【基于陶瓷膜过滤法的药用氯化钠精制溶液生产工艺设计10000字（论文）】

基于陶瓷膜过滤法的药用氯化钠精制溶液生产工艺设计摘要本文在研究之前就进行了文献和资料调查，对氯化钠溶液精制的原理进行了总结，对一些日常使用较多的氯化钠溶液精制工艺也进行了归纳，入：传统的澄清桶工艺、凯膜过滤工艺、戈尔膜过滤工艺、颇尔膜过滤工艺和无机陶瓷膜过滤工艺等。对多种多样的精制工艺进行比较之后，再融入已掌握的理论知识和企业实践经验，设计出了陶瓷膜过滤技术的精制氯化钠溶液生产工艺。本设计介绍了氯化钠溶液精制陶瓷膜过滤工艺流程，按照基本要求对物料衡算、热量衡算、设备选型计算都进行了计算，还有就是分析化工经济和环保，通过化工制图软件AutoCAD绘制了带控制点的工艺流程图和陶瓷膜过滤器设备图。希望可以通过精制氯化钠溶液的实际生产帮助到更到的企业可以生产。关键词：氯化钠溶液盐水精制陶瓷膜过滤器盐化工氯碱工业目录目录第一章文献综述 61.1氯化钠溶液的用途 61.1.1氯化钠溶液的工业用途 61.1.2氯化钠溶液的药用用途[1] 61.2氯化钠溶液精制原理[2] 61.2.1生产精制氯化钠溶液的原料 71.2.2钙离子除去 71.2.3镁离子除去 71.2.4硫酸根离子除去 81.2.5盐水二次精致 81.3精制药用氯化钠生产工艺 91.3.1一次氯化钠溶液精制工艺 91.3.2二次氯化钠溶液精制工艺 111.4课题内容介绍 11第二章氯化钠溶液精制工艺流程设计[3] 122.1工艺流程图简介 122.2主要设备装置介绍 122.3氯化钠溶液精制工艺的物料衡算和能量衡算 142.3.1物料衡算 142.3.2能量衡算 17第三章主要设备的工艺尺寸计算 193.1陶瓷膜过滤器的计算与选型[5] 193.2固定管板式换热器的计算与选型 19第四章辅助设备的选型计算 214.1泵的选型计算 214.2储罐的选型计算 21第五章化工经济与环保分析 225.1化工经济分析 225.2环保分析 23第六章总结 23第一章文献综述1.1氯化钠溶液的用途1.1.1氯化钠溶液的工业用途精制氯化钠溶液是一种较为普遍的化工中间体，在化工生产过程里有着关键功能，普遍在盐业和氯碱行业中使用。制盐业影响着中国人民的经济教育。生产氯化钠是十分重要的。固体氯化钠材料是经过精制氯化钠溶液的蒸发和结晶获取，其纯度和杂质含量直接影响了其使用，食盐和医用氯化钠在生活中较为普遍存在。食盐或碘盐可以说是我们所有人生活中不可或缺的东西，食用食盐有利于及时补充汗液和尿液缺失的盐分。药用氯化钠对于氯化钠的纯净度更高，并且在各大医疗保健中使用。基于医药成面，氯化钠一般不会被直接使用，会通过各种形式进行制备氯化钠制剂，像是常用的生理盐水，在临床中就被普遍使用。氯碱工业的化工系统十分庞大。在工业行业，氯气、氢氧化钠和氢气是通过氯化钠溶液电解形成。在完成电解后，就能获得固体氢氧化钠、各种浓度的碱溶液、液态氯气、盐酸等化学产品。在盐业和氯碱行业，都严格要求精制氯化钠溶液的纯度的标准。盐业产品一般来说人们是直接进行食用的，因此如果生产的产品品质不达标，就会对人体产生危害，进而影响群众的生命健康。氯碱行业净化盐水的质量影响稳定性、安全性和生产效率，同时对电解的耗能也有较大的影响，进一步影响成本支出，致使生产设备的损坏。1.1.2氯化钠溶液的药用用途[1]医药级氯化钠主要事实上用于保健和医疗行业中。功能和作用广泛，原料含量高，氯化钠含量不能少于99,5%，外形是无色透明的长方形结晶粉末。根据报道该粉末有可能参与了体内酸碱平衡。