年产20万吨烧碱电解工段的初步工艺设计

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

(4) 出氢盐换热器的冷凝水含量：

I6?I1?I5?7843.88?3494.59?4349.29(kg/h)

则电解车间物料平衡如表3.2。

表3.2 氢盐换热器物料平衡表

进入换热器物料（Kg/h） 精盐水F3 8.3%湿氢气I1

合计

285074.42 7843.88

292918.3

出换热器物料（Kg/h） 精盐水F3 18.63%湿氢气I5

冷凝水I6 合计

285074.42 3494.59 4349.29 292918.3

3.2 能量衡算

已知条件：①来自盐水工段精盐水温度 45℃

②精盐水出氢盐换热器温度 55℃

③精盐水出盐水预热器温度 90℃

④出电解槽电解碱液温度 90℃

⑤湿氢气温度 90℃ ⑥出氢盐换热器冷凝水温度 70℃ ⑦出氢盐换热器湿氢气温度 70℃ ⑧出电解槽湿氯气温度 90℃ 3.2.1 对氢盐换热器进行热量衡算

45℃精盐水Q1 55℃精盐水Q3

氢盐 换 70℃水汽汽化潜热Q6 热 70℃水液化热Q5 器

90℃湿氢气Q2 70℃湿氢气Q4 热量损失图3.3 氢盐换热器热量平衡图

(1) 45℃精盐水带入热量Q1 精盐水45℃时的比热容为CP=0.820kcal/(kg.℃),则精盐水带入氢盐换热器的热量为：

Q1?285074.42?0.820?4.1868?45?44041979.56(kJ)

Q7 -18-

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(2) 90℃8.3%湿氢气带入热量Q2

氢气90℃时的比热容为CP=3.53 kcal/(kg.℃)，水汽90℃的比热容为CP=1.005 kcal/(kg.℃)，则8.3%湿氢气带入热量为：

Q2?7843.88?8.3%?3.53?4.1868?90?7843.88?91.7%?1.005?4.1868?90=3589880.6（kJ）

(3) 55℃精盐水出氢盐换热器带走热量Q3

精盐水55℃时的比热容为CP=0.822 kcal/(kg.℃)，则精盐水带走的热量为：

Q3?285074.42?0.822?4.1868?55?53980376.59(kJ)

(4) 70℃18.63%湿氢气带走热量Q4 CP=1.002kcal/(kg.℃)，则湿氢气带走的热量为：

氢气70℃时的比热容为CP=3.51 kcal/(kg.℃)，70℃时水汽的比热容为：

Q4?3494.59?18.63%?4.1868?70?3494.59?81.37%?1.002?4.1868?70

=1025847.21（kJ）

(5)70℃液态水带出的热量Q5 由《氯碱工业理化常数手册》查得：70℃时水的比热容为1.002 kcal/(kg.℃)，则70℃液态水带出的热量为：

Q5?4349.29?1.002?4.1868?70?1277221.86(kJ)

(6)70℃水汽的汽化潜热Q6

70℃时水汽的液化热为569kcal/(kg.℃)，则水汽液化所放的热量为：

Q6?4349.29?569?4.1868?10361266.59(kJ)

(7)系统热量损失Q7

根据热量平衡可知：Q1+Q2+Q6=Q3+Q4+Q5+Q7 因此，系统的热量损失为：

Q7= (Q1+Q2+Q6)-( Q3+Q4+Q5)

=(44041979.56+3589880.6+10361266.59)-(53980376.59+1025847.21+1277221.86) =1709681.09kJ 氢盐换热器热量平衡如表3.3所示。

表3.3 氢盐换热器热量平衡表

进氢盐换热器的热量（kJ） 45℃精盐水Q1 90℃8.3%湿氢气Q2 70℃水汽汽化潜热Q6

合计

44041979.56 3589880.6 10361266.59

57993126.75

出氢盐换热器的热量（kJ） 55℃精盐水Q3 70℃18.63%湿氢气Q4

70℃液态水Q5 系统损失热量Q7

合计

53980376.59 1025847.21 1277221.86 1709681.09 57993126.75

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3.2.2 对电解槽进行热量衡算

分解NaCl消耗的电能Q3

90℃精盐水Q1 90℃电解液Q4

电 90℃72.9%湿氯气Q5

解 电能Q2 槽 90℃8.3%湿氢气Q6

热量损失Q7 图3.4 电解槽的热量平衡图

(1) 90℃精盐水带入的热量Q1

查《氯碱工业理化手册》可知：90℃精盐水的比热容CP=0.831kcal/(kg.℃)，则90℃精盐水带入的热量为：

Q1=F3×CP×t=285074.42×0.831×4.1868×90=89265573.21（kJ）

(2) 电能Q2

由《氯碱工艺学》查得C30型系列的电解槽，每生产一吨100%烧碱消耗的电能为2328kwh。所以消耗的电能为：

W=26041.67/1000×2328×3600=218250027.9（kJ）

由前面所知：电解效率为61.72%，因此：

Q2=W/电能效率=62424000/61.72%=353613136.6（kJ）

(3) 氯化钠分解消耗的电能Q3

Q3=26041.67×1000÷40×221.75=144368508.1（kJ）

(4) 阴极90℃碱液带走热量Q4

由《氯碱工业理化手册》查得，90℃电解碱液的比热容为：CP=0.923kcal/(kg.℃)，则：

Q4=243380.06×0.932×4.1868×90=85472347.32（kJ）

(5) 90℃，72.97%湿氯气带走的热量Q5

90℃水的比热容为：CP=1.005kcal/(kg.℃)，90℃氯气的比热容为：CP=0.119kcal/（kg.℃），则湿氯气带走的热量为：

Q5=31673.27×72.97%×0.119×4.1868×90+31673.27×27.03%×1.005×4.1868×90 =4278480.78（kJ）

(6) 90℃,8.3%湿氢气带走的热量Q6

90℃水的比热容为：CP=1.005kcal/(kg.℃)，90℃氢气的比热容为：CP=3.53kcal/（kg.℃），则湿氢气带走的热量为：

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Q6=7843.88×8.3%×3.53×4.1868×90+7843.88×91.7%×1.005×4.1868×90 =3589880.6（kJ） (7)水蒸汽带走热量Q7

90℃水的蒸发热为：579 kcal/kg，水蒸气的量包括湿氢气和湿氯气中水汽的量，则水蒸气的潜热为：

Q7= [I1×(1-8.3%)+I2×(1-72.97%)]×579×4.1868 = [7843.88×91.7%+31673.27×27.03%]×579×4.1868 =38190475.26（kJ）

(8) 电解槽散热损失和其它损失 Q8=Q1+Q2-（Q3+Q4+Q5+Q6+Q7） =89265573.21+353613136.6-（144368508.1+85472347.32+4278480.78+3589880.6+38190475.26 =166978387.7（kJ）

电解槽的热量衡算结果如下表3.4所示：

表3.4 电解槽的热量衡算结果

进入电解槽的热量（kJ）

90℃精盐水Q1 电能Q2

合计

89265573.21 353613136.6

442878709.8

带出电解槽的热量（kJ）

分解NaCl消耗的热量Q3

电解碱液Q4 湿氯气Q5 湿氢气Q6 水蒸气潜热Q7 系统热损失Q8

合计

144368508.1 85472347.32 4278480.78 3589880.6 38190475.26 166978387.7 442878709.8

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