離子膜生產(chǎn)燒堿-----初稿

1、實習(xí)報告實習(xí)項目：離子膜燒堿工藝專 業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù)姓 名：李冬蘋學(xué) 號：2010040805 前言 ?？祁惱砉W(xué)校所教授學(xué)生重點在于培養(yǎng)學(xué)生理論與現(xiàn)實相結(jié)合的實際能力，做到理論知識與技能雙豐收，培養(yǎng)高新技術(shù)型人才。而在該培養(yǎng)過程中，外出見習(xí)、實習(xí)必不可少。本次實習(xí)主要學(xué)習(xí)離子膜生產(chǎn)燒堿的具體工藝，例如操作原理、步驟、操作參數(shù)等重點知識。本稿將具體講述一下實習(xí)過程中所了解到的工藝內(nèi)容，第一次涉及大型工藝的講述，其中有所不足還請老師多多給予批評指正。原鹽的物理性質(zhì)：純鹽為氯化鈉，分子式：NaCl分子量：58.44，為無色透明的正六面體結(jié)晶。相對密度2.161(25)；假比重：0.7-1.5。熔點

2、800.8；沸點1465；硬度2.5；折射率1.544；比熱容0.853J/(g)；熔解熱517J/g；臨界濕度(20)75.3%；在1純水中的熔解熱為3.757kJ/mol。氯化鈉在水中的溶解度溫度()溶解度(%)g/l-625.48305.4026.34316.2102635316.72026.43317.23026.56317.64026.71318.15026.89319.26027.09320.57027.30321.88027.53323.39027.80325.310028.12328.0 離子膜制燒堿生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)燒堿的方法有離子膜法、隔膜電解法與水銀電解法，離子膜法電解槽生產(chǎn)

3、氯氣和燒堿，其優(yōu)點是避免汞害和石棉污染，又節(jié)省能耗，相對于石墨電解槽來說避免了鉛的危害。由于離子膜生產(chǎn)法所生產(chǎn)的燒堿質(zhì)量好，耗能低且安全性高，該法已經(jīng)被公認(rèn)為技術(shù)最先進和經(jīng)濟上最合理的氫氧化鈉生產(chǎn)方法。 離子膜燒堿就是采用離子交換法電解食鹽水而制成燒堿，其主要原理是因為使用陽離子交換膜，該膜具有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許、通過，而、和兩級產(chǎn)物、無法通過，因而起到了防止陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物相混合而可能導(dǎo)致爆炸的危險，還起到了避免和陰極另一產(chǎn)物反應(yīng)而生成影響燒堿純度的作用。就離子膜生產(chǎn)燒堿工藝來說主要分為：化鹽工段、電解工段、氯氣和氫氣處理工段、固堿工段。具體

4、如圖所示：圖一圖二離子膜燒堿生產(chǎn)工藝流程示意圖下面分別進行詳細介紹。1.鹽水工藝1.1一次鹽水工藝原理將固體原鹽與蒸發(fā)工段送來的回收鹽水、洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例摻和、加熱溶解成含氯化鈉的飽和水溶液，同時按原鹽中雜質(zhì)含量連續(xù)加入適量的精制劑(氫氧化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等)，使鹽水中鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子分別生成難溶的沉淀物，然后加入助沉劑(聚丙烯酸鈉等)。經(jīng)過澄清、砂濾得到一次鹽水，一次鹽水經(jīng)中和、過濾、樹脂吸咐等步驟制得質(zhì)量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。 來自離子膜電解工序的淡鹽水，一部分流入折流槽中與鹽酸和氯化鋇溶液混合反應(yīng)，由澄清桶澄清去除硫酸鋇后流入配水槽；另一部分淡

5、鹽水直接進入配水槽，與鹽泥壓濾回收的濾液、返回的廢水以及補充的一次水配水后，在進鹽水給料泵前加入亞硫酸鈉，通過板式換熱器加熱至溫度5565，送入化鹽桶底部，經(jīng)分布管均勻上行與皮帶輸送機送入的原鹽逆流接觸獲得粗鹽水。 從化鹽桶出來的粗鹽水在流入前反應(yīng)槽之前于折流槽內(nèi)，根據(jù)原鹽質(zhì)量，分別加入精制劑氫氧化鈉溶液、次氯酸鈉溶液，在前反應(yīng)槽內(nèi)粗鹽水中的鎂離子與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鎂，菌藻類、腐殖酸等有機物則被次氯酸鈉氧化分解成為小分子有機物；當(dāng)前反應(yīng)槽內(nèi)的液位約50%時，開啟加壓泵向加壓溶氣罐送粗鹽水，在混合器中加入三氯化鐵溶液后進入預(yù)處理器，經(jīng)過預(yù)處理的鹽水自流進入后反應(yīng)槽，同時將碳酸鈉加入后反應(yīng)槽

