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1、 学 号：Xingtai Polytechnic College课程设计题目：氯碱化盐工艺设计（8万吨）学生姓名：* 专业班级：* 院 系：*系指导教师：* *年*月*日30邢台职业技术学院课程设计（论文）引言 目录目录2摘要41 引言51.1氯碱工业发展简史51.2 氯碱工业的特点51.2.1能源消耗大61.2.2氯与碱的平衡61.2.3腐蚀和污染62.化盐工段生产流程简述72.1 原盐的性质及组成72.1.1原盐的性质72.1.2原盐的品种及组成72.1.3 选择原盐的主要标准72.2 盐水的精制82.2.1盐水精制原理82.2.2盐水精制过程82.3粗盐水的精制9表一混盐水质量指标92.
2、4混盐水的澄清和过滤9表二精盐水质量指标102.5盐泥的洗涤103工艺流程说明113.1工艺参数113.1.1主要原辅材料的性质、标准及消耗定额113.2工艺流程简图124 物料与能量计算134.1 物料衡算134.1.1原料及产品成份：13表三成分含量13表四回收盐水组成14表五精盐水组成144.1.2 物料衡算154.2 蒸汽消耗量175 主要设备选型205.1 溶盐设备205.1.1化盐桶的内部结构205.1.2 操作流程205.1.3 化盐桶主要尺寸的确定215.2 澄清设备225.2.1设备原理225.2.2 设备结构225.2.3道尔型澄清桶主要尺寸的确定235.3 过滤设备255
3、.3.1主要尺寸的确定25表六粒度与高度关系276.结 论287.致 谢298.参 考 文 献30摘要电解联产的烧碱、氯气，在国民经济的所有部门均很需要，除应用与化学工业本身外，有轻工业、纺织、石油化工、有色金属冶炼和公用事业等方面均有很大用途，作为基本化工原料的“三酸两碱”中盐酸烧碱就占了其中两种，而且氯气和氢气还可进一步加工成许多化工产品：烧碱工业的特点除原料易得、生产流程短外，主要还有三个突出问题：能量消耗大；氯与碱的平衡；腐蚀和污染。关键字：工艺设计 工艺计算 设备及选型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占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色
4、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
5、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70.4万吨，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%；
6、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。1.2.1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
7、的电耗和蒸汽消耗，始终是氯碱生产企业的一项核心工作。1.2.2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。1.2.3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
8、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： 邢台职业技术学院课程设计（论文） 2.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。2.1 原盐的性质及组成2.1.1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-5.28千卡/摩尔。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、
9、贮存及使用会带来一定困难。2.1.2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。2.1.3 选择原盐的主要标准（1）氯化钠含量要高，一般要求大于90%；（2）化学杂质要少。Ca2+、Mg2+总量要小于1%，SO42-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
10、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。2.2 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。2.2.1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
11、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： MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3
12、NaClC 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。2.2.2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
13、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。2.3粗盐水的精制从反应桶中出来含有碳酸钙、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
14、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，制得的混盐水应符合如下质量指标：表一混盐水质量指标氯化钠含量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50602.4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：表二精盐水质量指标氯化钠含量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/LPH值10.5112.5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
