年产10万吨离子膜法制烧碱电解工段工艺设计(附件)
本文阐述了氯碱工业的发展历史和发展现状，以及在未来的发展趋势。为了更好的完成本次毕业设计，我们以淮安安邦电化有限公司为例介绍了离子膜电解槽生产烧碱的方法，对已经精制的盐水溶液进行电解，及对产品的后续处理，对废气的处理等工艺流程进行了详细的叙述，而且对电解工段进行了物料衡算和能量衡算。用AutoCAD将烧碱电解工段的工艺流程图、离子膜电解槽设备图、厂房布置图进行了绘制，并在最后展望了烧碱工艺的发展前景。关键词 烧碱，电解工段，离子膜电解槽，氯气和氢气处理，物料衡算和能量衡算目 录
1 引言 1
2 综述 2
2.1 烧碱的性质 2
2.2 其他副产物的性质 3
2.3 内容及研究意义 3
2.4 离子膜法制烧碱发展现状及趋势 4
3 反应原理 6
3.1离子膜电解槽电解反应的基本原理 6
3.2处理氢气，氯气的原理 7
4 工艺流程的确定 8
4.1 电解工段的工艺流程 8
4.2氢气处理的工艺流程 11
4.3氯气处理的工艺流程 12
5 工艺计算部分 15
5.1电解槽的工艺计算 15
5.2氢气的工艺计算（洗涤冷却塔内） 17
5.3氯气工艺计算（钛冷却器） 19
5.4硫酸干燥塔内氯气物料衡算 22
6 设备设计 22
6.1离子膜电解槽的设计 23
6.2钛冷却器的设计 25
6.3洗涤塔的设计 27
6.4设备选型 28
7 经济概算和车间布置 29
7.1 经济核算 29
7.2车间设备布置 31
总结 34
致谢 35
参考文献 36
1 引言
氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和NaCl溶液制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业，即工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。
氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
总结 34
致谢 35
参考文献 36
1 引言
氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和NaCl溶液制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业，即工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。
氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。
电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同可分为水银法、隔膜法和离子交换膜法。
电解法生产烧碱除原料易得、生产流程较短外，主要有以下三个特点：
第一、能耗高，电解法生产烧碱的主要能耗是电能，其耗电量仅次于电解法生产铝；
第二、氯与碱的平衡，电解法制烧碱所得到的烧碱与氯气的产品的质量比恒定为1:0.88，但一个国家或地区对烧碱和氯气的需求量，是随着化工产品生产的变化而变化的；
第三、腐蚀和污染严重。
目前国内主要采用隔膜电解法制烧碱，而电解工段是电解食盐水生产氯气、氢气、烧碱的主要工段，因此电解工段的工艺设计至关重要。
2 综述
烧碱（NaOH）即氢氧化钠，俗称火碱、苛性钠。是一种常见的重要强碱，在国民经济中占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。
工业上常见的烧碱生产方法有苛化法和电解法两种。苛化法是用纯碱（Na2CO3）和石灰乳（Ca(OH)2）通过苛化反应生成烧碱而得名，也叫石灰苛化法。
电解法是采用电解食盐（NaCl）水的方法生产烧碱，在制得烧碱的同时还生产氯气(Cl2)和氢气(H2)，所以工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。
2.1 烧碱的性质
（1）物理性质 纯的无水氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体。氢氧化钠极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大，溶解时能放出大量的热。其溶液呈强碱性，腐蚀性极强。
纯氢氧化钠的物理性质如下：
分子式 NaOH
分子量 39.998
熔点 318.4℃
沸点 1399℃
折射率 1.3576
熔融热 164.7J/g
溶解度 109
比热容 1.477J/（g℃）
（2）化学性质 氢氧化钠是强碱，具有碱的一切通性，另外还具有其他碱没有的特性。
a.放在空气中易潮解，并吸收空气中的CO2而变质。故应放置在干燥的环境中，也可用于干燥气体。
b.在水溶液中能电离出大量的OH-离子。
c.能和酸和一些酸性氧化物反应
d.能和一些金属盐反应。
f.氢氧化钠溶液和铝反应
e.在不足量时发生的反应为
2.2 其他副产物的性质
（1）氢气 氢气是一种无色、无味、无嗅易燃的气体。在各种液体中溶解甚微，难于液化，液态时为无色透明液体，有超导性质。主要化学性质为高燃烧性和还原性。常用作还原剂。
（2）氯气 氯在常温常压下为黄绿色气体，有强烈的刺激性气味，吸入少量就能使人中毒。经压缩可液化为金黄色液态氯。常用作为强氧化剂与氯化剂。氯混合 5%（体积）以上氢气时有爆炸危险。氯能与有机物和无机物进行取代或加成反应生成多种氯化物。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。氯气易液化，可溶于水，易溶于有机溶液。
2.3 内容及研究意义
2.3.1内容
本设计是对烧碱车间电解工段中，用离子膜法制烧碱的研究。要求年产量：10万吨。离子膜法制烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱（即氢氧化钠）。其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许、通过，而、和两极产物和无法通过，因而起到了防止阳极产物和阴极产物相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、、、、等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程：精制的饱和食盐水进入阳极室；纯
