氯碱生产与操作(张艳君)项目二 二次盐水精制及电解

螯合树脂塔的外壳由钢板制成，内衬特殊的低钙镁橡胶 防腐层。塔内填装一定量的带有螯合基团的特种离子交 换树脂，树脂的特点是对金属离子有极强的选择性。
子任务四
二次盐水精制的岗位操作
【任务描述】 ◆能够熟知并掌握二次盐水精制操作要点。 ◆能够进行二次盐水精制的开、停车操作及树脂塔再生 的岗位操作。
【任务指导】
目前大多数氯碱化工厂采用的是炭素烧结管式 过滤器。因其管理方便、安全可靠、操作弹性大并 能取得卓越的过滤效果，过滤后的盐水质完全能符 合离子膜法制碱工艺要求．除了能保持稳定高效的 运转外，尚具有十分良好的耐腐蚀性，从而在氯碱 电解离子膜法工艺生产中广泛使用。 二、螯合树脂塔 螯合树脂塔通常是二台或三台串联使用，其作 用是将一次精致盐水中的悬浮物和部分Ca2+、 Mg2+杂质去除，以满足离子膜电解的需要。螯合树 脂塔的结构如图2–6所示：
一、二次盐水精制的操作要点 （一）除ClO-的操作要点 （二）过滤 （三）中和的操作要点 二、二次盐水精制的开、停车操作 （一）准备工作 （二）开车 1．在供盐水之前, 使离子交换树脂塔准备工作，同时将过 滤盐水准备好（界外）。 2．当一次盐水罐中的盐水达到指定液位时,将盐水泵开 启，通过盐水管线进行盐水循环，并准备进行一次精制盐 水的接收. 3．打开过滤器，同时使盐水从一次盐水罐通过泵进入盐水 过滤器，过滤后的盐水送入过滤盐水罐。
孔隙, 大大降低了树脂的交换能力，同时还会造成进入树 脂塔内的盐水发生偏流, 增加压力降, 从而导致盐水中钙 离子去除不彻底, 二次盐水中钙、镁含量升高。所以，盐 水 pH 值应控制在 9.0士0.5。 3．盐水流量 盐水的供应量是由树脂塔的选型和塔内树脂填充量来确定 的。进入树脂塔的盐水流量取决于树脂塔的尺寸和需要的 循环时间，如果盐水流量过大则在树脂内停留时间缩短， 造成盐水在树脂塔内短路，处理后的盐水中钙、镁离子不 合格；如盐水流量降低，树脂的使用时间延长，但需要较 大的树脂塔。一般要求盐水流量应小于 40 m3/h，最佳流 量为 20 m3/h。
2．聚丙烯管过滤器 聚丙烯管过滤器的外壳为钢衬橡胶的受压容 器，内部安装一组有孔的聚丙烯管，管外套是用聚 丙烯编织的无缝软套管，过滤原理、再生操作与炭 素管过滤器相同。 3．叶片式过滤器 叶片式过滤器与上述二种过滤器一样，需二台轮 流切换使用。过滤叶片由不锈钢或钛材制成，滤布 可用聚丙烯或尼龙布，同样需用助滤剂，但滤布易 损坏，较难保持稳定的过滤精度，故一般很少使用。
能力目标：
● 能识读二次盐水精制过程的工艺流程，并 会根据不同要求绘制出工艺流程图。 ● 能完成二次盐水精制及离子膜电解的岗位开 、停车操作。 ● 能完成淡盐水脱氯的岗位开、停车操作。 ● 能对二次盐水精制及淡盐水脱氯的常见故障 进行分析并处理。 ● 能对电解工段的常见故障进行分析并处理。
任务一 二次盐水的精制
二、盐酸中和的工艺流程
在过滤器出口的盐水管路上，加入31%盐酸，经过静 态混合器，使盐酸和盐水混合均匀后，送pH自动分析仪， 根据测得的pH值，自动调节盐酸的加入量，使系统的pH值 控制在9〒0.5。 三、螯合树脂塔吸附的工艺流程 树脂塔吸附的生产工艺有三塔流程和两塔流程。三塔 流程始终是两塔运行（如A串B、B串C、C串A），一塔再生 、等待，运行周期短，再生频繁，保险系数大；而两塔流 程为一塔再生一塔运行。下面着重介绍三塔流程（图2–3 ）。
（2）盐水中和的原理 在过滤器的出口盐水管路上，加入31%的盐 酸，通过静态混合器，使盐酸和盐水混合均 匀后，利用pH自动分析仪测得的pH值来自动 调节盐酸的加入量，达到使Ca、Mg完全溶解 的目的。盐水中和的反应方程式： CaCO 3 HCl CaCl 2 H 2 O CO 2
Mg(OH) 2 HCl MgCl 2 H 2 O
5．盐水中的游离氯
游离氯的氧化性极强，极易破坏螯合树脂的结构，造 成树脂不可恢复的中毒，树脂性能急剧下降,起不到螯合 钙、镁离子的作用，故要求盐水中不能含有游离氯。
子任务三
二次盐水精制的主要设备
【任务描述】 ◆能够熟知二次盐水精制过程中的主 要设备及螯合树脂塔的结构和特点。
【任务指导】
