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1、 职业技术学院毕 业 设 计（论 文）（冶金化工系）题 目 年产10万吨固碱工艺设计 专 业 应用化工技术 班 级 化工0804班 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2010年07月30日2010年09月30日 第一章 化盐工段31.1工艺原理31.2主要工艺指标41.3工艺流程41.4主要设备及作用和工作原理51.4.1化盐桶51.4.2澄清桶61.4.3砂滤器6第二章 电解工段72.1金属阳极电解工段72.1.1工艺原理72.1.2主要工艺指标72.1.3工艺流程82.1.4主要设备及作用92.2离子膜工段102.2.1工艺原理102.2.2主要工艺控制指标11第三章 氢气和氯气处理工段
2、173.1氢气处理173.1.1工艺原理173.1.2工艺流程173.2氯气处理183.2.1工艺原理18第四章 固碱工段264.1工艺原理264.2主要工艺指标264.3工艺流程（附工艺流程图）264.4主要设备及作用和工作原理26摘要：离子膜法制烧碱是烧碱生产工艺的常用制法之一。本文着重介绍了离子膜法制烧碱的生产工艺及过程中的离子膜法碱液蒸发的特点，影响碱液蒸发的因素。我国离子膜法烧碱发展十分迅速，彻底淘汰了水银法烧碱和部分石墨阳极隔膜法烧碱，大大提升和优化了我国氯碱工业的产品结构，促进了相关工业的迅速发展。目前，世界上能生产离子交换膜法氯碱电解槽的7个生产厂其中包括北京化工机械厂生产的电
3、解槽在国内均有使用厂家，代表当前离子膜法最先进水平的高电流密度、低电流消耗、大单元面积、自然循环工艺的电解槽在我国已有企业采用。目前，国内离子膜法烧碱生产厂家全国共86家，产能排前4名的企业离子膜法烧碱产能均超过了20万吨/年，2005年底前还有3家企业的离子膜法烧碱产能达到或超过20万吨/年。据统计，在2005年底前投产的142.5万吨/年装置中有112.5万吨/年采用离子膜法，到2005年底，国内离子膜法烧碱达产装置能力达到794.7万吨/年，占总产能的49.34%。而到2006年，随着又一批新建、扩建氯碱装置的投产，国内离子膜法烧碱不仅在生产能力上将超过隔膜法烧碱，而且产量也将超过隔膜法
4、烧碱。今年以来，有关离子膜烧碱项目评审开工投产的消息频频见诸报端：2月，沙隆达年产5万吨离子膜烧碱通过评审；5月，东明石化集团15万吨/年离子膜烧碱项目建设进入实质阶段，计划在2006年底建成投产；6月，焦作昊华年产10万吨离子膜烧碱项目开工；二季度，上海天原的36万吨年新装置投产后，其烧碱年产规模达到76万吨；8月，唐山三友集团年产30万吨烧碱一期工程试生产;10月，山东东营市化工厂二期12万吨离子膜烧碱项目一次性送电成功，顺利投产。据统计，仅今年上半年，全国烧碱总产量为717.83万吨，同比增长20%。其中，离子膜烧碱产量为218.58万吨，同比增长35%。种种迹象表明，离子膜烧碱行业目前
