《(2020)（工艺技术）年产20万吨烧碱电解工段的初步工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2020)（工艺技术）年产20万吨烧碱电解工段的初步工艺设计（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录前 言-1-第一章 综 述-2-1.1 烧碱的性质-2-1.2 其他副产物的性质-3-1.3 氯碱工业的发展状况-3-1.3.1 我国氯碱工业的发展状况-3-1.3.2 世界氯碱工业的发展现状-5-1.4 氯碱工业的生产工艺现状-5-第二章 隔膜法电解制烧碱-7-2.1 隔膜法制烧碱的基本原理-7-2.1.1 基本原理-7-2.1.2 电压效率及槽电压-8-2.2 电极和隔膜材料的选择-9-2.2.1 阳极材料-9-2.2.2 阴极材料-10-2.2.3 隔膜材料-10-2.3 隔膜电解槽的选择-10-2.4 隔膜法电解工艺流程及操作条件-11-2.4.1 工艺流程-11-2.4.2 操作
2、条件及主要技术经济指标-13-2.4.3 电解操作指标与生产控制点分析-14-第三章 工艺计算-16-3.1 物料衡算-16-3.1.1 对电解槽做物料衡算-16-3.1.2 对氢盐换热器进行物料衡算-17-3.2 能量衡算-18-3.2.1 对氢盐换热器进行热量衡算-18-3.2.2 对电解槽进行热量衡算-20-第四章 主要设备的工艺计算与选型-22-4.1 电解槽数量的估算-22-4.2 氢盐换热器的选型-22-4.3 盐水预热器的选型-23-4.4 其他设备的选型-24-第五章 主要工艺管道的计算与选择-26-5.1 主要工艺管道的计算与选择-26-5.1.1 水蒸气管道的选型-26-5
3、.1.2 电解槽氢气出口总管道的选型-26-5.1.3 电解槽氯气出口总管道的选型-26-5.1.4 氢盐换热器排水管道的选型-26-5.1.5 盐水预热器排水管道的选型-27-5.1.6 精盐水管道的选型-27-5.1.7 电解碱液出口总管道的选型-27-5.2 主要管道选择结果汇总-27-第六章 经济核算-28-6.1 经济核算-28-6.1.1 生产消耗核算-28-6.1.2 生产成果核算-28-6.1.2核算结果分析-29-第七章 厂址选择和车间布置-30-7.1 化工厂选址的重要性-30-7.1.1化工厂厂址选择的影响因素-30-7.1.2厂址的选择-31-7.2 车间设备布置-31
4、-7.2.1化工厂总平面布置的原则-31-7.2.2车间布置的具体要求-32-第八章 氯碱生产中的防腐及三废处理-34-8.1 氯气的腐蚀原因和防护措施-34-8.2 盐酸的腐蚀成因与防护措施-34-8.3 烧碱产生的腐蚀及防护措施-35-8.4 氯碱生产中三废的处理-36-8.4.1 “废渣”治理与综合利用-36-8.4.2 “废气”治理及综合利用-36-8.4.3 “废水”的治理-37-第九章 设计小结-38-参 考 文 献-39-致 谢-40-前言氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和NaCl溶液制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料
5、生产一系列化工产品，称为氯碱工业，即工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同可分为水银法、隔膜法和离子交换膜法。电解法生产烧碱除原料易得、生产流程较短外，主要有以下三个特点：第一、能耗高，电解法生产烧碱的主要能耗是电能，其耗电量仅次于电解法生产铝；第二、氯与碱的平衡，电解法制烧碱所得到的烧碱与氯气的产品的质量比恒定为1:0.88，但一个国家或地区对烧碱和氯气的需求量，是随着化工产品生产的变化而变化的；第三、腐蚀和污染
6、严重。目前国内主要采用隔膜电解法制烧碱，而电解工段是电解食盐水生产氯气、氢气、烧碱的主要工段，因此电解工段的工艺设计至关重要。第一章综述烧碱（NaOH）即氢氧化钠，俗称火碱、苛性钠。是一种常见的重要强碱，在国民经济中占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。工业上常见的烧碱生产方法有苛化法和电解法两种。苛化法是用纯碱（Na2CO3）和石灰乳（Ca(OH)2）通过苛化反应生成烧碱而得名，也叫石灰苛化法。电解法是采用电解食盐（NaCl）水的方法生产烧碱，在制得烧碱的同时还生产氯气(Cl2)和氢气(H2)，所以工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。1.1烧
7、碱的性质（1）物理性质纯的无水氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体。氢氧化钠极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大，溶解时能放出大量的热。其溶液呈强碱性，腐蚀性极强。纯氢氧化钠的物理性质如下：分子式NaOH分子量39.998熔点318.4沸点1399折射率1.3576熔融热164.7J/g溶解度109比热容1.477J/（g）（2）化学性质氢氧化钠是强碱，具有碱的一切通性，另外还具有其他碱没有的特性。a.放在空气中易潮解，并吸收空气中的CO2而变质。故应放置在干燥的环境中，也可用于干燥气体。b.在水溶液中能电离出大量的OH-离子。NaOH=Na+OH-c.能和酸和一些酸性氧化物反应NaOH+HCl=
