产15万吨烧碱车间工艺设计.doc

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1、年产15万吨烧碱车间工艺设计作 者 姓 名 郝秀清 专 业 化学工程与工艺 指导教师姓名 袁芳 专业技术职务 讲师 目 录摘 要 1第一章 氯碱工业的发展31.1 氯碱工业的历史31.2 烧碱的性质、用途及其质量标准31.3 溶液电解方法的发展51.4 氯碱工业的特点及发展趋势51.5 离子膜71.6 离子膜电解技术101.7 我国离子膜法电解槽的现状11第二章 工艺流程的选择与说明112.1 原料的选择112.2 盐水精制的选择122.3 电解工艺122.4 碱液蒸发与浓缩132.5 固碱工艺132.6 液氯工段工艺流程简述132.7 氯气干燥的目的与机理132.8 氢气处理132.9 盐酸

2、工段工序流程简述14第三章 工艺计算143.1电解槽的工艺计算143.2洗涤塔内氢气的工艺计算173.3钛冷却器内氯气工艺衡算193.4硫干燥塔内氯气物料衡算21第四章 设备设计224.1离子膜电解槽的设计224.2钛冷却器的设计244.3蒸发塔的设计264.4蒸发设备的计算36第五章 厂房布置425.1厂房布置的重要意义425.2厂房布置的原则及方法42第六章 环境保护44参考文献45致谢46摘 要 作为一种基本的和重要的化工原料，烧碱在工业生产的各个领域都有着广泛的应用。 随着氯碱工业的迅速发展，离子膜电解生产烧碱越来越被广泛运用，膜电解生产的其氧化钠浓度可达30%-50%（质量）。此外，

3、离子膜电解制碱还有投资省，能耗低，氢氧化钠质量好，无污染，生产成本低等优点。因此无论是国外还是国内在新建，改造和扩建生产装置时都会首先考虑这一技术。 本设计依据技术先进，经济合理，工艺可靠，系统最优的原则完成。 烧碱的生产方法是离子膜电解法，通过以下一系列工序：盐水精制，电解精盐水，蒸发电解液来得到最终产品固碱。 本设计说明书包括：烧碱生产方法的论证，物料衡算和能量衡算，主体设备及辅助设备的设计。 设计中对烧碱离子膜电解工艺进行了研究，对烧碱离子膜电解生产原理和工艺流程进行了选择和论证，对当前国内外烧碱各种生产工艺进行了综述，剖析了隔膜法、水银法和离子膜法的优点和不足，对烧碱离子膜电解整个工艺

4、流程进行了设计，同时对烧碱离子膜电解工艺生产过程危险危害因素做了相关的讨论。关键字：烧碱 蒸发 离子膜 电解 固碱 氯碱 ABSTRACTAs a kind of basic and important chemical raw materials, caustic soda in the industrial production to every field of a wide range of applications. With the rapid development of chlorine alkali industry, ionic membrane caustic soda

5、electrolysis production more and more widely used, membrane electrolytic production of its oxidation sodium concentration can amount to 30%-50% (quality). In addition, ionic membrane electrolytic alkali manufacturing and saving investment, low energy consumption, sodium hydroxide are of good quality

6、, no pollution, the production cost advantages. So both foreign or domestic in the new, modification and extension production when device will first consider this a technology. This design based on advanced technology, reasonable economy, technology and reliable, the principle of optimum system to c

7、omplete.Caustic soda production method is ionic membrane electricity through the following a series of solutions, salt water refining process:, electrolytic refined salt water evaporation, electrolyte to get the final product-solid alkali. This design specifications including: caustic soda productio

8、n method, the argument is material balance and energy balance calculations, the design of the main equipment and auxiliary equipment and factory workshop layout. Design of ionic membrane caustic soda electrolytic technology of ionic membrane caustic soda, electrolysis production principle and proces

9、s flow of the selection and argument, the current domestic and international caustic soda various production process were summarized, analyzed the diaphragm law, mercury law and ionic membrane law advantages and disadvantages of ionic membrane caustic soda, the whole process electrolysis design of i

