摘 要

烧碱作为最基本的化工原料，用途十分广泛，可以用于造纸，印染，医药，水处理等各种制造业。因其广泛的需求和市场，本次设计具有重要的应用价值与意义。随着世界科学技术的发展，生产烧碱的方法也逐渐更新变化，从早期的苛化法、隔膜电解法和水银电解法发展到最新的离子膜制碱法。

本文选用离子膜制碱法，设计生产目标为年产10万吨的烧碱生产工艺。

本次设计的主要内容是对于对产品性能及氯碱行业的发展进行简要的介绍、确定最佳的工艺方法和路线并进行优化、进行工艺计算、主要设备选型、车间布置、三废处理和经济性评价。最后绘制工艺流程图、设备装配图、车间布置图等相关的图纸。

关键词：烧碱；工艺设计；离子膜法；

Abstract

Caustic soda, as the most basic chemical raw material, is widely used.. It can be used in various manufacturing industries such as papermaking, printing and dyeing, medicine, and water treatment. Because of its wide demand and market, this design is of great significance. With the development of science and technology in the world, the method of producing caustic soda has also been gradually updated, from the early causticization method, diaphragm electrolysis method and mercury electrolysis method to the latest ion membrane alkali production method.

In this paper, the ionic membrane caustic soda method is selected, and the design and production goal is a caustic soda production process with an annual output of 100,000 tons.

The main contents of this design are: a brief introduction to product performance and the development of the chlor-alkali industry, determining and optimizing the best process methods and routes, performing process calculations, main equipment selection, workshop layout, three waste treatment and economics Sexual evaluation. Finally, draw relevant drawings such as process flow chart, equipment assembly drawing, workshop layout drawing and so on.

Key words: Caustic soda; process design; ionic membrane method;

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 前言 1

1.1 产品介绍 1

1.2 氯碱行业 1

1.2.1 行业现状 1

1.2.2 未来发展的趋势 2

1.3 本次设计的主要内容 2

1.4烧碱的生产方法 2

1.4.1 生产方法介绍 2

1.4.2 生产方法的确定 4

1.5 工艺流程简述 5

1.5.1 工艺步骤 5

1.5.2 盐水精制 5

1.5.3 电解工艺 6

1.5.4 淡盐水脱氯及膜法除硝 7

1.5.5 氯气、氢气处理 7

1.6 工艺优化 8

第2章 工艺计算 9

2.1 电解槽的工艺计算 9

2.1.1物料衡算 9

2.1.2能量衡算 12

2.2 一次盐水精制的物料衡算 15

2.2.1 加入原盐的计算 15

2.2.2对循环淡盐水以及粗盐水的计算 15

2.2.3各杂质的去除 16

2.2.4溶液的pH的调节 18

2.2.5损失量及循环量的计算 18

2.2.6对水的计算 19

2.3氢气洗涤塔工艺计算 20

2.3.1物料衡算 20

2.3.2能量衡算 20

2.4 氯气冷却器工艺计算 22

2.4.1 物料衡算 22

2.4.2能量衡算 22

第3章主要设备的选型与计算 25

3.1设备选型原则 25

3.2电解槽的选取 25

3.2.1单极式与复极式比较 25

2.2.2 离子膜电解槽n-BiTAC 26

3.3 氢气洗涤塔的设计 27

3.3.1 进出塔物料流量的计算 27

3.3.2 空塔气速的计算 27

3.3.3塔径的计算及校核 29

3.3.4 喷嘴数量及塔高的确定 29

3.3.5 筒体厚度及管径的选择 29

3.4 钛冷却器的设计 30

3.4.1设计依据 30

3.4.2工艺计算 31

第4章 车间布置 32

4.1 车间布置设计的依据 32

4.1.1 需遵守的设计规范和规定 32

4.1.2 车间布置的要求 32

4.2 车间布置设计内容 32

4.2.1 车间组成 32

4.2.2车间整体布置方案 33

4.2.3车间设备布置方案 33

第5章 环境保护 34

5.1废气处理 34

5.2 废液处理 34

5.3 废渣处理 34

第6章 经济性评价 35

6.1成本估算 35

6.1.1 固定资产费用 35

6.1.2 成本费用估算 35

6.2 产品销售及利润 37

6.2.1 产品销售及销售税金 37

6.2.2 利润 37

第7章 结论 38

参考文献 39

致 谢 40

第1章 前言

1.1 产品介绍

氢氧化钠，俗称烧碱、火碱、苛性钠。英文名称为Sodium hydroxide。固体颗粒为无色透明晶体。易溶于水，其溶液具有强碱性和强腐蚀性，能够与酸发生中和反应，与卤素发生歧化反应，与铝等金属反应析氢；对皮肤、织物、纸张等具有腐蚀作用。氢氧化钠的性质较为稳定，但易发生潮解，与CO₂反应生成CaCO₃。并且还易溶于乙醇、甘油，不溶于丙酮、乙醚。氢氧化钠的具体物性数据见表1.1

表 1.1 氢氧化钠物性数据

烧碱是化工生产的基础化工原料，主要用作造纸、印染、冶金、医药、水处理、石油工业等制造业。（1）在造纸、纤维素浆粕的生产中，烧碱可以作为蒸煮液来除去木质素，树脂等并且中和有机酸；（2）印染业中用烧碱可以去除棉纱和羊毛上面油脂；（3）化学工业上用于生产硼砂、制备金属钠、电解水等；并且通过中和反应，减少污水的硬度进而处理工业污水；（4）石油工业用于精炼石油制品，由于为了除去馏分中的胶质，先用酸洗，后需要用烧碱洗，最后再水洗。

1.2 氯碱行业

1.2.1 行业现状

近些年，科技与经济的发展带动了氯碱产业的发展，工艺生产经历了由最初的苛化法、水银法、隔膜法发展到现在的离子膜法。目前我国采用离子膜法制取烧碱的比例达95%，产能较高的省份有山东、江苏等。生成的烧碱主要用作造纸、印染、冶金、医药、水处理、石油工业等制造业^[1]。我国氯碱企业的数量不断的增加，这也相应的增加了市场的竞争力，从而导致了市场的格局发生的变化，交易方式也变的更加多样化。科技的发展促使生产的工艺也不断的优化。但是有些小型企业为了顺应市场的需求，获得高利润，不惜以牺牲环境为代价，对环境也造成了相对严重的污染，节能环保有待进一步的提升。虽然科技进步促进了我国氯碱行业的发展，但是与发达国家相比还是有一定的差距，氯碱生产的核心设备主要是从国外进口，生产成本过高。自2020年初至今，受新冠肺炎疫情影响，行业运行的不确定性因素增加，企业经营较为困难，面临下游消费启动滞后、市场低迷、出口市场观望等状况，行业面临着众多因素的挑战^[3]。

1.2.2 未来发展的趋势

全球性竞争发展，随着经济全球化的不断发展，氯碱行业的竞争，不仅仅再是国内的同行之间的竞争，更要与国外的大型氯碱企业相竞争。因此绿色化发展显得尤为重要，绿色发展不仅节能环保，有利于提升氯碱企业的竞争力，而且能够促使资源合理的分配，占据更大的市场空间。加强技术创新发展，降低生产成本，氯碱产品的生产有严格的标准，产品的性质都相差不大，因此更需注重价格问题，通过技术创新，降低生产成本来降低销售价格，在激烈的市场竞争中，能够取得很大的优势，有利于企业的发展。

1.3 本次设计的主要内容

通过查阅相关资料，了解生产烧碱的各种方法。对这些方法进行比较，选择合适的制碱方法，并且对该方法进行相应的设计优化，主要内容包括以下方面：