6万吨烧碱物料衡算

1、6 万吨离子膜物料衡算 （ 全版 ）一、项目：新建年产 6 万吨烧碱。二、计算依据1、需要的一次盐水（1）生产1吨烧碱需要消耗的一次盐水流量：11m3/ h（次盐水浓度为305士 5g/l,离子膜电解槽淡盐水浓度工艺控制指标为215±5g/l,年工作 8000 小时。2）设计生产烧碱能力为 6 万吨 ,每小时产碱 7.5 吨，则消耗的一次 盐水为：7.5X 11= 82.5 m3 / h一次盐水管道的确定 :盐水流速范围：1.02.0m/s取1.5 m/s计算 s=Q /v=82.5/3600X 1.5=0.01527 m2管道材质为衬PO管,管径为0.139 m。输送管道选择？15

2、9X 6.5的无缝钢管衬PO.2、离子膜系统酸消耗（1） 一次盐水的含碱浓度：（0.30.6）g/l，取0.5 g/l计算；进螯合树脂塔前需要调整到PH:9士 0.5,取PH为9（即体积浓度为：0.0004 g/l）计算,则高纯酸消耗：mHCl= (82.5X 0.5-82.5X0.0004)X 36.5/40= 37.61kg/h 即酸消耗为:VHCl=0.109 m3/h。高纯酸用于调节一次盐水PH酸管的确定: 高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s=Q /v=(0.109/3600)/0.5=0.00006056m管道材质为 PVC 管,管道直径为 8.78mm。输送管道选择 ?2

3、5,实际流速为 :0.38 m/s,2）鳌合树脂再生需要的高纯酸量鳌合树脂塔运行 24 小时下线，配制酸浓度控制 5%6%，取 5.5%计算，高纯水流量为6 m3/h,则31%的高纯酸流量1.125 m3/h，再生时间 2.5小时，一年中平均每小时需要 31%的高纯酸量为： 0.117m3/h。鳌合树脂再生高纯酸管道管的确定 :高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s=Q /v=(1.125/3600)/0.5=0.000625n2 管道材质为 CPVC 管, 管道直径为 28mm。输送管道选择 ?40,实际流速为 :0.324 m/s.4/由于复极式离子膜电解槽为加酸工艺，需要调整精盐水

4、的 PH： 9± 0.5调整PH值在25之间，以PH=4计算。需要消耗的高纯酸量为：82.5X 0.0004X 36.5/40 = 0.0301kg/h,即：0.087 m3/h。4= -log 1o( V X 1.115X 1000X 0.31)/36.5/ (82.5 + V)V=8.71 X 10 - 4m3/hV 总 1= 0.0878 m3/h输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s=Q /v=(0.0878/3600)/0.5=0.0000488m 管道材质为 CPVC 管,管道直径为 5.57mm输送管道选择 ?15,实际流速为

5、:0.310 m/s.5)离子膜脱氯塔消耗酸量真空脱氯系统淡盐水的PH值工艺指标控制：1.21.5,取 1.2 计算，出电解槽淡盐水的流量为44 m3/h,考虑氯氢处理的氯水11m3/h，淡盐水的 PH： 25 之间，取 4 计算，脱氯塔的处理能力为55 m3/h。淡盐水PH=4化为含酸体积浓度0.00365g/L，加酸后淡盐水PH=1.2化为含酸体积浓度2.303g/L,每小时消耗酸量：55X (2.303- 0.00365)X 10-3=126.46 kg/h，换为体积消耗酸量为0.1134m3 /h的高纯酸。输送高纯酸用于调节入槽盐水酸管的确定高纯酸输送为自流，流速取0.5m/s取计算s

6、=Q /v=(0.1134/3600)/0.5=0.000063n2 管道材质为 CPVC 管,管道直径为 8.95mm输送管道选择 ?15,实际流速为 :0.401m/s.离子膜电解系统高纯酸总体消耗为：Vhci = 0.427m3 /h3、 真空脱氯系统亚硫酸钠消耗真空脱氯塔后的淡盐水含游离氯W 70PPM按70PPM计算，加碱调节PH后，用亚硫酸钠除游离氯为0PPM除脱氯后淡盐水游离氯的化学反应方程式:CIO+SO32-* SO42-+CI-(70X 10-3x 55)x 126=M x 88.5M=5.49Kg/h亚硫酸钠罐5m3 亚硫酸钠浓度配制为5%,即体积浓度为5g/L :体积输

7、送流量为:V=1.098m3 /ho亚硫酸钠管道的确定： 亚硫酸钠管道的流速取1.5m/s取计算s=Q /v=(1.098/3600)/1.5=0.000203n2 管道材质为无缝钢管衬 P0,管道直径为16.09mm 输送管道选择?38,衬PO后,内径为20 mm实际流速为:0.97m/s.4、离子膜电解系统自用碱消耗(1)螯合树脂再生用碱小消耗:鳌合树脂塔运行24小时下线，配制碱浓度控制6%7%,取7%计算,高纯水流量为6 m3/h,31%的碱，则碱流量为：1.36 m3/h,再生时间 2.5小时，一年中平均每小时需要消耗 31%的碱量为：0.1142m7h。碱输送管道的确定碱输送为自流，

