化工畢業(yè)設(shè)計(jì)離子膜法制燒堿課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1氯堿工業(yè)及其重要性1</p><p>　　1.1.1氯堿工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.2氯堿工業(yè)的特點(diǎn)2</p><p>　　1.1.

2、3氯堿工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位3</p><p>　　1.1.4國(guó)內(nèi)氯堿的現(xiàn)狀和發(fā)展4</p><p>　　1.2燒堿的生產(chǎn)6</p><p>　　1.2.1隔膜法制堿及水銀法制堿6</p><p>　　1.2.2離子交換膜電解及其特點(diǎn)6</p><p>　　1.2.3制固體燒堿8</p>&l

3、t;p>　　2 工藝說明11</p><p><b>　　2.1概述11</b></p><p>　　2.2生產(chǎn)原理11</p><p>　　2.2.1離子膜燒堿片堿工段概述11</p><p>　　2.2.2下降的沸騰傳熱過程11</p><p>　　2.3工藝流程及其簡(jiǎn)述1

4、3</p><p>　　2.4除水及附屬設(shè)備說明13</p><p>　　2.4.1預(yù)濃縮13</p><p>　　2.4.2最終濃縮器13</p><p>　　2.4.3其它控制回路14</p><p>　　2.4.4 EV—1、 EV—2旁路14</p><p>　　2.4.5主體

5、設(shè)備及其用材14</p><p>　　2.4.6燒堿管路14</p><p>　　2.4.7分配裝置D—114</p><p>　　2.4.8熔鹽堿管15</p><p>　　2.4.9制片堿15</p><p>　　2.4.10抽氣系統(tǒng)15</p><p>　　2.5主要設(shè)備的選定

6、說明15</p><p>　　2.5.1 蒸發(fā)器15</p><p>　　2.5.2 濃縮器15</p><p>　　2.5.3片堿機(jī)15</p><p>　　2.5.4 熔鹽爐15</p><p>　　2.6生產(chǎn)能力計(jì)算16</p><p>　　2.6.1以100%NaOH為基準(zhǔn)的

7、生產(chǎn)能力16</p><p>　　2.6.2原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格16</p><p>　　2.6.3片堿規(guī)格16</p><p>　　2.6.4原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量16</p><p>　　2.6.5加熱鹽—HTS17</p><p>　　2.6.6進(jìn)料溶液規(guī)格17</p><

8、;p>　　2.6.7蒸汽17</p><p>　　2.6.8天然氣17</p><p>　　3 蒸發(fā)工段計(jì)算過程18</p><p>　　3.1試差計(jì)算18</p><p>　　3.1.1工藝簡(jiǎn)圖18</p><p>　　3.1.2總的蒸發(fā)量18</p><p>　　3.1.

9、3估算各效溶液的沸點(diǎn)和有效溫差19</p><p>　　3.1.4由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失20</p><p>　　3.1.5由流動(dòng)阻力引起的溫度差損失20</p><p>　　3.1.6各效料液的溫度損失和有效溫度差20</p><p>　　3.1.7各效燒堿溶液的溫度21</p><p>　　3.1

10、.8各效的能量衡算21</p><p>　　3.2迭代計(jì)算23</p><p>　　3.2.1迭代流程圖23</p><p>　　3.2.2迭帶計(jì)算最終結(jié)果23</p><p>　　3.2.3各效加熱流體的溫度25</p><p>　　3.3蒸發(fā)面積的計(jì)算26</p><p>　　3

11、.3.1各效總傳熱系數(shù)的假定26</p><p>　　3.3.2各效蒸發(fā)面積的計(jì)算26</p><p>　　3.4物料衡算和能量衡算27</p><p>　　3.4.1物料衡算27</p><p>　　3.4.2能量衡算27</p><p>　　4 片堿工段主體設(shè)備設(shè)計(jì)29</p><p

12、>　　4.1各效蒸汽的體積流量29</p><p>　　4.2各效加熱蒸氣上升速度29</p><p>　　4.3液膜厚度的確定30</p><p>　　4.4蒸汽接管30</p><p>　　4.5冷凝水出口接管31</p><p>　　4.6料液進(jìn)出管口的確定31</p><p

13、>　　4.7封頭及法蘭的選用33</p><p>　　4.8 U形膨脹節(jié)33</p><p>　　4.9管板的設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.10支座的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.11蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.12折流板的設(shè)計(jì)選用36</p><p>

14、;　　4.12.1折流板的布置36</p><p>　　4.12.2折流板的選用37</p><p>　　4.13防沖板的位置和尺寸37</p><p>　　4.14液體分布器37</p><p>　　4.15除沫器38</p><p>　　4.16 分離室的高度H38</p><p&g

15、t;　　4.17三效主體設(shè)備設(shè)計(jì)38</p><p>　　4.17.1總的燃燒熱39</p><p>　　4.17.2 HTS物性確定39</p><p>　　4.18設(shè)備一覽表41</p><p>　　5 設(shè) 計(jì) 評(píng) 述42</p><p>　　6 參考文獻(xiàn)43</p><p>

16、;　　7 致 謝45</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1氯堿工業(yè)及其重要性</p><p>　　1.1.1氯堿工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)介</p><p>　　工業(yè)上用電解飽和NaCl溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)。氯堿工業(yè)是基本無機(jī)

17、化工之一。主要產(chǎn)品是氯氣和燒堿（氫氧化鈉），在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中占有重要地位。隨著紡織、造紙、冶金、有機(jī)、無機(jī)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，特別是石油化工的興起，氯堿工業(yè)發(fā)展迅速。氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，還廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)以及公用事業(yè)。</p><p>　　生產(chǎn)燒堿和氯氣有著悠久的歷史，早在中世紀(jì)就發(fā)現(xiàn)了存在于鹽湖中的純堿，以純堿和石灰為原料制取NaO

18、H的方法即苛化法：</p><p>　　因?yàn)榭粱^程需要加熱，因此就將NaOH稱為燒堿，以別于天然堿。直到19世紀(jì)末，世界上一直以苛化法生產(chǎn)燒堿[1]。</p><p>　　采用電解法制燒堿始于1890年，隔膜法和水銀法幾乎差不多同時(shí)發(fā)明。電解食鹽水溶液同時(shí)制取氯和燒堿的方法（稱電解法），在19世紀(jì)初已經(jīng)提出，但直到19世紀(jì)末，大功率直流發(fā)電機(jī)研制成功，才使該法得以工業(yè)化。第一個(gè)制氯的工廠

19、于1890年在德國(guó)建成，1893年在美國(guó)紐約建成第一個(gè)電解食鹽水制取氯和氫氧化鈉的工廠。第一次世界大戰(zhàn)前后，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，氯不僅用于漂白、殺菌，還用于生產(chǎn)各種有機(jī)、無機(jī)化學(xué)品以及軍事化學(xué)品等。20世紀(jì)40年代以后，石油化工興起，氯氣需要量激增，以電解食鹽水溶液為基礎(chǔ)的氯堿工業(yè)開始形成并迅速發(fā)展。50年代后，苛化法只在電源不足之處生產(chǎn)燒堿。氯堿生產(chǎn)用電量大，降低能耗始終是電解法的核心問題。因此，提高電流效率，降低槽電壓和提高大功率整

20、流器效率，降低堿液蒸發(fā)能耗，以及防止環(huán)境污染等，一直是氯堿工業(yè)的努力方向。</p><p>　　隔膜法于1890年在德國(guó)首先出現(xiàn)，為了連續(xù)有效地將電解槽中的陰、陽極產(chǎn)物隔開，1890年德國(guó)使用了水泥微孔隔膜來隔開陽極、陰極產(chǎn)物，這種方法稱隔膜電解法。以后，改用石棉濾過性隔膜，以減少陰極室氫氧離子向陽極室的擴(kuò)散。這不僅適用于連續(xù)生產(chǎn)，而且可以在高電流效率下，制取較高濃度的堿液。1892年美國(guó)人H.Y.卡斯特納和奧地