氯离子钠能给促使体内胃酸形成。药用氯化钠对于神经和肌肉兴奋性的维持也具有相应的作用。在药用氯化钠的使用标准中，其中一个重要质量指标就是纯度。所以生产药用氯化钠时，会分析其杂质的出处，然后具有针对性的去除杂质，这一过程是必不可少的。目前也有相关学者对药用氯化钠的杂质的来源和去除进行研究。所以在生产药用氯化钠时，对相应的杂质进行有效的去除也是我们工作和生产一直希望达到的。1.2氯化钠溶液精制原理[2]精制氯化钠溶液的主要原料有矿盐、海盐、湖盐和卤水。除了氯化钠，还存在一些不溶性杂质，像是泥沙、悬浮固体和有机物等，还有溴离子、碘离子等不溶性杂质。所以要把粗盐中的杂质尽可能的去除，以满足生产应用所需要，其中就需要经过精制氯化钠溶液。不溶性杂质一般时利用自然沉淀的方法从原盐中去除。氯化钠的溶解度会因为温度的变化而改变，可溶性杂质会出现再结晶，就使得氯化钠和杂质共同沉淀，所以可溶性杂质先要进行化学反应得到一定的沉淀物，之后在絮凝剂的作用下变成体积和质量密度较大的浑浊物，再对这些浑浊物进行去除。以下介绍了多种可以去除杂质离子的方法。表1.1常见难溶性钙盐、镁盐和钡盐的溶度积常数（25℃）化学式溶度积（Ksp）pKspCa2+Ca3(PO4)22.0×10-2928.70CaF22.7×10-1110.57CaCO32.8×10-98.54CaSO43.2×10-75.04Mg2+Mg3(PO4)2·8H2O6.3×10-2625.20Mg(OH)21.8×10-1110.74MgCO33.5×10-87.46Ba2+BaSO41.1×10-109.961.2.1生产精制氯化钠溶液的原料在生产药用氯化钠过程中，首先要跳去杂质少、易去除的工业盐。这也是因为此类盐由精制工业盐制作。在此之前已经对其进行了去杂志的处理。工业盐在生产时有经历了一次脱水，相比于晒干的工业盐其可以检测到的杂质种类和数量都处于良好状态。精制工业盐里主要的杂质有硫酸盐、钙镁盐和铁盐。原料：表1.2工业一级干盐理化指标项目氯化钠（g/100g）水分（g/100g）水不溶物（g/100g）钙镁离子总量（g/100g）硫酸根离子（g/100g）含量≥98.5≤0.5≤0.1≤0.4≤0.51.2.2钙离子除去从表1.1、1.2可知，Ca3(PO4)2、CaF2、CaCO3、CaSO4也是分布相对较差的钙化合物，25℃时的体积分别为2.0×10-29、2.7×10-11、2.8×10-9、3.2×10-7。Ca3(PO4)2的体积最小，CaF2和CaCO3的溶解度产物次之，CaSO4的溶解度产物最大。所以Na3PO4是很好的钙清除剂，NaF的效果次之，Na3PO4和NaF价格高昂，一般来说会选择小苏打和纯碱作为钙清除剂，以生产≤5毫克/升钙的精制氯化钠溶液。方程式为：Ca2++CO32-=CaCO3↓1.2.3镁离子除去按照表1.1，镁离子转化为不溶性化合物，包含了Mg3(PO4)2-8H2O、Mg(OH)2和MgCO3。尽管Mg3(PO4)2的溶解度最低，但Na3PO4价格太高，会选择烧碱(NaOH)作为除镁剂，基本上是达到精制氯化钠溶液生产氯碱的要求。根据工艺需求，镁含量≤5毫克/升。反应方程式如下：Mg2++2OH2-=Mg（OH）2↓1.2.4硫酸根离子除去硫酸根离子去除的方法是钡法和钙法，即用钙盐或钡盐作为沉淀物，将硫酸盐转化为硫酸钙或硫酸钡，如下沉淀：Ca2++SO42-=CaSO4↓Ba2++SO42-=BaSO4↓钙法成本低，但因为硫酸钡的溶解度比硫酸钙低很多，因此对工艺控制相对来说是复杂的，同时SO42和钡法相比，去除效果不是很好。