水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，
1 引言 1
2 综述 2
2.1 烧碱的性质 2
2.2 其他副产物的性质 3
2.3 内容及研究意义 3
2.4 离子膜法制烧碱发展现状及趋势 4
3 反应原理 6
3.1离子膜电解槽电解反应的基本原理 6
3.2处理氢气，氯气的原理 7
4 工艺流程的确定 8
4.1 电解工段的工艺流程 8
4.2氢气处理的工艺流程 11
4.3氯气处理的工艺流程 12
5 工艺计算部分 15
5.1电解槽的工艺计算 15
5.2氢气的工艺计算（洗涤冷却塔内） 17
5.3氯气工艺计算（钛冷却器） 19
5.4硫酸干燥塔内氯气物料衡算 22
6 设备设计 22
6.1离子膜电解槽的设计 23
6.2钛冷却器的设计 25
6.3洗涤塔的设计 27
6.4设备选型 28
7 经济概算和车间布置 29
7.1 经济核算 29
7.2车间设备布置 31
总结 34
致谢 35
参考文献 36
1 引言
氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和NaCl溶液制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业，即工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。
氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
总结 34
致谢 35
参考文献 36
1 引言
氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和NaCl溶液制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业，即工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。
氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。
电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同可分为水银法、隔膜法和离子交换膜法。
电解法生产烧碱除原料易得、生产流程较短外，主要有以下三个特点：
第一、能耗高，电解法生产烧碱的主要能耗是电能，其耗电量仅次于电解法生产铝；
第二、氯与碱的平衡，电解法制烧碱所得到的烧碱与氯气的产品的质量比恒定为1:0.88，但一个国家或地区对烧碱和氯气的需求量，是随着化工产品生产的变化而变化的；
第三、腐蚀和污染严重。
目前国内主要采用隔膜电解法制烧碱，而电解工段是电解食盐水生产氯气、氢气、烧碱的主要工段，因此电解工段的工艺设计至关重要。
2 综述
烧碱（NaOH）即氢氧化钠，俗称火碱、苛性钠。是一种常见的重要强碱，在国民经济中占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。
工业上常见的烧碱生产方法有苛化法和电解法两种。苛化法是用纯碱（Na2CO3）和石灰乳（Ca(OH)2）通过苛化反应生成烧碱而得名，也叫石灰苛化法。
电解法是采用电解食盐（NaCl）水的方法生产烧碱，在制得烧碱的同时还生产氯气(Cl2)和氢气(H2)，所以工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。
2.1 烧碱的性质
（1）物理性质 纯的无水氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体。氢氧化钠极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大，溶解时能放出大量的热。其溶液呈强碱性，腐蚀性极强。
纯氢氧化钠的物理性质如下：
分子式 NaOH
分子量 39.998
熔点 318.4℃
沸点 1399℃
折射率 1.3576
熔融热 164.7J/g
溶解度 109
比热容 1.477J/（g℃）
（2）化学性质 氢氧化钠是强碱，具有碱的一切通性，另外还具有其他碱没有的特性。
a.放在空气中易潮解，并吸收空气中的CO2而变质。故应放置在干燥的环境中，也可用于干燥气体。
b.在水溶液中能电离出大量的OH-离子。
c.能和酸和一些酸性氧化物反应
d.能和一些金属盐反应。
f.氢氧化钠溶液和铝反应
e.在不足量时发生的反应为
2.2 其他副产物的性质
（1）氢气 氢气是一种无色、无味、无嗅易燃的气体。在各种液体中溶解甚微，难于液化，液态时为无色透明液体，有超导性质。主要化学性质为高燃烧性和还原性。常用作还原剂。
（2）氯气 氯在常温常压下为黄绿色气体，有强烈的刺激性气味，吸入少量就能使人中毒。经压缩可液化为金黄色液态氯。常用作为强氧化剂与氯化剂。氯混合 5%（体积）以上氢气时有爆炸危险。氯能与有机物和无机物进行取代或加成反应生成多种氯化物。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。氯气易液化，可溶于水，易溶于有机溶液。
2.3 内容及研究意义
2.3.1内容
本设计是对烧碱车间电解工段中，用离子膜法制烧碱的研究。要求年产量：10万吨。离子膜法制烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱（即氢氧化钠）。其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许、通过，而、和两极产物和无法通过，因而起到了防止阳极产物和阴极产物相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、、、、等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程：精制的饱和食盐水进入阳极室；纯
水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，
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