基于陶瓷膜過濾法的藥用氯化鈉精制溶液生產工藝設計摘要本文在研究之前就進行了文獻和資料調查，對氯化鈉溶液精制的原理進行了總結，對一些日常使用較多的氯化鈉溶液精制工藝也進行了歸納，入：傳統的澄清桶工藝、凱膜過濾工藝、戈爾膜過濾工藝、頗爾膜過濾工藝和無機陶瓷膜過濾工藝等。對多種多樣的精制工藝進行比較之后，再融入已掌握的理論知識和企業實踐經驗，設計出了陶瓷膜過濾技術的精制氯化鈉溶液生產工藝。本設計介紹了氯化鈉溶液精制陶瓷膜過濾工藝流程，按照基本要求對物料衡算、熱量衡算、設備選型計算都進行了計算，還有就是分析化工經濟和環保，通過化工制圖軟件AutoCAD繪制了帶控制點的工藝流程圖和陶瓷膜過濾器設備圖。希望可以通過精制氯化鈉溶液的實際生產幫助到更到的企業可以生產。關鍵詞：氯化鈉溶液鹽水精制陶瓷膜過濾器鹽化工氯堿工業目錄目錄第一章文獻綜述 61.1氯化鈉溶液的用途 61.1.1氯化鈉溶液的工業用途 61.1.2氯化鈉溶液的藥用用途[1] 61.2氯化鈉溶液精制原理[2] 61.2.1生產精制氯化鈉溶液的原料 71.2.2鈣離子除去 71.2.3鎂離子除去 71.2.4硫酸根離子除去 81.2.5鹽水二次精致 81.3精制藥用氯化鈉生產工藝 91.3.1一次氯化鈉溶液精制工藝 91.3.2二次氯化鈉溶液精制工藝 111.4課題內容介紹 11第二章氯化鈉溶液精制工藝流程設計[3] 122.1工藝流程圖簡介 122.2主要設備裝置介紹 122.3氯化鈉溶液精制工藝的物料衡算和能量衡算 142.3.1物料衡算 142.3.2能量衡算 17第三章主要設備的工藝尺寸計算 193.1陶瓷膜過濾器的計算與選型[5] 193.2固定管板式換熱器的計算與選型 19第四章輔助設備的選型計算 214.1泵的選型計算 214.2儲罐的選型計算 21第五章化工經濟與環保分析 225.1化工經濟分析 225.2環保分析 23第六章總結 23第一章文獻綜述1.1氯化鈉溶液的用途1.1.1氯化鈉溶液的工業用途精制氯化鈉溶液是一種較為普遍的化工中間體，在化工生產過程里有著關鍵功能，普遍在鹽業和氯堿行業中使用。制鹽業影響著中國人民的經濟教育。生產氯化鈉是十分重要的。固體氯化鈉材料是經過精制氯化鈉溶液的蒸發和結晶獲取，其純度和雜質含量直接影響了其使用，食鹽和醫用氯化鈉在生活中較為普遍存在。食鹽或碘鹽可以說是我們所有人生活中不可或缺的東西，食用食鹽有利于及時補充汗液和尿液缺失的鹽分。藥用氯化鈉對于氯化鈉的純凈度更高，并且在各大醫療保健中使用。基于醫藥成面，氯化鈉一般不會被直接使用，會通過各種形式進行制備氯化鈉制劑，像是常用的生理鹽水，在臨床中就被普遍使用。氯堿工業的化工系統十分龐大。在工業行業，氯氣、氫氧化鈉和氫氣是通過氯化鈉溶液電解形成。在完成電解后，就能獲得固體氫氧化鈉、各種濃度的堿溶液、液態氯氣、鹽酸等化學產品。在鹽業和氯堿行業，都嚴格要求精制氯化鈉溶液的純度的標準。鹽業產品一般來說人們是直接進行食用的，因此如果生產的產品品質不達標，就會對人體產生危害，進而影響群眾的生命健康。氯堿行業凈化鹽水的質量影響穩定性、安全性和生產效率，同時對電解的耗能也有較大的影響，進一步影響成本支出，致使生產設備的損壞。1.1.2氯化鈉溶液的藥用用途[1]醫藥級氯化鈉主要事實上用于保健和醫療行業中。功能和作用廣泛，原料含量高，氯化鈉含量不能少于99,5%，外形是無色透明的長方形結晶粉末。根據報道該粉末有可能參與了體內酸堿平衡。氯離子鈉能給促使體內胃酸形成。