离子膜烧碱工艺流程教材

1、离子膜烧碱工艺流程 CAD 邢家悟主编离子膜法制烧碱操作问答 （化学工业出版社， 2009年 7月）第一章 盐水精制甲元1.盐水精制的目的 氯碱工业生产过程中，无论采用海盐、湖盐、岩盐或卤水中的哪一种原料，都含有 Ca2+、Mg2+、SO2等无机杂质，以及细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂 质。这些杂质在化盐时会被带入盐水系统中， 如不去除将会造成离子膜的损伤，从而使 其效率下降，破坏电解槽的正常生产， 并使离子膜的寿命大幅度缩短。盐水中一些杂质 会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，并对阳极寿命产生影响。因此，盐水必 须进行精制操作除去盐水中的大量杂质，生产满足离子膜电解槽运行要

2、求的精制盐水。2.盐水精制工艺简述直至 20世纪 70 年代中期， 传统絮凝沉降盐水精制工艺基本上没有实质性发展； 目 前用于离子膜法电解的盐水精制工艺是在上述方法基础上增加二次过滤和二次精制先 进工艺技术形成的。 其工艺流程为饱和粗盐水加入精制反应剂， 经过精制反应后加入 絮凝剂进入澄清桶澄清， 澄清盐水经砂滤器粗滤后， 再经 -纤维素预涂碳素管过滤器二 次过滤，使盐水中的悬浮物小于 1106，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制， 得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。其工艺流程简图如图 1 所示。第二章 电解单元92. 离子膜电解槽电解反应的基本原理 离子膜电解槽电解反应的基本原理是将

3、电能转换为化学能，将盐水电解，生成NaOH、Cl2、H2，如图 20 所示，在离子膜电解槽阳极室 （图示左侧 ），盐水在离子膜电 解槽中电离成 Na+和 Cl ，其中 Na+在电荷作用下，通过具有选择性的阳离子膜迁移到阴极室（图示右侧 ），留下的 Cl在阳极电解作用下生成氯气。阴极室内的 H2O电离成为 H+和 OH ，其中 OH 被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从阳极室过来的Na+结合成为产物 NaOH ，H+在阴极电解作用下生成氢气。93. 离子膜电解槽的类型离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同， 分为单极式离子膜电解槽 （图 21）和复极 式离子膜电解槽 （图 22）。单极式离子膜电解槽

4、是指在一个单元槽上只有一种电极， 即单 元槽是阳极单元槽或阴极单元槽， 不存在一个单元槽上既有阳极又有阴极的情况。 复极 式离子膜电解槽是指在一个单元槽上，既有阳极又有阴极（每台离子膜电解槽的最端头的端单元槽除外 ），是阴阳极一体的单元槽。94. 不同类型离子膜电解槽的供电方式离子膜电解槽的供电方式有两种并联和串联。 在一台单极式离子膜电解槽内部 （参见图 23），直流供电电路是并联的，因此总电流即为通过各个单元槽的电流之和，各 单元槽的电压基本相等，所以单极式离子膜电解槽的特点是低电压大电流。复极式离子膜电解槽 （参见图 24）则正好相反，每个单元槽的电路是串联的，电流依 次通过各个单元槽，

5、故各单元槽的电流相等，但总电压为各单元槽槽电压之和，所以， 复极式离子膜电解槽的特点是低电流、高电压。95. 离子膜电解槽通常的腐蚀形式离子膜电解装置 （主要指单元槽，阴、阳极液进、出口总管等 ）通常存在三种腐蚀，即化学腐蚀；间隙腐蚀；泄漏电流腐蚀。96. 如何防止离子膜电解槽的化学腐蚀化学腐蚀主要是阴阳极系统不同的化学介质对材料的腐蚀。 在阴极系统中， 主要是 90的 32（质量分数 ）NaOH 对材料的腐蚀， 在阴极系统， 各公司选用的材料大致有三 种镍（Ni） 、不锈钢（SUS310S或 00Cr25Ni20）和非金属材料 （CPVC 、PVC+FRP 、PTFE 、 PFA 等）。但在

6、既要耐 NaOH 腐蚀又要导电的部位 （如阴极盘、阴极筋板、阴极网等 ）， 最好还是使用镍 （Ni） 材料，因为 Ni 既有良好的耐碱腐蚀性又是电阻较低的材料。在输 送 NaOH 液体的部位，可采用 SUS310S、非金属材料或钢衬里材料 （ 如总管、包括阴极 液进出口总管 ）。在阳极系统中，世界各公司都无一例外地选用了耐腐蚀性能最好的金属材料钛 （Ti） ，当然在阳极液输送管等部位也有选用 CPVC+FRP 增强树脂等非金属材料。在离子膜电解装置中， Ti 材料在通常使用情况下，其电位接近钝化区，通过溶液 中的 Cl2溶解后生成的次氯酸或次氯酸离子的氧化作用， （生成 TiO 2）来维持钝态

