6万吨烧碱物料衡算

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控制指标为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7.5吨，则消耗的一次盐水为：7.5×11＝82.5m3／h一次盐水管道的确定:盐水流速范围:1.0~2.0m/s,取1.5m/s计算s=Q/v=82.5/3600×1.5=0.01527m2管道材质为衬PO管,管径为0.139m。输送管道选择Ø159×6.5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：(0.3～0.6)g/l，取0.5g/l计算；进螯合树脂塔前需要调整到PH：9±0.5，取PH为9（即体积浓度为：0.0004g/l）计算,则高纯酸消耗：mHCl=（82.5×0.5－82.5×0.0004）×36.5/40＝37.61kg/h即酸消耗为：VHCl=0.109m3/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Ø25,实际流速为:0.38m/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6m3/h，则31%的高纯酸流量1.125m3/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Ø40,实际流速为:0.324m/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±0.5调整PH值在2～5之间，以PH=4计算。需要消耗的高纯酸量为：82.5×0.0004×36.5/40＝0.0301kg/h，即：0.087m3/h。4＝-㏒10［（V×1.115×1000×0.31）/36.5］/（82.5＋V）V=8.71×10－4m3/hV总1＝0.0878m3/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Ø15,实际流速为:0.310m/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：1.2～1.5，取1.2计算，出电解槽淡盐水的流量为44m3/h，考虑氯氢处理的氯水11m3/h，淡盐水的PH：2～5之间，取4计算，脱氯塔的处理能力为55m3/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×(2.303－0.00365)×10-3=126.46kg/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Ø15,实际流速为:0.401m/s.离子膜电解系统高纯酸总体消耗为：VHCl＝0.427m3/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-（70×10-3×55）×126=M×88.5M=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Ø38,衬PO后,内径为20mm,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6m3/h，31%的碱，则碱流量为：1.36m3/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Ø15,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9~12,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55m3/h。加碱中和到PH为7,消耗碱为:55×0.4339×40/36.5=26.15kg/h则体积消耗为V1=0.0637m3/h调节淡盐水PH为11需消耗碱为:11＝14-㏒10［（V×410）/40］/（82.5＋V）V2=0.0121m3/h总体消耗碱:0.0759m3/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Ø15,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55～60℃，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60±5℃，按60℃计算，查表：一次盐水55℃的比热Cp＝0.928Kcal/l.℃，一次盐水60℃的比热Cp＝0.925Kcal/l.℃，压力0.7Mpa，温度为164.17℃饱和蒸汽焓H1＝659.9Kcal/kg，饱和冷凝水的焓：H2＝165.7Kcal/kg,采用板式换热器,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：82.5m3／h。需要提供给被加热盐水的热量：Q＝82.5×〖60×925－55×928〗＝367.9×103Kcal/h蒸汽消耗为:W=Q/(H1-H2)=367.9×103/(659.9-165.7)W=744.4kg/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〖Kcal//(m2.h.℃)〗s=Q/k=367.9×103/3000s=122.6m2（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6m3/h，酸.碱各再生时间2.5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：3.75m3/h。高纯水输送管道的确定高纯水的流速取2.5m3/s。流量为10m3／h,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Ø57,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2.5m/s。根据过滤器的容积,流量为20m3／h,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Ø76,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2.5m/s。要求10分钟充满.则流量为30m3/h。高纯水管道管径的确定:s=Q/v=(30/3600)/2.5=0.00333m2道材质为不锈钢管,管道直径为65.1mm输送管道选择Ø76,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:80m3/h。总高纯水输送管道的确定高纯水的流速取2.5m3/s。流量为60m3／h,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Ø108,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+H222n7500/40高纯水的摩尔量：nH2O=187.5Kmol/h即m1H2O=3375Kg/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。pH2O=525.8-115.69=410.11毫米汞柱pH2=760-410.11=349.89毫米汞柱氢气中的水份为：m4H2O=pH2O/pH2×n=1044.6Kg/h需要消耗的高纯水量为mH2O=1044.6+17500+3375-13500=8420Kg/hvH2O=8.42m3/h高纯水上水的流速取2.5m3/s。流量为8.42m3／h,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Ø57,实际流速为:1.19m/s.离子膜系统总体高纯水消耗：vH2O=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=18.29m3／h.碱液流速为15~2.5m/s.取2.0m/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Ø76,实际流速为:1.32m/s.(2)氯气产量.氢气产量2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H22117500/40n1n2nCl2=93.75Kmol/h由公式:pv=nRT计算1.0133×105×V=93.75×8.315×103×358VCl2=2754.09m3/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nCl2/n总=(p总-pH2O)×p总93.75/n总=(1.0133-0.4829)/1.0133N总=179.11Kmol/h氯气总管的体积输送流量为:由公式:pv=nRT计算1.0133×105×V=179.11×8.315×103×358VCl2=5281.7m3/hV混=69.84m3/hV总=5351.54m3/h氯气管道确定氯气流速为10~20m/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Ø480,实际流速为:9.22m/s.NH2=93.75Kmol/h1.0133×105×V=93.75×8.315×103×363VH2=2792.22m3/h氢气含水为：nH2O=58.03Kmol/h,1.0133×105×V=(93.75+58.03)×