6萬噸燒堿物料衡算

1、6萬噸離子膜物料衡算(全版)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：11m3h(一次鹽水濃度為305±5g/l，離子膜電解槽淡鹽水濃度工藝控制指標(biāo)為215±5g/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：7.5×1182.5 m3h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=82.5/3600×1.5=0.01527 m2管道材質(zhì)為襯PO管,管徑為0.139 m。輸送管道選擇Ø159&

2、#215;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±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=（82.5×0.582.5×0.0004）×36.5/4037.61kg/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8.78m

3、m。輸送管道選擇Ø25,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Ø40,實(shí)際流速為:0.324 m/s.（4）由于復(fù)極式離子膜電解槽為加酸工藝，

4、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：82.5×0.0004×36.5/400.0301kg/h，即：0.087 m3/h。4-10（V×1.115×1000×0.31）/36.5/（82.5V）V=8.71×104m3/hV總10.0878 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,管道直徑為5.57mm輸送管道選擇Ø1

5、5,實(shí)際流速為:0.310 m/s.（5）離子膜脫氯塔消耗酸量真空脫氯系統(tǒng)淡鹽水的PH值工藝指標(biāo)控制：1.21.5，取1.2計(jì)算，出電解槽淡鹽水的流量為44 m3/h，考慮氯氫處理的氯水11m3/h，淡鹽水的PH：25之間，取4計(jì)算，脫氯塔的處理能力為55 m3/h。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：55×(2.3030.00365) ×10-3=126.46 kg/h，換為體積消耗酸量為0.1134m3 /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

6、.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Ø15,實(shí)際流速為:0.401m/s.離子膜電解系統(tǒng)高純酸總體消耗為：VHCl0.427m3 /h3、 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：ClO-+SO32-SO42-+Cl-（70×10-3×55）×126=M×88.5M=5.49Kg/h亞硫酸鈉罐5m3亞硫酸鈉濃度配制

7、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=(1.098/3600)/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Ø38,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：0.11

8、42m3/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=0.0000634m2管道材質(zhì)為不銹鋼管,管道直徑為8.99mm輸送管道選擇Ø15,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:55×0.4339×40/36.5=26.15 kg/h 則體積消耗為V1=0.0637 m3/

9、h調(diào)節(jié)淡鹽水PH為11需消耗堿為:1114-10（V×410）/40/（82.5V）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Ø15,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，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60±5，按60計(jì)算，

10、查表：一次鹽水55的比熱Cp0.928Kcal/l.，一次鹽水60的比熱Cp0.925 Kcal/l.，壓力0.7Mpa，溫度為164.17飽和蒸汽焓H1659.9 Kcal/kg，飽和冷凝水的焓：H2165.7Kcal/kg, 采用板式換熱器,排出的冷凝水的溫度為80焓：H380Kcal/kg,，即80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：Q82.5×60×92555×928367.9×103Kcal/h蒸汽消耗為:W= Q /(H1-H2)= 367.9×103/(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. ) s= Q/k=367.9×103/3000s=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 m3h,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 m3h,s=Q /v=(10/3600)

12、/2.5=0.00111m2管道材質(zhì)為不銹鋼管,管道直徑為37.6mm輸送管道選擇Ø57,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20m3h,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Ø76,實(shí)際流速為:1.44m/s. (3)配制亞硫酸鈉用水消耗亞硫酸鈉濃度

13、配制為5%，即體積濃度為5g/L：體積輸送流量為：V=1.098m3 /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Ø76,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,總體輸送流量為:80 m3 /h?？偢呒兯斔凸艿赖拇_定高純水的流速取2.5 m3/s。流量為60 m3h,s=Q /v=(

14、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Ø108,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 2 2 n 7500/40 高純水的摩爾量：nH2O=187.5Kmol/h 即m1H2O=3375 Kg/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：m3H2O=17500Kg/h氫氣帶走水的質(zhì)量為：查表氫氣在90.時(shí)，水蒸汽分壓525.8毫米汞柱。p H2O=525.8-115.69=410

15、.11毫米汞柱p H2=760-410.11=349.89毫米汞柱氫氣中的水份為：m4 H2O = p H2O/ p H2×n =1044.6 Kg/h需要消耗的高純水量為m H2O =1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/hv H2O =8.42 m3/h高純水上水的流速取2.5 m3/s。流量為8.42m3h,s=Q /v=(8.42/3600)/2.5=0.00094m2管道材質(zhì)為不銹鋼管,管道直徑為34.5mm輸送管道選擇Ø57,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.

16、77m3/h6、 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90,即體積濃度為410g/L,小時(shí)產(chǎn)堿量為:V=18.29 m3h.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=0.00254m2管道材質(zhì)為不銹鋼管,管道直徑為56.88mm輸送管道選擇Ø76,實(shí)際流速為:1.32m/s.(2) 氯氣產(chǎn)量.氫氣產(chǎn)量2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 2 1 1 7500/40 n1 n2n Cl2 =93.75Kmol/h由公式:p

17、v=nRT計(jì)算1.0133×105×V=93.75×8.315×103×358V Cl2 =2754.09 m3/h查表得90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 Cl2/n總=(p總-pH2O)×p總93.75/ n總=(1.0133-0.4829)/1.0133N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1.0133×105×V=179.11×8.315×103&#

18、215;358V Cl2 =5281.7 m3/hV 混 =69.84 m3/hV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=0.1484m2,管道材質(zhì)為PVC管,管道直徑為434.8mm輸送管道選擇Ø480,實(shí)際流速為:9.22m/s.N H2 =93.75Kmol/h1.0133×105×V=93.75×8.315×103×363V H2 =2792.22 m3/h氫氣含水為：nH2O=58.03 Kmol /h,1.0133×1

19、05×V=(93.75+58.03)×8.315×103×363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=0.12558m2,管道材質(zhì)為PVC管,管道直徑為399.9mm輸送管道選擇Ø480,實(shí)際流速為:7.90m/s.物料組成 含量成分 組 成Kmol/hKg /小時(shí)Cl293.756656.3.H2O187.63376.3O21.78457.08 含量成分 組 成Kmol/hKg/小時(shí)H293.75187.5H2O58

20、.0331044.67、 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:70.解吸的氯氣為:m Cl2 =55×(3000-70)/1000=161.2Kg/h.摩爾流量為:nCl2 =2.27k mol/hnH2O=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:6.6%,濕氯氣中其它氣體以空氣計(jì)，體積含量23.4%。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1.0133×105&#

21、215;V=3.244×8.315×103×343V 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=0.00507m2,管道材質(zhì)為PVC管,管道直徑為71.22mm輸送管道選擇Ø140,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85,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nCl2 =2.27kmol/h即：m Cl2=161Kg /h查在85時(shí)，飽和濕氯氣含水蒸汽含338g