钡法效率高，缺点是原料成本高，并且其是有毒物质，污染较为严重，目前已经有新的工艺方法取代了这一去除方法。去掉SO42-的新方法[6]：吸附法、络合法和膜法。络合法：在盐水中进行，首先吸附固体络合剂，然后再分离SO42-。此方法的效率有99%，同时反应速度时间短，成本又低。吸附法：SO42-被离子交换树脂吸附除去，SO42-只能通过加水从离子交换树脂中分离。此方法，要把氯酸盐和氯气进行隔离。膜法：是一种毫米级过滤技术。其主要是基于膜不排斥氯化钠。可以快速的去除，拒收效率是98%。通过这种方式去除的SO42，效果很稳定，并且能够连续使用，不仅简单方便，而且效率高，也不需要任何添加剂。盐水进料首先进行预处理，保证膜能够不会悬浮起来。这也是当前方法里成本最低的一种，其优势之处是膜寿命长。1.2.5盐水二次精致前文描述的净化工艺叫做初级精制氯化钠溶液，其Ca2+和Mg2+的含量达到10mg/l，是能够达到盐业的各种需要。在氯碱工业中，会严格氯化钠溶液要求的生产，像是离子交换膜法中氯化钠溶液中Ca2+和Mg2+的总含量要在20μg/l以下，此时就需要二次清洗。用烧结碳管对盐水进行二次处理[8]。首先将α-纤维素涂布在立式蜡烛型烧结碳管壁上，让盐水进入过滤器，α-纤维素放置在滤器入口处。进行过滤，固体物质会停留在外壁上。利用碳烧结管过滤后进入螯合树脂塔，悬浮固体(SS)含量降低到1mg/l以下。螯合树脂作为交换树脂，有两类：亚氨基二乙酸型螯合树脂和胺磷酸盐型螯合树脂。均是带负电荷，对阳离子有相对亲和力，导致金属离子和络合物的形成。不仅可以去除Ca2+、Mg2+等+2价阳离子外，特能很好的洛合铜、铁等过渡金属元素。若是有Ca2+、Mg2+的氯化钠溶液和螯合树脂融合，Ca2+、Mg2+会取代树脂中不稳定的钠离子，实现可氯化钠溶液的精制。如下所示：RCH2NH(CH2COONa)2+Ca2+/Mg2+→RCH2NH(CH2COO)2Ca/Mg+2Na+；2RCH2NHCH2PO3Na2+Ca2+/Mg2+→(RCH2NHCH2PO3)2·Ca/MgNa2+2Na+螯合树脂吸附钙的不断增加，相应的交换效率就会降低，降低到一定程度时，就无法进行树脂再生。必须先用强无机酸将树脂转化为氢型树脂，再用碱剂把树脂转变为钠型树脂，这样才能实现离子交换能力。1.3精制药用氯化钠生产工艺1.3.1一次氯化钠溶液精制工艺澄清转鼓工艺和采用膜分离技术作为氯化钠溶液初级精制工艺的重要组成。最近几十年里，出现了膜分离的氯化钠溶液精制新工艺[10]，这种工艺的优点颇多，在发展过程中，已经将传统的氯化钠溶液精制工艺淘汰出市场。优点是：1）不需要太高的原盐的质量，对于企业来说，可用的盐类型变多了；2）工艺流程操作简便，没有太过复杂的程序和步骤。(3)精制效果好，得出的氯化钠溶液质量高且稳定；(4)能耗低，提高了加工能力，促进生产经济效益的提高。传统澄清桶工艺传统的澄清桶工艺精制原盐水程序如：把原盐溶解于化学盐中，转变为粗盐水；会有很多的不溶性杂质和沉淀物出现，此时将其去除。让有悬浮物的浑浊盐水在多尔澄清桶中沉淀，目的时分离沉淀物；再进行硅砂过滤器过滤，然后去除机械杂质和沉淀物，最终获得精制的氯化钠溶液。"道尔处理转鼓"是基于自由沉降的方式对大颗粒进行分离，一般的方式有通过碳管过滤器来吸附细小颗粒。因为沉降速度始终快于上升速度，颗粒能够很好的分离。