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1氯碱工业综述1

1.1 氯碱工业基本情况1

1.2 基本氯碱产品及性质2

1.2.1 烧碱的性质与应用2

1.2.2 氯的性质与应用2

1.2.3 氢的性质与应用3

1.3 中国氯碱工业发展现状4

1.3.1 烧碱产能和产量概况4

1.3.2 行业布局概况4

1.3.3 行业集中度概况5

1.3.4 中国氯碱工业发展特点5

1.4 氯碱工业的生产技术6

1.4.1 氯碱早期生产方法6

1.4.2 氯碱电解方法发展简述6

1.4.3 中国氯碱生产方法和技术7

参考文献8

2盐水系统9

2.1 氯化钠及氯化钠水溶液9

2.1.1 固体氯化钠的性质9

2.1.2 氯化钠水溶液的性质9

2.1.3 盐的种类和生产10

2.1.4 原盐的运输和储存13

2.2 饱和盐水的制备15

2.2.1 盐水的制备过程15

2.2.2 化盐工艺15

2.2.3 化盐的工艺控制16

2.2.4 化盐设备17

2.3 盐水精制的原理19

2.3.1 盐水精制的目的19

2.3.2 盐水精制分类19

2.3.3 盐水中的杂质对电解生产的影响19

2.3.4 盐水中各杂质去除原理23

2.3.5 固液分离精制分类27

2.3.6 固液分离精制的工艺方法28

2.4 传统固液分离精制29

2.4.1 传统固液分离精制工艺流程简述29

2.4.2 一次盐水控制指标30

2.4.3 一次盐水精制的工艺控制30

2.4.4 传统的盐水固液分离32

2.5 高分子膜盐水精制工艺47

2.5.1 高分子膜盐水精制工艺概述47

2.5.2 几种典型的膜法盐水精制工艺49

2.5.3 膜法过滤工艺异常情况55

2.6 陶瓷膜过滤精制57

2.6.1 陶瓷膜精制工艺原理57

2.6.2 陶瓷膜工艺流程概述58

2.6.3 陶瓷膜盐水精制工艺的特点58

2.6.4 陶瓷膜盐水精制工艺的注意事项59

2.6.5 工艺及操作控制指标60

2.6.6 陶瓷膜的结构60

2.6.7 陶瓷膜过滤器选型原则62

2.6.8 陶瓷膜过滤器开停车程序62

2.6.9 陶瓷膜操作要点64

2.6.10 主要故障处理65

2.7 HW盐水精制工艺67

2.7.1 HW盐水精制工艺简介67

2.7.2 HW盐水清制的流程原理67

2.7.3 HW工艺特点67

2.7.4 HW工艺操作注意事项68

2.8 盐泥的洗涤、过滤和利用69

2.8.1 盐泥的洗涤69

2.8.2 盐泥的过滤69

2.8.3 盐泥的回收利用70

2.9 盐水的二次精制70

2.9.1 盐水的二次精制的目的70

2.9.2 二次精制原理71

2.9.3 螯合树脂71

2.9.4 盐水二次精制工艺74

2.9.5 盐水二次精制的正常操作77

2.9.6 盐水二次精制的正常开车程序81

2.9.7 盐水二次精制的正常停车程序81

2.9.8 树脂塔的结构81

2.9.9 树脂塔操作过程中异常情况处理83

2.9.10 螯合树脂的交换能力84

2.10 盐水工艺技术对比85

2.10.1 盐水化盐工艺技术85

2.10.2 固液分离精制工艺对比86

2.10.3 离子交换精制工艺对比86

参考文献87

3隔膜法电解及烧碱蒸发系统88

3.1 隔膜法电解88

3.1.1 隔膜法电解概述88

3.1.2 改性隔膜技术90

3.1.3 活性阴极技术91

3.1.4 扩张阳极＋改性膜电槽技术92

3.1.5 隔膜电解系统工艺流程93

3.2 隔膜法烧碱蒸发95

3.2.1 隔膜法烧碱蒸发概述95

3.2.2 烧碱蒸发原理、操作条件及影响因素95

3.2.3 三效顺流蒸发工艺流程98

3.2.4 三效四体顺流蒸发工艺流程100

3.2.5 三效逆流蒸发工艺103

参考文献104

4离子膜105

4.1 离子膜概况105

4.1.1 离子交换膜的定义、结构和分类105

4.1.2 离子交换膜发展的历史105

4.1.3 氯碱离子膜的发展和现状106

4.2 氯碱离子膜结构、工作原理及性能109

4.2.1 氯碱离子膜的结构109

4.2.2 氯碱离子膜的工作原理112

4.2.3 氯碱离子膜的性能及测试方法114

4.3 氯碱离子交换膜的设计和操作要求121

