離子膜燒堿工藝流程

1、離子膜燒堿工藝流程/thread-1-1.html CAD邢家悟主編離子膜法制燒堿操作問答(化學(xué)工業(yè)出版社，2009年7月) 第一章 鹽水精制甲元 1.鹽水精制的目的 氯堿工業(yè)生產(chǎn)過程中，無論采用海鹽、湖鹽、巖鹽或鹵水中的哪一種原料，都含有Ca2+、Mg2+、SO2等無機雜質(zhì)，以及細菌、藻類殘體、腐殖酸等天然有機物和機械雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在化鹽時會被帶入鹽水系統(tǒng)中，如不去除將會造成離子膜的損傷，從而使其效率下降，破壞電解槽的正常生產(chǎn)，并使離子膜的壽命大幅度縮短。鹽水中一些雜質(zhì)會在電解槽中產(chǎn)生副反應(yīng)，降低陽極電流效率，并對陽極壽命產(chǎn)生影響。因此，鹽水必須進行精制

2、操作除去鹽水中的大量雜質(zhì)，生產(chǎn)滿足離子膜電解槽運行要求的精制鹽水。2.鹽水精制工藝簡述 直至20世紀70年代中期，傳統(tǒng)絮凝沉降鹽水精制工藝基本上沒有實質(zhì)性發(fā)展；目前用于離子膜法電解的鹽水精制工藝是在上述方法基礎(chǔ)上增加二次過濾和二次精制先進工藝技術(shù)形成的。其工藝流程為飽和粗鹽水加入精制反應(yīng)劑，經(jīng)過精制反應(yīng)后加入絮凝劑進入澄清桶澄清，澄清鹽水經(jīng)砂濾器粗濾后，再經(jīng)-纖維素預(yù)涂碳素管過濾器二次過濾，使鹽水中的懸浮物小于1106，然后進入離子交換樹脂塔，進行二次精制，得到滿足離子膜電解槽運行要求的精制鹽水。其工藝流程簡圖如圖1所示。 第二章 電解單元 92.離子膜電解槽電解反應(yīng)的基本原理 離子膜電解槽電

3、解反應(yīng)的基本原理是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，將鹽水電解，生成NaOH、Cl2、H2，如圖20所示，在離子膜電解槽陽極室(圖示左側(cè))，鹽水在離子膜電解槽中電離成Na+和Cl，其中Na+在電荷作用下，通過具有選擇性的陽離子膜遷移到陰極室(圖示右側(cè))，留下的Cl在陽極電解作用下生成氯氣。陰極室內(nèi)的H2O電離成為H+和OH，其中OH被具有選擇性的陽離子擋在陰極室與從陽極室過來的Na+結(jié)合成為產(chǎn)物NaOH，H+在陰極電解作用下生成氫氣。 93.離子膜電解槽的類型 離子膜電解槽按照單元槽的結(jié)構(gòu)形式不同，分為單極式離子膜電解槽(圖21)和復(fù)極式離子膜電解槽(圖22)。單極式離子膜電解槽是指在一個單元槽上只有一種電

4、極，即單元槽是陽極單元槽或陰極單元槽，不存在一個單元槽上既有陽極又有陰極的情況。復(fù)極式離子膜電解槽是指在一個單元槽上，既有陽極又有陰極(每臺離子膜電解槽的最端頭的端單元槽除外)，是陰陽極一體的單元槽。 94.不同類型離子膜電解槽的供電方式 離子膜電解槽的供電方式有兩種并聯(lián)和串聯(lián)。在一臺單極式離子膜電解槽內(nèi)部(參見圖23)，直流供電電路是并聯(lián)的，因此總電流即為通過各個單元槽的電流之和，各單元槽的電壓基本相等，所以單極式離子膜電解槽的特點是低電壓大電流。復(fù)極式離子膜電解槽(參見圖24)則正好相反，每個單元槽的電路是串聯(lián)的，電流依次通過各個單元槽，故各單元槽的電流相等，但總電壓為各單元槽槽電壓之和，

5、所以，復(fù)極式離子膜電解槽的特點是低電流、高電壓。95.離子膜電解槽通常的腐蝕形式離子膜電解裝置(主要指單元槽，陰、陽極液進、出口總管等)通常存在三種腐蝕，即化學(xué)腐蝕；間隙腐蝕；泄漏電流腐蝕。96.如何防止離子膜電解槽的化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕主要是陰陽極系統(tǒng)不同的化學(xué)介質(zhì)對材料的腐蝕。在陰極系統(tǒng)中，主要是90的32(質(zhì)量分數(shù))NaOH對材料的腐蝕，在陰極系統(tǒng)，各公司選用的材料大致有三種鎳(Ni)、不銹鋼(SUS310S或00Cr25Ni20)和非金屬材料(CPVC、PVC+FRP、PTFE、PFA等)。但在既要耐NaOH腐蝕又要導(dǎo)電的部位(如陰極盤、陰極筋板、陰極網(wǎng)等)，最好還是使用鎳(Ni)材料，因

6、為Ni既有良好的耐堿腐蝕性又是電阻較低的材料。在輸送NaOH液體的部位，可采用SUS310S、非金屬材料或鋼襯里材料(如總管、包括陰極液進出口總管)。在陽極系統(tǒng)中，世界各公司都無一例外地選用了耐腐蝕性能最好的金屬材料鈦(Ti)，當然在陽極液輸送管等部位也有選用CPVC+FRP增強樹脂等非金屬材料。在離子膜電解裝置中，Ti材料在通常使用情況下，其電位接近鈍化區(qū)，通過溶液中的Cl2溶解后生成的次氯酸或次氯酸離子的氧化作用，(生成TiO2)來維持鈍態(tài)。 Cl2 + H2O HCl + HClO HClO + OH ClO + H2O因此，離子膜電解裝置的陽極系統(tǒng)中，鈦(Ti)材料表面有流動的含Cl2

