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40万t/a离子膜法烧碱项目设计改进

更新时间:2009-03-28

金川集团股份有限公司化工厂40万t/a离子膜烧碱项目分2期建设,第1期20万t/a项目于2009年9月正式投产,第2期20万t/a项目于2012年开始可研、设计。针对第1期装置工艺设备运行中出现的问题,研究采取了相应的解决措施,优化改进了第2期装置的工艺设计,取得了良好的效果。

1 盐水工序

1.1 盐库及化盐池

针对第1期密闭厂房冬季易产生蒸汽造成设备腐蚀的问题,第2期采用半敞开式,设计了屋脊通风器。因第1期化盐池存在易积泥、利用率不高、布水偏流等问题,第2期设置了3个半地下式化盐池,并将化盐池由第1期2台6 000 mm×8 000 mm改为3台4 000 mm×6 000 mm,适当缩小化盐池的截面积、提高水流比,有利于铲运机上盐,化盐池内盐泥随盐水一同流出。第2期布水管采用“日”字形均布[1],每根布水管安装菌帽,有效防止盐泥进入布水管内造成堵塞而降低化盐效率,还便于生产运行、检修和维护,提高了对原盐的适应能力。

油菜叶片在不同生育时期呈现不同的形态,主要包括长柄叶、短柄叶和无柄叶3种类型。选用3种类型油菜叶片在室内和户外环境下的图像,如图2(a)4幅图像所示。利用本文方法所提取的结果(为便于观察,将叶脉图像作求补运算)如图2(b)4幅图像所示。

1.2 化学品库及精制剂设备配置

(1)第1期化学品溶解采用地下溶解槽,存在输送泵上液不畅、溶解槽效率低等问题。

(2)第2期对第1期装置进行了改造。将第1期3个溶解槽改为4 000 mm×4 800 mm×2 200 mm地下溶解池,并分别配置机械搅拌,碳酸钠池顶部增设吸尘装置,改善了环境。溶解池采用瓷砖防腐、顶部封闭,池内设计了风管搅拌和蒸汽加热,采用“离心泵+自引罐”输送,提升了化学品试剂的溶解效率。

(3)将亚硫酸钠、碳酸钠储罐分别改为5 000×6 000 mm不锈钢储罐,三氯化铁储罐改为PVC/FRP储罐。

2.1.1 电解槽压差调控装置

1.3 盐水过滤及预处理器

(1)一次盐水采用“预处理+膜过滤”工艺,盐水品质好。因使用3个产地的原盐,Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质含量相对高(见表1),对第2期项目预处理器的能力、排泥方式进行了技术改造。设计了2台15 500 mm×18 411 mm、容积1 924 m3的预处理器,盐水处理能力增大到350 m3/h,将原有的渣池和滤液池合并,增大了渣池容积。亚硫酸钠、盐酸高位槽由6 m3改为13 m3,两期共用。

本研究显示我院慢阻肺首次确诊重度及以上比例约为50%,慢阻肺平均错失早期诊断时间中位数为3年。慢阻肺患者年龄、错失早期诊断时间与疾病严重程度相关,年龄越大,错失早期诊断时间越长,疾病越严重。

 

表1 2012年112月原盐中各组分质量分数统计表(平均值)Table 1 Average mass fraction of each component in raw salt between January and December 2012 %

  

成分w(NaCl)w(Ca2+)w(Mg2+)w(SO2-4)w(水分)w(不溶物)设计值≥94≤0.30≤0.20≤1.0≤1.9≤1.5内蒙古94.780.330.041.530.941.38甘肃94.960.200.120.581.210.99青海95.320.170.110.483.091.08

(2)第1期预处理器运行中出现中心筒易积泥、频繁返混的问题。第2期在中心筒设置排泥管,可根据生产需要随时将中心筒内的积泥排出,在检修时能使中心筒与预处理器内的液位同时下降,避免了因预处理器排水不当导致内部压力增加而破坏防腐结构。

