离子膜法生产氯碱技术基本知识

1.1离子交换膜法制烧碱的原理

1、离子交换膜电解槽的构成

离子交换膜电解槽：主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成。每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。 电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。 2、离子交换膜工作原理

离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl-、OH-和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

1.2离子交换膜法制烧碱生产工段简介

离子交换膜法制烧碱生产由5个工段组成：

（1）化盐工段（2）电解工段（3）氯氢处理工段（4）固碱工段。 ★ 化盐工段

主要进行化盐及盐水的初级处理，为电解工段提供所需要的饱和食盐水。 ★ 离子膜工段

电解二次精制盐水，生产烧碱、氢气和氯气。 ★ 氯氢处理工段

主要是对从电解槽出来的氢气，氯气进行冷却，干燥处理，为后续生产做准备。 ★ 固碱工段

将电解工段的氢氧化钠电解液,经预热后，送入蒸发器深缩，再由片碱机生产固碱，

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 2.化盐工段

2.1化盐工段工艺原理

将固体原盐(或搭配部分盐卤水)与蒸发工段送来的回收盐水、洗盐泥回收的淡盐水，按比例掺和、加热溶解成含氯化钠的饱和水溶液，同时按原盐中杂质含量连续加入适量的精制剂(氢氧化钠、碳酸钠和氯化钡等)，使盐水中钙、镁、硫酸根等杂质离子分别生成难溶的沉淀物，然后加入助沉剂(聚丙烯酸钠等)。经过澄清、砂滤得到一次盐水，一次盐水经中和、过滤、树脂吸咐等步骤制得质量合格的精盐水，按需要源源不断地输送给电解工段。一般1t碱需要1.5t盐（理论比例为1：1.462）。

基本化学方程式：

CaCl2+NaCO3=CaCO3+2NaCl

CaSO4+Na2C03=CaC03+2Na2SO4 MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl Na2SO4+BaCl2=BaSO4+2NaCl 2.2化盐工段主要工艺指标

入槽盐水含NaCl≥315g／L 盐水过碱量

NaOH 0.07～0.15 g/L Na2CO 3 0.25～0.35 g／L 盐水中钙、镁总量 ≤2×10-9g／L 盐水中硫酸根含量 ≤5g／L 澄清桶入口盐水温度 l与4季度48士3℃ 2与3季度50±3℃

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入槽盐水铵含量 无机铵≤1mg／L 总 铵≤4mg/L 盐水透明度≥900mm(十字观察法) 排放盐泥中含 NaCI≤8g／L 入槽盐水pH控制值 8～10(微碱性盐水入槽) 约7(中性盐水入槽) 约4(酸性盐水入槽) 烟道气制纯碱中含NaOH ≤3g／L

离子膜法生产氯碱技术基本知识 2.3化盐工段工艺流程

图1—1为盐水精制工艺流程。

固体食盐从盐仓内用铲车l将盐送入盐斗2，经皮带运输机3卸入化盐桶4。盐卤水、蒸发工段回收盐水和洗盐泥回收的淡盐水，按比例搭配用泵6送到化盐桶4内进行化盐操作，经过桶底配水管均匀流出，沿化盐桶内盐层逆流而上将食盐溶解制成饱和的粗盐水，从化盐桶上部溢流而出。出化盐桶的粗盐水与精制剂碳酸钠、氯化钡及蒸发回收盐水中的氢氧化钠发生化学反应，使溶解在粗盐水中的钙、镁、硫酸根等杂质离子生成不溶解于水的氢氧化镁、碳酸钙、硫酸钡等沉淀物而悬浮在粗盐水中。

然后，与精制剂反应后的粗盐水靠位差进入澄清桶8，为了加速澄清,在进入澄清桶前添加助沉剂,使悬浮物沉淀颗粒凝集增大加速澄清。澄清后的清盐水从澄清桶上部溢流入砂滤器l1，盐水通过砂滤层之后，盐水中所夹带的少量细小悬浮物颗粒被截留。出砂滤器盐水含钙、镁杂质量可以降到5mg／L以下，即一次盐水。然后进入中和罐12,加盐酸中和过剩碱量,再进入精盐水贮槽13,用泵19送往盐水高位槽供电解工段使用。澄清桶底部排出的盐泥定期排放回收。

2.4化盐工段主要设备及其工作原理和作用

1、化盐桶

化盐桶的作用是把固体原盐、部分盐卤水、蒸发回收盐水和洗盐泥回收淡盐水，按比例进行掺和，并加热溶解成氯化钠饱和溶液。 青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 化盐桶一般是钢板焊接而成的立式圆桶，其结构见图1—2所示。 化盐水由桶底部通过分布管进入化盐桶内。分布管出口均采用菌帽形结构防止盐粒、异物等进入化盐水管道造成堵塞现象。在化盐桶中部设置加热蒸汽分配管，蒸汽从分配管小孔喷出，小孔开设方向向下,可避免盐水飞溅或分配管堵塞。在化盐桶中间与还设置有折流圈，折流圈与桶体成45度角．折流圈的底部开设用于停车时放净残存盐水的小孔。折流圈的作用是避免化盐桶局部截面流速过大或化盐水沿壁走短路造成上部原盐产生搭桥现象。折流圈宽度通常约为150～250mm。