7、電解質(zhì)溶液部位，有很高的耐腐蝕性，幾乎是不腐蝕的。 195.離子膜電解裝置電解循環(huán)的工藝流程 為了保證離子膜電解槽的陰極室和陽極室能在一個合適穩(wěn)定的工藝邊界條件下運行，以及獲得最佳的電流效率，無論是強制循環(huán)工藝，還是自然循環(huán)工藝，通常設(shè)計采用陽極循環(huán)系統(tǒng)和陰極循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)各自的工藝邊界條件。以下用自然循環(huán)工藝(北化機電解槽系統(tǒng))為例詳述之。 離子膜電解裝置電解循環(huán)的工藝流程包括陽極循環(huán)和陰極循環(huán)。(1)陽極循環(huán)部分從鹽水高位槽來的精鹽水與淡鹽水循環(huán)泵輸送來的淡鹽水按一定比例混合(初始開車時，加純水)，并在進入總管前加入高純鹽酸，調(diào)節(jié)pH值后，再送到每臺電解槽的陽極入口總管，并通過與總管連接的

8、進口軟管送進陽極室。進槽鹽水的流量是由安裝在每臺電解槽槽頭的鹽水流量調(diào)節(jié)閥來控制的，流量的大小由供給每臺電解槽的直流電聯(lián)鎖信號控制。電解期間，Na+離子通過離子交換膜從陽極室遷移到陰極室，鹽水在陽極室中電解產(chǎn)生氯氣，同時氯化鈉濃度降低轉(zhuǎn)變成淡鹽水；氯氣和淡鹽水的混合物通過出口軟管流入電解槽的陽極出口總管和陽極氣液分離器，進行初步的氣液分離；分離出的淡鹽水流入淡鹽水循環(huán)槽。在陽極氣液分離器初步分離出的氯氣，通過氯氣總管流入淡鹽水循環(huán)槽的上部氣液分離室，進一步進行氣液分離；然后從其頂部流出至氯氣總管；在此總管適宜處設(shè)置氯氣壓力調(diào)節(jié)回路，通過其調(diào)節(jié)閥控制氯氣壓力，并與氫氣調(diào)節(jié)回路形成串級調(diào)節(jié)，控制氯

9、氣與氫氣的壓差，流出系統(tǒng)至氯氣處理裝置。較大型的裝置，在氯氣流出界區(qū)前，還設(shè)置氯氣與二精鹽水的熱交換器，回收氯氣中的熱量。淡鹽水循環(huán)槽中的淡鹽水由淡鹽水循環(huán)泵加壓輸送，一部分通過調(diào)節(jié)回路，返回陽極系統(tǒng)與精鹽水混合后再次參加電解；另一部分輸送至淡鹽水脫氯系統(tǒng)進行脫氯。(2)陰極循環(huán)部分從堿高位槽來的約32液堿與純水按一定比例混合后，流入陰極入口總管，并通過與總管連接的進口軟管送進陰極室。進槽堿液的流量是根據(jù)安裝在每臺電解槽槽頭的流量計來操作控制的。電解期間，陰極液在陰極室電解產(chǎn)生氫氣和燒堿。氫氣和堿液的混合物通過出口軟管流入陰極出口總管和陰極氣液分離器，進行初步的氣液分離；分離出的堿液流入堿液循

10、環(huán)槽。在陰極氣液分離器初步分離出的氫氣，通過氫氣總管流入堿液循環(huán)槽的頂部氣液分離室，進一步進行氣液分離；然后從其頂部流出至氫氣總管；在此總管適宜處設(shè)置氫氣壓力調(diào)節(jié)回路，通過其調(diào)節(jié)閥控制氫氣壓力，并與氯氣調(diào)節(jié)回路形成串級調(diào)節(jié)，控制氫氣與氯氣的壓差，流出系統(tǒng)至氫氣處理裝置或就地放空(一般在開車時)。堿液循環(huán)槽中的堿液由堿液循環(huán)泵加壓輸送，一部分通過調(diào)節(jié)回路輸送至堿液高位槽，通過堿液高位槽回到陰極系統(tǒng)；一部分通過調(diào)節(jié)回路作為成品堿送到成品堿貯槽。在藍星北化機/旭化成電解槽中，在陽極總管入口端將精制鹽水與返回淡鹽水按體積比約為7.21進行混合。美國西方公司的電解槽陽極不循環(huán)；陰極循環(huán)量較大，為成品堿流

11、量的10倍；氯工程公司電解槽電解工藝與藍星北化機/旭化成電解槽的電解工藝稍有不同，表現(xiàn)在氯工程公司電解槽運行過程中，采用陰、陽極都循環(huán)；早期單極槽陽極循環(huán)量相當于加入電解槽的二次精鹽水流量，陰極循環(huán)量是成品堿流量的4倍；復(fù)極槽的陽極循環(huán)量為5.5m3/(h萬噸堿)，陰極循環(huán)量為0.23m3/(h單元槽萬噸堿)。196. 目前廣泛使用的三種電解槽槽型的控制指標(說明，旭化成公司提供的高電密電解槽控制指標與藍星北化機電解槽控制指標相同，沒有分開列表)。開車過程中的分析檢查項目(3)電解液濃度的分析送電前，電解槽進行循環(huán)升溫過程中，就要分析進槽陰陽極液的濃度；如果不符合要求，要及時查找原因，并作相應(yīng)

12、調(diào)整，使加入電解槽的陰陽極液符合離子膜使用和電解工藝的要求。送電后，從電流密度1.5kA/m2開始，陰陽極液濃度正常調(diào)節(jié)控制將可以投入串級調(diào)節(jié)控制回路進行自動調(diào)節(jié)控制。為了得到最準確的串級比值，此時應(yīng)根據(jù)濃度變化情況，適當增加陰陽極液分析頻次，密切關(guān)注電解槽陰陽極液出口濃度，特別是陰極出口堿濃度，合理調(diào)整陰極加純水量。(4)氯、氫氣純度的分析隨著電流的上升，氯、氫氣量逐步增加。一般在電流密度1.5kA/m2時，陰極系統(tǒng)的氮氣加入量可逐步減停。此時，可對電解系統(tǒng)的氯、氫純度進行分析檢測，為氯氫處理和鹽酸合成工序提供數(shù)據(jù)。(5)堿中含鹽分析送電至額定電流后，應(yīng)對堿中含鹽進行分析，對離子膜的性能進行

