Impjant tas-soda kawstika bbażat fuq il-proċess tal-klor-alkali mhuwiex magna waħda iżda sistema ta' produzzjoni elettrokimika kontinwa. Kull taqsima tal-pjanta twettaq pass speċifiku ta 'trasformazzjoni jew purifikazzjoni.
Sistema ta' Preparazzjoni tas-Salmura
Is-sistema tal-preparazzjoni tas-salmura tikkonverti melħ industrijali solidu (NaCl) f'salmura saturata adattata għall-għalf tal-elettroliżi. Fil-biċċa l-kbira tad-disinni tal-klor-alkali tal-membrana, il-konċentrazzjoni fil-mira tas-salmura hija kkontrollata f'madwar 300–310 g/L NaCl.
Is-sistema tipikament tinkludi tank li jdub il-melħ, aġitaturi, skrins ta 'filtrazzjoni oħxon, u loop taċ-ċirkolazzjoni tas-salmura. It-tank ta 'dissoluzzjoni huwa ddisinjat biex iżomm ħin ta' residenza kkontrollat, ġeneralment 2-4 sigħat, biex jiżgura x-xoljiment sħiħ tal-kristalli tal-klorur tas-sodju.
L-impuritajiet mhux maħlula bħal ramel, tafal, u melħ li ma jinħallx jitneħħew permezz ta 'separazzjoni jew idroċiklun. Is-salmura tal-ħruġ imbagħad tiġi trasferita għat-taqsima tal-purifikazzjoni.
Id-disinn ta 'din is-subsistema huwa direttament relatat mal-ħajja taċ-ċelluli tal-membrana, peress li solidi sospiżi 'l fuq minn 1 mg/L jistgħu jaċċelleraw il-fouling tal-membrana u jżidu l-vultaġġ taċ-ċelluli maż-żmien.
Unità ta' Purifikazzjoni tas-Salmura
Is-sistema ta 'purifikazzjoni tas-salmura tneħħi katjoni divalenti bħall-kalċju (Ca²⁺), manjesju (Mg²⁺), u traċċi ta' metalli tqal li jinterferixxu mal-prestazzjoni tal-membrana. Fis-sistemi tal-membrana chlor-alkali, il-konċentrazzjonijiet tal-kalċju u tal-manjeżju għandhom tipikament jitnaqqsu għal taħt l-20 ppb (partijiet għal kull biljun).
Il-metodu ta 'purifikazzjoni standard huwa preċipitazzjoni kimika bl-użu ta' karbonat tas-sodju (Na₂CO₃) u idrossidu tas-sodju (NaOH). Ir-reazzjonijiet jiffurmaw karbonat tal-kalċju li ma jinħallx u idrossidu tal-manjeżju:
Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓
Dawn il-preċipitati jitneħħew bl-użu ta 'kjarifikaturi jew tankijiet ta' sedimentazzjoni tal-lamella segwiti minn sistemi ta 'filtrazzjoni fini, tipikament filtri tal-iskartoċċ ta' 5-10 mikron.
Il-filtri tal-illustrar huma installati downstream biex jiżguraw kwalità stabbli tal-għalf għall-elettrolizzaturi. Is-sistema ta 'purifikazzjoni tas-salmura tinkludi wkoll linji ta' kontroll tal-pH u monitoraġġ ORP biex tinżamm l-effiċjenza tar-reazzjoni.
Sistema ta' Elettrolizzatur (Sezzjoni taċ-Ċellola tal-Membrana)
L-elettrolizzatur huwa l-qalba tal-proċess tal-klor-alkali. Pjanti moderni jużaw ċelluli tal-membrana tal-iskambju tal-jone, tipikament ibbażati fuq membrani tal-aċidu perfluworosulfoniku (PFSA).
Kull ċellula tal-elettrolizzatur hija maqsuma f'kompartiment tal-anodu u kompartiment tal-katodu separati minn katjoni-membrana selettiva. Is-salmura tiġi mgħoddija fil-kamra tal-anodu, fejn il-joni tal-klorur jiġu ossidizzati għal gass tal-kloru:
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
Fuq in-naħa tal-katodu, l-ilma jitnaqqas għal gass tal-idroġenu u joni tal-idrossidu:
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
Il-joni tas-sodju jemigraw mill-membrana u jingħaqdu ma 'jonji idrossidu biex jiffurmaw idrossidu tas-sodju (NaOH).
