化工畢業(yè)設計離子膜法制燒堿課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1氯堿工業(yè)及其重要性1</p><p>　　1.1.1氯堿工業(yè)發(fā)展簡介1</p><p>　　1.1.2氯堿工業(yè)的特點2</p><p>　　1.1.

2、3氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位3</p><p>　　1.1.4國內(nèi)氯堿的現(xiàn)狀和發(fā)展4</p><p>　　1.2燒堿的生產(chǎn)6</p><p>　　1.2.1隔膜法制堿及水銀法制堿6</p><p>　　1.2.2離子交換膜電解及其特點6</p><p>　　1.2.3制固體燒堿8</p>&l

3、t;p>　　2 工藝說明11</p><p><b>　　2.1概述11</b></p><p>　　2.2生產(chǎn)原理11</p><p>　　2.2.1離子膜燒堿片堿工段概述11</p><p>　　2.2.2下降的沸騰傳熱過程11</p><p>　　2.3工藝流程及其簡述1

4、3</p><p>　　2.4除水及附屬設備說明13</p><p>　　2.4.1預濃縮13</p><p>　　2.4.2最終濃縮器13</p><p>　　2.4.3其它控制回路14</p><p>　　2.4.4 EV—1、 EV—2旁路14</p><p>　　2.4.5主體

5、設備及其用材14</p><p>　　2.4.6燒堿管路14</p><p>　　2.4.7分配裝置D—114</p><p>　　2.4.8熔鹽堿管15</p><p>　　2.4.9制片堿15</p><p>　　2.4.10抽氣系統(tǒng)15</p><p>　　2.5主要設備的選定

6、說明15</p><p>　　2.5.1 蒸發(fā)器15</p><p>　　2.5.2 濃縮器15</p><p>　　2.5.3片堿機15</p><p>　　2.5.4 熔鹽爐15</p><p>　　2.6生產(chǎn)能力計算16</p><p>　　2.6.1以100%NaOH為基準的

7、生產(chǎn)能力16</p><p>　　2.6.2原材料及產(chǎn)品主要技術規(guī)格16</p><p>　　2.6.3片堿規(guī)格16</p><p>　　2.6.4原材料、動力消耗定額及消耗量16</p><p>　　2.6.5加熱鹽—HTS17</p><p>　　2.6.6進料溶液規(guī)格17</p><

8、;p>　　2.6.7蒸汽17</p><p>　　2.6.8天然氣17</p><p>　　3 蒸發(fā)工段計算過程18</p><p>　　3.1試差計算18</p><p>　　3.1.1工藝簡圖18</p><p>　　3.1.2總的蒸發(fā)量18</p><p>　　3.1.

9、3估算各效溶液的沸點和有效溫差19</p><p>　　3.1.4由于溶液沸點而引起的溫度差損失20</p><p>　　3.1.5由流動阻力引起的溫度差損失20</p><p>　　3.1.6各效料液的溫度損失和有效溫度差20</p><p>　　3.1.7各效燒堿溶液的溫度21</p><p>　　3.1

10、.8各效的能量衡算21</p><p>　　3.2迭代計算23</p><p>　　3.2.1迭代流程圖23</p><p>　　3.2.2迭帶計算最終結(jié)果23</p><p>　　3.2.3各效加熱流體的溫度25</p><p>　　3.3蒸發(fā)面積的計算26</p><p>　　3

11、.3.1各效總傳熱系數(shù)的假定26</p><p>　　3.3.2各效蒸發(fā)面積的計算26</p><p>　　3.4物料衡算和能量衡算27</p><p>　　3.4.1物料衡算27</p><p>　　3.4.2能量衡算27</p><p>　　4 片堿工段主體設備設計29</p><p

12、>　　4.1各效蒸汽的體積流量29</p><p>　　4.2各效加熱蒸氣上升速度29</p><p>　　4.3液膜厚度的確定30</p><p>　　4.4蒸汽接管30</p><p>　　4.5冷凝水出口接管31</p><p>　　4.6料液進出管口的確定31</p><p

13、>　　4.7封頭及法蘭的選用33</p><p>　　4.8 U形膨脹節(jié)33</p><p>　　4.9管板的設計34</p><p>　　4.10支座的設計35</p><p>　　4.11蒸汽冷凝器的設計35</p><p>　　4.12折流板的設計選用36</p><p>

14、;　　4.12.1折流板的布置36</p><p>　　4.12.2折流板的選用37</p><p>　　4.13防沖板的位置和尺寸37</p><p>　　4.14液體分布器37</p><p>　　4.15除沫器38</p><p>　　4.16 分離室的高度H38</p><p&g

15、t;　　4.17三效主體設備設計38</p><p>　　4.17.1總的燃燒熱39</p><p>　　4.17.2 HTS物性確定39</p><p>　　4.18設備一覽表41</p><p>　　5 設 計 評 述42</p><p>　　6 參考文獻43</p><p>

16、;　　7 致 謝45</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1氯堿工業(yè)及其重要性</p><p>　　1.1.1氯堿工業(yè)發(fā)展簡介</p><p>　　工業(yè)上用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)。氯堿工業(yè)是基本無機

17、化工之一。主要產(chǎn)品是氯氣和燒堿（氫氧化鈉），在國民經(jīng)濟和國防建設中占有重要地位。隨著紡織、造紙、冶金、有機、無機化學工業(yè)的發(fā)展，特別是石油化工的興起，氯堿工業(yè)發(fā)展迅速。氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)之一，它的產(chǎn)品除應用于化學工業(yè)本身外，還廣泛應用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、石油化學工業(yè)以及公用事業(yè)。</p><p>　　生產(chǎn)燒堿和氯氣有著悠久的歷史，早在中世紀就發(fā)現(xiàn)了存在于鹽湖中的純堿，以純堿和石灰為原料制取NaO

18、H的方法即苛化法：</p><p>　　因為苛化過程需要加熱，因此就將NaOH稱為燒堿，以別于天然堿。直到19世紀末，世界上一直以苛化法生產(chǎn)燒堿[1]。</p><p>　　采用電解法制燒堿始于1890年，隔膜法和水銀法幾乎差不多同時發(fā)明。電解食鹽水溶液同時制取氯和燒堿的方法（稱電解法），在19世紀初已經(jīng)提出，但直到19世紀末，大功率直流發(fā)電機研制成功，才使該法得以工業(yè)化。第一個制氯的工廠

19、于1890年在德國建成，1893年在美國紐約建成第一個電解食鹽水制取氯和氫氧化鈉的工廠。第一次世界大戰(zhàn)前后，隨著化學工業(yè)的發(fā)展，氯不僅用于漂白、殺菌，還用于生產(chǎn)各種有機、無機化學品以及軍事化學品等。20世紀40年代以后，石油化工興起，氯氣需要量激增，以電解食鹽水溶液為基礎的氯堿工業(yè)開始形成并迅速發(fā)展。50年代后，苛化法只在電源不足之處生產(chǎn)燒堿。氯堿生產(chǎn)用電量大，降低能耗始終是電解法的核心問題。因此，提高電流效率，降低槽電壓和提高大功率整

20、流器效率，降低堿液蒸發(fā)能耗，以及防止環(huán)境污染等，一直是氯堿工業(yè)的努力方向。</p><p>　　隔膜法于1890年在德國首先出現(xiàn)，為了連續(xù)有效地將電解槽中的陰、陽極產(chǎn)物隔開，1890年德國使用了水泥微孔隔膜來隔開陽極、陰極產(chǎn)物，這種方法稱隔膜電解法。以后，改用石棉濾過性隔膜，以減少陰極室氫氧離子向陽極室的擴散。這不僅適用于連續(xù)生產(chǎn)，而且可以在高電流效率下，制取較高濃度的堿液。1892年美國人H.Y.卡斯特納和奧地