7、。Cl2 + H2O HCl + HClOHClO + O H ClO + H2O因此，离子膜电解装置的阳极系统中，钛 (Ti)材料表面有流动的含 Cl2 电解质溶液 部位，有很高的耐腐蚀性，几乎是不腐蚀的。45图35单扱式离子.膜电解槽阴阳扱进出口软管示意图124.离子膜电解槽进出口软管有哪些作用？离子膜电解槽进出口软管主要有以下儿个方面的作用： 将阴阳极液导人或导出离子膜电解槽，维持电解的正 常进行, 挠性软管对离子膜电解槽的进出口接管连接起到调整 作用，能够将进出口接管出现的尺寸偏差进行补偿； 透明或半透明的软管可以很方便地观察到进出口电解 液的情况，判断电解单元槽是否正常运行，在电解液

8、颜色发生 变化时能够及时直观地观察到异常情况的发生，从而采取适 当的措施，避免事故发生$ 采用非金属材料制造的离子膜电解槽用软管（一般材 质为PTFE或FFA）,在离子膜电解槽和总管之间起到调节电 解液阻抗的作用，从而减小泄漏电流从离子膜电解槽向总管或 从总管向离子膜电解槽的流动，进而减少对单元榊和总管的泄 漏电流腐蚀。五、离子交换膜164. 离子膜的交换原理是怎样的？在电解过程中N我C1水溶液中的N/离子在电场力的作用 下向阴极迁移，迁移中遇到离子膜的阳极，于是首先与阳扱膜 上的阳离子交换，然后迁移通过离子膜到阴极室，在阴极室 与OH-阴离子结合成NhOH同时离子膜阳极上固定负电 荷，将等阴

9、离子挡在阳极室，膜对它们具有排斥作用所 以它们不能通过离子膜，也就是说离子膜具有选择透过性 （参见图58）.165. 离子膜的结构组成是什么样的？烧碱上使用的离子膜为复合膜.主要由磺酸层、竣酸层和 增强网布组成，简介如图59。7195.离子膜电解装置电解循环的工艺流程为了保证离子膜电解槽的阴极室和阳极室能在一个合适稳定的工艺边界条件下 运行，以及获得最佳的电流效率，无论是强制循环工艺，还是自然循环工艺，通常设计 采用阳极循环系统和阴极循环系统来实现各自的工艺边界条件。以下用自然循环工艺 （北化机电解槽系统 ）为例详述之。离子膜电解装置电解循环的工艺流程包括阳极循环和阴极循环。（1）阳极循环部分

10、 从盐水高位槽来的精盐水与淡盐水循环泵输送来的淡盐水按一定比例混合（初始开车时，加纯水 ），并在进入总管前加入高纯盐酸，调节 pH 值后，再送到每台电解槽的 阳极入口总管，并通过与总管连接的进口软管送进阳极室。流量的大进槽盐水的流量是由安装在每台电解槽槽头的盐水流量调节阀来控制的，小由供给每台电解槽的直流电联锁信号控制电解期间， Na+离子通过离子交换膜从阳极室迁移到阴极室，盐水在阳极室中电解 产生氯气， 同时氯化钠浓度降低转变成淡盐水； 氯气和淡盐水的混合物通过出口软管流 入电解槽的阳极出口总管和阳极气液分离器， 进行初步的气液分离； 分离出的淡盐水流 入淡盐水循环槽。在阳极气液分离器初步分

11、离出的氯气， 通过氯气总管流入淡盐水循环槽的上部气液 分离室，进一步进行气液分离； 然后从其顶部流出至氯气总管；在此总管适宜处设置氯 气压力调节回路，通过其调节阀控制氯气压力，并与氢气调节回路形成串级调节，控制 氯气与氢气的压差，流出系统至氯气处理装置。较大型的装置， 在氯气流出界区前，还设置氯气与二精盐水的热交换器，回收氯气 中的热量。淡盐水循环槽中的淡盐水由淡盐水循环泵加压输送， 一部分通过调节回路， 返回阳 极系统与精盐水混合后再次参加电解；另一部分输送至淡盐水脱氯系统进行脱氯。(2) 阴极循环部分从碱高位槽来的约 32液碱与纯水按一定比例混合后，流入阴极入口总管，并通 过与总管连接的进

