一种电解工艺考培用实物装置的制作方法

1.本实用新型属于工艺安全技能培训考核技术领域，尤其涉及一种电解工艺考培用实物装置。


背景技术：

2.氯碱电解，即氯碱工业，是指使用饱和食盐水制氯气、氢气、烧碱的方法。工业上用电解饱和nacl溶液的方法来制取naoh、cl2和h2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。中国的氯碱工业主要采用隔膜法和离子膜交换法两种生产工艺。
3.电解工艺作为一种特种工艺，要求学校、培训中心和企业对电解工艺的操作人员进行安全技术实操培训考核、安全教育、技能实操考核评级工作等。根据《氯碱电解工艺作业人员安全技术培训大纲和考核标准》，电解工艺特种作业人员需要进行培训与考核，但是培训与考核的方式为理论知识培训且采用书面答题和机考理论题的形式进行考核，无法对人员实际操作能力进行考评，更无法提高应急管理部门对企业员工的执业能力的确认。
4.因此现有技术中出现有仿真形式的培训与考核装置，用于对学员进行实操培训与考核，但是其采用的是纯仿真的形式进行，不走任何物料，使用的全部都是仿真仪表阀门，使得与工业化实际生产现场差别巨大，对工业生产现场的安全指导工作意义甚微，并不能有效的提高学校学生和从业人员的电解工艺作业安全技能水平。


技术实现要素：

5.针对背景技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种电解工艺考培用实物装置，包括：
6.模拟盐水源，用于提供模拟盐水；
7.模拟蒸汽源，用于提供模拟蒸汽；
8.盐水加热器，通过管路连接所述模拟盐水源和所述模拟蒸汽源；
9.树脂塔，通过管路连接所述盐水加热器的盐水出口；
10.精盐水储槽，通过管路连接所述树脂塔的出口；
11.精盐水泵，通过管路连接所述精盐水储槽的出口；
12.循环水罐，用于提供模拟阳极液；
13.模拟盐酸源，用于提供模拟盐酸；
14.电解槽，通过管路同时连接所述精盐水泵、所述循环水罐和所述模拟盐酸源；
15.阳极气液分离器，通过管路连接所述电解槽的阳极室，所述阳极气液分离器的液体出口连接所述循环水罐；
16.模拟氯气源，用于提供模拟氯气，所述模拟氯气源与所述阳极气液分离器和所述电解槽之间的管路相连；
17.氯气出料管路，连接所述阳极气液分离器的气体出口；
18.阴极气液分离器，通过管路连接所述电解槽的阴极室；
19.模拟氢气源，用于提供模拟氢气，所述模拟氢气源与所述阴极气液分离器和所述电解槽之间的管路相连；
20.氢气出料管路，连接所述阴极气液分离器的气体出口；
21.碱液循环槽，通过管路连接所述阴极气液分离器的液体出口；
22.碱液循环泵，通过管路连接所述碱液循环槽的出口；
23.碱液冷却器，通过管路连接所述碱液循环泵，所述碱液冷却器的出口连接所述电解槽；
24.氢氧化钠出料管路，连接所述碱液循环泵。
25.较佳的，所述模拟盐水、所述模拟阳极液、所述模拟盐酸均为水，所述模拟蒸汽为空气。
26.较佳的，所述精盐水储槽中、所述碱液循环槽中均设有液位计。
27.较佳的，所述精盐水泵和所述电解槽之间的管路上、所述氯气出料管路上、所述氢气出料管路上、所述碱液循环泵和所述碱液冷却器之间的管路上均设有压力表。
28.较佳的，所述精盐水泵和所述电解槽之间的管路上、所述循环水罐和所述电解槽之间的管路上、所述模拟盐酸源和所述电解槽之间的管路上、所述碱液冷却器和所述电解槽之间的管路上均设有流量计。
29.较佳的，所述模拟蒸汽源和所述树脂塔之间的管路上、所述碱液冷却器和所述电解槽之间的管路上均设有温度表。
30.较佳的，所述精盐水泵和所述电解槽之间的管路上、所述模拟盐酸源和所述电解槽之间的管路上、所述氯气出料管路上、所述氢气出料管路上、所述碱液冷却器和所述电解槽之间的管路上均设有调节阀。
31.较佳的，所述氯气出料管路上、所述氢气出料管路上均设有电磁阀。