13、判斷。(6)淡鹽水pH值分析送電后，一旦淡鹽水和堿液濃度穩(wěn)定后，應(yīng)及時分析陽極淡鹽水pH值；并通過逐步調(diào)節(jié)加酸量，使得淡鹽水pH值達到規(guī)定數(shù)值；同時，得出準確的加酸串級比值。267.電解槽加酸的方法和目的實際生產(chǎn)中，在電解槽頭進槽鹽水與陽極液進口總管之間的管路上加入高純鹽酸；并通過調(diào)節(jié)高純鹽酸添加量來實現(xiàn)進槽鹽水酸度0.15mol/L和出槽淡鹽水的酸度在規(guī)定的pH2.50.2范圍內(nèi)。電解過程中，OH會從陰極室反遷移到陽極室；當OH達到一定數(shù)量時，就會在陽極參加反應(yīng)生成氧氣；陽極反應(yīng)就是Cl和OH的競爭反應(yīng)，尤其是在離子膜使用到后期時；在陽極液中應(yīng)加入適量的鹽酸，就會中和反遷移來的OH，抑制其在

14、陽極的反應(yīng)；可見，陽極液的酸度和氯中含氧量有直接關(guān)系。如果不加酸或加酸量不夠，陽極液的酸度太低、pH值過高，氧氣在氯氣中的含量就會增加，還會使副反應(yīng)增加、氯酸鹽含量增加，降低電解電流效率。同時，產(chǎn)生的O2還會使陽極涂層鈍化，影響陽極涂層性能，使槽電壓升高。事實上，有些企業(yè)實際生產(chǎn)中電解槽出口陽極液pH值長期在45范圍運行，使電極電化性能發(fā)生了明顯下降。加酸量也不能過大；進槽鹽水過高的酸度會使陽極液pH值過低，這又是離子膜出現(xiàn)水泡現(xiàn)象的重要原因之一，將會使離子膜壽命大大縮短。另外，過高的酸度還可能使離子膜失去選擇性離子交換功能，不但槽壓要急劇升高，而且電流效率也要顯著下降。在開車或停車過程中容易

15、出現(xiàn)電流密度低的情況，此時通過離子膜反遷移的氫氧根數(shù)量非常小，所以，此時的酸度控制必須比正常操作條件下要更嚴格，必須通過減少酸添加量來降低酸度。第三毫 淡鹽水脫氯單元284.淡鹽水中的游離氯是怎樣產(chǎn)生的?淡鹽水中的游離氯以兩種形式存在一是氯氣在淡鹽水中的溶解為溶解氯；其溶解量與淡鹽水的溫度、濃度、溶液上部的氯氣分壓、溶液pH值等有關(guān)，近似遵循亨利定律CiKPi ；淡鹽水中溶解氯存在下列平衡 Cl2 + H2O HClO + HCl HClO H+ + ClO二是以ClO形式存在；由于電解過程中OH離子反滲透通過離子膜到達陽極側(cè)與Cl2發(fā)生副反應(yīng)生成ClO 2 OH + Cl2 ClO + Cl

16、 + H2O 電流效率越低，反滲透的OH越多，ClO生成的也越多。這兩部分量的總和，以氯氣來計，稱為游離氯?？梢娪坞x氯的產(chǎn)生來源于氯氣在淡鹽水中的溶解和電解過程中陽極側(cè)發(fā)生的副反應(yīng)。285.淡鹽水為什么要脫去游離氯后，才能返回一次鹽水系統(tǒng)再使用?符合質(zhì)量要求的精制鹽水在電解槽內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后，其濃度降低，成為含有游離氯的淡鹽水；其NaCl含量為(2055)g/L，pH值為2.53(進槽鹽水加酸工藝時)，游離氯一般為600800mg/L，溫度8085，流量約為9m3/h(年萬噸燒堿)；需將其返回一次鹽水重新飽和再使用；但淡鹽水中存在著下列化學(xué)平衡 Cl2 + H2O HClO + HCl HC

17、lO H+ + ClO HClO HCl + O 如果不將其中的游離氯除去，將會腐蝕鹽水精制系統(tǒng)的設(shè)備和管道等，阻礙一次鹽水工序精制過程中沉淀物的形成，損害二次鹽水工序過濾器的過濾元件和螯合樹脂塔中的樹脂，危害極大；所以，必須將淡鹽水中的游離氯除去后，才能將其返回一次鹽水再使用。286.脫除淡鹽水中游離氯的方法脫除淡鹽水中游離氯的方法有兩種物理脫氯和化學(xué)脫氯。目前，國內(nèi)物理脫氯生產(chǎn)工藝主要有真空脫氯和空氣吹除脫氯；實際生產(chǎn)中為提高脫氯技術(shù)經(jīng)濟效益，回收氯氣，一般先采取物理脫氯法將大部分游離氯脫除后，再用化學(xué)脫氯法將剩余的游離氯除去。從淡鹽水中游離氯的兩種存在形式可知脫氯原理就是破壞化學(xué)平衡和相

18、平衡關(guān)系，使平衡向著生成氯氣的方向進行，同時通過加入還原性物質(zhì)去除殘留的少量游離氯。破壞平衡關(guān)系的手段有在一定的溫度下增加溶液酸度和降低液體表面的氯氣分壓。由于氣相和液相之間存在著平衡，所以采用上述手段不能將淡鹽水中的游離氯百分之百地除去，剩余微量的游離氯(一般在1030mg/L)用添加還原性物質(zhì)(一般用89的亞硫酸鈉溶液)使其發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)而將其徹底除去?；瘜W(xué)反應(yīng)如下 Cl2 + 2NaOH + Na2SO3 2NaCI + Na2SO4 + H2O 288.淡鹽水空氣吹除法脫氯生產(chǎn)工藝流程工藝流程簡述來自電解工序的淡鹽水(溫度約85，pH值約3，游離氯一般為600800mg/L)在進