4.3.1 离子膜设计时考虑的因素121

4.3.2 氯碱离子膜操作要求123

4.4 离子膜实际使用规范132

4.4.1 科慕公司离子膜使用规范132

4.4.2 旭硝子系列离子膜使用规范133

4.4.3 旭化成系列离子膜使用规范134

4.5 国产氯碱离子膜的研发134

4.5.1 国产氯碱离子膜的发展和现状134

4.5.2 国产氯碱离子膜的结构、组成135

4.6 氯碱离子膜研发发展和未来发展改进空间143

4.6.1 提高离子膜抗杂质污染能力144

4.6.2 提高安全经济运行碱浓度144

4.6.3 提高离子膜安全经济寿命144

参考文献146

5离子膜电解原理148

5.1 离子膜电解方法概述148

5.2 离子膜电解148

5.2.1 离子膜电解原理148

5.2.2 食盐水电解过程反应热力学149

5.2.3 平衡电极电位151

5.2.4 离子膜电解槽主要化学反应153

5.2.5 氧阴极电解技术154

5.3 离子膜电解物料平衡155

5.4 离子膜电解电流效率158

5.4.1 电流及电流密度158

5.4.2 电流效率159

5.5 离子膜电解槽电压161

5.5.1 槽电压的构成161

5.5.2 影响槽电压的主要因素162

5.6 离子膜电槽运行特性163

5.7 电解电耗164

5.7.1 电解电耗的计算164

5.7.2 影响电解电耗的主要因素164

5.8 复极式离子膜槽的电流泄漏164

5.9 离子膜电解槽辅助系统167

5.9.1 概述167

5.9.2 膜密封系统167

5.9.3 液体供应分配及循环系统168

5.9.4 电槽的电流分布169

5.9.5 气相压力控制169

5.9.6 开停车及保护170

5.10 离子膜电解槽的电极170

5.10.1 电极电位和电极退化170

5.10.2 电极种类172

5.10.3 弹性阴极与膜极距174

参考文献175

6离子膜电解槽176

6.1 离子膜电解槽历史与现状176

6.1.1 单极槽与复极槽176

6.1.2 自然循环与强制循环177

6.1.3 单元槽有效电解面积177

6.1.4 极间距的不断减小178

6.2 历史上的几种离子膜电解槽178

6.2.1 单极式离子膜电解槽178

6.2.2 复极式离子膜电解槽181

6.3 现代离子膜电解槽系统184

6.3.1 日本旭化成NCH型离子膜电解槽184

6.3.2 蓝星北化机复极式自然循环离子膜电解槽184

6.3.3 蒂森克虏伯伍迪氯工程离子膜电解槽188

6.3.4 英力士Bichlor复极式电解槽193

6.4 各电解槽参数比较194

6.5 离子膜电解槽最新技术发展194

6.5.1 膜极距离子膜电解槽194

6.5.2 氧阴极离子膜电解槽195

参考文献196

7淡盐水脱氯系统197

7.1 概述197

7.1.1 游离氯的产生197

7.1.2 游离氯的危害性及利用199

7.1.3 盐水脱氯的方法200

7.2 盐水脱氯原理200

7.2.1 淡盐水中相关物质的化学性质200

7.2.2 脱氯原理201

7.2.3 脱氯工艺数据203

7.3 盐水脱氯工艺方法204

7.3.1 真空法脱氯204

7.3.2 空气吹除法209

7.3.3 化学法脱氯211

7.4 氯酸盐分解213

7.4.1 概述213

7.4.2 消除氯酸盐的有效途径214

7.4.3 氯酸盐分解原理214

7.4.4 氯酸盐浓度控制方法215

7.4.5 氯酸盐分解条件的确定215

7.4.6 工艺流程及主要设备217

7.4.7 操作要点及工艺控制指标218

7.4.8 正常开停车219

7.4.9 异常情况的原因及处理方法219

7.5 蒸汽机械再压缩（MVR）淡盐水浓缩工艺220

7.5.1 MVR技术原理220

7.5.2 MVR的优势和特点220

7.5.3 脱氯淡盐水的特征221

7.5.4 淡盐水处理方案221

7.5.5 MVR淡盐水浓缩工艺过程221

7.5.6 几种淡盐水处理全卤制碱工艺经济性对比225

参考文献225

8盐水硫酸根脱除系统226

8.1 硫酸根的危害和脱除原理226

8.1.1 硫酸根的性质与危害226

8.1.2 硫酸根脱除原理和方法226

8.2 氯化钡法脱除硫酸根227

