Báo cáo thực tập Nhà máy hóa chất Biên Hòa

XUẤT 3.1. Hòa tan và tinh chế sơ cấp 3.1.1. Mục đích Hòa tan muối nguyên liệu tạo dung dịch nước muối bảo hòa. Tinh chế sơ bộ nước muối bão hòa, nhằm tách phần lớn tạp chất chứa trong muối nguyên liệu, đáp ứng dịch nước bão hòa có đầy đủ chất lượng và hàm lượng muối hòa tan cung cấp cho quá trình điện giải. 3.1.2. Nguyên lý Nguyên liệu muối có hàm lượng NaCl 200 ÷ 320 g/l được cung cấp vào ống phân phối của thiết bị hòa tan, sau khi đi qua chiều cao của cột muối nguyên liệu, sẽ tạo thành dung dịch nước muối có hàm lượng 300 ÷ 320 g/l. Sử dụng các hóa chất để kết tủa các tạp chất có trong nước muối nguyên liệu, sau đó loại các kết tủa này ra khỏi nước muối bằng phương pháp lắng. 3.1.3. Dây chuyền sản xuất QUA THỨ CẤP Hòa tan Tách SO42- Tách Mg2+ và Ca2+ Bồn lắng kết tủa Nước bổ sung Muối nguyên liệu Dd NaCl 20 – 22% Dd BaCl2 10- 12 % Dd Na2CO3 8 – 10% Dd NaOH 32% Chất trợ lắng Dd NaCl 30 – 32% Sơ đồ 3.1. Quy trình hòa tan và tinh chế nước muối sơ cấp 3.1.4. Thuyết minh qui trình Muối nguyên liệu được cấp vào bồn hòa tan DS501A/B và được điều chỉnh cấp tự động để luôn duy trì mức muối ổn định trong bồn hòa tan. Nước muối nghèo (200 ÷ 220 g/l) từ công đoạn xử lý nước muối nghèo cùng với nước bổ sung được cấp vào DS501A/B qua hệ thống ống phân phối nhúng chìm trong cột muối. Nước muối đi từ dưới lên trên thiết bị hòa tan đạt nồng độ 300 ÷ 320 g/l và chảy tràn qua bồn chứa trung gian T501. Lượng nước muối bổ sung cấp vào được điều chỉnh lưu lượng tự động nhằm đảm bảo duy trì ổn định nồng độ nước muối và giữ mức chứa ổn định cho bồn chứa T501. Nước muối từ bồn chứa T501 được bơm P501A/B bơm cấp qua công đoạn tinh chế sơ cấp với lưu lượng được điều chỉnh theo công suất yêu cầu của điện giải. Nước muối bão hòa từ T501 được bơm lần lượt qua hai thiết bị phản ứng R501, R502. Dung dịch BaCl2 (120 ÷ 180 g/l) được pha tại D520 được cấp vào bồn phản ứng thứ nhất R501, để kết tủa tạp chất SO₄²-. Lượng BaCl2 cấp vào được duy trì để hàm lượng Na₂SO₄ dư còn lại trong nước muối từ 6÷8g/l. Dung dịch Na2CO3 (0,3 ÷ 0,4 g/l) pha chế tại D521 và dung dịch NaOH 32% từ hệ thống điều dụng xút được cấp vào R502 để kết tủa các tạp chất Ca²⁺, Mg²⁺ dưới dạng Mg(OH)2, CaCO3. Lượng Na2CO3 và NaOH cấp vào được duy trì để hàm lượng Na2CO3 và NaOH dư trong nước muối khoáng 0,15 ÷ 0,2 g/l. Nước muối chứa các kết tủa tạp chất chảy tràn qua các bồn lắng nước muối TH501. Từ đây, nước muối lắng chảy tràn vào D504 rồi được bơm qua thứ cấp, còn cặn bùn đưa qua D503 chờ xử lý. 3.1.5. Các thiết bị chính 3.1.5.1. Băng tải Muối được vận chuyển trên băng chuyền vào DS501 nhờ motor AGS501. Khi lượng muối trong DS501 đạt một mức nhất định thì motor tự động bị ngắt. 3.1.5.2. Bồn hòa tan DS501, DS502 Chức năng: hòa tan muối bởi các dòng nước thủy cục, nước muối nghèo, nước muối thu hồi và tách một phần tạp chất cơ học có trong nước muối bão hòa. Cấu tạo: thân thiết bị bằng composite, đáy bồn có hệ thống phân phối lỏng, phía trên bồn, ở miệng ống chảy tràn có tấm lưới chặn. Hoạt động: DS501 và DS502 hoạt động luân phiên. Các dòng lỏng được đưa vào bộ phận phân phối, đi từ dưới lên, hòa tan muối. Nước muối bão hòa (pH = 6 ÷ 9, C = 300 ÷ 320 g/l) qua lưới lọc theo ống chảy tràn về bồn chứa T501. 