STEM教育从根本上想要培养适应社会、思维活跃的创新型人才,因此,在教学过程中通过实际问题及情境的设置,帮助学生更早地接触到专业性的活动,启发学生找到职业兴趣所在,进而进行职业规划。在教学活动中建构在社会中可能遇到的问题,使得学生较早地意识到自身未来的社会价值,自主探索专业知识的同时,培养创新思维,提升职业素养。

1.4 渣池的改进

与第1期装置相比,脱硝淡盐水预处理进行了如下改进。①采用“高位槽+自动阀+流量计”盐酸、亚硫酸钠稳定加入工艺,保证压力稳定;②采用两级加酸调节pH值,实现酸水混配、强制紊流、梯度加酸的功能,pH值调节可控性高;③增加了二级式余氯去除装置,利用活性炭、亚硫酸钠有效去除盐水中的余氯,防止氧化纳滤膜;④使用膜法透过液和工业冷却水冷却盐水,一级钛板换热器利用膜法透过液作为冷源进行交换;一级换热后的冷盐水经过二级钛板换热器换热至工艺温度,二级换热的冷源为工业冷却水,降低能源消耗。

1.5 后反应槽的改进

2.1.3 电解槽隔离装置

通过单因素试验研究蔗糖添加量、黄精浸提液添加量、发酵时间和发酵温度对黄精酸奶质构和感官品评的影响,筛选出适宜的发酵参数,且得出酸奶稠度和坚实度的质构测量数据与感官评分具有较好的相关性。在单因素的基础上通过正交试验优化了黄精酸奶的发酵工艺条件为蔗糖添加量6%,黄精浸提液添加量0.6%,发酵温度42℃,发酵时间7.5 h。

第2期对后反应槽的结构、混合形式进行改造。在顶部周围设置了折流槽,Na2CO3先经折流槽混合均匀进入后反应槽;在后反应槽下部设置强制循环泵,使盐水与精制剂充分混合,延长了有效反应时间,反应完全,提高了Ca2+的去除率,降低了过滤精盐水的过碱量。

1.6 二次盐水精制

二次盐水单元设计采用“2+1”树脂塔工艺流程,两塔串联,一塔再生,由DCS实现自动切换运行,见图1。

第1期二次盐水树脂塔运行中,塔内压力大导致塔中树脂破碎量较大;盐水由树脂塔直接进入高位槽,树脂塔出现问题后没有缓冲能力。第2期在树脂塔后增设了超纯盐水储槽,盐水经树脂塔进入储槽,再经超纯盐水泵输送至高位槽,降低了树脂塔内运行压力,保证了安全运行。

2 电解工序

2.1 电解装置

电解单元设计8台高电流密度复极式电解槽,单台电解槽生产能力2.5 万t/a,优化了工艺,减少了占地面积,节省了投资。

例2:公司贯彻“以信息、安防、节能环保等三大科技产业为主业,以金融投资和科技园建设为两翼,主业突出,两翼齐飞”的“一主两翼”发展方针。

国内齿圈热处理主要应用高频感应淬火工艺,但是因感应器的结构会带来不同的淬硬效果。通常齿圈上下两端面的淬硬层深度相同,即两端面的淬硬层硬度也相同,硬度高了就会产生齿心部脆易断裂的缺陷,大大降低齿的耐用性。在齿圈的实际工作时,仅仅与啮合齿轮接近的端面受较大的冲击,而与飞轮连接贴合的端面应该保持较软具有缓冲的功用最佳。这样归结起来就是齿面硬、齿心部相对较软才是最佳的齿圈淬火状态,倒梯形结构的淬火感应器可以达到这个“外硬内软”的理想状态。

在氯氢总管上分别设置2台压差变送器,氢气与氯气自动调节阀串级控制。与传统的氯氢压差控制方式相比,氯氢压力取值更可靠,能通过DCS更真实地获取氯氢总管的压差,避免因某个压力变送器或差压器信号错误而导致系统误操作,保证系统及时连锁停车,提高了运行的可靠性。

