Која је опрема укључена у постројење каустичне соде?

Фабрика каустичне соде заснована на хлор{0}}алкалном процесу није једна машина већ континуирани електрохемијски производни систем. Сваки одељак постројења обавља одређени корак трансформације или пречишћавања.

Систем за припрему слане воде претвара чврсту индустријску со (НаЦл) у засићени слани раствор погодан за напајање електролизом. У већини мембранских хлор-алкалних дизајна, циљна концентрација сланог раствора се контролише на приближно 300–310 г/Л НаЦл.

Систем обично укључује резервоар за растварање соли, мешалице, сита за грубу филтрацију и петљу за циркулацију слане воде. Резервоар за растварање је дизајниран да одржава контролисано време задржавања, обично 2-4 сата, како би се обезбедило потпуно растварање кристала натријум хлорида.

Нерастворене нечистоће као што су песак, глина и нерастворљиве соли се уклањају таложењем или хидроциклонским одвајањем. Излазни слани раствор се затим преноси у одељак за пречишћавање.

Дизајн овог подсистема је директно повезан са животом ћелије мембране, пошто суспендоване чврсте материје изнад 1 мг/Л могу убрзати загађивање мембране и повећати напон ћелије током времена.

Систем за пречишћавање слане воде уклања двовалентне катјоне као што су калцијум (Ца²⁺), магнезијум (Мг²⁺) и тешке метале у траговима који ометају перформансе мембране. У мембранским хлор-алкалним системима, концентрације калцијума и магнезијума обично се морају смањити на испод 20 ппб (делова на милијарду).

Стандардна метода пречишћавања је хемијска преципитација коришћењем натријум карбоната (На₂ЦО₃) и натријум хидроксида (НаОХ). Реакције формирају нерастворљиви калцијум карбонат и магнезијум хидроксид:

Ца²⁺ + ЦО₃²⁻ → ЦаЦО₃↓
Мг²⁺ + 2ОХ⁻ → Мг(ОХ)₂↓

Ови преципитати се уклањају коришћењем таложника или ламелних таложника, а затим система за фину филтрацију, типично 5-10 микрона кертриџ филтера.

Филтери за полирање су инсталирани низводно како би се осигурао стабилан квалитет напајања електролизерима. Систем за пречишћавање слане воде такође укључује петље за контролу пХ вредности и праћење ОРП-а да би се одржала ефикасност реакције.

Електролизер је срж хлор{0}}алкалног процеса. Савремене биљке користе ћелије мембране за јонску{2}}имену, обично засноване на мембранама перфлуорсулфонске киселине (ПФСА).

Свака ћелија електролизера је подељена на анодни одељак и катодни одељак који су одвојени катион{0}}селективном мембраном. Расол се уводи у анодну комору, где се хлоридни јони оксидују у гасни хлор:

2Цл⁻ → Цл₂ + 2е⁻

На страни катоде, вода се редукује на водоник и хидроксидне јоне:

2Х₂О + 2е⁻ → Х₂ + 2ОХ⁻

Натријум јони мигрирају кроз мембрану и комбинују се са хидроксидним јонима да би формирали натријум хидроксид (НаОХ).

Типични радни параметри за индустријске мембранске ћелије укључују:

Температура ћелије: 85–95 степени

Густина струје: 3,0–6,0 кА/м²

Напон ћелије: 3,0–3,3 В

Концентрација НаОХ: 30-35 теж% (излаз ћелијске течности)

Систем електролизера укључује оквире ћелија, електроде (титанијум анода са рутенијум/иридијум премазом), катоде од никла и хидрауличне системе за заптивање. Поравнање ћелија и сила компресије се контролишу како би се спречило цурење и одржао интегритет мембране.

Систем исправљача претвара наизменичну струју из мреже у једносмерну струју потребну за електролизу. Хлор{1}}алкална постројења обично раде на веома високим једносмерним струјама, често у опсегу од 10 кА до 200 кА у зависности од капацитета постројења.

Исправљач се састоји од:

Трансформаторска јединица (корак{0}}доле и изолација)

Тиристорски или ИГБТ исправљачки модули

ДЦ сабирнице

Систем за хлађење (са ваздушним или воденим{0}}хлађењем)

Излазни напон је обично између 100 В и 600 В ДЦ у зависности од конфигурације стека. Мрешкање струје се контролише испод 5% да би се одржали стабилни услови електрохемијске реакције.

Системи корекције фактора снаге су често интегрисани да би се одржала усклађеност мреже, посебно у великим-фабрикама чији капацитет прелази 50.000 тона НаОХ годишње.