3.1.5.3. Bồn lắng TH5010 Chức năng: loại bỏ các kết tủa (BaSO₄, CaCO₃, Mg(OH)₂… ) tạo thành trong quá trình dòng nước muối đi qua các thiết bị phản ứng R501, R502. Cấu tạo: thân thiết bị bằng composite, bên trong có ống trung tâm và bộ phận cánh cào. Hoạt động: dòng nước muối được trộn với chất trợ lắng dẫn vào ống trung tâm từ trên xuống rồi đi vòng lên, theo đường ống chảy tràn về D506. Các hạt kết tủa kết dính lại, rơi xuống phía đáy, theo đường ống dẫn về D503. Động cơ quay cánh cào để phân tán đều kết tủa, tránh làm nghẹt đường ống. 3.1.6. Các thông số kỹ thuật Công đoạn hòa tan: Mực nước muối ở T501: 2 ÷ 2,5 mH₂O Lưu lượng nước bão hòa: 18 ÷ 36 m³/h pH: 6 ÷ 9 Nhiệt độ: 60 ÷ 65ºC Công đoạn tinh chế: Lưu lượng dung dịch BaCl2, dung dịch NaOH, dung dịch Na2CO3, dung dịch chất trợ lắng tùy thuộc yêu cầu sử dụng. pH: 11,5 ÷ 12,5 Nhiệt độ: 60 ÷ 65ºC Bỗ trợ: Mức chứa dung dịch BaCl2: ≥ 600 l Mức chứa dung dịch Na2CO3: ≥ 1200 l Mức chứa dung dịch trợ lắng: ≥ 120 l Áp suất bơm dung dịch BaCl2: 200 ÷ 300 KPa Áp suất bơm dung dịch Na2CO3: 200 ÷ 300 KPa Mức nước muối D506: ≥ 10 m³ 3.1.7. Vận hành công đoạn sơ cấp Chuẩn bị chạy máy: Đầu tiên chuẩn bị muối đưa vào phễu, kiểm tra nước muối nghèo nước rửa bùn. Kiểm tra băng tải, bơm, nước muối thu hồi. Kiểm tra các dung dịch hóa chất: BaCl2, Na2CO3, NaOH. Chạy máy: Khởi động băng tải đưa muối lên bồn hòa tan. Mở van cho nước muối nghèo và nước muối thu hồi vào DS501A/B. Hiệu chỉnh lượng nước muối và nước muối thu hồi, hòa tan muối nguyên liệu sao cho đạt nồng độ 300 ÷ 320 g/l. Hiệu chỉnh van thu hồi lưu nước muối về bồn trung gian để duy trì áp lực của bơm 300 ÷ 400KPa. Khi nước muối bão hòa chảy tràn đầy bồn T501 ( từ 59 – 80%) ta khởi động bơm P501 và duy trì áp lực từ 2 – 3 kg/cm². Cấp dung dịch BaCl2 10 – 12% vào R501 để loại SO4²-. Cấp dung dịch Na2CO3 8 – 10%, NaOH 32% để loại Ca²+, Mg²+. Mở van cho dung dịch chất trợ lắng vào đường ống dẫn sang thiết bị lắng. Ngưng máy: Ngưng băng tải cấp muối. Ngưng cấp nước muối nghèo và nước muối thu hồi. Ngưng cấp các dung dịch hóa chất. Ngừng bơm P501. Ngưng máy khuấy. Ngưng cấp chất trợ lắng. 3.1.8. Sự cố và cách khắc phục Nồng độ nước muối nghèo không đạt bão hòa do đường ống hở, bùn nhiều, muối nhiều tạp chất, muối được hòa tan hết. Khắc phục: Sửa chữa đường ống, tháo xả bớt bùn, hòa tan xử lý lại muối, thêm dòng nước thủy cục. Nếu nồng độ NaCl > 320 g/l, nồng độ cao quá muối sẽ kết tinh trong đường ống. Khắc phục: Mở van đưa nước muối nghèo về DS501 để điều chỉnh nồng độ nước muối và yêu cầu KCS lấy mẫu kiểm tra nếu đạt quy định thì đóng van và cấp nước muối qua tinh chế. Nếu nồng độ NaCl < 300g/l, nồng độ muối thấp. Khắc phục: Đóng van nước muối về D504, mở van xuất P5010A/B/C và van tuần hoàn về bồn hòa tan, chạy tuần hoàn điều chỉnh nồng độ nước muối đến khi đặt yêu cầu. Băng tải lệch khỏi con lăn. Khắc phục: Dừng hoạt động đưa băng tải về vị trí cũ. Nồng độ pH không đạt yêu cầu quá cao hay quá thấp so với mức. Khắc phục: Xem lại dòng nước muối thu hồi. Nếu cúp điện thường làm thay đổi pH của dung dịch muối, công nhân vận hành phải điều chỉnh lại. Bùn bị xì ra ở khe giữa hai khung bản: do có vật lạ giữa hai khung bản; do lực ép bản không đủ. Khắc phục: Nếu bị xì ngay khi vừa chạy thì có thể ngưng máy sửa chữa lại vải lọc. Nếu bị xì khi gần hết thời gian lọc thì có thể ngừng trước thời gian. Nếu nguyên nhân lực ép không đủ, báo PKT điều chỉnh lại bơm. 3.2. Tinh chế thứ cấp nước muối 3.2.1. Mục đích Loại bỏ hầu hết các phần còn lại của tạp chất trong nước muối bằng phương pháp vật lý – hóa học. Cung cấp lượng nước muối đạt yêu cầu kỹ thuật cho điện giải. Thay đổi cấp nước muối theo chế độ chạy máy của điện giải. Chạy máy bình thường. Chạy thông bình điện giải. 3.2.2. Nguyên tắc Đầu tiên dùng phương pháp lọc bằng trọng lực để giảm thiểu các chất không tan trong nước muối. Sau đó nước muối lọc này được bơm qua hệ thống lọc bằng cột nhựa trao đổi ion để loại bỏ hết các tạp chất còn trong nước muối. Gia nhiệt nước muối. Axit hóa nước muối. Cấp nước muối. 3.2.3. Dây chuyền sản xuất NaCl 30 – 32% Lọc Trao đổi ion Hiệu chỉnh nhiệt độ Điều chỉnh pH (2÷5) NaCl 30 – 32% tinh khiết QUA ĐIỆN GIẢI Khử Clo tự do điều chỉnh pH (10÷11) Gia nhiệt (60÷70ºC) Na2SO3 10% HCl 32% HCl 32% Cặn bùn Sơ đồ 3.2. Quy trình tinh chế nước muối thứ cấp 3.2.4. Thuyết minh quy trình Nước muối tinh chế từ D504 được bơm P504 đưa đến các cột lọc F557 A/B/C. Đây là cột lọc sử dụng lớp than Anthracit. Nước muối đi từ trên xuống dưới, cặn không tan được lớp than Anthracit này giữ lại. Nước muối sau khi ra khỏi cột lọc được đưa qua thiết bị trug hòa DM507, tại đây cấp axit HCl 32% vào để trung hòa nước muối, và cấp Na2SO3 vào để khử Cl2 tự do Na2SO3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + 2HCl Sau khi ra khỏi DM507, pH = 10 ÷ 11 và được chứa ở bồn chứa nước muối lọc D507. Từ bồn chứa D507 được bơm P507 đưa qua thiết bị gia nhiệt E504, gia nhiệt nước muối lên 60 ÷ 70oC. Mục đích của việc trung hòa và gia nhiệt này nhằm tăng hiệu suất làm việc của nhựa trao đổi ion. Nước muối sau C504A/B được đưa đến hệ thống nước muối cấp. Tại đây nước muối được chứa trong bồn D516 và mức bồn này được duy trì ổn định ở mức chứa 80% để đảm bảo cung cấp ổn định lượng nước muối cho bình điện phân. Ngoài ra, hệ thống này còn có bộ trao đổi nhiệt E516, bộ axit hóa nước muối DM516 dùng để điều chỉnh nhiệt độ, pH của nước muối theo các chế độ vận hành của bình điện phân. 3.2.5. Các thiết bị chính 3.2.5.1. Thiết bị lọc F557A/B/C Chức năng: loại bỏ các tạp chất cơ học có trong nước muối theo nguyên lý lọc trọng lực. Cấu tạo: Các cột lọc làm bằng thép, bên trong chứa các khối than antraxit, chiều cao khối than khoảng 3m, các hạt mịn ở trên, các hạt thô ở dưới nhằm làm tăng hiệu quả lọc do hạt nhỏ có bề mặt riêng lớn hơn. Lưới đỡ cách đáy tháp 1m. Bộ chảy tràn có dạng hình chữ thập, cạnh là các răng cưa, dùng để ổn định mức lỏng và nối với ống xả. Có ống thông áp và ống đo trở lực. Hoạt động: 3 cột hoạt động song song. Dòng nước