1、 1 湖南石油化工职业技术学院 毕业设计（论文） 课题名称： 年产 30 万吨氢氧化钠 设计时间： 2014年 9 月 系 部： 石化技术工程系 班 级： 应化 3121 姓 名： 学 号： 指导教师： 饶维 2 目录 年产 30 万吨氢氧化钠毕业设计 . 4 摘 要 . 4 第一章 概 述 . 6 1.1 产品介绍 . 6 1.2 相关用途 . 6 1.3 相关性质 . 8 1.4 制作方法 实验室法 . 11 1.5 测定相关 . 12 1.6 关于储存 . 14 1.7 环境影响 . 14 1.8 应急处理 . 15 1.9 产业信息 . 16 1.10 其他信息 . 17 第二章 烧碱
2、的制备原理 . 19 2.1 烧碱的制备原理 . 19 2.2 离子膜电解槽 . 19 2.3 制固体烧碱 . 20 2.4 生产原理 . 22 2.4.1 离子膜烧碱片碱工段概述 . 22 2.5 膜式方法生产烧碱可以分为两个阶段 . 22 2.5.1 下降的沸腾传热过程 . 22 2.6 工艺流程及其简述 . 24 2.6.1 除水及附属设备说明 . 24 2.6.2 预浓缩 . 24 2.6.3 最终浓缩器 . 25 第三章 物料衡算及能量衡算 . 26 3.1 物料衡算 . 26 3.1.1 电解工段电解槽内的物料衡算 . 26 3.1.2 CL2处理岗位物料衡算 . 29 3.1.3
3、 淡盐水脱氧岗位物料衡算 . 36 3.2 能量衡算 . 39 3.2.1 HE-301 的能量衡算 . 39 3.2.2 HE-501 的能量衡算 . 41 3.2.3 HE-502、 FT-501 的能量衡算 . 44 3.2.4 干燥塔的能量衡算 . 46 3.2.5 能量衡算表 . 47 3.3 一段洗涤塔的物料衡算 . 48 3.3.1 一段洗涤塔的物料衡算基准 . 48 3.4 一段洗涤塔热量衡算 . 50 3.4.1 入塔气体带入热量 . 50 3.4.2 冷却水带出的热量 . 50 3.4.3 出塔器气体带出热量 . 50 3.4.4 一段洗涤塔的热量守恒的计算 . 51 3
4、3.4.5 一段洗涤塔热量衡算表 . 51 3.5 二段洗涤塔的物料衡算 . 52 3.5.1 物料衡算的计算依据 . 52 3.5.2 物料衡算的计算 . 52 3.6 二段洗涤塔的热量衡算 . 53 3.6.1 二段进塔气体热量的计算 . 53 3.6.2 冷却水带出热量的计算 . 53 3.6.3 二段出塔气体热量的计算 . 54 3.6.4 二段洗涤塔的热量守恒的计算 . 54 3.6.5 二段洗涤塔热量衡算表 .54 第四章 主要设备设计 和选型 . 56 4.1 主要设备装置 . 56 4.1.1 离子膜电解槽 . 56 4.1.2 蒸发器 . 56 4.1.3 浓缩器 . 57
5、4.1.4 片碱机 . 57 4.1.5 熔盐炉 . 57 4.2 其他设备说明 . 57 4.2.1 封头及法兰的选用 . 57 4.2.2 U 形膨胀节 . 58 4.2.3 管板的设计 . 59 4.2.4 支座的设计 . 59 4.2.5 蒸汽冷凝器的设计 . 60 4.2.6 折流板的选用 . 60 4.2.7 防冲板的位置和尺寸 . 61 4.2.8 液体分布器 . 61 4.2.9 除沫器 . 62 4.3 设备一栏表 . 62 第五章 主要污染物排放情况及治理措施 . 64 5.1 废水（废液） . 64 5.2 废气 . 65 5.3 废渣 . 66 5.4 噪声 . 66
6、5.5 对氯碱生产中的 “三废” 进行综合治理和利用 . 66 5.6 以下为关于烧碱“三废”治理的举例 . 67 5.7 以下为两种较清洁的制备烧碱工艺 . 70 5.7.1 利用海水制备烧碱的方法 . 70 5.7.2 采用氨镍法制备烧碱 . 70 附录 . 72 附录 1（第 3 章） . 72 4 年产 30 万吨氢氧化钠毕业设计 摘 要 本次设计的课题项目是年产 30 万吨 48%的氢氧化钠，采用的方法是离子膜交换电解法。它生产的氢氧化钠浓度高，占用空间小，操作简单。而且污染比较小，在企业利益方面，这种方法很实用。可以节约成本，生产的烧碱直接可以作为产品出售。但是，这种方法对于精制盐
7、水有很高的要求，需要两次精制，它采用的电解槽具有选择透过性。出 口的粗碱浓度可达 30-34%左右，再经过蒸发就可以得到用户所需的成品碱。这种生产方法具有强的竞争力，它必将成为当前的主力军市场前景很好。 本次设计的主要内容就是介绍离子膜法的工艺流程，一次盐水的精制，二次盐水的精制，电解设备的简介。重点工序则是烧碱溶液的浓缩工段，是将 30.6%的碱溶液浓缩到 48%的成品。包括设备的计算和选型，并且会至相关重点的设备，总之，本次设计较为全面的介绍了离子膜工艺 关键字 ： 离子膜法、电解槽、蒸发、烧碱 With an annul output of 300,000 tons of caustic
