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[摘要]介绍如何在离子膜运转1年后及离子膜运转后期推算换膜最佳时间,并计算换膜费用、年增电耗费等。认为应根据膜实际运行情况,在未达换膜经济时间时,也要考虑换膜,并提出提前换膜的注意事项。
[关键词]离子膜 更换 最佳时间 电解槽
中图分类号:TH-3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910118-01
现在旭化成、旭硝子、杜邦3家公司膜的寿命均可保证3年(第1年阴极效率每月不低于95%,第2年每月不低于94%,第3年每月不低于93%,如果达不到上述指标,要依据规定公式计算进行赔偿),但究竟能运转多长时间,除了与电解槽设计制造质量、膜的质量、离子膜制烧碱技术及装置的整体水平等因素有关外,还与工厂特别是车间、工段整体素质和管理水平有关。同样的电解槽、同样的膜、同样的离子膜电解工艺装置,国外膜寿命可达3-6年或更长,而国内膜一般只有2-4年。个别膜因种种原因出现针孔需修补后再用(因机械损伤或特大事故而致的膜撕裂、裂纹、针孔太多无法修补除外),整台槽膜更换的最佳时间与离子膜的售价、垫片费用、操作电流密度及电费的高低,换膜所需要的工时及人工费用,电压及电流效率随时间的变化情况等有关。整台槽膜更换最佳时间具体计算如下。
一、膜运转1年后推算换膜最佳时间
膜性能下降主要是由于盐水中的杂质和错误操作对膜产生了化学和机械强度的累积影响。膜寿命主要决定于电费和操作费两个综合因素。由图1经济的膜寿命可以看出,每生产1t NaOH所需要的电能随时间而逐渐增加。当时间由t1到t2时,逐渐增加的电耗由图1中三角形阴影面积表示,电费与阴影面积成比例。
操作费包括电解槽更新费(膜费、垫片费),劳务费和其相关费用。一般说来,膜的经济寿命与随着生产时间的增加所增加的电耗、电价、产量和更新费成函数关系。根据某工厂的经验简化成关系式为:
其中:t为膜经济寿命,a;S为电耗增长率,kW·h/(a·t·NaOH);P为电价,元/(kW·h);M为产量,t/a;R是包括膜、垫片、人工和其它相关费用在内的电解槽更新费(主要是换膜费用),元。
以旭化成复极槽(膜为旭化成膜)为例进行计算(生产能力为1万t·NaOH/a)如下:
(一)换膜费用。膜售价180000日元/张,1日元=0.07元人民币,买膜进口关税和增值税合计为27%,买98张膜的费用为180000×0.07×1.27×98=1568196(元)。
国产垫片为1850元/对,则垫片费用为:98×1850=181300(元)。
离形剂95美元/kg,买离形剂进口关税和增值税合计为29%;粘合剂22美元/kg,买粘合剂进口关税和增值税合计为32%;甲苯3元/kg,有关用具(含辊子、毛刷、废布等)约100元,每台槽换膜用粘合剂约10kg,离形剂6kg,甲苯5kg,则合计费用为:95×6×8.3×1.29+22×10×8.3×1.32
+5×3+100=8628(元)。换整台槽膜需10人干10天,人工费按每人每天40元计算,则人工费用为10×10×40=4000(元)。
换膜费用R=1568196+181300+8628+4000=1762124(元)。
(二)年增电耗费。假设初始电耗为2200kW·h/(t·NaOH),1年后电耗增长至2255kW·h/(t·NaOH),则电耗增长S=2255-2200=55[kW·h/(t·NaOH)],以后每年电耗增长假设亦相同。
电价P=0.4元/(kW·h)。
每台电解槽烧碱年产量M=10000t。
年增电耗费MSP=10000×55×0.4=220000(元)。
则膜寿命为:
二、估算换膜时间
旧膜运转成本增高,高于或等于更换膜成本就要更换膜了。更确切地说,就是增加电耗费用高于或等于换膜费用,就是换膜的时间。
例如,膜运转接近4年,初始电耗为2200kW·h/(t·NaOH),接近4年电耗为2422kW·h/(t·NaOH),累计产量40000t,则平均电耗增加为(2422-2200)/4=55.5[kW·h/(t·NaOH)],平均产量为40000/4=10000
