氯碱生产与操作(张艳君讲义)项目一 一次盐水精制
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氯碱生产与操作(张艳君)项目三 氯氢处理
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三、氯气压缩的主要设备
目前氯气输送设备有两种形式，一种是液环泵，另一种 是离心式压缩机。液环泵对氯气含水量要求不苛刻，但动 力消耗大，输送量小，出口氯气压力低，适用于生产规模 在5万吨/年烧碱能力以下的氯气输送。离心式压缩机具有 输送量大、排气压力较高、运转平衡、得以改善工作环境 等优点。该设备能量消耗与同气量液环泵相比节电50%， 但要求氯气中含水量＜100ppm（wt），适用5万吨/年烧碱 规模以上的装臵输送氯气。
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【任务指导】 一、氯气压缩的任务 用氯气压缩机将经过冷却干燥的氯气将氯气增压后送 出界区至各用户，并保持电解槽阳极室压力稳定。 二、氯气的压缩方式 氯气的压缩方式一般有三种:一是采用液环式氯气压缩机 （纳氏泵)；二是采用离心式氯气压缩机(即小型透平机)； 三是采用大型离心式氯气压缩机(即大型透平机)。 1．液环式氯气压缩机的工艺流程 来自氯气干燥系统并经酸雾捕集器除去酸雾的干燥氯 气，从进口与循环酸一起进入氯气压缩机加压，并与循环 酸一起排出至硫酸分离器进行分离，氯气由其顶部排出至 酸雾分离器除去酸雾后，进入氯气缓冲罐，再经氯气分配 台向下游用户分配。
氯气处理的核心任务便是脱水，脱水的方法一般有如下三种。
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1. 冷却法 就是将氯气降低温度，从而达到降低氯气湿含量的 目的，这种方法只消耗冷却水与冷冻水，本身不与其它 介质接触，也不会混入其它介质，也称为冷冻干燥法。 2. 吸收法 吸收法脱出水分，即高温湿氯气在干燥塔中通过浓 硫酸介质，一方面浓硫酸吸收了氯气中的水分，另一方 面也降低了氯气的湿度，实现了氯气的干燥。该方法使 用设备较多，工艺复杂，但水分脱出率高。 3. 冷却吸收法 冷却吸收法是综合上述两者之长，为各厂家广泛采用 的方法。
氯碱生产与操作(张艳君)项目五 氯化氢及盐酸
锁反应终止。
H H H2
Cl Cl Cl2
Cl H HCl
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（2）在合成炉中，当有氧气存在时，就能破坏H的活性而使链锁 反应中断。如： H O2 HO2
Cl O2 ClO2
（3）反应过程中，由于游离氢原子或游离氯原子在运动的过程
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Cl H2 HCl H
H Cl2 HCl Cl
Cl H2 HCl H
……
3.链的终止：在链锁反应过程中，如果外界的因素发生改变，就 会破坏链锁反应，使链传递终止，反应结束。 影响因素主要有以 下几种：
（1）在反应过程中，由于生成的活性原子的自身结合可以使链
★ 能绘制出一种常用的盐酸生产的工艺流程简图。
★ 能指出在盐酸生产过程中用的主要设备及结构。 ★能学会如何进行氯化氢合成及盐酸生产的开停车操作步骤。
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能力目标：
● 先学会认识图，进而能绘制工艺流程图。
● 学会分析设备的原理结构。
● 能分析出故障发生的原因和处理方法。 ● 能从常见的案例中得到教训，保证生产安全。
接简体(倒简体)的盖状物，罩顶有人孔，在罩内周围吊有压铁块，
罩顶的四周也有压块，目的是增重加压。结构示意图见图5–2所示
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图5–2 氢气柜的结构图
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二、气液分离器 1. 气液分离器的作用 气液分离器一般位于气柜的进出口，主要是除去氢气中含有
的水分。
2. 气液分离器的结构 气液分离器主要是由圆筒体接下锥体和上端盖两部分组成，
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就将气柜中的氢气自动供给合成炉。当输送氢气过程中发生临时