可以通过增大颗粒直径D和固体与盐水的密度差(ρs-ρl)来提高沉降速度，同时促进盐水温度的提高。最大粒径随盐水流速、温度和杂质的变化不断改变。若是小离子的沉淀率变高，则道尔处理桶回流混合液，盐水分解。传统盐水精制工艺的优点：简单易掌握；但是易破碎，使用周期长，成本低。缺点是：体积大，占地面积大；自动化水平不高，过滤效果不好；澄清桶会出现返泥；原盐的质量不好匹配。戈尔膜过滤工艺戈尔膜过滤技术是最初用于精制盐水的膜过滤技术的方法。1990年代，美国、德国、日本等工业发达国家就具备了氯碱工业的盐水精制工艺。而中国则是在2000年第一使用这一技术，自此戈尔膜液体过滤器成为了氯化钠原液的精制的主要方法。"戈尔"的过滤功能是通过"戈尔"膜过滤袋实现的。制作成分是聚丙烯、聚酯无纺布和微米厚的膨体聚四氟乙烯薄膜，滤液在压力作用下会流经滤袋，由此完成固液分离。过滤时，粗盐水在进行了一段时间的过滤后，清液会就会进入细盐水库，滤袋就会有粗盐颗粒。之后再清晰滤袋，丢掉残留物。由此经过几次重复，再转入盐泥系统处理。特点：1）持续生产操作；2）过滤效果显著；3）因为聚四氟乙烯的摩擦系数低，处于低压才能进行膜的过滤和再生，所以膜寿命短；4）主要是进行表面过滤，就不会导致膜孔的堵塞；5）温度域大，化学稳定性强，体积小，自动化水平高。缺点：过滤效果主要针对固体杂质，过滤Mg(OH)2胶体、细菌时，效果不好;并且厚度较薄，所以易破损，经常会出现滤液泄漏现象。凯膜过滤工艺聚四氟乙烯管状多孔膜是凯膜的学名，两边的孔径小，中间孔径大，膜表面由疏水性转变为成亲水性，主要进行氯化钠溶液的过滤。"凯膜"和传统的过滤膜相比，其使用周期较长，并且机械强度高。孔隙率很高，平均孔径为0,5-1,0μm，所以过滤通量和过滤精度不错。膜表面摩擦系数低，所以相应的表面光滑，且化学性质稳定，膜表面抑制了液体中的固体颗粒，固体颗粒基本不可能渗透过去，同时因为膜内不会满是滤料，清洗的时候也很方便。特点：1）流程简单易操作，过程时间短，自动化水平高；2）特殊的杂质处理方式，添加相应的精制制剂，可以大大提高膜效率，杂质去除的较为干净。3)清洗方便，用时短；4)悬浮固体含量1000~10000mg/l至1mg/l，能够立刻送入螯合树脂塔进行氯化钠溶液进行二次精制。缺点：对于优质原盐无效。颇尔膜过滤工艺PE材料作为波尔膜过滤器的过滤介质，即常见的PE管。其孔径在1.0～2.0μm范围，很少出现堵塞的情况。工艺流程：把初始盐在试验桶里进行降解，去除游离氯，观察盐水状态把盐水浓度调整为淡盐水。搅拌时完全反应，不溶性物质和许多杂质被去除。在杂质被去除后，粗盐水中会其他的化学反应，碳酸钠和Ca2+反应形成沉淀。而过滤器能够很好的过滤掉这些沉淀物。该工艺不需要预处理装置；并且循环量大，产生的阻力很小，流速大大的得到了提升；经过过滤后，盐水的质量得到了很大的改善，把盐水中的钙离子和镁离子去除了以后其杂质也就消失了；相对于传统的工艺，这种方法比较容易并且自动化的程度非常高，操作起来便捷；和原盐的各种品种都是相适应的，成本减小了很多。可是存在一个问题就是该工艺无法长时间运行，因为易发生损坏，膜的单价比较贵，维护所需要的投入比较大。陶瓷膜过滤工艺陶瓷膜属于固体膜。其主要成分是Al2O3、ZrO2、等无机材料，把这些材料煅烧、加热以后便形成了陶瓷膜。它的孔径范围在0.005～1.200μm之间。陶瓷膜的优点是：耐环境性，可以忍受高达800℃的高温环境、不畏惧酸碱，其环境的PH可在0～14之间，并且它的抗压能力也很强，孔径拉伸、剥离、腐蚀等都不会对陶瓷膜产生严重的影响，其效率非常高。