w7 r/ U. e; E. j0 I$ l粗盐水当量 氢氧化钠；原盐单耗 氢氧化钠；.
