燒鹼工藝設計實習報告1萬字

前言
1.內容
離子膜法制燒鹼就是採用離子交換膜法電解食鹽水而製成燒鹼（即氫氧化鈉）。其主要原理是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H＋、Na+通過，而Cl－、OH－和兩極產物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl2和陰極產物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒鹼純度的作用。
主要原料：飽和食鹽水，但由於粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等雜質，遠不能達到電解要求，因此必須經過提純精製。
離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程：精製的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電後H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室匯入的陰極液中含有NaOH；Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水則從陽極室匯出，經新增食鹽增加濃度後可迴圈利用。
陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發生反應為2H++2e－=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。
2. 國內的發展狀況及瓶頸
長期以來，一說到離子膜燒鹼的發展，技術困境總是被擺在最前面。不可否認，久而久之，好象影響離子膜燒鹼健康發展的就只有一個技術問題。離子膜生產技術掌握在少數發達國家手中，這是中國氯鹼行業的一塊心病，威脅到我們產業的安全。但是，從離子膜燒鹼的發展來看，國內企業所面臨的遠不只是技術問題。
隱憂一：使用超前，研發滯後 在當前環保要求嚴格、油價上漲、能源緊缺的形勢下，發展離子膜法燒鹼已經成為氯鹼企業調整產品結構、節能降耗、保護環境、增強市場競爭力的主要措施，絕大多數企業將離子膜法裝置作為擴建和新建氯鹼裝置的首選，因此，國內離子膜法燒鹼的發展十分迅速。
目前，國內離子膜法燒鹼生產廠家全國共86家，產能排前4名的企業離子膜法燒鹼產能均超過了20萬噸/年，2009年底前還有3家企業的離子膜法燒鹼產
我國離子膜法燒鹼發展十分迅速，徹底淘汰了水銀法燒鹼和部分石墨陽極隔膜法燒鹼，大大提升和優化了我國氯鹼工業的產品結構，促進了相關工業的迅速發展。目前，世界上能生產離子交換膜法氯鹼電解槽的7個生產廠其中包括北京化工機械廠生產的電解槽在國內均有使用廠家，代表當前離子膜法最先進水平的高電流密度、低電流消耗、大單元面積、自然迴圈工藝的電解槽在我國已有企業採用。
但專家指出，與世界發達國家的先進水平尚有一定差距，國內離子膜燒鹼行業在某種程度上存在著“使用超前，研發滯後”的問題。 目前國內離子膜法燒鹼擴能速度過快，規劃存在盲目性。得益於下游產品的市場行情好，和因企業缺鹽、缺電限產造成的供不足需，國內燒鹼市場出現了近幾年少有的火爆行情，其中離子膜法燒鹼企業的規模也呈現飛速增長的趨勢。但是隨著大批新建、擴建裝置的投產，燒鹼下游產品及離子膜法副產品利用技術的發展速度跟不上，這種行情將不復存在。一些企業，特別是新建裝置的企業，對上、下游市場及競爭環境缺乏長遠、全面的分析，新增如此多的裝置將使原本已過剩的燒鹼市場更加不堪重負。另外，從全球的氯鹼發展形勢看，全球範圍內燒鹼過剩和產品同質化趨勢使市場競爭變得更加激烈，這是各燒鹼出口國面臨的共同問題。而這也從另外一個方面制約了燒鹼行業，特別是離子膜法燒鹼的進一步發展。
特別值得一提的是，擴能速度如此之快，而所用離子交換膜卻全部要依靠進口。離子交換膜是離子膜法燒鹼的核心要素之一，目前，我國已建成投產的離子膜法燒鹼裝置所用離子交換膜仍全部依靠進口，且價格昂貴。進口離子膜按800美元/平方米計，平均2.5年為一更換週期，大約每年需要購膜費用摺合人民幣約2.756億元，不但增加了離子膜法燒鹼的生產成本，而且受制於人。
隱憂二：能耗高，膜使用壽命短 過去世界各國生產高純鹼都採用水銀法。而上個世紀80年代發明了離子膜電解法，因其兼有環保和節能等特性，從90年代開始在世界氯鹼行業範圍內得到了廣泛的推廣，在目前幾種電解工藝中佔據的位置。在我國離子膜法燒鹼所佔比例也在逐年提高，到目前為止已經超過隔膜法，成為我國燒鹼生產的主要工藝之一。
在離子膜燒鹼大規模新增、擴建的浪潮中，更令人擔憂的除了技術之外還有很多：雖然我國離子膜法燒鹼生產裝置在增多,裝置技術水平在提高，少數企業的執行指標很先進，但總體執行水平並不高,如電耗、原鹽消耗等，離子交換膜的使用壽命與國外先進水平相比還有較大差距。
裝置連續執行時間短，離子交換膜使用壽命不夠長。我國採用離子膜法電解技術裝置(無論是國外引進技術，還是國產化技術)已近20年，除少數幾家技術水平、管理水平較高的企業之外，能夠連續執行3個月以上的裝置很少，各裝置全年計劃外停車次數少則幾次，多則十幾次，甚至達數十次。而國外發達國家先進水平的企業大多計劃外停車全年只有二三次。同樣的電槽，同樣的膜，同樣的電解工藝，我國的膜壽命一般只有2～4年，平均2.5 年，而國外的膜壽命可達3～6年，甚至更長。我國計劃外故障停車次數每年如能保持在二三次，則離子交換膜壽命有望超過4年。
能耗高於國外先進水平。我國離子膜法燒鹼的平均電耗2286kW•h/t，與國外先進水平相差17%～43%。2011年，我國離子膜法制高純燒鹼的蒸汽消耗平均為0.67噸(折標煤95.7千克)。有些廠家未經蒸發而直接按30%液鹼出售，而日本的蒸汽消耗只有0.343噸(折標準煤49千克)，綜合能耗國內平均水平比國外高31%左右。
