6万吨离子膜物料衡算全版.docx
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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:
11m3/h(一次盐水浓度为305±5g/l,离子膜电解槽淡盐水浓度工艺操纵指标为215±5g/l,年工作8000小时。
(2)设计生产烧碱能力为6万吨,每小时产碱吨,那么消耗的一次盐水为:
×11=m3/h
一次盐水管道的确信:
盐水流速范围:
~s,取m/s计算
s=Q/v=3600×=m2
管道材质为衬PO管,管径为m。
输送管道选择Ø159×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:
~g/l,取g/l计算;进螯合树脂塔前需要调整到PH:
9±,取PH为9(即体积浓度为:
g/l)计算,那么高纯酸消耗:
mHCl=(×-×)×40=h即酸消耗为:
VHCl=m3/h。
高纯酸用于调剂一次盐水PH酸管的确信:
高纯酸输送为自流,流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=
管道材质为PVC管,管道直径为。
输送管道选择Ø25,实际流速为:
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,配制酸浓度操纵5%~6%,取%计算,高纯水流量为6m3/h,那么31%的高纯酸流量m3/h,再生时刻小时,一年中平均每小时需要31%的高纯酸量为:
h。
鳌合树脂再生高纯酸管道管的确信:
高纯酸输送为自流,流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=管道材质为CPVC管,
管道直径为28mm。
输送管道选择Ø40,实际流速为:
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:
9±调整PH值在2~5之间,以PH=4计算。
需要消耗的高纯酸量为:
××40=h,即:
m3/h。
4=-㏒10[(V××1000×)/]/(+V)
V=×10-4m3/h
V总1=m3/h
输送高纯酸用于调剂入槽盐水酸管的确信:
高纯酸输送为自流,流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=管道材质为CPVC管,
管道直径为
输送管道选择Ø15,实际流速为:
m/s.
(5)离子膜脱氯塔消耗酸量
真空脱氯系统淡盐水的PH值工艺指标操纵:
~,取计算,出电解槽淡盐水的流量为44m3/h,考虑氯氢处置的氯水11m3/h,淡盐水的PH:
2~5之间,取4计算,脱氯塔的处置能力为55m3/h。
淡盐水PH=4化为含酸体积浓度L,加酸后淡盐水PH=化为含酸体积浓度L,每小时消耗酸量:
55×-×10-3=kg/h,换为体积消耗酸量为/h的高纯酸。
输送高纯酸用于调剂入槽盐水酸管的确信:
高纯酸输送为自流,流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=管道材质为CPVC管,
管道直径为
输送管道选择Ø15,实际流速为:
s.
离子膜电解系统高纯酸整体消耗为:
VHCl=/h
3、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,加碱调剂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映方程式:
ClO-+SO32-SO42-+Cl-
(70×10-3×55)×126=M×
M=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=/h。
亚硫酸钠管道的确信:
亚硫酸钠管道的流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=管道材质为无缝钢管衬PO,
管道直径为
输送管道选择Ø38,衬PO后,内径为20mm,实际流速为:
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,配制碱浓度操纵6%~7%,取7%计算,高纯水流量为6m3/h,31%的碱,那么碱流量为:
m3/h,再生时刻小时,一年中平均每小时需要消耗31%的碱量为:
h。
碱输送管道的确信
碱输送为自流,流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø15,实际流速为:
s.
(2)脱氯后加碱调剂淡盐水PH值碱的消耗
脱氯前淡盐水PH值取,脱氯后淡盐水PH值工艺操纵9~12,
取PH:
11计算。
淡盐水PH值取,体积浓度为:
l,脱氯塔的处置能力为55m3/h。
加碱中和到PH为7,消耗碱为:
55××40/=kg/h那么体积消耗为
V1=m3/h
调剂淡盐水PH为11需消耗碱为:
11=14-㏒10[(V×410)/40]/(+V)
V2=h
整体消耗碱:
m3/h
碱输送为自流,流速取s,取计算
s=Q/v=3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø15,实际流速为:
s.
5.离子膜电解系统蒸汽消耗
(1)盐水精制蒸汽消耗(采纳板式换热器)
一次盐水精水温度为55~60℃,考虑盐水在输送进程中的热损失,板式换热器盐水入口温度为55℃度计算,进螯合树脂塔的盐水温度工艺指标要求操纵在60±5℃,按60℃计算,查表:
一次盐水55℃的比热Cp=l.℃,一次盐水60℃的比热Cp=Kcal/l.℃,压力,温度为℃饱和蒸汽焓H1=Kcal/kg,饱和冷凝水的焓:
H2=kg,采纳板式换热器,排出的冷凝水的温度为80℃焓:
H3=80Kcal/kg,,即80℃时,一次盐水的流量为:
m3/h。
需要提供给被加热盐水的热量:
Q=×〖60×925-55×928〗=×103Kcal/h
蒸汽消耗为:
W=Q/(H1-H2)=×103/W=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:
3000〖m26m3各再生时刻小时,高纯水用量为:
30m3/h
碱后水洗,酸后水洗,下线后水洗各3小时,流量为10m3/h,需要消耗高纯水为90m3
一年中平均每小时需要消耗高纯水为:
h。
高纯水输送管道的确信
高纯水的流速取m3/s。
流量为10m3/h,
s=Q/v=(10/3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø57,实际流速为:
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,那么消耗高纯水为:
24m3,一年中平均每小时需要消耗高纯水为:
h。
高纯水输送管道的确信
高纯水的流速取m/s。
依照过滤器的容积,流量为20m3/h,小时充满.
s=Q/v=(20/3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø76,实际流速为:
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=/h。
高纯水消耗为/h。
亚硫酸钠罐5m3,高纯水的流速取m/s。
要求10分钟充满.那么流量为30m3/h。
高纯水管道管径的确信:
s=Q/v=(30/3600)/=m2道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø76,实际流速为:
s.