8.3 碳酸钡法脱除硫酸根227

8.4 氯化钙法脱除硫酸根228

8.5 冷冻法脱除硫酸根229

8.6 膜法脱除硫酸根229

8.6.1 膜法除硫酸根工艺230

8.6.2 操作要点及注意事项230

8.6.3 膜法与冷冻法结合工艺技术231

8.6.4 膜法除硫酸根设计实例232

8.6.5 膜法除硫酸根的工艺流程232

8.7 各种硫酸根去除方法综合对比和能耗分析235

8.7.1 各种除硫酸根方法综合对比235

8.7.2 能耗分析235

参考文献236

9离子膜法碱蒸发和固碱237

9.1 离子膜法碱液蒸发原理与特点237

9.1.1 离子膜法碱液蒸发原理237

9.1.2 离子膜法电解碱液蒸发特性239

9.2 离子膜法碱液蒸发工艺245

9.2.1 升膜蒸发245

9.2.2 降膜蒸发250

9.3 蒸发效间换热和余热利用256

9.3.1 中间换热256

9.3.2 三效逆流工艺的蒸汽余热利用256

9.4 离子膜法固碱生产原理与特点257

9.4.1 原理257

9.4.2 离子膜固碱蒸发生产方法257

9.5 锅式蒸发固碱258

9.5.1 锅式蒸发原理258

9.5.2 工艺流程259

9.5.3 工艺操作条件259

9.5.4 主要消耗定额260

9.5.5 正常操作及故障处理260

9.6 连续降膜浓缩固碱261

9.6.1 生产原理261

9.6.2 工艺流程262

9.6.3 主要工艺控制指标263

9.6.4 常见故障处理263

9.7 闪蒸浓缩264

9.7.1 生产原理264

9.7.2 工艺流程264

9.8 载热熔盐和燃料265

9.8.1 载热熔盐265

9.8.2 燃料267

9.8.3 载热盐工作原理268

9.8.4 载热盐性能曲线269

9.9 固碱成型工艺270

9.9.1 桶碱270

9.9.2 片碱270

9.9.3 粒碱271

9.10 固碱主要设备273

9.10.1 最终浓缩器273

9.10.2 闪蒸浓缩器276

9.10.3 熔盐炉276

9.10.4 片碱机277

9.10.5 造粒装置278

9.11 蒸发技术发展279

9.11.1 低能耗279

9.11.2 高可靠性281

参考文献283

10氯氢处理系统284

10.1 氯气处理284

10.1.1 概述284

10.1.2 工艺原理284

10.1.3 湿氯气的冷却287

10.1.4 氯气干燥289

10.1.5 稀硫酸的浓缩和循环利用292

10.1.6 氯气压缩输送293

10.1.7 氯气紧急处理系统298

10.2 氢气处理300

10.2.1 概述300

10.2.2 物料性质300

10.2.3 氢气的冷却301

10.2.4 氢气压缩输送303

10.2.5 氢气干燥304

10.2.6 各工艺比较305

10.2.7 氢气输送安全305

参考文献306

11氯化氢合成和纯酸系统307

11.1 概述307

11.1.1 氯化氢性质、用途及在工业中的地位308

11.1.2 工艺原理311

11.1.3 氯化氢合成工艺现状及发展方向313

11.2 生产工艺方法314

11.2.1 三合一炉法315

11.2.2 二合一炉法321

11.2.3 铁合成炉及膜式吸收法332

11.2.4 四合一合成炉法338

11.2.5 盐酸脱吸法342

11.2.6 副产蒸汽式合成炉346

11.3 高纯酸348

11.3.1 高纯酸的质量要求348

11.3.2 高纯酸的生产工艺348

11.3.3 高纯酸的储藏和输送348

11.4 三合一合成炉的自动控制与仪表系统349

11.4.1 自动控制方案选择349

11.4.2 安全联锁352

11.4.3 仪表选型和自动技术选择353

11.4.4 合成氯化氢比值控制和比值计算358

11.4.5 仪表安装和控制系统投运366

11.4.6 氯气、氢气自动配比应用366

参考文献369

12液氯和三氯化氮处理370

12.1 概述370

12.1.1 液氯生产的基本原理370

12.1.2 温度和压力的关系370

12.1.3 液化效率和传热370

12.2 液氯生产工艺372

12.2.1 低压法工艺372

12.2.2 中压法工艺373

12.2.3 高压法工艺374