21、利人C.克爾納同時提出了水銀電解法，其特點是采用汞陰極，使陰極的最終產(chǎn)物氫氧化鈉和氫氣，不直接在電解槽而在解汞槽中生成，以隔離兩極的電解產(chǎn)物。這種方法所制取的堿液純度高、濃度大。1897年英國和美國同年建成水銀電解法制氯堿的工廠。20世紀以來，水銀法工廠大部分沿用水平式長方形電解槽，解汞槽則由水平式改為直立式，目的在于提高電解槽的電流效率和生產(chǎn)能力。隔膜法電解槽結(jié)構也不斷改進，如電極由水平式改為直立式，其中隔膜直接吸附在陰極網(wǎng)表面，以降

22、低槽電壓和提高生產(chǎn)強度。立式吸附隔膜電解槽代表了20世紀60年代隔膜法的先進水平。第一臺水銀法電解槽是在1892年取得專利。這不僅適用于連續(xù)生產(chǎn)，而且可以在高電流效率下，制取較高濃度的堿液。食鹽電解工業(yè)發(fā)展中的困難，首先是如何將陽極產(chǎn)生的氯</p><p>　　隔膜法制得的堿液，濃度較低，而且含有氯化鈉，需要進行蒸發(fā)濃縮和脫鹽等后加工處理。水銀法雖可得高純度的濃堿，但有汞害。因之離子膜電解法（簡稱離子膜法）應運而

23、生。而在20世紀50年代和60年代早期，一些著名的公司對離子膜電解這項嶄新的技術著手研究，終究未能或得具有實用性的成果。直到1966年美國Du PonT公司開發(fā)了化學性穩(wěn)定的，用語宇宙燃料電池的全氟磺酸陽離子交換膜，即Nafion膜。為離子膜法電解食鹽水溶液的工藝的工業(yè)化鋪平了道路。1970年開發(fā)出帶有增強網(wǎng)的離子膜，1978年離子膜技術在全球氯堿生產(chǎn)技術中占1％，1980年在美國建立了離子膜生產(chǎn)廠，1975年日本旭化成公司成功地在延岡

24、工廠用Nation 315膜生產(chǎn)燒堿．第一次實現(xiàn)了離子膜法燒堿的工業(yè)生產(chǎn)。針對電壓和強度的相互矛盾關系，杜邦公司于2004年前后研制NX-2020膜折衷了N-966和N-982的優(yōu)點，強度高、電壓低，比較適合目前氯堿生產(chǎn)的需求。而另一生產(chǎn)商日本旭化成公司在1976年用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜，接著又開發(fā)了羧酸-磺酸復合膜。在1993年開發(fā)了當時世界上性能最佳的ACI-PLEX-F4202離子</p><p

25、>　　1.1.2氯堿工業(yè)的特點</p><p>　　氯堿工業(yè)的特點除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要還有三個突出問題:</p><p>　　（1）．能源消耗大 </p><p>　　氯堿生產(chǎn)的耗電量僅次于電解法生產(chǎn)鋁．按照目前國內(nèi)生產(chǎn)水平，每生產(chǎn)1噸100％燒堿

26、需耗電2580度，耗汽5噸，總能耗折標準煤為1.815噸。1988年我國氯堿工業(yè)用電量占全國總發(fā)電量的1.5％。因此，電力供應情況和電價對氯堿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響很大。重視選用先進工藝，提高電解槽的電、能效率和堿液蒸發(fā)熱能的利用率，以降低燒減的電耗和蒸汽消耗，始終是氯減生產(chǎn)企業(yè)的一項核心工作[3]。</p><p>　　（2）．氯與堿的平衡 </p><p>　　電解食鹽水溶液時，按固定質(zhì)量

27、比例(1:0.85)同時產(chǎn)出燒堿和氯氣兩種產(chǎn)品。在一個國家和地區(qū)，對燒堿和氯氣的需求量不一定符合這一比例。因此就出現(xiàn)了燒堿和氯氣的供需平衡問題。氯與堿的平衡是氯堿工業(yè)發(fā)展的關鍵，在20世紀80 年代，是以堿定氯，通常把氯氣作為生產(chǎn)燒堿的副產(chǎn)品；而到了20 世紀90年代，由于氯產(chǎn)品的應用越來越廣泛，氯堿工業(yè)逐步發(fā)展為以氯定堿，燒堿逐漸被一些業(yè)內(nèi)人士稱為副產(chǎn)品了。近十幾年來由于我國氯堿工業(yè)的盲目擴建，使燒堿產(chǎn)能增長過快，而下游相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯

28、后，氯與堿的需求不平衡問題越來越突顯。在一定情況下，發(fā)展中國家在工業(yè)發(fā)展初期用氯量較少。由于氯氣不宜長途運輸，所以總是以氯氣的需要量來決定燒堿的產(chǎn)量，因此往往會出現(xiàn)燒減短缺現(xiàn)象。在石油化工和基本有機原料發(fā)展較快的國家和地 區(qū)，氯的用量就較大，因此就出現(xiàn)燒堿過剩?？傊疅龎A和氯氣的平衡始終是氯堿工業(yè)發(fā)展中的一個恒定的矛盾[4]。</p><p>　　（3）．腐蝕和污染 </p><p>　　

29、氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等均具有強腐蝕性，在生產(chǎn)過程中使用的原材料如石棉、汞和所產(chǎn)生的含氯廢氣都可能對環(huán)境造成污染，因此防止腐蝕和三廢處理也一直是氯堿工業(yè)的努力方向[5]。</p><p>　　選擇正確的防腐材料,選擇有資格,有經(jīng)驗的施工單位,不但可以確保良好的施工質(zhì)量,起到應有的防腐效果,從而大大延長設備的使用壽命,為企業(yè)降低生產(chǎn)成本和維修費用,創(chuàng)造更大的利潤.這也是防腐專業(yè)人員的價值所在[6]。</p>

30、;<p>　　1.1.3氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位</p><p>　　食鹽電解聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣和氫氣，在國民經(jīng)濟的所有部門均很需要，除應用于化學工業(yè)本身外，在輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本化工原料的“三酸二堿”中，鹽酸、燒堿就占其中兩種，而且氯氣和氫氣還可進一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)及相關產(chǎn)品幾乎涉及到國民經(jīng)濟及人民生活的各個領域[7]。<

31、/p><p>　　燒堿是基本化工原料之一，它的主要用途最早從制造肥皂開始，后來逐漸用于造紙、紡織、印染等工業(yè)。六十年代后，隨著石油化工的發(fā)展，進一步擴大了燒堿的用途。因此，燒堿在國民經(jīng)濟中占有重要地位。</p><p>　　燒堿在棉纖維的紡織、印染中，主要用作棉布的退漿劑、煮煉劑和絲光劑。在生產(chǎn)：粕波纖維時，需用燒堿處理含纖維素的原料，將其中的半纖維索、本質(zhì)素除去。每生產(chǎn)1噸粘膠纖維需要高純燒

