一種氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產裝置的製作方法
2023-05-11 00:09:16 1
本發明涉及燒鹼和氫氧化鎂生產的技術領域，具體涉及一種氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產並能對鹽水高效利用的裝置。
背景技術：
現今，在化工企業中，氫氧化鈉的生產方法一般採用的是離子膜法，其電解原理為將電解槽的陰極室和陽極室採用陽離子交換膜隔開，將精製鹽水輸送到陽極室中，鹼液和純水加入到陰極室中。陽極室和陰極室之間通過一種具有選擇透過性能的陽離子交換膜分隔開，電解槽中發生的電解化學方程式為：2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑，電解過程中，Na+在陽極產生，並經過陽離子交換膜進入陰極，與OH-結合形成NaOH。而氫氧化鎂製取工藝中的反應方程式為：2NaOH+MgCl2→Mg(OH)2↓+2NaCl。將氫氧化鈉的製取工藝與氫氧化鎂的製取工藝相結合形成的循環產業鏈能使氫氧化鎂製取過程中，保持氯化鈉的物料平衡，進而提高整體生產工藝的經濟性。
但由於在氫氧化鎂的製取工業中採用的原料是六水氯化鎂，故在生成氫氧化鎂的過程中，所生成的氯化鈉溶液的濃度較低，含水量較多，故當該氯化鈉溶液循環進入燒鹼製取裝置中時，其濃度小於燒鹼裝置所需的氯化鈉溶液，傳統工業中所採取的通常做法為對該循環的氯化鈉溶液進行蒸發，使得氯化鈉溶液中多餘的水分蒸發掉從而增大此氯化鈉溶液的濃度，但該種方式耗能較大，會嚴重影響整個循環產業鏈的經濟性。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產設備，用於解決現有的氫氧化鈉與氫氧化鎂的循環產業鏈中，因產生的氯化鈉溶液的濃度太低，在循環應用到氫氧化鈉的生產裝置中時採用蒸發的方法來對氯化鈉溶液進行濃縮而影響整個循環產業鏈經濟性的問題。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產設備，包括氫氧化鈉製取裝置、氫氧化鎂製取裝置和淡鹽水利用裝置，所述氫氧化鈉製取裝置與所述氫氧化鎂製取裝置相連並形成閉環的循環生產鏈，
所述氫氧化鈉製取裝置包括鹽水電解機構，所述淡鹽水利用裝置與所述鹽水電解機構相連，所述淡鹽水利用裝置包括並列設置的鹽酸稀釋機構和輔料製作機構。
優選地，所述鹽水電解機構包括電解槽和陽極液罐，所述電解槽包括陽極室和陰極室，所述陽極液罐的入口與所述陽極室連接，所述陽極液罐的出口通過淡鹽水循環管路與所述淡鹽水利用裝置和所述氫氧化鎂製取裝置均相連，所述陰極室與所述氫氧化鎂製取裝置連接。
進一步地，所述輔料製作機構包括輔料鹽水輸送管路，所述輔料鹽水輸送管路的一端與所述淡鹽水循環管路連通且設置有脫氯系統，所述輔料鹽水輸送管路的另一端與所述氫氧化鎂製取裝置相連，所述脫氯系統和所述輔料製作機構之間並列設置有碳酸鈉配置系統、亞硫酸鈉配置系統、氯化鋇配置系統和三氯化鐵配置系統。
進一步地，所述氫氧化鈉製取和氫氧化鎂循環生產裝置還包括控制裝置，所述碳酸鈉配置系統包括相連的第一鹽水支路和碳酸鈉配製槽，所述亞硫酸鈉配置系統包括相連的第二鹽水支路和亞硫酸鈉配製槽，所述氯化鋇配置系統包括相連的第三鹽水支路和氯化鋇配製槽，所述三氯化鐵配置系統包括相連的第四鹽水支路和三氯化鐵配製槽，所述第一鹽水支路、所述第二鹽水支路、所述第三鹽水支路和所述第四鹽水支路均與所述輔料鹽水輸送管路相通，所述第一鹽水支路、所述第二鹽水支路、所述第三鹽水支路、所述第四鹽水支路中均設置有切斷閥、流量計和調節閥，每個所述流量計和調節閥均與所述控制裝置相連。