8、 soda project design Abstract The project designed to issue an annual output of 300,000 tons of caustic soda 48 percent, the method used is the ion exchange membrane. Ion exchange membrane of the law than the exorbitant and metal anodes law, and the production of its high concentration of caustic so
9、da, space small,easy to operate. And pollution is relatively small, in the interests of enterprises , this method is very useful, Can save costs,direct production of caustic soda can as the product sold. However, this method of refined salt water has a high demand, refining needs two, its a cell thr
10、ough sexual selection, The concentration of have crude exports up 30 to 34 percent, to the evaporation can be required by the user base of the finished product. production method has strong competitiveness, it will become the main force, market prospects good. This designs primary coverage is introd
11、uced that ion membrane method craft and flow, including to raw material salt request, Introduced a salt water purification with emphasis, two salt water purification, electrolysis equipment synopsis. The key working procedure is burns the alkaline solution the concentration construction section, is
12、concentrates 30.6% lye to 48% end 5 products. Including equipment computation and shaping, and draws up the related key equipment, in brief, this design more comprehensive introduction ionic membrane carft. Key worrd : ion exchange membrane, Electrolyzer , Evaporation , Caustic soda. 6 第 1 章 概 述 1.1
13、：产品介绍 NaOH 是一种常见的重要 强碱 。其固体又被称为烧碱、火碱、片碱、苛性钠等，它是一种白色固体，有 吸水性 ，可用作 干燥剂 ，且在空气中易潮解（因吸水而溶解的现象，属于 物理变化 ）；溶于水，同时放出大量 热。易溶于水，其水溶液呈强碱性，能使酚酞变红。氢氧化钠在空气中易吸收 水蒸气 ，对其必须密封保存，且要用橡胶 瓶塞 。它的溶 液可以用作洗涤液。其液体是一种无色，有涩味和滑腻感的液体。 中文名 氢氧化钠 相对分子量 40.01 化学品类别 无机强碱 密 度 2.130 g/cm3 危险品运输编号 UN 1824 8/PG 2 CAS 登录号 1310-73-2 沸 点 1388
14、 C (1663 K) 熔 点 318 C (591 K) 外 观 片状或颗粒 英文名 Sodium hydroxide 安全性描述 腐蚀品 . 外文名 Sodium hydroxide (lye、 caustic soda) 化学式 NaOH 管制信息 受管制 碱 性 强碱性 别 称 烧碱、火碱、苛性钠、哥士的 水溶性 111 g (20 C) 闪 点 176-178 C 分子量 39.9971 EINECS 登录号 215-185-5 危险性符号 36/38-35-34 氢氧化钠（ sodium hydroxide)（腐蚀），也称苛性 苏打 ，俗称火碱、烧碱、苛性钠，为白色固体。 该品根据