一、盐水过滤器 离子膜烧碱生产工艺中，要求盐水中的悬浮物含量 控制在1ppm以下，以防止盐水中所含微细悬浮物引起膜 的堵塞而导致槽电压上升。在当今各离子膜法生产工艺 中，所采用的过滤器有炭素烧结管过滤器、聚丙烯管过 滤器和叶片过滤器三种。 1．炭素烧结管过滤器 炭素烧结管过滤器的外壳由钢衬橡胶防腐层，内部由 多组炭系管均匀固定在花板上. 炭索烧结管过滤器的特点是经一定时间使用后，可经 再生恢复重新使用。
2．盐水中和的原理
（1）盐水中和的目的 2+ 2+ 在一次盐水精制过程中，为除掉Ca 、Mg ， 需要分别加入过量的Na2CO3和NaOH，过滤后，盐水 中Ca2+、Mg2+含量降低了，但还存在没有过滤掉的 CaCO3和Mg(OH)2小颗粒，螯合树脂只能吸附Ca2+、 Mg2+，而不能将微粒中的Ca、Mg成分吸附，从而 会造成二次盐水中Ca、Mg含量超标。为消除这种 现象，通过添加盐酸进行中和反应，使CaCO3和 Mg(OH)2完全溶解，从而被螯合树脂吸附。
子任务二
二次盐水精制的工艺流程
【任务描述】 ◆ 能够熟知二次盐水精制过程中过滤、 中和及螯合树脂塔吸附的工艺流程。 ◆ 能够分析工艺指标对树脂塔操作的影 响。
【任务指导】
盐水经一次精制后进入二次精制工段，首先加入适 量的Na2CO3以除去微量的游离氯，同时加入适量的α-纤 维素助滤剂，然后用泵送入盐水过滤器进行过滤，经过 滤后的盐水，其悬浮物含量达到lppm以下，再经加热使 温度达到60士5℃，并用pH自控调节使pH值控制在9士0.5 。将上述符合质量指标的盐水，用泵送入螯合树脂塔进 行螯合处理，使盐水中Ca2+、Mg2+杂质含量达到20ppm以 下，经二次精制后的盐水便可送去电解工段.
一、盐水过滤的工艺流程
盐水过滤的目的是除去一次盐水中的悬浮物和部分 Ca2+、Mg2+。盐水过滤器有炭素管过滤器、聚丙烯过滤器 、叶片式过滤器等。实际生产中使用最多的是炭素管过滤 器，盐水经过滤处理后才可以保证后续螯合树脂充分发挥 其性能，且再生周期比不用炭素管过滤器延长了3~5倍， 减少了再生所用的离子膜碱和高纯盐酸，也杜绝了不纯物 进入离子膜电解槽。一次盐水进人一次盐水贮槽，由泵送 入炭素管过滤器，炭素管过滤器采用2塔流程，其中一塔 运行，一塔反洗并重新涂覆α-纤维素备用；每隔约48小 时，或过滤器压差达0.2MPa时停止运转，切换下线，反洗 重新涂覆。过滤后的盐水送入树脂塔工段。
一次精制盐水从圆筒的外部流入圆筒的内部进行过 滤，悬浮物在炭素管外被截流。首先要在炭素管外先预涂 上一层助滤剂，预涂层的厚度约为2～3mm，同时添加定量 的助滤剂与一次精制盐水混合后送入过滤器过滤。过滤时 初始阻力0.02MPa，随着盐水中悬浮物的积累，其阻力逐 渐上升，当升到0.15～0.20MP时，应停止使用予以清洗 再生。如果盐水中悬浮物含量一直较低，即使压力未上升 到0.15～0.20MPa，使用时间达到48小时则也需停止使用 予以清洗再生以保持长久稳定地运行。清洗再生时需要切 换一次过滤器，并使用纯水及压缩空气(0.45MPa) 反复 清洗4次。洗涤时，物料的流动方向与过滤时相反，洗涤 液出滤室穿过过滤元件，去掉附在外表面的残渣。清洗 后，将过滤器装满过滤盐水备用。
4．盐水中 Ca2+、Mg2+浓度
螯合树脂塔对盐水中的Ca2+、Mg2+的吸附量随着浓 度的升高而增加，但当 Ca2+、Mg2+的质量浓度超过 10 mg/L 时，树脂除钙、镁离子的能力随钙、镁离子浓度增 加而降低，这是因为螯合树脂的交换量是一定的，盐水中 钙、镁离子来不及进行交换，带入到二次盐水中，使二次 盐水中钙镁含量增加。
1．温度 螯合树脂与钙、镁的螯合反应是在一定温度下进行 的，温度高时, 螯合反应速度快, 树脂使用周期长。但 盐水温度过高(大于 80℃)， 树脂的强度会降低，破碎 率升高，将使树脂受到不可恢复的损伤。要保证树脂发 挥良好的性能，应将进入螯合树脂塔的盐水温度控制在 55～65 ℃。 2．pH 值 在一定的 pH 值时，钙、镁等是以离子形式存在的， 这样有利于树脂进行螯合去除。而当 pH<8 时， 树脂去 除钙、镁离子的能力明显下降；当 pH>11 时， 镁离子 易生成 Mg(OH)2胶状沉淀物, 进入树脂塔后会堵塞树脂
4．开启离子交换塔，当在过滤盐水罐中的盐水液位达 到规定值后，将过滤盐水通过泵送入离子交换树脂塔进行 二次精制，精制后的盐水进入精盐水罐，通过泵送入高位 槽准备电解.