藥用氯化鈉對于神經和肌肉興奮性的維持也具有相應的作用。在藥用氯化鈉的使用標準中，其中一個重要質量指標就是純度。所以生產藥用氯化鈉時，會分析其雜質的出處，然后具有針對性的去除雜質，這一過程是必不可少的。目前也有相關學者對藥用氯化鈉的雜質的來源和去除進行研究。所以在生產藥用氯化鈉時，對相應的雜質進行有效的去除也是我們工作和生產一直希望達到的。1.2氯化鈉溶液精制原理[2]精制氯化鈉溶液的主要原料有礦鹽、海鹽、湖鹽和鹵水。除了氯化鈉，還存在一些不溶性雜質，像是泥沙、懸浮固體和有機物等，還有溴離子、碘離子等不溶性雜質。所以要把粗鹽中的雜質盡可能的去除，以滿足生產應用所需要，其中就需要經過精制氯化鈉溶液。不溶性雜質一般時利用自然沉淀的方法從原鹽中去除。氯化鈉的溶解度會因為溫度的變化而改變，可溶性雜質會出現再結晶，就使得氯化鈉和雜質共同沉淀，所以可溶性雜質先要進行化學反應得到一定的沉淀物，之后在絮凝劑的作用下變成體積和質量密度較大的渾濁物，再對這些渾濁物進行去除。以下介紹了多種可以去除雜質離子的方法。表1.1常見難溶性鈣鹽、鎂鹽和鋇鹽的溶度積常數（25℃）化學式溶度積（Ksp）pKspCa2+Ca3(PO4)22.0×10-2928.70CaF22.7×10-1110.57CaCO32.8×10-98.54CaSO43.2×10-75.04Mg2+Mg3(PO4)2·8H2O6.3×10-2625.20Mg(OH)21.8×10-1110.74MgCO33.5×10-87.46Ba2+BaSO41.1×10-109.961.2.1生產精制氯化鈉溶液的原料在生產藥用氯化鈉過程中，首先要跳去雜質少、易去除的工業鹽。這也是因為此類鹽由精制工業鹽制作。在此之前已經對其進行了去雜志的處理。工業鹽在生產時有經歷了一次脫水，相比于曬干的工業鹽其可以檢測到的雜質種類和數量都處于良好狀態。精制工業鹽里主要的雜質有硫酸鹽、鈣鎂鹽和鐵鹽。原料：表1.2工業一級干鹽理化指標項目氯化鈉（g/100g）水分（g/100g）水不溶物（g/100g）鈣鎂離子總量（g/100g）硫酸根離子（g/100g）含量≥98.5≤0.5≤0.1≤0.4≤0.51.2.2鈣離子除去從表1.1、1.2可知，Ca3(PO4)2、CaF2、CaCO3、CaSO4也是分布相對較差的鈣化合物，25℃時的體積分別為2.0×10-29、2.7×10-11、2.8×10-9、3.2×10-7。Ca3(PO4)2的體積最小，CaF2和CaCO3的溶解度產物次之，CaSO4的溶解度產物最大。所以Na3PO4是很好的鈣清除劑，NaF的效果次之，Na3PO4和NaF價格高昂，一般來說會選擇小蘇打和純堿作為鈣清除劑，以生產≤5毫克/升鈣的精制氯化鈉溶液。方程式為：Ca2++CO32-=CaCO3↓1.2.3鎂離子除去按照表1.1，鎂離子轉化為不溶性化合物，包含了Mg3(PO4)2-8H2O、Mg(OH)2和MgCO3。盡管Mg3(PO4)2的溶解度最低，但Na3PO4價格太高，會選擇燒堿(NaOH)作為除鎂劑，基本上是達到精制氯化鈉溶液生產氯堿的要求。根據工藝需求，鎂含量≤5毫克/升。反應方程式如下：Mg2++2OH2-=Mg（OH）2↓1.2.4硫酸根離子除去硫酸根離子去除的方法是鋇法和鈣法，即用鈣鹽或鋇鹽作為沉淀物，將硫酸鹽轉化為硫酸鈣或硫酸鋇，如下沉淀：Ca2++SO42-=CaSO4↓Ba2++SO42-=BaSO4↓鈣法成本低，但因為硫酸鋇的溶解度比硫酸鈣低很多，因此對工藝控制相對來說是復雜的，同時SO42和鋇法相比，去除效果不是很好。