6、上部，鹽水中的鈣離子與碳酸鈉反應(yīng)形成碳酸鈣沉淀，充分反應(yīng)后的鹽水自流進入進液高位槽，打開HVM膜過濾器進口閥門、打開去前反應(yīng)器的閥門，同時啟動膜過濾器，觀察過濾器花板上部的少許雜質(zhì)充分置換干凈后，關(guān)閉去前反應(yīng)器的閥門，精制鹽水自凱膜過濾器流入折流槽，在折流槽中加入亞硫酸鈉，調(diào)節(jié)游離氯為零后，自流入過濾精鹽水槽中，過濾器截留的濾渣排入鹽泥池，待過濾精鹽水槽液位達到50%以上后，根據(jù)電解崗位需要，開啟過濾精鹽水泵向離子膜界區(qū)輸送一次鹽水。膜運行一定時間后，為了保持較高的過濾能力和較低的過濾壓力，須用15%鹽酸進行化學(xué)再生。 由澄清桶、預(yù)處理器、HVM膜過濾器排出的鹽泥用鹽泥泵打入板框壓濾機，濾餅排

7、棄用車運出界區(qū)，濾后清液流入濾液池，再用泵打入配水槽。 本精制工藝核心設(shè)備是過濾精度很高的HVM膜過濾器，由于HVM膜易受有機物、氫氧化鎂的污染而大大降低過濾速度，因此采用了預(yù)處理器與HVM膜過濾器搭配，實行先經(jīng)過預(yù)處理器除鎂、有機物后再經(jīng)HVM膜除鈣的工藝，使精鹽水達到較高的質(zhì)量，滿足直接進螯合樹脂塔的要求。 除鎂鎂離子常以氯化物的形式存在于原鹽中，精制時向粗鹽水中加入燒堿溶液生成不溶性的氫氧化鎂沉淀。反應(yīng)方程式： MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl為使反應(yīng)完全，控制氫氧化鈉過量，本反應(yīng)速度快幾乎瞬間完成，是本工藝中的前反應(yīng)。 除鈣鈣離子一般以氯化鈣和硫酸鈣的形式存在于原鹽中

8、，精制時向粗鹽水中加入碳酸鈉溶液使生成不溶性的碳酸鈣沉淀，反應(yīng)方程式： CaCl2+Na2C03=CaC03+2NaCl CaS04+Na2C03=CaC03+Na2S04 為使反應(yīng)完全，碳酸鈉一般控制過量，本反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)速度受溫度影響較大，一般在50左右，在碳酸鈉過量情況下需半小時方能反應(yīng)完全1.2鹽水精制工藝流程 圖11為鹽水精制工藝流程。固體食鹽從鹽倉內(nèi)用鏟車l將鹽送入鹽斗2，經(jīng)皮帶運輸機3卸入化鹽桶4。鹽鹵水、蒸發(fā)工段回收鹽水和洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例搭配用泵6送到化鹽桶4內(nèi)進行化鹽操作，經(jīng)過桶底配水管均勻流出，沿化鹽桶內(nèi)鹽層逆流而上將食鹽溶解制成飽和的粗鹽水，從化鹽桶上部溢流

9、而出。出化鹽桶的粗鹽水與精制劑碳酸鈉、氯化鋇及蒸發(fā)回收鹽水中的氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使溶解在粗鹽水中的鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)離子生成不溶解于水的氫氧化鎂、碳酸鈣、硫酸鋇等沉淀物而懸浮在粗鹽水中。與精制劑反應(yīng)后的粗鹽水靠位差進入澄清桶8，為了加速澄清,在進入澄清桶前添加助沉劑,使懸浮物沉淀顆粒凝集增大加速澄清。澄清后的清鹽水從澄清桶上部溢流入砂濾器l1，鹽水通過砂濾層之后，鹽水中所夾帶的少量細小懸浮物顆粒被截留。出砂濾器鹽水含鈣、鎂雜質(zhì)量可降到5mgL以下，即一次鹽水。然后進入中和罐12,加鹽酸中和過剩堿量,再進入精鹽水貯槽13,用泵19送往鹽水高位槽供電解工段使用。澄清桶底部排出的鹽泥定期排放回

10、收。2.電解工藝2.1離子膜電解工段工藝原理燒堿由電解食鹽水制得，NaCl + H2O NaOH + Cl2 + H2離子膜法電解槽使用的高度選擇性離子交換膜要求入槽鹽水的鈣、鎂離子含量低于20wtppb，普通的化學(xué)精制法只能使鹽水中的鈣、鎂離子含量降到10wtppb左右。若使鈣、鎂離子含量降到20wtppb的水平，必須用螯合樹脂處理。 以食鹽水為原料的離子膜法電解工藝，因離子交換膜性能要求，進離子膜電解槽的鹽水質(zhì)量必須嚴(yán)格控制，不然將影響離子交換膜性能的發(fā)揮和使用壽命以及產(chǎn)品的質(zhì)量。因此本工段的任務(wù)是： (1)將送來的一次精制鹽水再經(jīng)過一次精密過濾，使鹽水中的懸浮物達到1PPm，送二次精制；