21、利人C.克爾納同時(shí)提出了水銀電解法，其特點(diǎn)是采用汞陰極，使陰極的最終產(chǎn)物氫氧化鈉和氫氣，不直接在電解槽而在解汞槽中生成，以隔離兩極的電解產(chǎn)物。這種方法所制取的堿液純度高、濃度大。1897年英國(guó)和美國(guó)同年建成水銀電解法制氯堿的工廠。20世紀(jì)以來，水銀法工廠大部分沿用水平式長(zhǎng)方形電解槽，解汞槽則由水平式改為直立式，目的在于提高電解槽的電流效率和生產(chǎn)能力。隔膜法電解槽結(jié)構(gòu)也不斷改進(jìn)，如電極由水平式改為直立式，其中隔膜直接吸附在陰極網(wǎng)表面，以降

22、低槽電壓和提高生產(chǎn)強(qiáng)度。立式吸附隔膜電解槽代表了20世紀(jì)60年代隔膜法的先進(jìn)水平。第一臺(tái)水銀法電解槽是在1892年取得專利。這不僅適用于連續(xù)生產(chǎn)，而且可以在高電流效率下，制取較高濃度的堿液。食鹽電解工業(yè)發(fā)展中的困難，首先是如何將陽極產(chǎn)生的氯</p><p>　　隔膜法制得的堿液，濃度較低，而且含有氯化鈉，需要進(jìn)行蒸發(fā)濃縮和脫鹽等后加工處理。水銀法雖可得高純度的濃堿，但有汞害。因之離子膜電解法（簡(jiǎn)稱離子膜法）應(yīng)運(yùn)而

23、生。而在20世紀(jì)50年代和60年代早期，一些著名的公司對(duì)離子膜電解這項(xiàng)嶄新的技術(shù)著手研究，終究未能或得具有實(shí)用性的成果。直到1966年美國(guó)Du PonT公司開發(fā)了化學(xué)性穩(wěn)定的，用語宇宙燃料電池的全氟磺酸陽離子交換膜，即Nafion膜。為離子膜法電解食鹽水溶液的工藝的工業(yè)化鋪平了道路。1970年開發(fā)出帶有增強(qiáng)網(wǎng)的離子膜，1978年離子膜技術(shù)在全球氯堿生產(chǎn)技術(shù)中占1％，1980年在美國(guó)建立了離子膜生產(chǎn)廠，1975年日本旭化成公司成功地在延岡

24、工廠用Nation 315膜生產(chǎn)燒堿．第一次實(shí)現(xiàn)了離子膜法燒堿的工業(yè)生產(chǎn)。針對(duì)電壓和強(qiáng)度的相互矛盾關(guān)系，杜邦公司于2004年前后研制NX-2020膜折衷了N-966和N-982的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度高、電壓低，比較適合目前氯堿生產(chǎn)的需求。而另一生產(chǎn)商日本旭化成公司在1976年用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜，接著又開發(fā)了羧酸-磺酸復(fù)合膜。在1993年開發(fā)了當(dāng)時(shí)世界上性能最佳的ACI-PLEX-F4202離子</p><p

25、>　　1.1.2氯堿工業(yè)的特點(diǎn)</p><p>　　氯堿工業(yè)的特點(diǎn)除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要還有三個(gè)突出問題:</p><p>　?。?）．能源消耗大 </p><p>　　氯堿生產(chǎn)的耗電量?jī)H次于電解法生產(chǎn)鋁．按照目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水平，每生產(chǎn)1噸100％燒堿

26、需耗電2580度，耗汽5噸，總能耗折標(biāo)準(zhǔn)煤為1.815噸。1988年我國(guó)氯堿工業(yè)用電量占全國(guó)總發(fā)電量的1.5％。因此，電力供應(yīng)情況和電價(jià)對(duì)氯堿產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響很大。重視選用先進(jìn)工藝，提高電解槽的電、能效率和堿液蒸發(fā)熱能的利用率，以降低燒減的電耗和蒸汽消耗，始終是氯減生產(chǎn)企業(yè)的一項(xiàng)核心工作[3]。</p><p>　?。?）．氯與堿的平衡 </p><p>　　電解食鹽水溶液時(shí)，按固定質(zhì)量

27、比例(1:0.85)同時(shí)產(chǎn)出燒堿和氯氣兩種產(chǎn)品。在一個(gè)國(guó)家和地區(qū)，對(duì)燒堿和氯氣的需求量不一定符合這一比例。因此就出現(xiàn)了燒堿和氯氣的供需平衡問題。氯與堿的平衡是氯堿工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，在20世紀(jì)80 年代，是以堿定氯，通常把氯氣作為生產(chǎn)燒堿的副產(chǎn)品；而到了20 世紀(jì)90年代，由于氯產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，氯堿工業(yè)逐步發(fā)展為以氯定堿，燒堿逐漸被一些業(yè)內(nèi)人士稱為副產(chǎn)品了。近十幾年來由于我國(guó)氯堿工業(yè)的盲目擴(kuò)建，使燒堿產(chǎn)能增長(zhǎng)過快，而下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯

28、后，氯與堿的需求不平衡問題越來越突顯。在一定情況下，發(fā)展中國(guó)家在工業(yè)發(fā)展初期用氯量較少。由于氯氣不宜長(zhǎng)途運(yùn)輸，所以總是以氯氣的需要量來決定燒堿的產(chǎn)量，因此往往會(huì)出現(xiàn)燒減短缺現(xiàn)象。在石油化工和基本有機(jī)原料發(fā)展較快的國(guó)家和地 區(qū)，氯的用量就較大，因此就出現(xiàn)燒堿過剩?？傊疅龎A和氯氣的平衡始終是氯堿工業(yè)發(fā)展中的一個(gè)恒定的矛盾[4]。</p><p>　?。?）．腐蝕和污染 </p><p>　　

29、氯堿產(chǎn)品如燒堿、鹽酸等均具有強(qiáng)腐蝕性，在生產(chǎn)過程中使用的原材料如石棉、汞和所產(chǎn)生的含氯廢氣都可能對(duì)環(huán)境造成污染，因此防止腐蝕和三廢處理也一直是氯堿工業(yè)的努力方向[5]。</p><p>　　選擇正確的防腐材料,選擇有資格,有經(jīng)驗(yàn)的施工單位,不但可以確保良好的施工質(zhì)量,起到應(yīng)有的防腐效果,從而大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,為企業(yè)降低生產(chǎn)成本和維修費(fèi)用,創(chuàng)造更大的利潤(rùn).這也是防腐專業(yè)人員的價(jià)值所在[6]。</p>

30、;<p>　　1.1.3氯堿工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位</p><p>　　食鹽電解聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣和氫氣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有部門均很需要，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，在輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本化工原料的“三酸二堿”中，鹽酸、燒堿就占其中兩種，而且氯氣和氫氣還可進(jìn)一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域[7]。<

31、/p><p>　　燒堿是基本化工原料之一，它的主要用途最早從制造肥皂開始，后來逐漸用于造紙、紡織、印染等工業(yè)。六十年代后，隨著石油化工的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)大了燒堿的用途。因此，燒堿在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。</p><p>　　燒堿在棉纖維的紡織、印染中，主要用作棉布的退漿劑、煮煉劑和絲光劑。在生產(chǎn)：粕波纖維時(shí)，需用燒堿處理含纖維素的原料，將其中的半纖維索、本質(zhì)素除去。每生產(chǎn)1噸粘膠纖維需要高純燒

32、堿1噸左右。生產(chǎn)1噸肥皂約需要燒堿180kg，1噸合成洗滌劑則需要燒堿150公斤左右。在制皂工業(yè)中，燒堿是制造肥皂、合成洗滌劑的原料。在造紙工業(yè)上，燒減的用量亦很大，在我國(guó)約占全年產(chǎn)量的三分之一左右。</p><p>　　1.1.4國(guó)內(nèi)氯堿的現(xiàn)狀和發(fā)展</p><p>　　中國(guó)氯堿工業(yè)始于20世紀(jì)20年代末。1949年前，燒堿平均年產(chǎn)量?jī)H15kt，氯產(chǎn)品僅鹽酸、漂白粉、液氯等少數(shù)品種。19

