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1、综合训练说明书（ 论 文 ）第 1 页共 22 页目录1 引言2 1.1 氯碱工业发展简史2 1.2 氯碱工业的特点2 2 生产工艺流程论证3 2.1 化盐工段生产流程简述3 2.2 原盐的性质及组成3 2.3 盐水的精制4 3工艺流程说明6 3.1 工艺参数6 3.2 工艺流程间图7 4物料与能量计算7 4.1 物料衡算7 4.2 蒸汽消耗量11 5主要设备选型及说明13 5.1 溶盐设备13 5.2 澄清设备14 5.3 过滤设备17 结论 20 致谢 21 参考文献 22 综合训练说明书（ 论 文 ）第 2 页共 22 页1 引言氯碱工业是基本化学工业之一，它的产品烧碱和氯气在国民经济中
2、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。1.1氯碱工业发展简史生产烧碱和氯气有着悠久的历史。早在中世纪就发现了存在于湖盐中的纯碱，后来就发明了以纯碱和石灰为原料制取NaOH 的方法即苛化法：Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3 因为苛化过程需要加热，因此就将NaOH 称为烧碱，以别于天然碱，直到19 世纪末世界上一直以苛化法生产烧碱。采用电解法制烧碱始于1890 年，隔膜法和水银法几乎同时发明，隔膜法于1890 年在德国首先出现，第一台水银法电解槽是在1892 年取得专利。食盐电解工业发展中的困难，首先是如何将阳极产生的氯气与阴
3、极产生的氢气和氢氧化钠分开，不致发生爆炸和产生氯化钠，以上两种方法都成功地解决了这个难题，前者以多孔隔膜将阴阳两极隔开，后者则以钠汞齐的方法使氯气分开， 这样就奠定了两种不同的生产工艺基础，并一直沿用到现在。我国氯碱工业是在本世纪二十年代才开始创建的，第一家氯碱厂是在上海天原电化厂（现在上海天原化工厂前身）1930 年正式投产，采用爱论 -摩尔电解槽，开工电流1500A，日产烧碱 2 吨，到 1949 年全国解放为止，全国仅有氯碱9 家，年产量仅 1.5 吨。解放后，我国氯碱工业和其他工业一样，发展速度很快，烧碱年产量在50 年代末为37.2 万吨，平均年增长率为36.1%；60 年代末为 7
4、0.4 万吨，平均年增长率为60.28%；70年代末为 182 万吨，平均年增长率8.29%；80 年代末烧碱的年产量为320.8万吨，平均年增长率为 5.82%。现在除台湾外，全国共有200 余家企业生产氯碱， 1990 年全国烧碱产量为 331.2万吨，1991 年 345.1 万吨，1992年 373.5万吨，1993 年达 390万吨，均列第三位，烧碱由原来的进口国转为出口国。1.2 氯碱工业的特点氯碱工业的特点除原料易得、生产流程较短外，主要还有三个突出问题。（1）能源消耗大氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝，按照目前国内生产水平氯碱工业用电量占全国总发电量的1.5%。因此，电力供应
5、情况和电价对氯碱产品的生产成本影响很大。重视选用先进工艺，提高电解槽的电能效率和碱液蒸发热能的利用率，以降低烧碱的电耗和蒸汽消耗，始终是氯碱生产企业的一项核心工作。综合训练说明书（ 论 文 ）第 3 页共 22 页（2）氯与碱的平衡电解食盐水溶液时，按固定质量比例（1：0.85）同时产出烧碱和氯气两种产品。在一个国家和地区，对烧碱和氯气的需求量不一定符合这一比例。因此就出现了烧碱和氯气的供需平衡问题。在一般情况下，发展中国家在工业发展初期用氯量较少，由于氯气不宜长途运输，所以总是以氯气的需求量来决定烧碱的产量，因此往往会出现烧碱短缺现象。在石油化工和基本有机原料发展较快的国家和地区，氯的用量就