故障时，气柜内存有的氢气足以维持其最低流量的供给，不会有 突然停炉的情况发生。 2. 氢气柜的结构 气柜一般主要由筒体、支架和钟罩三部分组成。筒体是圆形柱状 ，周围有压铁固定，侧面有放水或清理内部用的人孔；支架是一 种围绕筒体的钢架结构，在柱架上均安有滑轮与钟罩相连，在每 个柱架的顶端均用槽钢或角钢对应连接固定；钟罩是一种像圆锥
H H H2
Cl Cl Cl2
Cl H HCl
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（2）在合成炉中，当有氧气存在时，就能破坏H的活性而使链锁 反应中断。如： H O2 HO2
Cl O2 ClO2
（3）反应过程中，由于游离氢原子或游离氯原子在运动的过程
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Cl H2 HCl H
H Cl2 HCl Cl
Cl H2 HCl H
……
3.链的终止：在链锁反应过程中，如果外界的因素发生改变，就 会破坏链锁反应，使链传递终止，反应结束。 影响因素主要有以 下几种：
（1）在反应过程中，由于生成的活性原子的自身结合可以使链
★ 能绘制出一种常用的盐酸生产的工艺流程简图。
★ 能指出在盐酸生产过程中用的主要设备及结构。 ★能学会如何进行氯化氢合成及盐酸生产的开停车操作步骤。
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能力目标：
● 先学会认识图，进而能绘制工艺流程图。
● 学会分析设备的原理结构。
● 能分析出故障发生的原因和处理方法。 ● 能从常见的案例中得到教训，保证生产安全。
接简体(倒简体)的盖状物，罩顶有人孔，在罩内周围吊有压铁块，
罩顶的四周也有压块，目的是增重加压。结构示意图见图5–2所示
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二、气液分离器 1. 气液分离器的作用 气液分离器一般位于气柜的进出口，主要是除去氢气中含有
的水分。
2. 气液分离器的结构 气液分离器主要是由圆筒体接下锥体和上端盖两部分组成，
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就将气柜中的氢气自动供给合成炉。当输送氢气过程中发生临时
故障时，气柜内存有的氢气足以维持其最低流量的供给，不会有 突然停炉的情况发生。 2. 氢气柜的结构 气柜一般主要由筒体、支架和钟罩三部分组成。筒体是圆形柱状 ，周围有压铁固定，侧面有放水或清理内部用的人孔；支架是一 种围绕筒体的钢架结构，在柱架上均安有滑轮与钟罩相连，在每 个柱架的顶端均用槽钢或角钢对应连接固定；钟罩是一种像圆锥
一次盐水精制
更高，所以工业上尽可能用化学办法使溶解杂质形成不溶杂质， 然后通过固液分离方法如浮上、沉淀、过滤等方法分离精制；对
不能形成固相的溶解杂质，进一步采用离子交换的方法去除，大
分阴离子如SO4 2-通过纳滤膜法去除，有机杂质采用氧化法去除。
首页
一次盐水工艺讲解
二、一次盐水精制指标
1、盐水经化盐饱和后，含有大量的可溶和不容杂质，必须用有 效方法稳定地去除，达到离子交换精制的要求，即达到螯合树脂 离子交换塔基本要求。 2、盐平均质量 NaCl = 96% Ca 2+ =3% Mg 2+ =2% SO42- =0.5% SS=1%） 项目 入固液分离系统盐水 出固液分离系统盐水
盐水精制方法：采用次氯酸钠－烧碱－纯碱法。 步骤 ：化盐、精制反应、预处理、膜过滤、中和、盐泥处理
一次盐水工艺讲解
由于镁离子与氢氧根离子可以生成难溶性的氢氧化镁沉淀，因此， 在盐水中加入氢氧化钠溶液，可使盐水中的镁离子与氢氧根离子生 成氢氧化镁沉淀而除去；其化学反： Mg2+ + 2 OH- + → Mg(OH)2 ↓
在一定温度下 Ca2+是否有效去除，决定两个因素，即反应时间长 短和碳酸钠过量程度，如碳酸钠按理论用量加入时，需搅拌几个小时 才能沉淀完全；若碳酸钠过量0.5 g/L ，温度高于45℃，则在半小时 内完全反应，盐水中的Ca2+ 含量可以达以：1 ×10-6
一次盐水工艺讲解
精盐水中的碳酸钙为结晶型沉淀，较易过滤，而氢氧化镁为胶体
一次盐水工艺讲解