33、49年后，在提高設(shè)備生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，對(duì)電解技術(shù)和配套設(shè)備進(jìn)行了一系列改進(jìn)。50年代初，建成第一套水銀電解槽，開始生產(chǎn)高純度燒堿。不久，又研制成功立式吸附隔膜電解槽，并在全國(guó)推廣應(yīng)用。50年代后期，新建長(zhǎng)壽、株洲、北京、葛店等十多個(gè)氯堿企業(yè)及其他小型氯堿廠，到60年代全國(guó)氯堿企業(yè)增至44個(gè)。70年代初，氯堿工業(yè)中陽極材料進(jìn)行了重大革新，開始在隔膜槽和水銀槽中用金屬陽極取代石墨陽極。80年代初，建成年產(chǎn)100kt燒堿的47－Ⅱ型金屬陽極隔

34、膜電解槽系列及其配套設(shè)備。至此，全國(guó)金屬陽極電解槽年生產(chǎn)能力達(dá)800kt堿，約占生產(chǎn)總量的1/3。在此期間，氯堿工業(yè)中的整流設(shè)備、堿液蒸發(fā)，以及氯氣加工、三廢處理等工藝也都先后進(jìn)行了改革。1983年燒堿產(chǎn)量為2123kt，僅次于美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、日本、蘇聯(lián)。氯堿工業(yè)，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。然而近年來，由于市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，我國(guó)各氯堿企業(yè)為了提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛擴(kuò)大燒堿裝置規(guī)模，從1999年開始，掀起了一輪燒堿擴(kuò)建高潮，到20

35、0</p><p>　　隨著離子膜法新裝置的建成，造成嚴(yán)重環(huán)境污染的水銀法已停止生產(chǎn)，苛化法的產(chǎn)量也相當(dāng)少，我國(guó)目前燒堿的主要生產(chǎn)方法是隔膜法和離子膜法。</p><p>　　我國(guó)氯堿產(chǎn)業(yè)目前正處于成長(zhǎng)期向成熟期過渡的階段，其主要特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)速度將有所減慢，技術(shù)趨于成熟，產(chǎn)品差異化程度較低，行業(yè)進(jìn)入門檻降低,電力、煤炭、制鹽、塑料加工等行業(yè)的企業(yè)開始大量介入。今后幾年，國(guó)內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)

36、競(jìng)爭(zhēng)將進(jìn)一步加劇,成本競(jìng)爭(zhēng)將成為最主要的競(jìng)爭(zhēng)方式。</p><p>　　我國(guó)氯堿產(chǎn)業(yè)通過這一輪高速發(fā)展,形成了較為雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),呈現(xiàn)出向大規(guī)模、集約化方向發(fā)年,全國(guó)燒堿企業(yè)平均產(chǎn)能約七萬展的趨勢(shì)。2005噸,預(yù)計(jì)到 2010年將達(dá) 10萬噸以上,重點(diǎn)企業(yè)燒堿產(chǎn)能將向 20萬～30萬噸發(fā)展。</p><p>　　氯堿產(chǎn)業(yè)是基本化工原材料產(chǎn)業(yè)，其主要產(chǎn)品燒堿、氯氣和氫氣,廣泛應(yīng)用于輕工、化工

37、、紡織、建材、國(guó)防、冶金等各個(gè)領(lǐng)域。目前發(fā)達(dá)國(guó)家氯堿產(chǎn)品人均消費(fèi)量約25～30kg/a ，而我國(guó)僅為4.0～5.0kg/a因此氯堿產(chǎn)業(yè)在我國(guó)仍將有很大的發(fā)展?jié)摿Α５矐?yīng)看到，目前國(guó)內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在一定程度的過熱和無序，今后一段時(shí)期將可能出現(xiàn)較為激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面。</p><p>　　今后，原料和能源供應(yīng)仍將成為影響我國(guó)氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。原鹽將從供應(yīng)充裕轉(zhuǎn)為供應(yīng)相對(duì)不足，鹵水和進(jìn)口鹽使用量將顯著增加，鹽堿聯(lián)

38、合將成為發(fā)展趨勢(shì)；乙烯供應(yīng)仍將成為制約我國(guó) PVC發(fā)展的主要因素之一；電石將成為比乙烯更為重要的氯堿原料，在山西、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西等西部地區(qū)，由于有豐富的煤炭、石灰石資源，且能源供應(yīng)價(jià)格便宜，電石法PVC和燒堿項(xiàng)目將有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　氯堿產(chǎn)業(yè)屬高耗能產(chǎn)業(yè)，電力成本占總成本的百分之六十左右。近幾年，我國(guó)大范圍的電力緊張和電價(jià)上漲，直接影響了氯堿產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。采用熱電聯(lián)產(chǎn)可充分利用能源，大大

39、降低氯堿產(chǎn)品生產(chǎn)成本。此外，氯堿企業(yè)與電力企業(yè)建立戰(zhàn)略聯(lián)盟,實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直供電，也可有效降低氯堿生產(chǎn)成本。今后，以熱電聯(lián)產(chǎn)和直供電為主要方式的電-堿聯(lián)合將成為氯堿產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　未來我國(guó)氯堿行業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局應(yīng)當(dāng)是以區(qū)域性、功能型企業(yè)集團(tuán)為主體的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，屆時(shí)兩種類型的企業(yè)在市場(chǎng)上將具有競(jìng)爭(zhēng)力。一種類型是同時(shí)擁有生產(chǎn)原料優(yōu)勢(shì)、生產(chǎn)成本優(yōu)勢(shì)的企業(yè)，發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)鏈一體化的大型生產(chǎn)型氯堿企業(yè)；

40、另一種類型是處于具有特殊資源地區(qū)的企業(yè)，如貼近最大的消費(fèi)市場(chǎng),或緊靠大型港口，以發(fā)展服務(wù)型業(yè)務(wù)為主，掌握一定的國(guó)際國(guó)內(nèi)流通市場(chǎng)的話語權(quán)。</p><p>　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，隨著電力、鹽業(yè)體制改革深入，我國(guó)氯堿產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐步顯現(xiàn)出來。同時(shí),國(guó)內(nèi)氯堿企業(yè)將更多地關(guān)注上游產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化配置資源，上下游一體化，形成合理的產(chǎn)業(yè)鏈,提高核心競(jìng)爭(zhēng)力。堿電聯(lián)合、堿鹽聯(lián)合將成為發(fā)展趨勢(shì)，有條件的企業(yè)甚至可以采取煤、鹽-電-堿-塑料

41、加工及建材的大聯(lián)合模式[8]。</p><p>　　發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源利用率，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑。其基本特征就是低消耗，低排放，高效率，是對(duì)大量生產(chǎn)，大量消費(fèi)，大量廢棄的傳統(tǒng)增長(zhǎng)模式的根本變革。近年來，化工企業(yè)在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)切實(shí)走新型工業(yè)化道路,堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展，清潔發(fā)展，安全發(fā)展等方面發(fā)揮了核心作用。在生產(chǎn)中運(yùn)用減量，再利用，再循環(huán)的基本原則，成為實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿9]。</p

42、><p><b>　　1.2燒堿的生產(chǎn)</b></p><p>　　1.2.1隔膜法制堿及水銀法制堿</p><p>　　隔膜法制堿可分為普通隔膜和改性隔膜。普通隔膜存在隔膜厚、隔膜電阻高、運(yùn)行壽命短、易溶脹、易出現(xiàn)氯中氫含量高、抗運(yùn)行條件變化能力差、安全性能差等缺點(diǎn)；改性隔膜因添加了改性劑，其性能得到很大改善。常用改性劑有乳液和纖維等品種。目前國(guó)

43、內(nèi)使用的改性隔膜大部分是聚四氟乙烯乳液法改性隔膜。隔膜法的特點(diǎn)是用多孔滲透性的隔膜把陽極室和陰極室隔開，隔膜能阻止氣體通過，這就阻止了陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物混合，但能讓水和離子通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生氫氣和陽極產(chǎn)生的氯氣相混合而引起爆炸，又能避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，而影響燒堿的質(zhì)量。隔膜法的缺點(diǎn)在于投資和能耗較高，產(chǎn)品燒堿中會(huì)含有食鹽。</p><p>　　水銀法所用的電解槽由電解室和解汞室組成。它的特