化盐桶上都有盐水溢流槽及铁栅，与盐层逆相接触上升的饱和粗盐水，从上部溢流槽溢流出，原盐中常夹带的绳、草、竹片等漂浮性异物经上部铁栅阻挡除去。 2、澄清桶

澄清桶的作用是将加入精制剂后反应完全的盐水，在助沉剂的帮助下，使杂质沉淀颗粒凝集变大，下沉分离。澄清后的清盐水从桶顶部溢流出，送砂滤器作进一步精制过滤，桶底部排出的盐泥送三层洗泥桶，用水洗涤回收其中所含的氯化钠。

盐水中钙、镁等不溶物悬浮颗粒在加入助沉剂后起凝聚作用，颗粒增大，被截留到桶底定时排出。澄清后的清盐水从桶底部缓缓向上，经桶顶部环形溢流槽汇集后连续不断流出。 3、砂滤器

砂滤器的作用是把澄清桶送来的澄清盐水经砂滤层过滤，进一步除去清盐水中微量悬浮性不溶杂质，提高进电解槽的盐水质量，确保电解工段对高质量入槽盐水的要求。

3.电解工段

3.1金属阳极电解工段

3.1.1工艺原理

把化盐工段用泵输送来的符合质量要求的精盐水,经高位槽稳压及预热器预热后送入电解槽,同时输入由变电工段送来的直流电进行电化学反应。根据操作规程和工艺条件,确保电解槽正常安全运转。电解过程中产生的氯气与氢气分别导入各自的总管,汇集送氯、氢处理工序，进一步处理加工。青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 生成约含氢氧化钠11％的电解液流入总管汇集电解液贮槽,经碱泵送蒸发工段进行蒸发浓缩。

反应方程式如下

3.1.2主要工艺指标

单槽氯中含氢量 ≤1．0％ 氧气总管氢纯度 ≥98％ 氯气总管中含氢量 ≤O．4％ 电解槽槽温 80～105℃

单槽氯中含氧量 ≤3．0％ 氯气总管压力

0～－50Pa

氯气总管中含氧量 ≤3％

氢气总管压力 0～50Pa

电解液总管浓度 130±5g／L 对地电压偏差 (总电压) ≤10％ 单槽电解液浓度 90～140g／L

电解槽阳极电流效率 ≥90％

3.1.3工艺流程

图2－1－1为金属阳极电解流程图。电化盐工段送来含氯化钠315g／L以上、质量合格的精

制盐水送至盐水高位槽1,高位槽内盐水液面维持恒定，以保持一定的静压力。经一段盐水预热器2

内与来自电解槽出口的湿热氢气(氢气总管温度约85℃)进行热交换，温度可提高8～10℃，然后再进青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 入二段盐水预热器,用蒸汽进一步补充加热盐水，加热到盐水温度在60～80℃间，再经盐水总管、支管连续均衡地分别送入各台电解槽5进行电解。电解生成的氯气从电解槽盖顶部支管导入氯气总管，送到氯气处理工段.氢气从电解槽阴极箱上部支管经断电器断电后汇集入氢气总管，经一段盐水预热器预热盐水降温后送氢气处理工段。生成的含氢氧化钠11％的电解液经碱液断电器断电后从电解槽下侧流出导入电解液总管，汇集于电解液贮槽6中，再经泵7输送到蒸发工段进行蒸发浓缩。 3.1.4主要设备及作用

金属阳极电解槽是隔膜电解槽的两大类型之一，其结构如图2－1－2。隔膜电解槽是隔膜法电解食盐溶液制取氯气、氢气、烧碱的主要设备。是我国发展比较成熟的一种技术。隔膜电解槽示意图如图2－1－3。

电解槽主要由槽盖、阴极箱、阳极组合件三大部分组成。

金属阳极电解槽的槽盖多数采用钢板焊接制成，内衬橡胶防腐蚀层。在槽盖的顶部有氯气出口孔，侧面有盐水注入口，槽盖前侧面装有液面计便于掌握电解槽内盐水液位高低。槽盖上还装有氯气压力表和取样孔。

阴极箱是由阴极铁丝网袋`钢板外壳和阴极导电钢板组合成一个完整的阴

极导电系统。在阴极箱的外壳下端有电解液导出管，上方有氢气出口管。

金属阳极电解槽阳极组合件是由钛-钢-铜三板叠合组成，上层2mm钛板作为防腐 蚀层，中层20mm钢板作支撑层,下层16mm铜板作为阳极导电板．涂有钌层的钛阳极片通过铜螺丝、铜螺母联接固定在下层阳极铜导电板上,电流由此导入。