氯化钠溶液的精制程序如下：第一步，加入精制制剂到粗盐水中，二者都置于在反应罐，然后用玻璃棒胶棒搅拌反应罐里的混合液体，下一步就是导入陶瓷馆中经过里面的过滤器，进而发生化学反应，能够一次性将所有的悬浮固体都清楚干净。一次精制氯化钠溶液其SS不超过1×10-6，因为二次盐水质量标准就是这个。一些液体流入到盐泥系统，另外一些被输送到中间罐。该工艺和有机高分子膜进行比较，还是具有比较多的长处：比如它的流程比较简单，不繁琐，需要投入的成本很少，并且设备的体积小，因此不会占用太大的空间；整个工艺流程都不用氯化铁的参与，因此就不会发生腐蚀现象，并且不会产生铁离子污染，最后，陶瓷膜抗压、表面坚硬、耐腐蚀，非常经用，不需要过多的担心损坏。1.3.2二次氯化钠溶液精制工艺氯化钠溶液二次精制的工艺流程[19,20]如下：一般来说所有的螯合树脂塔相互连接后开始二次精制工艺，标准氯化钠溶液经盐水入口管线流入到树脂床；并从塔的底端进入到其他的塔。同时从塔底流出的还有焦油床。倘若塔要再次回收的话，关闭塔底之后就可以进行回收，塔在检验正常、符合标准后，可以循环利用。溶液经过所有的程序后最后从塔流出，其中的钙镁离子和悬浮固体量被去除了一大部分，其剩余韩玲低于标准值，然后再把他们倒进超精盐水槽进行保存，最终进入电解器。1.4课题内容介绍氯化钠溶液其实用处非常的广，特别是在工业领域，比如说医药制作行业等都能经常看到它的身影，因此对工业氯化钠溶液的纯度比较高，医药用的则相应的要求会更加严格。本项目利用陶瓷膜过滤技术，根据原盐、精制氯化钠溶液的物料和热量，结合整个操作的流程、运用到的关键设备以及次要设备的挑选和设置，综合这上述所有的因素来进行精制氯化钠溶液的生产。最后完成了精制氯化钠溶液的操作程序图和设备装配图。第二章氯化钠溶液精制工艺流程设计[3]2.1工艺流程图简介本设计所采用的陶瓷膜过滤法精制氯化钠溶液工艺流程如图2.1所示。图2.1陶瓷膜过滤法精制氯化钠溶液工艺流程图陶瓷膜过滤精制氯化钠溶液的工艺。(1)化学盐水利用化学盐水泵流向盐水桶，桶里面的原盐会慢慢的发生溶解。2.然后往里面添加20%的BaCl₂、1%的NaClO、32%的NaOH和20%的Na2CO3，其主要的目的就是去除盐水中的的硫酸根离子、钙离子、镁离子等无机盐离子以及其他的一些有机物和微生物。(3)盐水中的Ca2+与Na2CO3反应的产物为CaCO₃晶体，Mg+与NaOH反映的产物为NaHCO₃晶体。3.Ca2+与Na2CO3反应的产物为CaCO₃晶体，Mg+与NaOH反应生成的产物为Mg(OH)2胶体。(4)上述的精制步骤结束了之后，盐水流入到中间罐，经过过滤器把剩余的杂质过滤掉，依次，盐水流入陶瓷膜过滤系统；(5)盐水按照顺序通过系统包含的三级过滤程序。6)盐水经过三级过滤之后，其中一些溶液盐水被输入盐泥系统，剩下的溶液和原盐水混合在一起，从京入口流至循环泵，这样做的目的是可以帮助减少精矿中的固体物质，使液体通过膜的速度不受到影响，再经过循环泵重新回到滤系统，过滤系统开始循环往复的过滤。经由三个组份过滤后的溶液从盐水出口级流出盐酸，将pH值应属于3~5的范围才能进入精制盐水罐。2.2主要设备装置介绍本研究中使用的氯化钠溶液精制方式所运用的设备的组成主要包括固定管板式换热器、反应桶和陶瓷膜过滤器，整个设备中发挥最核心的功能的组分是陶瓷膜过滤器。以下着重介绍陶瓷膜过滤器和固定管板式换热器。其结构如图2.2。