19、入脫氯塔前，定量加入鹽酸，將其pH值調(diào)至1.31.5，然后進入脫氯塔頂部；風機鼓入的空氣(壓力約600mmH2O，氣量是淡鹽水體積的68倍)由脫氯塔底部進入，在塔內(nèi)填料表面淡鹽水與空氣逆流接觸，逸出的濕氯氣隨空氣從塔頂流出，淡鹽水在此完成物理脫氯過程。濕氯氣經(jīng)廢氯氣冷卻器冷卻后，一般送去生產(chǎn)次氯酸鈉(因吹脫出的氯氣中含有大量空氣，濃度較低，一般采用二級填料塔串聯(lián)，用堿吸收)。脫氯后的淡鹽水含游離氯約(1020)106，自流到脫氯塔釜，其中的淡鹽水由淡鹽水泵抽送，在該泵的進口處先加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至911(用pH計檢測)，然后在其出口處加入濃度約為89(質(zhì)量分數(shù))的亞硫酸鈉溶液進一步除去

20、殘余的游離氯(要求游離氯為零)，并用氧化還原電位計檢測(ORP+50mV)其中的游離氯含量。為達到充分混合，在管路中設(shè)有靜態(tài)混合器(或增設(shè)孔板)。淡鹽水在此完成化學(xué)除氯過程；然后用淡鹽水泵送至一次鹽水工序回收循環(huán)使用。在亞硫酸鈉配制槽內(nèi)配制濃度89(質(zhì)量分數(shù))的亞硫酸鈉溶液，并用亞硫酸鈉泵將該溶液加入到淡鹽水泵的出口管中。 289. 空氣吹除法脫氯生產(chǎn)工藝的特點空氣吹除法脫氯生產(chǎn)工藝主要特點是工藝簡捷、控制較簡單；設(shè)備投資少；淡鹽水中的游離氯脫除的較干凈，亞硫酸鈉消耗較少(0.71.0kg/t堿)；不足的是脫出的氯氣因含有大量的空氣而無法回收至氯氣總管中，一般只能用堿吸收生產(chǎn)次氯酸鈉。290.

21、 空氣吹除法脫氯生產(chǎn)過程中主要工藝控制指標風機出口風量進脫氯塔淡鹽水體積的68倍風機出口風壓600700mmH2O加酸后進脫氯塔淡鹽水pH值1.31.5；溫度(805)出脫氯塔淡鹽水游離氯1020mg/L加堿后淡鹽水pH值101加亞硫酸鈉后淡鹽水ORP：50mV或游離氯：無亞硫酸鈉溶液配制濃度：89(質(zhì)量分數(shù))297.淡鹽水真空法脫氯生產(chǎn)工藝流程工藝流程簡述(參見圖91)來自電解工序的淡鹽水(溫度約85，pH值約3，游離氯一般為600800mg/L)進入淡鹽水受槽(或直接進入真空脫氯塔)后，由淡鹽水泵加壓輸送；在進入真空脫氯塔前，定量加入鹽酸，將其pH值調(diào)至1.31.5；然后進入已處于真空狀態(tài)

22、(真空度6575kPa)的脫氯塔頂部，由上而下地流至塔內(nèi)填料表面，析出的高溫濕氯氣經(jīng)氯氣冷卻器冷卻至40以下后，由鈦真空泵抽至其氣液分離器，分離出來的濕氯氣由其頂部排出，并入電解氯氣總管；淡鹽水在此完成物理脫氯過程。脫氯后的淡鹽水含游離氯約(3050)106自流到真空脫氯塔釜，其中的淡鹽水由脫氯淡鹽水泵加壓輸送，在泵進口處先加入NaOH溶液調(diào)節(jié)淡鹽水的pH值至1011(用pH計檢測)，然后在泵出口處加入濃度約為89(質(zhì)量分數(shù))亞硫酸鈉溶液進一步除去其中殘余的游離氯(要求無游離氯)，并用氧化還原電位計檢測(ORP50mV)其中的游離氯含量。淡鹽水在此完成化學(xué)除氯過程，然后用脫氯淡鹽水泵送至一次鹽

23、水工序回收循環(huán)使用。在亞硫酸鈉配制槽內(nèi)配制濃度約89(質(zhì)量分數(shù))的亞硫酸鈉溶液，并用亞硫酸鈉泵將該溶液加入到脫氯淡鹽水泵的出口管中；為達到充分混合，在管路中設(shè)有靜態(tài)混合器或其他形式的混合器。脫氯塔內(nèi)真空(真空度約為6575kPa)由鈦真空泵(蒸汽噴射器或氯水噴射器)產(chǎn)生。為確保鈦真空泵溫度40，減少氯水的排放量，需用氯水循環(huán)冷卻器對冷凝的氯水進行冷卻后循環(huán)使用，多余的氯水經(jīng)過氣液分離器的液封管排出去氯水收集裝置。298. 真空法脫氯生產(chǎn)工藝的特點真空法脫氯生產(chǎn)工藝主要特點是淡鹽水中的大部分游離氯可以被脫出并回收至氯氣總管中，提高氯氣產(chǎn)量；工藝較復(fù)雜、控制要求較高；設(shè)備投資較大；相對空氣吹脫法而