11、(2)將上述過濾后的合格鹽水，經(jīng)二次精制處理即采用樹脂吸咐（使用過的樹脂經(jīng)處理后再生），使鹽水中的ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量達到2.0ppb，送離子膜電解槽；(3)合格的二次精制鹽水在電解槽內(nèi)經(jīng)通電電解，得到合格的氫氧化鈉，然后經(jīng)冷卻、計量后送成品槽；(4)電解副產(chǎn)品氯氣和氫氣，分別送氯處理和氫處理后生產(chǎn)相應(yīng)的氯、氫產(chǎn)品；(5)食鹽水經(jīng)電解后流出的淡鹽水，經(jīng)脫氯裝置除去鹽水中的游離氯，使游離氯含量達到標(biāo)準(zhǔn)，然后將脫氯后合格的淡鹽水送回化鹽工段再化鹽使用。2.2電解工段工藝流程 圖221為離子膜法制堿工藝流程圖。原鹽經(jīng)溶解、反應(yīng)、沉清砂濾后，制成一次精制鹽水，該一次精制鹽水進入本工段后，加入適量

12、的亞硫酸鈉以除去微量的游離氯，同時加入適量的-纖維素助濾劑，然后用泵送入鹽水過濾器進行過濾，經(jīng)過濾后的鹽水，其懸浮物含量達到規(guī)定指標(biāo)lppm，再經(jīng)加熱使溫度達到60士5，并用pH自控調(diào)節(jié)使pH控制在9士05。將上述符合質(zhì)量指標(biāo)的鹽水,用泵送入螯合樹脂塔進行螯合處理使鹽水中Ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量達到20ppb以下，此鹽水稱二次精制鹽水。二次精制鹽水再經(jīng)加熱,用泵送離子膜電解槽陽極側(cè)加熱溫度視電解槽槽溫而調(diào)節(jié)，一般冬季比夏季高一些以保證槽溫穩(wěn)定在85士31C。在電解槽的陰極側(cè)，加入與堿濃度相當(dāng)?shù)募兯恳员ＷC產(chǎn)品濃度穩(wěn)定在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)(3035)。在直流電作用下經(jīng)電解，在陰極側(cè)流出規(guī)定濃度的

13、氫氧化鈉，經(jīng)冷卻、計量后送入成品貯槽或再經(jīng)蒸發(fā)濃縮到規(guī)定濃度；在陰極側(cè)上方，放出副產(chǎn)品氫氣送氫處理工序。在電解槽的陽極側(cè)經(jīng)電解后的淡鹽水流入貯槽。經(jīng)加酸用pH自動調(diào)節(jié)計使pH調(diào)節(jié)在2左右，以使大部分的氯酸鹽和次氯酸鹽分解，分解出的氯氣并入總管，淡鹽水再用泵送入脫氯塔。經(jīng)脫氯后合格的淡鹽水則用泵送回化鹽工段再使用脫氯如是采用真空脫除則脫出的氯氣并入氯總管；如是用空氣吹除的，則脫出之氯氣需用20的氫氧化鈉進行循環(huán)吸收，制成10的次氯酸鈉在陽極側(cè)上部放出的氯氣，則送入氯氣處理工段。 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

14、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

15、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)，控制氯氣與氫氣的壓差，流出系統(tǒng)至氯氣處理裝置。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

16、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。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。3氫氣處理工藝3.1氫氣處理工藝原理電解工序來的氫氣進入氫氣冷卻器用冷卻水間接冷卻，使氫氣溫度下降至40左右，冷卻后的

17、氫氣由壓縮機加壓后，進入氫氣終冷器用冷凍水間接冷卻，再經(jīng)水霧捕集后磅往高純鹽酸工段或其他化工耗氫裝置。3.2氫氣處理工藝流程圖311是氫氣處理流程圖，來自電解槽陰極的氫氣首先進入氫氣洗滌塔，此塔為一空塔，內(nèi)裝數(shù)層噴淋裝置，冷卻水經(jīng)噴水裝置，自塔頂噴淋下來，與自塔底進入的氫氣相遇，進行冷卻和洗滌，氫氣所帶的大部分水蒸氣和堿霧，便被洗滌下來，隨同用過的冷卻水一起排出。從洗滌塔出來的氫氣分為兩部分，一部分經(jīng)過H2風(fēng)機輸送到冷卻塔進一步冷卻，然后由緩沖罐分配：到片堿工段作加熱介質(zhì)，到與Cl2反應(yīng)以及到氫壓站。另一部分由氫氣壓縮機輸送到水霧捕集器，然后輸送給用戶使用。壓縮過程中使用N2作保護氣體。4.氯