6、较大，因此就出现烧碱过剩。总之烧碱和氯气的平衡始终是氯碱工业发展中的一个恒定的矛盾。（3）腐蚀和污染氯碱产品如烧碱、盐酸等均有强腐蚀性，在生产过程中使用的原料如石棉、汞和所产生的含氯废气都可能对环境造成污染，因此防止腐蚀和三废处理也一直是氯碱工业的努力方向。工艺流程图：2 生产工艺流程论证2.1化盐工段生产流程简述采用热法化盐，用烧碱、纯碱、氯化钡、次氯酸钠等精制剂进行反应，聚丙烯酸钠等助沉剂进行絮凝，盐酸进行中和，通过溶盐、反应、澄清、砂滤及中和等过程制得合格的精盐水。2.2 原盐的性质及组成2.2.1原盐的性质原盐的主要成分为氯化钠，化学式NaCl,分子量 58.5，溶解热为 7.25kJ
7、/mol。纯净的氯化钠很少潮解，工业原盐中因含有CaCl2、MgCl2及 Na2SO4等杂质，极易吸收空气中水分而潮解结块。原盐的潮解对运输、贮存及使用会带来一定困难。综合训练说明书（ 论 文 ）第 4 页共 22 页2.2.2 原盐的品种及组成原盐在自然界中蕴藏量甚大， 分布面亦极广。 根据来源不同， 原盐主要可以分为海盐、井盐、湖盐、矿（岩）盐四大类。就NaCl 含量而言，湖盐质量最佳，NaCl 含量达 96%99%；井盐、矿盐次之， NaCl 含量在 93%98%；海盐的 NaCl 含量在 91%95%左右，海盐的钙、镁含量最高。2.2.3 选择原盐的主要标准（1）氯化钠含量要高，一般要
8、求大于90%；（2）化学杂质要少。 Ca2+、Mg2+总量要小于 1%，SO 42-小于 0.5%；（3）不溶于水的机械杂质要少；（4）盐的颗粒要粗，否则容易结成块状，给运输和使用带来困难。此外，盐的颗粒太细时，盐粒容易从化盐桶中泛出，使化盐和澄清操作难以进行。每小时 1 吨 100%NaOH 约需 1.5-1.8 吨 NaCl（理论值为 1.462吨） 。因此原盐的质量特别是杂质中 Ca2+、Mg2+的含量和比值，会直接影响盐水的质量、精制剂的消耗量和设备的生产能力。2.3 盐水的精制原盐溶解后所得的粗盐水中，含有钙、镁、硫酸根等杂质，不能直接用于电槽，需要加以精制。在工业上一般采用化学精制
9、方法即加入精制剂，使盐水中的可溶性杂质转变为溶解度很小的沉淀物而分离除去。2.3.1盐水精制原理盐水中的可溶性杂质，一般采用加入化学精制剂生成几乎不溶解的化学沉淀物，然后通过澄清、过滤等手段达到精制目的。在澄清过滤的同时也达到去除泥砂及机械杂质的目的。A 钙离子的去除钙离子一般以氯化钙或硫酸钙的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入碳酸钠溶液，其化学反应式为：CaCl2+Na2CO3=CaCO3 +2NaCl CaSO4+Na2CO3=CaCO3+Na2SO4 使用理论量的碳酸钠，需要搅拌数小时才能使上述反应趋于完全，如果加入超过理论用量 0.8g/L 时，反应在 15分钟内即可完成90%，在
10、不到一小时内就能完成。B 镁离子和铁离子的去除镁和铁一般以氯化物存在于原盐中，精制时加入烧碱溶液即可生成难溶于水的氢氧化镁和氢氧化铁，其化学反应式为：综合训练说明书（ 论 文 ）第 5 页共 22 页MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2 +2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaClC 硫酸根的去除如果盐水中的硫酸根含量大于5g/L，则可用化学方法除去Na2SO4+BaCl2=BaSO4 +2NaCl 但 BaCl2不能过多，会生成氢氧化钡沉淀。2.3.2盐水精制过程一、原盐的溶化原盐从立式盐仓皮带输送机和计量称连续加入化盐桶。为确保盐水浓度，化盐桶内盐层高度保持 3m 以