精盐由于钙离子与碳酸根离子可生成难溶性的碳酸钙沉淀，因此， 在盐水中加入碳酸钠溶液，可使盐水中的钙离子与碳酸根离子生成碳 酸钙沉淀而除去；其化学反： Ca2+ + CO32- + → CaCO3 为了将Ca2+ 有效去除，精制剂碳酸钠的加入量要比反应所需的理 论量稍多些（即过量0.25～ 0.50 g/L ） 在溶解池内定量加入水和固体纯碱，用蒸汽加热，并用空气搅拌， 使溶解速度加快，待固体纯碱溶解完，搅拌均匀，取样分析，密度达 到1210 ～ 1240 g/m3。
不能形成固相的溶解杂质，进一步采用离子交换的方法去除，大
分阴离子如SO4 2-通过纳滤膜法去除，有机杂质采用氧化法去除。
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二、一次盐水精制指标
1、盐水经化盐饱和后，含有大量的可溶和不容杂质，必须用有 效方法稳定地去除，达到离子交换精制的要求，即达到螯合树脂 离子交换塔基本要求。 2、盐平均质量 NaCl = 96% Ca 2+ =3% Mg 2+ =2% SO42- =0.5% SS=1%） 项目 入固液分离系统盐水 出固液分离系统盐水
盐水精制方法：采用次氯酸钠－烧碱－纯碱法。 步骤 ：化盐、精制反应、预处理、膜过滤、中和、盐泥处理
一次盐水工艺讲解
由于镁离子与氢氧根离子可以生成难溶性的氢氧化镁沉淀，因此， 在盐水中加入氢氧化钠溶液，可使盐水中的镁离子与氢氧根离子生 成氢氧化镁沉淀而除去；其化学反： Mg2+ + 2 OH- + → Mg(OH)2 ↓
在一定温度下 Ca2+是否有效去除，决定两个因素，即反应时间长 短和碳酸钠过量程度，如碳酸钠按理论用量加入时，需搅拌几个小时 才能沉淀完全；若碳酸钠过量0.5 g/L ，温度高于45℃，则在半小时 内完全反应，盐水中的Ca2+ 含量可以达以：1 ×10-6
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精盐水中的碳酸钙为结晶型沉淀，较易过滤，而氢氧化镁为胶体
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精盐由于钙离子与碳酸根离子可生成难溶性的碳酸钙沉淀，因此， 在盐水中加入碳酸钠溶液，可使盐水中的钙离子与碳酸根离子生成碳 酸钙沉淀而除去；其化学反： Ca2+ + CO32- + → CaCO3 为了将Ca2+ 有效去除，精制剂碳酸钠的加入量要比反应所需的理 论量稍多些（即过量0.25～ 0.50 g/L ） 在溶解池内定量加入水和固体纯碱，用蒸汽加热，并用空气搅拌， 使溶解速度加快，待固体纯碱溶解完，搅拌均匀，取样分析，密度达 到1210 ～ 1240 g/m3。
盐水一次精制..讲解学习
任务一 盐水精制方案制定
3、Fe3+的影响 精制盐水中含有Fe3+时，在电解过程 中可与OH-形成Fe(OH)3而堵塞离子膜，影响电槽的正常 运行，对于隔膜电解槽来讲，还会使阳极室中氯中含氢增 加，形成不安全因素。
4、铵离子及有机氮的影响 在原盐中或化盐用水中， 如果含有铵离子或有机氮化合物，在电解槽内会被氯转化 为极易爆炸的NCl3，伴随氯气在液氯工序聚积而可能发生 爆炸。
任务一 盐水精制方案制定
5、重金属离子的影响 盐水中存在重金属离子，将 会对阳极涂层的电化学活性有相当大的影响。例如，盐水 中的锰沉积在阳极表面，会形成不导电的氧化物，使阳极 涂层的活性降低，增加电槽的电压降，使电耗升高。一些 重金属离子对离子膜有不良的影响，其影响程度随不同离 子而异，所以盐水中重金属离子也必须除去，以保证电解 盐水的质量。
盐水一次精制..
任务一 盐水精制方案制定
一、原盐概况 原盐是氯碱工业生产的主要原料。各种来源的盐都 含有不同数量的不利于电解生产的杂质，如钙、镁、铁、 硫酸盐和重金属离子等。在氯碱工业生产中，原盐费用 为总成本费用的20%～30%，是仅次于能源的主要费用。 纯净的氯化钠很少潮解，工业原盐中因含有CaCl2 、MgCl2等杂质，极易吸收空气中水分而潮解结块。原 盐的潮解对运输、储运及使用会带来一定困难。
任务一 盐水精制方案制定
4、原盐质量对生产的影响 (1)每生产1吨100%NaOH约需1.5～1.7吨 100%NaCl（理论值为1.462吨），原盐的费用仅次于电 的费用，占生产成本第二位，而原盐质量影响精制剂的消 耗及精制操作，从而增加费用影响生产成本。 (2)响设备能力的发挥，如果盐水中的杂质含量高， 特别是天然有机物、镁、钙、硫酸根等离子，将直接影响 化盐、精制设备的效率。
任务一一次盐水的制备.