10、onic membrane caustic soda, and production process electrolysis process dangerous factor do the relevant discussion.Keywords: Caustic soda; Evaporation; Ion-exchange membrane; Chlorine alkali electrolysis ; Solid caustic soda第一章 氯碱工业的发展1.1 氯碱工业的历史 氯碱工业主要生产烧碱，氯气和氢气以及由此衍生系列产品时该工业副产品。烧碱在国民经济中有着重要的作用。烧碱

11、是重要的基本工业原料，其产量大、用户多，广泛应用于轻工、化工、纺织、冶金、电力、医药、农药、染料及有机颜料等行业，离子膜法电解制出的高纯度烧碱是化纤、医药、精细化工行业迫切需要的原料。早在十三世纪之前，氯气就为古代炼丹者（Alchemist）所熟悉。1774年，瑞典化学家Shelley在实验室中首次使用盐酸与天然的软锰矿粉（二氧化锰）反应制得一种让人窒息的、黄绿色气体；并确认其为一种新的化学元素。其反应机理如下： MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O1799年，由Weldon 首先采用瑞典人的方法在工业中制得氯气。1807年，英国人Davy用食盐熔融电解制得氯气。（2N

12、aCl 2Na + Cl2 ） 。1810年，Davy在伦敦试验证明氯气是一种元素，并于当年的11月9日在英国皇家学会上宣读论文。提议这个元素定名为Chlorine（意思是黄绿色），来源于希腊文字（ Chorus ）。1851年，Watt第一个取得了食盐水溶液电解制备氯气的专利；在直流发电机问世以后，1890年由德国格瑞斯海姆电化公司首先采用隔膜电解槽制备氯气用于工业生产。至今已经经历了一个多世纪。而中国的氯碱工业起步于1929年10月，由爱国实业家吴蕴初先生买断了越南海防电化厂的全部设备，创建了国内第一家氯碱厂 上海天原电化厂。当时采用的是“爱伦姆”电解槽，日产烧碱仅3吨。综观世界氯碱工业的

13、发展历史，氯碱的制碱技术和氯气处理技术已取得了长足的发展进步。我国烧碱产业发展迅速，2004年生产能力只有1190.0万吨，2007年增加到2181.0万吨，2008年进一步增加到2472.0万吨，同比增长13.34%。其中离子膜法烧碱工艺以为具有能耗低、产品质量好，占地面积小，自动化程度高，高洁环保等优势发展迅速，新建的烧碱项目中以离子膜碱为主，而2007-2008年扩能统计显示，新建离子膜烧碱产能占到同期烧碱扩能的92%。1.2 烧碱的性质、用途及其质量标准1.2.1烧碱的基本性质简介 烧碱即氢氧化钠，亦称苛性钠。烧碱的工业品有液体和固体，其中液体为不同含量的氢氧化钠水溶液；固体白色不透明

14、，常制成片、棒、粒状，或熔融态以铁桶包装。氢氧化钠吸湿性很强，易溶于水，溶解时强烈放热。水溶液呈强碱性，手感滑腻；也易溶于乙醇和甘油，不溶于丙酮。烧碱有强烈的腐蚀性。对皮肤、织物、纸张等侵蚀剧烈；易吸收空气中的二氧化碳变为碳酸钠；与酸起中和作用而生成盐。由于氢氧化钠的水溶液是呈強碱性,故能使石蕊试纸变成兰色，无色的酚酞变成红色。1.2.2烧碱的用途烧碱是一种基本的无机化工产品，广泛应用于造纸、纺织、印染、搪瓷、医药、染料、农药、制革、石油精炼、动植物油脂加工、橡胶、轻工等工业部门；也用于氧化铝的提取和金属制品加工。印染、纺织工业上，也要用大量碱液去除棉纱、羊毛等上面的油脂。生产人造纤维也需要烧

15、碱。例如，制粘胶纤维首先要用1820烧碱溶液去浸渍纤维素，使它成为碱纤维素，然后将碱纤维素干燥、粉碎，最后用稀碱液把磺酸盐溶解，便得到粘胶液。再经过滤、抽真空（去气泡），就可用以抽丝了。精制石油也要用烧碱。为了除去石油馏分中的胶质，一般在石油馏分中加浓硫酸以使胶质成为酸渣而析出。经过酸洗后，石油里还含有酚、环烷酸等酸性杂质以及多余的硫酸，必须用烧碱溶液洗涤，再经水洗，才能得到精制的石油产品。在造纸工业中，首先要用化学方法处理，将含有纤维素的原料（如木材）与化学药剂蒸煮制成纸浆。所谓碱法制浆就是用烧碱或纯碱溶液作为蒸煮液来除去原料中的木质素、碳水化合物和树脂等，并中和其中的有机酸，这样就把纤维素

