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一、設(shè)計(jì)條件
1.1進(jìn)水水質(zhì)
計(jì)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(jìn)雙極膜電滲析（BPED）系統(tǒng)需滿足以下進(jìn)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(jià)金屬陽(yáng)離子總量：≤1mg/L

5）石油類、油脂類及表面活性劑等物質(zhì)：≤0.1mg/L

6）水溫：5～40℃。

1.2出水水質(zhì)

A. 設(shè)計(jì)進(jìn)雙極膜電滲析鹽水含鹽量約20%；

B. 設(shè)計(jì)雙極膜電滲析產(chǎn)出的堿液NaOH濃度約6%；

C. 設(shè)計(jì)雙極膜電滲析產(chǎn)生的酸液H3PO2濃度約10%；

D. 設(shè)計(jì)雙極膜電滲析產(chǎn)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(jiǎn)介
雙極膜是一種新型的離子交換復(fù)合膜 , 它通常由陽(yáng)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(fù)合而成 , 是真正意義上的反應(yīng)膜。在直流電場(chǎng)作用下 , 雙極膜可將水離解 ,在膜兩側(cè)分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點(diǎn) , 將雙極膜與其他陰陽(yáng)離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統(tǒng) , 能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)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(lái) , 能實(shí)現(xiàn)多種功能并可用于多個(gè)領(lǐng)域。

以硫酸鈉雙極膜制酸堿為例：硫酸鈉進(jìn)入鹽室時(shí)，在直流電場(chǎng)作用下，硫酸根離子通過(guò)陰膜遷移至酸室，遇到雙極膜的陽(yáng)膜面，由于陽(yáng)膜面帶負(fù)電，所以硫酸根離子無(wú)法繼續(xù)遷移，留在酸室，跟雙極膜陽(yáng)膜面分解出的氫離子結(jié)合生成次磷酸。雙極膜的陰膜面在直流電場(chǎng)的作用下，不斷分解出氫氧根離子，在堿室跟鈉離子結(jié)合，生成氫氧化鈉。最終硫酸鈉通過(guò)雙極膜電滲析實(shí)現(xiàn)了鹽轉(zhuǎn)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(xiàng)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(jīng)過(guò)溶解配成20%左右的溶液，后經(jīng)預(yù)處理除重金屬及COD等成分以滿足進(jìn)水條件，進(jìn)入雙極膜電滲析裝置制酸堿，產(chǎn)生質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%的次磷酸溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)約6%的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jì)算
次磷酸鈉制酸堿，每天消耗5000kg，以20h/d計(jì)算，相當(dāng)于消耗250kg/h鹽。

次磷酸鈉用雙極膜電滲析制備酸堿的水質(zhì)平衡圖如圖4所示



說(shuō)明：

1、固體鹽溶解后，經(jīng)預(yù)處理進(jìn)入雙極膜電滲析BPED系統(tǒng)進(jìn)行制酸堿，出系統(tǒng)的淡鹽水返回溶鹽工段增濃。

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

三、雙極膜電滲析主要設(shè)備清單
 

序號(hào)	設(shè)備名稱	設(shè)備名稱	規(guī)格型號(hào)	材質(zhì)	單位	數(shù)量	備注
1	容器類	原水箱	5m3	PP/PE	個(gè)	1
		鹽循環(huán)水箱	3m3	PP/PE	個(gè)	1
		酸循環(huán)水箱	2m3	PP/PE	個(gè)	1
		堿循環(huán)水箱	2m3	PP/PE	個(gè)	1
		極水水箱	1.0 m3	PP/PE	個(gè)	1
		清洗水箱	1 m3	PP/PE	個(gè)	2
		酸儲(chǔ)箱	5 m3	PP/PE	個(gè)	1
		堿儲(chǔ)箱	5 m3	PP/PE	個(gè)	1
		淡鹽水儲(chǔ)箱	5 m3	PP/PE	個(gè)	1
2	輸送泵	原水泵	Q=6m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	1
		鹽水循環(huán)泵	Q=20m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	2
		酸循環(huán)泵	Q=20m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	2
		堿循環(huán)泵	Q=20m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	2
		極水泵	Q=20m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	2
		酸外供泵	Q=6m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	1
		堿外供泵	Q=6m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	1
		清洗水泵	Q=20m3/h,H=20m	FRPP	臺(tái)	1
3	保安過(guò)濾器	精密過(guò)濾器	1um，20m3/h	FRP	臺(tái)	13	每路2用1備
4	換熱器	板式換熱器	15m2	SS316	臺(tái)	2	堿，極液
		板式換熱器	15m2	鈦	臺(tái)	1
5	電滲析器	BPED組器	JRHE-JABCM-8040/60	組合件	套	24
7	儀表	在線電導(dǎo)率1	0~200ms/cm	組合件	套	3	極水，鹽水
		在線電導(dǎo)率2	0-500ms/cm	組合件	套	4	酸，堿
		pH計(jì)	0-14	組合件	套	1
		液位計(jì)	0~5m，靜壓式，4-20mA	組合件	個(gè)	9
		電磁流量計(jì)	0~50m3/h，輸出4~20mA信號(hào)	組合件	個(gè)	3
		轉(zhuǎn)子流量計(jì)	0~3m3/h	組合件	批	1
		壓力表	0~4kg/cm2,0~2kg/cm2,徑向隔膜式	PP	批	1
		溫度計(jì)	0~100℃	組合件	批	3
8	管閥件	氣動(dòng)閥門(mén)	DN40,25		套	68
		隔膜閥	DN20	UPVC	批	1
		其他管閥件	DN80-15		批	1
9	電氣控制	高頻開(kāi)關(guān)電源	14.4kw,數(shù)顯，0-100%電流電壓連續(xù)輸出，手動(dòng)調(diào)節(jié)，支持信號(hào)反饋保護(hù)等功能	組合件	臺(tái)	24
		PLC自控系統(tǒng)	含工控機(jī)、PLC控制系統(tǒng)（含軟件）、總進(jìn)線柜、就地柜、電氣控制柜、動(dòng)力電纜、信號(hào)電纜、橋架等	組合件	套	1
10	五金件		機(jī)架，底座，托盤(pán)，支架等		批	1

四、經(jīng)濟(jì)性分析（參考信息）
每天運(yùn)行時(shí)間按20h計(jì)，年運(yùn)行天數(shù)按330天計(jì)，均相膜電滲析和雙極膜電滲析的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析如表2所示。

表2 雙極膜電滲析的初步經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

項(xiàng)目		單位	指標(biāo)	備注
雙極膜鹽處理規(guī)模		kg/h	250
電耗	裝機(jī)功率	kw	366.25
	運(yùn)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(fèi)	元/噸鹽	685.203	電價(jià)按0.6元/kwh 計(jì)
	年運(yùn)行電費(fèi)	萬(wàn)元/年	113.058	330d/a
膜折舊費(fèi)用	年折舊費(fèi)	萬(wàn)元/年	109.440	均相膜以5年，雙極膜以2年計(jì)
	噸鹽折舊費(fèi)用	元/噸鹽	599.671
總運(yùn)行費(fèi)用	年總運(yùn)行費(fèi)用	萬(wàn)元/年	222.498
	噸鹽運(yùn)行費(fèi)	元/噸鹽	1284.874
酸堿價(jià)值	產(chǎn)堿量	kg/h	113.64
	噸鹽產(chǎn)堿價(jià)值	元/噸鹽	1590.91	堿折百3500元/t
	產(chǎn)酸量	kg/h	187.5
	噸鹽產(chǎn)酸價(jià)值	元/噸鹽	34500	酸折百46000元/t
	噸鹽產(chǎn)酸堿價(jià)值	元/噸鹽	36090.91
	年價(jià)值	萬(wàn)元/年	5955.000
鹽消耗	鹽消耗量	kg/h	250
	噸鹽價(jià)值	元/噸鹽	12000	次磷酸鈉1.2萬(wàn)/噸
	年消耗	萬(wàn)元/年	1980
盈利	年	萬(wàn)元/年	3752.502
	噸鹽	元/噸鹽	22806.04	產(chǎn)出-消耗

說(shuō)明：該表是針對(duì)該水質(zhì)情況的初步經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析數(shù)據(jù)，供用戶參考。