槽盖与阴极箱、阻极箱与阳极组合件之间可用“陶泥沥清软封料”外围麻绳进行密封以免盐水泄漏,也可采用橡胶垫片加绝缘螺栓联接密封。

3.2离子膜工段

3.2.1工艺原理

以食盐水为原料的离子膜法电解工艺，因离子交换膜性能要求，进离子膜电解槽的盐水质量必须严格控制，不然将影响离子交换膜性能的发挥和使用寿命以及产品的质量。因此本工段的任务是： 青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 (1)将送来的一次精制盐水再经过一次精密过滤，使盐水中的悬浮物达到≤1PPm，送二次精制； (2)将上述过滤后的合格盐水，经二次精制处理即采用树脂吸咐（使用过的树脂经处理后再生），使盐水中的ca2+、Mg2+杂质含量达到≤20ppb，送离子膜电解槽；

(3)合格的二次精制盐水在电解槽内经通电电解，得到合格的氢氧化钠，然后经冷却、计量后送成品槽；

(4)电解副产品氯气和氢气，分别送氯处理和氢处理后．生产相应的氯、氢产品；

(5)食盐水经电解后流出的淡盐水，经脱氯装置除去盐水中的游离氯，使游离氯含量达到标准，然后将脱氯后合格的淡盐水送回化盐工段再化盐使用。 3.2.2主要工艺控制指标

1、经盐水过滤器一次精制盐水质量指标 NaCI 310～31 5g／L ClO3- ≤10g／L NaOH ≤0．6g／L SO42+ ≤4g／L

Na2CO3 ≤0．5g／L

Hg ≤10ppm Ca+Mg ≤10ppm(以CaO计算) S(含悬浮固体重) ≤10ppm

Sr ≤2．5mL／L 其它的重金属 ≤0.2ppm Ba ≤0．1ppm 个别金属①Al ≤0.1ppm Fe ≤0．1ppm ②Mn ≤0.05ppm Si02 ≤15ppm

③Cr ≤0.05ppm

2、进螫合树脂塔过滤盐水质量指标 (1)NaCI 310~315g／L 0.1ppm以下 (2)pH 9士0．5 (7)Fe 0.Ippm以下 (3)温 度 60-士5℃以上 (8)SiO2 15ppm以下 (4)Ca+Mg 5ppm(按照CaO)以下 (9)ClO- 不存在 (5)Sr 2.5mg／L(按照Sr)以下(6)Ba (10)CIO3- 10g／L以下 青海大学化工学院化学工程系 - 7 -

离子膜法生产氯碱技术基本知识 (11)SO42- 4g／L以下

(14)其它重金属 总共 0.2ppm以下 (12)S 1ppm以下(但不含有Ca、 个别金属 ①A1 0.Ippm以下 Mg、Sr等固态物)

②Mn 0.05ppm以下 (13)Hg 10ppm以下

③Cr 0.05ppm以下

3、进离子膜电解槽二次精制盐水质量指标 NaCI 31 0-31 5g／L SO42+ ≤4g／L Ca+Mg ≤20ppb(以Ca计算) 其它重金属总量 ≤0.2ppm Sr ≤0.Ippm 个别金属：

Ba ≤0.1ppm ①AI≤0.1ppm Fe ≤0.1ppm ②Mn ≤0.05ppm SiO 2 ≤15ppm ③Cr≤0.05ppm

CIO3- ≤10g／L 4、出离子膜电解槽各物料质量指标 (1)氢氧化钠 33士0.15％ 含氢 ≤0.1％ NaCI／NaOH ≤80ppm (3)氢气H2 ≥99％ Fe2O3 ≤8ppm (4)淡盐水

(2)氯气

NaCI 210士10g／L CI2 ≥97％ pH 2～4 含02 ≤2．5％ CIO- ﹤2g／L 5、各操作压力

炭素过滤器操作压差 <0.2MPa C12压力 0士10mmH2O 清洗加压操作压力 0.45MPa H2压力 100~10mm H2O 螯合树脂塔压差 <0.12MPa 脱氯鼓风机压力 900-1100mm H2O

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 6、出脱氯塔淡盐水质量指标 NaCI 210土10g／L 7、各操作温度

一次精制盐水温度 >45℃ 过滤盐水温度 60士5℃ 电槽槽温 85士3℃ 脱氯塔回收氯冷却温度 ＜40℃ 吸收液苛性钠温度 ＜40℃ 3.2.3工艺流程

图2－2－1为离子膜法制碱工艺流程图。原盐经溶解、反应、沉清．砂滤后，制成一次精制盐水，该一次精制盐水进入本工段后，加入适量的亚硫酸钠以除去微量的游离氯，同时加入适量的α-纤维素助滤剂，然后用泵送入盐水过滤器进行过滤，经过滤后的盐水，其悬浮物含量达到规定指标≤lppm，再经加热使温度达到60士5℃，并用pH自控调节使pH控制在9士0．5。将上述符合质量指标的盐水,用泵送入螯合树脂塔进行螯合处理．使盐水中Ca2+、Mg2+杂质含量达到20ppb以下，此盐水称二次精制盐水。二次精制盐水再经加热,用泵送离子膜电解槽阳极侧．加热温度视电解槽槽温而调节，一般冬季比夏季高一些．以保证槽温稳定在85士31°C。在电解槽的阴极侧，加入与碱浓度相当的纯水量．以保证产品浓度稳定在规定的指标范围内(30～35％)。在直流电作用下经电