18、氣處理工藝4.1氯氣處理工藝原理氯氣處理工段是氯堿生產(chǎn)廠中聯(lián)接電解槽與用氯部門的工序，起著承上啟下的作用，也是穩(wěn)定電解槽正常運行、確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。由食鹽水溶液電解，其陽極產(chǎn)物是溫度較高、并伴有飽和水蒸汽及夾帶一定鹽霧雜質(zhì)的濕氯氣，每噸氣相的濕含量可達0.3381噸以上。這種濕氯氣對鋼鐵及大多數(shù)金屬有強烈的腐蝕作用，只有少量的稀土及貴金屬或非金屬材料在一定條件下才能抵御濕氯氣的腐蝕，從而使氯產(chǎn)品的生產(chǎn)和氣氯的輸送發(fā)生困難。而干燥脫水的氯氣在通常條件下對鋼鐵等常用材料的腐蝕是比較小的。對濕氯氣的脫水干燥是生產(chǎn)、輸送、使用氯氣過程所必須的。氯氣處理的目的就在于除去濕氯氣中的水分，使之成為含濕

19、量甚微的干燥氯氣，以適應(yīng)氯氣輸送和氯產(chǎn)品生產(chǎn)的需要,由此可見,氯氣處理的任務(wù)就是將電解槽陽極析出的飽含水蒸汽的高溫濕氯氣進行冷卻除沫、干燥脫水、除霧凈化,再壓縮輸送到各用氯部門,經(jīng)過處理后,氯氣中的含水量降至001以下,基本不含酸霧,成為合格的氯氣.除此之外還應(yīng)調(diào)節(jié)濕氯氣出電槽總管時的負(fù)壓以及在緊急故障情況下將事故氯氣進行處理,不使其外泄。4.2氯氣處理工藝流程321是氯氣處理流程圖。來自電解 槽陽極的高溫濕氯氣經(jīng)濕氯氣緩沖器的分配，進入工業(yè)水列管冷卻器，由工業(yè)水進行冷卻，使氣相溫度降至相 40 以下，再進入鹽水冷卻器，用的氯化鈣溶液進行冷卻，使氣相溫度降至 11 -14 。但氣相溫度不可降得

20、過低，若低于 10 的話，濕氯氣易形成的氯水結(jié)晶物，從而使設(shè)備、管道結(jié)冰堵塞。經(jīng)冷卻后的氣相進入水沫過濾器除去氣相中夾帶的游離水，再進入泡沫干燥塔。氣相自下而上分別依次穿過五塊塔板，與自上而下的硫酸在塔板上錯流接觸，進行吸收傳質(zhì)，氣相中的水分被硫酸吸收掉，氣相出泡沫干燥塔頂部時，已成為含濕量低于100PPm 的合格氯氣。98的濃硫酸經(jīng)鹽水冷卻至 10 后被送入濃酸高位槽，分二路進泡沫干燥塔。出泡沫塔的干燥氯氣進入酸霧過濾器自凈去除酸霧，進入氯氣離心式壓縮機，經(jīng)四段事轎冷卻達到常溫，保持 0.38MPa。（表壓）以下的排出壓力，經(jīng)分配臺送至各用氯部門。5.固堿工段工藝5.1固堿工段工藝原理將電解

21、工段生產(chǎn)的32氫氧化鈉的電解液,經(jīng)預(yù)熱后，送入三效蒸發(fā)器。以蒸汽加熱除去電解液中部分水分,經(jīng)過一效蒸發(fā)后，含氫氧化鈉48，經(jīng)過二效蒸發(fā)后含氫氧化鈉56，最后經(jīng)過三效蒸發(fā)后將電解液深縮到含氫氧化鈉98或99以上，其次再由片堿機生產(chǎn)固堿，同時將在深縮過程中的結(jié)晶鹽分離?；涑苫厥整}水返回化鹽工段。重新循環(huán)使用。5.2固堿工段工藝流程從電解工段過來的含32的氫氧化鈉由H2燃燒預(yù)熱后送入一效蒸發(fā)器濃縮為含48的氫氧化鈉，然后送入二效蒸發(fā)器濃縮為含56的氫氧化鈉，再送入三效蒸發(fā)器濃縮為含99或98的氫氧化鈉。通過三效后，再經(jīng)過片堿機，最后到成品堿。燒堿生產(chǎn)設(shè)備及工作原理1.化鹽桶 化鹽桶的作用是把固體原