鹽耗也遠高於國外先進水平。國外離子膜法燒鹼的鹽耗一般在1.5噸以下，國內鹽耗一般在1.55～1.60噸，甚至有些廠高達1.67～1.76噸，相差50千克左右。
隱憂三：未來市場不容樂觀 據全國氯鹼工業資訊中心統計，2010年，是國內新建、擴建裝置投產的高峰期，預計在原有基礎上還會新增產能261萬噸；到2011年，擴產高潮稍有降溫，但預計還會有合計產能達99萬噸的裝置投產，若規劃中的幾個重量級專案現在或稍後開始建設，2011年投產裝置規模甚至還將超過2010年。而在新建和擴建裝置中，離子膜法裝置佔絕對優勢。
3.發展趨勢
分析顯示，目前，包括離子膜法裝置在內的國內新建和擴建氯鹼裝置主要有以下特點：
一是原有大型企業加緊擴產。2010年，齊魯石化氯鹼廠投產了20萬噸／年離子膜燒鹼裝置，其燒鹼年產能力達到46萬噸，位居全國首位。2011年，天津大沽化工有限責任公司14萬噸／年離子膜燒鹼裝置投產後，燒鹼年產能力也將達到46萬噸。到2012年，上海天原的36萬噸／年新裝置投產後，其燒鹼年產規模將達到76萬噸，將重居國內首位。據預測，到2012年，天津大沽化工有限責任公司燒鹼年產能力也有可能超過50萬噸。目前，國內排名第5的巨化股份有限公司電化廠還將有擴建裝置投產。
二是新建裝置中大專案多。如內蒙古億利化學工業有限公司原規劃專案年產規模為50萬噸，寧夏西部聚氯乙烯有限公司規劃專案年產規模為30萬噸，陝西金泰氯鹼化工有限公司規劃專案年產規模為30萬噸，三友集團氯鹼有限責任公司規劃專案年產規模為30萬噸。
三是原廠搬遷後裝置規模大多擴大。隨著國內城市建設速度加快，部分氯鹼企業距離市區、居民生活區越來越近，已威脅到周圍居民的人身安全，需要遷址重建。這一問題在江蘇省顯得尤為嚴重。江蘇省有9～10家氯鹼企業需要搬遷或正在搬遷，搬遷後的裝置年產規模大多定為20萬～50萬噸。其他省份的一些氯鹼廠目前也面臨搬遷問題，而且也計劃在搬遷時擴大規模。
四是原料豐富的地區新建裝置。這一現象在山東省尤為突出。山東省鹽業資源豐富，電力充足，建氯鹼裝置有明顯的原料優勢。據不完全統計，目前，山東省29家企業的氯鹼年產能力合計達319．5萬噸，2010年至2011年有30萬噸／年擴建裝置投產。除此之外，在2011年至2012年，預計山東省還將有5家企業（合計年產規模37萬噸）加入到氯鹼行業。我國西部地區有豐富的煤炭、石灰石、天然氣等資源，一批大規模氯鹼專案正在建設或籌建，其中包括內蒙古億利化學、寧夏西部聚氯乙烯、山西陽煤集團、陝西金泰、內蒙古晨巨集力、內蒙古吉蘭太等。
五是下游產品市場廣闊的地區建氯鹼廠。這點值得其他氯鹼企業關注。如電解鋁是燒鹼的主要下游產品之一，鋁資源豐富的河南、廣西均有新的氯鹼裝置正在建設中。由於燒鹼市場的區域特徵明顯，這些裝置的投產將對周邊地區的原氯鹼企業帶來衝擊。
根據目前我國燒鹼消費水平和氯鹼裝置的現狀，金屬陽極隔膜法電解槽和離子膜法電解槽將會在今後較長時間共存(少則10年，多則20多年)。因為我國大部分DSA槽目前仍佔有主導地位，而且擴張式金屬陽極隔膜法電解槽具有相當的先進水平和競爭力，企圖短期內全部用離子膜槽轉換或淘汰DSA槽是不現實的，也是極大的浪費。在目前國內市場消費情況下，除合成纖維、醫藥、試劑、水處理和石油化工等部門外，多數使用者如造紙、肥皂、冶金、玻璃、化學品等行業在考慮生產成本的同時，只要隔膜法燒鹼能滿足使用要求，沒有必要使用離子膜法燒鹼。目前離子膜法燒鹼產能完全能滿足國內對高純鹼的需求，隨著電解技術進步和創新發展，未來幾年即將問世並可商品化的更加先進的氧(空氣)陰極離子膜法燒鹼，噸鹼電耗只有1600千瓦時，對我國目前採用的活性陰極離子膜法燒鹼的企業將是嚴峻的挑戰。 專家建議，國家要高度重視，下大力量自主研發或花費大量外匯直接引進國外先進位制膜生產技術和裝置，組織強大的科技力量，加大資金投入，對樹脂合成、制膜工藝、膜表面處理、電槽考核和工業性試驗等進行一條龍攻關，儘快實現我國氯鹼生產用離子交換膜的國產化、規模化生產。據瞭解，離子交換膜的研發早已列入國家重點科研專案。作為國家“863”計劃的重大科技攻關專案——500噸/年全氟離子交換樹脂和離子膜專案已在山東東嶽國際氟矽材料工業園動工建設，這將對我國氯鹼行業產生重大影響，使我國成為繼美國、日本之後的第3個能夠生產全氟離子交換膜的國家。
國家應實施總量控制，在我國未掌握制膜技術之前，根據國內實際情況，適時適度發展離子膜法燒鹼。對於用來淘汰落後的石墨陽極和固定盒式金屬陽極隔膜法電解裝置的離子膜法燒鹼專案應予以大力支援，對於國家重點新建大型離子膜法燒鹼專案，必須採用先進的離子膜法電解技術，以增強國際市場競爭力，提升我國氯鹼工業的技術水平。同時，專家建議，我國今後新建、擴建離子膜法燒鹼裝置應由以國外引進為主逐步轉向以國產化為主。
第一章 化鹽工段
1.1工藝原理
將固體原鹽(或搭配部分鹽滷水)與蒸發工段送來的回收鹽水、洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例摻和、加熱溶解成含氯化鈉的飽和水溶液，同時按原鹽中雜質含量連續加入適量的精製劑(氫氧化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等)，使鹽水中鈣、鎂、硫酸根等雜質離子分別生成難溶的沉澱物，然後加入助沉劑(聚丙烯酸鈉等)。經過澄清、砂濾得到一次鹽水，一次鹽水經中和、過濾、樹脂吸咐等步驟製得質量合格的精鹽水，按需要源源不斷地輸送給電解工段。一般1t鹼需要1.5t鹽（理論比例為1：1.462）。
基本化學方程式：CaCl2+NaCO3=CaCO3+2NaCl CaSO4+Na2C03=CaC03+2Na2SO4
MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl
Na2SO4+BaCl2=BaSO4+2NaCl
1.2主要工藝指標