12、口软管送进阴极室。 进槽碱液的流量是根据安装在每台电解槽槽头的 流量计来操作控制的。电解期间， 阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱。 氢气和碱液的混合物通过出口软 管流入阴极出口总管和阴极气液分离器， 进行初步的气液分离； 分离出的碱液流入碱液 循环槽。在阴极气液分离器初步分离出的氢气， 通过氢气总管流入碱液循环槽的顶部气液分 离室，进一步进行气液分离；然后从其顶部流出至氢气总管；在此总管适宜处设置氢气 压力调节回路，通过其调节阀控制氢气压力， 并与氯气调节回路形成串级调节，控制氢 气与氯气的压差，流出系统至氢气处理装置或就地放空 (一般在开车时 )。碱液循环槽中的碱液由碱液循环泵加压输送， 一

13、部分通过调节回路输送至碱液高位 槽，通过碱液高位槽回到阴极系统；一部分通过调节回路作为成品碱送到成品碱贮槽。在蓝星北化机 /旭化成电解槽中，在阳极总管入口端将精制盐水与返回淡盐水按体 积比约为 7.21 进行混合。美国西方公司的电解槽阳极不循环；阴极循环量较大，为成品碱流量的 10 倍；氯 工程公司电解槽电解工艺与蓝星北化机 /旭化成电解槽的电解工艺稍有不同，表现在氯10 工程公司电解槽运行过程中，采用阴、 阳极都循环；早期单极槽阳极循环量相当于加入 电解槽的二次精盐水流量，阴极循环量是成品碱流量的 4 倍；复极槽的阳极循环量为 35.5m3/（h万吨碱 ） ，阴极循环量为 0.23m3/（h

14、单元槽万吨碱 ） 。196. 目前广泛使用的三种电解槽槽型的控制指标 （说明，旭化成公司提供的高电密电解槽控制指标与蓝星北化机电解槽控制指标相 同，没有分开列表 ）。11开车过程中的分析检查项目(3) 电解液浓度的分析 送电前，电解槽进行循环升温过程中，就要分析进槽阴阳极液的浓度；如果不符合 要求，要及时查找原因，并作相应调整，使加入电解槽的阴阳极液符合离子膜使用和电 解工艺的要求。送电后，从电流密度 1.5kA/m2 开始，阴阳极液浓度正常调节控制将可以投入串级 调节控制回路进行自动调节控制。 为了得到最准确的串级比值， 此时应根据浓度变化情 况，适当增加阴阳极液分析频次，密切关注电解槽阴阳

15、极液出口浓度，特别是阴极出口 碱浓度，合理调整阴极加纯水量。(4) 氯、氢气纯度的分析随着电流的上升，氯、氢气量逐步增加。一般在电流密度1.5kA/m2 时，阴极系统的氮气加入量可逐步减停。此时，可对电解系统的氯、氢纯度进行分析检测，为氯氢处 理和盐酸合成工序提供数据。(5) 碱中含盐分析 送电至额定电流后，应对碱中含盐进行分析，对离子膜的性能进行判断。(6)淡盐水 pH 值分析 送电后，一旦淡盐水和碱液浓度稳定后，应及时分析阳极淡盐水 pH 值；并通过逐 步调节加酸量，使得淡盐水 pH 值达到规定数值；同时，得出准确的加酸串级比值。267.电解槽加酸的方法和目的 实际生产中，在电解槽头进槽盐

16、水与阳极液进口总管之间的管路上加入高纯盐酸； 并通过调节高纯盐酸添加量来实现进槽盐水酸度 0.15mol/L 和出槽淡盐水的酸度在规 定的 pH2.50.2 范围内。电解过程中， OH 会从阴极室反迁移到阳极室；当 OH 达到一定数量时，就会在 阳极参加反应生成氧气； 阳极反应就是 Cl和 OH 的竞争反应， 尤其是在离子膜使用到 后期时；在阳极液中应加入适量的盐酸，就会中和反迁移来的OH ，抑制其在阳极的反应；可见，阳极液的酸度和氯中含氧量有直接关系。如果不加酸或加酸量不够，阳极液的酸度太低、 pH 值过高，氧气在氯气中的含量 就会增加，还会使副反应增加、氯酸盐含量增加，降低电解电流效率。同