鋇法效率高，缺點是原料成本高，并且其是有毒物質，污染較為嚴重，目前已經有新的工藝方法取代了這一去除方法。去掉SO42-的新方法[6]：吸附法、絡合法和膜法。絡合法：在鹽水中進行，首先吸附固體絡合劑，然后再分離SO42-。此方法的效率有99%，同時反應速度時間短，成本又低。吸附法：SO42-被離子交換樹脂吸附除去，SO42-只能通過加水從離子交換樹脂中分離。此方法，要把氯酸鹽和氯氣進行隔離。膜法：是一種毫米級過濾技術。其主要是基于膜不排斥氯化鈉。可以快速的去除，拒收效率是98%。通過這種方式去除的SO42，效果很穩定，并且能夠連續使用，不僅簡單方便，而且效率高，也不需要任何添加劑。鹽水進料首先進行預處理，保證膜能夠不會懸浮起來。這也是當前方法里成本最低的一種，其優勢之處是膜壽命長。1.2.5鹽水二次精致前文描述的凈化工藝叫做初級精制氯化鈉溶液，其Ca2+和Mg2+的含量達到10mg/l，是能夠達到鹽業的各種需要。在氯堿工業中，會嚴格氯化鈉溶液要求的生產，像是離子交換膜法中氯化鈉溶液中Ca2+和Mg2+的總含量要在20μg/l以下，此時就需要二次清洗。用燒結碳管對鹽水進行二次處理[8]。首先將α-纖維素涂布在立式蠟燭型燒結碳管壁上，讓鹽水進入過濾器，α-纖維素放置在濾器入口處。進行過濾，固體物質會停留在外壁上。利用碳燒結管過濾后進入螯合樹脂塔，懸浮固體(SS)含量降低到1mg/l以下。螯合樹脂作為交換樹脂，有兩類：亞氨基二乙酸型螯合樹脂和胺磷酸鹽型螯合樹脂。均是帶負電荷，對陽離子有相對親和力，導致金屬離子和絡合物的形成。不僅可以去除Ca2+、Mg2+等+2價陽離子外，特能很好的洛合銅、鐵等過渡金屬元素。若是有Ca2+、Mg2+的氯化鈉溶液和螯合樹脂融合，Ca2+、Mg2+會取代樹脂中不穩定的鈉離子，實現可氯化鈉溶液的精制。如下所示：RCH2NH(CH2COONa)2+Ca2+/Mg2+→RCH2NH(CH2COO)2Ca/Mg+2Na+；2RCH2NHCH2PO3Na2+Ca2+/Mg2+→(RCH2NHCH2PO3)2·Ca/MgNa2+2Na+螯合樹脂吸附鈣的不斷增加，相應的交換效率就會降低，降低到一定程度時，就無法進行樹脂再生。必須先用強無機酸將樹脂轉化為氫型樹脂，再用堿劑把樹脂轉變為鈉型樹脂，這樣才能實現離子交換能力。1.3精制藥用氯化鈉生產工藝1.3.1一次氯化鈉溶液精制工藝澄清轉鼓工藝和采用膜分離技術作為氯化鈉溶液初級精制工藝的重要組成。最近幾十年里，出現了膜分離的氯化鈉溶液精制新工藝[10]，這種工藝的優點頗多，在發展過程中，已經將傳統的氯化鈉溶液精制工藝淘汰出市場。優點是：1）不需要太高的原鹽的質量，對于企業來說，可用的鹽類型變多了；2）工藝流程操作簡便，沒有太過復雜的程序和步驟。(3)精制效果好，得出的氯化鈉溶液質量高且穩定；(4)能耗低，提高了加工能力，促進生產經濟效益的提高。傳統澄清桶工藝傳統的澄清桶工藝精制原鹽水程序如：把原鹽溶解于化學鹽中，轉變為粗鹽水；會有很多的不溶性雜質和沉淀物出現，此時將其去除。讓有懸浮物的渾濁鹽水在多爾澄清桶中沉淀，目的時分離沉淀物；再進行硅砂過濾器過濾，然后去除機械雜質和沉淀物，最終獲得精制的氯化鈉溶液。"道爾處理轉鼓"是基于自由沉降的方式對大顆粒進行分離，一般的方式有通過碳管過濾器來吸附細小顆粒。因為沉降速度始終快于上升速度，顆粒能夠很好的分離。可以通過增大顆粒直徑D和固體與鹽水的密度差(ρs-ρl)來提高沉降速度，同時促進鹽水溫度的提高。