22、鹽、部分鹽鹵水、蒸發(fā)回收鹽水和洗鹽泥回收淡鹽水，按比例摻和，并加熱溶解成氯化鈉飽和溶液。 化鹽桶一般是鋼板焊接而成的立式圓桶，其結(jié)構(gòu)見圖12?；}水由桶底部通過分布管進入化鹽桶內(nèi)。分布管出口均采用菌帽形結(jié)構(gòu)防止鹽粒、異物等進入化鹽水管道造成堵塞現(xiàn)象。在化鹽桶中部設(shè)置加熱蒸汽分配管，蒸汽從分配管小孔噴出，小孔開設(shè)方向向下,可避免鹽水飛濺或分配管堵塞。在化鹽桶中間與還設(shè)置有折流圈，折流圈與桶體成45度角折流圈的底部開設(shè)用于停車時放凈殘存鹽水的小孔。折流圈的作用是避免化鹽桶局部截面流速過大或化鹽水沿壁走短路造成上部原鹽產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象。折流圈寬度通常約為150250mm。 化鹽桶上都有鹽水溢流槽及鐵柵，

23、與鹽層逆相接觸上升的飽和粗鹽水，從上部溢流槽溢流出，原鹽中常夾帶的繩、草、竹片等漂浮性異物經(jīng)上部鐵柵阻擋除去。2.澄清桶 澄清桶的作用是將加入精制劑后反應(yīng)完全的鹽水，在助沉劑的幫助下，使雜質(zhì)沉淀顆粒凝集變大，下沉分離。澄清后的清鹽水從桶頂部溢流出，送砂濾器作進一步精制過濾，桶底部排出的鹽泥送三層洗泥桶，用水洗滌回收其中所含的氯化鈉。鹽水中鈣、鎂等不溶物懸浮顆粒在加入助沉劑后起凝聚作用，顆粒增大，被截留到桶底定時排出。澄清后的清鹽水從桶底部緩緩向上，經(jīng)桶頂部環(huán)形溢流槽匯集后連續(xù)不斷流出。3.砂濾器 砂濾器的作用是把澄清桶送來的澄清鹽水經(jīng)砂濾層過濾，進一步除去清鹽水中微量懸浮性不溶雜質(zhì)，提高進電解

24、槽的鹽水質(zhì)量，確保電解工段對高質(zhì)量入槽鹽水的要求。 4、鹽水過濾器鹽水過濾器的作用是使一次精制鹽水經(jīng)過濾除去所含微量懸浮物，指標(biāo)為1ppm。離子膜法制堿工藝中，要求鹽水中的懸浮物含量控制在1ppm以下。以防止鹽水中所含微細懸浮物引起膜的堵塞而導(dǎo)致槽電壓上升。然使用傳統(tǒng)的砂過濾器，鹽水中的懸浮物含量一般在510ppm因此，必須再經(jīng)過一次精密過濾。實習(xí)工廠采用碳素管式過濾器。 碳素管過濾器的外殼由鋼襯橡膠防腐層內(nèi)部由多組炭系管均勻固定在花板上其結(jié)構(gòu)見圖222所示。碳素管式過濾面積由生產(chǎn)能力大小而定一般年產(chǎn)l萬噸規(guī)模的過濾面積約在78m2，使用壽命在810年。 碳素管式過濾器由純凝經(jīng)燒結(jié)后制成，外徑

25、120mm，內(nèi)徑70mm ，長度500mm，為圓筒狀元件。 碳素管式過濾器的特點是經(jīng)一定時間使用后，可經(jīng)再生恢復(fù)重新使用。 碳素管的過濾原理見圖22一3。一次精制鹽水從圓筒的外部流入圓筒的內(nèi)部進行過濾懸浮物在碳素管外被截流。為了保持最高的過濾精度首先在碳素管外先預(yù)涂上一層助濾劑，預(yù)涂層的厚度約為23mm，同時采用助濾劑添加方式，使定量的助濾劑與一次精制鹽水混合后送過濾器過濾，過濾時初始阻力0.02MPa，隨著鹽水中懸浮物的積累，其阻力逐漸上升，當(dāng)升到0.150.20MP時，應(yīng)停止使用予以清洗再生但如當(dāng)鹽水中懸浮物含量低時，即使壓力未上升到0.15-0.20MPa，而使用時間達到48小時；則也需

26、停止使用予以清洗再生，以保持長久穩(wěn)定地運行。碳素管的清洗再生，是將清洗液從管內(nèi)向管外反洗，并通入0.45MPa的壓縮空氣，當(dāng)迅速打開專用排液閥時，鹽水因受到壓縮空氣的壓力迅速由管的內(nèi)側(cè)流向管的外側(cè)，同時將炭素管外的預(yù)涂層和被截留的懸浮物濾餅，同時從過濾管上脫落除去，然后經(jīng)過各步清洗，則可完全恢復(fù)原有性能而重復(fù)使用。 5、螯合樹脂塔螯合樹脂塔采用三臺串聯(lián)使用，其作用是將一次精致鹽水中Ca2+、Mg2+雜質(zhì)含量降低到20ppb以下，以符合離子膜工藝的需要。螯合樹脂塔的外殼由鋼板制成，內(nèi)襯特殊的低鈣鎂橡膠防腐層。塔內(nèi)填裝一定量的帶有螯合基團的特種離子交換樹脂，樹脂的特點是對金屬離子有極強的選擇性。第