入槽鹽水含NaCl≥315g／L
鹽水過鹼量NaOH 0.07～0.15 g/L
Na2CO 3 0.25～0.35 g／L
鹽水中鈣、鎂總量 ≤5mg／L
鹽水中硫酸根含量 ≤5g／L
澄清桶入口鹽水溫度
l與4季度48士3℃
2與3季度50±3℃
入槽鹽水銨含量 無機銨≤1mg／L 總 銨≤4mg/L
鹽水透明度≥900mm(十字觀察法)
排放鹽泥中含 NaCI≤8g／L
入槽鹽水pH控制值
8～10(微鹼性鹽水入槽)
約7(中性鹽水入槽)
約4(酸性鹽水入槽)
煙道氣制純鹼中含NaOH ≤3g／L

1.3工藝流程
圖1—1為鹽水精製工藝流程。固體食鹽從鹽倉內用剷車l將鹽送入鹽鬥2，經皮帶運輸機3卸入化鹽桶4。鹽滷水、蒸發工段回收鹽水和洗鹽泥回收的淡鹽水，按比例搭配用泵6送到化鹽桶4內進行化鹽操作，經過桶底配水管均勻流出，沿化鹽桶內鹽層逆流而上將食鹽溶解制成飽和的粗鹽水，從化鹽桶上部溢流而出。出化鹽桶的粗鹽水與精製劑碳酸鈉、氯化鋇及蒸發回收鹽水中的氫氧化鈉發生化學反應，使溶解在粗鹽水中的鈣、鎂、硫酸根等雜質離子生成不溶解於水的氫氧化鎂、碳酸鈣、硫酸鋇等沉澱物而懸浮在粗鹽水中。
與精製劑反應後的粗鹽水靠位差進入澄清桶8，為了加速澄清,在進入澄清桶前新增助沉劑,使懸浮物沉澱顆粒凝集增大加速澄清。澄清後的清鹽水從澄清桶上部溢流入砂濾器l1，鹽水通過砂濾層之後，鹽水中所夾帶的少量細小懸浮物顆粒被截留。出砂濾器鹽水含鈣、鎂雜質量可降到5mg／L以下，即一次鹽水。然後進入中和罐12,加鹽酸中和過剩鹼量,再進入精鹽水貯槽13,用泵19送往鹽水高位槽供電解工段使用。澄清桶底部排出的鹽泥定期排放回收。
1.4主要裝置及作用和工作原理
1.4.1化鹽桶
化鹽桶的作用是把固體原鹽、部分鹽滷水、蒸發回收鹽水和洗鹽泥回收淡鹽水，按比例摻和，並加熱溶解成氯化鈉飽和溶液。
化鹽桶一般是鋼板焊接而成的立式圓桶，其結構見圖1—2。化鹽水由桶底部通過分佈管進入化鹽桶內。分佈管出口均採用菌帽形結構防止鹽粒、異物等進入化鹽水管道造成堵塞現象。在化鹽桶中部設定加熱蒸汽分配管，蒸汽從分配管小孔噴出，小孔開設方向向下,可避免鹽水飛濺或分配管堵塞。在化鹽桶中間與還設定有折流圈，折流圈與桶體成45度角．折流圈的底部開設用於停車時放淨殘存鹽水的小孔。折流圈的作用是避免化鹽桶區域性截面流速過大或化鹽水沿壁走短路造成上部原鹽產生搭橋現象。折流圈寬度通常約為150～250mm。
化鹽桶上都有鹽水溢流槽及鐵柵，與鹽層逆相接觸上升的飽和粗鹽水，從上部溢流槽溢流出，原鹽中常夾帶的繩、草、竹片等漂浮性異物經上部鐵柵阻擋除去。
1.4.2澄清桶
澄清桶的作用是將加入精製劑後反應完全的鹽水，在助沉劑的幫助下，使雜質沉澱顆粒凝集變大，下沉分離。澄清後的清鹽水從桶頂部溢流出，送砂濾器作進一步精製過濾，桶底部排出的鹽泥送三層洗泥桶，用水洗滌回收其中所含的氯化鈉。
鹽水中鈣、鎂等不溶物懸浮顆粒在加入助沉劑後起凝聚作用，顆粒增大，被截留到桶底定時排出。澄清後的清鹽水從桶底部緩緩向上，經桶頂部環形溢流槽彙集後連續不斷流出。
1.4.3砂濾器
砂濾器的作用是把澄清桶送來的澄清鹽水經砂濾層過濾，進一步除去清鹽水中微量懸浮性不溶雜質，提高進電解槽的鹽水質量，確保電解工段對高質量入槽鹽水的要求。
第二章 電解工段

2.1金屬陽極電解工段
2.1.1工藝原理
把化鹽工段用泵輸送來的符合質量要求的精鹽水,經高位槽穩壓及預熱器預熱後送入電解槽,同時輸入由變電工段送來的直流電進行電化學反應。根據操作規程和工藝條件,確保電解槽正常安全運轉。電解過程中產生的氯氣與氫氣分別匯入各自的總管,彙集送氯、氫處理工序，進一步處理加工。生成約含氫氧化鈉11％的電解液流入總管彙集電解液貯槽,經鹼泵送蒸發工段進行蒸發濃縮。
反應方程式如下

2.1.2主要工藝指標

單槽氯中含氫量 ≤1．0％ 氯氣總管中含氫量 ≤O．4％
單槽氯中含氧量≤3．0％
氯氣總管中含氧量 ≤3％
電解液總管濃度 130±5g／L
單槽電解液濃度 90～140g／L
氧氣總管氫純度≥98％
電解槽槽溫 80～105℃
氯氣總管壓力 0～－50Pa
氫氣總管壓力 0～50Pa
對地電壓偏差(總電壓) ≤10％
電解槽陽極電流效率 ≥90％