進一步地，所述氫氧化鈉製取裝置還包括鹽水精製機構，所述鹽水精製機構包括鈣離子去除系統、餘氯去除系統、硫酸根去除系統和鎂離子去除系統，所述碳酸鈉配置系統還包括第一除雜管路，所述第一除雜管路連接所述碳酸鈉配製槽和所述鈣離子去除系統，所述亞硫酸鈉配置系統還包括第二除雜管路，所述第二除雜管路連接所述亞硫酸鈉配製槽和所述餘氯去除系統，所述氯化鋇配置系統還包括第三除雜管路，所述第三除雜管路連接所述氯化鋇配製槽和所述硫酸根配置系統，所述三氯化鐵配置系統還包括第四除雜管路，所述第四除雜管路連接所述三氯化鐵配置槽和所述鎂離子去除系統，所述第一除雜管路、所述第二除雜管路、所述第三除雜管路、所述第四除雜管路中分別設置有流量計和調節閥，每個所述流量計和調節閥均與所述控制裝置相連。
優選地，所述氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產裝置還包括控制裝置，所述鹽酸稀釋機構包括鹽水稀釋液輸送管路、濃鹽酸輸送管路、混合器和鹽酸槽，所述鹽水稀釋液輸送管路的一端與淡鹽水循環管路相連，所述鹽水稀釋液輸送管路和所述濃鹽酸輸送管路並列設置，並與所述混合器、所述鹽酸槽依次連接，所述鹽水稀釋液輸送管路、所述濃鹽酸輸送管路中均設置有流量計和調節閥，每個所述流量計和調節閥均與所述控制裝置相連。
進一步地，所述鹽酸槽與所述氫氧化鈉製取裝置通過稀鹽酸輸送管路相連，所述稀鹽酸輸送管路中設置有流量計和調節閥，所述流量計和調節閥均與所述控制裝置相連。
相比於現有技術，本發明所述的氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產設備具有以下優勢：本發明對氫氧化鈉電解後的淡鹽水採用氫氧化鎂製取裝置和淡鹽水利用裝置實現多重利用，從而減少了原始工藝中用於對多餘的淡鹽水進行蒸發的耗能，起到了節能增效的作用。此外，本發明採用通過多餘的淡鹽水配置形成的輔料來實現鹽水的精製，以除去鹽水中的雜質離子，實用性強，進一步提升了本發明的經濟效益。且本發明各物料的運輸均可採用自動化控制的方式進行，操作簡單快捷，生產效率高，不僅減少了人工成本，而且能實現物料的循環利用，因此，本發明在具體工業的實施中經濟效益十分顯著。本發明迎合國家節能減排、清潔生產的方針，在傳統生產中進行驗證，本發明在對傳統工業改造時，無需改變原有的生產線路的傳輸設備，改造方便，對氯鹼企業能產生直接的引導力和影響力。
附圖說明
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。在附圖中：
圖1示出了本發明一種優選實施方式的氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產設備的流程圖。
附圖說明：
1-氫氧化鈉製取裝置， 11-鹽水電解機構，
111-電解槽， 112-陽極液罐，
113-淡鹽水循環管路， 12-鹽水精製機構
2-氫氧化鎂製取裝置， 3-淡鹽水利用裝置，
31-鹽酸稀釋機構， 311-鹽水稀釋液輸送管路，
312-濃鹽酸輸送管路， 313-混合器，
314-鹽酸槽， 315-稀鹽酸輸送管路，
32-輔料製作機構， 321-輔料鹽水輸送管路，
322-脫氯系統， 323-碳酸鈉配置系統，
324-亞硫酸鈉配置系統， 325-氯化鋇配置系統，