17、时，产生的 O2 还会使阳极涂层钝化，影响阳极涂层性能，使槽电压升高。事实上，有些企业实际12 生产中电解槽出口阳极液 pH 值长期在 45 范围运行，使电极电化性能发生了明显下 降。加酸量也不能过大；进槽盐水过高的酸度会使阳极液 pH 值过低，这又是离子膜出 现水泡现象的重要原因之一，将会使离子膜寿命大大缩短。另外，过高的酸度还可能使 离子膜失去选择性离子交换功能，不但槽压要急剧升高，而且电流效率也要显著下降。 在开车或停车过程中容易出现电流密度低的情况， 此时通过离子膜反迁移的氢氧根数量 非常小，所以，此时的酸度控制必须比正常操作条件下要更严格，必须通过减少酸添加 量来降低酸度。第三毫 淡

18、盐水脱氯单元284. 淡盐水中的游离氯是怎样产生的 ?淡盐水中的游离氯以两种形式存在一是氯气在淡盐水中的溶解为溶解氯； 其溶解 量与淡盐水的温度、浓度、溶液上部的氯气分压、溶液 pH 值等有关，近似遵循亨利定 律 CiKPi ；淡盐水中溶解氯存在下列平衡Cl2 + H2O HClO + HClHClO H+ + ClO 二是以 ClO形式存在； 由于电解过程中 OH 离子反渗透通过离子膜到达阳极侧与Cl2 发生副反应生成 ClO2 OH + Cl2 ClO + Cl + H2O电流效率越低，反渗透的 OH 越多，ClO生成的也越多。这两部分量的总和，以 氯气来计， 称为游离氯。可见游离氯的产生

19、来源于氯气在淡盐水中的溶解和电解过程中 阳极侧发生的副反应。285. 淡盐水为什么要脱去游离氯后，才能返回一次盐水系统再使用?符合质量要求的精制盐水在电解槽内发生电化学反应后， 其浓度降低， 成为含有游 离氯的淡盐水；其 NaCl含量为（2055）g/L，pH 值为 2.53（进槽盐水加酸工艺时 ），游 离氯一般为 600 800mg/L，温度 8085，流量约为 9m3/h（年万吨烧碱 ）；需将其返 回一次盐水重新饱和再使用；但淡盐水中存在着下列化学平衡Cl2 + H2O HClO + HClHClO H+ + ClOHClO HCl + O13如果不将其中的游离氯除去，将会腐蚀盐水精制系统

20、的设备和管道等，阻碍一次 盐水工序精制过程中沉淀物的形成， 损害二次盐水工序过滤器的过滤元件和螯合树脂塔 中的树脂，危害极大；所以，必须将淡盐水中的游离氯除去后，才能将其返回一次盐水 再使用。286. 脱除淡盐水中游离氯的方法 脱除淡盐水中游离氯的方法有两种物理脱氯和化学脱氯。 目前，国内物理脱氯生产工艺主要有真空脱氯和空气吹除脱氯； 实际生产中为提高 脱氯技术经济效益， 回收氯气，一般先采取物理脱氯法将大部分游离氯脱除后，再用化 学脱氯法将剩余的游离氯除去。从淡盐水中游离氯的两种存在形式可知脱氯原理就是破坏化学平衡和相平衡关 系，使平衡向着生成氯气的方向进行， 同时通过加入还原性物质去除残留

21、的少量游离氯。 破坏平衡关系的手段有在一定的温度下增加溶液酸度和降低液体表面的氯气分压。 由 于气相和液相之间存在着平衡， 所以采用上述手段不能将淡盐水中的游离氯百分之百地 除去，剩余微量的游离氯 （一般在 10 30mg/L）用添加还原性物质 （一般用 8 9的亚 硫酸钠溶液 ）使其发生氧化还原化学反应而将其彻底除去。化学反应如下Cl2 + 2NaOH + Na 2SO3 2NaCI + Na 2SO4 + H2O288. 淡盐水空气吹除法脱氯生产工艺流程工艺流程简述来自电解工序的淡盐水 （温度约 85， pH 值约 3，游离氯一般为600800mg/L）在进入脱氯塔前，定量加入盐酸，将其

22、pH 值调至 1.3 1.5，然后进入14脱氯塔顶部；风机鼓入的空气 （压力约 600mmH2O，气量是淡盐水体积的 68 倍）由脱 氯塔底部进入， 在塔内填料表面淡盐水与空气逆流接触， 逸出的湿氯气随空气从塔顶流 出，淡盐水在此完成物理脱氯过程。湿氯气经废氯气冷却器冷却后，一般送去生产次氯 酸钠（因吹脱出的氯气中含有大量空气，浓度较低，一般采用二级填料塔串联，用碱吸 收）。脱氯后的淡盐水含游离氯约 （1020） 106，自流到脱氯塔釜，其中的淡盐水由淡 盐水泵抽送，在该泵的进口处先加入 NaOH 溶液调节 pH 值至 911（用 pH 计检测 ）， 然后在其出口处加入浓度约为 8 9 （质量