24、言脫氯后淡鹽水中的游離氯含量稍高，亞硫酸鈉消耗稍大些(1.02.0kg/t堿)，并使返回淡鹽水中的硫酸根含量增加，加大一次鹽水系統(tǒng)去除硫酸根負荷。299. 真空法脫氯生產(chǎn)過程中主要工藝控制指標加酸后進脫氯塔淡鹽水pH值1.31.5；溫度(805)脫氯塔真空度6575kPa出脫氯塔淡鹽水游離氯3050mg/L加堿后淡鹽水pH值1011加亞硫酸鈉后淡，鹽水ORP：50mV或游離氯：無亞硫酸鈉溶液配制濃度89(質(zhì)量分數(shù))鈦真空泵循環(huán)氯水溫度40第四毫 氯氫處理單元離子膜電解裝置中的氯氣處理生產(chǎn)工藝由三部分組成冷卻、干燥、壓縮。這三部分工藝流程一般根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和下游氯產(chǎn)品對氯氣含水量以及壓力的要求不同

25、而有所不同選擇。離子膜電解裝置中電解工序產(chǎn)生的濕氯氣溫度高、壓力低，并含有大量水分。含有較多水分的濕氯氣中會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鹽酸和次氯酸。鹽酸是強酸，次氯酸是酸性強氧化劑，具有很強的腐蝕性。因而濕氯氣具有很強的腐蝕性，不便于輸送和使用。當氯氣中的水分含量降至0.04(質(zhì)量分數(shù))以下時，其腐蝕性大大降低。所以離子膜電解裝置中要設(shè)置氯氣處理工序，其目的就是要將電解工序產(chǎn)生的濕氯氣進行冷卻、干燥、加壓，然后輸送給下游工序滿足生產(chǎn)氯產(chǎn)品的要求，并為電解系統(tǒng)氯氣總管的壓力穩(wěn)定提供條件。(一)氯氣的冷卻307.濕氯氣含水量和溫度之間的關(guān)系從電解工序來的濕氯氣溫度較高，幾乎被水蒸氣所飽和，其含有約20的水

26、分。濕氯氣中的水分含量與其溫度有關(guān)，溫度越高，其水分含量越大；溫度越低，則含水量就越少。不同溫度下濕氯氣含水量詳見下表。 從表中數(shù)據(jù)可知被水蒸氣飽和的濕氯氣80以下時，其溫度相差10，含水量幾乎相差一倍；80以上時，其溫度相差10，含水量相差兩倍多；20以下時，其溫度相差10，含水量相差不到一倍。如被水蒸氣飽和的濕氯氣溫度為90時，1kg氯氣中含有571g水；當將其冷卻到80時，則1kg氯氣中還含有219g水；前者是后者約2.61倍。如被水蒸氣飽和的濕氯氣溫度為80時，1kg氯氣中含有219g水；當將其冷卻到70時，則1kg氯氣中還含有112g水；前者是后者約1.96倍。如被水蒸氣飽和的濕氯氣

27、溫度為20時，1kg氯氣中含有5.9g水；當將其冷卻到10時，則1kg氯氣中還含有3.1g水；前者是后者約1.90倍?？梢?，降低被水蒸氣飽和的濕氯氣溫度可使氯氣中含水量大幅度降低，但隨著溫度的降低幅度趨緩。308.離子膜電解裝置中氯氣冷卻的工藝流程有哪幾種?在生產(chǎn)規(guī)模較大的離子膜電解裝置中為回收利用電解工序高溫濕氯氣中的熱量，一般在進入氯氣處理工序前，在電解工序設(shè)置鹽水-氯氣熱交換器(設(shè)備材質(zhì)為鈦材，價格較昂貴)，加熱精鹽水(可使其溫度提高約10)，同時降低氯氣處理工序濕氯氣的冷卻負荷。氯氣處理工序濕氯氣的冷卻工藝流程一般有兩種一是采用兩級間接冷卻，將濕氯氣冷卻至1214；二是采用直接冷卻和間

28、接冷卻相結(jié)合，將濕氯氣冷卻至1214。氯氣兩級間接冷卻工藝通常適用于規(guī)模5萬噸/年燒堿裝置。氯氣直接冷卻加間接冷卻工藝通常適用于規(guī)模5萬噸/年燒堿裝置。氯氣直接冷卻加間接冷卻工藝工藝流程簡述(參見圖98)來自電解工序的高溫濕氯氣(約80)由氯水洗滌塔底部進入，在塔內(nèi)由下而上地與由塔頂進入的氯水充分接觸，洗滌鹽霧、交換熱量，濕氯氣被氯水洗滌冷卻至約(405)后，從塔頂流出。氯水用氯水泵加壓，并用氯水冷卻器冷卻循環(huán)使用，以確保循環(huán)使用的氯水進入氯水洗滌塔的溫度在約30；多余的氯水由泵送至界外。從氯水洗滌塔頂流出的濕氯氣由鈦列管冷卻器的上部封頭進入其管程，被走殼程的約8冷水冷卻至1214，然后由其下

29、部封頭流出至水霧捕集器，除去水霧后，進入干燥系統(tǒng)。其間冷凝下來的氯水經(jīng)水封流出至氯水貯槽。當生產(chǎn)規(guī)模較大，氯氣壓縮機采用大型離心式氯氣壓縮機，同時離子膜電解產(chǎn)生的氯氣壓力不足夠高時，為滿足大型進口氯氣壓力為正壓的要求，在氯水洗滌塔出口處設(shè)置氯氣鼓風機，將濕氯氣加壓為正壓操作后，再進入鈦管冷卻器冷卻和干燥系統(tǒng)。如果離子膜電解產(chǎn)生的氯氣壓力足以克服整個氯處理系統(tǒng)的阻力降時，就不需要設(shè)置氯氣鼓風機。 311.為什么濕氯氣冷卻后的溫度一般控制在1214? 怎樣做到氯氣處理冷卻單元和干燥單元的合理搭配，達到既減少設(shè)備投資，又節(jié)省操作費用的目的，優(yōu)選濕氯氣冷卻后的溫度指標是非常重要的途徑之一。濕氯氣中的含

