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1、6 万吨离子膜物料衡算/ k+ T: C4 $ 8 o6 b! f+ “ i 一、项目： 新建年产 6 万吨烧碱。 二、计算依据 1、需要的一次盐水; D! P$ X+ s( B$ G“ F* O （1）生产 1 吨烧碱需要消耗的一次盐水流量：11m3h(一次盐水浓度为 3055g/l，离子膜 电解槽淡盐水浓度工艺控制指标为 2155g/l，年工作 8000 小时。 （2）设计生产烧碱能力为 6 万吨,每小时产碱 7.5 吨，则消耗的一次盐水为： 7.51182.5 m3h; Y) O+ K- w% d0 J 一次盐水管道的确定: 盐水流速范围:1.02.0m/s,取 1.5 m/s 计算1
2、e c/ u$ M6 ( f s=Q /v=82.5/36001.5=0.01527 m2+ h1 N7 m* n8 n4 r: U! d) V 管道材质为衬 PO 管,管径为 0.139 m。$ T# c 4 Q6 7 V, e v# r6 输送管道选择1596.5 的无缝钢管衬 PO. 2、离子膜系统酸消耗 （1）一次盐水的含碱浓度：(0.30.6)g/l，取 0.5 g/l 计算；进螯合树脂塔前需要调整到 PH：90.5，取 PH 为 9（即体积浓度为：0.0004 g/l）计算,则高纯酸消耗： mHCl=（82.50.582.50.0004）36.5/4037.61kg/h 即酸消耗为
3、： VHCl=0.109 m3/h。! H 0 F) 4 E9 ?! - l q 高纯酸用于调节一次盐水 PH 酸管的确定:$ K; L: b# _; Y: j- I 高纯酸输送为自流,流速取 0.5m/s,取计算 s=Q /v=(0.109/3600)/0.5=0.00006056m2* 5 t. F R9 7 i4 i2 C! _) 管道材质为 PVC 管,管道直径为 8.78mm。 输送管道选择25,实际流速为:0.38 m/s, （2）鳌合树脂再生需要的高纯酸量5 ) a0 ?. e0 8 |* p 鳌合树脂塔运行 24 小时下线，配制酸浓度控制 5%6%，取 5.5%计算，高纯水流量
4、为 6 m3/h，则 31%的高纯酸流量 1.125 m3/h，再生时间 2.5 小时，一年中平均每小时需要 31% 的高纯酸量为：0.117m3/h。 鳌合树脂再生高纯酸管道管的确定: 高纯酸输送为自流,流速取 0.5m/s,取计算( h) f8 $ c% Q% S2 w( s=Q /v=(1.125/3600)/0.5=0.000625m2 管道材质为 CPVC 管,5 ?8 l4 A s+ _3 _8 s 管道直径为 28mm。 输送管道选择40,实际流速为:0.324 m/s./ u; i1 y% I; g! % Y3 |% B （4）由于复极式离子膜电解槽为加酸工艺，需要调整精盐水的
5、 PH：90.5 调整 PH 值在 25 之间，以 PH=4 计算。需要消耗的高纯酸量为：82.50.000436.5/400.0301kg/h，即： 0.087 m3/h。 4-10（V1.11510000.31）/36.5/（82.5V）* J0 R a+ B$ j V=8.71104m3/h V 总 10.0878 m3/h 输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定: 高纯酸输送为自流,流速取 0.5m/s,取计算 s=Q /v=(0.0878/3600)/0.5=0.0000488m2 管道材质为 CPVC 管, 管道直径为 5.57mm 输送管道选择15,实际流速为:0.310 m/s.
6、3 l. L0 y i- x* M# Y（5）离子膜脱氯塔消耗酸量0 l2 f% z) C n/ I9 Z; Z7 L3 e! s8 B5 U 管道直径为 8.95mm 输送管道选择15,实际流速为:0.401m/s.# 6 g) J3 . u6 E 离子膜电解系统高纯酸总体消耗为： VHCl0.427m3 /h 3、 真空脱氯系统亚硫酸钠消耗 真空脱氯塔后的淡盐水含游离氯70PPM，按 70PPM 计算，加碱调节 PH 后，用亚硫酸钠 除游离氯为 0PPM。+ q3 w) Z( U . U4 M* C5 |/ e 除脱氯后淡盐水游离氯的化学反应方程式：3 s# W8 x( s$ 38,衬 P
7、O 后,内径为 20 mm,实际流速为:0.97m/s. 4、 离子膜电解系统自用碱消耗7 _4 l. “ p0 m7 a, H. W9 v （1）螯合树脂再生用碱小消耗：8 l - g$ t6 l7 N8 C 鳌合树脂塔运行 24 小时下线，配制碱浓度控制 6%7%，取 7%计算，高纯水流量为 6 m3/h， 31%的碱，则碱流量为：1.36 m3/h，再生时间 2.5 小时，一年中平均每小时需要消 耗 31%的碱量为：0.1142m3/h。 碱输送管道的确定 碱输送为自流,流速取 0.5m/s,取计算 s=Q /v=(0.1142/3600)/0.5=0.0000634m2 管道材质为不锈
8、钢管, 管道直径为 8.99mm+ C# d! d/ d- E. o4 - R- u 输送管道选择15,实际流速为:0.404m/s., 4 p0 B+ n5 z* l; q （2）脱氯后加碱调节淡盐水 PH 值碱的消耗 脱氯前淡盐水 PH 值取 1.2，脱氯后淡盐水 PH 值工艺控制 912,0 r8 h* l2 _: X 取 PH：11 计算。! h1 a/ A+ _/ S“ G 4 Q1 P: Z s=Q /v=(0.0759/3600)/0.5=0.0000422m2 管道材质为不锈钢管,1 P+ W# z- g r) R$ 管道直径为 7.34mm2 b5 # G4 y $ C4 -
