氯碱生产与操作(张艳君)项目二 二次盐水精制及电解

能力目标：
● 能识读二次盐水精制过程的工艺流程，并 会根据不同要求绘制出工艺流程图。 ● 能完成二次盐水精制及离子膜电解的岗位开 、停车操作。 ● 能完成淡盐水脱氯的岗位开、停车操作。 ● 能对二次盐水精制及淡盐水脱氯的常见故障 进行分析并处理。 ● 能对电解工段的常见故障进行分析并处理。
任务一 二次盐水的精制
项目二 二次盐水精制及电解
1 任务一 二次盐水的精制 2 任务二 离子膜电解
3 任务三 淡盐水脱氯 4 5
任务五 常见故障及处理
案例分析
6 小结
知识目标： ★ 能够掌握二次盐水精制及离子膜电解的工艺原理。 ★ 能分析二次精盐水精制各工序及离子膜电解的的工 艺流程。 ★ 能熟知二次盐水精制的主要设备及离子膜电解槽的 结构及功能。 ★ 能够分析并掌握淡盐水脱氯的工艺原理及工艺流 程。
3．螯合树脂吸附的原理
(1） 螯合树脂的结构和分类 螯合树脂是一种离子交换树脂，它吸附金属离子形 成环状结构，故称螯合树脂又叫内配合物，它是由中心 离子和多基配位体构成的，是一种具有环状结构的配合 物。例如：
其中M是中心离子（金属离子），N、O是可提供共用电 子对的原子，中心离子和他们形成了两个配位键，在适 当条件下，生成稳定的环状结构。
子任务一
二次盐水精制的工艺原理
子任务二
Байду номын сангаас
二次盐水精制的工艺流程
子任务三
二次盐水精制的主要设备
子任务四
二次盐水精制的岗位操作
知识链接
螯合树脂
子任务一
二次盐水精制的工艺原理
【任务描述】 ◆ 能分析二次盐水精制各工序的工 艺原理。
【任务指导】
一、二次盐水精制的生产任务 盐水二次精制是在一次精制的基础上，首先通过过滤除去 一些悬浮物，再调解盐水的pH值，将合格的盐水通入螯合树 脂塔进行吸附，进一步将盐水中Ca2+、 Mg2+等离子浓度降 至要求的范围。 二、二次盐水精制的工艺原理 1．盐水过滤的原理 盐水过滤采用的装臵有碳素管过滤器、聚丙烯过滤 器、叶片式过滤器等。利用过滤器的微孔将其中的悬浮物进 行拦截，从而将其除去。
【知识链接】 螯 合 树 脂
任务二
离子膜电解
子任务一 离子膜电解的原理 【任务描述】 ◆能够掌握离子膜电解的生产原理 和工艺流程。
【任务指导】
一、离子膜电解的生产任务
1. 将已经合格的二次精制盐水送至电解槽，在电 解槽内经通电电解，得到产品氢氧化钠，经过冷却、 计量后送至成品槽； 2. 电解得到的副产品氯气和氢气，分别送至氯处 理系统和氢处理系统后，生产出相应的氯、氢产品； 3. 食盐水经电解后流出的淡盐水，进入脱氯装臵 除去盐水中的游离氯，使游离氯含量达到标准，最后 将脱氯合格后的淡盐水送回化盐工段再化盐使用。
2．盐水中和的原理
（1）盐水中和的目的 2+ 2+ 在一次盐水精制过程中，为除掉Ca 、Mg ， 需要分别加入过量的Na2CO3和NaOH，过滤后，盐水 中Ca2+、Mg2+含量降低了，但还存在没有过滤掉的 CaCO3和Mg(OH)2小颗粒，螯合树脂只能吸附Ca2+、 Mg2+，而不能将微粒中的Ca、Mg成分吸附，从而 会造成二次盐水中Ca、Mg含量超标。为消除这种 现象，通过添加盐酸进行中和反应，使CaCO3和 Mg(OH)2完全溶解，从而被螯合树脂吸附。
（2） 螯合树脂吸附的原理
配合物的形成和离解是两个互相对立但又依赖 的过程，一方面中心离子通过配位键与配合剂相结 合，形成配合物，而表现出一定的化学吸引力；另 外一面，由于配合物内部存在矛盾运动，他们中的 部分又要离解，从而又表现出一定的化学排斥力。 当在一定的外界条件下（如pH、温度、浓度）达到 一个相对平衡状态时，通过改变条件就会破坏平衡 。
1．温度 螯合树脂与钙、镁的螯合反应是在一定温度下进行 的，温度高时, 螯合反应速度快, 树脂使用周期长。但 盐水温度过高(大于 80℃)， 树脂的强度会降低，破碎 率升高，将使树脂受到不可恢复的损伤。要保证树脂发 挥良好的性能，应将进入螯合树脂塔的盐水温度控制在 55～65 ℃。 2．pH 值 在一定的 pH 值时，钙、镁等是以离子形式存在的， 这样有利于树脂进行螯合去除。而当 pH<8 时， 树脂去 除钙、镁离子的能力明显下降；当 pH>11 时， 镁离子 易生成 Mg(OH)2胶状沉淀物, 进入树脂塔后会堵塞树脂