5、正在掀起新一轮的投资热潮，我国也无可争议地成为世界第一大烧碱生产国，不少企业已经乐观地等待着接下来赚个钵满盆盈了。第一章 化盐工段1.1工艺原理将固体原盐(或搭配部分盐卤水)与蒸发工段送来的回收盐水、洗盐泥回收的淡盐水，按比例掺和、加热溶解成含氯化钠的饱和水溶液，同时按原盐中杂质含量连续加入适量的精制剂(氢氧化钠、碳酸钠和氯化钡等)，使盐水中钙、镁、硫酸根等杂质离子分别生成难溶的沉淀物，然后加入助沉剂(聚丙烯酸钠等)。经过澄清、砂滤得到一次盐水，一次盐水经中和、过滤、树脂吸咐等步骤制得质量合格的精盐水，按需要源源不断地输送给电解工段。一般1t碱需要1.5t盐（理论比例为1：1.462）。基本化
6、学方程式：CaCl2+NaCO3=CaCO3+2NaCl CaSO4+Na2C03=CaC03+2Na2SO4 MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl Na2SO4+BaCl2=BaSO4+2NaCl1.2主要工艺指标29入槽盐水含NaCl315gL盐水过碱量NaOH 0.070.15 g/L Na2CO 3 0.250.35 gL盐水中钙、镁总量 5mgL盐水中硫酸根含量 5gL澄清桶入口盐水温度 l与4季度48士32与3季度503 入槽盐水铵含量 无机铵1mgL总 铵4mg/L盐水透明度900mm(十字观察法) 排放盐泥中含
7、NaCI8gL入槽盐水pH控制值 810(微碱性盐水入槽) 约7(中性盐水入槽) 约4(酸性盐水入槽)烟道气制纯碱中含NaOH 3gL1.3工艺流程 图11为盐水精制工艺流程。固体食盐从盐仓内用铲车l将盐送入盐斗2，经皮带运输机3卸入化盐桶4。盐卤水、蒸发工段回收盐水和洗盐泥回收的淡盐水，按比例搭配用泵6送到化盐桶4内进行化盐操作，经过桶底配水管均匀流出，沿化盐桶内盐层逆流而上将食盐溶解制成饱和的粗盐水，从化盐桶上部溢流而出。出化盐桶的粗盐水与精制剂碳酸钠、氯化钡及蒸发回收盐水中的氢氧化钠发生化学反应，使溶解在粗盐水中的钙、镁、硫酸根等杂质离子生成不溶解于水的氢氧化镁、碳酸钙、硫酸钡等沉淀物而
8、悬浮在粗盐水中。与精制剂反应后的粗盐水靠位差进入澄清桶8，为了加速澄清,在进入澄清桶前添加助沉剂,使悬浮物沉淀颗粒凝集增大加速澄清。澄清后的清盐水从澄清桶上部溢流入砂滤器l1，盐水通过砂滤层之后，盐水中所夹带的少量细小悬浮物颗粒被截留。出砂滤器盐水含钙、镁杂质量可降到5mgL以下，即一次盐水。然后进入中和罐12,加盐酸中和过剩碱量,再进入精盐水贮槽13,用泵19送往盐水高位槽供电解工段使用。澄清桶底部排出的盐泥定期排放回收。1.4主要设备及作用和工作原理1.4.1化盐桶 化盐桶的作用是把固体原盐、部分盐卤水、蒸发回收盐水和洗盐泥回收淡盐水，按比例掺和，并加热溶解成氯化钠饱和溶液。 化盐桶一般是
9、钢板焊接而成的立式圆桶，其结构见图12。化盐水由桶底部通过分布管进入化盐桶内。分布管出口均采用菌帽形结构防止盐粒、异物等进入化盐水管道造成堵塞现象。在化盐桶中部设置加热蒸汽分配管，蒸汽从分配管小孔喷出，小孔开设方向向下,可避免盐水飞溅或分配管堵塞。在化盐桶中间与还设置有折流圈，折流圈与桶体成45度角折流圈的底部开设用于停车时放净残存盐水的小孔。折流圈的作用是避免化盐桶局部截面流速过大或化盐水沿壁走短路造成上部原盐产生搭桥现象。折流圈宽度通常约为150250mm。 化盐桶上都有盐水溢流槽及铁栅，与盐层逆相接触上升的饱和粗盐水，从上部溢流槽溢流出，原盐中常夹带的绳、草、竹片等漂浮性异物经上部铁栅阻
