精品氯碱工艺氯气处理定稿毕业论文论文Word格式文档下载.docx

精品氯碱工艺氯气处理定稿毕业论文论文Word格式文档下载.docx

《精品氯碱工艺氯气处理定稿毕业论文论文Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品氯碱工艺氯气处理定稿毕业论文论文Word格式文档下载.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

设计过程主要有物料衡算、能量衡算、设备选型的计算等。

关键词：

冷却，填料塔，泡罩塔，钛冷却器.

Processdsignof75ktacausticsodaplantchlorination

Abstract

Chlorinecausticsodatreatmentplanttherearethreemainsteps,namely,cooling,dryingandtransportstorage.Thisprocessismainlyusedforcoolingindustrialwaterandchilledwaterandtitaniumcoolers,dryingprocessusingaconcentratedsulfuricacid,andpackedtower,bubblecaptower.Thedesignprocessarematerialbalance,energybalance,calculationofequipmentselection

Keywords:

cooling,packedtower,bubblecaptower,titaniumchillers

1前言

1.1概述

氯气，化学式为Cl₂，分子量70.906。

常温常压下为黄绿色有毒气体，易压缩可液化为金黄色液态氯，是氯碱工业的主要产品之一，可用作强氧化剂。

氯气中混和体积分数为5%以上的氢气时遇强光可能会有爆炸的危险。

氯气能与有机物和无机物进行取代反应和加成反应生成多种氯化物。

氯气对人的呼吸器官有强烈的刺激性，吸入过多时还会致死。

氯气比空气重，约为空气的2.5倍。

氯气能溶于水，但溶解度不大。

氯气溶于水同时与水反应生成盐酸和次氯酸，因此氯水具有极强的腐蚀性。

氯气在四氯化碳、氯仿等溶剂中溶解度较大，比在水中的溶解度约大20倍。

氯气的用途极为广泛，重要用途如：

杀菌消毒、漂白及制浆、冶炼金属、制造无机氯化物、制造有机氯化物及有机物。

1.2氯气处理方法

从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。

这种湿氯气，对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。

例如金属钛，聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯、玻璃钢等，因而使得生产及运输极不方便。

但干燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常情况下较小，所以湿氯气的干燥在生产和使用氯气过程中是普遍的处理方法。

氯气干燥前通常先使氯气冷却，使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去，然后用干燥剂进一步出去水分。

干燥后的氯气经过压缩，再送至用户。

在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。

在同一压力下，温度愈高，含水量愈大。

其水蒸汽分压也就愈高。

为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理，要求氯气的含水量小于0.05%（如果用透平压缩机输送氯气，则要求含水量小于100ppm）。

因此必须将氯气中的水分进一步除去。

在工业上，均采用浓硫酸来干燥氯气，因为浓硫酸具有：

（1）不与氯气发生化学反应；

（2）氯气在硫酸中的溶解度小；

（3）浓硫酸有强烈的吸水性；

（4）价廉易得；

（5）浓硫酸对钢铁设备不腐蚀；

（6）浓硫酸可以回收利用等特点，故浓硫酸是一种较为理想的氯气干燥剂。

当温度一定时，硫酸浓度愈高、其水蒸汽分压愈低；

当硫酸浓度一定时，温度降低，则水蒸汽分压也降低。

也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气干燥后的水分愈少。

但如果硫酸的温度太低的话，则硫酸与水能形成结晶水合物而析出。

因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。

硫酸浓度在84%时，它的结晶温度为+8℃，所以在操作中一般将H2SO4温度控制在不低于10℃。

此外，硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。

故用硫酸干燥湿氯气时，应掌握以下几点：

（1）硫酸的浓度，

（2）硫酸温度，（3）硫酸与氯气的接触面积和接触时间。

生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力，并满足用户对氯气压力的要求。

因此在氯气干燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。

综上所述，氯气处理系统的主要任务是：

1．氯气干燥；

2.将干燥后的氯气压缩输送给用户；

3.稳定和调节电解槽阳极室内的压力，保证电解工序的劳动条件和干燥后的氯气纯度。

1．3氯气处理工艺流程简介

根据氯处理的任务，氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分。

⑴氯气的冷却

氯气的冷却因方式的不同，可分为直接冷却、间接冷却和氯水循环冷却三种流程。

直接冷却流程：

工艺设备投资少，操作简单，冷却效率高，但是，此流程排出的污水含有氯气，腐蚀管路，污染环境，同时使氯损失增大，且耗费大量蒸汽。

间接冷却流程：

操作简单，易于控制，操作费用低，氯水量小，氯损失少，并能节约脱氯用蒸汽。

冷却后氯气的含水量可低于0.5％。

氯水循环冷却流程：

冷却效率高，操作费用低于直接冷却法，高于间接冷却法，投资比前者告而低于后者。

缺点是热交换器所用冷却水温度要求低于15℃，因此需要消耗冷冻量并需增设氯水泵、氯水循环槽使流程复杂化。

⑵氯气的干燥

氯气干燥时均以浓硫酸为干燥剂，分为填料塔串联硫酸循环流程和泡沫塔干燥流程。

填料塔串联硫酸循环流程：

该流程对氯气负荷波动的适应性好，且干燥氯气的质量稳定，硫酸单耗低，系统阻力小,动力消耗省。

但设备大，管道复杂，投资及操作费用较高。

泡沫塔干燥流程：

此流程设备体积小，台数少，流程简单，投资及操作费用低。

其缺点是压力降较大，适应氯气负荷波动范围小，塔板易结垢，同时由于塔内酸未能循环冷却，塔温高，因此出塔氯气含水量高，出塔酸浓度高故酸耗较大。

⑶氯气的净化

氯气离开冷却塔，干燥塔或压缩机时，往往夹带有液相及固相杂质。

管式、丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质，能有效地去除水雾或酸雾，净化率可达94％－99％，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。