23、分数 ）的亚硫酸钠溶液进一步除去残余的 游离氯 （要求游离氯为零 ），并用氧化还原电位计检测 （ORP 5 万吨/年烧碱装置。氯气直接冷却加间接冷却工艺工艺流程简述 （参见图 98） 来自电解工序的高温湿氯气 （约 80）由氯水洗涤塔底部进入， 在塔内由下而上地与 由塔顶进入的氯水充分接触，洗涤盐雾、交换热量，湿氯气被氯水洗涤冷却至约（405）后，从塔顶流出。氯水用氯水泵加压，并用氯水冷却器冷却循环使用，以确保循环 使用的氯水进入氯水洗涤塔的温度在约 30；多余的氯水由泵送至界外。从氯水洗涤塔顶流出的湿氯气由钛列管冷却器的上部封头进入其管程， 被走壳程的 约 8冷水冷却至 12 14，然后由其

24、下部封头流出至水雾捕集器，除去水雾后，进入 干燥系统。其间冷凝下来的氯水经水封流出至氯水贮槽。当生产规模较大， 氯气压缩机采用大型离心式氯气压缩机， 同时离子膜电解产生的19 氯气压力不足够高时， 为满足大型进口氯气压力为正压的要求， 在氯水洗涤塔出口处设 置氯气鼓风机，将湿氯气加压为正压操作后， 再进入钛管冷却器冷却和干燥系统。如果 离子膜电解产生的氯气压力足以克服整个氯处理系统的阻力降时， 就不需要设置氯气鼓 风机。311.为什么湿氯气冷却后的温度一般控制在 12 14? 怎样做到氯气处理冷却单元和干燥单元的合理搭配， 达到既减少设备投资， 又节 省操作费用的目的，优选湿氯气冷却后的温度指

25、标是非常重要的途径之一。湿氯气中的含水量与其温度有关，温度越高，其含水量越大；温度越低，则含水量 就越小。 通过降低被水蒸气饱和的湿氯气温度可使氯气中含水量大幅度降低， 但随着温 度的下降，其降低幅度趋缓。虽然，较低温度的湿氯气可使干燥单元负荷减小，达到同样含水指标时，硫酸消耗 少；但为此需加大冷却单元设备投入，增加冷量的消耗；更为重要的是 湿氯气在 9.6 时会生成 Cl28H2O 结晶，阻塞设备和管道，并造成氯气的损失；可见，湿氯气冷却 后的温度不能过低。20实际生产中， 根据技术经济比较和考虑到安全系数， 一般将湿氯气冷却温度控制在 1214。（二）氯气的干燥314.氯气干燥工艺通常有几

26、种 ?氯气干燥工艺一般有三种一是“填料 + 筛板”二合一塔工艺；二是“一级填料 塔”和“填料 + 泡罩”二级复合塔组合，形成两级干燥工艺；三是三级填料塔 （或第三 级为填料 + 泡罩塔 ）或多级填料塔干燥工艺。氯气“填料 + 筛板”二合一塔干燥工艺，干燥后氯气含水约 300ppm（质量分数 ）， 可满足氯气压缩采用纳氏泵的含水要求。氯气“一级填料塔”和“填料 + 泡罩”二级复合塔组合的两级干燥工艺，干燥后 氯气含水 100ppm（质量分数 ），可满足氯气压缩采用离心式压缩机 （小型透平机 ）的含水 要求。工艺流程简述 （参见图 101）从水雾捕集器来的湿氯气由 “一级填料塔” 底部进入， 并由

27、下而上地经过塔内的填料层， 与塔内由上而下的硫酸充分接触而被干燥， 氯气由塔 顶流出至“填料 +泡罩”二级复合塔进口。从“一级填料塔”顶来的氯气由“填料 +泡罩”二级复合塔底部进入，并由下而上 地经过塔内填料层和各块塔板， 在填料和塔板上的泡罩内与塔内由上而下的硫酸充分接 触而被干燥，氯气由塔顶流出，经酸雾捕集器除去酸雾后，得到含水量约100ppm（质量分数）的干燥氯气；然后进入氯气压缩系统。进入“填料 + 泡罩”二级复合塔泡罩段上部的 98（质量分数 ）硫酸来自 98 （质量 分数）酸高位槽， 在泡罩段一次通过； 98（质量分数 ）硫酸由浓硫酸贮槽用浓硫酸泵输供 给。由“填料 +泡罩”二级复