16、分离出来。在冶金工业中，往往要把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐，以便除去其中不溶性的杂质，因此，常需要加入纯碱（它又是助熔剂），有时也用烧碱。例如，在铝的冶炼过程中，所用的冰晶石的制备和铝土矿的处理，都要用到纯碱和烧碱。又如冶炼钨时，也是首先将精矿和纯碱焙烧成可溶的钨酸钠后，再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨的。在化学工业中，制金属钠、电解水都要用烧碱。许多无机盐的生产，特别是制备一些钠盐（如硼砂、硅酸钠、磷酸钠、重铬酸钠、亚硫酸钠等等）都要用到烧碱或纯碱。合成染料、药物以及有机中间体等也要用到烧碱。1.2.3固体烧碱的质量标准表1-1 项目型号规格IS-ITIS-DTIS-CT优等

17、品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品氢氧化钠（以NaOH计）的质量分数99.098.598.072.02.096.095.072.02.097.094.0碳酸钠（以Na2CO3计）的质量分数0.50.81.00.30.50.81.21.31.60.40.81.01.51.72.5氯化钠（以NaCl计）的质量分数0.030.050.080.020.050.082.52.73.02.02.52.81.11.23.5三氧化二铁（以Fe2O3计）的质量分数0.0050.0080.010.0050.0080.010.0080.010.020.0080.0

18、10.020.0080.010.011.3 溶液电解方法的发展1.3.1食盐水溶液电解的方法（1） 隔膜法 利用多孔渗透法的隔膜材料作为隔层，把阳极产物和阴极产物隔开，这种隔层能够使电离液透过，以一定流速流向应急阻挡向阳极室流动，它不妨碍离子运动构成电流通路，但它能防止阴极产物与阳极产物的机械混合。（2） 水银法 在1807年英国PAVY发现钠汞后，1882年，有人发现食盐水溶液电解产物可用它来分开，钠在汞阴极流体中形成钠汞从而使阳极液分离，然后到另一解汞室加水分解成NaOH和.（3） 离子膜法 BERGSMA提出采用具有离子透过性的离子膜生产氯和碱后因其各方面的表现都由于前两者二逐步取代前两

19、者。1.4 氯碱工业的特点及发展趋势1.4.1氯碱工业的特点氯碱工业的特点是原料易得、生产流程较短，另外主要还有三个突出问题。(1) 能源消耗大 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，以降低烧碱的电耗和蒸汽的消耗，始终是氯碱生产企业的一项核心工作。(2) 氯和碱的平衡 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。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。(3) 腐蚀和污染 氯碱产品如烧碱、盐酸等均具有强腐蚀性，在生产过程中使用的原材料如石棉、汞和生产的含氯废气都可能对环境造

20、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。1.4.2国内外烧碱市场的基本情况氯碱行业在21世纪保持较快的增长势头，尤其是离子膜烧碱产量增长较快。作为基础化工原料，氯碱工业中的烧碱用途广泛、消耗量大，全球产能已接近8000万吨年，而到2015年预计将逼近9000万吨年，中国是世界上烧碱产能最大、增长最快的国家，到2015年产能将达到3700万吨年，占世界总产能的40%以上。从需求方面来看，国际市场仍具有一定的发展空间，氯碱产业比较成熟的美国、日本、西欧等地区消费将稳步增长，而在一些欠发达地区如牙买加、巴西等地，进口或将有较大增长；不过，中国需求增势减弱，预计2015年可达到300

21、0万吨，产能将过剩700万吨，努力扩大出口是平衡国内市场的重要途径。随着原料价格等因素上涨影响，烧碱价格继续走高，保持较高价位运行，呈现良好发展态势。2008年，全球氯碱工业产值大约达到200亿美元，烧碱能力达到7481万吨年，比2004年(5870万吨年)增加1611万吨年，年均增长6.25%，而1999年和1994年的产能分别为5300万吨年和4032万吨年。全球已有超过500家以上的氯碱生产商以及650个以上的生产厂点。2008年，全球烧碱产量5866万吨，比2007年下降1.86%，平均开工率约为78.4%。根据氯碱生产特点，即按固定质量比(1：0.8875：0.05)同时产出烧碱、氯