最大粒徑隨鹽水流速、溫度和雜質的變化不斷改變。若是小離子的沉淀率變高，則道爾處理桶回流混合液，鹽水分解。傳統鹽水精制工藝的優點：簡單易掌握；但是易破碎，使用周期長，成本低。缺點是：體積大，占地面積大；自動化水平不高，過濾效果不好；澄清桶會出現返泥；原鹽的質量不好匹配。戈爾膜過濾工藝戈爾膜過濾技術是最初用于精制鹽水的膜過濾技術的方法。1990年代，美國、德國、日本等工業發達國家就具備了氯堿工業的鹽水精制工藝。而中國則是在2000年第一使用這一技術，自此戈爾膜液體過濾器成為了氯化鈉原液的精制的主要方法。"戈爾"的過濾功能是通過"戈爾"膜過濾袋實現的。制作成分是聚丙烯、聚酯無紡布和微米厚的膨體聚四氟乙烯薄膜，濾液在壓力作用下會流經濾袋，由此完成固液分離。過濾時，粗鹽水在進行了一段時間的過濾后，清液會就會進入細鹽水庫，濾袋就會有粗鹽顆粒。之后再清晰濾袋，丟掉殘留物。由此經過幾次重復，再轉入鹽泥系統處理。特點：1）持續生產操作；2）過濾效果顯著；3）因為聚四氟乙烯的摩擦系數低，處于低壓才能進行膜的過濾和再生，所以膜壽命短；4）主要是進行表面過濾，就不會導致膜孔的堵塞；5）溫度域大，化學穩定性強，體積小，自動化水平高。缺點：過濾效果主要針對固體雜質，過濾Mg(OH)2膠體、細菌時，效果不好;并且厚度較薄，所以易破損，經常會出現濾液泄漏現象。凱膜過濾工藝聚四氟乙烯管狀多孔膜是凱膜的學名，兩邊的孔徑小，中間孔徑大，膜表面由疏水性轉變為成親水性，主要進行氯化鈉溶液的過濾。"凱膜"和傳統的過濾膜相比，其使用周期較長，并且機械強度高。孔隙率很高，平均孔徑為0,5-1,0μm，所以過濾通量和過濾精度不錯。膜表面摩擦系數低，所以相應的表面光滑，且化學性質穩定，膜表面抑制了液體中的固體顆粒，固體顆粒基本不可能滲透過去，同時因為膜內不會滿是濾料，清洗的時候也很方便。特點：1）流程簡單易操作，過程時間短，自動化水平高；2）特殊的雜質處理方式，添加相應的精制制劑，可以大大提高膜效率，雜質去除的較為干凈。3)清洗方便，用時短；4)懸浮固體含量1000~10000mg/l至1mg/l，能夠立刻送入螯合樹脂塔進行氯化鈉溶液進行二次精制。缺點：對于優質原鹽無效。頗爾膜過濾工藝PE材料作為波爾膜過濾器的過濾介質，即常見的PE管。其孔徑在1.0～2.0μm范圍，很少出現堵塞的情況。工藝流程：把初始鹽在試驗桶里進行降解，去除游離氯，觀察鹽水狀態把鹽水濃度調整為淡鹽水。攪拌時完全反應，不溶性物質和許多雜質被去除。在雜質被去除后，粗鹽水中會其他的化學反應，碳酸鈉和Ca2+反應形成沉淀。而過濾器能夠很好的過濾掉這些沉淀物。該工藝不需要預處理裝置；并且循環量大，產生的阻力很小，流速大大的得到了提升；經過過濾后，鹽水的質量得到了很大的改善，把鹽水中的鈣離子和鎂離子去除了以后其雜質也就消失了；相對于傳統的工藝，這種方法比較容易并且自動化的程度非常高，操作起來便捷；和原鹽的各種品種都是相適應的，成本減小了很多。可是存在一個問題就是該工藝無法長時間運行，因為易發生損壞，膜的單價比較貴，維護所需要的投入比較大。陶瓷膜過濾工藝陶瓷膜屬于固體膜。其主要成分是Al2O3、ZrO2、等無機材料，把這些材料煅燒、加熱以后便形成了陶瓷膜。它的孔徑范圍在0.005～1.200μm之間。陶瓷膜的優點是：耐環境性，可以忍受高達800℃的高溫環境、不畏懼酸堿，其環境的PH可在0～14之間，并且它的抗壓能力也很強，孔徑拉伸、剝離、腐蝕等都不會對陶瓷膜產生嚴重的影響，其效率非常高。