11、上。化盐用水来自洗泥桶的淡盐水和蒸发工段用过的蒸发水，加以回收利用，并用 6 个配水塔进行储槽。加热过的化盐用水，从化盐桶底部经设有均匀分布的菌状折流帽流出，与盐层呈逆向流动状态溶解原盐并成为饱和的粗盐水。原盐中夹带的草屑等杂质由化盐桶上方的铁栅除去；沉积于桶底的泥砂则定期从化盐桶底部用泵抽出。为加快溶盐速度，化盐用水应加热到50-60，在化盐桶内除原盐溶解外，原盐中的镁离子其他重金属离子还与熟盐水中的氢氧化钠反应，生成不溶性氢氧化物，粗盐水中氢氧化钠通过熟盐水用量来控制。生产饱和粗盐水约45-50m3/(m2h)，为确保盐水的浓度，盐水在桶内停留时间不小于30min。二、粗盐水的精制从反应桶
12、中出来含有碳酸钙、氢氧化镁等悬浮物的混浊溶液，必须分离出沉淀颗粒才能得到合格的精盐水。加快悬浮物沉降速度，必须加入助沉剂。本工段采用聚丙烯酸钠溶剂。从澄清桶出来的饱和盐水中，还有少量细微悬浮物，需要经过砂滤进一步净化。本工段采用虹吸式过滤器，能够节省劳动力和投资少等优点。从砂滤出来的精盐水再通过中和检测站，将多余的Na2CO3、NaOH 用 HCl 中和，使其PH 值为 7-8 左右，基本方程式：NaOH+HCl=NaCl+H2O Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2+H2O 这样经检测达标合格后，就可以储至精盐水塔供电解工段使用。若盐水中硫酸根含量大于 5g/L 时，还需要加入氯化钡，
13、制得的混盐水应符合如下质量指标：综合训练说明书（ 论 文 ）第 6 页共 22 页氯化钠含量315g/L 碳酸钠过碱量0.250.6 g/L 氢氧化钠过碱量0.070.6 g/L 盐水温度5060三、混盐水的澄清和过滤经过滤后的粗盐水就可以成为电解用的精盐水，其质量要求应达到下列标准：氯化钠含量315g/L 钙镁离子总量7mg/L 硫酸根5g/L 温度5060氢氧化钠过碱量0.070.6 g/L 碳酸钠过碱量0.250.6 g/L PH 值10.511 四、盐泥的洗涤经检测，盐泥中含 NaCl 有多于 5%，从盐水澄清设备底部定期用泵抽出，为了节约原盐的消耗，将其中的NaCl 回收。洗泥时，盐
14、泥与洗水的比例控制在1：35 之间，为了洗涤干净，洗盐水温度保持在4050。3 工艺流程说明3.1工艺参数3.1.1主要原辅材料的性质、标准及消耗定额1.主要原辅材料执行标准A 工业盐符合标准：GB5462-92 其中： NaCl89.0%、 Ca2+0.15%、 Mg2+0.30%、 SO 42-1.0%、H2O5.6% B 盐酸符合标准： GB320-93 的合格品，其中 HCl(m/m) 31 C 碳酸钠符合标准： GB210-92 的合格品，其中总碱量 %（以碳酸钠计） 98.0% 综合训练说明书（ 论 文 ）第 7 页共 22 页D 铁铁含量 0.10% E 次氯酸钠符合标准： HG/T2498-93 中型，本厂自产，其中有效氯（Cl）含量 10.0%，游离碱（NaOH）含量： 0.11.0%，铁含量 0.010% 3.2工艺流程简图配水氯水或次氯酸 钠、氯化钡不饱和盐水 脱硝不饱和 盐水原盐纯碱液助沉剂化盐反应粗盐水 澄清粗盐水饱和 盐 水盐 泥蒸汽集泥压滤洗泥水（滤液）去配水塔砂滤中和精盐水 贮存盐酸饱和 盐水精盐水精盐水去盐水高位槽泥饼4 物料与能量计算4.1 物料衡算以