44、點(diǎn)是以汞為陰極，Na+得到電子生成液態(tài)的鈉和汞的合金，在解汞室中，這種合金與水作用生成氫氧化鈉和氫氣，析出的汞又送回電解室循環(huán)使用。水銀法制堿的特點(diǎn)是堿液濃度高，質(zhì)量好，成本低，因此獲得廣泛應(yīng)用，但這種方法最大的缺點(diǎn)是釀成汞對(duì)環(huán)境的污染。因此，此法已逐漸減少使用。隔膜法和水銀法電解所用陽極以前一直采用石墨，它的缺點(diǎn)是消耗快，耗電多。1965年，發(fā)明了在鈦表面涂鈦、釕等氧化物涂層的金屬陽極，這種金屬陽極降低了電耗，而且電流密度可成倍增長(zhǎng)，

45、使電解產(chǎn)量大幅度增加。</p><p>　　1.2.2離子交換膜電解及其特點(diǎn)</p><p>　　離子交換膜法是新開發(fā)出的方法，這種方法用有選擇性的離子交換膜將陽極室和陰極室隔開，能夠得到高純度的燒堿溶液。離子膜法在電能消耗、建設(shè)費(fèi)用、產(chǎn)品質(zhì)量和解決環(huán)境污染方面都比隔膜法和水銀法優(yōu)越，被公認(rèn)是現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。近幾年來，國(guó)內(nèi)氯堿企業(yè)普遍進(jìn)行了以離子膜燒堿為中心的技術(shù)改造，電氣部門配合

46、電解新工藝重新布局，引入了一系列的新技術(shù)新設(shè)備，從而提高了整流裝置的技術(shù)檔次和電氣綜合自動(dòng)化水平。但在整流裝置的設(shè)計(jì)中也存在一些問題[11]。電解工序綜合能耗約占燒堿總能耗的53. 2%,電耗約占燒堿電耗的90%[12]。因此先進(jìn)的電解節(jié)能技術(shù)就顯得猶為的重要。</p><p><b>　?。?）．基本原理</b></p><p>　　離子交換膜(IEM或IM)是對(duì)溶

47、液中離子有選擇性透過的高分子材料膜。氯堿電解槽選用的是陽離子交換膜，它能使陽離子(Na+)通過，而排斥帶負(fù)電的陰離子(Cl¯)。離子交換膜電解與普通隔膜電解的比較示于圖1-1。Cl¯不能透過離子交換膜,陰極室得到的是不含NaCl、高純度的燒堿溶液[13]。</p><p>　　目前工業(yè)采用的離子交換膜有全氟磺酸型和全氟羧酸型陽離子交換樹脂。對(duì)離子交換膜的工藝要求是：化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠耐C12、

48、ClO¯和酸堿腐蝕；機(jī)械穩(wěn)定性好，保持尺寸穩(wěn)定和膜面平整陽離子選擇透過性好，能透過Na¯和H3O＋，阻止Cl¯進(jìn)入陰極室，對(duì)OH¯進(jìn)入陽極室也起一定阻止作用；膜電阻低[14]。</p><p><b>　　H2</b></p><p>　　圖1-1 離子膜電解示意圖</p><p>　　（2）．離子膜電解

49、槽</p><p>　　工業(yè)化的離子膜電解槽是由多個(gè)單元組裝而成的[15]。根據(jù)單元的結(jié)構(gòu)不同，分為單極式和復(fù)極式(雙極式)。單極式是將陽極和陰極各自組成可拆卸的單元，如同板框壓濾機(jī)中板和框一樣，將“陰極-框-膜-框-陽極-框”順序組裝而成離子膜電解槽，各單元可用并聯(lián)或串聯(lián)組成一組電解槽。單極式電解槽各單元間要用導(dǎo)線聯(lián)接，耗用材料多，電阻大。復(fù)極式電解槽按“陰極-空間-廂板-空間-陽極”組成一個(gè)單元。組裝時(shí)除末端

50、用兩塊壓緊板外，將“單元-膜-單元-膜”順序組裝而成離子膜電解槽。復(fù)極式電解槽的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。</p><p><b>　　圖1-2 電解槽</b></p><p>　　離子膜電解槽中，陽極和陽極室材料是鈦或復(fù)鈦的鋼，陰極和陰極室用鋼，隔板用襯鈦鋼板。也有的用聚丙烯制造槽框[16]。各單元底部有液體(鹽水和純水)進(jìn)口管，項(xiàng)部有液體(淡鹽水和堿液)和氣體(氫和

51、氯)出口管。</p><p>　　在此介紹離子膜堿液及其蒸發(fā)的特點(diǎn)：</p><p>　　1.離子膜堿液的特點(diǎn)：</p><p>　　（1）.堿液濃度高，氫氧化鈉含量在29%～35%。</p><p>　　（2）.堿液中氯化鈉含量少，其含量在30～50mg/L。</p><p>　?。?）.堿液中氯酸鹽含量低。NaCl

52、O3含量在15～30mg/L。</p><p>　　2.離子膜堿液的蒸發(fā)特點(diǎn)</p><p>　　（1）.流程簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化設(shè)備，易于操作。</p><p>　?。?）.濃度高，蒸發(fā)水量少，蒸汽耗量低。</p><p>　　3.離子膜電解制堿的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）投資省。（2）出槽NaOH濃度高。（3）能耗低

53、。（4）氫氧化鈉質(zhì)量好。（5）氯氣純度高，氯中含氧、含氫低。（6）氫氣純度高。（7）無污染。</p><p><b>　?。?）生產(chǎn)成本低。</b></p><p>　　在隔膜法、水銀法和離子膜法這三種電解法中，離子膜法的能耗和建設(shè)投資是最少的；質(zhì)量方面，離子膜法制得的堿液、氫、氯的質(zhì)量?jī)?yōu)于隔膜法，接近或等于水銀法而不含汞；沒有汞、石棉污染等公害。是目前最好的方法[1

54、7]。正因?yàn)檫@些特點(diǎn)，離子膜電解制堿工藝有著極強(qiáng)的生命力，在我國(guó)的制堿行業(yè)之中發(fā)展及其迅速，得到了廣大生產(chǎn)商的歡迎。</p><p>　　1.2.3制固體燒堿</p><p><b>　?。?）．生產(chǎn)方法</b></p><p>　　液體燒堿在高溫下進(jìn)一步濃縮呈熔融狀，再經(jīng)冷卻，成型，制得不同形狀的固體燒堿，簡(jiǎn)稱固堿。</p>&

55、lt;p>　　生產(chǎn)固堿的原料——液堿?？刹捎没瘜W(xué)(苛化)法或電化學(xué)(隔膜電解，水銀電解及離子膜電解)法生產(chǎn)。液堿經(jīng)熬堿鍋間歇蒸煮或升(降)膜式蒸發(fā)器連續(xù)蒸發(fā)，脫掉大部分水分，高溫下濃縮呈熔融狀，熔融堿的氫氧化鈉含量一般大于95%(wt)，再經(jīng)冷卻、固態(tài)化成型，制成桶堿，片堿或粒堿等[25]。</p><p>　　固堿的生產(chǎn)主要有間歇法鍋式蒸煮和連續(xù)法膜式蒸發(fā)兩種方法。鍋式蒸煮固堿采用鑄鐵鍋直接火加熱，蒸煮液

56、堿，熬制固堿。這種生產(chǎn)方法工藝成熟可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，鑄鐵鍋的維修工作量不大，因此被普遍采用。其缺點(diǎn)是，工藝陳舊，間歇操作，生產(chǎn)能力低，設(shè)備笨重，占地面積大，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，熱利用率低，不便于機(jī)械化、自動(dòng)化。連續(xù)法膜式蒸發(fā)固堿，生產(chǎn)上采用薄膜蒸發(fā)原理，45％(wt)的堿液先在升膜蒸發(fā)器內(nèi)預(yù)濃縮，再經(jīng)降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮，制成熔融堿，再以桶堿或片堿、粒堿包裝即為固堿成品。膜式法蒸發(fā)工藝，給熱系數(shù)大，傳熱效率高，物料在傳熱導(dǎo)管內(nèi)蒸發(fā)速度伙，停

