10万吨离子膜烧碱盐水精制任务书.doc

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1、10万吨/年离子膜烧碱新建项目一次盐水精制工艺设计 专业：应用化工1201 姓名：李鹏飞 学号：2012040813 导师：庞宏建黄河水院环境与化学工程系二一四年九月一、设计依据1开封神马平煤集团新建10万吨/年离子膜烧碱(以100%烧碱计)一次盐水水量。2开封神马平煤集团对一次盐水精制的要求。（收集设计基础资料）二、设计原则与分工1设计范围化盐池一次盐水至精制盐水槽。2设计原则1）投资少，运行费用低，一次精制盐水质量高；2）采用手动和自动相结合管理，降低工作强度，使操作方便。3设计规范和标准 1）钢结构设计规范 GBJ17882）室外排水设计规范 GBJ1487(1997年版)3）建筑设计防

2、火规范 GBJ1687 4）工业企业照明设计标准 GB50034925）低压配电装置及线路设计规范GB50054926）工厂企业厂界噪声标准 GB12348-90 7）地基基础设计规范 DBJ1189三、工艺方案设计（工艺说明）1.项目概述开封神马平煤集团新建10万吨/年离子膜烧碱(以100%烧碱计)生产能力项目，在盐水精制环节需要设计一套全新的盐水精制工艺，正常处理能力：130m3/h。（设计能力）我国传统的离子膜烧碱盐水一次过滤一般采用澄清桶砂滤器碳素管法。其中，该法预处理器澄清桶砂滤器存在占地面积大、过滤精度不够高、出水水质不稳定、易返浑等缺点；碳素管过滤器设备则需预涂-纤维素，操作复杂

3、，运行费用太高，严重影响氯碱企业的竞争力。后来出现预处理+膜法的盐水精制工艺，盐水质量较好，但存在处理流程较长，运行费用较高，操作管理比较复杂的缺点。因此需要一种更经济、操作更简单的方法提高一次精制盐水的质量和稳定性。（工艺说明：配水、化盐、盐水精制、盐水过滤、盐泥压滤等）2、设计参数（1）设计水量：正常：130m3/h。一年按 8000操作小时设计。（2）原料原盐规格:NaCl 96 % Ca2+ 0.3 % Mg2+ 0.1 % SO42- 0.5 % H2O 3.3 %水不溶物 0.2 %淡盐水规格: NaCl 200g1 pH 911S042- 5 glNaCl03 3gl游离氯 0m

4、g/l 温度 约60化学品:碳酸钠Na2CO396%袋装氢氧化钠NaOH32%溶液三氯化铁FeCl396%桶装次氯酸钠NaClO 5%溶液亚硫酸钠Na2SO395%袋装高纯盐酸HCl 31%溶液（3）设计标准：离子膜电解工艺一次精制盐水要求：经过膜过滤系统过滤后的精盐水达到以下指标：项目单位数值NaCl（g/L）310Ca2+Mg2+(mg/L)1Fe(mg/L)0.2Ba(mg/L)0.5重金属ppm0.2NaOH（g/L）0.1-0.3Na2CO3（g/L）0.3-0.6SO42-（g/L）5ClO3-（g/L）5SiO2ppm5SSppm0.5（优于招标文件规定）游离氯ppm0PH10.

5、0-11.5总铵ppm1TOCppm103、工艺方案的选择原盐是氯碱工业的主要原料，将原盐制成盐水，由于原盐的不纯，使盐水中常含有悬浮物和金属离子（如：Ca2+、Mg2+、Fe3+等）。这些物质进入电解工序，则会损坏电解膜，缩短电解膜的使用寿命，因此必须通过精制将这些离子除去。盐水精制一般采用加入化学药剂生成几乎不溶解的化学沉淀物，然后通过澄清、过滤等手段达到目的。在澄清过滤的同时也达到去除泥沙及机械杂质的目的。一次盐水精制过程主要包括原盐的溶化、粗盐水的精制、浑盐水的澄清和过滤等。选择以*过滤器为主的盐水精制工艺，具体工艺流程如下：4、工艺流程设计说明0 工艺流程概述1 化盐原盐由皮带输送机

6、L0101送入化盐桶V0103A/B顶部，来自离子膜新电解或者电解工序的淡盐水，一部分流入1#折流槽R0103后经澄清桶流入盐水缓冲罐V0126，在盐水输送泵P0114A/B前加入亚硫酸钠将淡盐水中游离氯含量降为零以后输送至膜脱硝工段，脱硝后的淡盐水重新返回配水槽V0102；另一部分淡盐水直接进入配水槽V0102，令部分淡盐水与盐泥压滤回收的滤液、返回的废水以及补充的一次水配水后，在进盐水给料泵P0101A/B/C前加入亚硫酸钠调节盐水中游离氯含量，通过板式换热器E0101加热后送入化盐桶V0103A/B底部，经分布管均匀上行与原盐逆流接触获得粗盐水。盐水精制从化盐桶出来的粗盐水流入2#折流槽