pH 7～8

解，在阴极侧流出规定浓度的氢氧化钠，经冷却、计量后送入成品贮槽或再经蒸发浓缩到规定浓度；在阴极侧上方，放出副产品氢气送氢处理工序。在电解槽的阳极侧．经电解后的淡盐水流入贮槽。经加酸用pH自动调节计使pH调节在2左右，以使大部分的氯酸盐和次氯酸盐分解，分解出的氯气并入总管，淡盐水再用泵送入脱氯塔。经脱氯后合格的淡盐水则用泵送回化盐工段再使用．脱氯如青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 是采用真空脱除．则脱出的氯气并入氯总管；如是用空气吹除的，则脱出之氯气需用20％的氢氧化钠进行循环吸收，制成10％的次氯酸钠．在阳极侧上部放出的氯气，则送入氯气处理工段。 3.2.4主要设备及作用和工作原理 1、盐水过滤器

盐水过滤器的作用是使一次精制盐水经过滤除去所含微量悬浮物，指标为≤1ppm。离子膜法制碱工艺中，要求盐水中的悬浮物含量控制在1ppm以下。以防止盐水中所含微细悬浮物引起膜的堵塞而导致槽电压上升。然使用传统的砂过滤器，盐水中的悬浮物含量一般在5~10ppm．因此，必须再经过一次精密过滤。实习工厂采用碳素管式过滤器。

碳素管过滤器的外壳由钢衬橡胶防腐层．内部由多组炭系管均匀固定在花板上．其结构见图2－2－2所示。碳素管式过滤面积由生产能力大小而定一般年产l万吨规模的过滤面积约在7～8m2，使用寿命在8～10年。

碳素管式过滤器由纯凝经烧结后制成，外径120mm，内径70mm ，长度500mm，为圆筒状元件。 碳素管式过滤器的特点是经一定时间使用后，可经再生恢复重新使用。

碳素管的过滤原理见图2－2一3。一次精制盐水从圆筒的外部流入圆筒的内部进行过滤。为了保持最高的过滤精度，首先在碳素管外先预涂上一层助滤剂，预涂层的厚度约为2~3mm，同时采用助滤剂添加方式，使定量的助滤剂与一次精制盐水混合后送过滤器过滤，过滤时初始阻力0.02MPa，随着盐水中悬浮物的积累，其阻力逐渐上升，当升到0.15～0.20MP时，应停止使用予以清洗再生．碳素管的清洗再生，是将清洗液从管内向管外反洗，并通入0.45MPa的压缩空气，当迅速打开专用排液阀时，盐水因受到压缩空气的压力迅速由管的内侧流向管的外侧，同时将炭素管外的预涂层和被截留的悬浮物滤饼，同时从过滤管上脱落除去，然后经过各步清洗，则可完全恢复原有性能而重复使用。 2、螯合树脂塔

螯合树脂塔通常是二台或三台串联使用，其作用是将一次精致盐水中Ca2+、Mg2+杂质含量降低到

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 20ppb以下，以符合离子膜工艺的需要。

螯合树脂塔的外壳由钢板制成，内衬特殊的低钙镁橡胶防腐层。塔内填装一定量的带有螯合基团的特种离子交换树脂，树脂的特点是对金属离子有极强的选择性。第二个特点是再生效率高，即在使用一定周期后，可通过酸、碱、纯水的清洗．将螯合的金属离子解脱恢复原有的交换容量，以重新再进行螯合处理。 在使用赘合树脂处理盐水中，必须注意下列二点： (1)物料中不能带有氧化剂，

(2)物料中有能带有油状物。因油将使螯合树脂颗粒表面生成一层油膜．从而降低其离子交换的功能。 螯合树脂塔的结构如图2－2－4所示。 3、离子膜电解槽

离子膜电解槽是离子膜制碱生产工艺中的关键设备，它的作用是将进入的合格的二次精致盐水经通电电解，生产出低盐、高纯、高浓度的氢氧化钠产品．同时得到联产氯和氢气。其生产原理如图2－2—5所示。

离子交换膜电解食盐法，是用阳离子交换膜将电解槽隔成阳极室和阴极室，这层膜只允许钠离子穿透，而对氢氧根离子起阻止作用，另还能阻止氯化钠的扩

散，从而达到生产低盐、高纯、高浓度氢氧化钠产品的目的。

4.氢气和氯气处理工段

从电解槽出来的湿氯气和湿氢气，温度约为80～90ْC，并为水蒸气所饱和。湿氯气具有强烈的腐蚀性，只有钛、玻璃、橡胶、玻璃钢（FRP）等少数材料可以耐湿氯气的腐蚀。另外为便于运输和使用，也需要对湿氯气进行加工处理。氢气的纯度虽然很高，可达99％以上，但含有少量的碱雾和大量的水蒸气，也需要进行处理。本工段的另一重要任务是通过氯气和氢气的进出口回流量的调节来达到电解槽阳极室和阴极室的压力平衡，保证电解槽的安全运行。