从上图我们可以看出该结构的9个主要组成部分，从上到下依次为排气/排油口，反进水口和凡汐备用口再同一高度，然后是压力表，有两个，一上一下，接下来就是出盐水口，陶瓷膜过滤芯，然后和出盐水口垂直向下的部位是进盐水口，最下端的是反进水口和排污/排空口。陶瓷膜过滤器发挥主要功能的是滤芯，通常比较常见石英砂和刚玉砂制造而成的滤芯。同时也会再生产的过程加入少量的增强材料、粘结剂或其他的材料进行高温煅烧，材料硬化形成孔径大小范围在0，2～10μm之间多孔微滤膜。陶瓷膜的过滤效率主要是以来其孔密度大和摩擦力低两个特性来保障，膜的表面的孔径越小，越能有效的阻止大的固体颗粒渗透进入孔壁，这就使孔隙不容易被杂志堵塞，所有的杂质隔离在膜表面，洗涤和回收膜的工作难度就减小。陶瓷膜过滤器最主要的优点使：机械阻力大，可在酸碱环境中稳定存在，耐高温和氧化。该工艺需要两台陶瓷膜过滤器一起并联运行，水从第一台流向第二台，冲洗的程序也是需要循环往复的。这样做的目的是减少洗泵的时间以及节约能源，在一定程度上控制了设备运行的成本，使其工作的过程自动化和智能化程度更高。经陶瓷过滤管过滤后，浮在水面的油分子和悬浮物可以被除去一大部分。若还存在油分子，出水腔内也可以将其过滤掉，剩余的游离油分子集合在出水腔顶上一层，若积累的油分子数量够多时，出水口将流出油分子。陶瓷膜滤筒开始工作后，在其滤筒表面会有一层杂质附着在上面，这样就致使膜通量变小，入口的压差变高，这种情况发生时要几块对膜管进行反冲洗，以此来保障膜系统发挥正常的功能。图2.3固定管板式换热器结构示意图固定板式换热器也属于管式换热器。其最常见最为经典的类型是管间式换热器。如图2.3，图中主要画出了固定板式换热器的关键组成部分：包括传热管、壳体、接口等。整个壳体的形状是一个圆，里面安装有平行管[4]。管道内液体流动可通过管道通道和套管通道两种通道。传热面为管束壁。可通过套管内设置一个横向挡板提来高管道外侧流体的传热系数。其主要的益处为：有效的避免流体短路的现象发生，流体通过的速度有很大的提升，并且使流体以回顶的路线流动。固定管板式换热器和其他的换热器相比，性能非常优越，比如传热系数大；两板间隙小，结构不分散，传热面积广，并且可拆装，可以任意更改板的数量，以此使传热面积发生变化，操作较为简单，设备很容易被清洗，维修也比较容易。但是它也有一些自身的不足，工作所处环境的温度以及压力需低一些，除去这些，基本能够满足工艺的需求。2.3氯化钠溶液精制工艺的物料衡算和能量衡算2.3.1物料衡算1.原料用量计算2.原盐溶解工序的物料衡算表2.1原盐溶解工序物料衡算表物料流股进料流量（t/天）出料流量（t/天）原盐89.68化盐水159.43粗饱和盐水249.11总量249.11249.113.精制工序的物料衡算由原盐规格可计算原盐中各杂质组分的质量流量：Ca2+：89.68×0.2%=0.18Mg2+：89.68×0.2%=0.18/天SO42+：89.68×0.5%=0.45SS：89.68×0.1%=0.09根据以下化学方程式可分别求得各精制剂的用量CaMgSO所需碳酸钠固体的量为：0.18×106.0÷40.1=0.48t/天碳酸钙沉淀：0.18÷40.1×100.1=0.45t/天需要氢氧化钠固体的量为：0.18×80.0÷24.3=0.59t/天生成的氢氧化镁沉淀质量：0.18÷24.3×58.3=0.43t/天假设氢氧化钠固体过量20%，则其加入量为：0.59×(1+20%)=0.71t/天所需氯化钡固体的量为：0.45×208.2÷96.0