22、气、氢气三种产品，2008年全球氯气生产能力约为6640万吨年，氯产量约5206万吨。中国氯碱产业发展迅速，产能已占全球1/3，2008年底，中国烧碱总产能为2472万吨年，约占全球烧碱总产能的13，国家统计局数据显示，中国共有氯碱生产企业约245家，生产烧碱1852.2万吨，出口总量达到207.5万吨，表观消费量1646.7万吨。2008年我国氯碱装置平均开工率约74.9%。氯碱产业的分布主要受到资源条件和下游需求市场分布状况的影响，全国氯碱企业的产能布局基本保持了传统的框架，华北、华东地区所占的份额依然举足轻重。此外，由于中西部地区的新增产能有所增加，华中、西北地区在行业中的话语权逐渐增强

23、，烧碱作为古老、传统的能源与资金密集型基本化工原料，广泛用于国民经济各个工业部门。20002008年烧碱需求增长率为12.4%年，比期间全国GDP平均增长率(10.8%)高出1.6个百分点，其弹性系数为1.15。2008年烧碱表观消费量1646.7万吨。尽管氯碱工业发展态势较好，但是仍存在很多制约因素：一是随着国内氯碱装置建设加快，烧碱的市场压力较大；二是国内生产企业众多，普遍规模较小，离子膜烧碱能力所占比例偏小。而且许多企业仅有氯碱装置而没有下游配套产品，可持续发展与抵抗市场风险能力较小；三是原料持续涨价，大大减少了氯碱行业的利润。今年上半年有部分中小型隔膜碱烧碱装置迫于原料价格上涨而停产。

24、氯碱工业作为基础化工原料，产品广泛应用于国民经济各个部门，经过几十年的发展，已经有了较为雄厚的基础。近年来在企业做大做强思想指导下，振兴东北老工业基地及西部开发战略实施及大量下游氯产品民营企业投资氯碱行业，将在国内引起又一次氯碱建设和发展高潮。借鉴国外发展经验和国内行业整体形势，未来氯碱行业将逐渐趋向规模化，精细化，集成化和绿色路发展道路。 一 规模化随着我国氯碱工业不断发展，尤其是新建的装置将逐渐趋向规模化。不少氯碱企业生产能力将达到20万t/a甚至50万t/a 。 二 精细化精细化工是世界氯碱工业发展的前沿，精细化工已成为氯碱企业激烈竞争的焦点和制胜战略。 三 集成化为了节省资源和最大限度

25、利用设备，近年来国际化工过程发展的一大趋势便是设备集成化。化工过程集成化就是将几个生产步骤集中在一个设备中去完成。如反应精馏技术，“一锅煮”技术等。 四 绿色化21世纪是绿色环保世纪。发展绿色化工和“原子经济”已成为21世纪化学工业的发展趋势。但是目前我国氯碱产品最大差距就是国内清洁工艺使用较少，严重制约了氯碱工业的可持续发展和国际市场竞争力。因此今后氯碱企业在加强末端治理的同时，更注重开发和推广应用清洁生产工艺，将污染物消灭在生产过程中，保证我国氯碱工业快速健康可持续的发展。1.5 离子膜1.5.1 离子膜简介离子交换膜是离子膜制碱技术的核心,已经工业化的离子膜有全氟磺酸膜、 全氟羧酸膜及全

26、氟羧酸/磺酸复合膜,其中全氟羧酸/磺酸复合膜是一种性能比较优良的离子膜, 兼有磺酸膜和羧酸膜的优点, 具有电压低、 电流效率高的特点,是广为使用的膜制品。全世界目前只有杜邦、 旭化成和旭硝子公司生产离子膜,因此离子膜也就分为杜邦Nafion 膜、 旭化成Aciplex 膜及旭硝子Flemion 膜3 大类,随着其各自技术的不断进步,发展至今3 家公司的离子膜产品均是氟纤维增强的全氟羧酸/磺酸复合膜, 只有在离子膜的结构设计上略有区别,其各自膜的情况见表15.表 1-2 离子膜概况类 别型 号说 明杜邦 Na f io n膜100系列化学稳定性膜, 1969 年商品化400系列增大耐久的膜,是单

