实习工厂的生产情况

第一章 实习工厂的生产情况

1 氯碱的生产

1．1离子膜电解工序

1.1.1基本原理

直流电作用下使食盐水溶液发生如下反应

2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑

2Cl2eCl2 极反应方程式为：阳极：

2HO2e2OHH2 2阴极：

离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

1.1.2生产工艺流程

离子膜电解工段主要包括四个工序：

1、过滤 用碳素管过滤器对盐水进行过滤，除去其中较大的杂质颗粒；

2、吸附 用螯合树脂吸附其中的杂质离子；

3、电解 用磺酸、羧酸复合离子膜对盐水进行电解，得到32%的

NaOH溶液和氢气、

氯气；

4、脱氯 真空脱氯和化学脱氯相结合：真空脱氯是利用真空，使以分子态溶解于盐水中的氯分子析出；化学脱氯是利用

具体流程图如下：

Na2SO3除去其中的NaClO和NaClO3。

去除悬浮固体去除钙镁离子螯合树脂塔离子膜电解槽阴极部分回流部分回流一次盐水碳素管过滤器阳极氯气淡盐水氯气到氯气处理工段氢氧化钠到片碱工段氢气 氢氧化钠淡盐水脱氯后到化盐工段氢气到氢气处理工段

1.1.3主要生产设备介绍

（1）电解槽离子交换膜电解槽：主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。

（2）隔膜电解槽: 氯气在阳极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的温度(95～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O整个电解工序采用 12 台放电而产生O2，示，另一是OCl-离子的电化学氧化而生成氯酸盐．日本 C EC 公司的 Bi Tac -825 复极式电解槽 ,共分两列 ,每列 1 组 ,每组 6 台。 每组各配整流变压器和整流器 ,可同时运行 ,也可独立运行

(3)碳素管过滤器：碳素管过滤器内壁涂有a-纤维素，可使过滤器上的网孔变小，一次盐水与a-纤维素混和后，阻止了固体物质通过过滤器的内壁，从而达到过滤目的

（40螯合树脂塔：螯合树脂分子在水溶液中的水合离子作用下，所带基团-COONa易于水解，生成COO-和Na+，当被处理的盐水溶液中有一价和二价金属离子共存时，螯合树脂具有极强的选择性，只螯合吸附其中的二价金属离子。因为这些金属阳离子(如Ca2+、Mg2+ 等)的价电子轨道都有空的，而螯合树脂分子式中的N、0原子都存在孤电子对，因此易形成环状结构、稳定性能高的螯合物分子结构，从而除去一次盐水中Ca2+、Mg2+等对膜有害的离子

1.1.4 主要操作工艺参数： 二次盐水过滤工序：

NaClpH:

溶度：290——310 g/l;

； S.S<1ppm；

90.5NaOH溶度

40ppm；

；

NaClO40ppmNaClO320ppm；

淡盐水脱氯工序：

NaCl溶度：190——220 g/l;

SO426.6g/l；

pH:

711；

电解工序： 电流：14500A； 电压：80V；

淡盐水：280—250g/l;

温度：不超过90℃，通过循环水冷却；

氢气与氯气之间的压差：3000Pa左右； 年产量：5万吨左右；

离子电解膜单元操作：2.7—3.3V×25< 80V。

1.2 片碱工段

1.2.1基本原理：

要想将由离子膜电解工段送来的低浓度的NaOH碱溶液制成高浓度的片碱，就需要将碱溶液通过蒸发除去其中的水分。通过一效，二效和三效蒸发，可以将碱液的溶度由32%提高到98%或99%.，然后再通过片碱机换热冷却成型即可得所需的片碱产品。

蒸发过程中是采用的膜式法，膜式法生产片状固碱是使碱液与加热源的传热蒸发过程在薄膜传热状态下进行。这种过程可在升膜或降膜情况下进行。

膜

1.2.2 工艺流程

膜式法生产片碱可分为四个阶段：

（1） 一效蒸发器将碱液从32％浓度浓缩至48％，在列管式降膜蒸发器中进行。列管

的材料是不锈钢。所需加热介质的温度为110℃，温度较低，故采用二、三效的二次蒸汽作为加热介质，并在真空下进行蒸发。

（2） 二效蒸发器将碱液从48%浓度浓缩至56％，在列管式降膜蒸发器中进行。列

管材料与一效相同。所需温度为155℃，该加热介质采用锅炉产生的170℃生蒸汽(0.5兆帕~0.7兆帕)。

注意:在二效的出口需要加入还原糖，是为了除氧气，防止其腐蚀不锈钢。

（3）三效蒸发器将浓度为56%碱液浓缩至98%或99%。在夹套式换热管内进行，其中换热管的外壳为普通的碳素钢，其中将碱液浓缩至98%的所需的温度为395℃，浓缩至99%所需的温度为420℃．其换热介质为H2加热的熔盐（40%