Систем за испаравање повећава концентрацију НаОХ са приближно 30-35% (излаз електролизера) до комерцијалних квалитета као што је 48% или 50% раствор каустичне соде.

Више{0}}ефектно испаравање (МЕЕ) се обично користи за смањење потрошње паре. Типична конфигурација укључује 2 до 4 ефекта испаравања који раде под опадајућим притиском.

Улаз паре је обично на 3-6 бара засићене паре у зависности од дизајна постројења. Нивои вакуума у каснијим фазама се одржавају око -0,08 до -0,09 МПа да би се побољшала термичка ефикасност.

Материјали испаривача морају да издрже јаку алкалну корозију на повишеним температурама, тако да се обично користе легуре на бази никла- или специјални нерђајући челици (као што је 316Л или дуплекс).

Гас хлора који се производи у електролизеру је мокар, врућ и садржи трагове водоника и слане магле. Пре даље употребе или течења, мора се охладити и пречистити.

Систем за руковање хлором укључује:

Гасни расхладни торањ (смањује температуру на ~35-40 степени)

Елиминатори магле (уклоните увучене капљице)

Систем за сушење хлора (користећи сумпорну киселину или адсорпционе сушаре)

Компресори (за течење или транспорт цевовода)

Чистоћа сувог хлора се обично контролише изнад 99,5% за индустријску употребу. Садржај влаге је смањен испод 30 ппм да би се спречила корозија у опреми која се налази испод.

Материјали у сервису за хлор се бирају на основу отпорности на корозију, обично укључујући титанијум, челик обложен ПВЦ- или ФРП цеви.

Водоник који се ствара на катоди је обично засићен воденом паром и садржи трагове каустичне магле. Систем за опоравак врши одвајање, хлађење и компресију.

Систем укључује:

Гас{0}}сепаратор течности

Демистер унит

Расхладни измењивач топлоте

Компресор водоника (дијафрагма или вијчани тип)

Опциона јединица за пречишћавање (ПСА или каталитичко полирање)

Чистоћа водоника након одвајања обично прелази 99%. Контрола тачке росе је кључна за спречавање кондензације у цевоводима.

У многим индустријским инсталацијама водоник је или:

користи се као гориво у котловима или парним системима

или се извозе у процесе хемијске синтезе као што су производња амонијака или метанола

Контролни систем интегрише све процесне секције у јединствену координисану оперативну платформу. Већина модерних хлор-алкалних постројења користи дистрибуиране управљачке системе (ДЦС) у комбинацији са програмабилним логичким контролерима (ПЛЦ) за контролу-нивоа опреме.

Кључне контролне петље укључују:

Контрола концентрације слане воде (засновано на проводљивости{0}})

Регулација струје електролизера

Контрола температуре ћелије (путем циркулације слане воде)

Праћење концентрације НаОХ (мерење густине)

Контрола притиска хлора

Регулација притиска и протока водоника

Типични инструменти укључују:

сензори проводљивости (0–300 мС/цм опсег)

пХ анализатори (скала од 0 до 14)

сензори диференцијалног притиска преко мембрана

мјерачи протока (електромагнетни или Цориолис тип)

гасни анализатори чистоће хлора и водоника

Аквизиција података се обично снима у интервалима од 1-5 секунди у зависности од дизајна система. Алармне блокаде су имплементиране за детекцију цурења хлора и услове надпритиска водоника.

Фабрика каустичне соде је дизајнирана као систем континуиране петље где се сирова со претвара у три тока производа: натријум хидроксид, хлор и водоник. Радна стабилност постројења зависи од очувања чистоће слане воде, стабилне дистрибуције једносмерне струје и контролисаног топлотног баланса у одељцима електролизе и испаравања.

Свако одступање у нивоу нечистоћа у сланом раствору или нестабилност исправљача директно утиче на напон мембране и смањује ефикасност система. Стога, већина инжењерских дизајна даје приоритет пречишћавању узводно и поузданости руковања гасом низводно колико и сам електролизатор.

Из перспективе процесног инжењеринга, постројење каустичне соде је чврсто интегрисан електрохемијски систем који се састоји од хемијске припреме, електролизе, конверзије енергије, топлотне концентрације, руковања гасом и слојева аутоматизације.

Сваки подсистем има мерљиве радне параметре, а перформансе постројења су одређене стабилношћу ових параметара, а не било које јединице опреме.

Укупна филозофија дизајна заснива се на три ограничења:

јонска чистоћа слане воде

електрична ефикасност мембранске електролизе

безбедно одвајање и руковање хлором и водоником

Ова ограничења дефинишу конфигурацију све главне опреме у модерној хлор{0}}алкалној инсталацији.