氯碱生产—盐水精制工艺

毕业设计(论文)(冶金化工系)题目氯碱生产—盐水精制工艺专业应用化工技术班级姓名学号指导教师完成日期目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1氯碱工业概述 (2)1.2氯碱工业主要产品及用途 (2)1.3氯碱工业的发展趋势 (3)1.3.1世界氯碱工业及其发展趋势 (3)1.3.2 我国的氯碱工业及其发展趋势 (3)第二章盐水精制工艺 (4)2.1原盐的品种及组成 (4)2.2盐水精制工艺 (5)2.2.1盐水精制工艺原理 (5)2.2.2盐水精制工艺流程 (8)2.2.3盐水精制工艺条件 (11)第三章精制工艺主要生产设备 (16)3.1盐水一次精制工艺主要生产设备 (16)3.1.1 溶盐设备——化盐桶 (16)3.1.2 澄清设备——浮上澄清桶 (16)3.1.3 过滤设备——虹吸式过滤器 (17)3.1.4 盐泥处理设备——三层洗泥桶、板框式压滤机 (18)3.2盐水二次精制工艺主要生产设备 (20)3.2.1 炭素管式过滤器 (20)3.2.2 螯合树脂塔 (21)第四章工艺计算 (22)4.1计算依据 (22)4.2物料衡算 (23)4.2.1 精盐水组成 (23)4.2.2原盐组成及盐水精制主要指标 (23)4.2.3 盐水精制剂的用量 (24)4.2.4 盐泥的组成 (25)4.2.5 回收盐水组成 (25)4.2.6 补充水量 (26)致谢 (28)参考文献 (29)附录一 (30)附录二 (31)摘要盐水的生产精制工段是将固体原盐与蒸发工段送来的回收的淡盐水、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（苛化麸皮或聚丙烯酸钠等），经过澄清、砂滤、中和等步骤，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。

在确定好工艺流程的基础上进行物料衡算和能量衡算，从而确定出主要工艺设备的型号、尺寸及数量，并绘制带控制点的工艺流程图和主要设备图等。

关键词：氯碱工业原盐盐水精制工艺流程第一章绪论1.1 氯碱工业概述工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。

氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品烧碱和氯气在国民经济中占有重要地位，除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。

氯碱工业属于基本化工原料工业，基本化工原料通常是指“三酸两碱”，盐酸和烧碱这两种氯碱工业的食盐电解产品就占其中的两种，再加上氯和氢可以进一步加工成许多化工产品，所以氯碱工业及其相关产品涉及国民经济和人民生活的诸多领域，除应用于化学工业本身外，在轻工、纺织、石油化工、有色冶金和公用事业等领域也均有很大用途。

氯碱工业的主要产品还被广泛应用于医药、冶金、电力、国防、军工、建材和食品加工等工业部门。

据测算，每万吨氯碱可创造5—7亿元工业产值。

发展氯碱工业，是相关产业部门的迫切愿望，其发展水平，在一定程度上反应出一个国家国民经济的发展程度。

1.2 氯碱工业主要产品及用途氯碱工业主要产品及用途如下表1-1所示：表1-1氯碱工业主要产品及用途1.3 氯碱工业的发展趋势1.3.1世界氯碱工业及其发展趋势目前世界烧碱生产工艺主要有离子膜法、隔膜法及水银法，另有少量苛化法。

离子膜法能耗低、产品纯度高、污染小、操作成本低，是新建烧碱装置的首选。

世界氯碱技术发展总体方向是规模大型化，节能降耗技术将成发展重点。

新建和扩建氯碱产能90%以上将采用离子膜法工艺，该技术发展方向主要是高性能离子膜和电解槽技术的改进和应用。

西方发达国家氯碱工业的发展趋势：（1）以技术改造为手段，向节能降耗发展世界先进国家大多数彩用离子膜法生产烧碱，日本离子膜法工艺占88%，而我国仅占15%不到。

（2）以联合兼并等方式，向大型规模发展（3）发展以氯碱为原料的项目，确定精细化工发展战略美、日、欧大型氯碱企业产品结构向精细化工升级，其长远战略就是发展精细化工，不断提高产品精细化率。