=0.98t/天生成硫酸钡沉淀的质量为：0.45÷96.0×233.4=1.10t/天不计损失，总的出料量为：249.11+0.48+0.59+0.98=251.16t/天溶液中水的总量为：159.43t反应生成Nacl的量为：(0.18÷40.1+0.18÷24.3)×2×58.4=0.33t/天溶液中Nacl总质量：86.98×98.5%+0.33=86.01t表2.2粗盐水精制工序物料衡算表物料流股进料流量（t/天）出料流量（t/天）粗饱和盐水249.11碳酸钠固体0.48氢氧化钠固体0.71氯化钡固体0.98盐水、沉淀混合溶液251.28总量251.28251.28过滤工序的物料衡算把盐水、沉淀混合物进行过滤，得到精制氯化钠溶液。表2.3粗盐水精制工序物料衡算表物料流股进料流量（t/天）出料流量（t/天）盐水、沉淀混合溶液251.28去离子水80.02盐泥6.73精制氯化钠溶液（碱性）324.57总量331.30331.30调酸工序的物料衡算将精制氯化钠溶液调至pH3~5，这里取pH=4进行计算，H+浓度为10-4mol/L表2.4调酸工序物料衡算表物料流股进料流量（t/天）出料流量（t/天）精制氯化钠溶液（碱性）324.57浓盐酸32.91精制氯化钠溶液（pH=4）357.48总量357.48357.482.3.2能量衡算本设计考虑到可能有部分饱和食盐水结晶析出会堵塞管道，所以我们加入固定管板式换热器加热溶液，温度不能超过55℃上下浮动5℃。若氯化钠溶液温度分别为20℃和55℃，则：表2.5粗饱和盐水预热工序热量衡算表项目进料热量（kJ/h）出料热量（kJ/h）冷饱和盐水（20℃）682976.58预热器补充热量1195209.02热饱和盐水（55℃）1878185.60总量1878185.601878185.60第三章主要设备的工艺尺寸计算3.1陶瓷膜过滤器的计算与选型[5]要达到年产100000t的要求，处理待滤液的能力：13m3/h=298m3/天。若真实的处理量只能达到八成，设计的生产能力：298÷80%=373m3/天=16m3/h选择BJF-8TCM1.0□Y型陶瓷膜过滤器，参数如表3.1。表3.1陶瓷膜过滤器的技术性能及参数项目数值过滤面积，m244.90处理能力，m3/h8容积，m322.29工作压力，Mpa≤1.0工作压差，Mpa0.02~0.06处理后含油量，ml/L2~30过滤管规格，mmφ100×100×9003.2固定管板式换热器的计算与选型计算换热器的传热面积：Q=KA∆tK——传热系数，kJ/(m2·h·℃)；A——传热面积，m2；Δt——平均温差，℃。利用热交换进行加热。假设蒸汽的进口温度100℃，出口温度75℃。粗饱和氯化钠溶液的进口温度20℃出口温度55℃。计算单壳程、双管程平均温差:对数平均温差：Δtm=(35-25)÷In(35÷25)=29.41℃S=(100-75)÷(100-20)=0.31R=(55-20)÷(100-75)=1.40FT=0.96则，Δt=FT×Δtm=29.41×0.96=28.23℃传热系数值为：K=1000W/(m2·℃)=3600kJ/(m2·h·℃)换热器提供的热量为1195209.02kJ/h。则，总传热面积为：A=1195209.02÷3600÷28.23=11.76m通过查阅《化工工艺设计手册》，选择固定板式换热器的相关技术性能及参数如表3.2所示。