28、合塔泡罩段下来的硫酸供其填料段使用，并用二级塔硫酸 循环泵和二级塔硫酸循环冷却器 （8 3冷水 ）冷却循环使用，控制其进塔温度在约 20；当其浓度降至约 88（质量分数 ）时或塔釜液位达到一定高度时，将其泵至“一级 填料塔”硫酸进口。来自“填料 + 泡罩”二级复合塔填料段的硫酸浓度约 88（质量分数 ），进入“一 级填料塔”上部，并采用一级塔硫酸循环泵和一级塔硫酸冷却器（8 3冷水 ）冷却循环使用，控制其进塔温度在约 20；当其浓度降至约 75（质量分数 ）时或塔釜液位达21到一定高度时，将其泵至稀硫酸贮槽，然后包装外卖氯气三级干燥 （一级填料、二级填料、三级泡罩塔 ）或多级干燥工艺，干燥后氯

29、气含 水 50ppm（质量分数 ），可满足氯气压缩采用大型离心式压缩机 （即进口大型透平机 ）含 水要求。工艺流程简述从水雾捕集器来的湿氯气由一级填料塔底部进入， 并由下而上 地经过塔内的填料层， 与塔内由上而下的硫酸充分接触而被干燥， 氯气由塔顶流出至二 级填料塔底部， 由下而上的与由上而下的硫酸进一步干燥； 氯气从二级填料塔顶部流出 至三级“填料 +泡罩”复合塔的底部进入，在塔内继续被硫酸干燥，然后从三级塔顶部 流出，经酸雾捕集器除去酸雾后，得到含水量小于 50ppm（质量分数 ）的干燥氯气；随后 进入氯气压缩系统。318. 为什么选择浓硫酸作为湿氯气的干燥剂 ?浓硫酸具有强烈的吸水性，

30、当它和含水物质相遇时， 就会把该物质中的水分吸出来，22 生成硫酸的水合物 (如 H2SO，H2O、H2SO，2H2O、H2SO，4H2O 等)； 同时放出 大量的热量。另外硫酸还具有不与氯发生反应，且氯在硫酸中的溶解度较小；脱 水效率较高；价廉易得；浓硫酸对钢铁几乎不腐蚀；稀硫酸可回收利用等特点； 故硫酸是一种较为理想的氯气干燥剂。因此，将冷却到 1215的湿氯气干燥到含水小于 300ppm(质量分数 )时，可用浓 硫酸来完成这个任务。319. 用硫酸干燥氯气过程中，硫酸吸收水的速率与哪些因素有关 ? 硫酸干燥氯气过程中，存在着下列关系式*硫酸吸收水的速率 GAKF(PH2O P*H2O)式

31、中， K 为吸收系数； F 为吸收面积； PH2O 为湿氯气中饱和水蒸气分压； P*H2O 为 硫酸液面上方饱和水蒸气分压。湿氯气经冷却后，当进入干燥塔的温度一定时，氯气中饱和水蒸气分压 PH2O 也是 一定的；对于给定的干燥塔，在其吸收面积不变的情况下，硫酸吸收水的速率 GA 主要 取决于吸收推动力 (PH2O P*H2O)；因此，降低 P*H2O 会提高硫酸吸收水的速率 CA。提高硫酸浓度、降低硫酸温度都能降低硫酸液面上饱和水蒸气分压P* H2O，是提高硫酸吸收水的速率 G A的有效途径。实际生产中，一般采用 8水冷却进塔硫酸， 控制进塔酸温在约 20，并根据塔酸 浓度情况，及时更换硫酸确

32、保塔酸浓度。320. 干燥后氯气含水量超标的主要原因和处理方法(1) 湿氯气冷却后温度偏高因氯水洗涤或间接冷却操作未达标所致 湿氯气含水量随其温度的增高而加大， 当温度偏高的湿氯气进入干燥塔时， 势必带 进塔内较多的水分， 造成稀释热大大增加； 对于干燥塔在同样的液气比和进酸浓度情况 下，必然会导致干燥塔内温度偏高，使得塔内硫酸液面上水蒸气分压上升、传质推动力 减少，影响干燥效果。这样不仅增加硫酸消耗，干燥后氯气含水量也就必然偏高。处理方法一是按工艺指标要求控制好氯水洗涤时的氯水温度和流量， 确保洗涤效 果；二是按工艺指标要求控制好间接冷却器冷却液流量和温度， 确保间接冷却后的氯气 温度达标。