7、R0104，根据原盐质量，分别向折流槽内加入精制剂氢氧化钠溶液后粗盐水流入前反应器R0101。在前反应器内粗盐水中的镁离子与氢氧化钠反应生成氢氧化镁，菌藻类，腐植酸等；有机物则被盐水中次氯酸钠氧化分解成为小分子有机物。处理后的粗盐水一部分由加压泵P0102A/B/C送入加压溶气罐，在压力的作用下使粗盐水溶解一定量的空气，在文丘里混合器M0102中加入三氯化铁溶液后粗盐水进入预处理器V0105，经过预处理除掉绝大部分氢氧化镁的盐水自流进入后反应器R0102A/B；另一部分粗盐水直接由加压泵P0102D/E直接送至后反应器R0102A/B。同时将碳酸钠溶液加入后反应器R0102A/B上部，盐水中的

8、钙离子与碳酸钠反应形成碳酸钙沉淀。充分反应后，后反应器R0102A中的盐水自流进入进液高位槽V0106A，然后流入HVM膜过滤器F0101A/B/C/D过滤掉沉淀后进入折流槽R0105A；后反应器R0102B中的盐水自流进入进液高位槽V0106B，然后流入HVM膜过滤器F0101E/F/G过滤沉淀后进入折流槽R0105B。向折流槽R0105A/B加入亚硫酸钠调节游离氯含量为零。从两个折流槽中出来的精制盐水汇合后流入过滤精制水槽V0108，根据生产需要由过滤精盐水泵P0103A/B向二次盐水岗位输送精制盐水。由澄清桶、预处理器、HVM膜过滤器排出的盐泥用盐泥泵P0105A/B打入板框过滤机F01

9、02A/B，滤饼排弃用车运出界区，滤后清液流入滤液池V0110，再用泵P0106A/B打入配水槽V0102循环利用。5、自控系统DCS图6、 工艺特点预处理+膜法的盐水精制工艺，节能降耗，盐水质量较好，占地面积小。7、工艺计算物料衡算：计算基准 ：本设计中的物料衡算均以小时为时间基准，工作时间定位8000小时1）设计依据 本设计中烧碱装置的年生产能力为10万吨。采用的烧碱规格如下： 图二 烧碱规格表 烧碱的等级 NaOH含量 Na2CO3含量 NaCl含量 Fe2O3含量 水分含量% % % % % 级品 96.0 0.8% 0.03% 0.005 3.0 以此为依据进行下面的计算。 2）每小

10、时生产的纯净烧碱产品的计算 3）每小时理论消耗的食盐的质量计算 设食盐的质量流量为G 由反应方程式： 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 258.5 240 G 12000 G = = 17550kg/h 4）每小时实际消耗的原盐的质量计算 原盐规格如表： 原盐规格:NaCl 96 % Ca2+ 0.3 % Mg2+ 0.1 % SO42- 0.5 % H2O 3.3 %水不溶物 0.2 %由于副反应存在，综合考虑食盐中的损失率为2.5%. 则加入的实际原盐量应为： 5）原盐中各组分的流量 由原盐规格可计算原盐中各组分的质量流量： NaCl的质量流量 : 1873896

11、 =17988.48kg/h CaCl2的质量流量 : 187380.30 =56.21kg/h MgCl2的质量流量 : 187380.10 = 18.74kg/h MgSO4的质量流量: 187380.50 = 93.69 kg/h Na2SO4的质量流量: 187380.30 = 56.21kg/h 不溶性杂质的质量流量 ：187380.20 =37.48 kg/h 6）盐水精制剂的用量 设加入Na2CO3的质量为m1(kg)、沉淀CaCO3为x1(kg)、Na Cl为y1(kg)； CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 Na Cl 111 106 100 258.5 1

12、09.8 m1 x1 y1 解得:m1=104.9kg x1= 98.9kg y1=115.7kg 假设有5%的Na2CO3损耗,则每小时实际加入Na2CO3的质量为: m1=104.9(1+0.05)=107.5kg设加入Na OH的质量为m2(kg)、沉淀Mg(OH)2为x2(kg) 、Na Cl为y2(kg)； MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaCl 95 240 58 258.5 82.4 m2 x2 y2 解得：m2= 69.4Kg x2= 50.3 Kg y2=101.4Kg加入Na OH的质量为m3(kg)、沉淀Mg(OH)2为x3(kg) 、Na2SO4