  

图1 二次盐水工艺流程图Fig.1 Process flow of secondary refining brine

2.1.2 电解加酸工艺

第1期电解槽加酸与脱氯、树脂塔再生用酸共用一套加酸装置,相互影响,导致电解槽加酸流量、脱氯pH值不稳定。

第2期电解槽加酸与第1期统筹考虑,氯酸盐分解、树脂塔再生、脱氯塔与电解槽加酸装置分开,分别设置质量分数31%、17%盐酸储槽及盐酸泵。改进后氯酸盐分解、脱氯塔用酸与树脂塔再生、电解槽加酸不再相互影响,有效稳定了电解槽的加酸量和脱氯淡盐水的pH值。

第1期后反应槽内定点加入Na2CO3,存在Na2CO3分布不均、反应不完全,盐水过碱量高、试剂消耗大,盐水中Ca2+阶段性超标问题。

连贯,字面意思就是“连接贯通”;还有一层意思就是“说话、文章等意思贯通,逻辑清楚”[1].连贯性,在国内被谈及较多的是“教育的一致性和连贯性原则”,这是德育原则之一,中小学之间、初高中之间、中学大学之间、各年级之间,都有衔接问题;种种衔接就必定要求德育工作保持连贯性,从而使学生能在有目的、有计划、有层次的教育中健康成长[2].课程连贯性倾向于知识逻辑层面的连接贯通.基于课程连贯性的研究目前在国内并不多见,更多地是以课程编制原则的形式呈现,缺乏微观层面的深入分析和界定[3-4].课程连贯性的研究在国外(尤其是美国)多是出现在国家课程的编制过程中,但是仍以质性界定为主[5].

针对第1期单台电解槽故障须检修时,隔离过程压力难以控制的问题,第2期设计了一种用于电解槽隔离泄压的装置(见图2)。

学校领导班子高度重视未成年人思想道德教育工作,成立了未成年人工作领导小组,制定了《学校加强未成年人思想道德建设工作方案》,对学校未成年人的思想道德建设工作进行总体规划,明确了责任、夯实了任务。学校成立了未成年人思想道德教育活动小组,开展日常教育活动。领导小组定期召开未成年人思想道德教育研讨会,学习各项政策法规,了解学校未成年人思想道德的建设情况,督促各教育活动小组开展日常教育工作,为开展未成年人思想道德建设工作提供了强有力的组织保障。

第1期氯酸盐分解系统中,淡盐水经淡盐水循环泵送至板式换热器加热到95 ℃,加酸调节pH值后送至氯酸盐分解槽,氯水溢流至氯水槽,经氯水泵输送至脱氯塔内。因氯水槽收集氯气洗涤、脱氯真空泵冷凝水、阳极循环取样检测水,运行中氯水泵常出现气缚、不上液等,导致氯水槽冒槽等。

  

1—氢气进气管;2—氢气水封溢流管;3—氢气水封溢流管U形弯水封;4—氢气排气管;5—氢气水封进水管;6—氢气水封筒体;7—水封排水阀门;8—水封排水管;9—水封排水管;10—水封底座筋板;11—水封底座;12—氢气排气管;13—氢气水封进水管;14—氢气水封筒体;15—氢气进气管;16—氢气水封溢流管;17—氢气水封溢流管U形弯水封图2 电解槽隔离装置工艺原理图Fig.2 Schematic diagram of a device for electrolyzers isolation

2.2 正负压水封

第1期电解系统运行中,90%以上的连锁停车均由氯氢压差超标导致。第2期在电解至氯气处理总管上设置了正负压安全水封,稳定了氯氢压差,氯气压力能控制在工艺指标内。

每接手一个新的班级,班主任都应该组织学生选举班干部,班干部的产生途径有许多种,但不论采用何种办法,总是要慎重选拔各方面表现都特别突出的学生,形成强有力的班干部队伍,并明确其工作职责,让其成为班级管理的参与者,发挥“小助手”的作用。虽然在刚开始的时候需要班主任抽出一部分精力指导班干部工作,但在培养完成后,有了班委的带头引领,班主任的班级管理工作则会轻松许多。

