氯碱生产与操作(张艳君)项目二二次盐水精制及电解

123456任务一二次盐水的精制任务二离子膜电解任务三淡盐水脱氯任务五常见故障及处理案例分析小结项目二二次盐水精制及电解知识目标：★能够掌握二次盐水精制及离子膜电解的工艺原理。★能分析二次精盐水精制各工序及离子膜电解的的工艺流程。★能熟知二次盐水精制的主要设备及离子膜电解槽的结构及功能。★能够分析并掌握淡盐水脱氯的工艺原理及工艺流程。能力目标：●能识读二次盐水精制过程的工艺流程，并会根据不同要求绘制出工艺流程图。●能完成二次盐水精制及离子膜电解的岗位开、停车操作。●能完成淡盐水脱氯的岗位开、停车操作。●能对二次盐水精制及淡盐水脱氯的常见故障进行分析并处理。●能对电解工段的常见故障进行分析并处理。任务一二次盐水的精制子任务一二次盐水精制的工艺原理子任务二子任务三子任务四知识链接二次盐水精制的工艺流程二次盐水精制的主要设备二次盐水精制的岗位操作螯合树脂子任务一二次盐水精制的工艺原理【任务描述】◆能分析二次盐水精制各工序的工艺原理。【任务指导】一、二次盐水精制的生产任务盐水二次精制是在一次精制的基础上，首先通过过滤除去一些悬浮物，再调解盐水的pH值，将合格的盐水通入螯合树脂塔进行吸附，进一步将盐水中Ca2+、Mg2+等离子浓度降至要求的范围。二、二次盐水精制的工艺原理1．盐水过滤的原理盐水过滤采用的装置有碳素管过滤器、聚丙烯过滤器、叶片式过滤器等。利用过滤器的微孔将其中的悬浮物进行拦截，从而将其除去。2．盐水中和的原理（1）盐水中和的目的在一次盐水精制过程中，为除掉Ca2+、Mg2+，需要分别加入过量的Na2CO3和NaOH，过滤后，盐水中Ca2+、Mg2+含量降低了，但还存在没有过滤掉的CaCO3和Mg(OH)2小颗粒，螯合树脂只能吸附Ca2+、Mg2+，而不能将微粒中的Ca、Mg成分吸附，从而会造成二次盐水中Ca、Mg含量超标。为消除这种现象，通过添加盐酸进行中和反应，使CaCO3和Mg(OH)2完全溶解，从而被螯合树脂吸附。（2）盐水中和的原理在过滤器的出口盐水管路上，加入31%的盐酸，通过静态混合器，使盐酸和盐水混合均匀后，利用pH自动分析仪测得的pH值来自动调节盐酸的加入量，达到使Ca、Mg完全溶解的目的。盐水中和的反应方程式：HClCaCO3222COOHCaClHCl)OH(Mg2OHMgCl223．螯合树脂吸附的原理(1）螯合树脂的结构和分类螯合树脂是一种离子交换树脂，它吸附金属离子形成环状结构，故称螯合树脂又叫内配合物，它是由中心离子和多基配位体构成的，是一种具有环状结构的配合物。例如：其中M是中心离子（金属离子），N、O是可提供共用电子对的原子，中心离子和他们形成了两个配位键，在适当条件下，生成稳定的环状结构。（2）螯合树脂吸附的原理配合物的形成和离解是两个互相对立但又依赖的过程，一方面中心离子通过配位键与配合剂相结合，形成配合物，而表现出一定的化学吸引力；另外一面，由于配合物内部存在矛盾运动，他们中的部分又要离解，从而又表现出一定的化学排斥力。当在一定的外界条件下（如pH、温度、浓度）达到一个相对平衡状态时，通过改变条件就会破坏平衡。子任务二二次盐水精制的工艺流程【任务描述】◆能够熟知二次盐水精制过程中过滤、中和及螯合树脂塔吸附的工艺流程。◆能够分析工艺指标对树脂塔操作的影响。【任务指导】盐水经一次精制后进入二次精制工段，首先加入适量的Na2CO3以除去微量的游离氯，同时加入适量的α-纤维素助滤剂，然后用泵送入盐水过滤器进行过滤，经过滤后的盐水，其悬浮物含量达到lppm以下，再经加热使温度达到60士5℃，并用pH自控调节使pH值控制在9士0.5。将上述符合质量指标的盐水，用泵送入螯合树脂塔进行螯合处理，使盐水中Ca2+、Mg2+杂质含量达到20ppm以下，经二次精制后的盐水便可送去电解工段.一、盐水过滤的工艺流程盐水过滤的目的是除去一次盐水中的悬浮物和部分Ca2+、Mg2+。盐水过滤器有炭素管过滤器、聚丙烯过滤器、叶片式过滤器等。