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 4.1氢气处理

4.1.1工艺原理

来自电解槽的氢气进入氢气－盐水热交换器，氢气温度可降至50ْC左右，而盐水温度约能提高10ْC.这样使氢气中所带出的一部分余热得到 回收。冷却后的氢气再进入氢气洗涤塔内。用工业 上水对其进行洗涤和冷却，氢气中大部分杂质（盐雾和碱雾）及水蒸气被冷却水带走并排入下水道。氢气则从塔顶出来，经水气分离器分离后，由风机送到氢气柜或使用氢气的部门。 4.1.2工艺流程

图3－1－1是氢气处理流程图，来自电解槽阴极的氢气首先进入氢气洗涤塔，此塔为一空塔，内装数层喷淋装置，冷却水经喷水装置，自塔顶喷淋下来，与自塔底进入的氢气相遇，进行冷却和洗涤，氢气所带的大部分水蒸气和碱雾，便被洗涤下来，随同用过的冷却水一起排出。从洗涤塔出来的氢气分为两部分，一部分经过H2风机输送到冷却塔进一步冷却，然后由缓冲罐分配：到片碱工

段作加热介质，到与Cl2反应以及到氢压站。另一部分由氢气压缩机输送到水雾捕集器，然后输送给用户使用。压缩过程中使用N2作保护气体。 4.1.3主要设备及作用和工作原理 1、水洗塔

将氢气中夹带的碱雾除去，同时降低气体温度，从而除去其中所含的大部分饱和水蒸气，使氢气得到初步净化。 2、捕集器

可减少冷却后氢气中残存的雾滴状冷凝水及碱雾，减少其对氢气压缩机的腐蚀。

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 4.2氯气处理

4.2.1工艺原理

氯气处理工段是氯碱生产厂中联接电解槽与用氯部门的工序，起着承上启下的作用，也是稳定电解槽正常运行、确保安全生产的重要环节。由食盐水溶液电解，其阳极产物是温度较高、并伴有饱和水蒸汽及夹带一定盐雾杂质的湿氯气，每吨气相的湿含量可达0.3381吨以上。这种湿氯气对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有少量的稀土及贵金属或非金属材料在一定条件下才能抵御湿氯气的腐蚀，从而使氯产品的生产和气氯的输送发生困难。而干燥脱水的氯气在通常条件下对钢铁等常用材料的腐蚀是比较小的。 4.2.2主要工艺指标 1、压力

电槽出口总管压力—0.2~一0.3kPa 氯气透平机一段进口压力 0.085MPa

氯气透平机一段出口压力 0.035～0.042MPa（表压）

油过滤器出口压力 0.35M Pa（表压）

氯气透平机二段进口压力 0 .033 ～0.040MPa（表压）

氯气透平机二段出口压力0.1～0.12MPa （表压）

氯气透平机三段进口压力 0.08～0.10 MPa（表压）

氯气透平机三段出口压力 0.18 ～0.23MPa（表压）

再生密封气压力 0.05MPa （表压）

氯气透平机四段进口压力 0.16 ～0.21MPa（表压）

氯气透平机四段出口压力 0.28 ～0.38MPa

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泡沫千燥塔阻力降5.5～6.5kPa（表压） 工业水压力 0.12MPa以上 前轴承进口0.08～0.12MPa（表压） 后轴承进口油圧0.08～0.12MPa（表压） 增速箱进口油压 0.15～0.l8MPa（表压） 油封压力 70～150mm 油（表压） 贮气罐压力 0.6MPa（表压）以下

干燥密封气输出压力 0.05～0.1MPa（表压） （表压）

密封室充气压力 2.5～3.5kPa（表压） 密封室抽气压力 －1～－2kPa（表压）

离子膜法生产氯碱技术基本知识 2、温度

Ⅰ段钛冷却器出口气相温度40℃以下 Ⅱ段钛冷却器出口气相温度11～14℃ 出泡沫塔干燥后氯气温度<20℃ 冷冻氯化钙溶液温度6~12℃ 氯气透平机进机温度<20℃ 止推轴承温度45~50℃ 前轴承温度45~50℃ 4.2.3工艺流程