326-三氯化鐵配置系統， 3231-第一鹽水支路，
3232-碳酸鈉配製槽， 3233-第一除雜管路，
3241-第二鹽水支路， 3242-亞硫酸鈉配製槽，
3243-第二除雜管路， 3251-第三鹽水支路，
3252-氯化鋇配製槽， 3253-第三除雜管路，
3261-第四鹽水支路， 3262-三氯化鐵配製槽，
3263-第四除雜管路， 4-切斷閥，
5-流量計， 6-調節閥。
具體實施方式
本發明提供了許多可應用的創造性概念，該創造性概念可大量的體現於具體的上下文中。在下述本發明的實施方式中描述的具體的實施例僅作為本發明的具體實施方式的示例性說明，而不構成對本發明範圍的限制。
下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的描述。
如圖1所示，本實施例提供一種氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產設備，包括氫氧化鈉製取裝置1、氫氧化鎂製取裝置2和淡鹽水利用裝置3，所述氫氧化鈉製取裝置1與所述氫氧化鎂製取裝置2相連並形成閉環的循環產業鏈，所述氫氧化鈉製取裝置1包括鹽水電解機構11，所述淡鹽水利用裝置3與所述鹽水電解機構11相連，所述淡鹽水利用裝置3包括並列設置的鹽酸稀釋機構31和輔料製作機構32。
將氫氧化鈉製取裝置1和氫氧化鎂製取裝置2相連接形成閉環的循環生產產業鏈，其中，氫氧化鈉製取裝置1包括鹽水電解機構11，即通過電解精製鹽水來生產氫氧化鈉，反應方程式為：2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑，具體電解過程為本領域技術人員所熟知，故在此不再詳述。氫氧化鎂製取裝置2中的反應方程式為：2NaOH+MgCl2→Mg(OH)2↓+2NaCl，在該反應中，原料氫氧化鈉為經氫氧化鈉製取裝置1形成的產物，原料氯化鎂為六水氯化鎂，為固體形式。在氫氧化鈉的製取裝置中，陽極室中鹽水通常為精製的飽和食鹽水，經電解後，變為淡鹽水(濃度約為210g/l)，該淡鹽水繼續循環使用，本實施例將該淡鹽水一部分送入氫氧化鎂裝置中以溶解六水氯化鎂，另一部分則採用增設的淡鹽水利用裝置3對其進行利用，本實施例中淡鹽水利用裝置3包括並列設置的鹽酸稀釋機構31和輔料製作機構32，即輸送到淡鹽水利用裝置3中的淡鹽水一部分可用於鹽酸的稀釋，一部分可作為溶劑去配置在本閉環循環生產鏈或其他工業生產中所需的輔料，當然，本實施例中對於該淡鹽水的利用，還可將該淡鹽水的剩餘部分直接回復到氫氧化鈉製取裝置1中作為原料經由處理而使用。
在傳統的生產工藝中，例如在20萬噸/年氫氧化鈉的生產工藝中，氫氧化鈉製取裝置1採用的電解原料精鹽水為飽和氯化鈉溶液，該精鹽水的流量為268m3/h(319.76t/h)，濃度為305g/l(25.56％)，經電解反應後形成的淡鹽水，一部分進入氫氧化鎂製取裝置2中以溶解氯化鎂，另一部分直接返回至氫氧化鈉製取裝置1中，與經氫氧化鎂製取裝置2形成的氯化鈉溶液一起進行精製從而重新輸入到鹽水電解機構11中作為原料進行電解反應，在該工藝中，直接返回到氫氧化鈉製取裝置1中的淡鹽水為215m3/h(240.41t/h)，濃度為203.14g/l(18.17％)，經由氫氧化鎂製取裝置2製成的氯化鈉溶液為145.97t/h，濃度為25％，故在該原始工藝中每小時至少多餘145.97+240.41-319.76＝67(t)的淡鹽水。該部分淡鹽水中的水通常採用的是蒸發的手段將其去除，故耗能巨大，而採用本實施例中的淡鹽水利用裝置3來利用上述計算出的淡鹽水，減少了水的蒸發量，從而節省了大量的能量，大大提高了氫氧化鈉和氫氧化鎂循環系統的經濟效益。
