Аспекты технического проектирования, логика материального баланса, интеграция на последующих этапах и требования безопасности для небольших-установок по производству хлора-щелочи.
Установка NaOH мощностью 5 тонн в сутки требует комплексного технологического проектирования
Мембранный завод по производству хлора-щелочи с производительностью 5 тонн в день,-эквивалентный NaOH, представляет собой небольшую-систему химического производства, но ее инженерный проект предполагает нечто большее, чем просто выбор электролизера, способного производить 5 тонн каустической соды в день. Мембранный электролиз производит одновременно три основных потока: гидроксид натрия, хлор и водород. Поэтому завод должен быть спроектирован с учетом полного материального баланса этой продукции. На предприятии с собственным-потреблением NaOH может подаваться непосредственно в последующий процесс, а образующиеся хлор и водород могут быть преобразованы в соляную кислоту и гипохлорит натрия в соответствии с фактическими потребностями предприятия в потреблении.
Основная электрохимическая реакция:2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + Cl₂ + H₂
Материальный баланс определяет емкость хлора и водорода
Используя теоретическое стехиометрическое соотношение, производство 5 тонн 100%-ного эквивалента NaOH в день соответствует примерно 4,43 тонны хлора и 0,126 тонны водорода в день. Фактические производственные показатели будут варьироваться в зависимости от выхода по току, напряжения элемента, условий эксплуатации, характеристик мембраны и технологических потерь. Это соотношение имеет решающее значение при определении размеров секций синтеза HCl и секции гипохлорита натрия, поскольку последующее оборудование должно быть способно непрерывно потреблять хлор, вырабатываемый электролизерами.
Перед выбором оборудования покупатель должен четко определить, относится ли заявленная производительность 5 тонн в день к 100%-ному эквиваленту NaOH, к определенной концентрации раствора NaOH или к другой производственной основе.
Мембранный электролиз — основная производственная единица
Секция мембранного электролиза преобразует очищенный рассол в каустическую соду, хлор и водород. Типичная система включает в себя подготовку и очистку рассола, циркуляцию очищенного рассола, мембранные электролизеры, выпрямители постоянного тока, оборудование для разделения газа-жидкости, циркуляцию щелочи и технологическое оборудование. Ионообменная мембрана разделяет анодное и катодное отделения, позволяя избранным ионам проходить через мембрану.
Критическое примечание по качеству:Поддержание надлежащего качества рассола особенно важно, поскольку кальций, магний и другие примеси могут повлиять на работу мембраны и увеличить требования к техническому обслуживанию. Следовательно, секцию очистки рассола следует рассматривать как неотъемлемую часть хлор-щелочной установки, а не как вспомогательную инженерную систему.
Почти-нулевое хранение хлора меняет конфигурацию предприятия
Требование практически нулевого хранения хлора существенно влияет на общую организацию процесса. Вместо производства хлора для длительного-хранения и последующей транспортировки, хлор, вырабатываемый электролизером, должен непрерывно направляться к последующим точкам потребления. В такой конфигурации установка может использовать хлор для синтеза HCl и производства гипохлорита натрия, минимизируя при этом объемные запасы хлора.
Практический инженерный проект может по-прежнему требовать ограниченного технологического объема-задержания, оборудования для регулирования давления и возможностей экстренной обработки, но система не зависит от крупномасштабного-хранилища хлора. Этот подход требует тесной координации между производительностью электролизера и мгновенной потребностью в хлоре последующих установок.
Синтез HCl использует как хлор, так и водород.
Синтез соляной кислоты обеспечивает важный путь потребления побочных-продуктов мембранного электролиза. Водород и хлор, образующиеся в электролизере, можно соединить по реакцииCl₂ + H₂ → 2HClс последующей абсорбцией в воде для получения соляной кислоты необходимой концентрации.
С точки зрения интегрированного предприятия такая схема привлекательна, поскольку и хлор, и водород можно использовать вместо того, чтобы рассматривать их как отдельные потоки отходов. Однако перед выбором оборудования для синтеза, абсорбции, охлаждения и циркуляции HCl необходимо определить мощность производства HCl, целевую концентрацию кислоты, условия эксплуатации и скорость последующего потребления.
Гипохлорит натрия обеспечивает второй путь потребления хлора
Производство гипохлорита натрия предлагает еще один способ потребления хлора непосредственно на производстве. Хлор реагирует с разбавленным гидроксидом натрия с образованием гипохлорита натрия, хлорида натрия и воды. Поскольку хлор-щелочной процесс уже производит NaOH, часть потока каустика может быть отнесена к секции NaOCl в соответствии с требуемой спецификацией продукта.
Конструкция этого устройства зависит от требуемой производительности NaOCl, доступной-концентрации хлора, концентрации NaOH, температуры реакции, требований к охлаждению и времени хранения продукта. Эти параметры следует указывать отдельно, а не предполагать, что емкость NaOCl автоматически определяется по значению NaOH 5 TPD.
Интегрированный баланс материалов объединяет весь завод
Подходящую схему процесса можно организовать вокруг непрерывного потока материала: очищенный рассол поступает в мембранные электролизеры, NaOH направляется на собственное потребление или дальнейшее концентрирование, водород направляется на синтез HCl, а хлор распределяется между синтезом HCl и производством гипохлорита натрия.
Распределение хлора должно основываться на фактической потребности в HCl и NaOCl, а не просто на максимизации выхода того или иного продукта. Система управления процессом также должна координировать работу электролизера и последующих агрегатов, чтобы изменения в потребности в HCl или NaOCl не приводили к неконтролируемому накоплению хлора.
Безопасность хлора должна быть включена в базовый проект
Концепция хранения с -нулевым содержанием хлора- не означает, что можно отказаться от оборудования, защитного от хлора. Газообразный хлор будет по-прежнему присутствовать внутри технологических трубопроводов, сепараторов и последующего оборудования во время нормальной работы. Поэтому на заводе следует предусмотреть обнаружение хлора, контролируемую подачу газа, регулирование давления, аварийное отключение, вентиляцию и аварийную абсорбцию или очистку хлора.
Аварийная система должна быть спроектирована с учетом вероятных сценариев эксплуатации и останова, включая отключения оборудования, расположенного ниже по потоку, и потерю нормального потребления хлора. Цель состоит в том, чтобы предотвратить перебои в работе одного последующего агрегата и создание небезопасных условий в секции электролиза.
Спецификации закупок должны определять весь завод
Прежде чем подготовить техническое предложение, покупатель должен предоставить требуемую концентрацию NaOH, мощность и концентрацию производства HCl, производительность по производству гипохлорита натрия и доступную-концентрацию хлора, часы работы, годовой график работы, качество соли, качество воды, электроснабжение, условия на объекте и структуру последующего потребления.
Эти параметры влияют на размеры электролизеров, системы очистки рассола, выпрямителя постоянного тока, оборудования для разделения газов, установки синтеза HCl, реактора NaOCl, системы охлаждения, резервуаров для продукта и систем безопасности.