2.3 氯酸盐分解与氯水系统

由图2可见:设置隔离电解槽用的氯气、氢气泄压水封,水封注满水时可以承受与电解槽相同的气相压力,氢气氯气水封压差为4 kPa,2台水封液位可同时下降。当水封气相与须隔离电解槽连通后,电解槽内阴阳极气相压力随着水封内液位的下降而降低,最终降至平压。操作过程中,电解槽内压力稳定,不会出现压力波动。该装置结构简单,解决了单台电解槽隔离对电解装置的冲击、损坏难题。

反应性水肿 对于体重偏重及不爱活动的中老年人来说,夏季是比较难熬的。受高温的影响,他们的皮肤血管会发生扩张,引起动脉血流量增加和毛细血管滤过压增高。此时若久坐不运动,就会导致体液渗透并积聚于皮下组织而肿胀。对此情况,一方面不必太过担心,炎热的夏天一过,自会好转;另一方面,积极减肥和适当运动也会很大程度上避免水肿。

第2期进行了改造,取消氯水槽,以阳极液排放槽代替氯水槽,并在阳极液排放泵出口增加板式换热器,对盐水加温至90 ℃后输送至脱氯塔;将氯酸盐分解槽和泵分别布置在脱氯框架上下层,避免了泵的气缚现象。使脱氯塔盐水温度保持在88~90 ℃,提高了脱氯效率,延长了生产检修时间,解决了输送泵的气缚问题。

2.4 阴阳极气相压力控制

第1期电解阴阳极气相压力设计值分别为40和44 kPa,当系统高负荷运行时意外跳车,泄压过程中容易造成较大的正负压差。第2期将阴阳极气相压力设计值降低至24和28 kPa,有效减小了意外跳车时造成的正负压差。

3 脱氯脱硝工序

3.1 脱硝工序

由于第1期原盐的含量偏高(设计值为质量分数1.5%),第2期选用HVM膜过滤器脱硝工艺,装置设计能力确定为1 300 kg/h,并将第1期淡盐水引入第2期装置,平衡生产操作。HVM膜和戈尔膜过滤器工艺参数比较见表2。

 

表2 HVM膜和戈尔膜过滤器工艺参数比较Table 2 Comparison of process parameters between HVM membrane filter and Gore membrane filter

  

过滤器材质花板材质过滤通量/[m3/(m2·h)]膜面积/m2精盐水SS质量分数/10-6膜孔径/μmHVM膜钢衬橡胶合金钢涂塑0.40.675≤10.2~0.5戈尔膜钢衬橡胶合金钢涂塑0.50.720≤0.50.2~0.5

第2期脱硝改进了调酸工艺。采用活塞计量泵在两个板式换热器前后经一、二级调酸度,使pH值稳定在6;不合格盐水返回配水,合格盐水通过膜组件除去硫酸根;在膜组件后加NaOH,使盐水偏碱性,以防止管道腐蚀,并将沉硝槽设在分离机上方,自压出料。

3.2 增设活性炭过滤器

第1期没有活性炭过滤装置,运行中由于盐水中游离氯、氯酸根超标,导致纳滤膜被氧化,降低纳滤膜的使用寿命。

第1期脱硝经膜法系统后浓缩液含Na2SO4 40 g/L。第2期设置2级膜过滤系统,脱硝一级膜法浓缩液含Na2SO4 60 g/L,再经二级浓缩,Na2SO4含量上升至80~100 g/L,浓缩后先定量调节pH值至8,再进入结晶槽,通过冷冻结晶后分离去除,提高富硝盐水中硫酸钠的浓度。