2.1.3工藝流程
圖2－1－1為金屬陽極電解流程圖。電化鹽工段送來含氯化鈉315g／L以上、質量合格的精製鹽水送至鹽水高位槽1,高位槽內鹽水液麵維持恆定，以保持一定的靜壓力。經一段鹽水預熱器2內與來自電解槽出口的溼熱氫氣(氫氣總管溫度約85℃)進行熱交換，溫度可提高8～10℃，然後再進入二段鹽水預熱器,用蒸汽進一步補充加熱鹽水，加熱到鹽水溫度在60～80℃間，再經鹽水總管、支管連續均衡地分別送入各臺電解槽5進行電解。電解生成的氯氣從電解槽蓋頂部支管匯入氯氣總管，送到氯氣處理工段.氫氣從電解槽陰極箱上部支管經斷電器斷電後彙集入氫氣總管，經一段鹽水預熱器預熱鹽水降溫後送氫氣處理工段。生成的含氫氧化鈉11％的電解液經鹼液斷電器斷電後從電解槽下側流出匯入電解液總管，彙集於電解液貯槽6中，再經泵7輸送到蒸發工段進行蒸發濃縮。
2.1.4主要裝置及作用
金屬陽極電解槽是隔膜電解槽的兩大型別之一，其結構如圖2－1－2。隔膜電解槽是隔膜法電解食鹽溶液製取氯氣、氫氣、燒鹼的主要裝置。是我國發展比較成熟的一種技術。隔膜電解槽示意圖如圖2－1－3。
電解槽主要由槽蓋、陰極箱、陽極組合件三大部分組成。
金屬陽極電解槽的槽蓋多數採用鋼板焊接製成，內襯橡膠防腐蝕層。在槽蓋的頂部有氯氣出口孔，側面有鹽水注入口，槽蓋前側面裝有液麵計便於掌握電解槽內鹽水液位高低。槽蓋上還裝有氯氣壓力錶和取樣孔。
陰極箱是由陰極鐵絲網袋`鋼板外殼和陰極導電鋼板組合成一個完整的陰極導電系統。在陰極箱的外殼下端有電解液匯出管，上方有氫氣出口管。
金屬陽極電解槽陽極組合件是由鈦-鋼-銅三板疊合組成，上層2mm鈦板作為防腐 蝕層，中層20mm鋼板作支撐層,下層16mm銅板作為陽極導電板．塗有釕層的鈦陽極片通過銅螺絲、銅螺母聯接固定在下層陽極銅導電板上,電流由此匯入。
槽蓋與陰極箱、阻極箱與陽極組合件之間可用“陶泥瀝清軟封料”外圍麻繩進行密封以免鹽水洩漏,也可採用橡膠墊片加絕緣螺栓聯接密封。
2.2離子膜工段
2.2.1工藝原理
以食鹽水為原料的離子膜法電解工藝，因離子交換膜效能要求，進離子膜電解槽的鹽水質量必須嚴格控制，不然將影響離子交換膜效能的發揮和使用壽命以及產品的質量。因此本工段的任務是：
(1)將送來的一次精製鹽水再經過一次精密過濾，使鹽水中的懸浮物達到≤1PPm，送二次精製；
(2)將上述過濾後的合格鹽水，經二次精製處理即採用樹脂吸咐（使用過的樹脂經處理後再生），使鹽水中的ca2+、Mg2+雜質含量達到≤20ppb，送離子膜電解槽；
(3)合格的二次精製鹽水在電解槽內經通電電解，得到合格的氫氧化鈉，然後經冷卻、計量後送成品槽；
(4)電解副產品氯氣和氫氣，分別送氯處理和氫處理後．生產相應的氯、氫產品；
(5)食鹽水經電解後流出的淡鹽水，經脫氯裝置除去鹽水中的遊離氯，使遊離氯含量達到標準，然後將脫氯後合格的淡鹽水送回化鹽工段再化鹽使用。
2.2.2主要工藝控制指標
1、經鹽水過濾器一次精製鹽水質量指標

NaCI 310～31 5g／L
NaOH ≤0．6g／L
Na2CO3 ≤0．5g／L
Ca+Mg ≤10ppm(以CaO計算)
Sr ≤2．5mL／L
Ba ≤0．1ppm
Fe ≤0．1ppm
Si02 ≤15ppm
ClO3- ≤10g／L
SO42+ ≤4g／L
Hg ≤10ppm
S(含懸浮固體重) ≤10ppm
其它的重金屬 ≤0.2ppm
個別金屬①Al ≤0.1ppm
②Mn ≤0.05ppm
③Cr ≤0.05ppm

2、進螫合樹脂塔過濾鹽水質量指標

(1)NaCI 310~315g／L
(2)pH 9士0．5
(3)溫 度 60-士5℃以上
(4)Ca+Mg 5ppm(按照CaO)以下
(5)Sr 2.5mg／L(按照Sr)以下(6)Ba 0.1ppm以下
(7)Fe 以下
(8)SiO2 15ppm以下
(9)ClO- 不存在
(10)CIO3- 10g／L以下
(11)SO42- 4g／L以下
(12)S 1ppm以下(但不含有Ca、Mg、Sr等固態物)
(13)Hg 10ppm以下
(14)其它重金屬 總共 0.2ppm以下
個別金屬 ①A1 以下
②Mn 0.05ppm以下
③Cr 0.05ppm以下

3、進離子膜電解槽二次精製鹽水質量指標

NaCI 31 0-31 5g／L
Ca+Mg ≤20ppb(以Ca計算)
Sr ≤
Ba ≤0.1ppm
Fe ≤0.1ppm
SiO 2 ≤15ppm
CIO3- ≤10g／L
SO42+ ≤4g／L
其它重金屬總量 ≤0.2ppm
個別金屬： ①AI ≤0.1ppm
②Mn ≤0.05ppm ③Cr≤0.05ppm

4、出離子膜電解槽各物料質量指標

(1)氫氧化鈉 33士0.15％
NaCI／NaOH ≤80ppm
Fe2O3 ≤8ppm
(2)氯氣
CI2 ≥97％
含02 ≤2．5％
含氫 ≤0.1％
(3)氫氣H2 ≥99％
(4)淡鹽水
NaCI 210士10g／L
pH 2～4
CIO- ﹤2g／L