具體地，所述鹽水電解機構11包括電解槽111和陽極液罐112，所述電解槽111包括陽極室和陰極室，所述陽極液罐112的入口與所述陽極室連接，所述陽極液罐112的出口通過第一淡鹽水管路和第二淡鹽水管路分別與所述淡鹽水利用裝置3和所述氫氧化鎂製取裝置2相連，所述陰極室與所述氫氧化鎂製取裝置2連接。
電解槽111分為陽極室和陰極室，在氫氧化鈉的製取工藝中，陽極室中輸入的是精製鹽水，陰極室中輸入的是28％左右的鹼液，採用與陽極室連接的陽極液罐112來儲存從陽極室中輸出的電解後的淡鹽水，然後將淡鹽水通過淡鹽水循環管路113從陽極液罐112中輸送到氫氧化鎂製取裝置2中和淡鹽水利用裝置3中，輸送到氫氧化鎂製取裝置2中的淡鹽水用於溶解氯化鎂，輸入到淡鹽水利用裝置3中的淡鹽水用於稀釋鹽酸和配置一些輔料。陰極室直接將產生的氫氧化鈉輸入到氫氧化鎂製取裝置2中作為原料進行使用，通過該具體的設置形式從而形成了一個既能對本循環體系中多餘的淡鹽水實現高效利用，又能使部分淡鹽水完整循環的迴路。
為了增強本實施例的經濟效益，使得經由多餘鹽水所配置形成的輔料也同時應用到循環生產鏈中，所述輔料製作機構32包括輔料鹽水輸送管路321，所述輔料鹽水輸送管路321的一端與所述淡鹽水循環管路113連通且設置有脫氯系統322，所述輔料鹽水輸送管路321的另一端與所述氫氧化鎂製取裝置2相連，所述脫氯系統322和所述輔料製作機構32之間並列設置有碳酸鈉配置系統323、亞硫酸鈉配置系統324、氯化鋇配置系統325和三氯化鐵配置系統326。
淡鹽水循環管路113中的淡鹽水全部輸送到輔料鹽水輸送管路321中，流經輔料鹽水輸送管路321中的部分淡鹽水用於輔料的配置。首先，由於在精製鹽水的電解過程中會產生氯氣和氫氣，故由陽極室輸出的淡鹽水中會溶解有部分的氯氣，故採用脫氯系統322對進入輔料鹽水輸送管路321中的淡鹽水進行脫氯處理，本實施例中的脫氯處理方法優選為真空脫氯法及化學脫氯法相結合。將經脫氯後的淡鹽水按照計算的量分別輸送到碳酸鈉配置系統323、亞硫酸鈉配置系統324、氯化鋇配置系統325和三氯化鐵配置系統326中作為溶劑實現各溶液的配置，在輔料鹽水輸送管路321中的另一部分剩餘的淡鹽水則輸送到氫氧化鎂製取裝置2中。
配置輔料及進入氫氧化鎂製取裝置2中的淡鹽水均為經脫氯後的淡鹽水，在輔料配置的過程中和鹽水精製製取的過程中無副反應的發生，從而提高輔料及鹽水精製製取過程中產物的純度。同時，用於配置輔料的淡鹽水和用於輸送到氫氧化鎂中的淡鹽水採用同一條管線進行輸送，整體減少了生產線的投入成本，而採用淡鹽水配置生成的碳酸鈉溶液、亞硫酸鈉溶液、氯化鋇溶液和三氯化鐵溶液應用在氫氧化鈉製取裝置1的鹽水精製過程中，減少了原生產系統中用於配置輔料的純水的用量，進而能減少後期需要的純水蒸發量，進一步減少了企業成本，增加了本實施例的經濟效益。
為了提高本實施例的自動化程度，所述氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產裝置還包括控制裝置(圖中未示出)，所述碳酸鈉配置系統323包括相連的第一鹽水支路3231和碳酸鈉配製槽3232，所述亞硫酸鈉配置系統324包括相連的第二鹽水支路3241和亞硫酸鈉配製槽3242，所述氯化鋇配置系統325包括相連的第三鹽水支路3251和氯化鋇配製槽3252，所述三氯化鐵配置系統326包括相連的第四鹽水支路3261和三氯化鐵配製槽3262，所述第一鹽水支路3231、所述第二鹽水支路3241、所述第三鹽水支路3251和所述第四鹽水支路3261均與所述輔料鹽水輸送管路321相通，所述第一鹽水支路3231、所述第二鹽水支路3241、所述第三鹽水支路3251、所述第四鹽水支路3261中均設置有切斷閥4、流量計5和調節閥6，每個所述流量計5和調節閥6均與所述控制裝置相連。