muối vào từ đỉnh tháp, khi đi qua khối than dưới tác dụng của trọng lực, cặn bị giữ lại, nước sau lọc được đưa về bồn D507. Khi lớp bã hình thành nhiều, trở lực tăng, lượng nước lọc giảm, mực lỏng trong cột dâng cao. Quan sát mức lỏng bên ngoài ống ta biết được trở lực này. Vệ sinh cột lọc F557 khi chiều cao mực lỏng trong ống đo trở lực ≥ 100 cm (thông thường 1 tuần/lần) theo quy trình sau: Bảng 3.1. Vệ sinh cột lọc STT Bước tiến hành Thông số Mục đích 1 Nâng mức bồn D507 85 ÷ 90% Chuẩn bị cho giai đoạn rửa ngược 2 Điều chỉnh lưu lượng 2 cột còn lại và cắt cột Quy định Tách cột cần vệ sinh ra khỏi hệ thống mà vẫn đảm bảo năng suất lọc của hệ thống 3 Sục khí 100 ÷ 120 m³/h: 5 phút 120 ÷ 200 m³/h: 15 phút Làm bong tróc các cặn bẩn khỏi bề mặt vật liệu lọc 4 Rửa ngược 20 m³/h: 5 phút 30 m³/h: 5 phút 50 m³/h đến khi D507 còn 50% thì dừng, chờ 5 phút Nước muối rửa đi từ dưới lên cuốn theo các bã lọc vào bộ chảy tràn và ra ngoài ống xả về bồn chứa cặn. 5 Rửa xuôi Xả đáy 5 ÷ 6 m³/h ống trở lực: còn 10cm. Lặp lại 2 lần Xả cặn còn lại và ổn định lớp vật liệu lọc. 6 Xả trong Duy trì 5 ÷ 6 m³/h 10 ÷15 phút Ở giai đoạn này có lấy mẫu kiểm tra độ đục. 7 Đưa vào hoạt động Duy trì 5 ÷ 6 m³/h Tăng 2 m³/lần/h Thiết lập chế độ hoạt động. Cân bằng lưu lượng ở 3 cột. 3.2.5.2. Bộ trộn DM507 Chức năng: khử Cl2 tự do có trong nước muối từ sơ cấp bằng Na2SO3 (từ D531) và điều chỉnh pH về khoảng 10 ÷ 11 bằng HCl (từ D518). Na2SO3 + Cl2 + H2O Na2SO4 + 2HCl HCl + NaOH NaCl + H2O Hoạt động: sự khuấy trộn diễn ra do các vòng vào có lưu lượng tương đối lớn hoặc dùng dòng khí nén (1 kg/cm²) thổi từ dưới lên. 3.2.5.3. Thiết bị trao đổi nhiệt E504 Chức năng: gia nhiệt dòng nước muối đến 60 ÷ 70ºC, tạo điều kiện cho cột C504 hoạt động tốt. Là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, dòng hơi và dòng lỏng di chuyển ngược chiều chéo dòng. Nhiệt độ hơi: 100 ÷ 120ºC. Cấu tạo: gồm nhiều tấm trao đổi nhiệt ghép lại, tạo nên các kênh dẫn nước muối và hơi đốt xen lẫn nhau. 3.2.5.4. Cột trao đổi ion C504A, C504B Chức năng: tách Ca²+ và Mg²+ đến 20ppb bằng phương pháp hóa lý sử dụng nhựa trao đổi ion. Nguyên lý hoạt động: do các ion có ái lực khác nhau đối với bề mặt nhựa. Cấu tạo: thân thiết bị bằng thép, bên trong chứa các hạt nhựa trao đổi ion loại cationit RCOOH, (trạng thái làm việc là RCOONa), 1,4m³ nhựa/cột. Hoạt động: 2 cột C504A và C504B hoạt động nối tiếp (để 2 cột nhựa không bão hòa cùng lúc). Chế độ nối tiếp A – B: nước muối cấp qua van 50A vào C504A, đi từ trên xuống, các ion Ca²+ và Mg²+ bị giữ lại, nước muối tiếp tục được dẫn qua van 62A vào C504B, ở đây các ion Ca²+ và Mg²+ còn lại được tách đến 20ppb, nước muối đi qua van 65B được dẫn về E516 để gia nhiệt và qua DM516 để ổn định pH trước khi được đưa vào bình điện phân. 2RCOONa + Ca²⁺ (RCOO)2Ca + 2Na⁺ 2RCOONa + Mg²⁺ (RCOO)2Mg + 2Na⁺ Chế độ nối tiếp B – A: tương tự. Hoạt động 1cột: ở chế độ này chỉ thực hiện tách Ca²+ và Mg²+ bởi 1 cột (dòng nước muối chỉ qua các van 50, 65) và tái sinh cột còn lại do nhựa bão hòa (khi nồng độ Ca²+ và Mg²+ vượt giới hạn cho phép). 