次磷酸鈉制備次磷酸中試及工業化


一、設計條件
1.1進水水質
計劃使用純水及次磷酸鈉固體制次磷酸和氫氧化鈉溶液,處理次磷酸鈉折百5000kg/d。

進雙極膜電滲析(BPED)系統需滿足以下進水條件:

1)濁度:≤1mg/l

2)COD:≤50mg/l

3)鐵、錳含量:≤0.3mg/l

4)其他高價金屬陽離子總量:≤1mg/L

5)石油類、油脂類及表面活性劑等物質:≤0.1mg/L

6)水溫:5~40℃。

1.2出水水質

A. 設計進雙極膜電滲析鹽水含鹽量約20%;

B. 設計雙極膜電滲析產出的堿液NaOH濃度約6%;

C. 設計雙極膜電滲析產生的酸液H3PO2濃度約10%;

D. 設計雙極膜電滲析產出的鹽水出水濃度:10%;

二、工藝方案2.1 雙極膜電滲析工藝簡介
雙極膜是一種新型的離子交換復合膜 , 它通常由陽離子交換層 (N 型膜) 、界面親水層 ( 催化層) 和陰離子交換層 ( P 型膜) 復合而成 , 是真正意義上的反應膜。在直流電場作用下 , 雙極膜可將水離解 ,在膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點 , 將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統 , 能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和堿, 這種方法稱為雙極膜電滲析法。雙極膜電滲析法不僅用于制備酸和堿,若將其與單極膜巧妙地組合起來 , 能實現多種功能并可用于多個領域。

以硫酸鈉雙極膜制酸堿為例:硫酸鈉進入鹽室時,在直流電場作用下,硫酸根離子通過陰膜遷移至酸室,遇到雙極膜的陽膜面,由于陽膜面帶負電,所以硫酸根離子無法繼續遷移,留在酸室,跟雙極膜陽膜面分解出的氫離子結合生成次磷酸。雙極膜的陰膜面在直流電場的作用下,不斷分解出氫氧根離子,在堿室跟鈉離子結合,生成氫氧化鈉。最終硫酸鈉通過雙極膜電滲析實現了鹽轉化為硫酸和氫氧化鈉。


圖2 雙極膜電滲析的工作原理

 
2.2 工藝流程
該項目次磷酸鈉使用雙極膜電滲析裝置制備酸液和堿液的建議處理流程如圖3所示:



次磷酸鈉固體經過溶解配成20%左右的溶液,后經預處理除重金屬及COD等成分以滿足進水條件,進入雙極膜電滲析裝置制酸堿,產生質量分數約10%的次磷酸溶液、質量分數約6%的氫氧化鈉溶液和質量分數約10%的淡鹽水(次磷酸鈉溶液),淡鹽水返回溶鹽工藝增濃。

2.3 雙極膜電滲析工程計算
次磷酸鈉制酸堿,每天消耗5000kg,以20h/d計算,相當于消耗250kg/h鹽。

次磷酸鈉用雙極膜電滲析制備酸堿的水質平衡圖如圖4所示



說明:

1、固體鹽溶解后,經預處理進入雙極膜電滲析BPED系統進行制酸堿,出系統的淡鹽水返回溶鹽工段增濃。

2、BPED系統的轉化鹽量為250 kg/h,生成堿(折百)約113kg/h(6%NaOH,1.894m3/h),生產次磷酸(折百)187 kg/h(8%NaOH,1.875m3/h)。雙極膜電滲析系統共需要去離子水約3.8 m3/h,需要使用24臺JRHB-JABCM-8040/60型的雙極膜電滲析膜堆,全部并聯排列,分兩大組,四個小組。

三、雙極膜電滲析主要設備清單
 

序號

設備名稱

設備名稱

規格型號

材質

單位

數量

備注

 
 

1

容器類

原水箱

5m3

PP/PE

1

 

 

鹽循環水箱

3m3

PP/PE

1

 

 

酸循環水箱

2m3

PP/PE

1

 

 

堿循環水箱

2m3

PP/PE

1

 

 

極水水箱

1.0 m3

PP/PE

1

 

 

清洗水箱

1 m3

PP/PE

2

 

 

酸儲箱

5 m3

PP/PE

1

 

 

堿儲箱

5 m3

PP/PE

1

 

 

淡鹽水儲箱

5 m3

PP/PE

1

 

 

2

輸送泵

原水泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

鹽水循環泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

酸循環泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

堿循環泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

極水泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

酸外供泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

堿外供泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

清洗水泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

3

保安過濾器

精密過濾器

1um,20m3/h

FRP

13

每路21

 

4

換熱器

板式換熱器

15m2

SS316

2

堿,極液

 

板式換熱器

15m2

1

 

 

5

電滲析器

BPED組器

JRHE-JABCM-8040/60

組合件

24

 

 

7

儀表

在線電導率1

0~200ms/cm

組合件

3

極水,鹽水

 

在線電導率2

0-500ms/cm

組合件

4

酸,堿

 
pH

0-14

組合件

1

 

 

液位計

0~5m,靜壓式,4-20mA

組合件

9

 

 

電磁流量計

0~50m3/h,輸出4~20mA信號

組合件

3

 

 

轉子流量計

0~3m3/h

組合件

1

 

 

壓力表

0~4kg/cm2,0~2kg/cm2,徑向隔膜式

PP

1

 

 

溫度計

0~100℃

組合件

3

 

 

8

管閥件

氣動閥門

DN40,25

 

68

 

 

隔膜閥

DN20

UPVC  

1

 

 

其他管閥件

DN80-15

1

 

 

9

電氣控制

高頻開關電源

14.4kw,數顯,0-100%電流電壓連續輸出,手動調節,支持信號反饋保護等功能

組合件

24

 

 

PLC自控系統

含工控機、PLC控制系統(含軟件)、總進線柜、就地柜、電氣控制柜、動力電纜、信號電纜、橋架等

組合件

1

 

 

10

五金件

 

機架,底座,托盤,支架等

 

1

 

 

四、經濟性分析(參考信息)
每天運行時間按20h計,年運行天數按330天計,均相膜電滲析和雙極膜電滲析的經濟運行分析如表2所示。

表2 雙極膜電滲析的初步經濟運行分析

項目

單位

指標

備注

雙極膜鹽處理規模

kg/h

250

 

電耗

裝機功率

kw

366.25

 

運行功率

kw

288.259

整流器效率0.92

噸鹽能耗

kwh/噸鹽

1142.005

電滲析工作20h/d

噸鹽電費

/噸鹽

685.203

電價按0.6/kwh

年運行電費

萬元/

113.058

330d/a

膜折舊費用

年折舊費

萬元/

109.440

均相膜以5年,雙極膜以2年計

噸鹽折舊費用

/噸鹽

599.671

 

總運行費用

年總運行費用

萬元/

222.498

 

噸鹽運行費

/噸鹽

1284.874

 

酸堿價值

產堿量

kg/h

113.64

 

噸鹽產堿價值

/噸鹽

1590.91

堿折百3500/t

產酸量

kg/h

187.5

 

噸鹽產酸價值

/噸鹽

34500

酸折百46000/t

噸鹽產酸堿價值

/噸鹽

36090.91

 

年價值

萬元/

5955.000

 

鹽消耗

鹽消耗量

kg/h

250

 

噸鹽價值

/噸鹽

12000

次磷酸鈉1.2/

年消耗

萬元/

1980

 

盈利

萬元/

3752.502

 

噸鹽

/噸鹽

22806.04

產出-消耗


說明:該表是針對該水質情況的初步經濟運行分析數據,供用戶參考。
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