輔料鹽水輸送管路321中的淡鹽水按照預先設定的量分別通過第一鹽水支路3231、第二鹽水支路3241、第三鹽水支路3251和第四鹽水支路3261輸送到碳酸鈉配製槽3232、亞硫酸鈉配製槽3242、氯化鋇配製槽3252和三氯化鐵配製槽3262中形成碳酸鈉溶液、亞硫酸鈉溶液、氯化鋇溶液和三氯化鐵溶液。四條鹽水支路中均安裝有切斷閥4、流量計5和調節閥6，控制裝置可實時監測第一鹽水支路3231、第二鹽水支路3241、第三鹽水支路3251和第四鹽水支路3261中的流量，並根據控制裝置內部的設定值，來調節第一鹽水支路3231、第二鹽水支路3241、第三鹽水支路3251和第四鹽水支路3261中的調節閥6的開度。當然，切斷閥4可採用人工的方式或控制裝置電動的方式來控制，在故障或者其他情況可及時截斷各鹽水支路的輸送。
因此，本實施例能直接控制進入碳酸鈉配製槽3232、亞硫酸鈉配製槽3242、氯化鋇配製槽3252和三氯化鐵配製槽3262中淡鹽水的輸送量，保證了整個輔料製作機構32的穩定，提高了輔料製作機構32的自動化程度，且可根據氫氧化鈉和氫氧化鎂的產量在控制系統中調整各流量的設定參數，便於調節變換，既節省了人工投入，又提高了輔料製作的效率。
進一步，所述氫氧化鈉製取裝置1還包括鹽水精製機構12，所述鹽水精製機構12包括鈣離子去除系統、餘氯去除系統、硫酸根去除系統和鎂離子去除系統，所述碳酸鈉配置系統323還包括第一除雜管路3233，所述第一除雜管路3233連接所述碳酸鈉配製槽3232和所述鈣離子去除系統，所述亞硫酸鈉配置系統324還包括第二除雜管路3243，所述第二除雜管路3243連接所述亞硫酸鈉配製槽3242和所述餘氯去除系統，所述氯化鋇配置系統325還包括第三除雜管路3253，所述第三除雜管路3253連接所述氯化鋇配製槽3252和所述硫酸根配置系統，所述三氯化鐵配置系統326還包括第四除雜管路3263，所述第四除雜管路3263連接所述三氯化鐵配置槽和所述鎂離子去除系統，所述第一除雜管路3233、所述第二除雜管路3243、所述第三除雜管路3253、所述第四除雜管路3263中分別設置有流量計5和調節閥6，每個所述流量計5和調節閥6均與所述控制裝置相連。
氯化鈉溶解形成的鹽水輸送到鹽水精製機構12中，第一除雜管路3233、第二除雜管路3243、第三除雜管路3253和第四除雜管路3263能實現碳酸鈉溶液、亞硫酸鈉溶液、氯化鋇溶液和三氯化鐵溶液向鹽水精製機構12中的自動輸送，同時，通過控制裝置對各除雜管路中的流量進行控制，使得配置形成的各輔料按照預定的劑量輸送到鹽水精製機構12中，對鹽水實現除雜的效果。首先，將碳酸鈉溶液加入到鹽水中，以除去鹽水中的鈣離子，反應方程式為：CO32-+Ca2+→CaCO3↓，為了防止低溫引起碳酸鈉堵塞第一除雜管路3233，用於配置碳酸鈉溶液的淡鹽水採用的是80℃的淡鹽水。然後，將亞硫酸鈉溶液加入到鹽水中，以除去鹽水中的餘氯，反應方程式為：Na2SO3+Cl2+2NaOH→Na2SO4+2NaCl+H2O，之後，將氯化鋇溶液加入到鹽水中，以除去鹽水中的硫酸根，反應方程式為：BaCl2+Na2SO4→BaSO4↓+2NaCl，最後，將三氯化鐵溶液加入到鹽水中，由於三氯化鐵極易溶於水，其中的三價鐵離子能發生水解反應生成氫氧化鐵膠體，氫氧化鐵膠體作為一種助沉劑能使鎂離子一同沉澱，以達到有效去除鎂離子的作用。