32、堿1噸左右。生產(chǎn)1噸肥皂約需要燒堿180kg，1噸合成洗滌劑則需要燒堿150公斤左右。在制皂工業(yè)中，燒堿是制造肥皂、合成洗滌劑的原料。在造紙工業(yè)上，燒減的用量亦很大，在我國約占全年產(chǎn)量的三分之一左右。</p><p>　　1.1.4國內(nèi)氯堿的現(xiàn)狀和發(fā)展</p><p>　　中國氯堿工業(yè)始于20世紀20年代末。1949年前，燒堿平均年產(chǎn)量僅15kt，氯產(chǎn)品僅鹽酸、漂白粉、液氯等少數(shù)品種。19

33、49年后，在提高設備生產(chǎn)能力的基礎上，對電解技術和配套設備進行了一系列改進。50年代初，建成第一套水銀電解槽，開始生產(chǎn)高純度燒堿。不久，又研制成功立式吸附隔膜電解槽，并在全國推廣應用。50年代后期，新建長壽、株洲、北京、葛店等十多個氯堿企業(yè)及其他小型氯堿廠，到60年代全國氯堿企業(yè)增至44個。70年代初，氯堿工業(yè)中陽極材料進行了重大革新，開始在隔膜槽和水銀槽中用金屬陽極取代石墨陽極。80年代初，建成年產(chǎn)100kt燒堿的47－Ⅱ型金屬陽極隔

34、膜電解槽系列及其配套設備。至此，全國金屬陽極電解槽年生產(chǎn)能力達800kt堿，約占生產(chǎn)總量的1/3。在此期間，氯堿工業(yè)中的整流設備、堿液蒸發(fā)，以及氯氣加工、三廢處理等工藝也都先后進行了改革。1983年燒堿產(chǎn)量為2123kt，僅次于美國、聯(lián)邦德國、日本、蘇聯(lián)。氯堿工業(yè)，在我國國民經(jīng)濟中占有重要的地位。然而近年來，由于市場的競爭日益激烈，我國各氯堿企業(yè)為了提高自身的競爭力，紛紛擴大燒堿裝置規(guī)模，從1999年開始，掀起了一輪燒堿擴建高潮，到20

35、0</p><p>　　隨著離子膜法新裝置的建成，造成嚴重環(huán)境污染的水銀法已停止生產(chǎn)，苛化法的產(chǎn)量也相當少，我國目前燒堿的主要生產(chǎn)方法是隔膜法和離子膜法。</p><p>　　我國氯堿產(chǎn)業(yè)目前正處于成長期向成熟期過渡的階段，其主要特點是產(chǎn)業(yè)增長速度將有所減慢，技術趨于成熟，產(chǎn)品差異化程度較低，行業(yè)進入門檻降低,電力、煤炭、制鹽、塑料加工等行業(yè)的企業(yè)開始大量介入。今后幾年，國內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的市場

36、競爭將進一步加劇,成本競爭將成為最主要的競爭方式。</p><p>　　我國氯堿產(chǎn)業(yè)通過這一輪高速發(fā)展,形成了較為雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎,呈現(xiàn)出向大規(guī)模、集約化方向發(fā)年,全國燒堿企業(yè)平均產(chǎn)能約七萬展的趨勢。2005噸,預計到 2010年將達 10萬噸以上,重點企業(yè)燒堿產(chǎn)能將向 20萬～30萬噸發(fā)展。</p><p>　　氯堿產(chǎn)業(yè)是基本化工原材料產(chǎn)業(yè)，其主要產(chǎn)品燒堿、氯氣和氫氣,廣泛應用于輕工、化工

37、、紡織、建材、國防、冶金等各個領域。目前發(fā)達國家氯堿產(chǎn)品人均消費量約25～30kg/a ，而我國僅為4.0～5.0kg/a因此氯堿產(chǎn)業(yè)在我國仍將有很大的發(fā)展?jié)摿?。但也應看到，目前國?nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在一定程度的過熱和無序，今后一段時期將可能出現(xiàn)較為激烈的競爭局面。</p><p>　　今后，原料和能源供應仍將成為影響我國氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。原鹽將從供應充裕轉(zhuǎn)為供應相對不足，鹵水和進口鹽使用量將顯著增加，鹽堿聯(lián)

38、合將成為發(fā)展趨勢；乙烯供應仍將成為制約我國 PVC發(fā)展的主要因素之一；電石將成為比乙烯更為重要的氯堿原料，在山西、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西等西部地區(qū)，由于有豐富的煤炭、石灰石資源，且能源供應價格便宜，電石法PVC和燒堿項目將有明顯的競爭優(yōu)勢。</p><p>　　氯堿產(chǎn)業(yè)屬高耗能產(chǎn)業(yè)，電力成本占總成本的百分之六十左右。近幾年，我國大范圍的電力緊張和電價上漲，直接影響了氯堿產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。采用熱電聯(lián)產(chǎn)可充分利用能源，大大

39、降低氯堿產(chǎn)品生產(chǎn)成本。此外，氯堿企業(yè)與電力企業(yè)建立戰(zhàn)略聯(lián)盟,實施點對點的直供電，也可有效降低氯堿生產(chǎn)成本。今后，以熱電聯(lián)產(chǎn)和直供電為主要方式的電-堿聯(lián)合將成為氯堿產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢。</p><p>　　未來我國氯堿行業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局應當是以區(qū)域性、功能型企業(yè)集團為主體的市場競爭格局，屆時兩種類型的企業(yè)在市場上將具有競爭力。一種類型是同時擁有生產(chǎn)原料優(yōu)勢、生產(chǎn)成本優(yōu)勢的企業(yè)，發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)鏈一體化的大型生產(chǎn)型氯堿企業(yè)；

40、另一種類型是處于具有特殊資源地區(qū)的企業(yè)，如貼近最大的消費市場,或緊靠大型港口，以發(fā)展服務型業(yè)務為主，掌握一定的國際國內(nèi)流通市場的話語權。</p><p>　　從長遠看，隨著電力、鹽業(yè)體制改革深入，我國氯堿產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢將會逐步顯現(xiàn)出來。同時,國內(nèi)氯堿企業(yè)將更多地關注上游產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化配置資源，上下游一體化，形成合理的產(chǎn)業(yè)鏈,提高核心競爭力。堿電聯(lián)合、堿鹽聯(lián)合將成為發(fā)展趨勢，有條件的企業(yè)甚至可以采取煤、鹽-電-堿-塑料

41、加工及建材的大聯(lián)合模式[8]。</p><p>　　發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高資源利用率，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑。其基本特征就是低消耗，低排放，高效率，是對大量生產(chǎn)，大量消費，大量廢棄的傳統(tǒng)增長模式的根本變革。近年來，化工企業(yè)在推動國民經(jīng)濟切實走新型工業(yè)化道路,堅持節(jié)約發(fā)展，清潔發(fā)展，安全發(fā)展等方面發(fā)揮了核心作用。在生產(chǎn)中運用減量，再利用，再循環(huán)的基本原則，成為實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要動力[9]。</p

42、><p><b>　　1.2燒堿的生產(chǎn)</b></p><p>　　1.2.1隔膜法制堿及水銀法制堿</p><p>　　隔膜法制堿可分為普通隔膜和改性隔膜。普通隔膜存在隔膜厚、隔膜電阻高、運行壽命短、易溶脹、易出現(xiàn)氯中氫含量高、抗運行條件變化能力差、安全性能差等缺點；改性隔膜因添加了改性劑，其性能得到很大改善。常用改性劑有乳液和纖維等品種。目前國