2HCl + (RCOO)2Ca = 2RCOOH + CaCl2 NaOH + RCOOH = RCOONa + H2O Chu trình tái sinh (3 ngày/lần). Có thể được tiến hành tự động hoặc bằng tay. Vai trò của ống xi phong: giữ ổn định mức chất lỏng trong cột, đỉnh ống ngang bằng với mực lỏng chảy tràn ở D516. Bảng 3.2. Các bước tái sinh cột nhựa lọc nước muối STT Bước tiến hành Thông số Mục đích 1 _ Thải bỏ một phần nước muối bằng trọng lực, hướng dòng lưu chất là hướng xuống. _ Luôn giữ mức nước muối cao hơn mức cột nhựa là 300mm 20 phút _ ổn định tránh pha loãng chất tái sinh. _ Duy trì độ ẩm cho nhựa. 2 _ Rửa xuôi bằng nước vô khoáng. _ Rửa ngược bằng nước vô khoáng 6 m³/h; 60 phút 3, 6, 9 m³/h; 78 phút _ Pha loãng nước muối. _ Làm trương nở cột nhựa do đó loại bỏ các hạt mịn của các chất rắn và các hạt nhựa vỡ vụn ra khỏi cột nhựa tránh nghẹt cột nhựa, ngoài ra làm giảm thiểu các vết xước tạo thành trong khi cột nhựa làm việc. 3 Rửa xuôi bằng HCl 4 ÷ 6% 6,6 m³/h; 30 phút Tái sinh lại nhựa. Sự chuyển thành dạng axit sẽ loại bỏ hoàn toàn các ion kiềm thổ được cột nhựa hấp thụ, quá trình này làm cho nhựa co lại nên yêu cầu rửa từ trên xuống nhằm tối ưu hóa việc tiếp xúc với dung dịch để tránh tạo thành vết xước. pH sau khi rửa axit phải lớn hơn 2. 4 Rửa xuôi bằng nước vô khoáng. 6 m³/h, 105 phút Làm giảm thiểu lượng NaOH tiêu tốn trong giai đoạn tiếp theo và ngăn ngừa sự nguy hiểm do hiện tượng quá nhiệt xảy ra khi có phản ứng trung hòa. 5 Rửa ngược bằng NaOH 4 ÷ 6% 4,4 m³/h; 35 phút Chuyển nhựa đang ở dạng axit thành dạng kiềm, quá trình này làm trưởng nở cột nhựa nên phải rửa từ dưới lên nhằm tránh độ nén vượt quá lên cột nhựa. pH của dòng thải ở cuối quá trình không lớn hơn 8 6 Rửa xuôi bằng nước vô khoáng. 6 m³/h; 35 phút Loại bỏ phần xút còn lại trong cột nhựa nhằm tránh cột nước muối quá kiềm khi đưa cột nhựa trở lại hoạt động. 7 _ Rửa bằng nước muối. Tiến hành với lưu lượng thấp nhằm tránh sự pha loãng nước muối. _ Đặt lại chương trình. 5 m³/h Chuẩn bị cột nhựa. 3.2.5.5. Cụm thiết bị E516, DM516, D516 Nước muối tinh khiết sau C504 sẽ thực hiện một chu trình đầy đủ sau: Qua E516 thực hiện trao đổi nhiệt với dòng hơi nước (tùy nhiệt độ muối yêu cầu của bình điện phân mà ở đây sẽ làm lạnh hoặc gia nhiệt). Rồi đến DM516: thực hiện quá trình khuấy trộn và thêm HCl nhằm axit hóa dòng nước muối và điều chỉnh pH thích hợp với từng chế độ điện phân (thường chạy máy ở pH ≥ 2 ÷ 5). Sau khi đạt được nhiệt độ và pH yêu cầu, muối sẽ được chứa trong D516 để theo đường ống vào bình điện phân. 3.2.5.6. Các thiết bị phụ D507 chứa nước muối bão hòa cấp, tái sinh C504 và vệ sinh F557. D515 chứa nước vô khoáng, HCl, NaOH sau khi tái sinh C504, sau đó được bơm về sơ cấp. J513, J514: nước vô khoáng được hút vào hệ thống, cuốn theo dòng hóa chất (NaOH 32% ở D513 hoặc HCl 30% ở D514) tự pha loãng trong đường ống nước khi vào cột C504. 