广西低碳城(镇)发展路径研究 ……………………………………………………………………………… 宋书巧 陈嘉妮(1/42)

3.3 淡盐水采用机械真空泵脱氯

淡盐水采用机械真空泵脱氯,真空度稳定,脱氯淡盐水含游离氯质量浓度不高于30 mg/L。

3.4 淡盐水预处理工艺改进

第1期渣池采用室内封闭式设计,存在造成渣池内风管堵塞、泵不上液等缺点。第2期渣池采用室外敞开、半地上式布置,增大了操作空间,避免渣池内积泥、堵塞风管,解决了自引罐、离心泵因负压过大而不上液等问题。

3.5 膜过滤系统

经过二级钛板换热器降温后的淡盐水进入活性炭过滤器,经其内部填装的椰壳滤料(活性炭颗粒),吸附水中有机物和游离氯,确保淡盐水余氯不超标,使纳滤膜的寿命提高至2年以上。

3.6 富硝盐水冷冻系统

第1期脱硝采用“列管式换热器+氟压机”冷冻工艺,结晶设置兑卤槽与沉硝槽,兑卤槽内盐水控制在-5~-3 ℃。运行中存在列管式换热器堵塞、腐蚀内漏、热损失大等问题。

第2期脱硝冷冻系统采用“板式换热器+冷水机组”冷冻工艺,用乙二醇为富硝盐水降温。根据板式换热器内富硝盐水压力自动反清洗,保证了换热效率。

4 氯氢处理工序

4.1 氯气压缩机

第2期选用德国STC-SH(9-2-VRZ)氯气压缩机,氢气压缩机由原3台进口设备改为2台国产真空大流量氢气压缩机,1开1备。

4.2 第12期氯氢系统并网

离子膜烧碱装置分两期建设,第1、2期均为PVC装置送氯气、氢气,会引起系统的压力波动,一套装置意外跳车可能会引发另一装置跳车问题。

第2期充分考虑第1期与第2期氯气、氢气互为补充和安全稳定并网的方案(图3),在2个分配台出口设置1台具有快关功能的自动调节阀,2个分配台上各设置1台压力变送器,2个分配台之间设置1个缓冲罐,气体缓冲罐上设置1台压力变送器,缓冲罐出口至PVC装置管道上设置1台自动阀。气体分配台上压力变送器的取值与气体分配台出口调节阀表串级控制,保持分配台的压力稳定;电解装置跳车信号与气体分配台出口阀门连锁控制;电解装置跳车后,自动调节阀关闭,有效减小因2套系统跳车相互间的影响。

1—A系统气体分配台;2—A系统气体分配台的压力变送器;3—A系统气体分配台出口调节阀;4—缓冲罐;5—缓冲罐的压力变送器;6—缓冲罐出口调节阀;7—B系统气体分配台出口调节阀;8—B系统气体分配台;9—B系统气体分配台的压力变送器

图3 第12期氯氢气并网工艺流程图

Fig.3 Process flow diagram of connection between the first-phase chlorine/hydrogen system and the second-phase one

5 液氯工序

5.1 氯气液化

第2期液氯装置增加了2台W-JNZLG16ⅢF125液化机组,2台液氯Ф 2 800×13 934或12 200 16MnDR储槽。

5.2 废氯气处理

第1期氯气液化装置因储槽尾气排放管小,存在憋压的安全隐患。第2期将液氯储槽尾气排放管道由DN50改为DN80,保证液氯储槽能够安全泄压,避免液化槽下液不畅和冒槽事故。

黏膜型鸡痘又称为白喉型鸡痘,其发病病变位置通常为鸡的口腔、器官以及咽喉等位置的黏膜表面。发病初期呈现发炎症状,通常情况下发病3d后,黏膜表面会开始出现黄白色小型结节,并随着病情发生不断变大和融合,最终形成黄白色纤维素性假膜,影响鸡的进食,严重的情况下会因为影响呼吸。通常情况下,发病鸡精神萎靡,食欲不振且体制消瘦,并且会因为窒息或者诱发其他疾病使鸡死亡。

