旭化成離子膜燒堿裝置鹽水精制酸堿配比數(shù)據(jù)改進(jìn)

張 娜，王 磊

（山東鋁業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255065）

引言

山東鋁業(yè)公司氯堿廠于2005 年7 月建成投產(chǎn)，是一家鹽化工企業(yè)，主要生產(chǎn)液氯、燒堿等產(chǎn)品。在原有6萬(wàn)t／a產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，2008 年6月份二期9萬(wàn)t／a旭化成離子膜燒堿裝置順利投產(chǎn)。二期二次鹽水精制采用2臺(tái)樹(shù)脂塔串連在線正常運(yùn)行、1臺(tái)樹(shù)脂塔離線再生的3臺(tái)運(yùn)行模式。因鹽水中的Ca2＋、Mg2＋在電解過(guò)程中，會(huì)與從陰極室反滲過(guò)來(lái)的OH－形成難溶的氫氧化物，沉積在膜內(nèi)，使膜電阻增加，槽電壓上升，電流效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致離子膜因穿孔報(bào)廢。故二期旭化成離子膜電解槽裝置對(duì)二次鹽水的總硬度有嚴(yán)格要求，要求Ca2＋、Mg2＋總量小于等于15×10－9。樹(shù)脂再生是除去鹽水中Ca2＋、Mg2＋等雜質(zhì)離子的關(guān)鍵步驟。二期裝置試車階段因日方提供的樹(shù)脂再生用酸堿配比流量數(shù)據(jù)范圍過(guò)小，導(dǎo)致再生后鹽水硬度指標(biāo)不理想且再生后廢水指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，故研究設(shè)計(jì)新的樹(shù)脂再生酸堿配比流量數(shù)據(jù)表。

1 離子交換塔再生簡(jiǎn)介（見(jiàn)表1）

表1中的數(shù)據(jù)由日方提供，其中步驟3鹽酸再生、步驟5燒堿再生的流量?jī)H為酸質(zhì)量濃度為31%、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%的標(biāo)準(zhǔn)濃度下的配比數(shù)據(jù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，燒堿質(zhì)量濃度在32% ±0.3%之間波動(dòng)，范圍較小。但鹽酸中因需除去游離氯加入一定量的亞硫酸鈉溶液，其質(zhì)量濃度一般在27%～34%之間波動(dòng)。因操作人員初次接觸日本旭化成離子膜燒堿裝置，當(dāng)參考資料數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)情況存有一定差距，無(wú)法在酸質(zhì)量濃度超出規(guī)定值時(shí)對(duì)再生酸的流量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整導(dǎo)致再生后的鹽水硬度指標(biāo)不理想。改進(jìn)前，第2臺(tái)離子交換塔出口鹽水指標(biāo)具體數(shù)據(jù)如下頁(yè)表2。

表1 離子交換塔的再生過(guò)程

由表2可以看出：取樣10次，其中大于10×10－9mg／L 的指標(biāo)有5次，占50%。4日的指標(biāo)不合格，合格率為90%。

同時(shí)，因?yàn)槲凑{(diào)整再生時(shí)鹽酸流量，再生后廢水PH 值大幅波動(dòng)。當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)再生廢水超標(biāo)時(shí)，通常加入酸或堿進(jìn)行進(jìn)一步中和處理，此項(xiàng)操作易形成“面多加水，水多加面”的惡性循環(huán)，最終將造成再生廢水罐液位過(guò)高，迫使樹(shù)脂再生暫停，影響二次鹽水的硬度指標(biāo)。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致停車事故。

表2 2013年7月份再生后第2臺(tái)離子交換塔出口鹽水硬度指標(biāo)×10－9／（mg·L－1）

2 計(jì)算新的酸堿配比流量數(shù)據(jù)表

組織技術(shù)骨干力量結(jié)合一期伍德電解槽2次鹽水精制經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)計(jì)算適合實(shí)際生產(chǎn)的再生用酸流量配比表，并在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。

2.1 理論計(jì)算

1）樹(shù)脂塔再生用酸量。31%w（HCl）的流量＊酸再生的時(shí)間＊31%HCl密度／HCl的分子量（31%HCl密度取溫度40 ℃，標(biāo)況下1 144 kg／m3），即

2）樹(shù)脂塔再生用堿量。32%w（NaOH）的流量＊堿再生的時(shí)間＊32%NaOH 密度／NaOH的分子量（32%NaOH 密度取溫度80℃，標(biāo)況下1 310kg／m3），即

通過(guò)計(jì)算可以看出，用酸量稍大于用堿量，再生后廢水應(yīng)呈弱酸性。

2.2 再生用堿流量規(guī)定

以加酸量為基準(zhǔn)，計(jì)算理論上堿的流量為多少（x）時(shí)可中和理論上使用的鹽酸量。

得出：x＝1.67m3／h。

2.3 設(shè)計(jì)通用公式 得出新數(shù)據(jù)表

公式（4）中，ρ（NaOH）取32%燒堿在標(biāo)況下，溫度80 ℃的密度1 310kg／m3；ρ（HCl）可查表3得出；w（NaOH）、w（HCl）由化驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

根據(jù)上面分析，w（NaOH）變化較小，根據(jù)公式（3）的計(jì)算，取F（NaOH）＝1.67m3／h。根據(jù)公式（4）可計(jì)算出當(dāng)w（HCl）變化時(shí)再生酸的流量ρ（HCl），并將結(jié)果見(jiàn)表3和表4供實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

表3 溫度為40 ℃，標(biāo)況下鹽酸的密度

表4 再生用鹽酸流量配比表 m2／h

3 效果檢查

樹(shù)脂塔再生前，根據(jù)化驗(yàn)室測(cè)出w（HCl）化驗(yàn)結(jié)果和表4的數(shù)據(jù)，調(diào)整樹(shù)脂塔再生酸流量。改進(jìn)后，第2臺(tái)離子交換塔出口鹽水指標(biāo)具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下頁(yè)表5。

由表5 可以看出：取樣11 次，其中無(wú)大于10×10－9mg／L的指標(biāo)，無(wú)不合格指標(biāo)，合格率為100%。

4 結(jié)語(yǔ)

新離子交換酸再生鹽酸配比流量數(shù)據(jù)表使用后，2次鹽水精制后硬度指標(biāo)明顯降低，再生后廢水指標(biāo)穩(wěn)定。此次改進(jìn)為企業(yè)在節(jié)能降耗取得了較好的效果，在過(guò)程指標(biāo)精細(xì)化操作方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)槽鹽水硬度指標(biāo)是直接關(guān)系到電解槽正常運(yùn)行的關(guān)鍵性指標(biāo)，因此，對(duì)樹(shù)脂塔的再生操作要有高度的責(zé)任心，對(duì)再生后鹽水指標(biāo)要有高度的敏感性。

表5 再生后第2臺(tái)離子交換塔出口鹽水指標(biāo)×10－9／（mg·L－1）

［1］化工部化工司.氯堿生產(chǎn)技術(shù)［M］.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1985.

［2］程殿彬.離子膜法制堿生產(chǎn)技術(shù)［M］.第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［3］武平麗，高國(guó)光.淺議螯合樹(shù)脂塔對(duì)二次鹽水質(zhì)量的影響［J］.氯堿工業(yè)，2006（8）：7－10.