43、內(nèi)使用的改性隔膜大部分是聚四氟乙烯乳液法改性隔膜。隔膜法的特點是用多孔滲透性的隔膜把陽極室和陰極室隔開，隔膜能阻止氣體通過，這就阻止了陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物混合，但能讓水和離子通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生氫氣和陽極產(chǎn)生的氯氣相混合而引起爆炸，又能避免氯氣與氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉，而影響燒堿的質(zhì)量。隔膜法的缺點在于投資和能耗較高，產(chǎn)品燒堿中會含有食鹽。</p><p>　　水銀法所用的電解槽由電解室和解汞室組成。它的特

44、點是以汞為陰極，Na+得到電子生成液態(tài)的鈉和汞的合金，在解汞室中，這種合金與水作用生成氫氧化鈉和氫氣，析出的汞又送回電解室循環(huán)使用。水銀法制堿的特點是堿液濃度高，質(zhì)量好，成本低，因此獲得廣泛應用，但這種方法最大的缺點是釀成汞對環(huán)境的污染。因此，此法已逐漸減少使用。隔膜法和水銀法電解所用陽極以前一直采用石墨，它的缺點是消耗快，耗電多。1965年，發(fā)明了在鈦表面涂鈦、釕等氧化物涂層的金屬陽極，這種金屬陽極降低了電耗，而且電流密度可成倍增長，

45、使電解產(chǎn)量大幅度增加。</p><p>　　1.2.2離子交換膜電解及其特點</p><p>　　離子交換膜法是新開發(fā)出的方法，這種方法用有選擇性的離子交換膜將陽極室和陰極室隔開，能夠得到高純度的燒堿溶液。離子膜法在電能消耗、建設費用、產(chǎn)品質(zhì)量和解決環(huán)境污染方面都比隔膜法和水銀法優(yōu)越，被公認是現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。近幾年來，國內(nèi)氯堿企業(yè)普遍進行了以離子膜燒堿為中心的技術改造，電氣部門配合

46、電解新工藝重新布局，引入了一系列的新技術新設備，從而提高了整流裝置的技術檔次和電氣綜合自動化水平。但在整流裝置的設計中也存在一些問題[11]。電解工序綜合能耗約占燒堿總能耗的53. 2%,電耗約占燒堿電耗的90%[12]。因此先進的電解節(jié)能技術就顯得猶為的重要。</p><p><b>　　（1）．基本原理</b></p><p>　　離子交換膜(IEM或IM)是對溶

47、液中離子有選擇性透過的高分子材料膜。氯堿電解槽選用的是陽離子交換膜，它能使陽離子(Na+)通過，而排斥帶負電的陰離子(Cl¯)。離子交換膜電解與普通隔膜電解的比較示于圖1-1。Cl¯不能透過離子交換膜,陰極室得到的是不含NaCl、高純度的燒堿溶液[13]。</p><p>　　目前工業(yè)采用的離子交換膜有全氟磺酸型和全氟羧酸型陽離子交換樹脂。對離子交換膜的工藝要求是：化學穩(wěn)定性好，能夠耐C12、

48、ClO¯和酸堿腐蝕；機械穩(wěn)定性好，保持尺寸穩(wěn)定和膜面平整陽離子選擇透過性好，能透過Na¯和H3O＋，阻止Cl¯進入陰極室，對OH¯進入陽極室也起一定阻止作用；膜電阻低[14]。</p><p><b>　　H2</b></p><p>　　圖1-1 離子膜電解示意圖</p><p>　?。?）．離子膜電解

49、槽</p><p>　　工業(yè)化的離子膜電解槽是由多個單元組裝而成的[15]。根據(jù)單元的結(jié)構不同，分為單極式和復極式(雙極式)。單極式是將陽極和陰極各自組成可拆卸的單元，如同板框壓濾機中板和框一樣，將“陰極-框-膜-框-陽極-框”順序組裝而成離子膜電解槽，各單元可用并聯(lián)或串聯(lián)組成一組電解槽。單極式電解槽各單元間要用導線聯(lián)接，耗用材料多，電阻大。復極式電解槽按“陰極-空間-廂板-空間-陽極”組成一個單元。組裝時除末端

50、用兩塊壓緊板外，將“單元-膜-單元-膜”順序組裝而成離子膜電解槽。復極式電解槽的基本結(jié)構如圖1-2所示。</p><p><b>　　圖1-2 電解槽</b></p><p>　　離子膜電解槽中，陽極和陽極室材料是鈦或復鈦的鋼，陰極和陰極室用鋼，隔板用襯鈦鋼板。也有的用聚丙烯制造槽框[16]。各單元底部有液體(鹽水和純水)進口管，項部有液體(淡鹽水和堿液)和氣體(氫和

51、氯)出口管。</p><p>　　在此介紹離子膜堿液及其蒸發(fā)的特點：</p><p>　　1.離子膜堿液的特點：</p><p>　　（1）.堿液濃度高，氫氧化鈉含量在29%～35%。</p><p>　?。?）.堿液中氯化鈉含量少，其含量在30～50mg/L。</p><p>　?。?）.堿液中氯酸鹽含量低。NaCl

52、O3含量在15～30mg/L。</p><p>　　2.離子膜堿液的蒸發(fā)特點</p><p>　?。?）.流程簡單，簡化設備，易于操作。</p><p>　?。?）.濃度高，蒸發(fā)水量少，蒸汽耗量低。</p><p>　　3.離子膜電解制堿的優(yōu)點：</p><p>　?。?）投資省。（2）出槽NaOH濃度高。（3）能耗低

53、。（4）氫氧化鈉質(zhì)量好。（5）氯氣純度高，氯中含氧、含氫低。（6）氫氣純度高。（7）無污染。</p><p><b>　?。?）生產(chǎn)成本低。</b></p><p>　　在隔膜法、水銀法和離子膜法這三種電解法中，離子膜法的能耗和建設投資是最少的；質(zhì)量方面，離子膜法制得的堿液、氫、氯的質(zhì)量優(yōu)于隔膜法，接近或等于水銀法而不含汞；沒有汞、石棉污染等公害。是目前最好的方法[1

54、7]。正因為這些特點，離子膜電解制堿工藝有著極強的生命力，在我國的制堿行業(yè)之中發(fā)展及其迅速，得到了廣大生產(chǎn)商的歡迎。</p><p>　　1.2.3制固體燒堿</p><p><b>　?。?）．生產(chǎn)方法</b></p><p>　　液體燒堿在高溫下進一步濃縮呈熔融狀，再經(jīng)冷卻，成型，制得不同形狀的固體燒堿，簡稱固堿。</p>&

55、lt;p>　　生產(chǎn)固堿的原料——液堿?？刹捎没瘜W(苛化)法或電化學(隔膜電解，水銀電解及離子膜電解)法生產(chǎn)。液堿經(jīng)熬堿鍋間歇蒸煮或升(降)膜式蒸發(fā)器連續(xù)蒸發(fā)，脫掉大部分水分，高溫下濃縮呈熔融狀，熔融堿的氫氧化鈉含量一般大于95%(wt)，再經(jīng)冷卻、固態(tài)化成型，制成桶堿，片堿或粒堿等[25]。</p><p>　　固堿的生產(chǎn)主要有間歇法鍋式蒸煮和連續(xù)法膜式蒸發(fā)兩種方法。鍋式蒸煮固堿采用鑄鐵鍋直接火加熱，蒸煮液