任务一一次盐水的制备1.1 生产作业计划——一次盐水制备任务离子膜烧碱厂领导接到了公司生产调度处的烧碱生产作业计划书，按照作业计划书的要求在本年度要完成公司与使用离子膜法电解饱和氯化钠溶液的产品—烧碱和液氯的用户所签订的供需合同规定的产品数量。
根据工作任务综述，结合离子膜烧碱生产工作任务完成的工作过程的先后顺序，要完成离子膜烧碱产品生产，必须要经过一次盐水的制备→二次盐水的精制→精制盐水的电解→氯氢气的处理→液氯的生产五个生产工序（见图1-1）。
图1-1 离子膜烧碱生产工艺流程介绍1.1 生产作业计划——一次盐水制备任务因此，首先要完成离子膜法电解饱和氯化钠溶液的所需要的原料一次盐水的制备。
那么，一次盐水是怎样制备的呢？首先让我们一起看一看一次盐水生产的工艺概况（见图1-2）。
图1-2 一次盐水生产工艺流程框图根据一次盐水生产任务完成的基本过程，可以把该工序的工作任务按照任务完成的前后顺序，可将该项任务分解为粗盐水的制备与Mg2+的去除；Ca2+的去除；盐水的中和；盐泥的压滤和SO42+的脱除六项分任务（见图1-3）那么这些工作任务又是如何完成的呢？图1-3 一次盐水生产任务的分解1.2 完成一次盐水制备任务在化工生产中，必须通过管路来输送和控制流体介质。
一次盐水的制备也离不开化工管路。
那么，盐水是怎样实现输送的呢？1.2 完成一次盐水制备任务1.2.1 认识化工管路化工管路是化工生产中使用的各种管路的总称，由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，形成一个工作系统，具体地说有直管和各种管件。
其主要作用是用来输送和控制流体介质。
想一想在我们生活中，你能见到那些管道？这些管道使用来干什么用？河水在河床里流动时，你想过河底和河堤组成的通道算不算管道？你见过最细的管道和最粗的管道，其直径大约有多少mm？1.2.2 化工管子常用的材质管子是管路的主体，由于生产系统中的物料和所处工艺条件各不相同，所以用于连接设备和输送物料的管子除需满足强度和通过能力的要求外，还必须满足耐温、耐压、耐腐蚀以及导热等性能的要求（见图1-4）。
电解法生产制烧碱—一次盐水精制
铁栅：阻挡原盐中夹带的绳、草、竹片等漂浮性异物 溢流槽：原盐和化盐水逆向接触制成的饱和粗盐水，从溢流槽流出 粗盐水出口：化盐后粗饱和盐水流出口 桶体：由钢板焊接而成的立式圆桶 折流圈：与桶体成45℃，用于停车时放净残存的盐水，避免化盐桶局部 截面流速过大，并防止化盐水沿壁走短路，造成上部原盐产生搭桥现象 折流帽：防止盐粒、异物等进入化盐水管道造成堵塞 溶盐水进口：化盐水进入口 人孔：对化盐桶进行检修、维修
化盐桶
化盐水
主要是NaCl
过饱和盐水
Ca2+、Mg2+
SO2-4、NH3、
有机物、游离 氯等杂质
01
烧碱-纯碱法
精制目的：降低盐水中杂质对电解过程的影 响，减少电能消耗和确保点结过程安全
03
石灰-纯碱法
02 石灰-芒硝法
除掉 Mg2+
烧碱纯碱法
除掉Ca2+
A
B
Mg2++2OH- ==Mg(OH)2↓
的精制盐作为原料
课程小结
1、什么是原盐？ 2、原盐的分类 3、氯碱企业如何选用原盐
原盐
火车
龙门吊车 龙门吊车 皮带输送机
盐场
集盐场
盐斗
化盐桶
1.盐斗原盐高度在篾子以上高度1～2米，操作时必须在 走台上，不允许站在盐堆上。 2.下斗作业时，必须要求篾子露出一定平方米以上的面 积，并有人监护作业。 3.吊车抓斗距离地面保持2～3米的高度，不准在斗下通 行。 4.皮带机运转时禁止跨跃，排除杂物时必须停车操作。 5.天车工开车前必须呜铃，操作中也应适时呜铃。