32.本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
33.本实用新型设置模拟盐水源、模拟蒸汽源、盐水加热器、树脂塔、精盐水储槽、精盐水泵、循环水罐、模拟盐酸源、电解槽、阳极气液分离器、模拟氯气源、氯气出料管路、阴极气液分离器、模拟氢气源、氢气出料管路、碱液循环槽、碱液循环泵、碱液冷却器和氢氧化钠出料管路，使得可较好的体现工业实际中典型的电解工艺流程，使学员了解电解工艺行业典型的工艺流程、生产原理、主要设备的结构及用途性能。采取真实的仪器设备加上模拟物料水和空气运行，保证安全，且运行物料安全、环保、可循环使用，运行成本低。
附图说明
34.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
35.图1为本实用新型流程图；
36.附图标记说明：
37.e601：盐水加热器；t601：树脂塔；v601：精盐水储槽；p601：精盐水泵；v603：阳极气液分离器；r601：电解槽；v604：阴极气液分离器；v602：碱液循环槽；p602：碱液循环泵；
e602：碱液冷却器；f：流量计；p：压力表；l：液位计；t：温度表；s：电磁阀；m：调节阀。
具体实施方式
38.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
39.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
40.参看图1，本实用新型的核心是提供一种电解工艺考培用实物装置，用于配合dcs控制系统实现电解工艺作业安全技能的培训与考核。包括模拟盐水源、模拟蒸汽源、盐水加热器e601、树脂塔t601、精盐水储槽v601、精盐水泵p601、循环水罐、模拟盐酸源、电解槽r601、阳极气液分离器v603、模拟氯气源(图中未示出)、氯气出料管路、阴极气液分离器v604、模拟氢气源(图中未示出)、氢气出料管路、碱液循环槽v602、碱液循环泵p602、碱液冷却器e602和氢氧化钠出料管路。
41.模拟盐水源用于提供模拟盐水，本实施例中模拟盐水为水。模拟蒸汽源用于提供模拟蒸汽，本实施例中模拟蒸汽为空气。盐水加热器e601的物料通道通过管路连接模拟盐水源、工质通道连接模拟蒸汽源，模拟盐水和模拟蒸汽分别通入盐水加热器e601的物料通道和工质通道。在真实反应中，经过滤工序来的实物盐水和蒸汽进入盐水加热器e601中时，蒸汽加热盐水，放热后的蒸汽冷凝成水从冷凝水出口流出。由于本装置模拟蒸汽为空气，因此并不会加热模拟盐水。
42.树脂塔t601的进口通过管路连接盐水加热器e601物料通道的盐水出口，使得模拟盐水进入树脂塔t601。在真实反应中，经盐水加热器e601加热后的盐水进入树脂塔t601被除去钙、镁等金属离子，以满足离子交换膜法电解工艺的要求，除去钙、镁等金属离子的盐水为精盐水。由于本装置中模拟盐水为水，经过树脂塔t601过滤后得到的模拟精盐水仍为水。
43.精盐水储槽v601通过管路连接树脂塔t601的出口，模拟精盐水进入精盐水储槽v601储存。在真实反应中，精盐水也进入精盐水储槽v601储存。
44.精盐水泵p601通过管路连接精盐水储槽v601的出口，用于泵取模拟精盐水。循环水罐用于提供模拟阳极液，本实施例中模拟阳极液为水。模拟盐酸源用于提供模拟盐酸，本实施例中模拟盐酸为水。循环水罐用于提供本装置所有的物料水。
45.电解槽r601通过管路同时连接精盐水泵p601、循环水罐和模拟盐酸源，模拟精盐水、模拟阳极液和模拟盐酸在管路中混合后通入电解槽r601中。在真实反应中，精盐水、阳极液和11％浓度的盐酸混合后通入电解槽r601中进行电解反应。