5、出脫氯塔淡鹽水質量指標
NaCI 210土10g／L pH 7～8
6、各操作壓力

炭素過濾器操作壓差 <0.2MPa
清洗加壓操作壓力 0.45MPa
螯合樹脂塔壓差 <0.12MPa
電槽陰極大於陽極壓力 100mmH2O
C12壓力 0士10mmH2O
H2壓力 100~10mm H2O
脫氯鼓風機壓力 900-1100mm H2O
7、各操作溫度
一次精製鹽水溫度 >45℃
過濾鹽水溫度 60士5℃
電槽槽溫 85士3℃
脫氯塔回收氯冷卻溫度 ＜40℃
吸收液苛性鈉溫度 ＜40℃
（三）工藝流程
圖2－2－1為離子膜法制鹼工藝流程圖。原鹽經溶解、反應、沉清．砂濾後，製成一次精製鹽水，該一次精製鹽水進入本工段後，加入適量的亞硫酸鈉以除去微量的遊離氯，同時加入適量的α-纖維素助濾劑，然後用泵送入鹽水過濾器進行過濾，經過濾後的鹽水，其懸浮物含量達到規定指標≤lppm，再經加熱使溫度達到60士5℃，並用pH自控調節使pH控制在9士0．5。將上述符合質量指標的鹽水,用泵送入螯合樹脂塔進行螯合處理．使鹽水中Ca2+、Mg2+雜質含量達到20ppb以下，此鹽水稱二次精製鹽水。二次精製鹽水再經加熱,用泵送離子膜電解槽陽極側．加熱溫度視電解槽槽溫而調節，一般冬季比夏季高一些．以保證槽溫穩定在85士31°C。在電解槽的陰極側，加入與鹼濃度相當的純水量．以保證產品濃度穩定在規定的指標範圍內(30～35％)。在直流電作用下經電解，在陰極側流出規定濃度的氫氧化鈉，經冷卻、計量後送入成品貯槽或再經蒸發濃縮到規定濃度；在陰極側上方，放出副產品氫氣送氫處理工序。在電解槽的陽極側．經電解後的淡鹽水流入貯槽。經加酸用pH自動調節計使pH調節在2左右，以使大部分的氯酸鹽和次氯酸鹽分解，分解出的氯氣併入總管，淡鹽水再用泵送入脫氯塔。經脫氯後合格的淡鹽水則用泵送回化鹽工段再使用．脫氯如是採用真空脫除．則脫出的氯氣併入氯總管；如是用空氣吹除的，則脫出之氯氣需用20％的氫氧化鈉進行迴圈吸收，製成10％的次氯酸鈉．在陽極側上部放出的氯氣，則送入氯氣處理工段。
（四）主要裝置及作用和工作原理
1、鹽水過濾器
鹽水過濾器的作用是使一次精製鹽水經過濾除去所含微量懸浮物，指標為≤1ppm。離子膜法制鹼工藝中，要求鹽水中的懸浮物含量控制在1ppm以下。以防止鹽水中所含微細懸浮物引起膜的堵塞而導致槽電壓上升。然使用傳統的砂過濾器，鹽水中的懸浮物含量一般在5~10ppm．因此，必須再經過一次精密過濾。實習工廠採用碳素管式過濾器。
碳素管過濾器的外殼由鋼襯橡膠防腐層．內部由多組炭系管均勻固定在花板上．其結構見圖2－2－2所示。碳素管式過濾面積由生產能力大小而定一般年產l萬噸規模的過濾面積約在7～8m2，使用壽命在8～10年。
碳素管式過濾器由純凝經燒結後製成，外徑120mm，內徑70mm ，長度500mm，為圓筒狀元件。
碳素管式過濾器的特點是經一定時間使用後，可經再生恢復重新使用。
碳素管的過濾原理見圖2－2一3。一次精製鹽水從圓筒的外部流入圓筒的內部進行過濾．懸浮物在碳素管外被截流。為了保持的過濾精度．首先在碳素管外先預塗上一層助濾劑，預塗層的厚度約為2~3mm，同時採用助濾劑新增方式，使定量的助濾劑與一次精製鹽水混合後送過濾器過濾，過濾時初始阻力0.02MPa，隨著鹽水中懸浮物的積累，其阻力逐漸上升，當升到0.15～0.20MP時，應停止使用予以清洗再生．但如當鹽水中懸浮物含量低時，即使壓力未上升到0.15-0.20MPa，而使用時間達到48小時；則也需停止使用予以清洗再生，以保持長久穩定地執行。碳素管的清洗再生，是將清洗液從管內向管外反洗，並通入0.45MPa的壓縮空氣，當迅速開啟專用排液閥時，鹽水因受到壓縮空氣的壓力迅速由管的內側流向管的外側，同時將炭素管外的預塗層和被截留的懸浮物濾餅，同時從過濾管上脫落除去，然後經過各步清洗，則可完全恢復原有效能而重複使用。
2、螯合樹脂塔
螯合樹脂塔通常是二臺或三臺串聯使用，其作用是將一次精緻鹽水中Ca2+、Mg2+雜質含量降低到20ppb以下，以符合離子膜工藝的需要。
螯合樹脂塔的外殼由鋼板製成，內襯特殊的低鈣鎂橡膠防腐層。塔內填裝一定量的帶有螯合基團的特種離子交換樹脂，樹脂的特點是對金屬離子有極強的選擇性。第二個特點是再生效率高，即在使用一定週期後，可通過酸、鹼、純水的清洗．將螯合的金屬離子解脫恢復原有的交換容量，以重新再進行螯合處理。
在使用贅合樹脂處理鹽水中，必須注意下列二點：
(1)物料中不能帶有氧化劑，
(2)物料中有能帶有油狀物。因油將使螯合樹脂顆粒表面生成一層油膜．從而降低其離子交換的功能。
螯合樹脂塔的結構如圖2－2－4所示。
3、離子膜電解槽
離子膜電解槽是離子膜制鹼生產工藝中的關鍵裝置，它的作用是將進入的合格的二次精緻鹽水經通電電解，生產出低鹽、高純、高濃度的氫氧化鈉產品．同時得到聯產氯和氫氣。其生產原理如圖2－2—5所示。
離子交換膜電解食鹽法，是用陽離子交換膜將電解槽隔成陽極室和陰極室，這層膜只允許鈉離子穿透，而對氫氧根離子起阻止作用，另還能阻止氯化鈉的擴散，從而達到生產低鹽、高純、高濃度氫氧化鈉產品的目的。

第三章 氫氣和氯氣處理工段

從電解槽出來的溼氯氣和溼氫氣，溫度約為80～90ْC，併為水蒸氣所飽和。溼氯氣具有強烈的腐蝕性，只有鈦、玻璃、橡膠、玻璃鋼（FRP）等少數材料可以耐溼氯氣的腐蝕。另外為便於運輸和使用，也需要對溼氯氣進行加工處理。氫氣的純度雖然很高，可達99％以上，但含有少量的鹼霧和大量的水蒸氣，也需要進行處理。
本工段的另一重要任務是通過氯氣和氫氣的進出口迴流量的調節來達到電解槽陽極室和陰極室的壓力平衡，保證電解槽的安全執行。
3.1氫氣處理
3.1.1工藝原理
來自電解槽的氫氣進入氫氣－鹽水熱交換器，氫氣溫度可降至50ْC左右，而鹽水溫度約能提高10ْC.這樣使氫氣中所帶出的一部分餘熱得到 回收。冷卻後的氫氣再進入氫氣洗滌塔內。用工業 上水對其進行洗滌和冷卻，氫氣中大部分雜質（鹽霧和鹼霧）及水蒸氣被冷卻水帶走並排入下水道。氫氣則從塔頂出來，經水氣分離器分離後，由風機送到氫氣櫃或使用氫氣的部門。
3.1.2工藝流程
圖3－1－1是氫氣處理流程圖，來自電解槽陰極的氫氣首先進入氫氣洗滌塔，此塔為一空塔，內裝數層噴淋裝置，冷卻水經噴水裝置，自塔頂噴淋下來，與自塔底進入的氫氣相遇，進行冷卻和洗滌，氫氣所帶的大部分水蒸氣和鹼霧，便被洗滌下來，隨同用過的冷卻水一起排出。從洗滌塔出來的氫氣分為兩部分，一部分經過H2風機輸送到冷卻塔進一步冷卻，然後由緩衝罐分配：到片鹼工段作加熱介質，到與Cl2反應以及到氫壓站。另一部分由氫氣壓縮機輸送到水霧捕集器，然後輸送給使用者使用。壓縮過程中使用N2作保護氣體。
3.1.3主要裝置及作用和工作原理
1、水洗塔
將氫氣中夾帶的鹼霧除去，同時降低氣體溫度，從而除去其中所含的大部分飽和水蒸氣，使氫氣得到初步淨化。
2、捕集器
可減少冷卻後氫氣中殘存的霧滴狀冷凝水及鹼霧，減少其對氫氣壓縮機的腐蝕。
3.2氯氣處理
3.2.1工藝原理
氯氣處理工段是氯鹼生產廠中聯接電解槽與用氯部門的工序，起著承上啟下的作用，也是穩定電解槽正常執行、確保安全生產的重要環節。由食鹽水溶液電解，其陽極產物是溫度較高、並伴有飽和水蒸汽及夾帶一定鹽霧雜質的溼氯氣，每噸氣相的溼含量可達0.3381噸以上。這種溼氯氣對鋼鐵及大多數金屬有強烈的腐蝕作用，只有少量的稀土及貴金屬或非金屬材料在一定條件下才能抵禦溼氯氣的腐蝕，從而使氯產品的生產和氣氯的輸送發生困難。而乾燥脫水的氯氣在通常條件下對鋼鐵等常用材料的腐蝕是比較小的。詳見表3-1。
表3-1氯氣對鋼鐵腐蝕速率表
氣相中含水分，% 年腐蝕速率，mm/a 氣相中含水分，% 年腐蝕速率，mm/a
0.00567
0.01670
0.0206
0.0283 0.0107
0.0457
0.051
0.061 0.0870
0.1440
0.330 0.114
0.15
0.38
由表3-l可知，對溼氯氣的脫水乾燥是生產、輸送、使用氯氣過程所必須的。氯氣處理的目的就在於除去溼氯氣中的水分，使之成為含溼量甚微的乾燥氯氣，以適應氯氣輸送和氯產品生產的需要,由此可見,氯氣處理的任務就是將電解槽陽極析出的飽含水蒸汽的高溫溼氯氣進行冷卻除沫、乾燥脫水、除霧淨化,再壓縮輸送到各用氯部門,經過處理後,氯氣中的含水量降至0．01％以下,基本不含酸霧,成為合格的氯氣.除此之外還應調節溼氯氣出電槽總管時的負壓以及在緊急故障情況下將事故氯氣進行處理,不使其外洩。
（二）主要工藝指標
1.壓力

電槽出口總管壓力—0.2~一0.3kPa 氯氣透平機一段進口壓力 0.085MPa
氯氣透平機一段出口壓力 0.035～0.042MPa（表壓）
氯氣透平機二段進口壓力 0 .033 ～0.040MPa（表壓）
氯氣透平機二段出口壓力0.1～0.12MPa（表壓）
氯氣透平機三段進口壓力 0.08～0.10 MPa（表壓）
氯氣透平機三段出口壓力 0.18 ～0.23MPa（表壓）
氯氣透平機四段進口壓力 0.16 ～0.21MPa（表壓）
氯氣透平機四段出口壓力 0.28 ～0.38MPa（表壓）
密封室充氣壓力 2.5～3.5kPa（表壓）
密封室抽氣壓力 －1～－2kPa（表壓）
油過濾器出口壓力 0.35M Pa（表壓）
前軸承進口0.08～0.12MPa（表壓）
後軸承進口油圧0.08～0.12MPa（表壓）
增速箱進口油壓 0.15～0.l8MPa（表壓）
油封壓力 70～150mm 油（表壓）
貯氣罐壓力 0.6MPa（表壓）以下
乾燥密封氣輸出壓力 0.05～0.1MPa（表壓）
再生密封氣壓力 0.05MPa （表壓）
泡沫千燥塔阻力降5.5～6.5kPa（表壓）
工業水壓力 0.12MPa以上