27、一全氟磺酸膜, 碱浓度 15%。分为 Nafion415、 425、 427 等300系列全氟磺酸膜,是由高/ 低浓度的磺酸层压成的复合膜, 产稀碱时有较高的电流效率。分为Nafion 315、 324、 390等900系列是羧酸/ 磺酸的增强复合膜,兼有高电流效率、 低电压、 碱浓度高与耐久性的优点。分为Nafion N- 901、 NX- 90209、 N- 961、 N-966、 NX- 966等旭硝子 Flemio n膜700系列高低交换容量全氟羧酸复合膜, 分为 FlemionDX753、 DX723、 F -775、 F- 783、 F- 795800系列全氟羧酸/磺酸复合膜, 分

28、为 F- 811、 F- 851、F-855、 F- 856旭化成Aciplex 膜1987 年成功地开发了现在使用的新系列品种 新型全氟羧酸/磺酸复合离子膜, 即Aciplex- F膜F-2200 系列有涂层, 烧碱浓度为 21% 24%, 分 为 F - 2201、2202、2203、2204、 2205, 其中 F- 2203 电压低, F- 2205 电压低、 电流效率高F-3200 系列有涂层, 烧碱浓度为24% 26% ,只有 F- 3201 一个牌号F-4100 系列烧碱浓度为30% 34%, 分为 F- 4101、 4111、 4112、 4113, 其中 F- 4101 无涂

29、层, 其余为部分涂层,F- 4112 电压低, F- 4113 电压低、 机械强度高F-4200 系列烧碱浓度为30% 34%, 分为 F- 4201、 4202, 有涂层, F - 4202电压低、 电流效率高F-4400系列烧碱浓度为30% 34% ,只有 F- 4401 一个牌号, 机械强度高F-5200 系列有涂层, 烧碱浓度为32% 36% ,只有 F- 5201 一个牌号F-5400 系列有涂层, 烧碱浓度为 32% 36%, 只有 F- 5401 一个牌号, 电压低、 能耐不纯物F-6200 系列有涂层, 烧碱浓度为45% 50% ,只有 F- 6201X一个牌号 在离子膜法氯碱

30、生产工艺中对离子膜的要求有以下几点: ( 1)高度的化学和物理稳定性; ( 2) 较低的膜电阻; ( 3)电解质及水扩散少; ( 4) 很高的离子选择透过性; ( 5)足够的强度与形状稳定性; ( 6)较低价格随着科学技术的进步, 膜技术也在不断发展, 各个公司都在努力使自己的产品满足这些工艺要求,向节约能源、 降低成本的方向迈进。降低能耗仍是今后氯碱工业开发、 制造和应用研究的永恒课题。离子膜在提高碱液浓度、 增大电流密度、 延长膜的使用寿命方面,国内外都在积极进行新的探索。现在氯碱电解用离子膜技术方面主要研究如下课题: ( 1)低电耗膜。在高电流密度和高浓度烧碱生产条件下,如何稳定和降低电

31、耗, 这是近期离子膜开发的主要目标。( 2)改善离子膜对各项杂质的敏感性。目前膜对盐水和电解操作条件的要求比较高,对各项杂质比较敏感,因此为延长膜的使用寿命, 应开发对杂质具有耐久力的膜。( 3)高浓度烧碱用膜。现今离子膜法制碱生成的NaOH 浓度一般在 30% - 35%。各公司正在开发能生产NaOH 45%以上的膜。这方面虽已取得相当进展,但电耗偏高, 对在电价高的地区还难以应用。( 4)高电流密度用膜。现今离子膜电解的电流密度一般在3-4 kA/ m2, 如何提高到 5-6 kA/ m2, 而电耗增加不大或不增加, 保持电流效率在 95% 的情况下, 可使烧碱成本大为降低, 总能耗也进一

