6萬噸燒堿物料衡算

1、6 萬噸燒堿物料衡算 一、項(xiàng)目： 新建年產(chǎn) 6 萬噸燒堿。 二、計(jì)算依據(jù) 1、需要的一次鹽水 (1)生產(chǎn)1噸燒堿需要消耗的一次鹽水流量：11m3/ h(次鹽水濃 度為305士 5g/l，離子膜電解槽淡鹽水濃度工藝控制指標(biāo)為 2155g/l， 年工作 8000 小時(shí)。 ( 2)設(shè)計(jì)生產(chǎn)燒堿能力為 6 萬噸,每小時(shí)產(chǎn)堿 7.5 噸，則消耗的一次 鹽水為： 7.5X 11= 82.5 m3 / h 一次鹽水管道的確定 : 鹽水流速范圍：1.02.0m/s取1.5 m/s計(jì)算 s=Q /v=82.5/3600X 1.5=0.01527 m2 管道材質(zhì)為襯PO管,管徑為0.139 m。 輸送管道選擇？1

2、59X 6.5的無縫鋼管襯PO. 2、離子膜系統(tǒng)酸消耗 (1) 一次鹽水的含堿濃度：(0.30.6)g/l，取0.5 g/l計(jì)算；進(jìn)螯合樹 脂塔前需要調(diào)整到PH:9士 0.5,取PH為9(即體積濃度為：0.0004 g/l) 計(jì)算,則高純酸消耗： mHCl= (82.5X 0.5-82.5X0.0004)X 36.5/40= 37.61kg/h 即酸消耗為： VHCl=0.109 m3/h。 高純酸用于調(diào)節(jié)一次鹽水 PH 酸管的確定 : 高純酸輸送為自流，流速取0.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(0.109/3600)/0.5=0.00006056m2 管道材質(zhì)為 PVC 管,管道直徑為 8.

3、78mm。 輸送管道選擇 ?25,實(shí)際流速為 :0.38 m/s, (2)鰲合樹脂再生需要的高純酸量 鰲合樹脂塔運(yùn)行 24 小時(shí)下線，配制酸濃度控制 5%6%，取 5.5%計(jì) 算，高純水流量為6 m3/h,則31%的高純酸流量1.125 m3/h，再生時(shí) 間 2.5 小時(shí)，一年中平均每小時(shí)需要 31%的高純酸量為： 0.117m3/h。 鰲合樹脂再生高純酸管道管的確定 : 高純酸輸送為自流，流速取0.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(1.125/3600)/0.5=0.000625m2 管道材質(zhì)為 CPVC 管, 管道直徑為 28mm。 輸送管道選擇 ?40,實(shí)際流速為 :0.324 m/s.

4、(4)由于復(fù)極式離子膜電解槽為加酸工藝，需要調(diào)整精鹽水的PH： 9 0.5調(diào)整PH值在25之間，以PH=4計(jì)算。需要消耗的高純酸量 為：82.5X 0.0004X36.5/40= 0.0301kg/h，即：0.087 m3/h。 4=也 10 (VX 1.115X 1000X0.31) /36.5 / (82.5 + V) V=8.71 X 10 - 4m3/h V 總 1= 0.0878 m3/h 輸送高純酸用于調(diào)節(jié)入槽鹽水酸管的確定 : 高純酸輸送為自流，流速取0.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(0.0878/3600)/0.5=0.0000488m2 管道材質(zhì)為 CPVC 管， 管道直徑

5、為5.57mm 輸送管道選擇?15,實(shí)際流速為：0.310 m/s. (5)離子膜脫氯塔消耗酸量 淡鹽水PH=4化為含酸體積濃度0.00365g/L，加酸后淡鹽水PH=1.2 化為含酸體積濃度2.303g/L,每小時(shí)消耗酸量：55X (2.303- 0.00365) x 10-3=126.46 kg/h，換為體積消耗酸量為0.1134* /h的高純酸。 輸送高純酸用于調(diào)節(jié)入槽鹽水酸管的確定： 高純酸輸送為自流，流速取0.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(0.1134/3600)/0.5=0.000063m2 管道材質(zhì)為 CPVC 管， 管道直徑為8.95mm 輸送管道選擇？15,實(shí)際流速為：0.