1.3.2 我国的氯碱工业及其发展趋势氯碱工业是我国经济基础和经济命脉领域，对我国经济发展有举足轻重地位。

我国氯碱工业，从生产能力、生产和需求情况，在世界氯碱工业中是举足轻重的。

目前，我国烧碱产量近1000 kt，约占世界总能力15%，居世界第二位，聚氯乙烯树脂产量近1700 kt，居世界第三位。

近年来，中国氯碱工业迅速发展，原有氯碱企业纷纷扩大了生产能力，一些新的企业也相继投产，产能快速提升，氯碱工业呈现出加速向规模化，高技术含量方面发展的态势。

中国氯碱工业在产能迅速提升的同时，技术也获得了长足发展，规模化装置增多，装置技术水平提高，中国氯碱工业呈规模化、高技术化发展态势。

以热电联产和直供电为主要方式的电—碱联合将成为氯碱产业的重要发展趋势。

碱电联合、碱盐联合将成为发展趋势，甚至可以采取煤—盐—电—碱—塑料加工及建材的大联合模式。

第二章盐水精制工艺2.1 原盐的品种及组成原盐在自然界中蕴藏面甚大，分布面亦极广。

根据来源不同，原盐主要可以分为海盐、井盐、湖盐、矿(岩)盐四大类。

就NaCl质量而言，湖盐质量最佳，NaCl 含量达90～99%；井盐、矿盐次之，NaC1含量在93～98%；海盐的NaCl含量在91～95%左右，海盐的钙镁含量最高。

选择原盐的主要标准有：1、氯化钠含量要高，一般要求大于90%；2、化学杂质要少Ca2+、Mg2+总量要小于1%，SO42－小于0.5%；3、不溶于水的机械杂质要少；4、盐的颗粒要粗，否则容易结成块状，给运输和使用带来困难。

此外，盐的颗粒太细时，盐粒容易从化盐桶中泛出，使化盐和澄清操作难以进行。

我国原盐的组成见表2-1。

表2-1 中国原盐组成纯净的氯化钠很少潮解，工业原盐中因含有CaCl2、MgCl2及Na2SO4等杂质，极易吸收空气中水分而潮解结块。

原盐的潮解对运输、贮存及使用会带来一定困难。

因此为了减少其对工业生产的不利影响，就要对盐水进行精制。

2.2盐水精制工艺原盐是氯碱工业的主要原料。

而盐水精制工艺是氯碱生产的起点，也是氯碱生产中保证后续工段正常高效运行、取经济效益得的重要工段。

其任务是通过固体盐的溶化，粗盐水的化学精制，沉淀及不溶物的沉降，精制盐水的过滤与中和，供应符合电解槽需要的高纯度的饱和盐水，并合理处理盐泥，尽量减少对于生态环境的影响。

盐水精制工艺可分为盐水一次精制和盐水二次精制。

盐水一次精制一般采用加入化学精制剂将盐水中的可溶性杂质转化成几乎不溶解的化学沉淀物，然后通过澄清、过滤等手段达到精制目的。

一次精制主要包括：原盐的融化→粗盐水的精制→混盐水澄清和过滤→盐泥处理及利用等工序。

盐水二次精制主要采用加入Na2SO3去除NaClO并通过螯合树脂塔去除盐水中Ca2+和Mg2+从而达到精制目的。

其主要包括：盐水中NaClO的去除→二次盐水过滤→调节PH值→螯合树脂塔吸附处理。

制得的质量合格的精盐水，按需要源源不断地输送给电解工段。

（详细流程图见附录二）2.2.1盐水精制工艺原理盐水中的可溶性杂质，一般采用加入化学精制剂(Na2CO3、NaOH 、BaCl2)转化成几乎不溶解的化学沉淀物，然后通过澄清、过滤等手段达到精制目的，在澄清过滤的同时也达到去除泥砂及机械杂质的目的。

