次磷酸钠制备次磷酸中试及工业化


一、设计条件
1.1进水水质
计划使用纯水及次磷酸钠固体制次磷酸和氢氧化钠溶液,处理次磷酸钠折百5000kg/d。

进双极膜电渗析(BPED)系统需满足以下进水条件:

1)浊度:≤1mg/l

2)COD:≤50mg/l

3)铁、锰含量:≤0.3mg/l

4)其他高价金属阳离子总量:≤1mg/L

5)石油类、油脂类及表面活性剂等物质:≤0.1mg/L

6)水温:5~40℃。

1.2出水水质

A. 设计进双极膜电渗析盐水含盐量约20%;

B. 设计双极膜电渗析产出的碱液NaOH浓度约6%;

C. 设计双极膜电渗析产生的酸液H3PO2浓度约10%;

D. 设计双极膜电渗析产出的盐水出水浓度:10%;

二、工艺方案2.1 双极膜电渗析工艺简介
双极膜是一种新型的离子交换复合膜 , 它通常由阳离子交换层 (N 型膜) 、界面亲水层 ( 催化层) 和阴离子交换层 ( P 型膜) 复合而成 , 是真正意义上的反应膜。在直流电场作用下 , 双极膜可将水离解 ,在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点 , 将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统 , 能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱, 这种方法称为双极膜电渗析法。双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱,若将其与单极膜巧妙地组合起来 , 能实现多种功能并可用于多个领域。

以硫酸钠双极膜制酸碱为例:硫酸钠进入盐室时,在直流电场作用下,硫酸根离子通过阴膜迁移至酸室,遇到双极膜的阳膜面,由于阳膜面带负电,所以硫酸根离子无法继续迁移,留在酸室,跟双极膜阳膜面分解出的氢离子结合生成次磷酸。双极膜的阴膜面在直流电场的作用下,不断分解出氢氧根离子,在碱室跟钠离子结合,生成氢氧化钠。最终硫酸钠通过双极膜电渗析实现了盐转化为硫酸和氢氧化钠。


图2 双极膜电渗析的工作原理

 
2.2 工艺流程
该项目次磷酸钠使用双极膜电渗析装置制备酸液和碱液的建议处理流程如图3所示:



次磷酸钠固体经过溶解配成20%左右的溶液,后经预处理除重金属及COD等成分以满足进水条件,进入双极膜电渗析装置制酸碱,产生质量分数约10%的次磷酸溶液、质量分数约6%的氢氧化钠溶液和质量分数约10%的淡盐水(次磷酸钠溶液),淡盐水返回溶盐工艺增浓。

2.3 双极膜电渗析工程计算
次磷酸钠制酸碱,每天消耗5000kg,以20h/d计算,相当于消耗250kg/h盐。

次磷酸钠用双极膜电渗析制备酸碱的水质平衡图如图4所示



说明:

1、固体盐溶解后,经预处理进入双极膜电渗析BPED系统进行制酸碱,出系统的淡盐水返回溶盐工段增浓。

2、BPED系统的转化盐量为250 kg/h,生成碱(折百)约113kg/h(6%NaOH,1.894m3/h),生产次磷酸(折百)187 kg/h(8%NaOH,1.875m3/h)。双极膜电渗析系统共需要去离子水约3.8 m3/h,需要使用24台JRHB-JABCM-8040/60型的双极膜电渗析膜堆,全部并联排列,分两大组,四个小组。

三、双极膜电渗析主要设备清单
 

序号

设备名称

设备名称

规格型号

材质

单位

数量

备注

 
 

1

容器类

原水箱

5m3

PP/PE

1

 

 

盐循环水箱

3m3

PP/PE

1

 

 

酸循环水箱

2m3

PP/PE

1

 

 

碱循环水箱

2m3

PP/PE

1

 

 

极水水箱

1.0 m3

PP/PE

1

 

 

清洗水箱

1 m3

PP/PE

2

 

 

酸储箱

5 m3

PP/PE

1

 

 

碱储箱

5 m3

PP/PE

1

 

 

淡盐水储箱

5 m3

PP/PE

1

 

 

2

输送泵

原水泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

盐水循环泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

酸循环泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

碱循环泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

极水泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

2

 

 

酸外供泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

碱外供泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

清洗水泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

1

 

 

3

保安过滤器

精密过滤器

1um20m3/h

FRP

13

每路21

 

4

换热器

板式换热器

15m2

SS316

2

碱,极液

 

板式换热器

15m2

1

 

 

5

电渗析器

BPED组器

JRHE-JABCM-8040/60

组合件

24

 

 

7

仪表

在线电导率1

0~200ms/cm

组合件

3

极水,盐水

 

在线电导率2

0-500ms/cm

组合件

4

酸,碱

 
pH

0-14

组合件

1

 

 

液位计

0~5m,静压式,4-20mA

组合件

9

 

 

电磁流量计

0~50m3/h,输出4~20mA信号

组合件

3

 

 

转子流量计

0~3m3/h

组合件

1

 

 

压力表

0~4kg/cm2,0~2kg/cm2,径向隔膜式

PP

1

 

 

温度计

0~100℃

组合件

3

 

 

8

管阀件

气动阀门

DN40,25

 

68

 

 

隔膜阀

DN20

UPVC  

1

 

 

其他管阀件

DN80-15

1

 

 

9

电气控制

高频开关电源

14.4kw,数显,0-100%电流电压连续输出,手动调节,支持信号反馈保护等功能

组合件

24

 

 

PLC自控系统

含工控机、PLC控制系统(含软件)、总进线柜、就地柜、电气控制柜、动力电缆、信号电缆、桥架等

组合件

1

 

 

10

五金件

 

机架,底座,托盘,支架等

 

1

 

 

四、经济性分析(参考信息)
每天运行时间按20h计,年运行天数按330天计,均相膜电渗析和双极膜电渗析的经济运行分析如表2所示。

表2 双极膜电渗析的初步经济运行分析

项目

单位

指标

备注

双极膜盐处理规模

kg/h

250

 

电耗

装机功率

kw

366.25

 

运行功率

kw

288.259

整流器效率0.92

吨盐能耗

kwh/吨盐

1142.005

电渗析工作20h/d

吨盐电费

/吨盐

685.203

电价按0.6/kwh

年运行电费

万元/

113.058

330d/a

膜折旧费用

年折旧费

万元/

109.440

均相膜以5年,双极膜以2年计

吨盐折旧费用

/吨盐

599.671

 

总运行费用

年总运行费用

万元/

222.498

 

吨盐运行费

/吨盐

1284.874

 

酸碱价值

产碱量

kg/h

113.64

 

吨盐产碱价值

/吨盐

1590.91

碱折百3500/t

产酸量

kg/h

187.5

 

吨盐产酸价值

/吨盐

34500

酸折百46000/t

吨盐产酸碱价值

/吨盐

36090.91

 

年价值

万元/

5955.000

 

盐消耗

盐消耗量

kg/h

250

 

吨盐价值

/吨盐

12000

次磷酸钠1.2/

年消耗

万元/

1980

 

盈利

万元/

3752.502

 

吨盐

/吨盐

22806.04

产出-消耗


说明:该表是针对该水质情况的初步经济运行分析数据,供用户参考。
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