2.溫度

Ⅰ段鈦冷卻器出口氣相溫度40℃以下
Ⅱ段鈦冷卻器出口氣相溫度11～14℃
出泡沫塔乾燥後氯氣溫度<20℃
冷凍氯化鈣溶液溫度6~12℃
氯氣透平機進機溫度<20℃
氯氣透平機一段出口溫度<90℃
氯氣透平機二段進口溫度<38℃
氯氣透平機二段出口溫度<90℃

氯氣透平機三段進口溫度<38℃
氯氣透平機三段出口溫度<90℃
氯氣透平機四段進口溫度<38℃
氯氣透平機四段出口溫度<90℃
止推軸承溫度45~50℃
前軸承溫度45~50℃
後軸承溫度45~50℃
增速器軸承溫度40~45℃
前軸承回油溫度35~45℃
後軸承回油溫度5~45℃
增速箱回油溫度45~50℃
潤滑油溫度20℃以上，<20℃無合閘訊號
電爐出口溫度 150 —200 ℃
淨化器出口密封氣溫度 40 ℃

（三）工藝流程
圖3－2－1是氯氣處理流程圖。來自電解 槽陽極的高溫溼氯氣經溼氯氣緩衝器的分配，進入工業水列管冷卻器，由工業水進行冷卻，使氣相溫度降至相 40℃ 以下，再進入鹽水冷卻器，用 6 ~10℃的氯化鈣溶液進行冷卻，使氣相溫度降至11~14℃。但氣相溫度不可降得過低，若低於10℃的話（如9.6℃），溼氯氣易形成Cl2 8H2O 的氯水結晶物，從而使裝置、管道結冰堵塞。經冷卻後的氣相進入水沫過濾器除去氣相中夾帶的遊離水，再進入泡沫乾燥塔。氣相自下而上分別依次穿過五塊塔板，與自上而下的硫酸在塔板上錯流接觸，進行吸收傳質，氣相中的水分被硫酸吸收掉，氣相出泡沫乾燥塔頂部時，已成為含溼量低於100PPm 的合格氯氣。98％的濃硫酸經鹽水冷卻至 10 ℃ 後被送入濃酸高位槽，分二路進泡沫乾燥塔。一路經節流調節進入泡沫塔第一塊塔板（由上往下數），與氯氣接觸吸收微量水分，由外溢流進入泡沫塔第二塊塔板，再與氯氣接觸吸收微量水分，外溢流經液封去迴圈槽，由迴圈泵抽吸經硫酸冷卻器冷卻後再去濃硫酸高位槽，迴圈使用，另一路經節流調節進入泡沫乾燥塔第三塊塔板，與氯氣接觸吸收水分後經內溢流進入第四塊塔板。來自稀酸冷卻器的功10℃ 、濃度為 72 ％的稀硫酸進入泡沫塔第四塊塔板，與來自第三塊塔板內道流的濃酸混成濃度為 80 ％的吸收液，大量吸收溼飯氣中水分，外溢流進入第五塊塔板，繼續大量吸收溼氯 氣中的水分，使濃度達到 72 ％的稀硫酸經液封與塔底酸一同進入稀映迴圈槽，在確保正常迴圈量的前提下，多餘的一部分稀酸溢入廢酸槽。正常量的稀酸由稀酸迴圈泵抽吸經硫酸冷卻器冷卻後再注入泡沫塔第四塊塔板迴圈使用。出泡沫塔的乾燥氯氣進入酸霧過濾器自淨去除酸霧，進入氯氣離心式壓縮機，經四段事轎冷卻達到常溫，保持 0.38MPa。（表壓）以下的排出壓力，經分配臺送至各用氯部門。
（四）主要裝置及作用和工作原理
1、安全水封
其結構示意見圖3－2－2 。溼氯氣安裝於電解聲氣總管的旁路上，一頭與電解氯氣總管相連，另一端與事故氯氣處理塔相通，中間有隔板相隔，掖封高度 60mm 。其作用是當氣體處理的負壓系統因突發故障發生正壓時，帶壓的事故氯氣便將水封沖掉，往事故氯氣處理塔洩壓，用鹼液進行吸收處理，以保護氯氣負壓系統的管道、裝置，直至電解槽的安全。水封高度的確定應充分考慮系統所能承受的正壓衝擊。
2、鈦列管冷卻器
結構由上封頭（上端蓋）、列管殼體及下封頭（下端蓋）三個部分組成，詳見圖3－2－3 。列管殼體由鈦制列管束、折流擋板、定距杆，上下分佈管板等構成．鈦對溼氯氣的抗腐蝕效能極好，鈦列管傳熱效果也很好。一般將其製成浮頭式結構，浮頭處有填料函密封。在管程走氣相溼氯氣時,簡體外殼及折流擋板可用碳鋼，上下封頭可以用鈦、鋼襯膠或聚氯乙烯。在殼程走溼氯氣時，筒體外殼、折流擋板,上下管板、列管束均需用鈦材,而上下封頭可採用聚氯乙烯、碳鋼。這可視實際工藝之需而定。
鈦列管冷卻器在工段冷卻時採用工業水作為冷卻劑，Ⅱ段冷卻時採用冷凍淡水或冷凍氯化鈣溶液作為冷卻劑。在實際生產過程中，氣相溼氯氣走殼程，傳熱係數可以提高較多；而氣相溼氯氣走管程，傳熱係數較低。但造價投資則前者高於後者。鈦列管冷卻器的作用在於將電解來的溼氯氣要冷卻器本體的管程或殼程中與冷卻劑溶液工業水或氯化鈣溶液經鈦列管管壁進行間接的傳熱，移走氣相中所帶的熱量，達到降低溫度的目的，使氣相中含水量大幅度減少。
3、水沫過濾器
水沫過濾器是上封頭、過濾層簡體組成的圓筒體。過濾層簡體由上壓蓋、絲網過濾層(系絲網填料盤卷而成)、底板等構成。詳見圖3－2－4所示。整個裝置用硬質聚氯乙烯製成；絲網可採用聚乙烯、金屬絲(鈦絲)等，其寬度為150mm。 水沫過濾器的作用在於通過絲網層捕集、過濾去除氣相中夾帶的遊離水分，這樣 圖7—5水辣過濾器可以降低用於乾燥脫水的吸收劑硫酸的單耗，並有效地防止遊離水隨氣相帶入乾燥塔。一般除沫效率可達98％以上。
4、泡沫乾燥塔
泡沫乾燥塔是應用得十分廣泛的氣液傳質裝置，屬於板式塔的一種。泡沫乾燥塔是由一個圓柱形殼體和按一定間距、水平設定的若干塔板組成。泡沫塔的簡體上有塔板、內外濫流管、受液盤等，詳見圖3－2－5所示。全塔共設定數塊塔板，塔板上按生產負荷及一定開孔率開設相當比例的篩孔。篩孔可以是上下相同直徑的直通孔，也可以是上孔徑小、下孔徑大的異徑噴嘴孔。目前強化型泡沫塔正在推廣，它採用外溢流、大液流迴圈方式，確保輸送氣體負荷適應生產的需要。
5、氯氣透平壓縮機
氯氣透平壓縮機，是全廠相當關鍵的氯氣壓縮、輸送裝置，其安全執行與否將直接影響到全廠的生產、氯氣離心式壓縮機是個系統工程，它由主機系統、潤滑油系統、密封氣系統、儀表電氣自控聯鎖系統、事故氯氣處理系統等組成，簡稱其為機組。其構成詳見圖3－2－6所示。國產氯氣離心式壓縮機型號為 LLY -1 -4 -60 -3700 ，為單機殼、單吸人、雙支承、四段壓縮的結構。整個主機由轉子與固定元件組成，轉動部分由葉輪、主軸、聯軸器、推力盤組成；固定元件由機殼、擴壓器、氣密裝置、排氣蝸殼、軸承等組成。機組工作轉速10407r / min ，是由 985r / min 的電機通過 xR 行星式增速箱獲得，潤滑系統採用強制供油潤滑，軸承採用了動壓軸承，端面密封則採用抽、充氣相結合的梳齒型迷宮密封。氯氣離心式壓縮機目前是國內外較為先進的裝置，其作用是抽吸電解槽陽極產物氯氣，在經預處理後達到相當高的氯氣質量（含水分小於100ppm ，不含酸霧）, 進行連續四段壓縮，使其達到 0.38MPa（表）的排出壓力，輸送至各個氯產品生產工序。
6、中間冷卻器
中間冷卻器又稱級間冷卻器或段問冷卻器，是類似於列管冷卻器的圓筒體列管束的多程熱交換器。它分上、下封頭和筒體三部分，如圖3－2－7所示。上封頭為橢圓形，並有隔板，以使水實現多程段迴圈，還有進、出水口。下封頭同樣是橢圓形的，也有隔板，並設左右排淨口。而筒體內有列管束，上下管板及折流擋板。
中間冷卻器的作用在於將各級排出的高溫氯氣進行間接冷卻，將氣相熱量移走，使氣相儘可能實施等溫壓縮。