32、步降低。1.5.2国内离子膜的使用情况从国内企业装置的运行情况来看,离子膜使用寿命约2-3 年与国外先进水平还是有一段差距, ,而国外膜寿命可达5 年,甚至更长。膜寿命受盐水质量及运行状况的影响较大, 盐水虽然有二次精制措施, 但诸如一次精盐水质量波动、 pH 值不稳、 过滤器及树脂塔操作管理不到位、 脱氯不够等等都直接影响进槽盐水的质量; 我们的装置一般能连续运行3 个月的并不多见( 无论是引进的还是国有技术) ,全年各套装置计划外停车次数少则10 次8 次、 多则50 多次, 而国外计划外停车全年仅2-3次。由于离子膜价格高、 寿命又不太长,尽管它制碱能耗较低,但在计入离子膜及其配套垫片的

33、摊消后, 离子膜碱的成本优势大减。因此, 如何有效地延长离子膜的使用寿命、 降低膜及垫片在成本中所占的比例, 如何选用优质高效离子膜,尽可能降低离子膜碱生产的电耗, 对于提高经济效益有着很现实的意义。这取决于两方面的因素:一是工艺上的操作,我们应严格控制各项工艺指标、 加强管理,满足离子膜使用所要求的工艺条件, 这种因素通过企业自身的努力是能够实现的; 另一方面是离子膜牌号的选择,离子膜性能的好坏, 不仅取决于膜自身,还与电槽结构、 设备配置等因素有关,所以在选择离子膜时,除了考虑离子膜的性能、 价格等因素外,还应关注所用电解槽的性能, 使膜与槽实现最佳组合。我国离子膜的寿命、 电流效率等参数

34、与国外同类产品相比,性能尚未充分发挥, 很有必要进行深入的探讨,找出差距,降耗增效。氯碱工业是化学工业的基础产业, 离子膜制碱技术作为烧碱生产的先进技术, 使氯碱工业在能耗、技术指标、环境污染等方面取得了长足的进步。离子膜制碱技术是电解工艺技术的革命, 是综合性的新技术,工艺条件严格、 物料纯度要求高、 产品质量好, 并不断地进行着自我完善和发展。我国的离子膜制碱技术经过十多年的引进、 消化和吸收,国产化装备才刚刚走向成熟,价格昂贵的离子膜还不能国产化, 离子膜法烧碱无论从技术上, 还是从操作管理上, 与国外相比都存在差距,但许多不利因素通过加强管理是完全可以消除的, 烧碱生产企业应注重挖潜增

35、效, 缩小与国外的差距,提高企业的国际竞争力。1.6 离子膜电解技术 在20 世纪50 年代和 60 年代早期, 一些著名公司开始着手研究离子膜技术, 但未能获得具有实用性的成果。1966 年美国杜邦( Du Pont ) 公司开发了化学稳定性较好、 用于宇宙燃料电池的全氟磺酸阳离子交换膜, 即Nafion 膜, 并于 1972 年以后大量生产转为民用。这种膜能耐食盐水溶液电解时的苛刻条件,为离子膜法制碱奠定了基础。由60 年代初开发出全氟离子膜,直到1975 年旭化成公司才首先将离子膜应用在电解制碱上, 实现工业化生产。此后的20 年间,日本的旭硝子、 旭化成、 德山曹达、 氯工程公司,美国

36、的西方技术公司、 奥林公司,英国 ICI 公司, 德国的赫斯特- 伍德公司和意大利迪诺拉公司等15 个公司拥有这项技术。离子膜电解制碱的优点为: ( 1)投资省,比水银法投资节省约 10% - 15%, 比隔膜法节省约 15%-25% ; ( 2)出槽 NaOH 浓度高, 目前可达 30% - 35%(质量分数) ; ( 3) 能耗低, 目前离子膜法直流电耗为2200-2300 kWh/ t; ( 4) NaOH 质量好; ( 5) 氯气纯度高,氯中含氧、 含氢低; ( 6)氢气纯度高; ( 7) 无污染;( 8)生产成本低。其缺点为: ( 1)离子膜法对盐水质量的要求远远高于隔膜法和水银法,

37、因此要增加二次盐水精制,即增加了设备投资费用; ( 2)离子膜本身的费用也非常昂贵,容易损坏, 目前国内尚不能制造,需花费大量外汇进口,所以需要精心维护、 精心操作。鉴于离子膜的上述特点,无论是国外还是国内,在新建、 改造和扩建烧碱生产装置时,都会首先考虑采用这一技术。世界离子膜制碱生产能力变化情况, 1987 年世界的烧碱10%是用离子膜法生产的, 1990 年此比例上升到 18% , 1993 年已上升到23. 6% , 1997 年约为30% ,2000 年,上升到约36. 6% 。有关离子膜烧碱项目评审开工投产的消息频频见诸报端：2005年2月，沙隆达年产5万吨离子膜烧碱通过评审；5月