3.2.6. Thông số kỹ thuật Lưu lượng acid vào DM507, dung dịch Na2SO3 vào DM507 tùy thuộc yêu cầu sử dụng. Mức nước lọc qua F557A/B/C: ≤ 100 cm. Mức nước chứa nước muối D507: 50 – 89%. Nhiệt độ nước muối sau E504: 60 – 70ºC. Nhiệt độ hơi vào E504: 110 – 120ºC. Bảng 3.3. Tiêu chuẩn nước muối cấp điện giải Nước muối cấp điện giải NaCl 295 - 310 g/l NaClO₃ < 15 g/l Na₂SO₄ 6,5-8 g/l pH 2 - 11 Ca+Mg < 30 ppb SiO₂ < 5 ppb Al < 100 ppb I < 200 ppb Mn < 100 ppb Ni < 50 ppb Fe < 1 ppb 3.2.7. Vận hành công đoạn thứ cấp Chuẩn bị chạy máy Kiểm tra xem lớp than anthracit trong cột lọc F557A/B/C còn hoạt động tốt hay không. Kiểm tra các bơm các van tự động. Kiểm tra lượng axit HCl, xút trong các bồn D514, D513 để tái sinh cột nhựa. Kiểm tra hạt nhựa trong cột nhựa C504 còn tốt hay không. Nếu hàm lượng Ca²+, Mg²+ > 50ppb thì phải tái sinh. Chạy máy: Mở van nhập xuất C504, đóng van thông áp C504, mở van thông áp trên đường ống nước muối đi E516. Thông báo công nhân sơ cấp cấp nước muối tinh thể. Công nhân thứ cấp theo dõi lưu lượng qua ba cột F557A/B/C và điều chỉnh các van cấp nước muối để đạt lưu lượng 5 – 19m³/h nhằm duy trì mức bồn D507 và độ đục trong phạm vi quy định. Mở van cho axit HCl vào DM507. Mở van cấp khí nén vào DM507. Mở và hiệu chỉnh van cấp Na2SO3 10% vào DM507. Mở van của bơm P507A/B, giữ áp lực đầu đẩy bơm trong khoảng 450 – 700KPa. Mở van cấp hơi vào E504 gia nhiệt cho nước muối đến 60 – 700ºC. Mở hoàn toàn van xả nước ngưng E504 về thùng chứa. Sau khi khởi động ổn định báo công nhân điều khiển đưa cột C504A/B vào hoạt động tự động và báo cho trưởng ca việc chạy máy đã hoàn tất. Ngưng máy: Khóa các van cấp hơi vào E504. Đóng van cấp HCl. Đóng van cấp sunfit. Báo sơ cấp ngưng nước muối về F557. Đưa hệ C504 về chế độ bằng tay. Ngưng P507. Ngưng bơm tạo hơi bão hòa. Mở van thông áp của cột C504. Đóng các van cấp nước muối vào và ra khỏi C504. 3.2.8. Sự cố và cách khắc phục: Trở lực F557 cao do lượng bùn đóng nhiều. Khắc phục: ngưng hoạt động của thiết bị lọc rồi tiến hành vệ sinh. Nếu thời gian làm việc của cột nhựa kéo dài, có thể dẫn đến tình trạng các hạt nhựa bị kết khối làm giảm hiệu quả trao đổi ion. Khắc phục: ta phải tái sinh cột nhựa khi hàm lượng Ca²⁺, Mg²⁺ > 50ppb. Nồng độ của xút và axit tái sinh quá loãng sẽ làm giảm hiệu suất nhựa, ngược lại nếu quá đặc sẽ làm hỏng nhựa. Khắc phục: Vì thế ổn định chế độ phân phối axit, xút, nước là yếu tố quan trọng trong việc tái sinh cột nhựa. Sự cố cúp điện làm bơm P507A/B ngưng, các van tự động của hệ C504A/B đóng hết nên ảnh hưởng quá trình lọc muối ở F557 và trao đổi ion trong cột nhựa C504A/B. 3.3. Công đoạn điện giải 3.3.1. Mục đích Sản xuất NaOH, Cl2, H2 bằng phương pháp điện phân có màng ngăn dung dịch có bão hòa. Để cung cấp cho thị trường tiêu thụ hoặc làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm khác của nhà máy. 3.3.2. Dây chuyền sản xuất Nước muối nghèo Tách khí anod Tách khí catod BÌNH ĐIỆN PHÂN NaOH 32% H2 Cl2 NaCl 30 – 32% Nước vô khoáng Sơ đồ 3.3. Quy trình điện giải 3.3.3. Thuyết minh quy trình Các dòng vào bình điện phân bao gồm: Nước muối bão hoà 295 - 300g/l NaCl ( t = 60 – 80oC, pH = 2 - 5 ) theo các ống phân phối lỏng phía anod vào các ngăn anod. Nước vô khoáng được cấp vào để pha loãng NaOH hoàn lưu, theo các ống phân phối lỏng phía catod cấp vào các ngăn catod. Dưới tác dụng của dòng điện một chiều sẽ xảy ra sự điện phân: Điện phân dd Màng ngăn 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 Sản phẩm catod gồm H2 và NaOH, sau khi vào bộ tách khí catod sẽ được chia thành 2 dòng: Khí H2 thoát lên trên, đưa vào tháp C2101 rửa NaOH rồi chuyển về két chứa G2101, làm nguyên liệu sản xuất HCl. Ngoài ra, trên đường dẫn khí còn có thiết bị thủy phong DH2101 Để xả áp tự động khi áp xuất H2 > 200 mmH2O. Dung dịch NaOH ( 32 0,5% ): chảy tràn qua bộ ngắt dòng và lấy làm thành phẩm, cò lại được tuần hoàn trở lại catodlyte. Sản phẩm anod gồm Cl2 và nước muối nghèo, sau khi vào bộ tách khí anod sẽ được chia thành 2 dòng: Khí Cl2 thoát lên trên sẽ theo đường ống về khu sản xuất HCl và Clo lỏng. Tương tự, có 2 thiết bị thủy phong DH601 và DH602 để ổn định áp xuất. Dung dịch nước muối nghèo ( 220 10g/l NaCl, pH = 4 0,5 ): một phần tuần hoàn trở lại anodlyte tiếp tục quá trình điện giải, còn lại đưa đi xử lý. 3.3.4. Các thiết bị chính 3.3.4.1. Bình điện phân Chức năng: thực hiện quá trình điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn bằng dòng điện một chiều. Cấu tạo: gồm 35 chi tiết lưỡng cực trung gian ( một là anod, một là catod ) và 36 màng cation (Mc) Hệ thống tuần hoàn cho phép cấp dung dịch vào mỗi ngăn cơ sở và phân ly sản phẩm. Các ngăn của bình được mắc nối tiếp. Đặc điểm của bình điện phân: Mật độ dòng 3,72KA/m2 Tải cho phép tối đa 13KA Hiệu suất catod 93 - 95% Chi tiết lưỡng cực: Gồm anod và catod nối với nhau bằng những thanh sắt dẫn điện. Thân mỗi lưỡng cực là một tấm thép dày (5mm). Trên thân có một lỗ ở góc thấp hơn là lỗ nhập, (nước muối bão hòa, NaOH) một lỗ ở góc cao hơn là lỗ ra của dung dịch (nước muối nghèo, NaOH) 4 lỗ trên đường nằm ngang phía trên là 4 lỗ khí ra. Anod gồm: Máng anod bằng Titan, có 240 miếng vát hình côn, hàn với cây sắt dẫn điện, đỡ bộ anod tạo ngăn chứa dung dịch. Một khung lưới cứng bằng Titan (vật dẫn) được hàn vào đỉnh máng. Khung này đỡ lớp anod hoạt hoá đảm bảo dòng đồng nhất trong bình điện giải. Anod hoạt động là lưới phẳng gắn vào vật dẫn bằng các mối hàn và hoạt hoá nhờ lớp phủ đặc biệt. Catod gồm: có cấu tạo tương tự, gồm máng Niken và 2 lớp lưới Niken. Màng trao đổi cation: Dạng vải Teflon có độ bền cơ học cao, chịu được axit đậm đặc cũng như các chất oxy hoá và các chất khử mạnh. Cấu trúc màng có 2 lớp: phía tiếp xúc với anod và catodlyte có ion định vị dạng –COO– (axit yếu), phía tiếp xúc với anod và anodlyte có ion định vị dạng –SO3– (axit mạnh). Chiều dày màng: 120 – 140 (lớp polymer axit mạnh 100 - 120, lớp polymer axit yếu 10 – 20. Độ kín giữa điện cực và màng được nhờ 1 lớp đệm teflon. Điện cực được ép sát vào màng do có bề mặt đỡ bằng phẳng và áp xuất cao bên anod cho phép giảm tổng điện thế rơi qua catodlyte. Các quá trình điện cực: Quá trình khử xảy ra trên catod: 2H2O + 2e H2 + 2OH- 2Na+ + OH- 2NaOH Qúa trình xảy oxy hoá xảy ra trên anod: 2Cl - Cl2 + 2e Phương trình điện phân: 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 3.3.4.2. Bộ phận tách khí (anod hay catod) Làm bằng chất dẻo hoặc kim loại. Thu nhận hỗn hợp khí - lỏng từ các ngăn điện giải