12.2.4 工艺评述375

12.3 液氯蒸发375

12.3.1 概述375

12.3.2 釜式蒸发器377

12.3.3 盘管式蒸发器377

12.3.4 列管式蒸发器378

12.3.5 缓冲分离罐操作378

12.4 液氯尾气和三氯化氮的处理379

12.4.1 三氯化氮的产生和危害379

12.4.2 防止三氯化氮的累积380

12.4.3 三氯化氮的处理382

12.4.4 液氯尾气的处理和次氯酸钠382

12.5 液氯的输送、包装和储存382

12.5.1 液氯的运输382

12.5.2 液氯的包装384

12.5.3 液氯的计量387

12.5.4 液氯的储运388

12.6 液氯生产的安全389

12.6.1 生产控制方法389

12.6.2 液氯充装390

12.6.3 液氯钢瓶的储运391

12.6.4 液氯槽车的储运392

参考文献393

13纯水制备395

13.1 概述395

13.2 纯水标准396

13.3 原料水预处理396

13.3.1 概述396

13.3.2 机械杂质去除397

13.3.3 结垢控制397

13.4 纯水制备工艺401

13.4.1 离子交换工艺401

13.4.2 电渗析工艺403

13.4.3 反渗透工艺405

13.5 纯水制备设备406

13.5.1 阴阳离子交换塔406

13.5.2 电渗析器414

13.5.3 反渗透器415

13.6 纯水制备工艺评述415

13.6.1 离子交换工艺415

13.6.2 电渗析工艺416

13.6.3 反渗透工艺416

13.6.4 组合工艺416

参考文献417

14整流变电系统418

14.1 总述418

14.1.1 氯碱工艺对整流供电的技术要求418

14.1.2 氯碱整流技术的发展和现状419

14.1.3 氯碱企业的供电电压等级和系统接线方案421

14.1.4 氯碱生产电负荷用电特点423

14.1.5 氯碱整流技术指标与电解工艺条件参数的关系423

14.2 氯碱整流电路与整流设备425

14.2.1 常用整流电路连接形式425

14.2.2 整流系统的主要设备426

14.2.3 整流变压器的技术特征427

14.2.4 电化学用硅整流器428

14.2.5 电解槽的极化整流器429

14.2.6 整流装置的监控系统430

14.3 氯碱整流装置的设计选型433

14.3.1 装置的类别和结构形式433

14.3.2 装置基本电气参数设计434

14.3.3 整流柜与离子膜电解槽的接线及配置方式435

14.4 整流装置调试及运行监控437

14.4.1 整流与电解工艺DCS联锁保护的联动调试437

14.4.2 整流装置运行操作程序438

参考文献438

15仪表、控制和信息化系统439

15.1 概述439

15.1.1 氯碱自动化与信息化系统发展综述439

15.1.2 仪表系统439

15.1.3 控制系统440

15.1.4 信息化系统441

15.2 烧碱装置控制室设计原则441

15.3 烧碱装置中安全仪表系统（SIS/ESD）的应用443

15.3.1 烧碱生产主要特点443

15.3.2 烧碱生产安全控制系统现状及要求444

15.3.3 烧碱过程安全仪表系统（SIS/ESD）的设计方案445

15.3.4 烧碱SIS/ESD相关仪表的选型446

15.3.5 离子膜电解主要联锁条件和动作447

15.3.6 国内氯碱企业SIS/ESD使用情况及展望448

15.4 现代氯碱先进控制及主要工艺控制系统449

15.4.1 电解生产控制系统449

15.4.2 氯气压缩机的喘振预报及最小能耗防喘振方案455

15.4.3 盐酸生产控制系统458

15.5 氯碱企业安全管控一体化信息集成系统460

参考文献463

16环保安全节能和总图464

16.1 概述464

16.2 环境保护和循环经济464

16.2.1 环境保护的意义和目的464

16.2.2 现代氯碱装置污染源465

16.2.3 污染源的治理措施468

16.2.4 现代氯碱循环经济472

16.3 安全防护475

16.3.1 安全防护的意义和目的475

16.3.2 现代氯碱危害和危险源476

16.3.3 危害和危险源的治理措施481