氯化鈉溶液的精制程序如下：第一步，加入精制制劑到粗鹽水中，二者都置于在反應罐，然后用玻璃棒膠棒攪拌反應罐里的混合液體，下一步就是導入陶瓷館中經過里面的過濾器，進而發生化學反應，能夠一次性將所有的懸浮固體都清楚干凈。一次精制氯化鈉溶液其SS不超過1×10-6，因為二次鹽水質量標準就是這個。一些液體流入到鹽泥系統，另外一些被輸送到中間罐。該工藝和有機高分子膜進行比較，還是具有比較多的長處：比如它的流程比較簡單，不繁瑣，需要投入的成本很少，并且設備的體積小，因此不會占用太大的空間；整個工藝流程都不用氯化鐵的參與，因此就不會發生腐蝕現象，并且不會產生鐵離子污染，最后，陶瓷膜抗壓、表面堅硬、耐腐蝕，非常經用，不需要過多的擔心損壞。1.3.2二次氯化鈉溶液精制工藝氯化鈉溶液二次精制的工藝流程[19,20]如下：一般來說所有的螯合樹脂塔相互連接后開始二次精制工藝，標準氯化鈉溶液經鹽水入口管線流入到樹脂床；并從塔的底端進入到其他的塔。同時從塔底流出的還有焦油床。倘若塔要再次回收的話，關閉塔底之后就可以進行回收，塔在檢驗正常、符合標準后，可以循環利用。溶液經過所有的程序后最后從塔流出，其中的鈣鎂離子和懸浮固體量被去除了一大部分，其剩余韓玲低于標準值，然后再把他們倒進超精鹽水槽進行保存，最終進入電解器。1.4課題內容介紹氯化鈉溶液其實用處非常的廣，特別是在工業領域，比如說醫藥制作行業等都能經常看到它的身影，因此對工業氯化鈉溶液的純度比較高，醫藥用的則相應的要求會更加嚴格。本項目利用陶瓷膜過濾技術，根據原鹽、精制氯化鈉溶液的物料和熱量，結合整個操作的流程、運用到的關鍵設備以及次要設備的挑選和設置，綜合這上述所有的因素來進行精制氯化鈉溶液的生產。最后完成了精制氯化鈉溶液的操作程序圖和設備裝配圖。第二章氯化鈉溶液精制工藝流程設計[3]2.1工藝流程圖簡介本設計所采用的陶瓷膜過濾法精制氯化鈉溶液工藝流程如圖2.1所示。圖2.1陶瓷膜過濾法精制氯化鈉溶液工藝流程圖陶瓷膜過濾精制氯化鈉溶液的工藝。(1)化學鹽水利用化學鹽水泵流向鹽水桶，桶里面的原鹽會慢慢的發生溶解。2.然后往里面添加20%的BaCl?、1%的NaClO、32%的NaOH和20%的Na2CO3，其主要的目的就是去除鹽水中的的硫酸根離子、鈣離子、鎂離子等無機鹽離子以及其他的一些有機物和微生物。(3)鹽水中的Ca2+與Na2CO3反應的產物為CaCO?晶體，Mg+與NaOH反映的產物為NaHCO?晶體。3.Ca2+與Na2CO3反應的產物為CaCO?晶體，Mg+與NaOH反應生成的產物為Mg(OH)2膠體。(4)上述的精制步驟結束了之后，鹽水流入到中間罐，經過過濾器把剩余的雜質過濾掉，依次，鹽水流入陶瓷膜過濾系統；(5)鹽水按照順序通過系統包含的三級過濾程序。6)鹽水經過三級過濾之后，其中一些溶液鹽水被輸入鹽泥系統，剩下的溶液和原鹽水混合在一起，從京入口流至循環泵，這樣做的目的是可以幫助減少精礦中的固體物質，使液體通過膜的速度不受到影響，再經過循環泵重新回到濾系統，過濾系統開始循環往復的過濾。經由三個組份過濾后的溶液從鹽水出口級流出鹽酸，將pH值應屬于3~5的范圍才能進入精制鹽水罐。2.2主要設備裝置介紹本研究中使用的氯化鈉溶液精制方式所運用的設備的組成主要包括固定管板式換熱器、反應桶和陶瓷膜過濾器，整個設備中發揮最核心的功能的組分是陶瓷膜過濾器。以下著重介紹陶瓷膜過濾器和固定管板式換熱器。其結構如圖2.2。