將採用循環的淡鹽水所配置形成的輔料應用到鹽水精製機構12中的除雜處理，提高了對本循環生產鏈的經濟效益。本實施例能對各除雜液實現自動輸送，從而提高了本實施例整體的自動化程度，操作方便，投料量穩定，實用性強。
此外，採用淡鹽水來配置亞硫酸鈉溶液，還解決了工業上的問題。由於亞硫酸鈉溶液的配置一般採用的是純水作為溶劑，該純水的輸送泵和輸送管路一般與向陰極室中加純水的輸送泵和輸送管路為同一個，但是在打開純水閥門時，經常會因為閥門打開迅速，開度過大從而會導致電解槽加入純水流量過低而造成連鎖停車的情況，在本實施例的操作中，亞硫酸溶液的配置不再採用純水而採用循環的淡鹽水有效解決了上述問題，在具體工業中使用時效果顯著。
對於多餘淡鹽水的利用除了採用上述將淡鹽水配製成輔料的形式，本實施例還採用鹽酸稀釋機構31對多餘的淡鹽水進行利用，所述氫氧化鈉和氫氧化鎂循環生產裝置還包括控制裝置，所述鹽酸稀釋機構31包括鹽水稀釋液輸送管路311、濃鹽酸輸送管路312、混合器313和鹽酸槽314，所述鹽水稀釋液輸送管路311的一端與淡鹽水循環管路113相連，所述鹽水稀釋液輸送管路311和所述濃鹽酸輸送管路312並列設置，並與所述混合器313、所述鹽酸槽314依次連接，所述鹽水稀釋液輸送管路311、所述濃鹽酸輸送管路312中均設置有流量計5和調節閥6，每個所述流量計5和調節閥6均與所述控制裝置相連。
為了促進精製鹽水在電解槽中的電解作用以及提高氯氣的純度，一般需向陽極室和陽極液罐112中的鹽水中加入鹽酸，但是由於常見鹽酸一般為31％的濃鹽酸，而31％的濃鹽酸幾乎不溶於氯化鈉溶液，且容易形成結晶以堵塞加酸口，故需將31％的濃鹽酸稀釋成17～18％的稀鹽酸。因此，本實施例將淡鹽水還應用在濃鹽酸的稀釋上。從陽極液罐112輸出的淡鹽水經過淡鹽水循環管路113輸出，部分輸送到鹽水稀釋液輸送管路311中並最後輸入到混合器313中，濃鹽酸則經由濃鹽酸輸送管路312輸送到混合器313中，濃鹽酸和淡鹽水在混合器313中實現混合，從而形成17～18％的稀鹽酸，儲存在鹽酸槽314中。採用控制裝置可實現對於淡鹽水和濃鹽酸的流量控制，從而保證鹽酸稀釋機構31的穩定性和準確性，並能提高鹽酸的稀釋效率。本實施例中，控制鹽酸稀釋機構31的控制裝置和控制輔料製作機構32的控制裝置優選為同一個控制裝置，採用可編程邏輯控制器進行控制操作。
與輔料製作機構32相似，為了進一步提高本實施例的自動化程度，實現鹽酸向精製鹽水中的自動定量添加，所述鹽酸槽314與所述電解槽111和陽極液罐112通過稀鹽酸輸送管路315相連，所述稀鹽酸輸送管路315中設置有流量計5和調節閥6，所述流量計5和調節閥6均與所述控制裝置相連。
應該注意的是，上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的範圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位於括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞「包含」不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。