33、(2) 出干燥塔气相温度偏高因进塔酸温高和酸循环量偏小所致 对于一定流量和温度的湿氯气， 经过干燥塔干燥后出塔温度偏高， 则说明硫酸吸收 水的稀释热主要是被出塔气体带出所致； 液体热容远大于气体热容， 如果塔酸循环量偏23 小且温度偏高，就无法将大部分稀释热由塔酸有效移出， 势必造成出干燥塔内温度偏高； 这同样会使硫酸液面上水蒸气分压增高， 影响到传质效果， 因而直接影响到氯气含水量。处理方法一是降低进塔酸温； 二是调整干燥塔的液气比， 加大塔酸循环量到适宜 状态；三是降低进塔湿氯气温度。（3）干燥塔出酸浓度偏低一一因进塔酸浓度偏低或酸循环量偏小所致 在适宜的液气比条件下， 一定流量和温度的湿

34、氯气在塔内干燥后， 干燥塔出酸浓度 偏低，而且氯气含水量超标，实际上反映了塔内酸浓度总体偏低所致，具有的传质推动 力与对应的干燥负荷未能匹配，从而影响干燥效果。在适宜的进塔酸浓度条件下， 一定流量和温度的湿氯气在塔内干燥后， 干燥塔出酸 浓度偏低，而且氯气含水量超标，实际上反映了塔内液气比偏低所致，所需的酸量与对 应的干燥负荷未能匹配， 气液接触达到相平衡的机会较大， 此时还伴随着出塔气体温度 偏高；从而影响干燥效果。处理方法一是调节好进塔酸浓度 （不低于 75）和流量； 二是调节好酸循环量， 使 干燥塔在适宜的液气比条件下操作。（三）氯气的压缩325.氯气的压缩方式有几种 ? 氯气的压缩方式

35、一般有三种一是采用液环式氯气压缩机 （纳氏泵 ）；二是采用离心 式氯气压缩机 （即小型透平机 ）；三是采用大型离心式氯气压缩机 （即大型透平机 ）。328.大型离心式氯气压缩机 （大型透平机 ）工艺流程工艺流程简述 （参见图 109）来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的含水量 约 50ppm（质量分数 ） 的干燥氯气，进入大型离心式氯气压缩机第一级进口， 经四级压缩， 使其压力升至 0.451.20MPa（ 可根据下游氯产品用氯压力要求，选择出口压力 ）。压缩 过程中，氯气温度上升， 配备各级中间冷却器和后冷却器将每级氯气进口温度和最终出 气温度冷却至约 45；然后进入氯气分配台向下游用户

36、分配。各级冷却器所用循环水均由独立设置的循环水系统提供，以防止氯气冷却器泄漏 时，水进入氯气侧，造成压缩机损坏； 另各循环水回路上均设置 pH 计随时监测回水 pH 值。为确保氯气系统的压力稳定， 通过设置回流调节氯气的方式来实现； 为防止高压侧 氯气在异常情况下窜回至低压侧，还需设置氯气防窜回自动控制功能。24330. 氯气处理工序应有哪些安全生产措施 ?为防止各类意外事故， 以及氯气外逸的发生， 氯碱生产装置氯气处理工序应具有如 下安全生产措施。 在氯气钛冷却器出口设置氯气温度调节回路，确保氯气温度不低于12，防止结晶，避免出现堵塞设备和管路， 以及温度过低致使氯中含水不足， 造成钛冷却器

37、腐蚀； 丰要愿因是钛与干燥的氯气会发生快速反应，导致钛燃烧。 设置废气处理 （或称事故氯气处理 ）装置，用碱液吸收因系统停车、各类事故和全 厂突然停电后氯气系统内的氯气，以防氯气外泄。 设置三氯化氮分解装置，用洗涤、催化分解等方法，将因采用含铵（胺）较高的水进行生产所产生的三氯化氮最大程度地分解， 以防止液氯等系统因三氯化氮含量偏高而 发生的爆炸事故。 当氯气采用离心式压缩机 （大透平 ）进行加压输送时，为确保氯压机连续安全稳定 地运行，必须设置油压保护、轴位移、各级氯气中间冷却器出口氯气温度（或测试冷却水含氯量 ）等自动联锁保护。另外，氯气中间冷却器所用的冷却水压力不得大于氯气气 相压力，防