(t·NaOH/a),则4年增加电耗费用=t²·S·M·P/2=4²×55.5×10000×0.4/2=1776000(元)。换膜费用如上述为1762124元,则增加电耗费用大于换膜费用,应该换膜。
三、其它影响换膜因素
有下列情况之一者,虽经上式计算未达到或接近换膜的经济时间,但也要考虑换膜。
1.膜的后期强度差,经常出现漏膜(隔几天就发现有漏膜,严重时几乎天天有漏膜),换膜就要停车,不但影响产量,而且检修费用增加。有时换好1张或几张漏膜后,开车前再试漏时,又有多张膜漏,需要再更换,在这种情况下,要提前换膜。2.膜的后期电流效率低,漏膜多,碱中含盐量增加,当达到1/10000以上严重影响产品质量时,就要提前换膜。3.膜到后期,漏膜较多,使氯中含氢量大于0.3%,影响安全生产,要提前换膜。4.因误操作或其它原因,使整台槽大部分膜漏,要提前换膜。5. 电解槽的使用状况,电解槽垫片腐蚀,老化需更换,电解槽电极涂层腐蚀,钝化需重涂或更换,小单极槽如旭硝子AZECM3和英国ICIFM21橡胶槽框老化需更换,此时膜已接近经济寿命,也要与垫片、极片同步提前换膜。
四、提前备膜
如上所述,无论是膜运转1年后根据公式推算换膜的最佳时间,还是膜到后期根据电耗费用高于或等于换膜费用,估算换膜时间,以及考虑其它影响换膜因素,都要提前买膜。因为从国外买膜从签订合同、资金到位到拿到膜,需要几个月甚至半年以上的时间,否则就易出现运转电解槽膜漏很多而没有备用膜更换的情况(膜到后期,备用膜基本用光),这些漏膜在电解槽中较长时间运转,使阳极涂层腐蚀,槽压升高,严重者使极板腐蚀成洞,极盘腐蚀穿孔。因此要提前买膜,一旦发生上述情况,就要提前全部更换整台电解槽膜。如果未提前买膜,一旦发生上述情况,宁可影响产量,也要停下电解槽,不要发生腐蚀电极涂层,导致槽压升高,阳极涂层寿命大大缩短的问题。发现漏膜就要及时更换,绝对不允许长期运转。
参考文献:
[1]程殿彬等,离子膜法制碱生产技术[M].北京:化学工业出版社,1998.
[2]C.杰克逊、K.沃尔,中国氯碱工业协会组织翻译,现代氯碱技术[M].北京:化学工业出版社,1990.
[关键词]离子膜 更换 最佳时间 电解槽
中图分类号:TH-3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910118-01
现在旭化成、旭硝子、杜邦3家公司膜的寿命均可保证3年(第1年阴极效率每月不低于95%,第2年每月不低于94%,第3年每月不低于93%,如果达不到上述指标,要依据规定公式计算进行赔偿),但究竟能运转多长时间,除了与电解槽设计制造质量、膜的质量、离子膜制烧碱技术及装置的整体水平等因素有关外,还与工厂特别是车间、工段整体素质和管理水平有关。同样的电解槽、同样的膜、同样的离子膜电解工艺装置,国外膜寿命可达3-6年或更长,而国内膜一般只有2-4年。个别膜因种种原因出现针孔需修补后再用(因机械损伤或特大事故而致的膜撕裂、裂纹、针孔太多无法修补除外),整台槽膜更换的最佳时间与离子膜的售价、垫片费用、操作电流密度及电费的高低,换膜所需要的工时及人工费用,电压及电流效率随时间的变化情况等有关。整台槽膜更换最佳时间具体计算如下。
一、膜运转1年后推算换膜最佳时间
膜性能下降主要是由于盐水中的杂质和错误操作对膜产生了化学和机械强度的累积影响。膜寿命主要决定于电费和操作费两个综合因素。由图1经济的膜寿命可以看出,每生产1t NaOH所需要的电能随时间而逐渐增加。当时间由t1到t2时,逐渐增加的电耗由图1中三角形阴影面积表示,电费与阴影面积成比例。
操作费包括电解槽更新费(膜费、垫片费),劳务费和其相关费用。一般说来,膜的经济寿命与随着生产时间的增加所增加的电耗、电价、产量和更新费成函数关系。根据某工厂的经验简化成关系式为:
其中:t为膜经济寿命,a;S为电耗增长率,kW·h/(a·t·NaOH);P为电价,元/(kW·h);M为产量,t/a;R是包括膜、垫片、人工和其它相关费用在内的电解槽更新费(主要是换膜费用),元。