27、二個特點是再生效率高，即在使用一定周期后，可通過酸、堿、純水的清洗將螯合的金屬離子解脫恢復(fù)原有的交換容量，以重新再進行螯合處理。在使用贅合樹脂處理鹽水中，必須注意下列二點：(1)物料中不能帶有氧化劑，圖224螯合樹脂塔(2)物料中有能帶有油狀物。因油將使螯合樹脂顆粒表面生成一層油膜從而降低其離子交換的功能。螯合樹脂塔的結(jié)構(gòu)如圖224所示。6、離子膜電解槽 立式隔膜電解槽實物圖離子膜電解槽是離子膜制堿生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是將進入的合格的二次精致鹽水經(jīng)通電電解，生產(chǎn)出低鹽、高純、高濃度的氫氧化鈉產(chǎn)品同時得到聯(lián)產(chǎn)氯和氫氣。其生產(chǎn)原理如圖225所示。離子交換膜電解食鹽法，是用陽離子交換膜將電

28、解槽隔成陽極室和陰極室，這層膜只允許鈉離子穿透，而對氫氧根離子起阻止作用，另還能阻止氯化鈉的擴散，從而達到生產(chǎn)低鹽、高純、高濃度氫氧化鈉產(chǎn)品的目的。 （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3-1)和復(fù)極式離子膜電解槽(圖3-2)，東大采用復(fù)極式離子膜電解槽。單極式離子膜電解槽是指在一個單元槽上只有一種電極，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。（離子膜電解槽的供電方式） 離子膜電解槽的供電

29、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3-3)，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3-4)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，所以，復(fù)極式離子膜電解槽的特點是低電流、高電壓。7.水洗塔將氫氣中夾帶的堿霧除去，同時降低氣體溫度，從而除去其中所含的大部分飽和水蒸氣，使氫氣得到初步凈化。8.捕集器可減少冷卻后氫氣中殘存的霧滴狀冷凝水及堿霧，減少其對氫氣壓縮機的腐蝕。9.安全水封其結(jié)構(gòu)

30、示意見圖322 。濕氯氣安裝于電解聲氣總管的旁路上，一頭與電解氯氣總管相連，另一端與事故氯氣處理塔相通，中間有隔板相隔，掖封高度 60mm 。其作用屬當(dāng)抓氣處理的負(fù)壓系統(tǒng)因突發(fā)故障發(fā)生正壓時，帶壓的事故氯氣便將水封沖掉，往事故氯氣處理塔泄壓，用堿液進行吸收處理，以保護氯氣負(fù)壓系統(tǒng)的管道、設(shè)備，直至電解槽的安全。水封高度的確定應(yīng)充分考慮系統(tǒng)所能承受的最大正壓沖擊。 10.鈦列管冷卻器結(jié)構(gòu)由上封頭（上端蓋）、列管殼體及下封頭（下端蓋）三個部分組成，詳見圖323 。列管殼體由鈦制列管束、折流擋板、定距桿，上下分布管板等構(gòu)成鈦對濕氯氣的抗腐蝕性能極好，鈦列管傳熱效果也很好。一般將其制成浮頭式結(jié)構(gòu)，浮頭

31、處有填料函密封。在管程走氣相濕氯氣時,簡體外殼及折流擋板可用碳鋼，上下封頭可以用鈦、鋼襯膠或聚氯乙烯。在殼程走濕氯氣時，筒體外殼、折流擋板,上下管板、列管束均需用鈦材,而上下封頭可采用聚氯乙烯、碳鋼。這可視實際工藝之需而定。 鈦列管冷卻器在工段冷卻時采用工業(yè)水作為冷卻劑，段冷卻時采用冷凍淡水或冷凍氯化鈣溶液作為冷卻劑。在實際生產(chǎn)過程中，氣相濕氯氣走殼程，傳熱系數(shù)可以提高較多；而氣相濕氯氣走管程，傳熱系數(shù)較低。但造價投資則前者高于后者。鈦列管冷卻器的作用在于將電解來的濕氯氣要冷卻器本體的管程或殼程中與冷卻劑溶液工業(yè)水或氯化鈣溶液經(jīng)鈦列管管壁進行間接的傳熱，移走氣相中所帶的熱量，達到降低溫度的目的