4．盐水中 Ca2+、Mg2+浓度
螯合树脂塔对盐水中的Ca2+、Mg2+的吸附量随着浓 度的升高而增加，但当 Ca2+、Mg2+的质量浓度超过 10 mg/L 时，树脂除钙、镁离子的能力随钙、镁离子浓度增 加而降低，这是因为螯合树脂的交换量是一定的，盐水中 钙、镁离子来不及进行交换，带入到二次盐水中，使二次 盐水中钙镁含量增加。
5．盐水中的游离氯
游离氯的氧化性极强，极易破坏螯合树脂的结构，造 成树脂不可恢复的中毒，树脂性能急剧下降,起不到螯合 钙、镁离子的作用，故要求盐水中不能含有游离氯。
子任务三
二次盐水精制的主要设备
【任务描述】 ◆能够熟知二次盐水精制过程中的主 要设备及螯合树脂塔的结构和特点。
【任务指导】
一、盐水过滤器 离子膜烧碱生产工艺中，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。在当今各离子膜法生产工艺 中，所采用的过滤器有炭素烧结管过滤器、聚丙烯管过 滤器和叶片过滤器三种。 1．炭素烧结管过滤器 炭素烧结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. 炭索烧结管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。
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。
子任务四
二次盐水精制的岗位操作
【任务描述】 ◆能够熟知并掌握二次盐水精制操作要点。 ◆能够进行二次盐水精制的开、停车操作及树脂塔再生 的岗位操作。
【任务指导】
子任务二
二次盐水精制的工艺流程
【任务描述】 ◆ 能够熟知二次盐水精制过程中过滤、 中和及螯合树脂塔吸附的工艺流程。 ◆ 能够分析工艺指标对树脂塔操作的影 响。
【任务指导】
盐水经一次精制后进入二次精制工段，首先加入适 量的Na2CO3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lppm以下，再经加热使 温度达到60士5℃，并用pH自控调节使pH值控制在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20ppm以 下，经二次精制后的盐水便可送去电解工段.
目前大多数氯碱化工厂采用的是炭素烧结管式 过滤器。因其管理方便、安全可靠、操作弹性大并 能取得卓越的过滤效果，过滤后的盐水质完全能符 合离子膜法制碱工艺要求．除了能保持稳定高效的 运转外，尚具有十分良好的耐腐蚀性，从而在氯碱 电解离子膜法工艺生产中广泛使用。 二、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的悬浮物和部分Ca2+、 Mg2+杂质去除，以满足离子膜电解的需要。螯合树 脂塔的结构如图2–6所示：
孔隙, 大大降低了树脂的交换能力，同时还会造成进入树 脂塔内的盐水发生偏流, 增加压力降, 从而导致盐水中钙 离子去除不彻底, 二次盐水中钙、镁含量升高。所以，盐 水 pH 值应控制在 9.0士0.5。 3．盐水流量 盐水的供应量是由树脂塔的选型和塔内树脂填充量来确定 的。进入树脂塔的盐水流量取决于树脂塔的尺寸和需要的 循环时间，如果盐水流量过大则在树脂内停留时间缩短， 造成盐水在树脂塔内短路，处理后的盐水中钙、镁离子不 合格；如盐水流量降低，树脂的使用时间延长，但需要较 大的树脂塔。一般要求盐水流量应小于 40 m3/h，最佳流 量为 20 m3/h。
一、盐水过滤的工艺流程