30、水量與其溫度有關(guān)，溫度越高，其含水量越大；溫度越低，則含水量就越小。通過降低被水蒸氣飽和的濕氯氣溫度可使氯氣中含水量大幅度降低，但隨著溫度的下降，其降低幅度趨緩。雖然，較低溫度的濕氯氣可使干燥單元負荷減小，達到同樣含水指標時，硫酸消耗少；但為此需加大冷卻單元設(shè)備投入，增加冷量的消耗；更為重要的是濕氯氣在9.6時會生成Cl28H2O結(jié)晶，阻塞設(shè)備和管道，并造成氯氣的損失；可見，濕氯氣冷卻后的溫度不能過低。實際生產(chǎn)中，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較和考慮到安全系數(shù)，一般將濕氯氣冷卻溫度控制在1214。(二)氯氣的干燥314.氯氣干燥工藝通常有幾種?氯氣干燥工藝一般有三種一是“填料 + 篩板”二合一塔工藝；二是“

31、一級填料塔”和“填料 + 泡罩”二級復(fù)合塔組合，形成兩級干燥工藝；三是三級填料塔(或第三級為填料 + 泡罩塔)或多級填料塔干燥工藝。氯氣“填料 + 篩板”二合一塔干燥工藝，干燥后氯氣含水約300ppm(質(zhì)量分數(shù))，可滿足氯氣壓縮采用納氏泵的含水要求。氯氣“一級填料塔”和“填料 + 泡罩”二級復(fù)合塔組合的兩級干燥工藝，干燥后氯氣含水100ppm(質(zhì)量分數(shù))，可滿足氯氣壓縮采用離心式壓縮機(小型透平機)的含水要求。工藝流程簡述(參見圖101)從水霧捕集器來的濕氯氣由“一級填料塔”底部進入，并由下而上地經(jīng)過塔內(nèi)的填料層，與塔內(nèi)由上而下的硫酸充分接觸而被干燥，氯氣由塔頂流出至“填料+泡罩”二級復(fù)合塔進

32、口。從“一級填料塔”頂來的氯氣由“填料+泡罩”二級復(fù)合塔底部進入，并由下而上地經(jīng)過塔內(nèi)填料層和各塊塔板，在填料和塔板上的泡罩內(nèi)與塔內(nèi)由上而下的硫酸充分接觸而被干燥，氯氣由塔頂流出，經(jīng)酸霧捕集器除去酸霧后，得到含水量約100ppm(質(zhì)量分數(shù))的干燥氯氣；然后進入氯氣壓縮系統(tǒng)。進入“填料 + 泡罩”二級復(fù)合塔泡罩段上部的98(質(zhì)量分數(shù))硫酸來自98(質(zhì)量分數(shù))酸高位槽，在泡罩段一次通過；98(質(zhì)量分數(shù))硫酸由濃硫酸貯槽用濃硫酸泵輸供給。由“填料+泡罩”二級復(fù)合塔泡罩段下來的硫酸供其填料段使用，并用二級塔硫酸循環(huán)泵和二級塔硫酸循環(huán)冷卻器(83冷水)冷卻循環(huán)使用，控制其進塔溫度在約20；當其濃度降至約

33、88(質(zhì)量分數(shù))時或塔釜液位達到一定高度時，將其泵至“一級填料塔”硫酸進口。來自“填料 + 泡罩”二級復(fù)合塔填料段的硫酸濃度約88(質(zhì)量分數(shù))，進入“一級填料塔”上部，并采用一級塔硫酸循環(huán)泵和一級塔硫酸冷卻器(83冷水)冷卻循環(huán)使用，控制其進塔溫度在約20；當其濃度降至約75(質(zhì)量分數(shù))時或塔釜液位達到一定高度時，將其泵至稀硫酸貯槽，然后包裝外賣。氯氣三級干燥(一級填料、二級填料、三級泡罩塔)或多級干燥工藝，干燥后氯氣含水50ppm(質(zhì)量分數(shù))，可滿足氯氣壓縮采用大型離心式壓縮機(即進口大型透平機)含水要求。工藝流程簡述從水霧捕集器來的濕氯氣由一級填料塔底部進入，并由下而上地經(jīng)過塔內(nèi)的填料層，

34、與塔內(nèi)由上而下的硫酸充分接觸而被干燥，氯氣由塔頂流出至二級填料塔底部，由下而上的與由上而下的硫酸進一步干燥；氯氣從二級填料塔頂部流出至三級“填料+泡罩”復(fù)合塔的底部進入，在塔內(nèi)繼續(xù)被硫酸干燥，然后從三級塔頂部流出，經(jīng)酸霧捕集器除去酸霧后，得到含水量小于50ppm(質(zhì)量分數(shù))的干燥氯氣；隨后進入氯氣壓縮系統(tǒng)。318.為什么選擇濃硫酸作為濕氯氣的干燥劑?濃硫酸具有強烈的吸水性，當它和含水物質(zhì)相遇時，就會把該物質(zhì)中的水分吸出來，生成硫酸的水合物(如H2SO，H2O、H2SO，2H2O、H2SO，4H2O等)； 同時放出大量的熱量。另外硫酸還具有不與氯發(fā)生反應(yīng)，且氯在硫酸中的溶解度較?。幻撍瘦^高；

35、價廉易得；濃硫酸對鋼鐵幾乎不腐蝕；稀硫酸可回收利用等特點；故硫酸是一種較為理想的氯氣干燥劑。因此，將冷卻到1215的濕氯氣干燥到含水小于300ppm(質(zhì)量分數(shù))時，可用濃硫酸來完成這個任務(wù)。319.用硫酸干燥氯氣過程中，硫酸吸收水的速率與哪些因素有關(guān)?硫酸干燥氯氣過程中，存在著下列關(guān)系式 硫酸吸收水的速率GAKF(PH2O P*H2O)式中，K為吸收系數(shù)；F為吸收面積；PH2O為濕氯氣中飽和水蒸氣分壓；P*H2O為硫酸液面上方飽和水蒸氣分壓。濕氯氣經(jīng)冷卻后，當進入干燥塔的溫度一定時，氯氣中飽和水蒸氣分壓PH2O也是一定的；對于給定的干燥塔，在其吸收面積不變的情況下，硫酸吸收水的速率GA主要取決