16.3.4 职业病危害及其防护487

16.4 节能496

16.4.1 现代氯碱能源消耗和能流图496

16.4.2 节能潜力和技术496

16.4.3 未来节能技术499

16.5 总图设计499

16.5.1 总图设计的意义和目的499

16.5.2 总图设计的基本原则和方法500

16.5.3 现代氯碱总图设计的特点和要求500

16.5.4 影响总图设计的因素以及解决对策502

16.5.5 总图设计在配电、建筑以及结构防腐蚀方面的特点和要求504

16.5.6 典型氯碱总图范例507

16.6 环境友好和社会责任509

16.6.1 环境友好型氯碱企业的意义和目的510

16.6.2 环境友好型氯碱企业的标准和原则510

16.6.3 建设环境友好型氯碱企业的方法511

16.6.4 现代氯碱企业的社会责任511

参考文献512

17设备腐蚀与防护513

17.1 概述513

17.1.1 氯碱工业防腐蚀的重要意义513

17.1.2 氯碱工业防腐蚀的特点513

17.1.3 腐蚀的定义、本质和分类514

17.2 氯碱腐蚀理论517

17.2.1 食盐水溶液对金属的腐蚀517

17.2.2 杂散电流的腐蚀521

17.2.3 氯、次氯酸盐对金属的腐蚀523

17.2.4 酸的腐蚀526

17.2.5 烧碱的腐蚀528

17.3 主要材料的腐蚀形态和防腐532

17.3.1 钛的缝隙腐蚀532

17.3.2 提高钛耐腐蚀能力的主要方法533

17.3.3 奥氏体不锈钢的应力腐蚀533

17.3.4 非金属的腐蚀535

17.4 设备和管道腐蚀540

17.4.1 盐水系统设备与管道腐蚀540

17.4.2 电解系统设备与管道腐蚀544

17.4.3 盐水脱氯系统设备和管道腐蚀547

17.5 离子膜法烧碱装置的防腐蚀547

17.5.1 对防腐蚀的要求548

17.5.2 材料的要求和选择548

17.6 蒸发与固碱设备腐蚀551

17.6.1 蒸发设备552

17.6.2 膜式法固碱设备554

参考文献554

18氯碱分析555

18.1 概述555

18.2 氯碱生产分析方法555

18.2.1 容量分析555

18.2.2 质量分析555

18.2.3 仪器分析556

18.2.4 在线分析556

18.3 原辅材料分析556

18.4 中间控制分析556

18.4.1 盐水中氯化钠测定556

18.4.2 盐水中次氯酸钠测定557

18.4.3 盐水中硫酸根测定558

18.4.4 盐水中游离氯测定558

18.4.5 盐水中亚硫酸钠测定559

18.4.6 盐水中钙、镁总量测定560

18.4.7 盐水中钙测定560

18.4.8 盐水中氢氧化钠和碳酸钠测定561

18.4.9 盐水中悬浮固体物（SS）测定562

18.4.10 盐水中微量金属离子测定562

18.4.11 盐水中无机铵测定563

18.4.12 盐水中总铵测定564

18.4.13 盐水中碘测定565

18.4.14 盐水中溴测定566

18.4.15 盐水中碘、溴测定（ICP法）567

18.4.16 盐水中有机物（总有机碳）测定（TCC法）567

18.4.17 氯气纯度、氯内含氧、氯内含氢、氯化氢纯度和氢气纯度测定（气体分析法）568

18.4.18 氯中含水量测定（电量法）568

18.4.19 氯中三氯化氮测定（比色分析法）568

18.4.20 氯内含氧、氢、氮、二氧化碳等杂质测定（气相色谱法）570

18.4.21 高纯盐酸总酸度测定570

18.4.22 高纯盐酸中游离氯测定571

18.5 产品分析571

18.6 安全分析571

18.6.1 概述571

18.6.2 动火分析572

18.6.3 氧含量分析574

18.6.4 有毒气体分析575

18.7 环保分析576

18.7.1 水和废水悬浮物测定576

18.7.2 水和废水余氯测定577

18.7.3 水和废水氯化物测定579

18.7.4 水和废水化学需氧量测定581

18.7.5 大气环境中氯测定584

18.7.6 大气环境中氯化氢测定585

参考文献587

附录588

附录1主要氯碱技术供应商名录588

附录2烧碱化学和最终产品的树状图590

附录3氯产品树状图591

附录4氢化学和最终产品树状图592