15、 危险化学品安全管理条例 受公安部门管制。 1.2 相关用途 7 氢氧化钠氢氧化钠的用途十分广泛，在化学实验中，除了用做试剂以外，由于它有很强的吸水性和潮解性，还可用做碱性干燥剂。氢氧化钠在国民经济中有广泛应用，许多工业部门都需要氢氧化钠。使用氢氧化钠最多的部门是化学药品的制造，其次是造纸、炼铝、炼钨、 人造丝 、 人造棉 和肥皂制造业。另外，在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠、水的电解以及无机盐生产中，制取 硼砂 、 铬盐 、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。 化学工业 2 氢氧化钠的特性决定了这一产品在大量的化学反应中是不可缺少的重要物质。氢氧化钠是生产 聚碳酸
16、酯 ，超级吸收质聚合物， 沸石 ，环氧树脂， 磷酸钠 ，亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。 吸收二氧化碳气体 中性，碱性气体中混有 CO可用下面的反应除杂 CO+2NaOH = NaCO+HO 纸浆和造纸 氢氧化钠在造纸工业中发挥着重要的作用。由于 其碱性特质，它被用于煮和漂白纸页的过程。 食品工业 8 氢氧化钠可以被广泛使用于下列生产过程： 容器的清洗过程；淀粉的加工过程；羧甲基纤维素的制备过程； 谷氨酸 钠的制造过程。 人造纤维和纺织 在纺织工业中，氢氧化钠被用于纤维的最终处理和染色。主要用途 ：丝光处理法人造纤维。 冶金术 氢氧化钠被用于处理 铝土矿 ，在铝土矿中含有氧化铝，铝金属即存
17、在于氧化铝中。由于工艺技术的提高，氧化铝（ 矾土 ）是世界上使用第二多的金属。 氢氧化钠还被用于生产 锌合金 和锌锭。 肥皂和洗涤 氢氧化钠一直被用于传统的生活用途，直到今天，肥皂、香皂和其它种类的洗涤用品对烧碱的需求量依然占烧碱的 15%左右。主要用途 ：肥皂：制造肥皂是烧碱最古老和最广泛的用途，在制造肥皂的过程中，烧碱被用来中和脂肪酸。洗涤剂：氢氧化钠被用于生产各种洗涤剂，甚至如今的洗衣粉也是由大量的烧碱制造出来 的，烧碱被用于硫化反应后对过剩的 发烟硫酸 进行中和。 食品生产 在食品生产中，氢氧化钠有时被用来加工食品。氢氧化钠甚至是一道名菜的必要调料。注意，此时氢氧化钠的使用是严格控制的
18、；而一些不法商贩会过量使用氢氧化钠从而使食品更“好看”，但这样的食品能致病。 1.3 相关性质 物理 氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体。其水溶液有涩味和滑腻感。 密度： 2.130g/cm,熔点： 318.4 ,沸点： 1390 9 溶解性：极易溶于水、甲醇、乙醇以及甘油。（氢氧化钠具有 吸水性 和潮解性） 氢氧化钠在水中的溶解度如下： 氢氧化钠溶解度 温度（ C） 溶解度（ g） 0 42 10 51 20 109 30 119 40 129 50 145 60 174 70 299 80 314 90 329 100 347 分子量： 40.01 化学 氢氧化钠氢氧化钠于水中会完全解离成钠
19、离子与 氢氧根 离子，所以它具有碱的通性。 它能与 指示剂 发生反应： 氢氧化钠溶液通常遇 石蕊 试液变蓝，遇酚酞试液变红 它可与任何 质子 酸进行酸碱中和反应，以盐酸为例： NaOH + HCl = NaCl + HO 同样，其溶液能够与盐溶液发生 复分解 反应： NaOH + NHCl = NaCl +NH HO 10 2NaOH + CuSO= Cu(OH) + NaSO 2NaOH+MgCl= 2NaCl+Mg(OH) 另外，于许多的有机反应中，氢氧化钠也扮演着催化剂的角色，其中，最具代表性的莫过于皂化反应： RCOOR + NaOH = RCOONa + ROH 之所以氢氧化钠于空气
20、中容易变质，是因为空气中含有二氧化碳： 2NaOH + CO = NaCO + HO 倘若持续通入过量的二氧化碳，则会生成 碳酸氢钠 ，俗称为 小 苏打 ，反应方程式如下所示： NaCO + CO + HO = 2NaHCO 同样，氢氧化钠能够与像二氧化碳等酸性氧化物发生如上反应： 2NaOH + SO（微量） = NaSO + HO NaOH + SO（过量） = NaHSO（生成的 NaSO和水与过量的 SO反应生成了 NaHSO） 氢氧化钠对玻璃制品有轻微的腐蚀性，两者会生成 硅酸钠 （ sodium silicate），使得玻璃仪器中的活塞黏着于仪器上。如果以玻璃容器长时间 盛装热的氢氧化钠溶液，会造成玻璃容器损坏。 两性金属会与氢氧化钠反应生成氢气， 1986 年，英国有一 油罐车 误装载重量百分率浓度为 25%的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠便与 油罐 壁上的铝产生化学变化，导致油罐因内部压力过载而永久受损，反应方程式如下所示： 2Al + 2NaOH + 2HO = 2NaAlO + 3H