Parametri operattivi tipiċi għal ċelloli tal-membrana industrijali jinkludu:
Temperatura taċ-ċellula: 85-95 grad
Densità tal-kurrent: 3.0–6.0 kA/m²
Vultaġġ taċ-ċelluli: 3.0–3.3 V
Konċentrazzjoni ta 'NaOH: 30-35% wt (output ta' likur taċ-ċelluli)
Is-sistema tal-elettrolizzatur tinkludi frejms taċ-ċelluli, elettrodi (anodu tat-titanju b'kisja ta 'rutenju/iridju), katodi tan-nikil, u sistemi ta' siġillar idrawliċi. L-allinjament taċ-ċelluli u l-forza tal-kompressjoni huma kkontrollati biex jipprevjenu t-tnixxija u jżommu l-integrità tal-membrana.
Sistema ta' Rettifikatur
Is-sistema tar-rettifikatur tikkonverti l-enerġija AC mill-grilja f'enerġija DC meħtieġa għall-elettroliżi. L-impjanti tal-klor-alkali tipikament joperaw b'kurrenti DC għoljin ħafna, ħafna drabi fil-medda ta' 10 kA sa 200 kA skont il-kapaċità tal-impjant.
Ir-rettifikatur huwa magħmul minn:
Unità tat-trasformaturi (pass-down u iżolament)
Tiristori jew moduli rettifikaturi IGBT
Busbars DC
Sistema tat-tkessiħ (mkessħa bl-arja jew bl-ilma)
Il-vultaġġ tal-ħruġ huwa tipikament bejn 100 V u 600 V DC skont il-konfigurazzjoni tal-munzell. Ir-ripple kurrenti huwa kkontrollat taħt il-5% biex jinżammu kundizzjonijiet ta 'reazzjoni elettrokimika stabbli.
Is-sistemi ta' korrezzjoni tal-fattur tal-enerġija huma spiss integrati biex tinżamm il-konformità mal-grilja, speċjalment f'impjanti ta'-skala kbira li jaqbżu l-kapaċità ta' NaOH 50,000 tunnellata/sena.
Sistema ta' Evaporazzjoni
Is-sistema ta 'evaporazzjoni żżid il-konċentrazzjoni ta' NaOH minn madwar 30-35% (output ta 'elettrolizzatur) għal gradi kummerċjali bħal 48% jew 50% soluzzjoni ta' soda kawstika.
L-evaporazzjoni b'ħafna effett (MEE) hija komunement użata biex tnaqqas il-konsum tal-fwar. Konfigurazzjoni tipika tinkludi 2 sa 4 effetti ta 'evaporazzjoni li joperaw taħt pressjoni li tonqos.
L-input tal-fwar huwa ġeneralment f'3-6 bar fwar saturat skont id-disinn tal-pjanti. Il-livelli tal-vakwu fi stadji aktar tard jinżammu madwar -0.08 sa -0.09 MPa biex tittejjeb l-effiċjenza termali.
Il-materjali tal-evaporatur għandhom jirreżistu korrużjoni alkalina qawwija f'temperaturi elevati, għalhekk ligi bbażati fuq in-nikil-jew azzar li ma jissaddadx speċjali (bħal gradi 316L jew duplex) huma komunement użati.
Sistema tal-Immaniġġjar tal-Klorin
Il-gass tal-kloru prodott fl-elettrolizzatur huwa imxarrab, jaħraq, u fih traċċi ta 'idroġenu u ċpar tas-salmura. Qabel l-użu downstream jew il-likwifikazzjoni, għandu jiġi mkessaħ u purifikat.
Is-sistema tal-immaniġġjar tal-kloru tinkludi:
Torri li jkessaħ il-gass (inaqqas it-temperatura għal ~35–40 grad)
Eliminaturi taċ-ċpar (neħħi l-qtar imdawwar)
Sistema tat-tnixxif tal-kloru (bl-użu ta’ aċidu sulfuriku jew dryers ta’ adsorbiment)
Kompressuri (għal-likwifikazzjoni jew it-trasferiment tal-pipeline)
Il-purità tal-kloru niexef hija tipikament ikkontrollata 'l fuq minn 99.5% għall-użu industrijali. Il-kontenut ta 'umdità jitnaqqas taħt it-30 ppm biex tiġi evitata l-korrużjoni fit-tagħmir downstream.
Materjali fis-servizz tal-kloru jintgħażlu abbażi tar-reżistenza għall-korrużjoni, li ġeneralment jinkludu titanju, azzar miksi bil-PVC-jew pajpijiet FRP.
Sistema ta 'Irkupru ta' Idroġenu
L-idroġenu ġġenerat fil-katodu huwa tipikament saturat bil-fwar tal-ilma u fih traċċi ta 'ċpar kawstiku. Is-sistema ta 'rkupru twettaq separazzjoni, tkessiħ, u kompressjoni.