5.3 SIS系统

第2期按照国家规范标准,在液氯储槽的进出口设置紧急切断阀,并在液氯系统单独设置SIS控制系统。

6 盐酸合成工序

第2期采用2台二合一副产蒸汽氯化氢合成炉,副产0.3~0.4 MPa的蒸汽并入烧碱蒸汽管网。在两级降膜吸收塔后增加了尾气吸收塔,配置了水力喷射器吸收,生产质量分数31%的高纯盐酸,1 t氯化氢气体可副产低压蒸汽0.6~0.7 t。

7 液体罐区

7.1 自压装车系统

第1期液体罐区采用机泵装车,泵出口压力大、各个装车鹤管流量影响泵出口压力,存在不安全因素。第2期将液体罐区烧碱、盐酸储槽设计为全自压装车系统,泵仅用于酸碱倒罐,提高了酸碱充装的安全系数,降低了运行成本。

7.2 酸碱应急系统

第2期液体罐区设置酸碱应急系统,在液体罐区分别设计1个2 000 mm×2 500 mm×2 500 mm盐酸、烧碱事故应急池,避免液碱或盐酸外泄对周边环境的污染。

8 废气处理

第2期对原废气管道进行了优化配置。①单独设置了合成氯气缓冲罐至废气吸收塔、液氯槽车排压工艺;②在第1、2期各工序废氯气支管并入总管之前设置了控制阀,以方便任何1套系统出现故障时的应急处理和安全检修。

9 电气及仪控系统

9.1 电气

第2期配置2台2 500 kV·A的干式变压器,3个I/O站。整流采用KHS-16.5 kA/540 V型整流器,5英寸大功率低损耗整流元件。采用EPS应急电源,EPS充电模块采用了可冗余的高频开关电源充电模块,通过逆变器在事故状态下向应急负荷供电,保证在一组出现故障时系统照常运行[2]

9.2 氢气与氯气总管自动阀串级控制

氯气、氢气总管各设置3台压力变送器,实现在线检测;设置2台氯、氢差压变送器,完成对氯气、氢气的差压值实时测量。与传统的控制相比,该方式氯氢压力取值更准确、可靠,通过DCS系统比较取值后,避免了某个信号错误而导致系统的误动作,确保了离子膜烧碱装置的安全稳定运行[3]。控制方式见图4。

1—现场压力表;2—压力变送器;3—自动调节阀;4—比例控制器;5—差压表;6—差压表;7—现场压力表;8—自动调节阀

图4 氯氢总管压力工艺控制原理图

Fig.4 Schematic diagram of process control of chlorine/hydrogen manifold pressure

10 结语

40 万t/a离子膜法烧碱第2期项目在第1期基础上进行了工艺优化改进,电解采用8台2.5万t/a NBZ-2.7膜极距电解槽,生产1 t烧碱的直流电耗降低约60 kW·h;氯化氢合成采用副产蒸汽的二合一合成炉,利用反应热副产蒸汽,降低了蒸汽和循环水的消耗;氯氢处理选择大型氢气压缩机,氢气压缩机数量从3台减少到2台,简化了工艺流程;采用三效逆流降膜蒸发工艺生产50%碱液。该项目工艺先进,产品质量好,能耗低,运行故障率低,取得了良好的效果。

参考文献

[1] 张奚庞.化盐桶化细盐存在的问题及解决方法[J].氯碱工业,2009,45(2):12-13.

[2] 姜锦.40万t/a离子膜烧碱(二期)项目整流机组技术方案[J].中国氯碱,2017(2):9-10.

[3] 于凤刚,宋建平,郑玉明,等.离子膜电解槽的氯氢压差调节装置[P].CN203320134U,20131204.

 
魏占鸿
《氯碱工业》 2018年第02期
《氯碱工业》2018年第02期文献
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