46.本装置电解槽r601采用离子交换膜法，用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜跟石棉绒膜不同，它具有选择透过性。它只让na+带着少量水分子透过，其它离子难以透过。电解时从电解槽r601的下部往阳极室注入精制的nacl溶液，往阴极室注入水。在阳极室中cl-放电，生成cl2，从电解槽r601顶部放出，同时na+带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴极室中h+放电，生成h2，也从电解槽r601顶部放出。但是剩余
的oh-由于受阳离子交换膜的阻隔，不能移向阳极室，这样就在阴极室里逐渐富集，形成了naoh溶液。随着电解的进行，不断往阳极室里注入精盐水，以补充nacl的消耗；不断往阴极室里注入水，以补充水的消耗和调节产品naoh的浓度。所得的碱液从阴极室上部导出。因为阳离子交换膜能阻止cl-通过，所以阴极室生成的naoh溶液中含nacl杂质很少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大，纯度高，而且能耗也低，所以它是最先进的生产氯碱的工艺。
47.阳极气液分离器v603通过管路连接电解槽r601的阳极室，阳极气液分离器v603的液体出口连接循环水罐。氯气出料管路连接阳极气液分离器v603的气体出口。在真实反应中，电解槽r601发生电解反应在阳极室内生成淡盐水和cl2，淡盐水和cl2进入阳极气液分离器v603进行气液分离，淡盐水即为阳极液，经脱氯后的阳极液与新鲜精盐水混合后循环进入循环水罐。分离得到的cl2进入氯气出料管路后输送至氯气产品总管，之后送入氯干燥工序。
48.在本装置中由于电解槽r601内不会发生真实的电解反应，电解槽r601内不会产生气体模拟氯气，模拟氯气由模拟氯气源提供，模拟氯气源与阳极气液分离器v603和电解槽r601之间的管路相连。模拟淡盐水仍由水替代，该水的来源为模拟精盐水、模拟阳极液和模拟盐酸。模拟氯气在阳极气液分离器v603和电解槽r601之间的管路中与模拟淡盐水混合后输送至阳极气液分离器v603，进行模拟气液分离，模拟氯气从阳极气液分离器v603的气体出口输送至氯气出料管路，模拟淡盐水从阳极气液分离器v603的液体出口输送至循环水罐。
49.阴极气液分离器v604通过管路连接电解槽r601的阴极室，阴极气液分离器v604的气体出口连接氢气出料管路。在真实反应中，电解槽r601发生电解反应在阴极室内生成氢氧化钠溶液和h2，氢氧化钠溶液和h2进入阴极气液分离器v604进行气液分离。分离得到的h2进入氢气出料管路后输送至氢气产品总管，最后经氢气产品总管送入氢气站处理。
50.在本装置中由于电解槽r601内不会发生真实的电解反应，电解槽r601内不会产生气体模拟氢气，模拟氢气由模拟氢气源提供，模拟氢气源与阴极气液分离器v604和电解槽r601之间的管路相连。模拟氢氧化钠溶液仍由水替代，该水的来源为模拟精盐水、模拟阳极液和模拟盐酸。模拟氢气在阴极气液分离器v604和电解槽r601之间的管路中与模拟氢氧化钠溶液混合后输送至阴极气液分离器v604，进行模拟气液分离，模拟氢气从阴极气液分离器v604的气体出口输送至氢气出料管路。
51.碱液循环槽v602通过管路连接阴极气液分离器v604的液体出口。在真实反应中，在阴极气液分离器v604分离得到的氢氧化钠溶液进入碱液循环槽v602储存。碱液循环泵p602通过管路连接碱液循环槽v602的出口，用于泵取碱液循环槽v602中的氢氧化钠溶液。本装置的模拟氢氧化钠溶液从阴极气液分离器v604的液体出口输送至碱液循环槽v602。
52.碱液冷却器e602通过管路连接碱液循环泵p602，碱液冷却器e602的出口连接电解槽r601。氢氧化钠出料管路连接碱液循环泵p602。在真实反应中，碱液循环槽v602中的一部分氢氧化钠溶液直接作为产品通过氢氧化钠出料管路输出至界外罐区，之后送成品桶作为成品销售。另一部分氢氧化钠溶液进入碱液冷却器e602进行冷却降温，具体的，通过在碱液冷却器e602中通入循环冷却水以冷却氢氧化钠溶液。冷却降温后的氢氧化钠溶液循环进入电解槽r601使用。