36、于吸收推動力(PH2O P*H2O)；因此，降低P*H2O會提高硫酸吸收水的速率CA。提高硫酸濃度、降低硫酸溫度都能降低硫酸液面上飽和水蒸氣分壓P*H2O，是提高硫酸吸收水的速率G A的有效途徑。實際生產(chǎn)中，一般采用8水冷卻進塔硫酸，控制進塔酸溫在約20，并根據(jù)塔酸濃度情況，及時更換硫酸確保塔酸濃度。320.干燥后氯氣含水量超標的主要原因和處理方法(1)濕氯氣冷卻后溫度偏高因氯水洗滌或間接冷卻操作未達標所致濕氯氣含水量隨其溫度的增高而加大，當溫度偏高的濕氯氣進入干燥塔時，勢必帶進塔內(nèi)較多的水分，造成稀釋熱大大增加；對于干燥塔在同樣的液氣比和進酸濃度情況下，必然會導(dǎo)致干燥塔內(nèi)溫度偏高，使得塔內(nèi)硫

37、酸液面上水蒸氣分壓上升、傳質(zhì)推動力減少，影響干燥效果。這樣不僅增加硫酸消耗，干燥后氯氣含水量也就必然偏高。處理方法一是按工藝指標要求控制好氯水洗滌時的氯水溫度和流量，確保洗滌效果；二是按工藝指標要求控制好間接冷卻器冷卻液流量和溫度，確保間接冷卻后的氯氣溫度達標。(2)出干燥塔氣相溫度偏高因進塔酸溫高和酸循環(huán)量偏小所致對于一定流量和溫度的濕氯氣，經(jīng)過干燥塔干燥后出塔溫度偏高，則說明硫酸吸收水的稀釋熱主要是被出塔氣體帶出所致；液體熱容遠大于氣體熱容，如果塔酸循環(huán)量偏小且溫度偏高，就無法將大部分稀釋熱由塔酸有效移出，勢必造成出干燥塔內(nèi)溫度偏高；這同樣會使硫酸液面上水蒸氣分壓增高，影響到傳質(zhì)效果，因而

38、直接影響到氯氣含水量。處理方法一是降低進塔酸溫；二是調(diào)整干燥塔的液氣比，加大塔酸循環(huán)量到適宜狀態(tài)；三是降低進塔濕氯氣溫度。(3)干燥塔出酸濃度偏低一一因進塔酸濃度偏低或酸循環(huán)量偏小所致在適宜的液氣比條件下，一定流量和溫度的濕氯氣在塔內(nèi)干燥后，干燥塔出酸濃度偏低，而且氯氣含水量超標，實際上反映了塔內(nèi)酸濃度總體偏低所致，具有的傳質(zhì)推動力與對應(yīng)的干燥負荷未能匹配，從而影響干燥效果。在適宜的進塔酸濃度條件下，一定流量和溫度的濕氯氣在塔內(nèi)干燥后，干燥塔出酸濃度偏低，而且氯氣含水量超標，實際上反映了塔內(nèi)液氣比偏低所致，所需的酸量與對應(yīng)的干燥負荷未能匹配，氣液接觸達到相平衡的機會較大，此時還伴隨著出塔氣體溫

39、度偏高；從而影響干燥效果。處理方法一是調(diào)節(jié)好進塔酸濃度(不低于75)和流量；二是調(diào)節(jié)好酸循環(huán)量，使干燥塔在適宜的液氣比條件下操作。(三)氯氣的壓縮325.氯氣的壓縮方式有幾種?氯氣的壓縮方式一般有三種一是采用液環(huán)式氯氣壓縮機(納氏泵)；二是采用離心式氯氣壓縮機(即小型透平機)；三是采用大型離心式氯氣壓縮機(即大型透平機)。328.大型離心式氯氣壓縮機(大型透平機)工藝流程工藝流程簡述(參見圖109)來自氯氣干燥系統(tǒng)并經(jīng)酸霧捕集器除去酸霧的含水量約50ppm(質(zhì)量分數(shù))的干燥氯氣，進入大型離心式氯氣壓縮機第一級進口，經(jīng)四級壓縮，使其壓力升至0.451.20MPa(可根據(jù)下游氯產(chǎn)品用氯壓力要求，選

40、擇出口壓力)。壓縮過程中，氯氣溫度上升，配備各級中間冷卻器和后冷卻器將每級氯氣進口溫度和最終出氣溫度冷卻至約45；然后進入氯氣分配臺向下游用戶分配。各級冷卻器所用循環(huán)水均由獨立設(shè)置的循環(huán)水系統(tǒng)提供，以防止氯氣冷卻器泄漏時，水進入氯氣側(cè)，造成壓縮機損壞；另各循環(huán)水回路上均設(shè)置pH計隨時監(jiān)測回水pH值。為確保氯氣系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，通過設(shè)置回流調(diào)節(jié)氯氣的方式來實現(xiàn)；為防止高壓側(cè)氯氣在異常情況下竄回至低壓側(cè)，還需設(shè)置氯氣防竄回自動控制功能。330.氯氣處理工序應(yīng)有哪些安全生產(chǎn)措施?為防止各類意外事故，以及氯氣外逸的發(fā)生，氯堿生產(chǎn)裝置氯氣處理工序應(yīng)具有如下安全生產(chǎn)措施。在氯氣鈦冷卻器出口設(shè)置氯氣溫度調(diào)節(jié)回

