6万吨离子膜物料衡算(全版)

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 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：0.0004 g/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=0.000063m2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,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=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:550.433940/36.5=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（V410）/40/（82.5V）V2=0.0121m3/h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Cp0.928Kcal/l.，一次盐水60的比热Cp0.925 Kcal/l.，压力0.7Mpa，温度为164.17饱和蒸汽焓H1659.9 Kcal/kg，饱和冷凝水的焓：H2165.7Kcal/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2.5 m/s。要求10分钟充满.则流量为30 m3 /h。高纯水管道管径的确定:s=Q /v=(30/3600)/2.5=0.00333 m2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 + Cl2 + H2 2 2 n 7500/40 高纯水的摩尔量：nH2O=187.5Kmol/h 即m1H2O=3375 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。p H2O=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+3375-13500=8420Kg/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152.5 m/s.取2.0 m/s.计算.碱总管输送管道的确定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 + H2 2 1 1 7500/40 n1 n2n Cl2 =93.75Kmol/h由公式:pv=nRT计算1.0133105V=93.758.315103358V Cl2 =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/ 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=179.118.315103358V Cl2 =5281.7 m3/hV 混 =69.84 m3/hV总 =5351.54m3/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.N H2 =93.75Kmol/h1.0133105V=93.758.315103363V H2 =2792.22 m3/h氢气含水为：nH2O=58.03 Kmol /h,1.0133105V=(93.75+58.03)8.315103363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15m/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 组 成Kmol/hKg /小时Cl293.756656.3.H2O187.63376.3O21.78457.08 含量成分 组 成Kmol/hKg/小时H293.75187.5H2O58.0331044.67、 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70PPm.温度为:70.解吸的氯气为:m Cl2 =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%。n其它0.759 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1.0133105V=3.2448.315103343V 混 =91.31m3/h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=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