53.本实用新型的电解工艺考培用实物装置还设有真实的仪表阀门组件，仪表阀门组件包括若干液位计l、压力表p、流量计f、温度表t、调节阀m和电磁阀s。
54.精盐水储槽v601中、碱液循环槽v602中均设有液位计l。
55.精盐水泵p601和电解槽r601之间的管路上、氯气出料管路上、氢气出料管路上、碱液循环泵p602和碱液冷却器e602之间的管路上均设有压力表p。
56.精盐水泵p601和电解槽r601之间的管路上、循环水罐和电解槽r601之间的管路上、模拟盐酸源和电解槽r601之间的管路上、碱液冷却器e602和电解槽r601之间的管路上均设有流量计f。
57.模拟蒸汽源和树脂塔t601之间的管路上、碱液冷却器e602和电解槽r601之间的管路上均设有温度表t。
58.精盐水泵p601和电解槽r601之间的管路上、模拟盐酸源和电解槽r601之间的管路上、氯气出料管路上、氢气出料管路上、碱液冷却器e602和电解槽r601之间的管路上均设有调节阀m。
59.氯气出料管路上、氢气出料管路上均设有阀门电磁阀s。
60.本实用新型选取氯碱电解工业的反应工段为设计蓝本，装置全部采取模拟物料水和空气运行，保证安全，运行物料安全、环保，且可循环使用，运行成本低。且各个仪器设备均为真实的仪器设备，可让学员更好的进行考培体验。
61.将本实用新型结合真实的工业级dcs控制系统，可实现电解工艺作业安全技能培训与考核。dcs界面数据能够模拟工业中真实的电解工艺装置系统的工艺参数，仪表测量信号采集后进行仿真处理，dcs仪表数据能够模拟工业中真实的电解工艺装置系统的工艺参数。且还可结合esd联锁控制系统，集培训和考核于一体。esd联锁系统独立于dcs控制系统，其安全级别高于dcs，可实时在线监测装置运行的安全性。
62.将本实用新型结合真实的工业级dcs控制系统，可使培训考核考点丰富，设计有隐患排查、装置开停车、正常运行、异常处理和应急处置等诸多培训考核内容。可实现隐患排查、装置开车操作、装置正常运行、装置停车操作、异常处理、应急处置等诸多培训考核功能，可以对学员电解工艺装置现场危险源、安全注意事项、个人防护等进行培训考核。且能实现电解工艺实物装置的开车过程、正常运行、停车过程及故障事故处理过程的考核培训功能。
63.本实用新型的各个设备的外形和安装方式参照工业现场实际，采用工业化布局，使得通过结合真实的工业级dcs控制系统，能广泛开展电解工艺高危企业安全技能培训与考核、实现多元安全技能培训载体、支撑电解工艺安全技能培训基础能力建设。
64.本实用新型面向化工安全工程、化工工程与工艺、应用化学、电气工程等工科专业的学校研究教学需要，面向培训中心和化工企业的生产安全技能培训、考核评级取证的需要，设计开发了电解工艺考培用实物装置，通过将本实用新型结合先进声光电技术和工业级控制系统，结合危化品产业实际情况，可实现仿真模拟的形式进行电解工艺作业安全技能实操考培，将学校学生、企业负责人和企业安全管理人员、特种作业人员的危险化工工艺作业安全培训、岗位人员安全培训、应急演练培训、职业安全健康等多种培训进行融合，形成一套完整的、科学有效的、具有鲜明特色的电解工艺作业安全技能实操考核新系统。
65.本装置结合真实的工业级dcs控制系统能较好的体现工业实际中典型的电解工艺
流程，现场装置根据电解工艺中的典型设备按一定比例缩小组成，但均为真实且具有实际生产能力的真实设备，使学员了解电解工艺行业典型的工艺流程、生产原理、主要设备的结构及用途性能等。能开展电解工艺高危企业安全技能培训与考核，且通过真实的工业级dcs控制系统可实现紧扣考试标准设计，遵循工艺原理，融入异常故障，设置事故仿真场景，可实现计算机自动评分。
66.上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。