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离子膜烧碱电解装置清洁生产工艺研究

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摘要

符号说明

第一章 离子膜烧碱综述

1.1 烧碱行业概述

1.1.1 烧碱行业的发展

1.2 离子膜烧碱清洁生产技术的发展

1.2.1 石墨阳极水银电解法制烧碱

1.2.2 金属阳极隔膜电解法制烧碱

1.2.3 阳离子交换膜电解法制烧碱

1.3 中国离子膜烧碱技术的研究与发展

1.3.1 引进阳离子交换膜电解法制烧碱技术

1.3.2 复极式强制循环电解槽制碱技术

1.3.3 单极式自然循环离子膜电解槽制碱技术

1.3.4 高电密复极式自然循环离子膜电解槽制碱技术

1.3.5 复极式自然循环膜极距离子膜电解槽制碱技术

1.4 离子膜烧碱生产工艺及评价指标

1.4.1 离子膜电解制烧碱的基本原理

1.4.2 离子膜电解槽的结构

1.4.3 阳离子交换膜的结构

1.4.4 电流效率指标分析

1.4.5 槽电压指标分析

1.4.6 电解电耗指标分析

1.5 影响电解装置清洁生产的因素

1.5.1 二次盐水中杂质的影响

1.5.2 阳极PH值的影响

1.5.3 阳极液浓度的影响

1.5.4 阴极液浓度的影响

1.5.5 操作温度的影响

1.5.6 压力压差的影响

1.5.7 副产物ClO3-的影响

1.6 研究的目的和意义

1.7 本章小结

第二章 华泰氯碱厂离子膜电解系统

2.1 华泰氯碱厂离子膜电解装置概况

2.1.1 一次盐水精制

2.1.2 淡盐水除硝

2.1.3 二次盐水精制

2.1.4 电解槽循环过程

2.1.5 淡盐水脱氯

2.2 目前装置存在的问题

2.2.1 盐水中SO42-含量高

2.2.2 树脂塔再生程序设计不合理,盐水Ca2+、Mg2+超标

2.2.3 直流电耗高,槽电压偏高

2.3 本课题的提出及研究内容

第三章 除去盐水中硫酸根离子工艺设计

3.1 膜法除硝装置设计

3.1.1 膜分离技术及膜组件

3.1.2 纳滤膜元件脱除SO42-实验

3.1.3 冷冻单元设计

3.1.4 膜法除硝设计要点分析

3.2 膜法除硝工艺流程

3.3 膜法除硝产能与设备设计

3.3.1 产能计算

3.3.2 设配套设备与物料平衡

3.4 装置运行分析研究

3.4.1 经济性分析

3.4.2 运行性分析

3.4.3 工艺先进性分析

3.5 本章小结

第四章 二次精制盐水质量提升工艺改进措施

4.1 螯合树脂的工作及再生原理

4.2 改进的目的

4.2.1 原树脂塔精制工艺操作叙述

4.2.2 原设计步骤中存在的问题

4.3 一次改进的方案

4.4 一次改进后的问题

4.5 改进工艺的设计

4.5.1 设计树脂塔流程和再生工艺

4.5.2 物料计算

4.5.3 最佳再生周期计算

4.5.4 设置树脂塔清洗方案

4.6 改进的效果

4.6.1 二次盐水质量提升

4.6.2 减少消耗对比

4.6.3 经济成本对比

4.7 本章小结

第五章 电解槽膜极距改造工艺研究

5.1 电解槽存在问题分析

5.1.1 离子膜电压降分析

5.1.2 极间距分析

5.2 电解槽结构改进方案

5.2.1 单片实验对比

5.2.2 整槽实验对比

5.2.3 整体极距电解槽数据分析

5.3 膜极距技术工艺改善控制

5.3.1 阴极补水对槽电压的影响

5.3.2 反向压差对槽电压的影响

5.3.3 反向电流对槽电压的影响

5.3.4 阳极提前加酸对槽电压的影响

5.3.5 温度对槽电压的影响

5.3.6 阴极洗槽液对槽电压的影响

5.4 膜极距电解槽运行效果分析

5.4.1 降低单元槽槽电压

5.4.2 降低出槽游离氯和氯中含氧

5.4.3 降低电耗,提高电流效率

5.4.4 提高碱产品质量

5.5 综合节能效益计算

5.6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者及导师简介

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摘要

离子膜法制烧碱的关键是电解技术。最初,我国烧碱企业普遍采用日本离子膜电解技术。随着技术的进步,我国先后自主研发针对现有生产需求的电解槽制碱工艺。目前,电解食盐水制造烧碱能否实现清洁生产、是否具有竞争力的关键因素在于:一是要考虑原材料的消耗与减排,二是考虑电能的消耗。
  本文以华泰氯碱厂电解装置为例,基于离子膜电解装置的工艺原理,对现有工艺装置进行研究。结合华泰氯碱厂的装置运行现状,提出了影响本装置清洁生产的三个主要因素:1)盐水中硫酸根离子超标;2)二次盐水精制质量差;3)电解槽槽电压高,电耗高。基于以上现状,本论文进行了企业清洁生产相关的工艺研究:
  (1)设计膜法除硝工艺:通过实验装置验证纳滤膜对硫酸根的截留效果,研究冷冻单元的设计要点,通过整体装置的物料衡算来确定设备的选择参数。研究了膜法除硝实际运行的效果,取得了设计之初的预期目标。
  (2)研究二次盐水精制的工艺原理,对树脂塔再生工艺进行两次改进。重点研究二次改进的工艺设计和理论计算,将二次盐水精制的钙镁指标控制在0.001~0.004mg/l之间,在废水减排方面也有很大的优势。
  (3)研究电解槽本身结构对电能消耗的影响,主要研究离子膜本身电压降和阴阳两极极间距。重点进行了电解槽膜极距改造实验工作。通过单片电解槽实验和整台电槽实验,槽电压下降160mV,效果显著。膜极距项目完成后,我们对相应的工艺控制进行了改善研究,有效降低了槽电压,提高了电流效率,提升了烧碱产品的质量。

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