9、 V15,实际流速为:0.404m/s. 5.离子膜电解系统蒸汽消耗* . g O3 q v9 s7 r s=122.6 m2+ h B2 T9 J b. _0 e3 m* v6 o 高纯水输送管道的确定 高纯水的流速取 2.5 m3/s。流量为 10 m3h, s=Q /v=(10/3600)/2.5=0.00111m2 管道材质为不锈钢管, 管道直径为 37.6mm 输送管道选择57,实际流速为:1.421m/s. （2）过滤器反洗用水消耗 过滤器运行 48 小时下线,二次全排,三次排 1/3.过滤器容积 8m3,则消耗高纯水为:24m3, 一年 中平均每小时需要消耗高纯水为：0.5m3/
10、h。4 f f- ?% Z6 R; x76,实际流速为:1.44m/s. (3)配制亚硫酸钠用水消耗 亚硫酸钠浓度配制为 5%，即体积浓度为 5g/L：体积输送流量为： V=1.098m3 /h。 高纯水消耗为 1.098m3 /h。亚硫酸钠罐 5m3, 高纯水的流速取 2.5 m/s。要求 10 分钟充满.则 流量为 30 m3 /h。 高纯水管道管径的确定:3 L“ T: g9 o V$ h s=Q /v=(30/3600)/2.5=0.00333 m2 道材质为不锈钢管, 管道直径为 65.1mm 输送管道选择76,实际流速为:2.17m/s. : 108,实际流速为:2.12m/s.$
11、 O: f / O$ x4 V s p H2O=525.8-115.69=410.11 毫米汞柱 p H2=760-410.11=349.89 毫米汞柱9 o0 z* e$ S“ Q 氢气中的水份为： m4 H2O = p H2O/ p H2n =1044.6 Kg/h8 r% f* L. r. d G 需要消耗的高纯水量为) _9 1 r- U- 6 S, h/ x% 9 ? m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/h v H2O =8.42 m3/h$ m8 : Z T# A: _% K. j 高纯水上水的流速取 2.5 m3/s。流量为 8.42m3h
12、, s=Q /v=(8.42/3600)/2.5=0.00094m2 管道材质为不锈钢管, 管道直径为 34.5mm 输送管道选择57,实际流速为:1.19m/s.8 P6 “ S5 s! k% p. z 离子膜系统总体高纯水消耗： v H2O =8.42+1.098+0.5+3.75=13.77m3/h 6、 离子膜单槽产碱量、氯气产量、氢气产量 c6 f, |: ( H, Q: r0 % “ z (1)工艺要求碱浓度控制指标为 31%,比重 1.284,温度为 90,即体积浓度为 410g/L,小时产碱量为: V=18.29 m3h.碱液流速为 152.5 m/s.取 2.0 m/s.计算
13、. 碱总管输送管道的确定% D, “ M3 k9 + u+ g9 H6 g) c, m s=Q /v=(18.29/3600)/2.0=0.00254m2 管道材质为不锈钢管, 管道直径为 56.88mm 输送管道选择76,实际流速为:1.32m/s.9 P4 c7 d) e( o( i$ J; n0 y3 (2) 氯气产量.氢气产量 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H22 1 17500/40 n1 n2 n Cl2 =93.75Kmol/h! m- 6 / E/ w+ Y! C 由公式:pv=nRT 计算 9 W1 V$ E- e3 u+ 4 n- d* r+ -
14、 h 1.0133105V=93.758.3151033589 g7 K! G W5 ; c1 i1 x* _: X V Cl2 =2754.09 m3/h V“ F, y# q4 h3 R. Q 查表得 90时氯的溶解度为 0.0022218Kg/Kg，饱和水蒸汽分压为 0.4829Kg/cm2，其它气 体的溶解不计。. a, e9 m! * m9 J* 9 有摩尔比等于体积比1 ?- I a. y/ A9 Q/ : F3 Z/ n Cl2/n 总=(p 总-pH2O)p 总9 5 j) y4 C0 f) p3 s 93.75/ n 总=(1.0133-0.4829)/1.0133 N 总=
15、179.11 Kmol/h 氯气总管的体积输送流量为: 由公式:pv=nRT 计算 1.0133105V=179.118.315103358 V Cl2 =5281.7 m3/h F3 k“ d: O/ V: J V 混 =69.84 m3/h V 总 =5351.54m3/h! w% c; q! y# W/ | 氯气管道确定 氯气流速为 1020 m/s.取 15m/s. 计算:6 c W. L% j% w/ n6 H0 e s=Q /v=(5351.5/3600)/10=0.1484m2,管道材质为 PVC 管, 管道直径为 434.8mm 输送管道选择480,实际流速为:9.22m/s. N H2 =93.75Kmol/h6 C; 2 6 * Q 1.0133105V=93.758.315103363- l; j/ , O/ _; |# _, j; G V H2 =2792.22 m3/h, f% v K: b) L0 x( x+ 8 U 氢气含水为： nH2O=58.03 Kmol /h,+ F: f% v3 S% W7 j 1.0133105V=(93.75+58.03)8.3151033632 E8 k: v) H$ v 氢气总管的体积输送流量