8、NaCl+H2O2NaOH+SO2(不足)=Na2SO3+H2Od.能和一些金属盐反应。2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4f.氢氧化钠溶液和铝反应2Al+2NaOH+2H2O=2Na(Al（OH)4）+3H2在NaOH不足量时发生的反应为2Al+6H2O+NaOH=2Al(OH)3+3H21.2其他副产物的性质（1）氢气氢气是一种无色、无味、无嗅易燃的气体。在各种液体中溶解甚微，难于液化，液态时为无色透明液体，有超导性质。主要化学性质为高燃烧性和还原性。常用作还原剂。（2）氯气氯在常温常压下为黄绿色气体，有强烈的刺激性气味，吸入少量就能使人中毒。经压缩可液化为金黄色液态氯。常
9、用作为强氧化剂与氯化剂。氯混合5%（体积）以上氢气时有爆炸危险。氯能与有机物和无机物进行取代或加成反应生成多种氯化物。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。氯气易液化，可溶于水，易溶于有机溶液。1.3氯碱工业的发展状况1.3.1我国氯碱工业的发展状况.生产能力氯碱工业，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高潮，到2000年其生产能力已从1998年的6860kt/a增至8000kt/a，目前我国烧碱的总生产能力已经达到8620kt/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
10、目前还在继续，齐鲁石化公司氯碱厂正在扩建的200kt/a的离子膜装置，上海氯碱化工股份有限公司计划再建400kt/a的装置，其他的一些厂家的计划项目估计还有700kt/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10000kt/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100kt/a的生产企业只有24家。.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8089kt，为历史最高纪录，与2001年的7135.2kt相比，增长幅度为13.4%。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1t烧碱则联产0.88t氯气
11、。2001年在生产烧碱的同时，产出氯气6280kt；2002年则同时产出氯气7120kt。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。.我国氯碱工业存在的问题（1）规模、技术问题目前我国烧碱每套装置的平均规模在40kt/a左右。只有24家企业达到了100kt/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，
12、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）氯与碱平衡问题氯与碱的平衡是氯碱工业发展的关键，在20世纪80年代，是以碱定氯，通常把氯气作为生产烧碱的副产品；而到了20世纪90年代，由于氯产品的应用越来越广泛，氯碱工业逐步发展为以氯定碱，烧碱逐渐被一些业内人士称为副产品了。
13、近十几年来由于我国氯碱工业的盲目扩建，使烧碱产能增长过快，而下游相关产业发展滞后，氯与碱的需求不平衡问题越来越突显。而且国内市场上氯产品需求旺盛，而烧碱市场疲软，目前我国成为世界上唯一有烧碱过剩需要出口，却需要大量进口氯产品的国家，估计今后这种氯与碱的供求不平衡还将会继续进一步扩大。显然，氯产品的发展是今后氯碱工业所必须关注的一个重要问题，氯产品的开发与生产成为企业今后主要的效益增长点，也是氯碱生产中决定企业经济效益和技术水平的最关键的因素之一，氯产品的生产与发展对氯碱行业的氯碱平衡起着决定性的作用。我国的氯碱工业目前已开始由建国初期的以碱为主的产品结构转向以氯为主的产品结构的新的发展时期。目
14、前国内氯产品市场呈现出需求旺盛而国内生产供应不足的现象，为数不少的氯产品全部或大量从国外进口。因此，如何合理开发生产氯产品，搞好氯碱平衡是当前需深入研究和认真探讨的重要课题（3）氯产品的结构问题目前我国的氯产品主要有无机氯产品和有机氯产品。我国氯产品开发与生产最近几年有了很大发展，但是，与国外发达国家相比，我们的差距还相当大。从耗氯结构来看，我国的无机氯产品的耗氯量始终占据全部氯产品耗氯量的主导地位，虽然从1983年我国停止生产耗氯量占12%左右的“六六六”原粉商品后，聚氯乙烯树脂的耗氯量有所增加，尤其20世纪90年代中期，我国开始大力推广使用塑料建材，限制使用木材，使建筑行业以塑代木、以塑代
15、钢得到迅速发展，从而推动了聚氯乙烯行业的发展。尽管如此，我国的无机氯产品的耗氯量依然占据我国氯产品耗氯总量的54%（包括盐酸和其他无机氯化物），其余46%用于生产有机氯化物（包括聚氯乙烯、氯乙酸和氯丁橡胶等）。生产聚氯乙烯耗氯量约占氯总消耗量的22%。在耗氯结构这一点上，国外一些发达国家与我国完全不同。美国1995年有机化学品的耗氯量占其整个氯产品耗氯量的76.6%，而无机氯产品仅占12.8%；西欧1995年有机氯产品的耗氯量占其整个氯产品耗氯量的84.1%，无机氯产品耗氯量占氯产品耗氯总量的9.6%；日本1995年有机氯产品耗氯量占整个氯产品耗氯量的55%，无机氯产品耗氯量占整个氯产品耗氯量的9.6%。和国外发达国家相比，我国的有机氯产品所占比例小，但这并不说明我国有机氯产品需求少，事实上，我国这几年进口的有机氯产品占国内总用氯量的20%以上。造成我国有机氯产品大量进口的主要原因在于国内原料路线及生产工艺落后，生产规模小，产品成本高和质量差，竞争不过进口产品。1.3.2世界氯碱工业的发展现状（1）世界氯碱工业生产能力及其分布世界氯碱工业中烧碱、氯气的生产能力1