38、止冷却水进入氯气系统，造成氯压机腐蚀。25生产现场必须配备抢修器材、 防护用品及消防器材， 以满足应对各类事故的应急处 理需要。二、废气处理331. 为什么要在离子膜烧碱生产装置中设置废气处理工序 ? 氯气是一种具有窒息性的剧毒气体， 由于事故或突然全厂停电等意外， 造成氯气外 逸，不仅危害人体、威胁人的生命，还会严重污染环境。装置开车阶段由于氯气浓度不达标， 会影响下游氯产品正常生产， 所以低浓度氯气 不能并入氯气总管。 此时的氯气，以及停车后系统内氯气的置换、事故状态产生的氯气 等均需吸收处理， 确保氯气不外逸， 以满足工艺要求和保护人身安全及周边环境。 因此， 离子膜烧碱生产装置中必须设

39、置废气处理工序 （或称氯气事故处理 ），通常使用液碱吸收 上述氯气，杜绝氯气外泄。一般在氯气处理工序区域内设置废气处理工序。332. 废气处理工艺流程工艺流程简述 （参见图 110）开车时的低浓度氯气、停车后系统内的氯气、事故氯 气和全厂停电状态下系统内氯气等各种需要吸收的氯气由除害塔（或称废氯气处理塔，一般采用填料塔或喷淋塔 ）底部进入，在塔内与从塔顶流下的液碱逆流充分接触，氯气 与烧碱反应生成次氯酸钠。达标后的残留尾气从塔顶由风机抽出排入大气（要求含氯量3 1mg/m3）。吸收碱液由塔底流出至吸收碱液低位槽， 再经吸收碱循环泵输送至吸收碱冷却器冷 却，移走反应热后，返回塔顶，进行下一轮吸收

40、；直至吸收碱液达到次氯酸钠质量要求 时有效氯 10（质量分数 ），含氯量 1 （质量分数 ），由泵打至次氯酸钠销售处包装 外销；新配制的液碱 1620（质量分数 ）补充至吸收碱低位槽 （设置两台，交替使用 ）， 然后由吸收碱循环泵输入塔顶。新配制的液碱 16 20（质量分数 ）还需送入吸收碱高位槽，保证碱高位槽有一 定量的碱液。当全厂突然停电时， 或吸收碱循环泵故障无法供碱液时，吸收碱高位槽出 口管线上的切断阀自动打开 （在 DCS 系统中设置相应的联锁回路 ），碱液靠位差自流入 除害塔顶，吸收氯气 （氯气靠压差流入塔内 ）。吸收碱高位槽所贮存的液碱量需考虑能够 完全吸收动力电无法供应时的系统

41、内的全部氯气，同时应有一定的富裕量。26三、氢气处理333. 离子膜烧碱生产装置中典型的氢气处理工艺流程有哪几种 ? 离子膜烧碱生产装置中电解产生的湿氢气温度高、压力低，并含有大量水分；设置 氢气处理工序的目的就是要将电解来的高温湿氢气冷却 （同时洗去碱雾，回收利用 ）、加 压、干燥，输送给下游工序满足生产耗氢产品的要求， 并为电解系统氢气总管的压力稳 定提供条件。目前，国内离子膜烧碱生产装置中的氢气处理工序典型工艺流程一般有三种冷 却、压缩；冷却、压缩、冷却；冷却、压缩、干燥 （或在冷却后干燥 ）。这三种工艺 流程一般根据生产规模和下游产品对氢气含水量以及压力的要求不同而有所不同选择。339

42、. 氢气冷却、压缩、干燥工艺流程工艺流程简述 （参见图 113）来自电解工序的高温氢气 （约 80 ）经安全水封进入氢 气冷却塔 （洗氢桶或填料塔 ）底部，冷却水由塔上部进入直接喷淋冷却，使氢气温度降至 约 35，并洗涤所夹带的碱雾； 从塔顶排出的氢气进入氢气泵 （水环式压缩机 ） 压缩至一 定压力后， 排至气水分离器将夹带水分离； 从气水分离器顶部排出的氢气因压缩而温度 升高，使得其含水量上升；采用氢气冷却器 （列管式 ）将氢气温度冷却至约 15，然后经 水雾捕集器将水雾除去后， 经氢气缓冲罐进入氢气干燥塔， 在塔内用固碱进一步吸收氢 气中的水分；干燥后的氢气 含水量 2（质量分数 ）进入氢气分配台，由此向下游用户27分配干燥塔内的固碱定期或根据干燥后氢气中的含水量来确定是否更换补充； 吸收水分 后产生的碱液回收利用。 为确保氢气系统的压力稳定， 通过设置回流调节氢气的方式来 实现；并在氢气冷却塔前和氢气分配台分别设置氢气安全放空。氢气冷却塔如用软水作冷却用水， 还需设置软水中间冷却器和循环泵闭路冷却循环 使用，当水中含碱量达一定浓度时回收利用；如此即能保证洗涤冷却效果