8、流速取0.5m/s,取计算s=Q /v=(0.1142/3600)/0.5=0.0000634m 管道材质为不锈钢管, 管道直径为 8.99mm输送管道选择 ?15,实际流速为 :0.404m/s.2）脱氯后加碱调节淡盐水 PH 值碱的消耗脱氯前淡盐水PH值取1.2,脱氯后淡盐水PH值工艺控制912,取PH: 11计算。淡盐水 PH 值取 1.2,体积浓度为： 0.4339g/l, 脱氯塔的处理能力为55 m3/h。加碱中和到PH为7,消耗碱为:55 X 0.4339X 40/36.5=26.15 kg/h 则体积消耗为V1=0.0637 m3/h调节淡盐水PH为11需消耗碱为:11 = 14

9、-log 10 (V X410) /40 / (82.5 + V)V2=0.0121m3/h总体消耗碱 :0.0759 m3/h碱输送为自流，流速取0.5m/s,取计算s=Q /v=(0.0759/3600)/0.5=0.0000422m2 管道材质为不锈钢管 ,管道直径为 7.34mm输送管道选择 ?15,实际流速为 :0.404m/s.5. 离子膜电解系统蒸汽消耗1 ）盐水精制蒸汽消耗 （采用板式换热器 ）一次盐水精水温度为 5560 C,考虑盐水在输送过程中的热损失，板式换热器盐水进口温度为 55 C度计算，进螯合树脂塔的盐水温度工艺指标要求控制在 60±5C,按60C计算，查

10、表：一次盐水 55C的比热 Cp= 0.928Kcal/l. C, 次盐水 60C的比热 Cp = 0.925Kcal/I. C，压力 0.7Mpa,温度为 164.17C饱和蒸汽焓H1 = 659.9Kcal/kg，饱和冷凝水的焓：H2 = 165.7Kcal/kg,采用板式换热器，排出的冷凝水的温度为80C焓：H3 = 80Kcal/kg,即80C时，一次盐水的流量为： 82.5 m3h。需要提供给被加热盐水的热量：Q = 82.5XK60 X 925-55 X 928 = 367.9X 103Kcal/h蒸汽消耗为 :W= Q /(H1-H2)= 367.9X 103/(659.9-16

11、5.7)W=744.4 kg/h板式换热器的换热面积为 :板式换热器总的传热系数取：3000Kcal/(m2.h. C) s= Q/k=367.9X 103/3000 s=122.6 m22)阴极电解液板式换热器 5、 离子膜电解系统高纯水消耗1 )螯合树脂塔再生高纯水消耗 鳌合树脂塔运行 24小时下线， 高纯水流量为 6 m3/h， 酸.碱各再生时 间2.5小时，高纯水用量为 ：30 m3h碱后水洗，酸后水洗,下线后水洗各3小时,流量为10 m3/h,需要消耗高纯水为 90 m3一年中平均每小时需要消耗高纯水为：3.75m3/h。高纯水输送管道的确定 高纯水的流速取2.5 m3/s。流量为1

12、0 m3/h, s=Q /v=(10/3600)/2.5=0.00111n管道材质为不锈钢管，管道直径为 37.6mm输送管道选择 ?57,实际流速为 :1.421m/s.2)过滤器反洗用水消耗过滤器运行48小时下线，二次全排,三次排1/3过滤器容积8m3,则消耗 高纯水为 :24m3, 一年中平均每小时需要消耗高纯水为： 0.5m3/h。高纯水输送管道的确定 高纯水的流速取2.5 m/s。根据过滤器的容积，流量为20m3/h,0.4小时充满.s=Q /v=(20/3600)/2.5=0.00222m2管道材质为不锈钢管，管道直径为 53.2mm输送管道选择 ?76,实际流速为 :1.44m/

13、s.(3)配制亚硫酸钠用水消耗亚硫酸钠浓度配制为 5%，即体积浓度为 5g/L ：体积输送流量为：V=1.098m3 /h。高纯水消耗为 1.098m3 /h 。亚硫酸钠罐 5m3, 高纯水的流速取 2.5 m/s。要求 10分钟充满.则流量为 30 m3 /h。高纯水管道管径的确定 : s=Q /v=(30/3600)/2.5=0.00333 m2 道材质为不锈钢管 ,管道直径为 65.1mm输送管道选择 ?76,实际流速为 :2.17m/s.如果以上用一颗管道输送 ,保证螯合树脂塔再生 , 过滤器反洗 , 配制 亚硫酸钠用水相互不影响 ,总体输送流量为 :80 m3 /h。总高纯水输送管道