從上圖我們可以看出該結構的9個主要組成部分，從上到下依次為排氣/排油口，反進水口和凡汐備用口再同一高度，然后是壓力表，有兩個，一上一下，接下來就是出鹽水口，陶瓷膜過濾芯，然后和出鹽水口垂直向下的部位是進鹽水口，最下端的是反進水口和排污/排空口。陶瓷膜過濾器發揮主要功能的是濾芯，通常比較常見石英砂和剛玉砂制造而成的濾芯。同時也會再生產的過程加入少量的增強材料、粘結劑或其他的材料進行高溫煅燒，材料硬化形成孔徑大小范圍在0，2～10μm之間多孔微濾膜。陶瓷膜的過濾效率主要是以來其孔密度大和摩擦力低兩個特性來保障，膜的表面的孔徑越小，越能有效的阻止大的固體顆粒滲透進入孔壁，這就使孔隙不容易被雜志堵塞，所有的雜質隔離在膜表面，洗滌和回收膜的工作難度就減小。陶瓷膜過濾器最主要的優點使：機械阻力大，可在酸堿環境中穩定存在，耐高溫和氧化。該工藝需要兩臺陶瓷膜過濾器一起并聯運行，水從第一臺流向第二臺，沖洗的程序也是需要循環往復的。這樣做的目的是減少洗泵的時間以及節約能源，在一定程度上控制了設備運行的成本，使其工作的過程自動化和智能化程度更高。經陶瓷過濾管過濾后，浮在水面的油分子和懸浮物可以被除去一大部分。若還存在油分子，出水腔內也可以將其過濾掉，剩余的游離油分子集合在出水腔頂上一層，若積累的油分子數量夠多時，出水口將流出油分子。陶瓷膜濾筒開始工作后，在其濾筒表面會有一層雜質附著在上面，這樣就致使膜通量變小，入口的壓差變高，這種情況發生時要幾塊對膜管進行反沖洗，以此來保障膜系統發揮正常的功能。圖2.3固定管板式換熱器結構示意圖固定板式換熱器也屬于管式換熱器。其最常見最為經典的類型是管間式換熱器。如圖2.3，圖中主要畫出了固定板式換熱器的關鍵組成部分：包括傳熱管、殼體、接口等。整個殼體的形狀是一個圓，里面安裝有平行管[4]。管道內液體流動可通過管道通道和套管通道兩種通道。傳熱面為管束壁。可通過套管內設置一個橫向擋板提來高管道外側流體的傳熱系數。其主要的益處為：有效的避免流體短路的現象發生，流體通過的速度有很大的提升，并且使流體以回頂的路線流動。固定管板式換熱器和其他的換熱器相比，性能非常優越，比如傳熱系數大；兩板間隙小，結構不分散，傳熱面積廣，并且可拆裝，可以任意更改板的數量，以此使傳熱面積發生變化，操作較為簡單，設備很容易被清洗，維修也比較容易。但是它也有一些自身的不足，工作所處環境的溫度以及壓力需低一些，除去這些，基本能夠滿足工藝的需求。2.3氯化鈉溶液精制工藝的物料衡算和能量衡算2.3.1物料衡算1.原料用量計算2.原鹽溶解工序的物料衡算表2.1原鹽溶解工序物料衡算表物料流股進料流量（t/天）出料流量（t/天）原鹽89.68化鹽水159.43粗飽和鹽水249.11總量249.11249.113.精制工序的物料衡算由原鹽規格可計算原鹽中各雜質組分的質量流量：Ca2+：89.68×0.2%=0.18Mg2+：89.68×0.2%=0.18/天SO42+：89.68×0.5%=0.45SS：89.68×0.1%=0.09根據以下化學方程式可分別求得各精制劑的用量CaMgSO所需碳酸鈉固體的量為：0.18×106.0÷40.1=0.48t/天碳酸鈣沉淀：0.18÷40.1×100.1=0.45t/天需要氫氧化鈉固體的量為：0.18×80.0÷24.3=0.59t/天生成的氫氧化鎂沉淀質量：0.18÷24.3×58.3=0.43t/天假設氫氧化鈉固體過量20%，則其加入量為：0.59×(1+20%)=0.71t/天所需氯化鋇固體的量為：0.45×208.2÷96.0=0.98t/天生