57、留時(shí)間短，堿液一次通過升膜、降膜管，即能達(dá)到要求的濃度。升、降膜蒸發(fā)器及加熱系統(tǒng)便于大型化、生產(chǎn)連續(xù)化、控制自動(dòng)化，故在世界上廣泛應(yīng)用[18][19]。</p><p>　　膜式法蒸發(fā)固堿的生產(chǎn)，是根據(jù)薄膜蒸發(fā)的原理，采用升、降膜蒸發(fā)器，將44％(wt)液堿濃縮為熔融堿，經(jīng)冷卻制得固堿。</p><p>　　片堿機(jī)是氯堿行業(yè)生產(chǎn)片狀燒堿的設(shè)備，設(shè)計(jì)和加工單位往往要根據(jù)生產(chǎn)廠家的要求和實(shí)際情

58、況進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)和加工。片堿機(jī)主要由滾筒機(jī)構(gòu),刀架機(jī)構(gòu),冷卻機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu),和卸料機(jī)構(gòu)組成 (見圖1-3) [26]。</p><p>　　圖1-3片堿機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　熔融堿自高位槽經(jīng)調(diào)節(jié)流量加入片堿機(jī)下部的弧形堿槽。采用膜式蒸發(fā)工藝生產(chǎn)的合格熔融堿，通過成品分離器的液封裝置自流進(jìn)入弧形堿槽。片堿機(jī)的冷卻滾筒表面開有燕尾槽，滾筒下部侵入弧形堿槽約20-25mm,弧形堿槽靠

59、提升裝置保持在所需的位置上或倒盡槽內(nèi)熔融堿，滾筒以1.5-3轉(zhuǎn)/分的速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。冷卻水由滾筒軸承一端進(jìn)入；從水管上的噴嘴噴出，噴淋冷卻滾筒的內(nèi)表面。用過的冷卻水從另一端引出。冷卻水的出管口與水噴射泵連接，形成一定的真空，是冷卻水能及時(shí)排出，保證充分利用冷卻滾筒的換熱面積。片堿的厚度通?？刂圃?.8-1.5mm,通過調(diào)整滾筒的轉(zhuǎn)速與滾筒侵入弧形堿槽的深度來調(diào)節(jié).隨著滾筒的旋轉(zhuǎn).滾筒的外表面冷卻凝結(jié)的堿層不斷地被刮刀鏟下，即為堿片由于片堿

60、冷卻效率低，出料溫度高，經(jīng)常燙壞塑料袋，使生產(chǎn)不能連續(xù)進(jìn)行。要對(duì)片堿系統(tǒng)進(jìn)行改造。降低出料溫度，使片堿生產(chǎn)順利進(jìn)行 [27]。</p><p>　?。?）固堿的主要用途</p><p>　　固堿與液堿都是基本化工原料，廣泛用于造紙、合成洗滌劑及肥皂、粘膠纖維、人造絲及棉織品等輕紡工業(yè)方面，農(nóng)藥、染料、橡膠和化肥等化學(xué)工業(yè)方面，石油鉆探，精煉石油油脂和提煉焦油產(chǎn)物的石油工業(yè)，以及國(guó)防工業(yè)、機(jī)

61、械工業(yè)、木材加工、冶金工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及城市建設(shè)等方面。但對(duì)某些產(chǎn)品的生產(chǎn)如：乙炔氣體干燥、苯酚和賽珞璐等，必須使用固堿。</p><p><b>　　2 工藝說明</b></p><p><b>　　2.1概述</b></p><p>　　眾所周知，隔膜法所生產(chǎn)的50%液堿含鹽高于1%,不適用于化學(xué)纖維等工業(yè)。故長(zhǎng)期以來

62、高純氫氧化鈉完全由水銀法獲得，堿液含鹽量小于50mg/L。但是水銀法具有高能耗和高污染性，離子膜法電解制堿能完全避免這些問題。經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的研究發(fā)展，盡管離子膜法燒堿在技術(shù)上還存在一些難題，但是它具有節(jié)能，產(chǎn)品質(zhì)量高，低能耗，低污染，流程簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)化以及很強(qiáng)的可操作性贏得各大燒堿廠商的青睞。 </p><p>　　在離子膜法生產(chǎn)燒堿的領(lǐng)域又以降膜蒸發(fā)最具優(yōu)越性。本次設(shè)計(jì)采用降膜雙效逆流蒸發(fā)，該流程具有能力大、

63、強(qiáng)度高、工藝操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。</p><p><b>　　2.2生產(chǎn)原理</b></p><p>　　2.2.1離子膜燒堿片堿工段概述</p><p>　　膜式方法生產(chǎn)片狀固體燒堿是使燒堿溶液與加熱源的傳熱發(fā)熱過程在薄膜傳熱狀態(tài)下進(jìn)行。這種過程可在升膜或降膜情況下進(jìn)行，一般采用熔鹽進(jìn)行加熱。</p><p>　　膜式方法

64、生產(chǎn)燒堿可以分為兩個(gè)階段</p><p>　?。?）燒堿溶液從30%濃度濃縮至56%，這個(gè)階段可以在降膜蒸發(fā)器中進(jìn)行。加熱源采取中生蒸汽或二次蒸汽在真空下進(jìn)行蒸發(fā)；</p><p>　?。?）56%燒堿溶液再通過上升膜或下降膜濃縮器，以熔鹽為加熱載體，在常壓下將燒堿濃縮成熔鹽燒堿。</p><p>　　2.2.2下降的沸騰傳熱過程</p><p&

65、gt;　　當(dāng)液體進(jìn)入降膜蒸發(fā)器中垂直的加熱管道內(nèi)，液體被管外的加熱源（蒸發(fā)或者熱載體）所加熱。而達(dá)到沸騰。在沸騰的流體中，液體和蒸汽是二相混合流動(dòng)的，故他是二相流動(dòng)的給熱的過程。對(duì)于該過程，凡是影響單相對(duì)流給熱的各種因數(shù)如液體的黏度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、體積膨脹系數(shù)和加熱面的集合形狀都對(duì)二相流動(dòng)有影響。由于液體沸騰產(chǎn)生的相變時(shí)要吸收大量的熱，故它的給熱系數(shù)要比單相對(duì)流大很多。另外，其他如加熱面的材質(zhì)、液體的表面張力、蒸發(fā)壓力、蒸汽密

66、度等都對(duì)傳熱起重要的作用。同時(shí)，由于降膜蒸發(fā)在傳熱過程中，在管子的加熱面要產(chǎn)生氣泡，因此，在傳熱過程中，任何氣泡的生成、長(zhǎng)大和分離有關(guān)的因數(shù)，都和降膜的沸騰傳熱有著密切的關(guān)系。</p><p>　　在降膜蒸發(fā)的過程中，當(dāng)液體的加熱面上有足夠的加熱流強(qiáng)度或壁面溫度超過液體的溫度一定時(shí)，在液體和加熱面之間會(huì)產(chǎn)生一層極薄的液層（滯流熱界面層），從而形成溫度差。此極薄的液層受熱發(fā)生相變，吸收潛熱而蒸發(fā)，這樣，管內(nèi)液體不必

67、去底部達(dá)到飽和溫度，就能在加熱面上產(chǎn)生氣泡而沸騰。這時(shí)氣泡的過熱程度超過從膜內(nèi)傳熱的溫度，所以蒸發(fā)完全是在膜表面進(jìn)行的。這種沸騰叫表面沸騰或過冷沸騰。對(duì)于表面沸騰的蒸發(fā)應(yīng)具備以下二個(gè)要素：（1）液體必須過熱，即達(dá)到氣泡形成的過熱度；（2）有氣化核心、氣化核心的產(chǎn)生是由于加熱面上有細(xì)小凹坑形成的孔穴中所密封的氣體或蒸汽。</p><p>　　當(dāng)液體被加熱面加熱時(shí)，孔穴中液體氣化形成蒸汽泡。一定的過熱度對(duì)應(yīng)一定的直徑