32、，使氣相中含水量大幅度減少。11.水沫過濾器 水沫過濾器是上封頭、過濾層簡體組成的圓筒體。過濾層簡體由上壓蓋、絲網(wǎng)過濾層(系絲網(wǎng)填料盤卷而成)、底板等構(gòu)成。詳見圖324所示。整個設(shè)備用硬質(zhì)聚氯乙烯制成；絲網(wǎng)可采用聚乙烯、金屬絲(鈦絲)等，其寬度為150mm。 水沫過濾器的作用在于通過絲網(wǎng)層捕集、過濾去除氣相中夾帶的游離水分，這 圖75水辣過濾器樣可以降低用于干燥脫水的吸收劑硫酸的單耗，并有效地防止游離水隨氣相帶入干燥塔。一般除沫效率可達98以上。 12.泡沫干燥塔 泡沫干燥塔是應(yīng)用得十分廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備，屬于板式塔的一種。泡沫干燥塔是由一個圓柱形殼體和按一定間距、水平設(shè)置的若干塔板組成。泡沫

33、塔的簡體上有塔板、內(nèi)外濫流管、受液盤等，詳見圖325所示。全塔共設(shè)置數(shù)塊塔板，塔板上按生產(chǎn)負(fù)荷及一定開孔率開設(shè)相當(dāng)比例的篩孔。篩孔可以是上下相同直徑的直通孔，也可以是上孔徑小、下孔徑大的異徑噴嘴孔。目前強化型泡沫塔正在推廣，它采用外溢流、大液流循環(huán)方式，確保輸送氣體負(fù)荷適應(yīng)生產(chǎn)的需要。13.氯氣透平壓縮機氯氣透平壓縮機，是全廠相當(dāng)關(guān)鍵的氯氣壓縮、輸送設(shè)備，其安全運行與否將直接影響到全廠的生產(chǎn)、氯氣離心式壓縮機是個系統(tǒng)工程，它由主機系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)、儀表電氣自控聯(lián)鎖系統(tǒng)、事故氯氣處理系統(tǒng)等組成，簡稱其為機組。其構(gòu)成詳見圖326所示。國產(chǎn)氯氣離心式壓縮機型號為 LLY -1 -4 -6

34、0 -3700 ，為單機殼、單吸人、雙支承、四段壓縮的結(jié)構(gòu)。整個主機由轉(zhuǎn)子與固定元件組成，轉(zhuǎn)動部分由葉輪、主軸、聯(lián)軸器、推力盤組成；固定元件由機殼、擴壓器、氣密裝置、排氣蝸殼、軸承等組成。機組工作轉(zhuǎn)速10407r / min ，是由 985r / min 的電機通過 xR 行星式增速箱獲得，潤滑系統(tǒng)采用強制供油潤滑，軸承采用了動壓軸承，端面密封則采用抽、充氣相結(jié)合的梳齒型迷宮密封。氯氣離心式壓縮機目前是國內(nèi)外較為先進的設(shè)備，其作用是抽吸電解槽陽極產(chǎn)物氯氣，在經(jīng)預(yù)處理后達到相當(dāng)高的氯氣質(zhì)量（含水分小于100ppm ，不含酸霧）, 進行連續(xù)四段壓縮，使其達到 0.38MPa（表）的排出壓力，輸送至

35、各個氯產(chǎn)品生產(chǎn)工序。14.中間冷卻器 中間冷卻器又稱級間冷卻器或段問冷卻器，是類似于列管冷卻器的圓筒體列管束的多程熱交換器。它分上、下封頭和筒體三部分，如圖327所示。上封頭為橢圓形，并有隔板，以使水實現(xiàn)多程段循環(huán)，還有進、出水口。下封頭同樣是橢圓形的，也有隔板，并設(shè)左右排凈口。而筒體內(nèi)有列管束，上下管板及折流擋板。中間冷卻器的作用在于將各級排出的高溫氯氣進行間接冷卻，將氣相熱量移走，使氣相盡可能實施等溫壓縮。15.固堿工段主要設(shè)備 EV-1：一效降膜蒸發(fā)器，使用常壓水蒸汽，加熱溫度為90左右，內(nèi)不凝性氣體通過表面冷凝器放空，NaOH溶液經(jīng)一效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?8%； EV-2：二效降膜蒸發(fā)器，

36、使用高壓水蒸氣，加熱溫度為150，蒸發(fā)出來的水蒸氣作為一效蒸發(fā)的供熱介質(zhì)，NaOH溶液經(jīng)二效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?6%； EV-3：三效降膜濃縮器，三效中的堿的溫度為340，因此溫度較高，故使用熔鹽作為供熱介質(zhì)，蒸出來的蒸汽作為一效蒸發(fā)的供熱介質(zhì)，NaOH溶液經(jīng)三效蒸發(fā)后濃度變?yōu)?8%以上； T-1：熔鹽槽 H-1：熔鹽加熱爐 B-2:H2加熱爐 因為H2燃燒溫度很高,作為熔鹽的加熱介質(zhì)在熔鹽加熱爐中加熱,使熔鹽達到一定的溫度,然后熔鹽與三效中的堿換熱后,冷卻的熔鹽再由泵壓至上部,再由H2燃燒供熱,循環(huán)使用; T-6：蒸汽冷凝槽，二效蒸發(fā)后的蒸汽在此處冷凝； T-9：50%堿貯槽，根據(jù)不同濃度原料堿