13、为y3(kg)； MgSO4 + 2NaOH = Mg(OH)2 + Na2SO4 120 240 58 142 109.8 m3 x3 y3 解得: m3= 73.2kg x3=53.1kg y3=129.9kg假设有5%的Na OH损耗,则每小时实际加入Na OH的质量为: m3kg设加入BaCl2的质量为m4(kg)、沉淀BaSO4为x4(kg)、Na Cl为y4(kg)；NaSO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl142 138 241 258.5164.7+129.9 m4 x4 y4解得: m4=286.3kg x4=499.9kg y4=242.7kg7）用水量的计

14、算 利用氯化钠的溶解度可算出用水量，可在表四中查得不同温度下的溶解度：表四不同温度下氯化钠在水中的溶解度表 温度 溶解度 温度 溶解度 20 30 40 % 26.43 26.56 26.71 g/L 317.2 317.6 318.1 50 60 70 % 26.89 27.09 27.30 g/L 319.2 320.5 321.8 氯化钠的溶解度随温度的升高而增大，为加快溶盐速度，使化盐桶中Ca2+、Mg2+能很好的沉淀，化盐温度一般为4555,本设计取50,查得该温度下KCl、CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4的溶解度见表五。 表五物质的溶解度 物质 CaCL2 MgCL2

15、 MgSO4 Na2 SO4 溶解度 80% 53.4% 25.63% 48.8% 由溶解度公式：S = 100 %可得化盐总需水量： 溶解Na Cl所需H2O的质量为: 溶解CaCl2所需H2O的质量为: kg 溶解MgCl2所需H2O的质量为: kg 溶解MgSO4所需H2O的质量为: kg 溶解Na2 SO4所需H2O的质量为: 由以上结果可得每小时溶解原盐所需H2O的总质量为: = 66896.54+70.26+35.09+365.55+115.18 =67482.62kg以上数据如下表输 入输 出组 分原盐 Na 2CO3Na OHBaCl2质量，kg/h17987.237.151.

16、692.5组 分Na ClCaCO3 Mg(OH)2BaSO4不溶性杂质质量，kg/h18147.3 35.7123.1水分4111 水分 4111合计22285.7合计 22278.7能量衡算盐水常温为25 板式加热器加热到65 ，盐水比热按3.3KJ/Kg。密度1170kg/m，每小时的流量为130m所以每小时的能量的W=CV(T1-T2)=3.31170130（65-25）=20077200kJ8、 主要设备的工艺计算及选型2 化盐设备一览表序号设备代号设备名称1P0101A/B/C盐水给料泵2P0102A/B加压泵3P0102C加压泵4P0102D/E加压泵5P0103A/B/C过滤精

17、盐水泵6P0104A/B过滤器回液泵7P0105A/B盐泥泵8P0106A/B滤液泵9P0108亚硫酸钠溶液泵10P0109三氯化铁溶液泵11P0110碳酸钠溶液泵12P0111酸洗液进液泵13P0113A/B三氯化铁加药泵14P0114A/B淡盐水输送泵15E0101盐水换热器16F0101A-DHVM过滤器17F0101E-GHVM过滤器18F0102A/B盐泥压滤机19L0101胶带输送机20L0103LX型电动单梁悬挂起重机21L0104电动抓斗桥式起重机22V0103A/B化盐桶24V0102配水槽27V0105预处理器28V0106A进液高位槽29V0106B进液高位槽30V010

18、8过滤精盐水槽31V0110滤液池32V0114三氯化铁配制槽33V0115亚硫酸钠配制槽34V0117三氯化铁贮槽35V0118酸洗液贮槽36V0120氢氧化钠高位槽37V0121次氯酸钠高位槽38V0122碳酸钠高位槽39V0123亚硫酸钠高位槽40V0124A/B引水罐41V0126盐水缓冲罐42R0101前反应器43R0102A/B后反应器44R0102B后反应器45R0103A1#折流槽46R01042#折流槽47R0105A折流槽48R0105B折流槽49R0105A/B折流槽50E0101板式换热器51F0101A/B/C/DHVM膜过滤器52F0101E/F/GHVM膜过滤器5

19、3F0102A/B板框压滤机54M0102A文丘里混合器55M0101AB汽水混合器56M0101CD汽水混合器57L0102分料溜槽9.设备表（参考）表1、主要设备表序号名称规格数量备注1化盐池22中间池S10-07183折流槽S18-0089-164混合反应槽S48-00331带搅拌5精盐水中间槽16精制盐水槽S18-0103-117临时贮槽18盐泥槽19化盐水槽210盐水中间泵KCZ50/160B-11/2(T)2一用一备11过滤器12过滤器进液泵IHF80-65-160一用一备变频13精盐水泵IHF80-65-16014回收盐水泵15NaOH高位槽S10-072116Na2CO3配制槽