后轴承温度45~50℃ 增速器轴承温度40~45℃

前轴承回油温度35~45℃ 后轴承回油温度5~45℃ 增速箱回油温度45~50℃ 电炉出口温度 150 —200 ℃ 净化器出口密封气温度 40 ℃

图3－2－1是氯气处理流程图。来自电解 槽阳极的高温湿氯气经湿氯气缓冲器的分配，进入工业水列管冷却器，由工业水进行冷却，使气相温度降至相 40℃ 以下，再进入盐水冷却器，用 6 ~10 ℃ 的氯化钙溶液进行冷却，使气相温度降至 11 ~14 ℃ 。但气相温度不可降得过低，若低于 10 ℃ 的话（如 9 .6 ℃ ），湿氯气易形成Cl2 8H2O 的氯水结晶物，从而使设备、管道结冰堵塞。经冷却后的气相进入水沫过滤器除去气相中夹带的游离水，再进入泡沫干燥塔。气相自下而上分别依次穿过五块塔板，与自上而下的硫酸在塔板上错流接触，进行吸收传质，气相中的水分被硫酸吸收掉，气相出泡沫干燥塔顶部时，已成为含湿量低于100PPm 的合格氯气。98％的浓硫酸经盐水冷却至 10 ℃ 后被送入浓酸高位槽，分二路进泡沫干燥塔。一路经节流调节进入泡沫塔第一块塔板（由上往下数），与氯气接触吸收微量水分，由外溢流进入泡沫塔第二块塔板，再与氯气接触吸收微量水分，外溢流经液封去循环槽，由循环泵抽吸经硫酸冷却器冷却后再去浓硫酸高位槽，循环使用，另一路经节流青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 调节进入泡沫干燥塔第三块塔板，与氯气接触吸收水分后经内溢流进入第四块塔板。来自稀酸冷却器的功10 ℃ 、浓度为 72 ％的稀硫酸进入泡沫塔第四块塔板，与来自第三块塔板内道流的浓酸混成浓度为 80 ％的吸收液，大量吸收湿饭气中水分，外溢流进入第五块塔板，继续大量吸收湿氯 气中的水分，使浓度达到 72 ％的稀硫酸经液封与塔底酸一同进入稀映循环槽，在确保正常循环量的前提下，多余的一部分稀酸溢入废酸槽。正常量的稀酸由稀酸循环泵抽吸经硫酸冷却器冷却后再注入泡沫塔第四块塔板循环使用。出泡沫塔的干燥氯气进入酸雾过滤器自净去除酸雾，进入氯气离心式压缩机，经四段事轿冷却达到常温，保持 0.38MPa。（表压）以下的排出压力，经分配台送至各用氯部门。

4.2.4主要设备及作用和工作原理 1、安全水封

其结构示意见图3－2－2 。湿氯气安装于电解声气总管的旁路上，一头与电解氯气总管相连，另一端与事故氯气处理塔相通，中间有隔板相隔，掖封高度 60mm 。其作用属当抓气处理的负压系统因突发故障发生正压时，带压的事故氯气便将水封冲掉，往事故氯气处理塔泄压，用碱液进行吸收处理，以保护氯气负压系统的管道、设备，直至电解槽的安全。水封高度的确定应充分考虑系统所能承受的最大正压冲击。 2、钛列管冷却器

结构由上封头（上端盖）、列管壳体及下封头（下端盖）三个部分组成，详见图3－2－3 。列管壳体由钛制列管束、折流挡板、定距杆，上下分布管板等构成．钛对湿氯气的抗腐蚀性能极好，钛列管传热效果也很好。一般将其制成浮头式结构，浮头处有填料函密封。在管程走气相湿氯气时,简体外壳及折流挡板可用碳钢，上下封头可以用钛、钢衬胶或聚氯乙烯。在壳程走湿氯气时，筒体外壳、折流挡板,上下管板、列管束均需用钛材,而上下封头可采用聚氯乙烯、碳钢。这可视实际工艺之需而定。

钛列管冷却器在工段冷却时采用工业水作为冷却剂，Ⅱ段冷却时采用冷冻淡水或冷冻氯化钙溶青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 液作为冷却剂。在实际生产过程中，气相湿氯气走壳程，传热系数可以提高较多；而气相湿氯气走管程，传热系数较低。但造价投资则前者高于后者。钛列管冷却器的作用在于将电解来的湿氯气要冷却器本体的管程或壳程中与冷却剂溶液工业水或氯化钙溶液经钛列管管壁进行间接的传热，移走气相中所带的热量，达到降低温度的目的，使气相中含水量大幅度减少。 3、水沫过滤器

水沫过滤器是上封头、过滤层简体组成的圆筒体。过滤层简体由上压盖、丝网过滤层(系丝网填料盘卷而成)、底板等构成。详见图3－2－4所示。整个设备用硬质聚氯乙烯制成；丝网可采用聚乙烯、金属丝(钛丝)等，其宽度为150mm。 水沫过滤器的作用在于通过丝网层捕集、过滤去除气相中夹带的游离水分，这 图7—5水辣过滤器样可以降低用于干燥脱水的吸收剂硫酸的单耗，并有效地防止游离水随气相带入干燥塔。一般除沫效率可达98％以上。