41、路，確保氯氣溫度不低于12，防止結(jié)晶，避免出現(xiàn)堵塞設(shè)備和管路，以及溫度過低致使氯中含水不足，造成鈦冷卻器腐蝕；豐要愿因是鈦與干燥的氯氣會發(fā)生快速反應(yīng)，導(dǎo)致鈦燃燒。設(shè)置廢氣處理(或稱事故氯氣處理)裝置，用堿液吸收因系統(tǒng)停車、各類事故和全廠突然停電后氯氣系統(tǒng)內(nèi)的氯氣，以防氯氣外泄。設(shè)置三氯化氮分解裝置，用洗滌、催化分解等方法，將因采用含銨(胺)較高的水進行生產(chǎn)所產(chǎn)生的三氯化氮最大程度地分解，以防止液氯等系統(tǒng)因三氯化氮含量偏高而發(fā)生的爆炸事故。當氯氣采用離心式壓縮機(大透平)進行加壓輸送時，為確保氯壓機連續(xù)安全穩(wěn)定地運行，必須設(shè)置油壓保護、軸位移、各級氯氣中間冷卻器出口氯氣溫度(或測試冷卻水含氯量)

42、等自動聯(lián)鎖保護。另外，氯氣中間冷卻器所用的冷卻水壓力不得大于氯氣氣相壓力，防止冷卻水進入氯氣系統(tǒng)，造成氯壓機腐蝕。生產(chǎn)現(xiàn)場必須配備搶修器材、防護用品及消防器材，以滿足應(yīng)對各類事故的應(yīng)急處理需要。二、廢氣處理331.為什么要在離子膜燒堿生產(chǎn)裝置中設(shè)置廢氣處理工序?氯氣是一種具有窒息性的劇毒氣體，由于事故或突然全廠停電等意外，造成氯氣外逸，不僅危害人體、威脅人的生命，還會嚴重污染環(huán)境。裝置開車階段由于氯氣濃度不達標，會影響下游氯產(chǎn)品正常生產(chǎn)，所以低濃度氯氣不能并入氯氣總管。此時的氯氣，以及停車后系統(tǒng)內(nèi)氯氣的置換、事故狀態(tài)產(chǎn)生的氯氣等均需吸收處理，確保氯氣不外逸，以滿足工藝要求和保護人身安全及周邊環(huán)

43、境。因此，離子膜燒堿生產(chǎn)裝置中必須設(shè)置廢氣處理工序(或稱氯氣事故處理)，通常使用液堿吸收上述氯氣，杜絕氯氣外泄。一般在氯氣處理工序區(qū)域內(nèi)設(shè)置廢氣處理工序。332.廢氣處理工藝流程工藝流程簡述(參見圖110)開車時的低濃度氯氣、停車后系統(tǒng)內(nèi)的氯氣、事故氯氣和全廠停電狀態(tài)下系統(tǒng)內(nèi)氯氣等各種需要吸收的氯氣由除害塔(或稱廢氯氣處理塔，一般采用填料塔或噴淋塔)底部進入，在塔內(nèi)與從塔頂流下的液堿逆流充分接觸，氯氣與燒堿反應(yīng)生成次氯酸鈉。達標后的殘留尾氣從塔頂由風機抽出排入大氣(要求含氯量1mg/m3)。吸收堿液由塔底流出至吸收堿液低位槽，再經(jīng)吸收堿循環(huán)泵輸送至吸收堿冷卻器冷卻，移走反應(yīng)熱后，返回塔頂，進行

44、下一輪吸收；直至吸收堿液達到次氯酸鈉質(zhì)量要求時有效氯10(質(zhì)量分數(shù))，含氯量1(質(zhì)量分數(shù))，由泵打至次氯酸鈉銷售處包裝外銷；新配制的液堿1620(質(zhì)量分數(shù))補充至吸收堿低位槽(設(shè)置兩臺，交替使用)，然后由吸收堿循環(huán)泵輸入塔頂。新配制的液堿1620(質(zhì)量分數(shù))還需送入吸收堿高位槽，保證堿高位槽有一定量的堿液。當全廠突然停電時，或吸收堿循環(huán)泵故障無法供堿液時，吸收堿高位槽出口管線上的切斷閥自動打開(在DCS系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的聯(lián)鎖回路)，堿液靠位差自流入除害塔頂，吸收氯氣(氯氣靠壓差流入塔內(nèi))。吸收堿高位槽所貯存的液堿量需考慮能夠完全吸收動力電無法供應(yīng)時的系統(tǒng)內(nèi)的全部氯氣，同時應(yīng)有一定的富裕量。三、氫

45、氣處理333.離子膜燒堿生產(chǎn)裝置中典型的氫氣處理工藝流程有哪幾種?離子膜燒堿生產(chǎn)裝置中電解產(chǎn)生的濕氫氣溫度高、壓力低，并含有大量水分；設(shè)置氫氣處理工序的目的就是要將電解來的高溫濕氫氣冷卻(同時洗去堿霧，回收利用)、加壓、干燥，輸送給下游工序滿足生產(chǎn)耗氫產(chǎn)品的要求，并為電解系統(tǒng)氫氣總管的壓力穩(wěn)定提供條件。目前，國內(nèi)離子膜燒堿生產(chǎn)裝置中的氫氣處理工序典型工藝流程一般有三種冷卻、壓縮；冷卻、壓縮、冷卻；冷卻、壓縮、干燥(或在冷卻后干燥)。這三種工藝流程一般根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和下游產(chǎn)品對氫氣含水量以及壓力的要求不同而有所不同選擇。339.氫氣冷卻、壓縮、干燥工藝流程工藝流程簡述(參見圖113)來自電解工序的高溫氫氣(約80)經(jīng)安全水封進入氫氣冷卻塔(洗氫桶或填料塔)底部，冷卻水由塔上部進入直接噴淋冷卻，使氫氣溫度降至約35，并洗滌所夾帶的堿霧；從塔頂排出的氫氣進入氫氣泵(水環(huán)式壓縮機)壓縮至一定壓力后，排至氣水分離器將夾帶水分離；從氣水分離器頂部排出的氫氣因壓縮而溫度升高，使得其含水量上升；采用氫氣冷卻器(列管式)將氫氣溫度冷卻至約15，然后經(jīng)水霧捕集器將水霧除去后，經(jīng)氫氣緩沖罐進入氫氣干燥塔，在塔內(nèi)用固堿進一步吸收氫氣中的水分；干燥后的氫氣含水量2(質(zhì)量分數(shù))進入氫氣分配臺，由此向