và có đủ thể tích để tách riêng 2 pha. Mức lỏng được giữ nhờ 1 lỗ chảy tràn. Ở đáy có ống hướng xuống: dẫn 70% lỏng tuần hoàn. Ở đỉnh có các lỗ dẫn khí, lỗ đặt đồng hồ đo nhiệt độ, áp xuất. 3.3.4.3. Tháp rửa H2, C2102 Chức năng: làm nguội, làm khô khí H2 trước khi đưa vào két chứa để đem đi điều dụng. Cấu tạo: là tháp đệm có vật liệu đệm bằng sứ. Hoạt động: khí H2 mang theo hơi nước, xút,... đi từ dưới lên qua các lớp sứ, nước thuỷ cục đi từ trên xuống sẽ ngưng tụ phần hơi. Khí H2 ra khỏi tháp sẽ được đưa về két chứa G2101. 3.3.4.4. Thiết bị thuỷ phong Chức năng: bảo vệ hệ thống khỏi sự quá áp H2. Khi trở lực ở tháp C2101 lớn, khí H2 không đi lên được, làm tăng áp suất H2 và có xu hướng dội ngược lại bình điện phân làm hư màng. Hoạt động: khi áp suất H2 > 130mmH2O, khí sẽ theo đường ống dẫn vào DH2101, đẩy mực nước trong ống xuống, đồng thời nước trong bình dâng lên, tràn ra ngoài qua cổ ngỗng. Nếu áp xuất H2 quá cao, khí sẽ được xả bỏ ra ngoài theo đường thông áp khí quyển. 3.3.4.5. Hệ thống tuần hoàn Nhờ hiệu ứng thoát khí, một lưu lượng đáng kể dòng lưu chất 2 pha (lỏng và khí) được tuần hoàn trong hệ thống mà không cần bơm phụ trợ. Hỗn hợp lỏng - khí trong mỗi cặp điện cực có tỉ trọng thấp hơn chất lỏng trong hệ thống hướng xuống. Độ sai lệch tỉ trọng là động lực tạo cho dòng lỏng tuần hoàn một cách tự nhiên. Hệ thống tuần hoàn trong điện giải được thiết kế cho lượng nước muối nghèo tuần hoàn lớn hơn gấp 10 lần lượng nước muối cấp và lượng nước NaOH tuần hoàn với lưu lượng lớn hơn gấp 100 lần lượng nước vô khoáng cấp vào. 3.3.4.6. Hệ thống khí N2 Khí N2 sẽ được bơm vào bình tách khí catod khi hệ thống ngưng hoạt độmg tạm thời. Khí N2 bơm vào nhằm tạo áp dương cho hệ thống, ngăn O2 xâm nhập vào gây nổ. Ngoài ra, khí N2 còn được ép định kì vào bình chứa NaOH trung gian nhằm ép khí H2 ra khỏi dung dịch một cách hoàn toàn. 3.3.4.7. Các phản ứng phụ trong quá trình điện phân Sau thời gian dài sử dụng, hiệu xuất sử dụng màng giảm, OH khuếch tán sang anodlyte, hình thành các sản phẩm phụ: Cl2, ClO và O2. 2OH- + Cl2 Cl2 + ClO + H2O 2Cl- + 3H2O ClO + 6H+ + O2 + 6e 3.3.4.8. Các thông số của hoá chất và sản phẩm Nước muối cấp: ảnh hưởng mạnh mẽ đến điện giải. NaCl 300 – 320 g/l pH = 2 – 11 NaClO3 < 15 g/l Na2SO4 = 6,5 – 8,0 g/l Ca, Mg < 30 ppb SiO2 < 5 ppm Các chỉ tiêu khác: Al < 100 ppb, I < 200 ppb, Mn < 150 ppb, Ni < 25 ppb, Fe < 1ppm. Nước vô khoáng: Tinh khiết để không làm bẩn sản phẩm. Độ cứng tổng < 100 ppb CaCO3. pH = 7,2 – 7,5 Fe < 200 ppb NaOH: Nồng độ thu được 31- 33%, d > 1,332 g/l Tạp chất: NaCl < 45ppb, NaClO3 < 50ppm Cl2 đường ống chung: > 96% thể tích áp suất (-30) – (-50) mmH2O H2 đường ống chung: 99,9% thể tích, áp suất 130 – 200 mmH2O Nước muối nghèo: NaCl 200 – 220g/l pH = 3,5 – 4,5 Cl2 < 3g/l NaClO3 < 20g/l Na2SO4 <10g/l HCl: nước muối cấp được axit hoá để hạn chế lượng O2 trong Cl2 bằng HCl tính từ hệ thống HCl (30 – 35%) 3.3.5. Thông số kĩ thuật Nhiệt độ anodlit: 83o – 87oC Nhiệt độ catodlit: 83o – 87oC Áp suất tách khí hydro ở bộ phận khí hydro: 130mmH2O Áp suất đường ống chung khí hydro: 130mmH2O Nồn