实际生产中使用最多的是炭素管过滤器，盐水经过滤处理后才可以保证后续螯合树脂充分发挥其性能，且再生周期比不用炭素管过滤器延长了3~5倍，减少了再生所用的离子膜碱和高纯盐酸，也杜绝了不纯物进入离子膜电解槽。一次盐水进人一次盐水贮槽，由泵送入炭素管过滤器，炭素管过滤器采用2塔流程，其中一塔运行，一塔反洗并重新涂覆α-纤维素备用；每隔约48小时，或过滤器压差达0.2MPa时停止运转，切换下线，反洗重新涂覆。过滤后的盐水送入树脂塔工段。二、盐酸中和的工艺流程在过滤器出口的盐水管路上，加入31%盐酸，经过静态混合器，使盐酸和盐水混合均匀后，送pH自动分析仪，根据测得的pH值，自动调节盐酸的加入量，使系统的pH值控制在9±0.5。三、螯合树脂塔吸附的工艺流程树脂塔吸附的生产工艺有三塔流程和两塔流程。三塔流程始终是两塔运行（如A串B、B串C、C串A），一塔再生、等待，运行周期短，再生频繁，保险系数大；而两塔流程为一塔再生一塔运行。下面着重介绍三塔流程（图2–3）。图2–3三塔生产工艺流程四、工艺指标对树脂塔操作的影响螯合树脂的吸附能力除树脂本身外,还受盐水的温度、pH值、盐水流量、Ca2+、Mg2+含量等因素的影响。螯合树脂的内在结构不同，交换能力也不同，但是对流量、温度、pH值变化趋势是一样的。因此，要加强各工艺控制指标的控制，保证进电解槽盐水质量合格。1．温度螯合树脂与钙、镁的螯合反应是在一定温度下进行的，温度高时,螯合反应速度快,树脂使用周期长。但盐水温度过高(大于80℃)，树脂的强度会降低，破碎率升高，将使树脂受到不可恢复的损伤。要保证树脂发挥良好的性能，应将进入螯合树脂塔的盐水温度控制在55～65℃。2．pH值在一定的pH值时，钙、镁等是以离子形式存在的，这样有利于树脂进行螯合去除。而当pH8时，树脂去除钙、镁离子的能力明显下降；当pH11时，镁离子易生成Mg(OH)2胶状沉淀物,进入树脂塔后会堵塞树脂孔隙,大大降低了树脂的交换能力，同时还会造成进入树脂塔内的盐水发生偏流,增加压力降,从而导致盐水中钙离子去除不彻底,二次盐水中钙、镁含量升高。所以，盐水pH值应控制在9.0士0.5。3．盐水流量盐水的供应量是由树脂塔的选型和塔内树脂填充量来确定的。进入树脂塔的盐水流量取决于树脂塔的尺寸和需要的循环时间，如果盐水流量过大则在树脂内停留时间缩短，造成盐水在树脂塔内短路，处理后的盐水中钙、镁离子不合格；如盐水流量降低，树脂的使用时间延长，但需要较大的树脂塔。一般要求盐水流量应小于40m3/h，最佳流量为20m3/h。4．盐水中Ca2+、Mg2+浓度螯合树脂塔对盐水中的Ca2+、Mg2+的吸附量随着浓度的升高而增加，但当Ca2+、Mg2+的质量浓度超过10mg/L时，树脂除钙、镁离子的能力随钙、镁离子浓度增加而降低，这是因为螯合树脂的交换量是一定的，盐水中钙、镁离子来不及进行交换，带入到二次盐水中，使二次盐水中钙镁含量增加。5．盐水中的游离氯游离氯的氧化性极强，极易破坏螯合树脂的结构，造成树脂不可恢复的中毒，树脂性能急剧下降,起不到螯合钙、镁离子的作用，故要求盐水中不能含有游离氯。子任务三二次盐水精制的主要设备【任务描述】◆能够熟知二次盐水精制过程中的主要设备及螯合树脂塔的结构和特点。【任务指导】一、盐水过滤器离子膜烧碱生产工艺中，要求盐水中的悬浮物含量控制在1ppm以下，以防止盐水中所含微细悬浮物引起膜的堵塞而导致槽电压上升。在当今各离子膜法生产工艺中，所采用的过滤器有炭素烧结管过滤器、聚丙烯管过滤器和叶片过滤器三种。1．炭素烧结管过滤器炭素烧结管过滤器的外壳由钢衬橡胶防腐层，内部由多组炭系管均匀固定在花板上.炭索烧结管过滤器的特点是经一定时间使用后，可经再生恢复重新使用。一次精制盐水从圆筒的外部流入圆筒的内部进行过滤，悬浮物在炭素管外被截流。首先要在炭素管外先预涂上一层助滤剂，预涂层的厚度约为2～3mm，同时添加定量的助滤剂与一次精制盐水混合后送入过滤器过滤。