4、泡沫干燥塔 泡沫干燥塔是应用

得十分广泛的气液传质设备，属于板式塔的一种。泡沫干燥塔是由一个圆柱形壳体和按一定间距、水平设置的若干塔板组成。泡沫塔的简体上有塔板、内外滥流管、受液盘等，详见图3－2－5所示。全塔共设置数块塔板，塔板上按生产负荷及一定开孔率开设相当比例的筛孔。筛孔可以是上下相同直径的直通孔，也可以是上孔径小、下孔径大的异径喷嘴孔。目前强化型泡沫塔正在推广，它采用外溢流、大液流循环方式，确保输送气体负荷适应生产的需要。

5、氯气透平压缩机

氯气透平压缩机，是全厂相当关键的氯气压缩、输送设备，其安全运行与否将直接影响到全厂的生产、氯气离心式压缩机是个系统工程，它由主机系统、润滑油系统、密封气系统、仪表电气自控联锁系统、事故氯气处理系统等组成，简称其为机组。整个主机由转子与固定元件组成，转动部分由叶轮、主轴、联轴器、推力盘组成；固定元件由机壳、扩压器、气密装置、排气蜗壳、轴承等青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 组成。机组工作转速10407r / min ，是由 985r / min 的电机通过 xR 行星式增速箱获得，润滑系统采用强制供油润滑，轴承采用了动压轴承，端面密封则采用抽、充气相结合的梳齿型迷宫密封。 6、中间冷却器

中间冷却器又称级间冷却器或段问冷却器，是类似于列管冷却器的圆筒体列管束的多程热交换器。它分上、下封头和筒体三部分，如图3－2－7所示。上封头为椭圆形，并有隔板，以使水实现多程段循环，还有进、出水口。下封头同样是椭圆形的，也有隔板，并设左

右排净口。而筒体内有列管束，上下管板及折流挡板。中间冷却器的作用在于将各级排出的高温氯气进行间接冷却，将气相热量移走，使气相尽可能实施等温压缩。

5.固碱工段

5.1工艺原理

将电解工段生产的32％氢氧化钠的电解液,经预热后，送入三效蒸发器。以蒸汽加热除去电解液中部分水分,经过一效蒸发后，含氢氧化钠48％，经过二效蒸发后含氢氧化钠56％，最后经过三效蒸发后将电解液深缩到含氢氧化钠98％或99％以上，其次再由片碱机生产固碱，同时将在深缩过程中的结晶盐分离。化配成回收盐水返回化盐工段。重新循环使用。

5.2主要工艺指标

蒸汽压力 一效0.687~0.785MPa 二效0.294~0.343MPa 三效0.049-~0.098MPa 冷碱温度 <50℃ 蒸碱浓度

冬季(1、4季度)410～425 g／L 夏季(2、3季度)415～435g／L 蒸发回收盐水含NaOH≤2.2g／L 青海大学化工学院化学工程系

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含NaCl250～280 g／L

离心机油泵压力0.981～l.47MPa 成品碱

含NaOH30.00～31.10％ 含NaCl≤4.7％ 含Na2C03≤0.80％ 含Fe203 0.011％

离子膜法生产氯碱技术基本知识 5.3工艺流程

从电解工段过来的含32％的氢氧化钠由H2燃烧预热后送入一效蒸发器浓缩为含48％的氢氧化钠，然后送入二效蒸发器浓缩为含56％的氢氧化钠，再送入三效蒸发器浓缩为含99％或98％的氢氧化钠。通过三效后，再经过片碱机，最后到成品碱。

5.4主要设备及作用和工作原理

1、一效降膜蒸发器，使用常压水蒸汽，加热温度为90℃左右，内不凝性气体通过表面冷凝器放空，NaOH溶液经一效蒸发后浓度变为48%；

2、二效降膜蒸发器，使用高压水蒸气，加热温度为150℃，蒸发出来的水蒸气作为一效蒸发的供热介质，NaOH溶液经二效蒸发后浓度变为56%；

3、三效降膜浓缩器，三效中的碱的温度为340℃，因此温度较高，故使用熔盐作为供热介质，蒸出来的蒸汽作为一效蒸发的供热介质，NaOH溶液经三效蒸发后浓度变为98%以上； 4、片碱机,在片碱机中冷却形成NaOH固体,称重,罐装,输送至仓库。

6. 聚氯乙烯车间

6.1聚氯乙烯简介

聚氯乙烯（PVC）是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料，它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。在生产聚氯乙烯的各个工段中,生产指标要严格控制,否则会发生安全事故和生产的聚氯乙烯不纯,不能出厂,导致一定的经济损失,比如测量氯化氢的纯度(如不合格可调节氢气和氯化氢的比例),转化工段要测量乙炔和氯乙烯的含量，尾气的测定(测量乙炔和氯乙烯的含量) 。所以为了充分利用原料，降低成本，提高生产效率，减少污染，保证各个工艺的正常进行，我们必须对各个流程进行分析

6.2各工段工艺流程叙述

6.2.1氯化氢的工艺流程叙述及方框图

1、叙述：氢气经过大阻火器，再经炉前小阻火器进入合成炉灯头，两者均由阀门控制，进入合成炉底部的灯头进行燃烧生成氯化氢气体，炉体内的合成气经过夹套水冷却后，再经炉外冷却水冷却至220度以下,再进入石墨冷却器冷却至45度以下,当氯气纯度合格后送入氯乙烯工段