10、挡除去。1.4.2澄清桶 澄清桶的作用是将加入精制剂后反应完全的盐水，在助沉剂的帮助下，使杂质沉淀颗粒凝集变大，下沉分离。澄清后的清盐水从桶顶部溢流出，送砂滤器作进一步精制过滤，桶底部排出的盐泥送三层洗泥桶，用水洗涤回收其中所含的氯化钠。盐水中钙、镁等不溶物悬浮颗粒在加入助沉剂后起凝聚作用，颗粒增大，被截留到桶底定时排出。澄清后的清盐水从桶底部缓缓向上，经桶顶部环形溢流槽汇集后连续不断流出。1.4.3砂滤器 砂滤器的作用是把澄清桶送来的澄清盐水经砂滤层过滤，进一步除去清盐水中微量悬浮性不溶杂质，提高进电解槽的盐水质量，确保电解工段对高质量入槽盐水的要求。第二章 电解工段2.1金属阳极电解工段2
11、.1.1工艺原理 把化盐工段用泵输送来的符合质量要求的精盐水,经高位槽稳压及预热器预热后送入电解槽,同时输入由变电工段送来的直流电进行电化学反应。根据操作规程和工艺条件,确保电解槽正常安全运转。电解过程中产生的氯气与氢气分别导入各自的总管,汇集送氯、氢处理工序，进一步处理加工。生成约含氢氧化钠11的电解液流入总管汇集电解液贮槽,经碱泵送蒸发工段进行蒸发浓缩。反应方程式如下2.1.2主要工艺指标单槽氯中含氢量 10氯气总管中含氢量 O4单槽氯中含氧量30氯气总管中含氧量 3电解液总管浓度 1305gL 单槽电解液浓度 90140gL氧气总管氢纯度98电解槽槽温 80105氯气总管压力 050Pa
12、氢气总管压力 050Pa对地电压偏差(总电压) 10电解槽阳极电流效率 902.1.3工艺流程图211为金属阳极电解流程图。电化盐工段送来含氯化钠315gL以上、质量合格的精制盐水送至盐水高位槽1,高位槽内盐水液面维持恒定，以保持一定的静压力。经一段盐水预热器2内与来自电解槽出口的湿热氢气(氢气总管温度约85)进行热交换，温度可提高810，然后再进入二段盐水预热器,用蒸汽进一步补充加热盐水，加热到盐水温度在6080间，再经盐水总管、支管连续均衡地分别送入各台电解槽5进行电解。电解生成的氯气从电解槽盖顶部支管导入氯气总管，送到氯气处理工段.氢气从电解槽阴极箱上部支管经断电器断电后汇集入氢气总管，
13、经一段盐水预热器预热盐水降温后送氢气处理工段。生成的含氢氧化钠11的电解液经碱液断电器断电后从电解槽下侧流出导入电解液总管，汇集于电解液贮槽6中，再经泵7输送到蒸发工段进行蒸发浓缩。2.1.4主要设备及作用 金属阳极电解槽是隔膜电解槽的两大类型之一，其结构如图212。隔膜电解槽是隔膜法电解食盐溶液制取氯气、氢气、烧碱的主要设备。是我国发展比较成熟的一种技术。隔膜电解槽示意图如图213。电解槽主要由槽盖、阴极箱、阳极组合件三大部分组成。 金属阳极电解槽的槽盖多数采用钢板焊接制成，内衬橡胶防腐蚀层。在槽盖的顶部有氯气出口孔，侧面有盐水注入口，槽盖前侧面装有液面计便于掌握电解槽内盐水液位高低。槽盖上还装有氯气压力表和取样孔。 阴极箱是由阴极铁丝网袋钢板外壳和阴极导电钢板组合成一个完整的阴极导电系统。在阴极箱的外壳下端有电解液导出管，上方有氢气出口管。金属阳极电解槽阳极组合件是由钛-钢-铜三板叠合组成，上层2mm钛板作为防腐 蚀层，中层20mm钢板作支撑层,下层