若是以上用一颗管道输送,保证螯合树脂塔再生,过滤器反洗,配制亚硫酸钠用水彼此不阻碍,整体输送流量为:
80m3/h。
总高纯水输送管道的确信
高纯水的流速取m3/s。
流量为60m3/h,
s=Q/v=(60/3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø108,实际流速为:
s.
(4)离子膜电解槽电解用水消耗
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
22
n7500/40
高纯水的摩尔量:
nH2O=h即m1H2O=3375Kg/h
每一个钠离子带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,水蒸汽分压毫米汞柱。
pH2O=毫米汞柱
pH2==毫米汞柱
氢气中的水分为:
m4H2O=pH2O/pH2×n=Kg/h
需要消耗的高纯水量为
mH2O=+17500+3375-13500=8420Kg/h
vH2O=m3/h
高纯水上水的流速取m3/s。
流量为/h,
s=Q/v=3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø57,实际流速为:
s.
离子膜系统整体高纯水消耗:
vH2O=+++=h
5、离子膜单槽产碱量、氯气产量、氢气产量
(1)工艺要求碱浓度操纵指标为31%,比重,温度为90℃,即体积浓度为410g/L,小时产碱量为:
V=m3/h.碱液流速为15~m/s.取m/s.计算.
碱总管输送管道的确信
s=Q/v=3600)/=管道材质为不锈钢管,
管道直径为
输送管道选择Ø76,实际流速为:
s.
(2)氯气产量.氢气产量
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
211
7500/40n1n2
nCl2=h
由公式:
pv=nRT计算
×105×V=××103×358
VCl2=m3/h
查表得90℃时氯的溶解度为Kg,饱和水蒸汽分压为cm2,其它气体的溶解不计。
有摩尔比等于体积比
nCl2/n总=(p总-pH2O)×p总
n总=总=Kmol/h
氯气总管的体积输送流量为:
由公式:
pv=nRT计算
×105×V=××103×358
VCl2=m3/h
V混=m3/h
V总=h
氯气管道确信
氯气流速为10~20m/s.取15m/s.
计算:
s=Q/v=3600)/10=,管道材质为PVC管,
管道直径为
输送管道选择Ø480,实际流速为:
s.
NH2=h
×105×V=××103×363
VH2=m3/h
氢气含水为:
nH2O=Kmol/h,
×105×V=+××103×363
氢气总管的体积输送流量为:
VH2=h
氢气管道确信
氢气流速为10~20m/s.取15m/s.计算.
s=Q/v=3600)/10=,管道材质为PVC管,
管道直径为
输送管道选择Ø480,实际流速为:
s.
物料组成
含量
成分
组成
Kmol/h
Kg/小时
Cl2
.
H2O
O2
含量
成分
组成
Kmol/h
Kg/小时
H2
H2O
6、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:
mCl2=55×(3000-70)/1000=h.
摩尔流量为:
nCl2=mol/h
nH2O=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:
%,湿氯气中其它气体以空气计,体积含量%。
n其它=kmol/h
解吸氯气中总摩尔流量为:
n混=h
由公式:
pv=nRT计算
×105×V=××103×343
V混=h
混氯气流速为5~10m/s.取5m/s.计算.
s=Q/v=3600)/5=,管道材质为PVC管,
管道直径为
输送管道选择Ø140,实际流速为:
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。
要求解吸后淡盐水含游离氯为小于70PPm.液体流量为55m3/h。
解吸的氯气量
nCl2=h即:
mCl2=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:
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/Kg。
湿氯气温度由85℃降低到45℃时,冷凝的水的为:
MH20=/h
查表得:
氯气比热85℃时,千卡/千摩尔℃。
氯气比热45℃时,千卡/千摩尔℃。
水蒸汽焓:
85℃时,千卡/公85斤。
45℃时,千卡/千克。
其它气体比热:
(以空气计)
85℃时,千卡/千克℃。
45℃时,千卡/千克℃。
能量衡算:
氯气带入的热量:
×85×=千卡
水蒸汽带入的热量:
×=千卡
其它气体带入的热量:
×85×=千卡
Q1=千卡
氯气带出的热量:
×45×=千卡
水蒸汽带出的热量:
×=千卡
其它气体带出的热量:
×45×=千卡
氯水带出的热量:
×45×1=千卡
Q2=千卡
冷却水入口温度为25℃,出口温度为35℃,需要冷却水掏出的热量为:
Q3=Q1-Q2=千卡
需要25℃时的冷却水量:
G=(35-25)=千克/h
温度的对数平均温差:
t=℃
传热系数取:
15
传热面积:
F=Q/=15×=60m2
(2)、成品碱冷却器
(3)、碱液冷却器
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