Xlor{0}}ishqor jarayoniga asoslangan gidroksidi soda zavodi bitta mashina emas, balki uzluksiz elektrokimyoviy ishlab chiqarish tizimidir. Zavodning har bir bo'limi ma'lum bir transformatsiya yoki tozalash bosqichini amalga oshiradi.
Sho'r suv tayyorlash tizimi
Sho'r suv tayyorlash tizimi qattiq sanoat tuzini (NaCl) elektroliz ozuqasi uchun mos bo'lgan to'yingan sho'r suvga aylantiradi. Ko'pgina membranadagi xlor{1}}ishqor konstruktsiyalarida maqsadli sho'r konsentratsiyasi taxminan 300-310 g/L NaCl darajasida nazorat qilinadi.
Tizim odatda tuzni erituvchi idishni, qo'zg'atuvchilarni, qo'pol filtrlash ekranlarini va sho'r suv aylanishini o'z ichiga oladi. Eritma idishi natriy xlorid kristallarining to'liq erishini ta'minlash uchun odatda 2-4 soatni tashkil etadigan boshqariladigan yashash vaqtini saqlash uchun mo'ljallangan.
Qum, loy va erimaydigan tuzlar kabi erimagan aralashmalar cho'ktirish yoki gidrotsiklon ajratish yo'li bilan chiqariladi. Chiqish sho'rligi keyin tozalash bo'limiga o'tkaziladi.
Ushbu quyi tizimning dizayni to'g'ridan-to'g'ri membrana hujayralarining hayoti bilan bog'liq, chunki 1 mg / L dan yuqori to'xtatilgan qattiq moddalar membrananing ifloslanishini tezlashtirishi va vaqt o'tishi bilan hujayra kuchlanishini oshirishi mumkin.
Sho'r suvni tozalash moslamasi
Sho'r suvni tozalash tizimi ikki valentli kationlarni, masalan, kaltsiy (Ca²⁺), magniy (Mg²⁺) va membrana ishlashiga xalaqit beradigan iz og'ir metallarni olib tashlaydi. Membran xlor{1}}ishqoriy tizimlarida kaltsiy va magniy kontsentratsiyasi odatda 20 ppb (milliardga qism) dan pastga tushirilishi kerak.
Standart tozalash usuli natriy karbonat (Na₂CO₃) va natriy gidroksid (NaOH) yordamida kimyoviy cho'ktirishdir. Reaksiyalar natijasida erimaydigan kaltsiy karbonat va magniy gidroksid hosil bo'ladi:
Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓
Ushbu cho'kmalar tindirgichlar yoki lamel cho'kindi tanklari, so'ngra nozik filtrlash tizimlari, odatda 5-10 mikron kartrij filtrlari yordamida chiqariladi.
Polishing filtrlari elektrolizatorlarga barqaror ozuqa sifatini ta'minlash uchun quyi oqimga o'rnatiladi. Sho'r suvni tozalash tizimi, shuningdek, reaktsiya samaradorligini saqlab qolish uchun pH nazorat qilish davrlarini va ORP monitoringini o'z ichiga oladi.
Elektrolizator tizimi (membran hujayra bo'limi)
Elektrolizator xlor{0}}ishqor jarayonining yadrosidir. Zamonaviy o'simliklar odatda perftorsulfonik kislota (PFSA) membranalariga asoslangan ion almashinadigan membrana hujayralaridan foydalanadi.
Har bir elektroliz xujayrasi anod bo'linmasiga va katod{0}}selektiv membrana bilan ajratilgan katod bo'linmasiga bo'lingan. Brin anod kamerasiga yuboriladi, u erda xlorid ionlari xlor gaziga oksidlanadi:
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
Katod tomonida suv vodorod gazi va gidroksid ionlariga qaytariladi:
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
Natriy ionlari membrana orqali o'tadi va gidroksid ionlari bilan birikib natriy gidroksid (NaOH) hosil qiladi.
