预处理器对含镁量较高的原盐有较好的适应性

预处理器对含镁量较高的原盐有较好的适应性 预处理器对含镁量较高的原盐有较好的适应性，而对原盐中的钙镁离子之比没有严格的局限性。但是除镁能力的大小取决于能否产生足量的、气泡直径满足氢氧化镁附着需求的有效气泡。在额定流量下压缩空气溶解于粗盐水的溶解度是有极限的，压缩空气溶解量有一定限度而且在减压后释放出来的溶解空气也比溶解量有消耗，质量是有损失的。因此当有效的气泡量不足以让所有的氢氧化镁所裹缠，则没有载体裹缠的氢氧化镁不可能气浮从上排泥口排出，而是会在盐水中游荡，氢氧化镁的分离效果就会受到极大的影响。 一方面尽可能提高空气的溶解量，使空气在盐水中溶解达到饱和或者接近饱和。在同时要保证减压后溶解的空气尽可能的全部释放，并形成高质量的气泡粒径，尽可能的减少气泡量的损失和气泡质量的低下。另一方面充分利用预处理器在结构上的特殊性，将盐泥循环技术嫁接到预处理器上来，让因为没有足够的小气泡，而不能裹缠小气泡浮上分离的氢氧化镁，在氢氧化铁的作用下，裹缠在循环盐泥中的结晶型的碳酸钙固体颗粒周围，形成表观密度较大的固体颗粒并借助斜板效应和同流向分离原理，而迅速沉降到桶底。此预处理器的分离速度为浮泥上升速度和沉泥下降速度的累加，大大提高了预处理器分离氢氧化镁的能力。 6万吨离子膜物料衡算 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(一次盐水浓度为305?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: 7.5×11,82.5 m3,h 一次盐水管道的确定: 盐水流速范围:1.0~2.0m/s,取1.5 m/s计算 s=Q /v=82.5/3600×1.5=0.01527 m2 管道材质为衬PO管,管径为0.139 m。 输送管道选择Ø159×6.5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:(0.3,0.6)g/l，取0.5 g/l计算;进螯合树脂塔前需要调整到PH:9?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=(82.5×0.5,82.5×0.0004)×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=0.00006056m2 管道材质为PVC管,管道直径为8.78mm。 输送管道选择Ø25,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=0.000625m2管道材质为CPVC管, 管道直径为28mm。 输送管道选择Ø40,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，需要调整精盐水的PH:9?0.5调整PH值在2, 5之间，以PH=4计算。需要消耗的高纯酸量为:82.5×0.0004×36.5/40,0.0301kg/h，即:0.087 m3/h。 4,-?10,(V×1.115×1000×0.31)/36.5,/(82.5，V) V=8.71×10,4m3/h V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=0.0000488m2管道材质为CPVC管, 管道直径为5.57mm 输送管道选择Ø15,实际流速为: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:1.2,1.5，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:2,5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:55×(2.303,0.00365) ×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=Q /v=(0.1134/3600)/0.5=0.000063m2管道材质为CPVC管, 管道直径为8.95mm 输送管道选择Ø15,实际流速为:0.401m/s. 离子膜电解系统高纯酸总体消耗为: VHCl,0.427m3 /h 3、 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?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: ClO-+SO32- SO42-+Cl- (70×10-3×55)×126=M×88.5 M=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:体积输送流量为: V=1.098m3 /h。 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=0.000203m2管道材质为无缝钢管衬PO, 管道直径为16.09mm 输送管道选择Ø38,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:0.1142m3/h。 碱输送管道的确定 碱输送为自流,流速取0.5m/s,取计算 s=Q /v=(0.1142/3600)/0.5=0.0000634m2管道材质为不锈钢管, 管道直径为8.99mm 输送管道选择Ø15,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9~12, 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: 55×0.4339×40/36.5=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-?10,(V×410)/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Ø15,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55,60?，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?度计算，进螯合树脂塔的盐水温度工艺指标要求控制在60?5?，按60?计算，查表:一次盐水55?的比热Cp,0.928Kcal/l.?，一次盐水60?的比热Cp,0.925 Kcal/l.?，压力0.7Mpa，温度为164.17?饱和蒸汽焓H1,659.9 Kcal/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80?焓:H3,80Kcal/kg,，即80?时，一次盐水的流量为:82.5 m3,h。 需要提供给被加热盐水的热量:Q,82.5×〖60×925,55×928〗,367.9×103Kcal/h 蒸汽消耗为:W= Q /(H1-H2)= 367.9×103/(659.9-165.7) 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:3000〖Kcal//(m2.h. ?) 