第四章 固鹼工段
4.1工藝原理
將電解工段生產的32％氫氧化鈉的電解液,經預熱後，送入三效蒸發器。以蒸汽加熱除去電解液中部分水分,經過一效蒸發後，含氫氧化鈉48％，經過二效蒸發後含氫氧化鈉56％，最後經過三效蒸發後將電解液深縮到含氫氧化鈉98％或99％以上，其次再由片鹼機生產固鹼，同時將在深縮過程中的結晶鹽分離。化配成回收鹽水返回化鹽工段。重新迴圈使用。
4.2主要工藝指標

蒸汽壓力 一效0.687~0.785MPa
二效0.294~0.343MPa
三效0.049-~0.098MPa
真空度 三效 74.66kPa
冷鹼溫度 <50℃
蒸鹼濃度
冬季(1、4季度)410～425 g／L
夏季(2、3季度)415～435g／L
蒸發回收鹽水含NaOH≤2.2g／L
含NaCl250～280 g／L
離心機油泵壓力0.981～l.47MPa
成品鹼含NaOH30.00～31.10％
含NaCl≤4.7％
含Na2C03≤0.80％
含Fe203 0.011％

4.3工藝流程（附工藝流程圖）
從電解工段過來的含32％的氫氧化鈉由H2燃燒預熱後送入一效蒸發器濃縮為含48％的氫氧化鈉，然後送入二效蒸發器濃縮為含56％的氫氧化鈉，再送入三效蒸發器濃縮為含99％或98％的氫氧化鈉。通過三效後，再經過片鹼機，最後到成品鹼。
4.4主要裝置及作用和工作原理
1、 EV-1：一效降膜蒸發器，使用常壓水蒸汽，加熱溫度為90℃左右，內不凝性氣體通過表面冷凝器放空，NaOH溶液經一效蒸發後濃度變為48%；
2. EV-2：二效降膜蒸發器，使用高壓水蒸氣，加熱溫度為150℃，蒸發出來的水蒸氣作為一效蒸發的供熱介質，NaOH溶液經二效蒸發後濃度變為56%；
3. EV-3：三效降膜濃縮器，三效中的鹼的溫度為340℃，因此溫度較高，故使用熔鹽作為供熱介質，蒸出來的蒸汽作為一效蒸發的供熱介質，NaOH溶液經三效蒸發後濃度變為98%以上；
4. T-1：熔鹽槽 H-1：熔鹽加熱爐 B-2:H2加熱爐
因為H2燃燒溫度很高,作為熔鹽的加熱介質在熔鹽加熱爐中加熱,使熔鹽達到一定的溫度,然後熔鹽與三效中的鹼換熱後,冷卻的熔鹽再由泵壓至上部,再由H2燃燒供熱,迴圈使用;
5. T-6：蒸汽冷凝槽，二效蒸發後的蒸汽在此處冷凝；
6. T-9：50%鹼貯槽，根據不同濃度原料鹼的需要，此處可得到50%液鹼，可降低成本；
7. F-1: 片鹼機,在片鹼機中冷卻形成NaOH固體,稱重,罐裝,輸送至倉庫。