主要是NaCl
去除Ca2+、Mg2+后
SO2-4、NH3、
有机物、游离 氯等杂质
氯碱生产之盐水的一次精制
§1.2 盐水一次精制工艺路线分析
一、盐水一次精制的目的 1、盐水一次精制任务是什么？ 除去粗盐水中的钙、镁、硫酸根、 有机物、可沉淀物等杂质，保 证电解过程正常生产？ 1）NaCl浓度的影响：（低浓） a、电阻 ，槽电压 ，电耗高 b、氯气溶解损失大，析出难 度大，产品质量产量差
2）钙、镁含量的影响： a、膜电阻 ，槽电压 ，电耗高 b、膜的孔隙率 ，离子通过膜困 难，影响电解的正常进行 c、氢氧化钠浓度高，放电，使 产品的纯度与产量均受影响
3）硫酸根含量的影响： 2SO4 浓度过高，其会在阳极放 电析出氧气，使阳极产物氯气 的质量降低 4）盐水PH值的影响 盐水的PH值过低，烧碱液、氯 气、氢气的产量会降低，一般 认为微碱性的盐水进槽产量高。
第一章 盐水的一次精制
§1.1
烧碱生产原料
1、基础原料：原盐（NaCl） 2、来源：海盐、湖盐、井 矿盐 大家来说说不同来源的 原盐其质量是否相同？，对 烧碱生产有没有影响？
3、化盐工艺 1）化盐的任务是什么？ 制取饱和食盐水 2）化盐工艺介绍 盐堆 皮带输送机 化盐桶 粗盐水桶 去一次盐水精制
5）无机氨含量的影响 NH3在电解时会生成三氯化氮 （NCl3），该物质在氯气处 理工段易发生爆炸危险。 综上分析，为了电解的正常 运行，提高产品的产量与质 量，降低消耗，必须进行盐 水的精制
3、盐水一次精制后一次盐水 的控制标准 说明：不同生产厂家的指标有 差异，但氯化钠的浓度需饱 和，主要在化盐时控制 纯净氯化钠的溶解度是每100g 水中溶解36g氯化钠，你能 计算出它的最大百分比浓度 吗
氯碱生产与操作(张艳君)项目一 一次盐水精制
二、生产任务
首先是将固体原盐(或搭配部分盐卤水)和化盐水（按比例 掺混，通过加热溶解制成氯化钠的饱和溶液，然后向饱和盐 水溶液中连续加入适量的精制剂（NaOH、Na2CO3等），
将盐 水中的Ca2+、Mg2+等分别生成难溶的沉淀物，最后再加入
助 沉剂FeCl3，通过澄清、砂滤、中和等后续步骤，得到质 量合格的一次精盐水。
3.井矿盐
＊井盐主要是运用凿井法汲取地表浅部或地下天然卤水加 工制得； ＊矿盐是通过开采古代岩盐矿床加工制得。 ＊井矿盐是井盐和矿盐的总称，主要含有天然卤水盐矿和 岩盐矿床，运用开采矿盐钻井水溶法。 ＊其主要成分含有钾、钠、钙、镁等金属离子和碳酸氢根 、硫酸根、碳酸根和氯离子等阴离子。
三、原盐质量对生产的影响
2.皮带运盐机
皮带运盐机是原盐输送的主要设备，担负着连 续向化盐桶输送原盐的任务。利用水银接点实现化 盐桶盐层高度与皮带运盐机联锁自控，原盐通过电 子皮带称计量。
三、操作注意事项
1.盐斗原盐高度在篾子以上高度1～2米，操作时必须在 走台上，不允许站在盐堆上。
2.下斗作业时，必须要求篾子露出一定平方米以上的面 积，并有人监护作业。
能力目标：
● 能识读并根据要求绘制一次盐水精制的工艺流程 图。
● 能识读并根据要求绘制出膜法除硝工艺流程图。 ● 能完成一次盐水生产的开停车与正常运行操作。 ● 能对一次盐水精制过程中的常见故障进行分析并
处理
任务一 原盐的选配及输送
•子任务一 原盐的选用 •子任务二 原盐输送的流程及主要设备 •知识链接
石灰-芒硝法。对于多数氯碱企业通常采用烧碱-纯 碱法。
烧碱-纯碱法的 特点
来源非常方便
生成的沉淀完全， Mg2+、Ca2+除去