68、，只有大于一定直徑的孔穴上才能產(chǎn)生氣泡。這個(gè)直徑稱為這個(gè)過熱的臨界直徑。隨著過熱度的增加，氣化核心所需要的臨界直徑變小、更大的孔穴上也能形成汽化核心，使沸騰變得更為劇烈。隨著辟面熱流強(qiáng)度的增加，過熱度加大，氣泡黏度、表面張力和慣性的作用變?nèi)酰瑲馀菅杆僭龃?，這時(shí)氣泡的傳熱因素起主要作用。長(zhǎng)大后的氣泡，受它周圍液體傳熱強(qiáng)度支配，加劇 了氣液界面上的蒸汽和傳熱程度。如果周圍液體達(dá)到了飽和溫度，這時(shí)的沸騰就轉(zhuǎn)為飽和核沸騰。</p>

69、<p>　　然而，在降膜蒸發(fā)過程中，由于形成二次蒸汽流速很高，將液體拉拽成一層薄膜，流動(dòng)速度很快，故環(huán)狀流中有一個(gè)高速的蒸汽中心和一個(gè)流體環(huán)，氣液界面上受到高速的蒸汽的干擾劇烈，使壁面的傳熱機(jī)理由泡狀流的飽和核沸騰給熱轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^液膜的強(qiáng)制對(duì)流給熱。這時(shí)，通常在液膜內(nèi)不再有氣泡產(chǎn)生，熱量主要是通過液膜的導(dǎo)熱和液膜表面的蒸發(fā)進(jìn)行傳熱，因此又稱為薄蒸發(fā)。</p><p>　　同時(shí)，在降膜蒸發(fā)過程中，要避免出

70、現(xiàn)壁面液膜的斷裂變趕現(xiàn)象。否則將使給熱系數(shù)大大降低，另一方面也要避免出現(xiàn)流量太大而致使液體過熱度不足，不能形成薄膜蒸發(fā)發(fā)現(xiàn)象，因此，控制好進(jìn)入蒸發(fā)器中液體的流量及加熱載體的溫度，在膜式蒸發(fā)中至關(guān)重要。</p><p>　　此外，在實(shí)際生產(chǎn)中，為了降低液體的沸點(diǎn)、提高溫度，加速二次蒸汽的溢出，常有降膜蒸發(fā)器在負(fù)壓下進(jìn)行。</p><p>　　工業(yè)上的蒸發(fā)過程是典型的傳熱過程。這個(gè)過程可由傳熱

71、方程式來表示：</p><p><b>　　Q=K×F×Δt</b></p><p>　　式中 Q——傳熱速率， kJ/h</p><p>　　F——傳熱面積， m²</p><p>　　Δt——傳熱系數(shù)， kJ/(m²×h×℃)</p><

72、;p>　　由傳熱基本方程式可知，提高傳熱效率分別與傳熱面積、傳熱溫差及傳熱系數(shù)有關(guān)。也就是說上述三要素是提高傳熱速率，提高蒸發(fā)能力的基本條件。</p><p>　　2.3工藝流程及其簡(jiǎn)述</p><p>　　由離子膜電解工序來的30%原料燒堿溶液送入堿液貯槽T-1、T-2，經(jīng)泵P-1A/B自頂部進(jìn)入如1號(hào)預(yù)濃縮器EV-1，在100BAR操作壓力下沿EV-1列管內(nèi)壁形成均勻完整的液膜向

73、下流動(dòng)，同時(shí)與最終濃縮路EV-3及2號(hào)預(yù)濃縮器EV-2的二次蒸汽換熱。經(jīng)濃縮后，濃度44%的燒堿流出管來，進(jìn)入濃縮器下部的二次蒸汽分離器進(jìn)行氣液分離，之后由P-2A/B泵并加入一定濃度的蔗糖溶液后送入EV-2。EV-1產(chǎn)生的二次蒸汽由蒸汽噴射真空泵P-4A/B抽出?；旌侠淠鞯暮瑝A冷凝水流回循環(huán)涼水池子，經(jīng)冷卻后循環(huán)使用。溢出的含堿冷凝水進(jìn)入燒堿凝水槽V-2進(jìn)行收集。</p><p>　　預(yù)濃縮器EV-2于常壓下

74、操作，44%燒堿溶液由殼程內(nèi)的0.7BAR生蒸汽，經(jīng)進(jìn)一步濃縮為56%燒堿溶液后流出EV-2管來，進(jìn)入二次分離器分離。經(jīng)P-3A/B泵到最終濃縮器EV-3。</p><p>　　56%燒堿溶液經(jīng)最終濃縮器EV-3頂部加入，均勻分布到14個(gè)下降膜濃縮單元，每個(gè)單元均有單獨(dú)的加熱夾套，溫度為395～430℃的熔融鹽于其中與燒堿溶液逆向流動(dòng)換熱。最終，濃縮為濃度約為99%的燒堿溶液到分離器D-1，經(jīng)氣液分離后均勻流到有

75、熔鹽伴熱的熔融燒堿管進(jìn)入片堿機(jī)浸槽。經(jīng)冷卻破碎制成厚約為0.9～0.2mm，溫度約為60℃的成品。</p><p>　　EV-2殼程的二次蒸汽冷凝水流入含有燒堿凝水槽V-2。熔融鹽由熔鹽泵打入熔鹽爐H-1，通過加熱器管使燃燒爐B-2產(chǎn)生的熱傳遞給循環(huán)熔鹽。熔鹽經(jīng)循環(huán)，連續(xù)不斷地向EV-3提供外部熱源以濃縮燒堿溶液，并為裝置提供伴熱熱源。</p><p>　　2.4除水及附屬設(shè)備說明<

76、/p><p>　　除水路線由以下兩個(gè)步驟組成：（1）兩效預(yù)濃縮器 （2）最終濃縮器</p><p><b>　　2.4.1預(yù)濃縮</b></p><p>　　進(jìn)料堿液(CSF30%)由泵P-1A/B自貯槽(T-1/2)打入預(yù)濃縮器EV-1，用來自最終濃縮器EV-3及預(yù)濃縮器EV-2的二次蒸汽加熱?？紤]到開車時(shí)EV-1/2未產(chǎn)生二次蒸汽，設(shè)計(jì)引入部

77、分生蒸汽進(jìn)行加熱，而EV-1濃度未達(dá)到時(shí)采取了使堿液循環(huán)被加熱的措施使?jié)舛冗_(dá)到要求。預(yù)濃縮器EV-1產(chǎn)品側(cè)工作壓力為真空100mbar，其真空度由混合冷凝器C--1和蒸汽噴射真空泵P-4A/B產(chǎn)生。預(yù)濃縮后，濃度為44%堿液流出管束，進(jìn)入EV-1下部的二次汽分離器。預(yù)濃縮器EV-2于常壓下操作，由0.7mkPa生蒸汽加熱，經(jīng)進(jìn)一步濃縮，濃度為56%的堿液流出管束進(jìn)入二次汽分離器分離，之后由堿液泵P-3A/B送入最終濃縮器EV-3。<

78、;/p><p>　　2.4.2最終濃縮器</p><p>　　最終濃縮器主要由單獨(dú)管道組件（濃縮器管）和二次汽分離器組成。進(jìn)料堿液在降膜濃縮器中于常壓下由外部熱源加熱蒸發(fā)。進(jìn)料堿液56%由P—3A/B泵打入最終濃縮器堿液集料器，進(jìn)入最終濃縮單元，濃度約為99%的熔融堿液膜流出濃縮器單元，經(jīng)匯流槽進(jìn)入分離器，經(jīng)分離器流入分配器D-1，并分配至片堿機(jī)F-1A/B。</p><p