56、堿，熬制固堿。這種生產(chǎn)方法工藝成熟可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，鑄鐵鍋的維修工作量不大，因此被普遍采用。其缺點是，工藝陳舊，間歇操作，生產(chǎn)能力低，設備笨重，占地面積大，操作勞動強度大，熱利用率低，不便于機械化、自動化。連續(xù)法膜式蒸發(fā)固堿，生產(chǎn)上采用薄膜蒸發(fā)原理，45％(wt)的堿液先在升膜蒸發(fā)器內(nèi)預濃縮，再經(jīng)降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮，制成熔融堿，再以桶堿或片堿、粒堿包裝即為固堿成品。膜式法蒸發(fā)工藝，給熱系數(shù)大，傳熱效率高，物料在傳熱導管內(nèi)蒸發(fā)速度伙，停

57、留時間短，堿液一次通過升膜、降膜管，即能達到要求的濃度。升、降膜蒸發(fā)器及加熱系統(tǒng)便于大型化、生產(chǎn)連續(xù)化、控制自動化，故在世界上廣泛應用[18][19]。</p><p>　　膜式法蒸發(fā)固堿的生產(chǎn)，是根據(jù)薄膜蒸發(fā)的原理，采用升、降膜蒸發(fā)器，將44％(wt)液堿濃縮為熔融堿，經(jīng)冷卻制得固堿。</p><p>　　片堿機是氯堿行業(yè)生產(chǎn)片狀燒堿的設備，設計和加工單位往往要根據(jù)生產(chǎn)廠家的要求和實際情

58、況進行專門的設計和加工。片堿機主要由滾筒機構,刀架機構,冷卻機構,轉(zhuǎn)動機構,和卸料機構組成 (見圖1-3) [26]。</p><p>　　圖1-3片堿機結(jié)構示意圖</p><p>　　熔融堿自高位槽經(jīng)調(diào)節(jié)流量加入片堿機下部的弧形堿槽。采用膜式蒸發(fā)工藝生產(chǎn)的合格熔融堿，通過成品分離器的液封裝置自流進入弧形堿槽。片堿機的冷卻滾筒表面開有燕尾槽，滾筒下部侵入弧形堿槽約20-25mm,弧形堿槽靠

59、提升裝置保持在所需的位置上或倒盡槽內(nèi)熔融堿，滾筒以1.5-3轉(zhuǎn)/分的速度緩慢轉(zhuǎn)動。冷卻水由滾筒軸承一端進入；從水管上的噴嘴噴出，噴淋冷卻滾筒的內(nèi)表面。用過的冷卻水從另一端引出。冷卻水的出管口與水噴射泵連接，形成一定的真空，是冷卻水能及時排出，保證充分利用冷卻滾筒的換熱面積。片堿的厚度通常控制在0.8-1.5mm,通過調(diào)整滾筒的轉(zhuǎn)速與滾筒侵入弧形堿槽的深度來調(diào)節(jié).隨著滾筒的旋轉(zhuǎn).滾筒的外表面冷卻凝結(jié)的堿層不斷地被刮刀鏟下，即為堿片由于片堿

60、冷卻效率低，出料溫度高，經(jīng)常燙壞塑料袋，使生產(chǎn)不能連續(xù)進行。要對片堿系統(tǒng)進行改造。降低出料溫度，使片堿生產(chǎn)順利進行 [27]。</p><p>　?。?）固堿的主要用途</p><p>　　固堿與液堿都是基本化工原料，廣泛用于造紙、合成洗滌劑及肥皂、粘膠纖維、人造絲及棉織品等輕紡工業(yè)方面，農(nóng)藥、染料、橡膠和化肥等化學工業(yè)方面，石油鉆探，精煉石油油脂和提煉焦油產(chǎn)物的石油工業(yè)，以及國防工業(yè)、機

61、械工業(yè)、木材加工、冶金工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及城市建設等方面。但對某些產(chǎn)品的生產(chǎn)如：乙炔氣體干燥、苯酚和賽珞璐等，必須使用固堿。</p><p><b>　　2 工藝說明</b></p><p><b>　　2.1概述</b></p><p>　　眾所周知，隔膜法所生產(chǎn)的50%液堿含鹽高于1%,不適用于化學纖維等工業(yè)。故長期以來

62、高純氫氧化鈉完全由水銀法獲得，堿液含鹽量小于50mg/L。但是水銀法具有高能耗和高污染性，離子膜法電解制堿能完全避免這些問題。經(jīng)過近一個世紀的研究發(fā)展，盡管離子膜法燒堿在技術上還存在一些難題，但是它具有節(jié)能，產(chǎn)品質(zhì)量高，低能耗，低污染，流程簡單，設備簡化以及很強的可操作性贏得各大燒堿廠商的青睞。 </p><p>　　在離子膜法生產(chǎn)燒堿的領域又以降膜蒸發(fā)最具優(yōu)越性。本次設計采用降膜雙效逆流蒸發(fā)，該流程具有能力大、

63、強度高、工藝操作簡單等特點。</p><p><b>　　2.2生產(chǎn)原理</b></p><p>　　2.2.1離子膜燒堿片堿工段概述</p><p>　　膜式方法生產(chǎn)片狀固體燒堿是使燒堿溶液與加熱源的傳熱發(fā)熱過程在薄膜傳熱狀態(tài)下進行。這種過程可在升膜或降膜情況下進行，一般采用熔鹽進行加熱。</p><p>　　膜式方法

64、生產(chǎn)燒堿可以分為兩個階段</p><p>　?。?）燒堿溶液從30%濃度濃縮至56%，這個階段可以在降膜蒸發(fā)器中進行。加熱源采取中生蒸汽或二次蒸汽在真空下進行蒸發(fā)；</p><p>　　（2）56%燒堿溶液再通過上升膜或下降膜濃縮器，以熔鹽為加熱載體，在常壓下將燒堿濃縮成熔鹽燒堿。</p><p>　　2.2.2下降的沸騰傳熱過程</p><p&

65、gt;　　當液體進入降膜蒸發(fā)器中垂直的加熱管道內(nèi)，液體被管外的加熱源（蒸發(fā)或者熱載體）所加熱。而達到沸騰。在沸騰的流體中，液體和蒸汽是二相混合流動的，故他是二相流動的給熱的過程。對于該過程，凡是影響單相對流給熱的各種因數(shù)如液體的黏度、密度、導熱系數(shù)、比熱容、體積膨脹系數(shù)和加熱面的集合形狀都對二相流動有影響。由于液體沸騰產(chǎn)生的相變時要吸收大量的熱，故它的給熱系數(shù)要比單相對流大很多。另外，其他如加熱面的材質(zhì)、液體的表面張力、蒸發(fā)壓力、蒸汽密

66、度等都對傳熱起重要的作用。同時，由于降膜蒸發(fā)在傳熱過程中，在管子的加熱面要產(chǎn)生氣泡，因此，在傳熱過程中，任何氣泡的生成、長大和分離有關的因數(shù)，都和降膜的沸騰傳熱有著密切的關系。</p><p>　　在降膜蒸發(fā)的過程中，當液體的加熱面上有足夠的加熱流強度或壁面溫度超過液體的溫度一定時，在液體和加熱面之間會產(chǎn)生一層極薄的液層（滯流熱界面層），從而形成溫度差。此極薄的液層受熱發(fā)生相變，吸收潛熱而蒸發(fā)，這樣，管內(nèi)液體不必

