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1、 物料管理物料管理 万吨烧碱物料万吨烧碱物料衡算衡算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：11m3h(一次盐水浓度为 3055g/l，离子膜电解槽淡盐 水浓度工艺控制指标为 2155g/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：7.51182.5 m3h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=82.5/36001.5=0.01527 m2管道材质为衬 PO 管,管径为 0.139
2、 m。输送管道选择 1596.5 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：90.5，取 PH 为 9（即体积浓度为：0.0004g/l）计算,则高纯酸消耗：mHCl=（82.50.582.50.0004）36.5/4037.61kg/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
3、送管道选择 25,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 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
4、要调整精盐水的PH：90.5 调整 PH 值在 25 之间，以PH=4 计算。需要消耗的高纯酸量为：82.50.000436.5/400.0301kg/h，即：0.087 m3/h。4-10（V1.11510000.31）/36.5/（82.5V）V=8.71104m3/hV 总 10.0878 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 15,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
5、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：55(2.3030.00365)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=0.000063
6、m2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：VHCl0.427m3/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-（7010-355）126=M88.5M=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
7、,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 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：0.1142m3/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
8、=0.0000634m2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 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:1114-10（V 410）/40/（82.5V）V2=0.0121m3/h
9、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，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 605，按 60计算，查表：一次盐水55的比热 Cp0.928Kc al/l.，一次盐水 60的比热 Cp0.925Kcal/l.，压力0.7Mpa，温 度
10、为 164.17饱和蒸汽焓 H1659.9Kcal/kg，饱和冷凝水的焓：H2165.7K cal/kg,采用板式换热器,排出的冷凝水的温度为 80焓：H380Kcal/kg,，即 80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：Q82.56092555928367.9103Kcal/h蒸汽消耗为:W=Q/(H1-H2)=367.9103/(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:3000Kcal/(m2.h.)s=Q/k=367.9103/3000s=122.6 m2（2）阴极电解液板式换热 器5、离子膜电解系
11、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 m3h,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 m3h,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 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
12、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 20m3h,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/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 2.5m/s。要求 10 分钟充满.则流量为 30
13、 m3/h。高纯水管道管径的确定:s=Q/v=(30/3600)/2.5=0.00333m2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。总高纯水输送管道的确定高纯水的流速取 2.5 m3/s。流量为 60 m3h,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+2H2O=2NaOH+Cl
14、2+H222n7500/40高纯水的摩尔量：nH2O=187.5Kmol/h即 m1H2O=3 375 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。pH2O=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 H2n=1044.6 Kg/h需要消耗的高纯水量为m H2O=1044.6+17500+3375-1350 0=84
15、20Kg/hv H2O=8.42 m3/h高纯水上水的流速取 2.5 m3/s。流量为 8.42m3h,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 57,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/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 90,即体积浓度为 410g/L,小时产碱量为:V=18.29 m3h.碱液流速为 152.5m/s.取 2.0 m/s.计算.碱总管输送
16、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2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H22117500/40n1n2nCl2=93.75Kmol/h由公式:pv=nRT 计算1.0133105V=93.758.315103358VCl2=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
17、/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1.0133105V=179.118.315103358VCl2=5281.7 m3/hV混=69.84 m3/hV 总=53 51.54m3/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=0.1484m2,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.NH2=93.75Kmol/h1.0133105V=93.7 58.315103363VH
18、2=2792.22 m3/h氢气含水为：nH2O=58.03 Kmol/h,1.0133105V=(93.75+58.03)8.3151033 63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 1 5m/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 480,实际流速为:7.90m/s.物料组成含量成分Cl2H2OO293.75187.61.784组成Kmol/hKg/小时6656.3.3376.357.08含量成分H2H2O93.7558.033
19、组成Kmol/hKg/小时187.51044.67、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 3000PPm,脱氯后淡盐水含游离氯 70 PPm.温度为:70.解吸的氯气为:mCl2=55(3000-70)/1000=161.2Kg/h.摩 尔流量 为:nCl2=2.27k mol/hnH2O=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%。n0.759 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1.013310
20、5V=3.2448.315103343V混=91.31m3/h其它混氯气流速为 510 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 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
21、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:2.27858.367=1614.4 千卡水蒸汽带入的热量：54.47633.3
22、=34495.8 千卡其它气体带入的热量：33.35850.244691.7 千卡Q135801.9 千卡氯气带出的热量:2.27458.242=841.9 千卡水蒸汽带出的热量：4.271616.8=2634.3 千卡其它气体带出的热量：33.35450.2403360.6 千卡氯水带出的热量：50.1994512258.9 千卡Q26095.7 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：Q3Q1Q229706.2 千卡需要 25时的冷却水量：G29706.2/(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=29706.2/1532.75=60m2(2)、成品碱冷却器(3)、碱液冷却器