Is-sistema tinkludi:
Separatur tal-gass-likwidu
Unità ta' demister
Skambjatur tas-sħana li jkessaħ
Kompressur tal-idroġenu (tip tad-dijaframma jew bil-kamin)
Unità ta' purifikazzjoni fakultattiva (PSA jew illustrar katalitiku)
Il-purità tal-idroġenu wara s-separazzjoni tipikament taqbeż id-99%. Il-kontroll tal-punt tan-nida huwa kritiku biex jipprevjeni l-kondensazzjoni fil-pipelines.
F'ħafna installazzjonijiet industrijali, l-idroġenu huwa jew:
użat bħala karburant fil-bojlers jew sistemi tal-fwar
jew esportati għal proċessi ta 'sinteżi kimika bħall-produzzjoni ta' ammonja jew metanol
Sistema ta' Awtomazzjoni (PLC/DCS)
Is-sistema ta 'kontroll tintegra t-taqsimiet kollha tal-proċess fi pjattaforma operattiva koordinata waħda. Il-biċċa l-kbira tal-impjanti moderni tal-klor-alkali jużaw sistemi ta' kontroll distribwit (DCS) flimkien ma' kontrolluri tal-loġika programmabbli (PLC) għall-kontroll tal-livell ta' tagħmir-.
Loops ta' kontroll ewlenin jinkludu:
Kontroll tal-konċentrazzjoni tas-salmura (ibbażat fuq il-konduttività-)
Regolament kurrenti ta ' l-elettrolizzatur
Kontroll tat-temperatura taċ-ċellula (permezz taċ-ċirkolazzjoni tas-salmura)
Monitoraġġ tal-konċentrazzjoni ta' NaOH (kejl tad-densità)
Kontroll tal-pressjoni tal-kloru
Pressjoni tal-idroġenu u regolazzjoni tal-fluss
Strumentazzjoni tipika tinkludi:
sensuri tal-konduttività (medda 0–300 mS/ċm)
Analizzaturi tal-pH (skala 0–14)
sensuri tal-pressjoni differenzjali fuq il-membrani
miters tal-fluss (elettromanjetiċi jew tat-tip Coriolis)
analizzaturi tal-gass għall-purità tal-kloru u l-idroġenu
L-akkwist tad-dejta huwa tipikament irreġistrat f'intervalli ta' 1-5 sekondi skont id-disinn tas-sistema. Interlocks ta 'allarm huma implimentati għall-iskoperta ta' tnixxija tal-kloru u kundizzjonijiet ta 'pressjoni żejda ta' l-idroġenu.
Impjant tas-soda kawstika huwa ddisinjat bħala sistema ta 'linja kontinwa fejn il-melħ mhux maħdum huwa kkonvertit fi tliet flussi ta' prodotti: idrossidu tas-sodju, klorin u idroġenu. L-istabbiltà operattiva tal-impjant tiddependi fuq iż-żamma tal-purità tas-salmura tal-għalf, distribuzzjoni stabbli tal-kurrent DC, u bilanċ termali kkontrollat kemm fis-sezzjonijiet tal-elettroliżi kif ukoll tal-evaporazzjoni.
Kwalunkwe devjazzjoni fil-livelli ta 'impurità tas-salmura jew instabbiltà tar-rettifikatur taffettwa direttament il-vultaġġ tal-membrana u tnaqqas l-effiċjenza tas-sistema. Għalhekk, il-biċċa l-kbira tad-disinji ta 'inġinerija jipprijoritizzaw il-purifikazzjoni upstream u l-affidabbiltà tal-immaniġġjar tal-gass downstream daqs l-elettrolizzatur innifsu.
Konklużjoni (Sommarju tal-Inġinerija)
Mill-perspettiva tal-inġinerija tal-proċess, impjant tas-soda kawstika huwa sistema elettrokimika integrata sewwa magħmula minn preparazzjoni kimika, elettroliżi, konverżjoni tal-enerġija, konċentrazzjoni termali, immaniġġjar tal-gass u saffi ta 'awtomazzjoni.
Kull subsistema għandha parametri operattivi li jistgħu jitkejlu, u l-prestazzjoni tal-impjant hija determinata mill-istabbiltà ta 'dawn il-parametri aktar milli minn kwalunkwe unità ta' tagħmir waħda.
Il-filosofija ġenerali tad-disinn hija bbażata fuq tliet restrizzjonijiet:
purità jonika tas-salmura tal-għalf
effiċjenza elettrika ta 'elettroliżi tal-membrana
separazzjoni u tqandil sikur tal-kloru u l-idroġenu
Dawn ir-restrizzjonijiet jiddefinixxu l-konfigurazzjoni tat-tagħmir ewlieni kollu f'installazzjoni moderna tal-klor-alkali.