6、401m/s. 離子膜電解系統(tǒng)高純酸總體消耗為： Vhci = 0.427m3 /h 3、真空脫氯系統(tǒng)亞硫酸鈉消耗 真空脫氯塔后的淡鹽水含游離氯W 70PPM按70PPM計(jì)算，加堿調(diào)節(jié) PH后，用亞硫酸鈉除游離氯為 0PPM 除脫氯后淡鹽水游離氯的化學(xué)反應(yīng)方程式： CIO-+SO32- * SO42-+CI- (70 x 10-3x 55)x 126=M x 88.5 M=5.49Kg/h 亞硫酸鈉罐5m3 亞硫酸鈉濃度配制為 5%，即體積濃度為 5g/L ：體積輸送流量為： V=1.098m3 /h。 亞硫酸鈉管道的確定 : 亞硫酸鈉管道的流速取1.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(1.098

7、/3600)/1.5=0.000203m2 管道材質(zhì)為無縫鋼管襯 PO, 管道直徑為 16.09mm 輸送管道選擇?38,襯PO后,內(nèi)徑為20 mm實(shí)際流速為：0.97m/s. 4、離子膜電解系統(tǒng)自用堿消耗 ( 1 )螯合樹脂再生用堿小消耗： 鰲合樹脂塔運(yùn)行 24 小時(shí)下線，配制堿濃度控制 6%7%，取 7%計(jì)算， 高純水流量為6 m3/h, 31%的堿，則堿流量為：1.36 m3/h,再生時(shí)間 2.5 小時(shí)，一年中平均每小時(shí)需要消耗 31%的堿量為： 0.1142m3/h。 堿輸送管道的確定 堿輸送為自流，流速取0.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(0.1142/3600)/0.5=0.000

8、0634m2 管道材質(zhì)為不銹鋼管 , 管道直徑為 8.99mm 輸送管道選擇 ?15,實(shí)際流速為 ：0.404m/s. (2) 脫氯后加堿調(diào)節(jié)淡鹽水 PH 值堿的消耗 脫氯前淡鹽水 PH 值取 1.2，脫氯后淡鹽水 PH 值工藝控制 912, 取 PH： 11 計(jì)算。 淡鹽水 PH 值取 1.2，體積濃度為： 0.4339g/l, 脫氯塔的處理能力為 55 m3/h。加堿中和到PH為7,消耗堿為： 55 x 0.4339X 40/36.5=26.15 kg/h 則體積消耗為 V1=0.0637 m3/h 調(diào)節(jié)淡鹽水 PH 為 11 需消耗堿為 : 11 = 14-1吃 io (V X 410)

9、 /40 / (82.5 + V) V2=0.0121m3/h 總體消耗堿 :0.0759 m3/h 堿輸送為自流，流速取0.5m/s取計(jì)算 s=Q /v=(0.0759/3600)/0.5=0.0000422m2 管道材質(zhì)為不銹鋼管， 管道直徑為 7.34mm 輸送管道選擇 ?15,實(shí)際流速為 :0.404m/s. 5. 離子膜電解系統(tǒng)蒸汽消耗 ( 1 )鹽水精制蒸汽消耗 ( 采用板式換熱器 ) 一次鹽水精水溫度為 5560 C,考慮鹽水在輸送過程中的熱損 失，板式換熱器鹽水進(jìn)口溫度為55 C度計(jì)算，進(jìn)螯合樹脂塔的鹽水 溫度工藝指標(biāo)要求控制在 605C,按60C計(jì)算，查表：一次鹽水 55C的

10、比熱 Cp= 0.928Kcal/l. C, 次鹽水 60C的比熱 Cp = 0.925 Kcal/I. C，壓力 0.7Mpa，溫度為 164.17C飽和蒸汽焓H1 = 659.9 Kcal/kg，飽和冷凝水的焓：H2 = 165.7Kcal/kg,采用板式換熱器，排出 的冷凝水的溫度為80C焓：H3 = 80Kcal/kg,即80C時(shí)，一次鹽水的 流量為： 82.5 m3h。 需要提供給被加熱鹽水的熱量：Q=82.5x60 x92555x928= 367.9x103Kcal/h 蒸汽消耗為 W Q /(H 1-H2)= 367.9X 103/(659.9-165.7) W=744.4 kg