67、去底部達到飽和溫度，就能在加熱面上產(chǎn)生氣泡而沸騰。這時氣泡的過熱程度超過從膜內(nèi)傳熱的溫度，所以蒸發(fā)完全是在膜表面進行的。這種沸騰叫表面沸騰或過冷沸騰。對于表面沸騰的蒸發(fā)應具備以下二個要素：（1）液體必須過熱，即達到氣泡形成的過熱度；（2）有氣化核心、氣化核心的產(chǎn)生是由于加熱面上有細小凹坑形成的孔穴中所密封的氣體或蒸汽。</p><p>　　當液體被加熱面加熱時，孔穴中液體氣化形成蒸汽泡。一定的過熱度對應一定的直徑

68、，只有大于一定直徑的孔穴上才能產(chǎn)生氣泡。這個直徑稱為這個過熱的臨界直徑。隨著過熱度的增加，氣化核心所需要的臨界直徑變小、更大的孔穴上也能形成汽化核心，使沸騰變得更為劇烈。隨著辟面熱流強度的增加，過熱度加大，氣泡黏度、表面張力和慣性的作用變?nèi)?，氣泡迅速增大，這時氣泡的傳熱因素起主要作用。長大后的氣泡，受它周圍液體傳熱強度支配，加劇 了氣液界面上的蒸汽和傳熱程度。如果周圍液體達到了飽和溫度，這時的沸騰就轉(zhuǎn)為飽和核沸騰。</p>

69、<p>　　然而，在降膜蒸發(fā)過程中，由于形成二次蒸汽流速很高，將液體拉拽成一層薄膜，流動速度很快，故環(huán)狀流中有一個高速的蒸汽中心和一個流體環(huán)，氣液界面上受到高速的蒸汽的干擾劇烈，使壁面的傳熱機理由泡狀流的飽和核沸騰給熱轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^液膜的強制對流給熱。這時，通常在液膜內(nèi)不再有氣泡產(chǎn)生，熱量主要是通過液膜的導熱和液膜表面的蒸發(fā)進行傳熱，因此又稱為薄蒸發(fā)。</p><p>　　同時，在降膜蒸發(fā)過程中，要避免出

70、現(xiàn)壁面液膜的斷裂變趕現(xiàn)象。否則將使給熱系數(shù)大大降低，另一方面也要避免出現(xiàn)流量太大而致使液體過熱度不足，不能形成薄膜蒸發(fā)發(fā)現(xiàn)象，因此，控制好進入蒸發(fā)器中液體的流量及加熱載體的溫度，在膜式蒸發(fā)中至關重要。</p><p>　　此外，在實際生產(chǎn)中，為了降低液體的沸點、提高溫度，加速二次蒸汽的溢出，常有降膜蒸發(fā)器在負壓下進行。</p><p>　　工業(yè)上的蒸發(fā)過程是典型的傳熱過程。這個過程可由傳熱

71、方程式來表示：</p><p><b>　　Q=K×F×Δt</b></p><p>　　式中 Q——傳熱速率， kJ/h</p><p>　　F——傳熱面積， m²</p><p>　　Δt——傳熱系數(shù)， kJ/(m²×h×℃)</p><

72、;p>　　由傳熱基本方程式可知，提高傳熱效率分別與傳熱面積、傳熱溫差及傳熱系數(shù)有關。也就是說上述三要素是提高傳熱速率，提高蒸發(fā)能力的基本條件。</p><p>　　2.3工藝流程及其簡述</p><p>　　由離子膜電解工序來的30%原料燒堿溶液送入堿液貯槽T-1、T-2，經(jīng)泵P-1A/B自頂部進入如1號預濃縮器EV-1，在100BAR操作壓力下沿EV-1列管內(nèi)壁形成均勻完整的液膜向

73、下流動，同時與最終濃縮路EV-3及2號預濃縮器EV-2的二次蒸汽換熱。經(jīng)濃縮后，濃度44%的燒堿流出管來，進入濃縮器下部的二次蒸汽分離器進行氣液分離，之后由P-2A/B泵并加入一定濃度的蔗糖溶液后送入EV-2。EV-1產(chǎn)生的二次蒸汽由蒸汽噴射真空泵P-4A/B抽出?；旌侠淠鞯暮瑝A冷凝水流回循環(huán)涼水池子，經(jīng)冷卻后循環(huán)使用。溢出的含堿冷凝水進入燒堿凝水槽V-2進行收集。</p><p>　　預濃縮器EV-2于常壓下

74、操作，44%燒堿溶液由殼程內(nèi)的0.7BAR生蒸汽，經(jīng)進一步濃縮為56%燒堿溶液后流出EV-2管來，進入二次分離器分離。經(jīng)P-3A/B泵到最終濃縮器EV-3。</p><p>　　56%燒堿溶液經(jīng)最終濃縮器EV-3頂部加入，均勻分布到14個下降膜濃縮單元，每個單元均有單獨的加熱夾套，溫度為395～430℃的熔融鹽于其中與燒堿溶液逆向流動換熱。最終，濃縮為濃度約為99%的燒堿溶液到分離器D-1，經(jīng)氣液分離后均勻流到有

75、熔鹽伴熱的熔融燒堿管進入片堿機浸槽。經(jīng)冷卻破碎制成厚約為0.9～0.2mm，溫度約為60℃的成品。</p><p>　　EV-2殼程的二次蒸汽冷凝水流入含有燒堿凝水槽V-2。熔融鹽由熔鹽泵打入熔鹽爐H-1，通過加熱器管使燃燒爐B-2產(chǎn)生的熱傳遞給循環(huán)熔鹽。熔鹽經(jīng)循環(huán)，連續(xù)不斷地向EV-3提供外部熱源以濃縮燒堿溶液，并為裝置提供伴熱熱源。</p><p>　　2.4除水及附屬設備說明<

76、/p><p>　　除水路線由以下兩個步驟組成：（1）兩效預濃縮器 （2）最終濃縮器</p><p><b>　　2.4.1預濃縮</b></p><p>　　進料堿液(CSF30%)由泵P-1A/B自貯槽(T-1/2)打入預濃縮器EV-1，用來自最終濃縮器EV-3及預濃縮器EV-2的二次蒸汽加熱?？紤]到開車時EV-1/2未產(chǎn)生二次蒸汽，設計引入部

77、分生蒸汽進行加熱，而EV-1濃度未達到時采取了使堿液循環(huán)被加熱的措施使?jié)舛冗_到要求。預濃縮器EV-1產(chǎn)品側(cè)工作壓力為真空100mbar，其真空度由混合冷凝器C--1和蒸汽噴射真空泵P-4A/B產(chǎn)生。預濃縮后，濃度為44%堿液流出管束，進入EV-1下部的二次汽分離器。預濃縮器EV-2于常壓下操作，由0.7mkPa生蒸汽加熱，經(jīng)進一步濃縮，濃度為56%的堿液流出管束進入二次汽分離器分離，之后由堿液泵P-3A/B送入最終濃縮器EV-3。<

78、;/p><p>　　2.4.2最終濃縮器</p><p>　　最終濃縮器主要由單獨管道組件（濃縮器管）和二次汽分離器組成。進料堿液在降膜濃縮器中于常壓下由外部熱源加熱蒸發(fā)。進料堿液56%由P—3A/B泵打入最終濃縮器堿液集料器，進入最終濃縮單元，濃度約為99%的熔融堿液膜流出濃縮器單元，經(jīng)匯流槽進入分離器，經(jīng)分離器流入分配器D-1，并分配至片堿機F-1A/B。</p><p