79、>　　燒堿具有強(qiáng)烈的腐蝕性，需要選用防腐蝕的材料。由于鎳具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力，此裝置中與熔融堿接觸的所有設(shè)備部件及管件皆選用純鎳（低碳鎳）。</p><p>　　2.4.3其它控制回路</p><p>　　考慮到產(chǎn)品產(chǎn)量可能的調(diào)整，EV-2的分離器液位通過堿排出管上的流量?jī)x表調(diào)節(jié)。EV-1的分離器液位通過EV-2進(jìn)料管上的流量?jī)x表調(diào)節(jié)。二次蒸汽在混合冷凝器C-1中冷凝為堿液循環(huán)水，集

80、中于循環(huán)水池；由水池作為水封槽以維持真空度，故其液位調(diào)節(jié)尤為重要。EV—2產(chǎn)出的生蒸汽冷凝水集中于冷凝水儲(chǔ)槽直接流入含堿冷凝水，其液位由控制回路調(diào)控以保持穩(wěn)定。來自EV-1的含堿冷凝水集中于含堿冷凝水儲(chǔ)槽V-2，其液位由控制回路調(diào)控以保持穩(wěn)定，過剩部分送至界區(qū)用于泵的冷卻水。</p><p>　　2.4.4 EV—1、 EV—2旁路</p><p>　　當(dāng)流量降到一定值, EV-1、 EV

81、-2則在欠負(fù)荷下運(yùn)行。低于70%，則鎳管濕潤(rùn)內(nèi)壁上的液膜厚度將變得太薄，且其熱負(fù)荷過高，將導(dǎo)致鎳管腐蝕速度加快。為防止以上現(xiàn)象，則使用EV-1 EV-2的旁路。以補(bǔ)充液體的不足，保證預(yù)濃縮最終流量恒為100%。當(dāng)需通過旁路調(diào)節(jié)流量平衡時(shí)，可通過儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.4.5主體設(shè)備及其用材</p><p>　　本加熱系統(tǒng)采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)，其主要設(shè)備有：內(nèi)帶液下泵的融鹽儲(chǔ)

82、槽，帶有燃燒器B—2的強(qiáng)制循環(huán)加熱器H—1，煙囪及鹽管系統(tǒng)。導(dǎo)熱鹽在鹽儲(chǔ)槽中熔化，即在操作間歇期間，保持溶鹽溫度持平使其呈熔融態(tài)。操作期間，由液下泵從底部到頂部通過加熱器H—1的加熱盤管使熔鹽循環(huán)流動(dòng)，通過加熱盤管，使燃燒器產(chǎn)生的熱傳遞給循環(huán)熔鹽。熔鹽從加熱器流進(jìn)最終濃縮EV—3，再回流入鹽儲(chǔ)槽。通過最終濃縮器的循環(huán)熔鹽量由旁通閥調(diào)節(jié)，若需要，可讓部分熔鹽直接返回鹽儲(chǔ)槽。</p><p><b>　　2

83、.4.6燒堿管路</b></p><p>　　由于高溫?zé)龎A溶液具有高腐蝕性所以所要選用鎳鋼管，同時(shí)由于離子膜法制燒堿的濃度很高，進(jìn)入各效的燒堿溶液的所有運(yùn)輸管道的外層都需要要用保溫層保溫，以避免高溫、高濃度的燒堿溶液冷卻堵塞管道。</p><p>　　2.4.7分配裝置D—1</p><p>　　安裝于最終濃縮器下部熔堿出口處的分配器D-1，用以防止二次

84、蒸汽進(jìn)入管路及片堿機(jī)。分配器備有伴熱熔鹽及高壓伴熱蒸汽。</p><p><b>　　2.4.8熔鹽堿管</b></p><p>　　分配器到片堿機(jī)之間管道皆有熔鹽及高壓蒸汽伴熱，并帶一定傾度以防凝固堵管。為保證氣封，熔融堿管浸入片堿機(jī)浸入槽,以防氧氣進(jìn)入管道。</p><p><b>　　2.4.9制片堿</b><

85、/p><p>　　熔融堿由最終濃縮器流出，經(jīng)導(dǎo)熱鹽加熱的熔融堿管，至片堿機(jī)浸入槽，經(jīng)片堿機(jī)制成片堿。</p><p>　　2.4.10抽氣系統(tǒng)</p><p>　　含堿塵空氣經(jīng)彈性吸除掛管進(jìn)入洗滌系統(tǒng)，此系統(tǒng)由溶解槽T-11A/B及抽風(fēng)機(jī)構(gòu)成B-4A/B構(gòu)成。由于吸除系統(tǒng)為負(fù)壓操作，含堿塵空氣經(jīng)過溶解槽中液體吸收，使空氣得到凈化。凈化空氣由抽氣風(fēng)機(jī)抽離溶解槽，排入大氣。

86、</p><p>　　2.5主要設(shè)備的選定說明</p><p><b>　　2.5.1 蒸發(fā)器</b></p><p>　　多效降膜蒸發(fā)器，由于具有濃縮比大、料液粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的消耗量小、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，因此選用雙效降膜式蒸發(fā)器EV-1、EV-2。</p><p><b>　　2.5.2 濃縮

87、器</b></p><p>　　降膜濃縮器EV-3是由其降膜單元組成，每個(gè)單元均由兩層套管所組成，外層走熔鹽，內(nèi)層走堿液，兩種流體逆流進(jìn)行傳熱。加熱管一般采用鎳管或超純鐵素體高鉻鋼管。當(dāng)堿液經(jīng)分配器進(jìn)入每一個(gè)單元管后，受到夾套高溫熔鹽的加熱，堿液沸騰、濃縮蒸發(fā)，然后經(jīng)底部匯總管至氣液分離器分離。</p><p><b>　　2.5.3片堿機(jī)</b><

88、/p><p>　　片堿機(jī)是由滾筒（帶水冷卻）、刮刀、弧形堿槽以及外殼及傳動(dòng)裝置等部件組成。滾筒及弧形堿槽接觸堿的部分是由鎳材制成，刮刀則是由特種合金制成。</p><p>　　片堿機(jī)內(nèi)的冷卻水供給方式采用噴淋式。冷卻水從滾筒中心引入，至管上的噴嘴呈120。的扇形噴出，在滾筒內(nèi)壁形成一層持久的連續(xù)冷卻膜，從而提高了冷卻液膜的給熱系數(shù)。片堿機(jī)的冷卻滾筒是由一個(gè)回轉(zhuǎn)的圓筒，給料方式一般采用下給料方式

89、，這主要是它比上給料方式有更長(zhǎng)的冷卻時(shí)間及有效的冷卻面積的緣故。此外片堿機(jī)的密封性要好，避免進(jìn)入空氣，使二氧化碳與堿反應(yīng)，從而成品中碳酸鈉含量升高，或者吸入水分，使產(chǎn)品容易潮解，影響產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p><b>　　2.5.4 熔鹽爐</b></p><p>　　熔鹽爐的加熱盤管在爐內(nèi)外側(cè)，共有兩層。燃燒的燃料由上部燃料入口進(jìn)入，燃燒后氣體經(jīng)下部燃燒氣出口導(dǎo)出，

90、熔鹽由熔鹽入口先進(jìn)入內(nèi)盤管，加熱后進(jìn)經(jīng)外盤管從熔鹽出口導(dǎo)出，盤管是用15Mo3管盤制再經(jīng)熱處理而成。這種爐型的最大特點(diǎn)是體積小，熱利用率高。</p><p><b>　　2.6生產(chǎn)能力計(jì)算</b></p><p>　　2.6.1以100%NaOH為基準(zhǔn)的生產(chǎn)能力</p><p>　　表2-1單位時(shí)間各系統(tǒng)的生產(chǎn)能力</p><

91、;p>　　2.6.2原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所使用的原料來自離子膜電解工段，是參照鴻鶴化工廠選取的。</p><p>　　表2-2原料的技術(shù)規(guī)格</p><p><b>　　2.6.3片堿規(guī)格</b></p><p>　　表2-3產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格</p><p>

92、　　2.6.4原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量</p><p>　　以生產(chǎn)1噸100%NaOH為基準(zhǔn)。</p><p>　　表2-4單位產(chǎn)量輔料、動(dòng)力消耗量</p><p>　　2.6.5加熱鹽—HTS</p><p>　　HTS為低共熔混合物，熔點(diǎn)為142.4℃，是NaNO3，NaNO2，KNO3按比例混合的。 </p><