（三）、停车
一般只有当电解装臵停车以后，才可以将盐水精 制部停车，停车步骤如下： （1）关闭电解部分； （2）通过手动将精盐水高位槽关闭，停止向电解槽供盐 水； （3）将过滤盐水泵(界区外) 关闭； （4）将淡盐水泵关闭； （5）将一次盐水泵（界区外）关闭。
项目二 二次盐水精制及电解
1 任务一 二次盐水的精制 2 任务二 离子膜电解
3 任务三 淡盐水脱氯 4 5
任务五 常见故障及处理
案例分析
6 小结
知识目标： ★ 能够掌握二次盐水精制及离子膜电解的工艺原理。 ★ 能分析二次精盐水精制各工序及离子膜电解的的工 艺流程。 ★ 能熟知二次盐水精制的主要设备及离子膜电解槽的 结构及功能。 ★ 能够分析并掌握淡盐水脱氯的工艺原理及工艺流 程。
【知识链接】 螯 合 树 脂
任务二
离子膜电解
子任务一 离子膜电解的原理 【任务描述】 ◆能够掌握离子膜电解的生产原理 和工艺流程。
【任务指导】
一、离子膜电解的生产任务
1. 将已经合格的二次精制盐水送至电解槽，在电 解槽内经通电电解，得到产品氢氧化钠，经过冷却、 计量后送至成品槽； 2. 电解得到的副产品氯气和氢气，分别送至氯处 理系统和氢处理系统后，生产出相应的氯、氢产品； 3. 食盐水经电解后流出的淡盐水，进入脱氯装臵 除去盐水中的游离氯，使游离氯含量达到标准，最后 将脱氯合格后的淡盐水送回化盐工段再化盐使用。
3．螯合树脂吸附的原理
(1） 螯合树脂的结构和分类 螯合树脂是一种离子交换树脂，它吸附金属离子形 成环状结构，故称螯合树脂又叫内配合物，它是由中心 离子和多基配位体构成的，是一种具有环状结构的配合 物。例如：
其中M是中心离子（金属离子），N、O是可提供共用电 子对的原子，中心离子和他们形成了两个配位键，在适 当条件下，生成稳定的环状结构。
图2–3 三塔生产工艺流程
四、工艺指标对树脂塔操作的影响
螯合树脂的吸附能力除树脂本身外, 还受盐水的 温度、pH 值、盐水流量、Ca2+、Mg2+含量等因素的影 响。螯合树脂的内在结构不同， 交换能力也不同，但 是对流量、温度、pH 值变化趋势是一样的。因此，要 加强各工艺控制指标的控制，保证进电解槽盐水质量 合格。
（2） 螯合树脂吸附的原理
配合物的形成和离解是两个互相对立但又依赖 的过程，一方面中心离子通过配位键与配合剂相结 合，形成配合物，而表现出一定的化学吸引力；另 外一面，由于配合物内部存在矛盾运动，他们中的 部分又要离解，从而又表现出一定的化学排斥力。 当在一定的外界条件下（如pH、温度、浓度）达到 一个相对平衡状态时，通过改变条件就会破坏平衡 。
子任务一
二次盐水精制的工艺原理
子任务二
二次盐水精制的工艺流程
子任务三
二次盐水精制的主要设备
子任务四
二次盐水精制的岗位操作
知识链接
螯合树脂
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子任务一
二次盐水精制的工艺原理
【任务描述】 ◆ 能分析二次盐水精制各工序的工 艺原理。
【任务指导】
一、二次盐水精制的生产任务 盐水二次精制是在一次精制的基础上，首先通过过滤除去 一些悬浮物，再调解盐水的pH值，将合格的盐水通入螯合树 脂塔进行吸附，进一步将盐水中Ca2+、 Mg2+等离子浓度降 至要求的范围。 二、二次盐水精制的工艺原理 1．盐水过滤的原理 盐水过滤采用的装臵有碳素管过滤器、聚丙烯过滤 器、叶片式过滤器等。利用过滤器的微孔将其中的悬浮物进 行拦截，从而将其除去。