79、>　　燒堿具有強烈的腐蝕性，需要選用防腐蝕的材料。由于鎳具有較強的耐腐蝕能力，此裝置中與熔融堿接觸的所有設備部件及管件皆選用純鎳（低碳鎳）。</p><p>　　2.4.3其它控制回路</p><p>　　考慮到產(chǎn)品產(chǎn)量可能的調(diào)整，EV-2的分離器液位通過堿排出管上的流量儀表調(diào)節(jié)。EV-1的分離器液位通過EV-2進料管上的流量儀表調(diào)節(jié)。二次蒸汽在混合冷凝器C-1中冷凝為堿液循環(huán)水，集

80、中于循環(huán)水池；由水池作為水封槽以維持真空度，故其液位調(diào)節(jié)尤為重要。EV—2產(chǎn)出的生蒸汽冷凝水集中于冷凝水儲槽直接流入含堿冷凝水，其液位由控制回路調(diào)控以保持穩(wěn)定。來自EV-1的含堿冷凝水集中于含堿冷凝水儲槽V-2，其液位由控制回路調(diào)控以保持穩(wěn)定，過剩部分送至界區(qū)用于泵的冷卻水。</p><p>　　2.4.4 EV—1、 EV—2旁路</p><p>　　當流量降到一定值, EV-1、 EV

81、-2則在欠負荷下運行。低于70%，則鎳管濕潤內(nèi)壁上的液膜厚度將變得太薄，且其熱負荷過高，將導致鎳管腐蝕速度加快。為防止以上現(xiàn)象，則使用EV-1 EV-2的旁路。以補充液體的不足，保證預濃縮最終流量恒為100%。當需通過旁路調(diào)節(jié)流量平衡時，可通過儀表進行調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.4.5主體設備及其用材</p><p>　　本加熱系統(tǒng)采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)，其主要設備有：內(nèi)帶液下泵的融鹽儲

82、槽，帶有燃燒器B—2的強制循環(huán)加熱器H—1，煙囪及鹽管系統(tǒng)。導熱鹽在鹽儲槽中熔化，即在操作間歇期間，保持溶鹽溫度持平使其呈熔融態(tài)。操作期間，由液下泵從底部到頂部通過加熱器H—1的加熱盤管使熔鹽循環(huán)流動，通過加熱盤管，使燃燒器產(chǎn)生的熱傳遞給循環(huán)熔鹽。熔鹽從加熱器流進最終濃縮EV—3，再回流入鹽儲槽。通過最終濃縮器的循環(huán)熔鹽量由旁通閥調(diào)節(jié)，若需要，可讓部分熔鹽直接返回鹽儲槽。</p><p><b>　　2

83、.4.6燒堿管路</b></p><p>　　由于高溫燒堿溶液具有高腐蝕性所以所要選用鎳鋼管，同時由于離子膜法制燒堿的濃度很高，進入各效的燒堿溶液的所有運輸管道的外層都需要要用保溫層保溫，以避免高溫、高濃度的燒堿溶液冷卻堵塞管道。</p><p>　　2.4.7分配裝置D—1</p><p>　　安裝于最終濃縮器下部熔堿出口處的分配器D-1，用以防止二次

84、蒸汽進入管路及片堿機。分配器備有伴熱熔鹽及高壓伴熱蒸汽。</p><p><b>　　2.4.8熔鹽堿管</b></p><p>　　分配器到片堿機之間管道皆有熔鹽及高壓蒸汽伴熱，并帶一定傾度以防凝固堵管。為保證氣封，熔融堿管浸入片堿機浸入槽,以防氧氣進入管道。</p><p><b>　　2.4.9制片堿</b><

85、/p><p>　　熔融堿由最終濃縮器流出，經(jīng)導熱鹽加熱的熔融堿管，至片堿機浸入槽，經(jīng)片堿機制成片堿。</p><p>　　2.4.10抽氣系統(tǒng)</p><p>　　含堿塵空氣經(jīng)彈性吸除掛管進入洗滌系統(tǒng)，此系統(tǒng)由溶解槽T-11A/B及抽風機構成B-4A/B構成。由于吸除系統(tǒng)為負壓操作，含堿塵空氣經(jīng)過溶解槽中液體吸收，使空氣得到凈化。凈化空氣由抽氣風機抽離溶解槽，排入大氣。

86、</p><p>　　2.5主要設備的選定說明</p><p><b>　　2.5.1 蒸發(fā)器</b></p><p>　　多效降膜蒸發(fā)器，由于具有濃縮比大、料液粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的消耗量小、處理量大等優(yōu)點，因此選用雙效降膜式蒸發(fā)器EV-1、EV-2。</p><p><b>　　2.5.2 濃縮

87、器</b></p><p>　　降膜濃縮器EV-3是由其降膜單元組成，每個單元均由兩層套管所組成，外層走熔鹽，內(nèi)層走堿液，兩種流體逆流進行傳熱。加熱管一般采用鎳管或超純鐵素體高鉻鋼管。當堿液經(jīng)分配器進入每一個單元管后，受到夾套高溫熔鹽的加熱，堿液沸騰、濃縮蒸發(fā)，然后經(jīng)底部匯總管至氣液分離器分離。</p><p><b>　　2.5.3片堿機</b><

88、/p><p>　　片堿機是由滾筒（帶水冷卻）、刮刀、弧形堿槽以及外殼及傳動裝置等部件組成。滾筒及弧形堿槽接觸堿的部分是由鎳材制成，刮刀則是由特種合金制成。</p><p>　　片堿機內(nèi)的冷卻水供給方式采用噴淋式。冷卻水從滾筒中心引入，至管上的噴嘴呈120。的扇形噴出，在滾筒內(nèi)壁形成一層持久的連續(xù)冷卻膜，從而提高了冷卻液膜的給熱系數(shù)。片堿機的冷卻滾筒是由一個回轉(zhuǎn)的圓筒，給料方式一般采用下給料方式

89、，這主要是它比上給料方式有更長的冷卻時間及有效的冷卻面積的緣故。此外片堿機的密封性要好，避免進入空氣，使二氧化碳與堿反應，從而成品中碳酸鈉含量升高，或者吸入水分，使產(chǎn)品容易潮解，影響產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p><b>　　2.5.4 熔鹽爐</b></p><p>　　熔鹽爐的加熱盤管在爐內(nèi)外側(cè)，共有兩層。燃燒的燃料由上部燃料入口進入，燃燒后氣體經(jīng)下部燃燒氣出口導出，

90、熔鹽由熔鹽入口先進入內(nèi)盤管，加熱后進經(jīng)外盤管從熔鹽出口導出，盤管是用15Mo3管盤制再經(jīng)熱處理而成。這種爐型的最大特點是體積小，熱利用率高。</p><p><b>　　2.6生產(chǎn)能力計算</b></p><p>　　2.6.1以100%NaOH為基準的生產(chǎn)能力</p><p>　　表2-1單位時間各系統(tǒng)的生產(chǎn)能力</p><

91、;p>　　2.6.2原材料及產(chǎn)品主要技術規(guī)格</p><p>　　本次設計所使用的原料來自離子膜電解工段，是參照鴻鶴化工廠選取的。</p><p>　　表2-2原料的技術規(guī)格</p><p><b>　　2.6.3片堿規(guī)格</b></p><p>　　表2-3產(chǎn)品的技術規(guī)格</p><p>

92、　　2.6.4原材料、動力消耗定額及消耗量</p><p>　　以生產(chǎn)1噸100%NaOH為基準。</p><p>　　表2-4單位產(chǎn)量輔料、動力消耗量</p><p>　　2.6.5加熱鹽—HTS</p><p>　　HTS為低共熔混合物，熔點為142.4℃，是NaNO3，NaNO2，KNO3按比例混合的。 </p><