成硫酸鋇沉淀的質量為：0.45÷96.0×233.4=1.10t/天不計損失，總的出料量為：249.11+0.48+0.59+0.98=251.16t/天溶液中水的總量為：159.43t反應生成Nacl的量為：(0.18÷40.1+0.18÷24.3)×2×58.4=0.33t/天溶液中Nacl總質量：86.98×98.5%+0.33=86.01t表2.2粗鹽水精制工序物料衡算表物料流股進料流量（t/天）出料流量（t/天）粗飽和鹽水249.11碳酸鈉固體0.48氫氧化鈉固體0.71氯化鋇固體0.98鹽水、沉淀混合溶液251.28總量251.28251.28過濾工序的物料衡算把鹽水、沉淀混合物進行過濾，得到精制氯化鈉溶液。表2.3粗鹽水精制工序物料衡算表物料流股進料流量（t/天）出料流量（t/天）鹽水、沉淀混合溶液251.28去離子水80.02鹽泥6.73精制氯化鈉溶液（堿性）324.57總量331.30331.30調酸工序的物料衡算將精制氯化鈉溶液調至pH3~5，這里取pH=4進行計算，H+濃度為10-4mol/L表2.4調酸工序物料衡算表物料流股進料流量（t/天）出料流量（t/天）精制氯化鈉溶液（堿性）324.57濃鹽酸32.91精制氯化鈉溶液（pH=4）357.48總量357.48357.482.3.2能量衡算本設計考慮到可能有部分飽和食鹽水結晶析出會堵塞管道，所以我們加入固定管板式換熱器加熱溶液，溫度不能超過55℃上下浮動5℃。若氯化鈉溶液溫度分別為20℃和55℃，則：表2.5粗飽和鹽水預熱工序熱量衡算表項目進料熱量（kJ/h）出料熱量（kJ/h）冷飽和鹽水（20℃）682976.58預熱器補充熱量1195209.02熱飽和鹽水（55℃）1878185.60總量1878185.601878185.60第三章主要設備的工藝尺寸計算3.1陶瓷膜過濾器的計算與選型[5]要達到年產100000t的要求，處理待濾液的能力：13m3/h=298m3/天。若真實的處理量只能達到八成，設計的生產能力：298÷80%=373m3/天=16m3/h選擇BJF-8TCM1.0□Y型陶瓷膜過濾器，參數如表3.1。表3.1陶瓷膜過濾器的技術性能及參數項目數值過濾面積，m244.90處理能力，m3/h8容積，m322.29工作壓力，Mpa≤1.0工作壓差，Mpa0.02~0.06處理后含油量，ml/L2~30過濾管規格，mmφ100×100×9003.2固定管板式換熱器的計算與選型計算換熱器的傳熱面積：Q=KA?tK——傳熱系數，kJ/(m2·h·℃)；A——傳熱面積，m2；Δt——平均溫差，℃。利用熱交換進行加熱。假設蒸汽的進口溫度100℃，出口溫度75℃。粗飽和氯化鈉溶液的進口溫度20℃出口溫度55℃。計算單殼程、雙管程平均溫差:對數平均溫差：Δtm=(35-25)÷In(35÷25)=29.41℃S=(100-75)÷(100-20)=0.31R=(55-20)÷(100-75)=1.40FT=0.96則，Δt=FT×Δtm=29.41×0.96=28.23℃傳熱系數值為：K=1000W/(m2·℃)=3600kJ/(m2·h·℃)換熱器提供的熱量為1195209.02kJ/h。則，總傳熱面積為：A=1195209.02÷3600÷28.23=11.76m通過查閱《化工工藝設計手冊》，選擇固定板式換熱器的相關技術性能及參數如表3.2所示。