11、/h 板式換熱器的換熱面積為 : 板式換熱器總的傳熱系數(shù)取：3000Kcal/（m2.h. C） s= Q/k=367.9X 103/3000 s=122.6 m2 （2）陰極電解液板式換熱器 5、 離子膜電解系統(tǒng)高純水消耗 （1）螯合樹脂塔再生高純水消耗 鰲合樹脂塔運(yùn)行 24 小時(shí)下線，高純水流量為 6 m3/h， 酸.堿各再生時(shí) 間 2.5 小時(shí)，高純水用量為 ：30 m3h 堿后水洗，酸后水洗,下線后水洗各3小時(shí),流量為10 m3/h,需要消耗 高純水為 90 m3 一年中平均每小時(shí)需要消耗高純水為： 3.75m3/h。 高純水輸送管道的確定 高純水的流速取2.5 m3/s。流量為10

12、m3/h, s=Q /v=（10/3600）/2.5=0.00111*管道材質(zhì)為不銹鋼管， 管道直徑為 37.6mm 輸送管道選擇 ?57,實(shí)際流速為 ：1.421m/s. （2）過濾器反洗用水消耗 過濾器運(yùn)行48小時(shí)下線，二次全排,三次排1/3.過濾器容積8m3,則消耗 高純水為 ：24m3, 一年中平均每小時(shí)需要消耗高純水為： 0.5m3/h。 高純水輸送管道的確定 高純水的流速取2.5 m/s。根據(jù)過濾器的容積，流量為20m3/h,0.4小時(shí) 充滿. s=Q /v=(20/3600)/2.5=0.00222m2 管道材質(zhì)為不銹鋼管 , 管道直徑為 53.2mm 輸送管道選擇 ?76,實(shí)際

13、流速為 :1.44m/s. (3) 配制亞硫酸鈉用水消耗 亞硫酸鈉濃度配制為 5%，即體積濃度為 5g/L ：體積輸送流量為： V=1 . 098m 3 /h。 高純水消耗為 1.098m3 /h 。亞硫酸鈉罐 5m3, 高純水的流速取 2.5 m/s。 要求 10分鐘充滿.則流量為 30 m3 /h。 高純水管道管徑的確定 : s=Q /v=(30/3600)/2.5=0.00333 m2 道材質(zhì)為不銹鋼管， 管道直徑為 65.1mm 輸送管道選擇 ?76,實(shí)際流速為 :2.17m/s. 如果以上用一顆管道輸送 ,保證螯合樹脂塔再生 , 過濾器反洗 , 配制 亞硫酸鈉用水相互不影響 ,總體輸

14、送流量為 :80 m3 /h。 總高純水輸送管道的確定 高純水的流速取2.5 m3/s。流量為60 m3/h, s=Q /v=(60/3600)/2.5=0.00667m2 管道材質(zhì)為不銹鋼管， 管道直徑為 92.17mm 輸送管道選擇 ?108,實(shí)際流速為 :2.12m/s. 4）離子膜電解槽電解用水消耗 2NaCl + 2H2O= 2NaOH + Cl2 + H2 7500/40 即 m1 H2O =3375 Kg/h n 高純水的摩爾量： nH2O=187.5Kmol/h 每個(gè)鈉離子帶 4 個(gè)水分子，遷移到陰極室的水的質(zhì)量為： m2H2O=13500Kg/h 成品堿帶走的水的質(zhì)量為： m

15、3H2O=17500Kg/h 氫氣帶走水的質(zhì)量為： 查表氫氣在90C .時(shí)，水蒸汽分壓525.8毫米汞柱。 p H2O =525.8-115.69=410.11毫米汞柱 p h2=760-410.1 仁349.89毫米汞柱 氫氣中的水份為： m4 H20 = p H20/ p H2 x n =1044.6 Kg/h 需要消耗的高純水量為 m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/h v H2O =8.42 m3/h 高純水上水的流速取2.5 m3/s。流量為8.42m3/ h, s=Q /v=(8.42/3600)/2.5=0.00094* 管道材質(zhì)為不銹鋼管

16、 管道直徑為 34.5mm 輸送管道選擇 ?57,實(shí)際流速為 :1.19m/s. 離子膜系統(tǒng)總體高純水消耗： v H2O =8.42+1.098+0.5+3.75=13.77m3/h 6、離子膜單槽產(chǎn)堿量、氯氣產(chǎn)量、氫氣產(chǎn)量 (1)工藝要求堿濃度控制指標(biāo)為31%，比重1.284,溫度為90C，即體積濃 度為 410g/L, 小時(shí)產(chǎn)堿量為 : V=18.29 m3/h.堿液流速為 152.5 m/s取 2.0 m/s計(jì)算. 堿總管輸送管道的確定 s=Q /v=(18.29/3600)/2.0=0.00254nf 管道材質(zhì)為不銹鋼管 管道直徑為 56.88mm 輸送管道選擇 ?76,實(shí)際流速為 :