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 2、方框图：氢气+氯气—→合成炉—→块孔石墨冷却器—→列管石墨冷却器—→除雾气—→送至氯乙烯工序

6.2.2乙炔的工艺流程叙述及方框图

1、叙述：桶装或袋装电石经过破碎机破碎后，由皮带机送到电石大贮斗内，再从电石大贮斗放入加料斗，经计量后借电石吊斗、电动葫芦、电磁振动器连续加入乙炔发生器。电石水解产生的粗乙炔气由乙炔发生器顶部逸出，经喷淋预冷器、正水封进入冷却塔和乙炔气柜。来自发生器经冷却后的乙炔气，进入乙炔压缩机加压，然后经清净塔除去粗乙炔气中的PH3、H2S等杂质，再经中和塔、冷凝器等除去酸和水分。精制后的精乙炔气送往氯乙烯合成转化工序。

2、方框图：电石—→电石仓—→两个贮斗—→发生器—→碱洗塔—→冷却塔—→水环压缩机—→水分离器—→清净一塔—→清净二塔—→中和塔—→冷却器—→旋风分离器—→送至氯乙烯工序 6.2.3氯乙烯的工艺流程叙述及方框图

1、叙述：来自乙炔工段的乙炔气经乙炔砂封与来自绿化氢工段的氯化氢气体以1:1.05~1.1配比进入混合器，混合后的气体经两组石墨冷却器冷却后进入除雾器进一步脱水，脱水后的混合气进入预热器，开温后的混合气体进入装有绿化汞触媒的一组转化器进行第一次转化，经过初步转化的混合气体再进入二组转化器，反应后的粗氯乙烯进入脱汞罐脱汞后进入除沫冷却器降温，降温后进入制酸塔，回收气体中的氯化氢进入水洗塔，然后进入碱洗塔，然后经除沫器，一部分进入气柜一部分进入压缩机，压缩后的气体进入全凝器，没有冷却的气体进入尾气回收系统达标后排放。

全凝器和尾气冷凝器冷凝下来的氯乙烯液体进入粗单体贮槽，除水后氯乙烯液体进入低沸塔，塔釜再沸器用热水加热塔顶，用0度水降温冷却除去低沸物的粗氯乙烯液体进入高沸塔，塔釜再沸器用热水加热塔顶，用0度水冷却气态氯乙烯进入成品冷凝器，用0度水冷凝成液体氯乙烯，成品氯乙烯进入单体贮槽贮存再送聚合工段。

2、方框图：HCl—→HCl缓冲罐—→HCl预冷器+乙炔沙封—→混合器—→石墨冷却器—→多孔过滤器—→预热器—→转化器→除汞器—→冷却器—→水洗组合塔—→碱洗塔—→汽水分离器—→机前冷却器—→单压机—→机后冷却器—→全凝器—→水分离器—→低塔加料槽—→低沸塔—→高沸塔—→成品冷却器—→单体贮槽

6.3聚合工艺流程叙述及助剂

1、叙述：配料用的水由纯水车间送来加入高纯水贮槽，由高纯水泵送到单体计量槽，准确计量氯乙青海大学化工学院化学工程系

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离子膜法生产氯碱技术基本知识 烯单体，由氯乙烯工段送到单体计量槽，称量好的各种助剂加入釜中进行一段时间冷搅，结束后启动热水泵，把热水送入釜夹套和内冷管中，当釜温升到反应温度停热水泵，用循环水将反应热移出，聚合反应持续进行，当反应压力下降到0.1~0.15MPa即可联系出料。 2、助剂： 分散剂 引发剂 缓冲剂 消泡剂 终止剂

6.4干燥包装工艺叙述及方框图

1、叙述：聚合后的浆料经过过滤器进入沉析槽，然后由浆料泵送至供料槽，浆料通过供料槽出来，再经过滤器由供料泵打至螺旋板换热器，经换热由浆料温度开至80度左右进入气提塔，气提塔底部出来的浆料由热料泵送至小沉析槽，再经方箱过滤器由打料泵送至离心机，离心机脱水后进入气流干燥塔。 来自大气经过风室过滤后的空气，由鼓风机送至预热器经蒸汽加热到130---135度，进入气流干燥塔与离心后的浆料接触，使颗粒表面的水分汽化，夹带树脂的气流切线进入旋风干燥器，经干燥的树脂与气流一起进入一组旋风分离器，大部分树脂被分离出来进入振动筛，过筛后进入料仓进行包装。 2、方框图：聚合釜—→料浆排放槽—→料浆槽—→料浆贮槽—→料浆进料泵—→节能器—→气提塔—→出料泵—→节能器—→干燥器—→离心料浆槽—→进料泵—→离心机—→上下搅拢—→气液干燥铜—→旋风干燥床—→一级旋风分离器—→①二级旋风分离器—→抽风机②旋振筛—→中间料仓—→大料仓—→自动包装线—→外卖

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