表3.2固定管板式換熱器型號項目數值項目數值公稱直徑，DN/mm400管程流通面積0.0065公稱壓力，PN/MPa1.60換熱管長度，mm1500管程數，N4換熱面積，m212.2殼程數1管心距，mm25管子根數，n146管子排列正三角形中心排管數14外徑×壁厚/mm×mmφ19×2第四章輔助設備的選型計算4.1泵的選型計算一般情況下，化工設計的時候會根據物料流量選擇泵的類型。通常是1.1~1.15倍最大流量為額定流量[6]。泵的型號要達到溫度、壓力等標準，也要達到安裝和介質的要求。本工藝中所有用到的都是離心泵，它的特點是轉速很快、效率非常的高、結構簡潔易懂、易于維修等。如表4.1所示。4.2儲罐的選型計算儲罐選型計算就是計算容積，計算依托為物料流量和儲存時間。本操作過程的原料儲罐包括化鹽水槽和精致鹽水槽，一般要達到3天的存儲量；中間儲罐考慮則著需要存儲1天的量。儲罐安全系數=0.8的時候可以有效的防止飛濺現象的發生。如表4.1所示。表4.1輔助設備選型設備名稱規格型號材質數量化鹽水泵Q=10m3/h;H=2m;N=3kw0Cr18Ni91供料泵Q=15.5m3/h;H=3m;N=4.5kw0Cr18Ni91循環泵Q=15.5m3/h;H=3m;N=4.5kw0Cr18Ni91化鹽水槽500m3不銹鋼2化鹽桶270m3不銹鋼1反應槽270m3不銹鋼1中間槽270m3不銹鋼1調酸罐350m3不銹鋼1精制鹽水槽500m3不銹鋼5第五章化工經濟與環保分析5.1化工經濟分析表5.1原料消耗量表原料名稱規格用量（t/天）單價（元/t）總價（萬元）原鹽98.5%89.688002152.32碳酸鈉99%0.48120017.28氫氧化鈉99%0.71200042.60氯化鋇99%0.98300088.20鹽酸36%32.91150148.10注：年工作時間300天，7200小時，下同。總費用：2152.32+17.28+42.60+88.20+148.10=2448.5萬元表5.2設備價格表原料名稱型號規格數量單價（萬元）總價（萬元）陶瓷膜過濾器BJF-8TCM1.0□Y型22040固定板式換熱器133化鹽水泵10m3/h;10.150.15供料泵10.8m3/h10.250.25循環泵10.8m3/h10.30.3化鹽水槽500m32612化鹽桶270m3133反應槽270m3133中間槽270m3166調酸罐350m3133精制鹽水槽500m35630生產設備購置費用：40+3+0.2+0.15+0.25+0.3+12+3+3+6+3=70.90萬元其他的一些費用按設備費用的30%計，即：70.90×30%=21.27萬元設備總費用為：70.90+21.27=92.17萬元表5.3動力消耗表名稱消耗量單價總價（萬元）工業用水160.00t/天2.6元/噸12.4蒸餾水80.02t/天100元/噸240.06工業用電1200度/天0.7元/度25.2動力消耗總費用：12.4+240.06+25.2=277.66萬元工資費用：2個工人年工資：8萬元。其他支出費用：8×15%=1.2萬元則工資總費用：18.4萬元。其他費用：其他各項費用：(2448.50+277.66)×15%=408.92萬元表5.4產品收入表產品名稱產量售價總價（萬元）精制氯化鈉溶液13.30m3/h500元/m34788鹽泥6.73t/天50元/噸10.10年銷售總收入：4788+10.10=4798.10萬元則年利潤為：4798.10-2448.50-92.17-277.66-18.4-408.92=1552.45萬元5.2