表3.2固定管板式换热器型号项目数值项目数值公称直径，DN/mm400管程流通面积0.0065公称压力，PN/MPa1.60换热管长度，mm1500管程数，N4换热面积，m212.2壳程数1管心距，mm25管子根数，n146管子排列正三角形中心排管数14外径×壁厚/mm×mmφ19×2第四章辅助设备的选型计算4.1泵的选型计算一般情况下，化工设计的时候会根据物料流量选择泵的类型。通常是1.1~1.15倍最大流量为额定流量[6]。泵的型号要达到温度、压力等标准，也要达到安装和介质的要求。本工艺中所有用到的都是离心泵，它的特点是转速很快、效率非常的高、结构简洁易懂、易于维修等。如表4.1所示。4.2储罐的选型计算储罐选型计算就是计算容积，计算依托为物料流量和储存时间。本操作过程的原料储罐包括化盐水槽和精致盐水槽，一般要达到3天的存储量；中间储罐考虑则著需要存储1天的量。储罐安全系数=0.8的时候可以有效的防止飞溅现象的发生。如表4.1所示。表4.1辅助设备选型设备名称规格型号材质数量化盐水泵Q=10m3/h;H=2m;N=3kw0Cr18Ni91供料泵Q=15.5m3/h;H=3m;N=4.5kw0Cr18Ni91循环泵Q=15.5m3/h;H=3m;N=4.5kw0Cr18Ni91化盐水槽500m3不锈钢2化盐桶270m3不锈钢1反应槽270m3不锈钢1中间槽270m3不锈钢1调酸罐350m3不锈钢1精制盐水槽500m3不锈钢5第五章化工经济与环保分析5.1化工经济分析表5.1原料消耗量表原料名称规格用量（t/天）单价（元/t）总价（万元）原盐98.5%89.688002152.32碳酸钠99%0.48120017.28氢氧化钠99%0.71200042.60氯化钡99%0.98300088.20盐酸36%32.91150148.10注：年工作时间300天，7200小时，下同。总费用：2152.32+17.28+42.60+88.20+148.10=2448.5万元表5.2设备价格表原料名称型号规格数量单价（万元）总价（万元）陶瓷膜过滤器BJF-8TCM1.0□Y型22040固定板式换热器133化盐水泵10m3/h;10.150.15供料泵10.8m3/h10.250.25循环泵10.8m3/h10.30.3化盐水槽500m32612化盐桶270m3133反应槽270m3133中间槽270m3166调酸罐350m3133精制盐水槽500m35630生产设备购置费用：40+3+0.2+0.15+0.25+0.3+12+3+3+6+3=70.90万元其他的一些费用按设备费用的30%计，即：70.90×30%=21.27万元设备总费用为：70.90+21.27=92.17万元表5.3动力消耗表名称消耗量单价总价（万元）工业用水160.00t/天2.6元/吨12.4蒸馏水80.02t/天100元/吨240.06工业用电1200度/天0.7元/度25.2动力消耗总费用：12.4+240.06+25.2=277.66万元工资费用：2个工人年工资：8万元。其他支出费用：8×15%=1.2万元则工资总费用：18.4万元。其他费用：其他各项费用：(2448.50+277.66)×15%=408.92万元表5.4产品收入表产品名称产量售价总价（万元）精制氯化钠溶液13.30m3/h500元/m34788盐泥6.73t/天50元/吨10.10年销售总收入：4788+10.10=4798.10万元则年利润为：4798.10-2448.50-92.17-277.66-18.4-408.92=1552.45万元5.2