93、;p>　　表2-5熔鹽物質(zhì)含量</p><p>　　2.6.6進(jìn)料溶液規(guī)格</p><p>　　30%的堿液來自離子膜電解工段，溫度為70 ℃，壓力等級(jí)為 0.15MPa (g)</p><p><b>　　表2-6 物料</b></p><p>　　2.6.7蒸汽

94、 表2-7加熱蒸汽規(guī)格</p><p><b>　　2.6.8天然氣</b></p><p>　　天然氣壓力為0.2MPa(G)，來自天然氣系統(tǒng)。</p><p><b>　　表2-8天然氣規(guī)格</b></p><p>　　3 蒸發(fā)工段計(jì)算過程<

95、/p><p><b>　　3.1試差計(jì)算</b></p><p>　　年產(chǎn)30噸固堿蒸發(fā)工序，以每年330天計(jì)算。</p><p>　　(1)料液來源：離子膜法電解液。</p><p>　　(2)料液組成：由于離子膜電解液的純度相當(dāng)高，可以視為原料液為純的NaOH</p><p>　　(3)質(zhì)量濃度x

96、=30%溶液。</p><p>　　(4)蒸發(fā)要求：完成液濃度x=99%。</p><p>　　(5)蒸汽來源：0.7MPa飽和水蒸氣 。</p><p>　　(6)冷空氣壓力：20Kpa 。</p><p>　　(7)采用三效蒸發(fā)工藝：EV-2、EV-3為自然循環(huán)，EV-1效為強(qiáng)制循環(huán)。</p><p>　　3.1.

97、1工藝簡(jiǎn)圖 </p><p>　　圖3-1工藝流程簡(jiǎn)圖</p><p>　　3.1.2總的蒸發(fā)量 </p><p>　　W=F（1-X0/X3） （3-1）</p><p>　　其中F=（3×104）×（1+2%

98、）×99%/30%=1.01×105 kg/年</p><p>　　解出W=0.70×105 kg/年</p><p>　　以每小時(shí)的蒸發(fā)量為基準(zhǔn)</p><p>　　f=(w/330)/24=8.89kg/h</p><p><b>　　F: 年總進(jìn)料量</b></p>&

99、lt;p><b>　　W: 年總蒸發(fā)量</b></p><p>　　f: 每小時(shí)總蒸發(fā)量</p><p>　　根據(jù)資料得堿液進(jìn)料濃度為：30%，設(shè)計(jì)各效的完成液的濃度分別是：EV-1：48%，EV-2：56%，EV-3：99%則各效的蒸發(fā)量為：</p><p>　　kg/h （3-2）

100、</p><p>　　kg/h （3-3）</p><p>　　kg/h （3-4）</p><p>　　w1：一效每小時(shí)蒸發(fā)量kg/h</p><p>　　w2：二效每小時(shí)蒸發(fā)量kg/h</p><p>　　w3：三效每小時(shí)蒸發(fā)量kg/h</p><p><

101、b>　　物量恒算：</b></p><p>　　w1 +w2 +w3=4.78+1.14+2.97=8.89 kg/h</p><p>　　=8.89kg/h所以= w1 +w2 +w3</p><p>　　3.1.3估算各效溶液的沸點(diǎn)和有效溫差</p><p>　　為了有效的利用二次蒸汽設(shè)計(jì)了上述工藝流程,生蒸汽從EV-2

102、通入，EV-3采用熔鹽作為加熱載體，EV-2、EV-3的二次蒸汽用來加熱EV-1。EV-1和EV-2的二此蒸汽在進(jìn)入EV-3之前，進(jìn)入混合儲(chǔ)存罐V-1進(jìn)行蒸汽混合，以此來減小對(duì)EV-1的損害，起到保護(hù)EV-1的作用。而在EV-1處有真空機(jī)抽取EV-1的含堿二次蒸汽，用以回收利用。</p><p>　　根據(jù)《氯堿工藝學(xué)》附圖9及《化工原理》上冊(cè)附圖10，查出各效假設(shè)的完成液濃度其二次蒸汽的壓強(qiáng)及相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：&l

103、t;/p><p>　　表3-1各效的二次蒸汽及生蒸汽的相關(guān)數(shù)表</p><p>　　3.1.4由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失</p><p>　　各效由于溶液沸點(diǎn)而引起的溫度差損失，根據(jù)各效二次蒸汽溫度和各效完成的濃度由《化工原理》上冊(cè)燒堿溶液的杜林曲線可以查出各效溶液的沸點(diǎn)分別為：</p><p><b>　　一效：=67 </

104、b></p><p><b>　　二效：=152</b></p><p><b>　　三效：=410</b></p><p><b>　?。阂恍龎A溶液溫度</b></p><p><b>　　：二效燒堿溶液溫度</b></p><

105、;p><b>　?。喝龎A溶液溫度</b></p><p>　　則各效由于溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失為：</p><p>　　一效：=67-45.3=21.7 （3-5）</p><p>　　二效：=152-109.5=42.5 （3-6）</p><p>　　三效：=410-130.4=

106、279.6 （3-7）</p><p>　　=21.7+42.5+279.6=343.8</p><p>　　3.1.5由流動(dòng)阻力引起的溫度差損失</p><p><b>　　取經(jīng)驗(yàn)值1</b></p><p>　　1=2= 3=1，所以 （3-12）</p><p>　　故蒸發(fā)裝置的

107、總的溫度差損失為：</p><p>　　∑Δ=∑+∑+∑=343.8+19.1+3=365.9</p><p>　　3.1.6各效料液的溫度損失和有效溫度差</p><p>　　由各效二次蒸汽壓力及溫度差的損失，即可由下式估算各效料液的溫度。</p><p><b>　?。?-13）</b></p><

108、;p><b>　　（3-14）</b></p><p>　　Δ3=3+3+3=279.6+1.1+1=281.7 （3-15）</p><p>　　3.1.7各效燒堿溶液的溫度</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b>　　（

109、3-17）</b></p><p><b>　?。?-18） </b></p><p>　　3.1.8各效的能量衡算</p><p>　　根據(jù)上述計(jì)算所得出的各效的料液的溫度和蒸汽壓力在《氯堿工藝學(xué)》附圖9、附圖11，《化工原理》上冊(cè)附圖10，《化工熱力學(xué)》水蒸汽的h-s圖,查出各效料液、加熱蒸汽、二次蒸汽的相關(guān)數(shù)據(jù)，各效的效率根據(jù)

110、=0.98-0.7計(jì)算，式中為質(zhì)量濃度變化。</p><p>　　計(jì)算，得出數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表3-2 各效料液、加熱蒸汽、二次蒸汽相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　?。?-20） </b></p><p>

111、;<b>　?。?-21）</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　Q=F0(I1-I2 ) （3-23）</p><p>　　其中F0為熔鹽的流量, kg/h;</p><

112、p>　　I1為熔鹽的進(jìn)料焓值,kJ/kg;</p><p>　　I2為熔鹽的出料焓值, kJ/kg;</p><p>　　根據(jù)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),取熔鹽流量為298.44kg/h,進(jìn)EV-3的熔鹽溫度為430,出EV-3的熔鹽溫度為395。</p><p>　　查《氯堿工藝學(xué)》,得到熔鹽的焓值估算經(jīng)驗(yàn)公式:</p><p>　　I=〔78+

113、0.34×（t-142）〕×4.184</p><p>　　I1=〔78+0.34×(430-142)〕×4.184=736.05 kJ/kg</p><p>　　I2=〔78+0.34×(395-142)〕×4.184=686.26 kJ/kg</p><p>　　Q=298.44×(736.0

114、49-686.259)=14859.34kJ/h</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入公式，即聯(lián)立方程解得： </p><p>　　w1=4.05kg/h,w2=2.18kg/h,w3=2.66kg/h</p><p><b>　　與假設(shè)值做對(duì)比：</b></p><p><b>　　＞0.05</b>&