KNO3,7%NaNO3,53%NaNO2）。

（4）三效蒸发所制成的液态碱，经过冷凝水冷却至58℃，再经片碱机制成片状固碱。

离子膜4 4 48%碱液 一效蒸发器 二效蒸发器

32%NaOH溶 56%98 碱液液 98%或99%碱液 片碱机 三效蒸发器 1.2.3 主要设备介绍：

蒸发器：它是将是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液进行蒸发浓缩的过程,主要是利用加热作用使溶液中一部分。本工段主要采用的是降膜蒸发器，它是由加热器（管层和壳层）、捕沫器的（带有二次蒸发）、3、冷却器的结构（双层换热）高压喷嘴四个主要部分组成。他的工作原理是：被蒸发液体经循环泵送至设备上部经布膜器分配后均匀布在管桥上，经溢流在每根换热管内形成液膜，液膜自换热管内由上而下边流动边蒸发，产生的二次汽随液膜自上而下一同到达分离室，经设在分离室上部的除沫器过滤所带的汽泡，水珠及杂物，为热回收提供优质的热源。

糖罐： 在二效和三效蒸发器之间，有一内装浓度为5%的蔗糖溶液的糖罐。之所以要加糖罐，是因为设备材料为不锈钢，在高温下，碱会强烈腐蚀不锈钢材料中的Ni，故用蔗糖溶液中和碱液，降低对设备的腐蚀。

片碱机： 经过三效蒸发器之后，NaOH溶液浓度已经达到要求的98%或99%，此时温度过高，NaOH呈现为熔融状态，经片碱机换热冷却成型后即可得到所需的最终产品

1.2.4 主要操作工艺参数：

一效蒸发器进口流量：5.8-6.0m3/h；

一效蒸发器： 温度110℃ NaOH浓度：进口32%，出口48%

二效蒸发器： 温度150℃ NaOH浓度：进口48%，出口56% 三效蒸发器： 温度：98%为385℃，99%为420℃

NaOH浓度：进口56%，出口98%或99%

锅炉生蒸汽温度： 170℃。 原料碱液进口压力：0.5MPa； 蒸汽流量：FI-402：910m/h；

FQ-402：910m/h；

蔗糖浓度： 5%；

一效蒸发真空度：0.09MPa。

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1.3氯氢处理工段

1.3.1基本原理：

由电解工段所产生的氯气和氢气，必须要经过进一步的净化处理，以除去其中的酸雾和水蒸气，再外卖或是用于其他工序的使用。

1.3.2主要工艺流程：

氯气的处理：

电解槽来的氯氯水洗涤塔 缓冲罐 钛一级冷却器 气 填料塔 水雾捕集器 钛二级冷却器 氢气的处理: 罗茨鼓风机 冷却器 电解槽来的 氢气

氢气洗涤塔 氢气压缩机 水雾捕集器 二合一工段 浓硫酸干燥塔 海丰集团 氢气柜 缓冲罐 盐酸或片碱工1.3.3主要设备介绍：

氯气（氢气）洗涤塔：由塔底进塔的带有大量酸雾和水蒸气的氢气或氯气气体，经填料层，喷嘴喷淋，使之填料层中气液充分接触，除去杂质，达到净化气体的作用。

钛冷却器：热介质是由筒体上的接管进口，顺序经各折流通道，曲折地流至接管出口。而冷却介质则采用双管程流动，即冷却介质由进水口经分水盖进入一半冷却管之后，再从回水盖流入另一半冷却管进入另一侧分水盖及出水管。冷却器介质在双管程流过程中，吸收热介质放出的余热由出水口排出，使工作介质保持额定的工作温度。其中一级冷却器用的是常温水，二级用的是-5℃的水。

酸雾(水雾)捕集器：夹带酸雾雾粒的氯气水平流过纤维床,纤维床的纤维是多孔的硅醚的玻璃丝。雾粒在纤维床通过3种方式捕集下来: ①惯性碰撞（直径大于3 μm）②直接拦截（直

径在1. 0～3. 0μm）③布朗扩散（直径为0. 1 μm）。雾粒被纤维床捕集后集结成一层液膜,并在重力作用下向下流动而被排除。

浓硫酸干燥塔：经过水雾捕集器的湿氯气经过三级浓硫酸填料塔的干燥吸收，可以获得较为干燥的氯气。其中一级填料塔的外壳为玻璃钢，二级和三级为普通碳素钢。从一级到三级所用的的浓硫酸浓度分别为70%，90%和98%.氯气依次从填料塔的底部进入，浓硫酸从顶部喷淋下来。其中所用的硫酸为循环硫酸。

1.3.4主要工艺参数：

出口温度（ ℃ ） 进口温度（℃）

氯水洗涤塔 32 79.8

1级钛冷却器 27.2 26.8

2级钛冷却器 12.3 12.3

1级干燥填料塔 12.4

2级干燥填料塔 11.8

3级干燥填料塔 10.6

1级钛冷却器用的是常温水，二级用的是-5℃的冷冻水。