离子膜烧碱电解装置清洁生产工艺研究

发布时间：2017-08-09 07:36

  本文关键词：离子膜烧碱电解装置清洁生产工艺研究

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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。
【关键词】：离子膜电解 盐水精制 膜极距 清洁生产 能耗
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ114.262;X38
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• abstract7-9
• 符号说明9-18
• 第一章 离子膜烧碱综述18-32
• 1.1 烧碱行业概述18-19
• 1.1.1 烧碱行业的发展18-19
• 1.2 离子膜烧碱清洁生产技术的发展19-21
• 1.2.1 石墨阳极水银电解法制烧碱19
• 1.2.2 金属阳极隔膜电解法制烧碱19-20
• 1.2.3 阳离子交换膜电解法制烧碱20-21
• 1.3 中国离子膜烧碱技术的研究与发展21-23
• 1.3.1 引进阳离子交换膜电解法制烧碱技术21
• 1.3.2 复极式强制循环电解槽制碱技术21-22
• 1.3.3 单极式自然循环离子膜电解槽制碱技术22
• 1.3.4 高电密复极式自然循环离子膜电解槽制碱技术22-23
• 1.3.5 复极式自然循环膜极距离子膜电解槽制碱技术23
• 1.4 离子膜烧碱生产工艺及评价指标23-26
• 1.4.1 离子膜电解制烧碱的基本原理23-24
• 1.4.2 离子膜电解槽的结构24-25
• 1.4.3 阳离子交换膜的结构25
• 1.4.4 电流效率指标分析25-26
• 1.4.5 槽电压指标分析26
• 1.4.6 电解电耗指标分析26
• 1.5 影响电解装置清洁生产的因素26-30
• 1.5.1 二次盐水中杂质的影响27-28
• 1.5.2 阳极PH值的影响28
• 1.5.3 阳极液浓度的影响28-29
• 1.5.4 阴极液浓度的影响29
• 1.5.5 操作温度的影响29-30
• 1.5.6 压力压差的影响30
• 1.5.7 副产物ClO_3~-的影响30
• 1.6 研究的目的和意义30-31
• 1.7 本章小结31-32
• 第二章 华泰氯碱厂离子膜电解系统32-40
• 2.1 华泰氯碱厂离子膜电解装置概况32-34
• 2.1.1 一次盐水精制32
• 2.1.2 淡盐水除硝32-33
• 2.1.3 二次盐水精制33
• 2.1.4 电解槽循环过程33-34
• 2.1.5 淡盐水脱氯34
• 2.2 目前装置存在的问题34-39
• 2.2.1 盐水中SO_4~(2-)含量高34-36
• 2.2.2 树脂塔再生程序设计不合理,盐水Ca~(2+)、Mg~(2+)超标36-37
• 2.2.3 直流电耗高,槽电压偏高37-39
• 2.3 本课题的提出及研究内容39-40
• 第三章 除去盐水中硫酸根离子工艺设计40-50
• 3.1 膜法除硝装置设计40-44
• 3.1.1 膜分离技术原理及膜元件选择40-41
• 3.1.2 纳滤膜元件脱除SO_4~(2-)实验41-42
• 3.1.3 冷冻单元设计42-43
• 3.1.4 膜法除硝设计要点分析43-44
• 3.2 膜法除硝工艺流程44-45
• 3.3 膜法除硝产能与设备设计45-47
• 3.3.1 产能计算46
• 3.3.2 设配套设备与物料平衡46-47
• 3.4 装置运行分析研究47-49
• 3.4.1 经济性分析47-48
• 3.4.2 运行性分析48-49
• 3.4.3 工艺先进性分析49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 二次精制盐水质量提升工艺改进措施50-64
• 4.1 螯合树脂的工作及再生原理50
• 4.2 改进的目的50-52
• 4.2.1 原树脂塔精制工艺操作叙述50-51
• 4.2.2 原设计步骤中存在的问题51-52
• 4.3 一次改进的方案52-54
• 4.4 一次改进后的问题54-55
• 4.5 改进工艺的设计55-59
• 4.5.1 设计树脂塔流程和再生工艺55-56
• 4.5.2 物料计算56-58
• 4.5.3 最佳再生周期计算58
• 4.5.4 设置树脂塔清洗方案58-59
• 4.6 改进的效果59-63
• 4.6.1 二次盐水质量提升60
• 4.6.2 减少消耗对比60-62
• 4.6.3 经济成本对比62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第五章 电解槽膜极距改造工艺研究64-84
• 5.1 电解槽存在问题分析64-66
• 5.1.1 离子膜电压降分析64-65
• 5.1.2 极间距分析65-66
• 5.2 电解槽结构改进方案66-71
• 5.2.1 单片实验对比66-69
• 5.2.2 整槽实验对比69-70
• 5.2.3 整体极距电解槽数据分析70-71
• 5.3 膜极距技术工艺改善控制71-79
• 5.3.1 阴极补水对槽电压的影响71-73
• 5.3.2 反向压差对槽电压的影响73-76
• 5.3.3 反向电流对槽电压的影响76-77
• 5.3.4 阳极提前加酸77-78
• 5.3.5 温度对槽电压的影响78
• 5.3.6 阴极洗槽液对槽电压的影响78-79
• 5.4 膜极距电解槽运行效果分析79-82
• 5.4.1 降低单元槽槽电压79
• 5.4.2 降低出槽游离氯和氯中含氧79-81
• 5.4.3 降低电耗,提高电流效率81
• 5.4.4 提高碱产品质量81-82
• 5.5 综合节能效益计算82
• 5.6 本章小结82-84
• 第六章 结论84-85
• 参考文献85-88
• 致谢88-89
• 作者与导师简介89-90
• 附件90-91

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本文编号：644130