过滤时初始阻力0.02MPa，随着盐水中悬浮物的积累，其阻力逐渐上升，当升到0.15～0.20MP时，应停止使用予以清洗再生。如果盐水中悬浮物含量一直较低，即使压力未上升到0.15～0.20MPa，使用时间达到48小时则也需停止使用予以清洗再生以保持长久稳定地运行。清洗再生时需要切换一次过滤器，并使用纯水及压缩空气(0.45MPa)反复清洗4次。洗涤时，物料的流动方向与过滤时相反，洗涤液出滤室穿过过滤元件，去掉附在外表面的残渣。清洗后，将过滤器装满过滤盐水备用。2．聚丙烯管过滤器聚丙烯管过滤器的外壳为钢衬橡胶的受压容器，内部安装一组有孔的聚丙烯管，管外套是用聚丙烯编织的无缝软套管，过滤原理、再生操作与炭素管过滤器相同。3．叶片式过滤器叶片式过滤器与上述二种过滤器一样，需二台轮流切换使用。过滤叶片由不锈钢或钛材制成，滤布可用聚丙烯或尼龙布，同样需用助滤剂，但滤布易损坏，较难保持稳定的过滤精度，故一般很少使用。目前大多数氯碱化工厂采用的是炭素烧结管式过滤器。因其管理方便、安全可靠、操作弹性大并能取得卓越的过滤效果，过滤后的盐水质完全能符合离子膜法制碱工艺要求．除了能保持稳定高效的运转外，尚具有十分良好的耐腐蚀性，从而在氯碱电解离子膜法工艺生产中广泛使用。二、螯合树脂塔螯合树脂塔通常是二台或三台串联使用，其作用是将一次精致盐水中的悬浮物和部分Ca2+、Mg2+杂质去除，以满足离子膜电解的需要。螯合树脂塔的结构如图2–6所示：螯合树脂塔的外壳由钢板制成，内衬特殊的低钙镁橡胶防腐层。塔内填装一定量的带有螯合基团的特种离子交换树脂，树脂的特点是对金属离子有极强的选择性。子任务四二次盐水精制的岗位操作【任务描述】◆能够熟知并掌握二次盐水精制操作要点。◆能够进行二次盐水精制的开、停车操作及树脂塔再生的岗位操作。【任务指导】一、二次盐水精制的操作要点（一）除ClO-的操作要点（二）过滤（三）中和的操作要点二、二次盐水精制的开、停车操作（一）准备工作（二）开车1．在供盐水之前,使离子交换树脂塔准备工作，同时将过滤盐水准备好（界外）。2．当一次盐水罐中的盐水达到指定液位时,将盐水泵开启，通过盐水管线进行盐水循环，并准备进行一次精制盐水的接收.3．打开过滤器，同时使盐水从一次盐水罐通过泵进入盐水过滤器，过滤后的盐水送入过滤盐水罐。4．开启离子交换塔，当在过滤盐水罐中的盐水液位达到规定值后，将过滤盐水通过泵送入离子交换树脂塔进行二次精制，精制后的盐水进入精盐水罐，通过泵送入高位槽准备电解.（三）、停车一般只有当电解装置停车以后，才可以将盐水精制部停车，停车步骤如下：（1）关闭电解部分；（2）通过手动将精盐水高位槽关闭，停止向电解槽供盐水；（3）将过滤盐水泵(界区外)关闭；（4）将淡盐水泵关闭；（5）将一次盐水泵（界区外）关闭。【知识链接】螯合树脂任务二离子膜电解子任务一离子膜电解的原理【任务描述】◆能够掌握离子膜电解的生产原理和工艺流程。【任务指导】一、离子膜电解的生产任务1.将已经合格的二次精制盐水送至电解槽，在电解槽内经通电电解，得到产品氢氧化钠，经过冷却、计量后送至成品槽；2.电解得到的副产品氯气和氢气，分别送至氯处理系统和氢处理系统后，生产出相应的氯、氢产品；3.食盐水经电解后流出的淡盐水，进入脱氯装置除去盐水中的游离氯，使游离氯含量达到标准，最后将脱氯合格后的淡盐水送回化盐工段再化盐使用。二、离子膜电解槽的生产原理1．离子膜电解槽的作用离子膜制碱生产中的主要设备是离子膜电解槽，它的作用是将进入的合格二次精盐水经过通电电解，生产出低盐、高纯、高浓度的氢氧化钠产品．同时还得到副产品氯气和氢气。2．离子膜电解的原理离子膜电解就是用阳离子交换膜将电解槽隔成阳极室和阴极室，这层阳离子交换膜的膜体中含有活性集团，只允许钠离子穿过，而对氢氧根离子起阻止作用，同时还能阻止氯化钠的扩散，当电解槽通以直流电时，二次精制盐水进入电解槽阳极室，其中的就在阳极室生成，而在阴极室生成和，穿过阳离子交换膜进入阴极与形成氢氧化钠产品（如图2-7）。具体的化学