盐水过滤的目的是除去一次盐水中的悬浮物和部分 Ca2+、Mg2+。盐水过滤器有炭素管过滤器、聚丙烯过滤器 、叶片式过滤器等。实际生产中使用最多的是炭素管过滤 器，盐水经过滤处理后才可以保证后续螯合树脂充分发挥 其性能，且再生周期比不用炭素管过滤器延长了3~5倍， 减少了再生所用的离子膜碱和高纯盐酸，也杜绝了不纯物 进入离子膜电解槽。一次盐水进人一次盐水贮槽，由泵送 入炭素管过滤器，炭素管过滤器采用2塔流程，其中一塔 运行，一塔反洗并重新涂覆α-纤维素备用；每隔约48小 时，或过滤器压差达0.2MPa时停止运转，切换下线，反洗 重新涂覆。过滤后的盐水送入树脂塔工段。
2．聚丙烯管过滤器 聚丙烯管过滤器的外壳为钢衬橡胶的受压容 器，内部安装一组有孔的聚丙烯管，管外套是用聚 丙烯编织的无缝软套管，过滤原理、再生操作与炭 素管过滤器相同。 3．叶片式过滤器 叶片式过滤器与上述二种过滤器一样，需二台轮 流切换使用。过滤叶片由不锈钢或钛材制成，滤布 可用聚丙烯或尼龙布，同样需用助滤剂，但滤布易 损坏，较难保持稳定的过滤精度，故一般很少使用。
图2–3 三塔生产工艺流程
四、工艺指标对树脂塔操作的影响
螯合树脂的吸附能力除树脂本身外, 还受盐水的 温度、pH 值、盐水流量、Ca2+、Mg2+含量等因素的影 响。螯合树脂的内在结构不同， 交换能力也不同，但 是对流量、温度、pH 值变化趋势是一样的。因此，要 加强各工艺控制指标的控制，保证进电解槽盐水质量 合格。
一次精制盐水从圆筒的外部流入圆筒的内部进行过 滤，悬浮物在炭素管外被截流。首先要在炭素管外先预涂 上一层助滤剂，预涂层的厚度约为2～3mm，同时添加定量 的助滤剂与一次精制盐水混合后送入过滤器过滤。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。如果盐水中悬浮物含量一直较低，即使压力未上升 到0.15～0.20MPa，使用时间达到48小时则也需停止使用 予以清洗再生以保持长久稳定地运行。清洗再生时需要切 换一次过滤器，并使用纯水及压缩空气(0.45MPa) 反复 清洗4次。洗涤时，物料的流动方向与过滤时相反，洗涤 液出滤室穿过过滤元件，去掉附在外表面的残渣。清洗 后，将过滤器装满过滤盐水备用。
二、盐酸中和的工艺流程
在过滤器出口的盐水管路上，加入31%盐酸，经过静 态混合器，使盐酸和盐水混合均匀后，送pH自动分析仪， 根据测得的pH值，自动调节盐酸的加入量，使系统的pH值 控制在9〒0.5。 三、螯合树脂塔吸附的工艺流程 树脂塔吸附的生产工艺有三塔流程和两塔流程。三塔 流程始终是两塔运行（如A串B、B串C、C串A），一塔再生 、等待，运行周期短，再生频繁，保险系数大；而两塔流 程为一塔再生一塔运行。下面着重介绍三塔流程（图2–3 ）。
一、二次盐水精制的操作要点 （一）除ClO-的操作要点 （二）过滤 （三）中和的操作要点 二、二次盐水精制的开、停车操作 （一）准备工作 （二）开车 1．在供盐水之前, 使离子交换树脂塔准备工作，同时将过 滤盐水准备好（界外）。 2．当一次盐水罐中的盐水达到指定液位时,将盐水泵开 启，通过盐水管线进行盐水循环，并准备进行一次精制盐 水的接收. 3．打开过滤器，同时使盐水从一次盐水罐通过泵进入盐水 过滤器，过滤后的盐水送入过滤盐水罐。
（2）盐水中和的原理 在过滤器的出口盐水管路上，加入31%的盐 酸，通过静态混合器，使盐酸和盐水混合均 匀后，利用pH自动分析仪测得的pH值来自动 调节盐酸的加入量，达到使Ca、Mg完全溶解 的目的。盐水中和的反应方程式： CaCO 3 HCl CaCl 2 H 2 O CO 2
Mg(OH) 2 HCl MgCl 2 H 2 O
4．开启离子交换塔，当在过滤盐水罐中的盐水液位达 到规定值后，将过滤盐水通过泵送入离子交换树脂塔进行 二次精制，精制后的盐水进入精盐水罐，通过泵送入高位 槽准备电解.
（三）、停车
一般只有当电解装臵停车以后，才可以将盐水精 制部停车，停车步骤如下： （1）关闭电解部分； （2）通过手动将精盐水高位槽关闭，停止向电解槽供盐 水； （3）将过滤盐水泵(界区外) 关闭； （4）将淡盐水泵关闭； （5）将一次盐水泵（界区外）关闭。