93、;p>　　表2-5熔鹽物質(zhì)含量</p><p>　　2.6.6進料溶液規(guī)格</p><p>　　30%的堿液來自離子膜電解工段，溫度為70 ℃，壓力等級為 0.15MPa (g)</p><p><b>　　表2-6 物料</b></p><p>　　2.6.7蒸汽

94、 表2-7加熱蒸汽規(guī)格</p><p><b>　　2.6.8天然氣</b></p><p>　　天然氣壓力為0.2MPa(G)，來自天然氣系統(tǒng)。</p><p><b>　　表2-8天然氣規(guī)格</b></p><p>　　3 蒸發(fā)工段計算過程<

95、/p><p><b>　　3.1試差計算</b></p><p>　　年產(chǎn)30噸固堿蒸發(fā)工序，以每年330天計算。</p><p>　　(1)料液來源：離子膜法電解液。</p><p>　　(2)料液組成：由于離子膜電解液的純度相當高，可以視為原料液為純的NaOH</p><p>　　(3)質(zhì)量濃度x

96、=30%溶液。</p><p>　　(4)蒸發(fā)要求：完成液濃度x=99%。</p><p>　　(5)蒸汽來源：0.7MPa飽和水蒸氣 。</p><p>　　(6)冷空氣壓力：20Kpa 。</p><p>　　(7)采用三效蒸發(fā)工藝：EV-2、EV-3為自然循環(huán)，EV-1效為強制循環(huán)。</p><p>　　3.1.

97、1工藝簡圖 </p><p>　　圖3-1工藝流程簡圖</p><p>　　3.1.2總的蒸發(fā)量 </p><p>　　W=F（1-X0/X3） （3-1）</p><p>　　其中F=（3×104）×（1+2%

98、）×99%/30%=1.01×105 kg/年</p><p>　　解出W=0.70×105 kg/年</p><p>　　以每小時的蒸發(fā)量為基準</p><p>　　f=(w/330)/24=8.89kg/h</p><p><b>　　F: 年總進料量</b></p>&

99、lt;p><b>　　W: 年總蒸發(fā)量</b></p><p>　　f: 每小時總蒸發(fā)量</p><p>　　根據(jù)資料得堿液進料濃度為：30%，設計各效的完成液的濃度分別是：EV-1：48%，EV-2：56%，EV-3：99%則各效的蒸發(fā)量為：</p><p>　　kg/h （3-2）

100、</p><p>　　kg/h （3-3）</p><p>　　kg/h （3-4）</p><p>　　w1：一效每小時蒸發(fā)量kg/h</p><p>　　w2：二效每小時蒸發(fā)量kg/h</p><p>　　w3：三效每小時蒸發(fā)量kg/h</p><p><

101、b>　　物量恒算：</b></p><p>　　w1 +w2 +w3=4.78+1.14+2.97=8.89 kg/h</p><p>　　=8.89kg/h所以= w1 +w2 +w3</p><p>　　3.1.3估算各效溶液的沸點和有效溫差</p><p>　　為了有效的利用二次蒸汽設計了上述工藝流程,生蒸汽從EV-2

102、通入，EV-3采用熔鹽作為加熱載體，EV-2、EV-3的二次蒸汽用來加熱EV-1。EV-1和EV-2的二此蒸汽在進入EV-3之前，進入混合儲存罐V-1進行蒸汽混合，以此來減小對EV-1的損害，起到保護EV-1的作用。而在EV-1處有真空機抽取EV-1的含堿二次蒸汽，用以回收利用。</p><p>　　根據(jù)《氯堿工藝學》附圖9及《化工原理》上冊附圖10，查出各效假設的完成液濃度其二次蒸汽的壓強及相關數(shù)據(jù)如下表：&l

103、t;/p><p>　　表3-1各效的二次蒸汽及生蒸汽的相關數(shù)表</p><p>　　3.1.4由于溶液沸點而引起的溫度差損失</p><p>　　各效由于溶液沸點而引起的溫度差損失，根據(jù)各效二次蒸汽溫度和各效完成的濃度由《化工原理》上冊燒堿溶液的杜林曲線可以查出各效溶液的沸點分別為：</p><p><b>　　一效：=67 </

104、b></p><p><b>　　二效：=152</b></p><p><b>　　三效：=410</b></p><p><b>　?。阂恍龎A溶液溫度</b></p><p><b>　?。憾龎A溶液溫度</b></p><

105、;p><b>　?。喝龎A溶液溫度</b></p><p>　　則各效由于溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失為：</p><p>　　一效：=67-45.3=21.7 （3-5）</p><p>　　二效：=152-109.5=42.5 （3-6）</p><p>　　三效：=410-130.4=

106、279.6 （3-7）</p><p>　　=21.7+42.5+279.6=343.8</p><p>　　3.1.5由流動阻力引起的溫度差損失</p><p><b>　　取經(jīng)驗值1</b></p><p>　　1=2= 3=1，所以 （3-12）</p><p>　　故蒸發(fā)裝置的

107、總的溫度差損失為：</p><p>　　∑Δ=∑+∑+∑=343.8+19.1+3=365.9</p><p>　　3.1.6各效料液的溫度損失和有效溫度差</p><p>　　由各效二次蒸汽壓力及溫度差的損失，即可由下式估算各效料液的溫度。</p><p><b>　?。?-13）</b></p><

108、;p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　Δ3=3+3+3=279.6+1.1+1=281.7 （3-15）</p><p>　　3.1.7各效燒堿溶液的溫度</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b>　?。?/p>

109、3-17）</b></p><p><b>　?。?-18） </b></p><p>　　3.1.8各效的能量衡算</p><p>　　根據(jù)上述計算所得出的各效的料液的溫度和蒸汽壓力在《氯堿工藝學》附圖9、附圖11，《化工原理》上冊附圖10，《化工熱力學》水蒸汽的h-s圖,查出各效料液、加熱蒸汽、二次蒸汽的相關數(shù)據(jù)，各效的效率根據(jù)

110、=0.98-0.7計算，式中為質(zhì)量濃度變化。</p><p>　　計算，得出數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表3-2 各效料液、加熱蒸汽、二次蒸汽相關數(shù)據(jù)</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　（3-20） </b></p><p>

111、;<b>　　（3-21）</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　Q=F0(I1-I2 ) （3-23）</p><p>　　其中F0為熔鹽的流量, kg/h;</p><

112、p>　　I1為熔鹽的進料焓值,kJ/kg;</p><p>　　I2為熔鹽的出料焓值, kJ/kg;</p><p>　　根據(jù)、生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù),取熔鹽流量為298.44kg/h,進EV-3的熔鹽溫度為430,出EV-3的熔鹽溫度為395。</p><p>　　查《氯堿工藝學》,得到熔鹽的焓值估算經(jīng)驗公式:</p><p>　　I=〔78+

113、0.34×（t-142）〕×4.184</p><p>　　I1=〔78+0.34×(430-142)〕×4.184=736.05 kJ/kg</p><p>　　I2=〔78+0.34×(395-142)〕×4.184=686.26 kJ/kg</p><p>　　Q=298.44×(736.0

114、49-686.259)=14859.34kJ/h</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入公式，即聯(lián)立方程解得： </p><p>　　w1=4.05kg/h,w2=2.18kg/h,w3=2.66kg/h</p><p><b>　　與假設值做對比：</b></p><p><b>　?。?.05</b>&