当Ca2+，Mg2+，Ba2+ 这些杂质阳离子透过膜时，就和从阴极室反渗过来的微量OH- 离子形成难溶的氢氧化物堵塞离子膜。

这样，一方面使膜的电阻增加，引起槽电压上升；另一方面会加剧OH-离子的反渗透而造成电流效率下降。

在盐水中，如果钡离子、铁离子含量高，还会破坏金属阳极的钌钛涂层和阴极涂层的活性，影响电极使用寿命。

此外，盐水中氯酸根和悬浮物也能影响离子膜的正常运行。

有的离子膜对盐水中I- 离子的含量还有要求。

因此，在原来盐水一次精制的基础上，须进行第二次精制。

2.2.1.1 盐水一次精制原理(1) 钙离子的去除钙离子一般以氧化钙或硫酸钙的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入适当过量碳酸钠溶液，使Ca2+生成不溶性的碳酸钙(25℃时CaCO3的溶度积为4.8×10-8)沉淀其化学反应式为：CaCl2 + Na2CO3＝CaCO3↓ + 2NaClCaSO4 + Na2C03＝CaCO3↓ + Na2SO4（2）镁离子和铁离子的去除镁和铁一般以氧化物存在于原盐中，精制时加入适当过量烧碱溶液即可生成难溶于水的氢氧化镁(25℃时溶度积为5×10-12)和氢氧化铁(25℃时溶度积为1.1 ×10-36)。

其化学反应式为：MgCl2 + 2NaOH＝Mg(OH)2↓ + 2NaClFeCl3 + 3Na0H＝Fe(OH)3↓ + 3NaCl生成的氢氧化镁是一种絮状沉淀物，若粗盐水先经Na2CO3处理，然后再加NaOH，则生成的絮状Mg(OH)2就能包住CaCO3晶状沉淀而加速沉降，这样就能缩短盐水的澄清时间，从而提高设备的生产能力。

盐水中添加烧碱，还可以使盐三价铬离子等以氢氧化物沉淀一同除去。

（3）硫酸根的去除如果盐水中SO42-离子的含量在5g/L以下，若是采用膈膜法生产30%液碱时，原盐中带入的硫酸根以硫酸钠的形式溶解于烧碱中，因此不必另行处理。

但在生产42%或50%NaOH的液碱时，由于硫酸钠在浓碱中的溶解度下降而结晶析出，存在于蒸发工序的回收盐中。

为了控制硫酸根的含量，可在蒸发工序用清水循环洗涤回收盐，并排弃一部分饱和硫酸钠的洗涤水，使盐水系统的硫酸钠不致积累。

或者利用冷陈设备，冶炼饱和硫酸钠的洗涤水，使芒硝(Na2SO4·10H2O) 析出作为商品出售。

而脱除硫酸根的盐水则可用来化盐，循环使用。

如果盐水中SO42-含量大于5 g/L，则可用化学方法除去。

常用的方法是在盐水中加入适量的BaCl2使SO42-转变为BaSO4沉淀析出：Na2SO4 + BaCl2＝BaSO4↓ + 2NaCl（4）菌藻类及其它有机物的去除盐水中的菌藻类被未脱氯淡盐水中的游离氯杀死，腐殖酸等有机物被未脱氯淡盐水溶液中的游离氯氧化分解成为小分子而除去。

2.2.1.2 盐水二次精制原理1、次氯酸钠的去除盐水中的游离氯和次氯酸等组分会引起二次盐水精制所用的螯合树脂中毒失效；又会降低碳素烧结管过滤器的使用性能。

可通过向盐水中加入适量亚硫酸钠固体，再加入适量的纯水，使进入盐水储罐的盐水绝对不含次氯酸钠。

反应式：Na2SO3 + ClO- = Na2SO4 + Cl-2、螯合树脂塔的处理盐水原理螯合树脂也是一种离子交换树脂，它可以吸附金属离子，形成环状结构(如螯钳物)，故称螯合树脂。