以旭化成复极槽(膜为旭化成膜)为例进行计算(生产能力为1万t·NaOH/a)如下:
(一)换膜费用。膜售价180000日元/张,1日元=0.07元人民币,买膜进口关税和增值税合计为27%,买98张膜的费用为180000×0.07×1.27×98=1568196(元)。
国产垫片为1850元/对,则垫片费用为:98×1850=181300(元)。
离形剂95美元/kg,买离形剂进口关税和增值税合计为29%;粘合剂22美元/kg,买粘合剂进口关税和增值税合计为32%;甲苯3元/kg,有关用具(含辊子、毛刷、废布等)约100元,每台槽换膜用粘合剂约10kg,离形剂6kg,甲苯5kg,则合计费用为:95×6×8.3×1.29+22×10×8.3×1.32
+5×3+100=8628(元)。换整台槽膜需10人干10天,人工费按每人每天40元计算,则人工费用为10×10×40=4000(元)。
换膜费用R=1568196+181300+8628+4000=1762124(元)。
(二)年增电耗费。假设初始电耗为2200kW·h/(t·NaOH),1年后电耗增长至2255kW·h/(t·NaOH),则电耗增长S=2255-2200=55[kW·h/(t·NaOH)],以后每年电耗增长假设亦相同。
电价P=0.4元/(kW·h)。
每台电解槽烧碱年产量M=10000t。
年增电耗费MSP=10000×55×0.4=220000(元)。
则膜寿命为:
二、估算换膜时间
旧膜运转成本增高,高于或等于更换膜成本就要更换膜了。更确切地说,就是增加电耗费用高于或等于换膜费用,就是换膜的时间。
例如,膜运转接近4年,初始电耗为2200kW·h/(t·NaOH),接近4年电耗为2422kW·h/(t·NaOH),累计产量40000t,则平均电耗增加为(2422-2200)/4=55.5[kW·h/(t·NaOH)],平均产量为40000/4=10000
(t·NaOH/a),则4年增加电耗费用=t²·S·M·P/2=4²×55.5×10000×0.4/2=1776000(元)。换膜费用如上述为1762124元,则增加电耗费用大于换膜费用,应该换膜。
三、其它影响换膜因素
有下列情况之一者,虽经上式计算未达到或接近换膜的经济时间,但也要考虑换膜。
1.膜的后期强度差,经常出现漏膜(隔几天就发现有漏膜,严重时几乎天天有漏膜),换膜就要停车,不但影响产量,而且检修费用增加。有时换好1张或几张漏膜后,开车前再试漏时,又有多张膜漏,需要再更换,在这种情况下,要提前换膜。2.膜的后期电流效率低,漏膜多,碱中含盐量增加,当达到1/10000以上严重影响产品质量时,就要提前换膜。3.膜到后期,漏膜较多,使氯中含氢量大于0.3%,影响安全生产,要提前换膜。4.因误操作或其它原因,使整台槽大部分膜漏,要提前换膜。5. 电解槽的使用状况,电解槽垫片腐蚀,老化需更换,电解槽电极涂层腐蚀,钝化需重涂或更换,小单极槽如旭硝子AZECM3和英国ICIFM21橡胶槽框老化需更换,此时膜已接近经济寿命,也要与垫片、极片同步提前换膜。
四、提前备膜
如上所述,无论是膜运转1年后根据公式推算换膜的最佳时间,还是膜到后期根据电耗费用高于或等于换膜费用,估算换膜时间,以及考虑其它影响换膜因素,都要提前买膜。因为从国外买膜从签订合同、资金到位到拿到膜,需要几个月甚至半年以上的时间,否则就易出现运转电解槽膜漏很多而没有备用膜更换的情况(膜到后期,备用膜基本用光),这些漏膜在电解槽中较长时间运转,使阳极涂层腐蚀,槽压升高,严重者使极板腐蚀成洞,极盘腐蚀穿孔。因此要提前买膜,一旦发生上述情况,就要提前全部更换整台电解槽膜。如果未提前买膜,一旦发生上述情况,宁可影响产量,也要停下电解槽,不要发生腐蚀电极涂层,导致槽压升高,阳极涂层寿命大大缩短的问题。发现漏膜就要及时更换,绝对不允许长期运转。
参考文献:
[1]程殿彬等,离子膜法制碱生产技术[M].北京:化学工业出版社,1998.
[2]C.杰克逊、K.沃尔,中国氯碱工业协会组织翻译,现代氯碱技术[M].北京:化学工业出版社,1990.