〗 s= Q/k=367.9×103/3000 s=122.6 m2 (2)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 m3,h 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10 m3,h, s=Q /v=(10/3600)/2.5=0.00111m2管道材质为不锈钢管, 管道直径为37.6mm 输送管道选择Ø57,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Ø76,实际流速为:1.44m/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Ø76,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Ø108,实际流速为:2.12m/s. (4)离子膜电解槽电解用水消耗 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 2 2 n 7500/40 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90?.时，水蒸汽分压525.8毫米汞柱。 p H2O=525.8-115.69=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×n =1044.6 Kg/h 需要消耗的高纯水量为 m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/h v 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 /v=(8.42/3600)/2.5=0.00094m2管道材质为不锈钢管, 管道直径为34.5mm 输送管道选择Ø57,实际流速为:1.19m/s. 离子膜系统总体高纯水消耗: v H2O =8.42+1.098+0.5+3.75=13.77m3/h 6、 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90?,即体积浓度为410g/L,小时产碱 量为: V=18.29 m3,h.碱液流速为15~2.5 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Ø76,实际流速为:1.32m/s. (2) 氯气产量.氢气产量 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 2 1 1 7500/40 n1 n2 n Cl2 =93.75Kmol/h 由公式:pv=nRT计算 1.0133×105×V=93.75×8.315×103×358 V Cl2 =2754.09 m3/h 查表得90?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 Cl2/n总=(p总-pH2O)×p总 93.75/ n总=(1.0133-0.4829)/1.0133 N总=179.11 Kmol/h 氯气总管的体积输送流量为: 由公式:pv=nRT计算 1.0133×105×V=179.11×8.315×103×358 V Cl2 =5281.7 m3/h V 混 =69.84 m3/h V总 =5351.54m3/h 氯气管道确定 氯气流速为10~20 m/s.取15m/s. 计算: s=Q /v=(5351.5/3600)/10=0.1484m2,管道材质为PVC管, 管道直径为434.8mm 输送管道选择Ø480,实际流速为:9.22m/s. N H2 =93.75Kmol/h 1.0133×105×V=93.75×8.315×103×363 V H2 =2792.22 m3/h 氢气含水为: nH2O=58.03 Kmol /h, 1.0133×105×V=(93.75+58.03)×8.315×103×363 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10~20 m/s.取15m/s.计算. s=Q /v=(4521.1/3600)/10=0.12558m2,管道材质为PVC管, 管道直径为399.9mm 输送管道选择Ø480,实际流速为:7.90m/s. 物料组成 含量 成分 组 成 Kmol/h Kg /小时 Cl2 93.75 6656.3. H2O 187.6 3376.3 O2 1.784 57.08 含量 成分 组 成 Kmol/h Kg/小时 H2 93.75 187.5 H2O 58.033 1044.6 7、 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3000PPm, 脱氯后淡盐水含游离氯70PPm.温度 为:70?. 解吸的氯气为: m Cl2 =55×(3000-70)/1000=161.2Kg/h. 摩尔流量为: nCl2 =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:6.6%,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 1.0133×105×V=3.244×8.315×103×343 V 混 =91.31m3/h 混氯气流速为5~10 m/s.取5m/s.计算. s=Q /v=(91.31/3600)/5=0.00507m2,管道材质为PVC管, 管道直径为71.22mm 输送管道选择Ø140,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85?,游离氯为3000PPm.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 nCl2 =2.27kmol/h即:m Cl2=161Kg /h 查在85?时，饱和湿氯气含水蒸汽含338g / Kg。 饱和水蒸汽含量:54.47 Kg/h 工艺要求温度降低到45?时 查在45?时，饱和湿氯气含水蒸汽含26.2g / Kg。 湿氯气温度由85?降低到45?时，冷凝的水的为: MH20=50.199Kg /h 查表得:氯气比热85?时， 8.367千卡/千摩尔?。 氯气比热45?时， 8.288千卡/千摩尔?。 水蒸汽焓:85?时， 633.3千卡/公85斤。 45?时， 616.8千卡/公斤。 其它气体比热:(以空气计) 85?时， 0.244千卡/公斤?。 45?时， 0.2405千卡/公斤?。 能量衡算: 氯气带入的热量 :2.27×85×8.367=1614.4千卡 水蒸汽带入的热量:54.47×633.3=34495.8千卡 其它气体带入的热量:33.35×85×0.244,691.7千卡 Q1,35801.9千卡 氯气带出的热量 :2.27×45×8.242=841.9千卡 水蒸汽带出的热量:4.271×616.8=2634.3千卡 其它气体带出的热量:33.35×45×0.2403,360.6千卡 氯水带出的热量:50.199×45×1,2258.9千卡 Q2,6095.7千卡 冷却水进口温度为25?，出口温度为35?，需要冷却水取出的热量为: Q3,Q1,Q2,29706.2千卡 需要25?时的冷却水量: G,29706.2/(35-25)=2970.6公斤/ h 温度的对数平均温差: t =32.75? 传热系数取:15 传热面积:F=Q/K.T=29706.2/15×32.75= 60m2 (2)、成品碱冷却器 (3)、碱液冷却器