Sanoat membrana hujayralari uchun odatiy ish parametrlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Hujayra harorati: 85-95 daraja
Oqim zichligi: 3,0–6,0 kA/m²
Hujayra kuchlanishi: 3,0–3,3 V
NaOH konsentratsiyasi: 30-35 og'irlik% (hujayra suyuqlik chiqishi)
Elektroliz tizimi hujayra ramkalari, elektrodlar (rutenium / iridiy qoplamali titan anod), nikel katodlari va gidravlik muhrlash tizimlarini o'z ichiga oladi. Oqishning oldini olish va membrana yaxlitligini saqlash uchun hujayraning hizalanishi va siqish kuchi nazorat qilinadi.
Rektifikator tizimi
Rektifikator tizimi tarmoqdan o'zgaruvchan tokni elektroliz uchun zarur bo'lgan doimiy quvvatga aylantiradi. Xlor{1}}ishqorli qurilmalar odatda juda yuqori doimiy toklarda ishlaydi, ko'pincha stansiya quvvatiga qarab 10 kA dan 200 kA gacha.
Rektifikator quyidagilardan iborat:
Transformator bloki (pastga{0}}pastga va izolyatsiya)
Tiristor yoki IGBT rektifikator modullari
DC shinalari
Sovutish tizimi (havo yoki suv-sovutilgan)
Chiqish kuchlanishi odatda stack konfiguratsiyasiga qarab 100 V va 600 V DC orasida bo'ladi. Barqaror elektrokimyoviy reaktsiya sharoitlarini saqlab qolish uchun joriy to'lqin 5% dan past darajada nazorat qilinadi.
Quvvat faktorini to'g'rilash tizimlari ko'pincha tarmoq mosligini ta'minlash uchun, ayniqsa, NaOH quvvati yiliga 50 000 tonnadan ortiq bo'lgan yirik{0}} korxonalarda birlashtiriladi.
Bug'lanish tizimi
Bug'lanish tizimi NaOH kontsentratsiyasini taxminan 30-35% dan (elektrolizator chiqishi) 48% yoki 50% kaustik soda eritmasi kabi tijorat darajalariga oshiradi.
Ko'p effektli bug'lanish (MEE) odatda bug' sarfini kamaytirish uchun ishlatiladi. Odatdagi konfiguratsiya bosimning pasayishi ostida ishlaydigan 2 dan 4 gacha bug'lanish effektini o'z ichiga oladi.
Bug 'kirish odatda zavod dizayniga qarab 3-6 bar to'yingan bug'da bo'ladi. Termal samaradorlikni oshirish uchun keyingi bosqichlarda vakuum darajalari -0,08 dan -0,09 MPa atrofida saqlanadi.
Evaporatator materiallari yuqori haroratlarda kuchli gidroksidi korroziyaga chidamli bo'lishi kerak, shuning uchun odatda nikel asosidagi qotishmalar yoki maxsus zanglamaydigan po'latlar (masalan, 316L yoki dupleks navlari) ishlatiladi.
Xlor bilan ishlash tizimi
Elektrolizatorda hosil bo'lgan xlor gazi nam, issiq bo'lib, vodorod va sho'r suvli tuman izlarini o'z ichiga oladi. Pastki oqimdan foydalanish yoki suyultirishdan oldin uni sovutish va tozalash kerak.
Xlor bilan ishlash tizimi quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Gaz sovutish minorasi (haroratni ~ 35–40 darajagacha pasaytiradi)
Tumanni yo'q qilish vositalari (ichiga tushgan tomchilarni olib tashlang)
Xlorli quritish tizimi (sulfat kislotasi yoki adsorbsion quritgichlar yordamida)
Kompressorlar (suyultirish yoki quvurlarni uzatish uchun)
Quruq xlorning tozaligi odatda sanoatda foydalanish uchun 99,5% dan yuqori nazorat qilinadi. Pastki oqim uskunasida korroziyani oldini olish uchun namlik miqdori 30 ppm dan pastga tushiriladi.
Xlor xizmatidagi materiallar korroziyaga chidamliligiga qarab tanlanadi, jumladan titanium, PVX{0}}astarlangan po'lat yoki FRP quvurlari.
Vodorodni qayta tiklash tizimi
Katodda hosil bo'lgan vodorod odatda suv bug'lari bilan to'yingan va gidroksidi tuman izlarini o'z ichiga oladi. Qayta tiklash tizimi ajratish, sovutish va siqishni amalga oshiradi.