38、，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，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。种种迹象表明，离子膜烧碱行业目前已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。中国使用离子膜法发展非常快，从2005年仅占26%到2010年比例升至76%。1.7 我国离子膜法电解槽的现状 国内自首套引进日本旭

39、化成公司离子膜电解生产烧碱技术装置( 1 万 t/ a) 于 1986 年在盐锅峡化工厂投入运转以来,已发展到今天成为世界上采用离子膜电解技术装备种类最多的国家。在引进国外技术的同时,国产化工作也一直在进行。北京化工机械厂自1984 年和1985年引进日本旭硝子及旭化成单、 复极离子膜电解槽制造技术以来, 已为国内提供约 30多万t / a烧碱生产装置,东北机器制造厂也开发了复极式离子膜电解槽技术,并为大庆氯碱厂提供了1 万t / a烧碱工业化电解槽。1993 年 7 月, 沧州化工厂采用北京化工机械厂制造、完全国产化电解槽的1 万t / a离子膜法烧碱装置一次成功投入运转, 有力地推动了国内

40、氯碱工业的生产发展与技术进步。进入90 年代以来, 我国氯碱行业离子膜法制烧碱技术装备的推广应用速度很快,截止到1998 年年底,全国氯碱行业采用离子膜烧碱技术的装置能力达165. 8万t ,产量为119. 6 万 t ,占全年烧碱总产量的 23% ,生产厂家达44个。国产化离子膜技术在国内的应用已基本成熟, 国产化装置在国内氯碱行业中已占有一席之地,生产能力已占到国内膜碱总能力的12. 2%。通过企业的实际运行考核表明国产电解槽的水平已接近引进装置的平均水平。比较我国各引进离子膜法烧碱生产厂的生产实践和国外的资料介绍,我们认为, 世界上各公司、 厂商的离子膜法烧碱技术,在二次盐水、 淡盐水脱

41、氯、 离子膜法电解工艺上,基本上大同小异。但在离子膜电解槽的硬件上,却各有千秋。企业应结合自身的特点及发展方向,认真地加以选择。目前国内采纳的离子膜电解技术装备中80%为自然循环工艺,特别是近年来,从国外引进的工艺装备几乎全部是自然循环工艺。第二章 工艺流程的选择与说明2.1 原料的选择食盐，化学名叫氯化钠，分子式NaCl,分子量为58.5，熔点为804.0，沸点1439，食盐的主要成分为NaCl，杂质与产地有关。本设计选用衡阳井矿盐，各组分含量如下，NaCl=97.94%，Ca2+=0.18%，Mg=0.04%，SO42-=0.35%，水不溶物=0.14%，水分=0.79%。图2-1 离子膜

42、工艺流程2.2 盐水精制的选择1、 一次盐水精制 一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质量和产量。传统性的一次盐水精制工艺，采用配水、化盐、加精制剂反应、澄清、砂滤，然后再经炭素烧结管过滤器过滤。近几年新建氯碱装置一次盐水工艺大都采用膜过滤技术制取精制盐水，该工艺路线省去了砂滤器、炭素烧结管过滤器。经生产实践证明，经膜过滤分离方法制得的一次盐水质量指标、设备投资等都比传统工艺理想。所以一次精制盐水工艺采用膜过滤器过滤工艺。 2、二次盐水精制 离子膜法电解槽使用的高度选择性离子交换膜要求入槽盐水的钙、镁离子含量低于20wtppb，普通的化学精制法只能使盐水中的钙、镁离子含量降到10wtppb左右。若使钙、镁离子含量降到20wtppb的水平，必须用螯合树脂处理。 二次盐水精制的主要工艺设备是螯合树脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的运行与再生处理及其周期性切换程序控制，可由程序控制器PLC实现，PLC与集散控制系统DCS可以实现数据通讯；也可以直接由DCS实现控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建议采用三塔式流程。2.3 电