10万吨离子膜烧碱盐水精制任务书

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二〇一四年九月黄河水利职业技术学院环境与化学工程系1一、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》GBJ17－882）《室外排水设计规范》GBJ14－87(1997年版)3）《建筑设计防火规范》GBJ16－874）《工业企业照明设计标准》GB50034－925）《低压配电装置及线路设计规范》GB50054－926）《工厂企业厂界噪声标准》GB12348-907）《地基基础设计规范》DBJ－11－89三、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α-纤维素，操作复杂，运行费用太高，严重影响黄河水利职业技术学院环境与化学工程系2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≤200g／1pH9～11S042-5g／lNaCl03≤3g／l游离氯0mg/l温度约60℃化学品:碳酸钠Na2CO3≥96%袋装氢氧化钠NaOH≥32%溶液三氯化铁FeCl3≥96%桶装次氯酸钠NaClO5%溶液亚硫酸钠Na2SO3≥95%袋装高纯盐酸HCl31%溶液（3）设计标准：离子膜电解工艺一次精制盐水要求：黄河水利职业技术学院环境与化学工程系3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ppm≤0.2NaOH（g/L）0.1-0.3Na2CO3（g/L）0.3-0.6SO42-（g/L）≤5ClO3-（g/L）≤5SiO2ppm≤5SSppm≤0.5（优于招标文件规定）游离氯ppm0PH10.0-11.5总铵ppm≤1TOCppm≤103、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、工艺流程设计说明黄河水利职业技术学院环境与化学工程系40工艺流程概述1①化盐原盐由皮带输送机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。②盐水精制从化盐桶出来的粗盐水流入2#折流槽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F0102A/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。黄河水利职业技术学院环境与化学工程系55、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：图二烧碱规格表以此为依据进行下面的计算。2）每小时生产的纯净烧碱产品的计算hKg/120008000%9610107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↑2×58.52×40G12000G=8011712000=17550kg/h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黄河水利职业技术学院环境与化学工程系64）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：hK/g18738%96025.117550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:18738×96％=17988.48kg/hCaCl2的质量流量:18738×0.30％=56.21kg/hMgCl2的质量流量:18738×0.10％=18.74kg/hMgSO4的质量流量:18738×0.50％=93.69kg/hNa2SO4的质量流量:18738×0.30％=56.21kg/h不溶性杂质的质量流量：18738×0.20％=37.48kg/h6）盐水精制剂的用量设加入Na2CO3的质量为m1(kg)、沉淀CaCO3为x1(kg)、NaCl为y1(kg)；CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl1111061002×58.5109.8m1x1y1解得:m1=104.9kgx1=98.9kgy1=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NaOH的质量为m2(kg)、沉淀Mg(OH)2为x2(kg)、NaCl为y2(kg)；黄河水利职业技术学院环境与化学工程系7MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl952×40582×58.582.4m2x2y2解得：m2=69.4Kgx2=50.3Kgy2=101.4Kg加入NaOH的质量为m3(kg)、沉淀Mg(OH)2为x3(kg)、Na2SO4为y3(kg)；MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO41202×4058142109.8m3x3y3解得:m3=73.2kgx3=53.1kgy3=129.9kg假设有5%的NaOH损耗,则每小时实际加入NaOH的质量为:m37.149)05.01()2.734.69(kg设加入BaCl2的质量为m4(kg)、沉淀BaSO4为x4(kg)、NaCl为y4(kg)；NaSO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl1421382412×58.5164.7+129.9m4x4y4解得:m4=286.3kgx4=499.9kgy4=242.7kg7）用水量的计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℃203040%26.4326.5626.71g/L317.2317.6318.1℃506070%26.8927.0927.30g/L319.2320.5321.8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45～55℃,本设计取50℃,查得该温度下KCl、CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4的溶解度见表五。黄河水利职业技术学院环境与化学工程系8表五物质的溶解度物质CaCL2MgCL2MgSO4Na2SO4溶解度80%53.4%25.63%48.8%由溶解度公式：S=M质M剂×100%可得化盐总需水量：①溶解NaCl所需H2O的质量为:kgM66896.54%89.2617988.48H2O②溶解CaCl2所需H2O的质量为:70.26%8056.21H2OMkg③溶解MgCl2所需H2O的质量为:35.09%4.5318.74H2OMkg④溶解MgSO4所需H2O的质量为:365.55%63.2593.69H2OMkg⑤溶解Na2SO4所需H2O的质量为:115.18kg%80.4856.21H2OM由以上结果可得每小时溶解原盐所需H2O的总质量为:OHM2=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Na2CO3NaOHBaCl2质量，kg/h17987.237.151.692.5组分NaClCaCO3Mg(OH)2BaSO4不溶性杂质质量，kg/h18147.335.7123.1水分4111水分4111合计22285.7合计22278.7黄河水利职业技术学院环境与化学工程系9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/m³，每小时的流量为130m³所以每小时的能量的W=CρV(T1-T2)=3.3×1170×130×（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5P0