37、的需要，此處可得到50%液堿，可降低成本； F-1: 片堿機,在片堿機中冷卻形成NaOH固體,稱重,罐裝,輸送至倉庫。EV-1C-1T-4EV-232%離子堿膜不凝性氣體放空T-6蒸汽EV-3T-95%的糖溶液F-1稱重去倉庫T-1H-1HE-1B-2重油燃料助燃氣體99%的熔融堿 靠重力作用落下5影響離子膜運行性能的主要因素1.鹽水質(zhì)量對離子膜性能的影響(1)鹽水中金屬離子含量的影響。過量的鈣離子在短期內(nèi)會導(dǎo)致離子膜電流效率下降(降至85%)和電壓上升，長時間會造成離子膜過早失效，其破壞機制是生成的碳酸鈣晶體沉淀覆蓋在陰極側(cè)膜的羧基聚合物表面，離子膜表面產(chǎn)生凹坑和孔洞。鎂離子含量超標(biāo)時，槽電

38、壓上升嚴(yán)重，但不影響電流效率。其他金屬離子對離子膜的影響機制與鈣鎂離子相同。這就要求鈣離子、鎂離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和低于210-8，鍶離子、鋇離子均低于10-6，鐵離子低于10-6，鎳離子低于10-8，錳離子低于510-8。(2)陽極液濃度的影響。日常生產(chǎn)中，陽極液：中氯化鈉質(zhì)量濃度必須保持在200-220g/L之間。如果陽極液NaCl的濃度太低，水和鈉離子結(jié)合太多，水的電解將增強。陰極室OH-反滲透，導(dǎo)致電流效率下降；且陽極液中的氯離子擴散到陰極室，導(dǎo)致堿中含鹽增多。更嚴(yán)重的是，在低NaCl質(zhì)量濃度情況(低于50g/L)下運行，離子交換膜會嚴(yán)重起泡、分離，直到永久性損壞。如果淡鹽水中氯化鈉質(zhì)量濃度

39、大于230g/L，離子膜電阻也增大，水遷移能力下降，特別在高電流低溫度情況下，離子膜交換能力容易過載，使槽電壓上升。(3)陰極液NaOH濃度的影響。當(dāng)陰極液NaOH的濃度上升時，離子膜的含水率降低，離子膜內(nèi)固定的離子濃度隨之上升，離子膜的交換容量變大，電流效率上升。但隨著NaOH濃度的繼續(xù)升高，由于OH-的反滲透作用，離子膜中的OH-濃度也增大。當(dāng)NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過35%時，離子膜中的OH-濃度起決定性作用。NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每上升1%，槽電壓就會上升0.014 V，如果OH-反滲透到陽極側(cè)，會與陽極液中溶解的氯發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致電流效率明顯下降，同時使氯中含氧量升高。生產(chǎn)中常采用在陽極室內(nèi)

40、加鹽酸調(diào)整pH值的方法提高陽極電流效率，降低陽極液中的氯酸鹽和氯中含氧量。2.氣體壓力變化對離子膜性能的影響：陽極室的氯氣和陰極室的氫氣之間壓差變化不能太大，以免離子膜不能貼在陽極側(cè)。隨著氣體壓差的大波動，離子膜來回震動，與單元槽反復(fù)摩擦，離子膜因受到機械磨損，局部出現(xiàn)撕裂或強度降低。因此要把陰極室、陽極室的壓差控制在一定范圍，讓陰極室的壓力大于陽極室的壓力，使離子膜壓緊在陽極上。電解槽氣體壓差正壓過大，將使陽極永久變形，極距增大，電壓上升，離子膜損壞。電解槽出現(xiàn)負(fù)壓時，不僅槽電壓上升，而且使貼向陽極的離子膜反貼向陰極，陰極表面的鎳和其他沉積物就會污染膜。為了避免膜和電解槽因陰陽極的氣體壓差波動大而受損，可設(shè)置連鎖保護。3.溫度對離子膜性能的影響電流密度一定，在操作范圍內(nèi)適當(dāng)提高溫度，會使陰極側(cè)離子膜的空隙增大，從而提高鈉離子的遷移率，即提高電流效率，有助于槽電壓降低。一般要求溫度不低于65，槽溫上升10，槽電壓可降低50100mV。但槽溫不能太高，如果高于92，會產(chǎn)生大量水蒸氣而使槽電壓升高。當(dāng)電