Tizimga quyidagilar kiradi:
Gaz-suyuqlik separatori
Tuproqni tozalash moslamasi
Sovutish issiqlik almashinuvchisi
Vodorod kompressori (diafragma yoki vintli turdagi)
Ixtiyoriy tozalash moslamasi (PSA yoki katalitik polishing)
Ajratilgandan keyin vodorod tozaligi odatda 99% dan oshadi. Shudring nuqtasini nazorat qilish quvurlarda kondensatsiyani oldini olish uchun juda muhimdir.
Ko'pgina sanoat inshootlarida vodorod quyidagilardan iborat:
qozonlarda yoki bug 'tizimlarida yoqilg'i sifatida ishlatiladi
yoki ammiak yoki metanol ishlab chiqarish kabi kimyoviy sintez jarayonlariga eksport qilinadi
Avtomatlashtirish tizimi (PLC/DCS)
Boshqaruv tizimi barcha jarayon bo'limlarini yagona muvofiqlashtirilgan operatsion platformaga birlashtiradi. Aksariyat zamonaviy xlor{1}}ishqorli zavodlar uskunalar darajasini nazorat qilish-uchun dasturlashtiriladigan mantiqiy kontrollerlar (PLC) bilan birgalikda taqsimlangan boshqaruv tizimlaridan (DCS) foydalanadi.
Asosiy boshqaruv tsikllari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Sho'r konsentratsiyasini nazorat qilish (o'tkazuvchanlikka-asoslangan)
Elektrolizator oqimini tartibga solish
Hujayra haroratini nazorat qilish (sho'r suv aylanishi orqali)
NaOH kontsentratsiyasi monitoringi (zichlikni o'lchash)
Xlor bosimini nazorat qilish
Vodorod bosimi va oqimini tartibga solish
Oddiy asboblar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
o'tkazuvchanlik sensorlari (0-300 mS / sm diapazon)
pH analizatorlari (0-14 shkalasi)
membranalar bo'ylab differentsial bosim sensorlari
oqim o'lchagichlar (elektromagnit yoki Coriolis turi)
xlor va vodorod tozaligi uchun gaz analizatorlari
Ma'lumotlarni yig'ish odatda tizim dizayniga qarab 1-5 soniya oralig'ida qayd etiladi. Signal blokirovkalari xlor oqishini va vodorodning ortiqcha bosimini aniqlash uchun amalga oshiriladi.
Kustik soda zavodi doimiy halqa tizimi sifatida ishlab chiqilgan bo'lib, unda xom tuz uchta mahsulot oqimiga aylanadi: natriy gidroksid, xlor va vodorod. Zavodning ish barqarorligi ozuqa sho'rligining tozaligini, barqaror doimiy oqim taqsimotini va elektroliz va bug'lanish qismlarida boshqariladigan issiqlik muvozanatini saqlashga bog'liq.
Brin aralashmalari darajasidagi har qanday og'ish yoki rektifikatorning beqarorligi membrana kuchlanishiga bevosita ta'sir qiladi va tizim samaradorligini pasaytiradi. Shu sababli, ko'pgina muhandislik dizaynlari elektrolizatorning o'zi kabi yuqori oqimni tozalash va quyi oqimdagi gazni qayta ishlash ishonchliligini birinchi o'ringa qo'yadi.
Xulosa (muhandislik xulosasi)
Texnologik muhandislik nuqtai nazaridan, kaustik soda zavodi kimyoviy tayyorlash, elektroliz, quvvatni o'zgartirish, issiqlik kontsentratsiyasi, gazni qayta ishlash va avtomatlashtirish qatlamlaridan tashkil topgan qattiq integratsiyalangan elektrokimyoviy tizimdir.
Har bir quyi tizim o'lchanadigan ish parametrlariga ega va zavodning ishlashi har qanday uskuna birligi emas, balki ushbu parametrlarning barqarorligi bilan belgilanadi.
Umumiy dizayn falsafasi uchta cheklovga asoslanadi:
ozuqa sho'rining ionli tozaligi
membrana elektrolizining elektr samaradorligi
xlor va vodorodni xavfsiz ajratish va qayta ishlash
Ushbu cheklovlar zamonaviy xlor{0}}gidroksidi o'rnatishda barcha asosiy uskunalarning konfiguratsiyasini belgilaydi.