14、的确定 高纯水的流速取2.5 m3/s。流量为60 m3/h, s=Q /v=(60/3600)/2.5=0.00667m2管道材质为不锈钢管，管道直径为 92.17mm输送管道选择 ?108,实际流速为 :2.12m/s.4）离子膜电解槽电解用水消耗2NaCl +2H2O2NaOH +Cl2 +H27500/40高纯水的摩尔量：nH2O=187.5Kmol/h即 m1H2O=3375 Kg/h每个钠离子带 4 个水分子，迁移到阴极室的水的质量为：m2H2O=13500Kg/h成品碱带走的水的质量为：m3H2O=17500Kg/h氢气带走水的质量为： 查表氢气在90C 时，水蒸汽分压525.8

15、毫米汞柱。p H2O =5 2 5 . 8-115 . 69=410 . 11毫米汞柱P h2=760-410.11=349.89毫米汞柱氢气中的水份为：m4 H2O = P h2o/ P h2 X n =1044.6 Kg/h需要消耗的高纯水量为m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/hv H2O =8.42 m3/h高纯水上水的流速取2.5 m3/s。流量为8.42m3/ h, s=Q =(8.42/3600)/2.5=0.000940 管道材质为不锈钢管， 管道直径为 34.5mm输送管道选择 ?57,实际流速为 :1.19m/s.离子膜系统总体高纯水

16、消耗：v H2O =8.42+1.098+0.5+3.75=13.77m3/h6、离子膜单槽产碱量、氯气产量、氢气产量(1)工艺要求碱浓度控制指标为31%，比重1.284,温度为90C，即体积浓度为 410g/L, 小时产碱量为 :V=18.29 m3/h.碱液流速为 152.5 m/s取 2.0 m/s计算.碱总管输送管道的确定s=Q /v=(18.29/3600)/2.0=0.00254m2 管道材质为不锈钢管 管道直径为 56.88mm输送管道选择 ?76,实际流速为 :1.32m/s.(2) 氯气产量 .氢气产量 n Cl2 =93.75Kmol/h2Naci + 2H2O2NaOH

17、+ci2 +H27500/40n1n2由公式 :pv=nRT 计算1.0133X 105x V=93.75X 8.315X 103x 358V Cl2 =2754.09 m3/h查表得90C时氯的溶解度为 0.0022218Kg/Kg，饱和水蒸汽分压为 0.4829Kg/cm2，其它气体的溶解不计。有摩尔比等于体积比n ci2/n 总=(p 总-pH2O)x p 总93.75/ n 总=(1.0133-0.4829)/1.0133N 总=179.11 Kmol/h氯气总管的体积输送流量为 :由公式 :pv=nRT 计算1.0133X 105x V=179.11X 8.315X 103x 358

18、V Cl2 =5281.7 m3/hV 混 =69.84 m3/hV 总=5351.54m3/h 氯气管道确定 氯气流速为1020 m/s取15m/s.计算:s=Q /v=(5351.5/3600)/10=0.1484nf,管道材质为 PVC 管, 管道直径为 434.8mm输送管道选择 ?480,实际流速为 :9.22m/s.N H2 =93.75Kmol/h 1.0133x 105x V=93.75x8.315x 103x 363V H2 =2792.22 m3/h氢气含水为：nH2O = 5 8 . 0 3 Kmol /h, 1.0133x105xV=(93.75+58.03)x8.31

19、5x103x363氢气总管的体积输送流量为 :V H2 =4521.1m3/h氢气管道确定 氢气流速为1020 m/s取15m/s计算.s=Q /v=(4521.1/3600)/10=0.12558n,管道材质为 PVC 管,管道直径为399.9mm 输送管道选择？480,实际流速为：7.90m/s.物料组成含量成分组成Kmol/hKg /小时Cl293.756656.3.H2O187.63376.3O21.78457.08成分组成Kmol/hKg/小时H293.75187.5H2O58.0331044.67、真空脱氯系统 (1)真空脱氯解吸氯气解吸氯气纯度为70%,出槽淡盐水含游离氯3000

20、PPm,脱氯后淡盐水 含游离氯70PPm温度为:70C .解吸的氯气为:m ci2 =55 X (3000-70)/1000=161.2Kg/h.摩尔流量为:nci2 =2.27k mol/h nH2O= 0.215k mol/h真空脱氯的氯气纯度工艺指标为70%计，湿氯气中的水的体积含量为66%,湿氯气中其它气体以空气计，体积含量23.4%。n其它=0.759 kmol/h解吸氯气中总摩尔流量为：n混=3.244kmol/h 由公式 :pv=nRT 计算1.0133X 105x V=3.244X 8.315X 103x 343V 混 =91.31m3/h混氯气流速为510 m/s取5m/s.计算.s=Q /v=(91.31/3600)/5=0.00507m管道材质为 PVC 管, 管道直径为 71.22mm输送管道选择 ?140,实际流速为 :1.64m/s.(5)、钛冷却器的物料、热量衡算进入填料塔的淡盐水浓度为210g/l,温度为85C ,游离氯为300OPPm.真空度为250毫米汞柱,PH值为1.2。要求解吸后淡盐水含游离氯为 小于70PPm液体流量为55 m3/h。解吸的氯气量 nci2 =2.27kmol/h 即：m ci2=161Kg /h查在85C时，饱和湿氯