20、S40-0300-1带搅拌17Na2CO3高位槽S10-071918Na2CO3提升泵一用一备19FeCl3配药槽S18-0086带搅拌20FeCl3加药槽S17-016521FeCl3加药泵IHF50-32-160一用一备变频22聚丙烯酸钠配药槽带搅拌23聚丙烯酸钠加药槽24聚丙烯酸钠加药泵一用一备变频25盐泥泵KCZ32/200A-15/2(T)26化盐水泵KCZ50/160B-11/2(T)27板框压滤机XJA120/1250-U28板式换热器9、车间布置设计10、提供非工艺专业要求（公用工程）11、三废处理 12、设计结果评价13、参考文献 附工程图纸1、 总工艺流程图2、 主设备结构

21、图3、生产车间设备布置图四、设计感受与设计讨论综上所述，与澄清桶砂滤碳素管工艺和膜工艺相比，CN过滤器法工艺流程短，精制后的盐水质量高，完全能满足离子膜法电解工艺对盐水的要求。该法不仅一次投资小，而且运行费用低，可以更好的帮助企业提高其竞争力。五、参考文献： 1 孙勤, 赫飞.国内氯碱生产技术近况综述. 氯碱工业, 2007,( 8) : 1-9 2 费红丽.国内氯碱行业盐水精制工艺状况( 2000- 2003) 调查报告.氯碱工业, 2005, ( 5): 16- 174杨秀琴，化工设计与概论M，化学工业出版社,2010年。六、附图方法原理优点缺点改进传统工艺在盐水精制反应器内加入纯碱、烧碱

22、,使盐水中的Ca2 + 、Mg2 +生成沉淀,经过道尔澄清桶沉降分离,再经过砂滤器过滤大量的杂质原理简单、运行稳定、维修费用低装置占地面积大、自动化控制程度低、操作复杂、过滤元件易堵塞、要定期反洗 淘汰西恩（CN）法盐水处理工艺 西恩(CN) 过滤器采用大颗粒自然沉降, 悬浮小颗粒通过悬浮粒子滤层的吸附过滤作用进行固液分离, 即采用动态膜原理和深层过滤吸附相结合的方法, 在滤层薄膜截留大部分小颗粒悬浮物后进入深层滤床去除余下的悬浮物, 制得合格精盐水。流程短,布置紧凑,工艺简单；其采用无介质反冲洗技术不会出现过滤器堵塞和结垢现象。设备选用乙烯基树脂材料,滤料也是乙烯基树脂,耐腐蚀、维修工作量小

23、、使用可靠性高由于是大颗粒自然沉降速度和悬浮小颗粒的吸附时间, 要求通过CN 过滤器的流速较低, 故CN 过滤器的体积较大, 数量较多，经济投入可能有大一点。吸附过程是利用有机树脂对电荷吸附作用，在粗盐水中加过量带电荷性的絮凝剂，使盐水中的悬浮粒子絮凝成大粒子并被树脂所吸附 。凯膜盐水精制工艺采用特殊拉伸工艺，制造外壁孔小、内壁孔大的多孔膜，经表面处理后，使膜由疏水性变为亲水性，用于特殊液体的过滤，过滤时液体中的悬浮物被全部截留在凯膜的表面，滤液通过膜孔自中空的管式膜中部排出，由于膜具有极佳的不粘性和非常小的摩擦系数，同时因为膜孔细小没有颗粒深入膜内部，从而保证了液体的最大通量，滤饼完全脱离膜

24、表面，有效地收集了液体中的固体颗粒。操作简单、自动化程度高、能满足生产要求、占地面积小、生产使用性广泛、经济效果好。有机物对凯膜有污染, 流程较复杂。为防止有机物对凯膜的污染,流程中加入NaClO 进行氧化, 再用亚硫酸钠中和过量的NaClO。为了对沉淀粒子进行絮凝又加FeCl3。所以整个流程显得比较复杂。无机陶瓷膜过滤技术陶瓷膜由无机材料加工而成, 是一种固态膜。陶瓷膜具有自然多孔的陶瓷外层, 此层作为附着在膜管内壁的膜层的支撑体。具有熔点高、硬度大的优良品质,同时具有良好的化学性能,不受酸、碱及氧化剂的影响并耐高压,可在1MPa工作压力下长期运行。陶瓷膜过滤精度高,盐水质量稳定,膜处理能力大。具有脆性的先天性缺陷、制造技术要求高、材质要好、少量小颗粒BaSO4 阻住陶瓷孔后将无法对膜进行再生,经济投资大。陶瓷膜只需控制好盐水的精制反应，加两碱使有害杂质离子完全生成悬浮物，有利于盐水的精制。 附图一：一次盐水制备工艺比较附图二