17、1.32m/s. (2) 氯氣產(chǎn)量 .氫氣產(chǎn)量 2NaOH + Cl2 + H2 2 1 1 7500/40 n1 n2 2NaCl + 2H2O = n Cl2 =93.75Kmol/h 由公式 :pv=nRT 計(jì)算 1.0133X 105x V=93.75X 8.315X 103x 358 V Cl2 =2754.09 m3/h 查表得90C時(shí)氯的溶解度為0.0022218Kg/Kg，飽和水蒸汽分壓為 0.4829Kg/cm2，其它氣體的溶解不計(jì)。 有摩爾比等于體積比 n 02/n 總=(p 總-Ph2o) x p 總 93.75/ n 總=(1.0133-0.4829)/1.0133 N

18、 總=179.11 Kmol/h 氯氣總管的體積輸送流量為 : 由公式 :pv=nRT 計(jì)算 1.0133x 105x V=179.11x 8.315x 103x 358 V Cl2 =5281.7 m3/h V 混 =69.84 m3/h V 總 =5351.54m3/h 氯氣管道確定 氯氣流速為1020 m/s取15m/s. 計(jì)算: s=Q /v=(5351.5/3600)/10=0.1484mf,管道材質(zhì)為 PVC 管, 管道直徑為 434.8mm 輸送管道選擇 ?480,實(shí)際流速為 :9.22m/s. N H2 =93.75Kmol/h 1.0133x 105x V=93.75x8.3

19、15x 103x 363 V H2 =2792.22 m3/h 氫氣含水為： nH2O=58.03 Kmol /h, 1.0133x105xV=(93.75+58.03)x8.315x103x363 氫氣總管的體積輸送流量為 : V H2 =4521.1m3/h 氫氣管道確定 氫氣流速為1020 m/s取15m/s計(jì)算. s=Q /v=(4521.1/3600)/10=0.12558m?,管道材質(zhì)為 PVC 管, 管道直徑為399.9mm 輸送管道選擇?480,實(shí)際流速為：7.90m/s. 物料組成 含量 組 成 成分 Kmol/h Kg /小時(shí) Cl2 93.75 6656.3. H2O 1

20、87.6 3376.3 02 1.784 57.08 含量 組成 Kmol/h Kg/小時(shí) H2 93.75 187.5 H2O 58.033 1044.6 7、真空脫氯系統(tǒng) (1) 真空脫氯解吸氯氣 解吸氯氣純度為70%,出槽淡鹽水含游離氯3000PPm,脫氯后淡鹽水 含游離氯70PPm溫度為:70C . 解吸的氯氣為: m Cl2 =55 x (3000-70)/1000=161.2Kg/h. 摩爾流量為： nci2 =2.27k mol/h nH2O= 0.215k mol/h 真空脫氯的氯氣純度工藝指標(biāo)為70計(jì)，濕氯氣中的水的體積含量 為66%,濕氯氣中其它氣體以空氣計(jì)，體積含量23.

21、4%。n其它=0.759 kmol/h 解吸氯氣中總摩爾流量為：n混=3.244kmol/h 由公式:pv=nRT計(jì)算 1.0133X 105x V=3.244X 8.315X lOx 343 V 混 =91.31m3/h 混氯氣流速為510 m/s取5m/s.計(jì)算. s=Q /v=(91.31/3600)/5=0.00507*,管道材質(zhì)為 PVC 管， 管道直徑為 71.22mm 輸送管道選擇 ?140,實(shí)際流速為 :1.64m/s. (5)、鈦冷卻器的物料、熱量衡算 進(jìn)入填料塔的淡鹽水濃度為 210g/l,溫度為85C ,游離氯為3000PPm. 真空度為 250 毫米汞柱 ,PH 值為 1.2。要求解吸后淡鹽水含游離氯為 小于70PPm液體流量為55 m3/h。解吸的氯氣量 nci2 =2.27kmol/h 即：m ci2=161Kg /h 查在85C時(shí)，飽和濕氯氣含水蒸汽含 338g / Kg。 飽和水蒸汽含量