根据以上各流程的优缺点最后确定氯气处理工艺流程如下：

两段列管间接冷却，硫酸干燥塔（填料塔），硫酸干燥塔（泡罩塔）串联干燥流程。

此工艺效果好，氯气输送压力大，设备少，系统阻力小，操作稳定，经济性能优越。

2氯气工艺计算

2.1.氯气处理工艺流程简图

氯气处理工艺流程见下，据此进行物料衡算和热量衡算。

图2-1氯气处理工艺流程图

湿氯气由电解到氯处理界区外管道，温度由85℃降至80℃后进入氯处理系统，有部分水蒸气冷凝下来，并溶解氯气。

进入第一段钛冷却器冷却至46℃，再经过二段钛冷却器冷却至18℃。

然后进入一段硫酸干燥塔，用80％硫酸干燥脱水，出塔硫酸浓度降到60％，出塔气体最后进入二段硫酸干燥塔，用98％硫酸干燥脱水，出塔硫酸浓度降到75%,此时出塔的气体含水量以完全满足输送要求，经除沫器进入透平式氯压机，经压缩后送至用户。

2.2计算依据

1．生产规模：

75kta100%NaOH；

2．年生产时间（按年工作日330天计算）：

330×

24=7920小时；

3．计算基准：

以生产1t100%NaOH为基准；

4．来自电解工序湿氯气的工艺数据见下表：

表2-1来自电解工序湿氯气的温度、压力和组成

项目

氯气

备注

温度，℃

85

——

氯气，kgt100%NaOH

885

12.50mol

总压（表），Pa

-10

不凝性气体（假设为空气，下同）kgt100%NaOH

15

0.52kmol

水蒸汽，kgt100%NaOH

306

成分，%（干基）（vv）

96

气体总量，kgt100%NaOH

1187

2.3工艺计算

2.3.1第一钛冷却器计算依据

⑴假设湿氯气经电解到氯处理室，温度由90℃降至80℃，进入氯处理系统。

⑵电解氯气经一段洗涤塔冷却，温度从80℃降至40℃。

⑶由资料查知相关热力学数据：

氯气在水中溶解度：

80℃:

0.002227kgkgH2O

50℃:

0.00393kgkgH2O

水蒸汽分压：

80℃:

0.4829x98.1kPa

40℃:

0.0752x98.1kPa

水的比热：

4.1868J（g·

℃）

25℃:

4.1796J（g·

表2-2相关热力学数据

物料与项目

单位

温度℃

80

46

氯气比热容

KJ（Kmol·

34.96

34.59

水蒸气热焓

kJkg

2638

2569

不凝气比热

kJ（kg·

1.007

1.028

2.3.2第一钛冷却器物料衡算

⑴设管路中冷凝下来的水量为W1kg，因氯气在水中的溶解度很小，其溶液可视为理想溶液。

由于系统总压为－98.07pa，所以计算时可视为98.1kpa。

由道尔顿分压定律得：

P水P总=n水n总

解得W1=87.07kg

故溶解的氯气量：

0.002227×

87.07=0.194kg

氯水总重量：

87.07+0.194=87.264kg

⑵由上述计算得知，进入第一钛冷却器的气体组分为：

氯气885－0.194=884.806kg

水蒸气306－87.07=218.93kg

不凝气体15kg

氯气在一段钛冷却器中温度从80℃降至40℃

设在第一钛冷却器中冷凝的水量为W2kg，其阻力降为35×

9.81pa（35mmH2O），则出口氯气的总压为-40×

9.81Pa

P总=101.227－35×

9.81×

10-3=100.933kpa

根据道尔顿定律有：

解得：

W2=198.23kg

溶解氯气的量为：

198.23×

0.00393=0.78kg

氯水总重量为：

198.23+0.78=199.01kg

因此出第一钛冷却器的气体组分为：

氯气884.806－0.78=884.026kg

水蒸气218.93－198.23=20.7kg

⑶物料衡算表

a.以生产1t100%NaOH为基准

表2-3第一段钛冷却器物料衡算表

名称一段钛冷却器

kgt100％NaOH

出第二段钛冷却器

水蒸气

不凝气

氯水

总计

884.806

218.93

1118.736

884.026

20.7

199.01

b.总物料衡算

表2-4第一段钛冷却器总物料衡算表

名称

进第一段钛冷却器

不凝气体

2.3.3第一段钛冷却器热量衡算

⑴气体带入热量

a.氯气带入热量：

Q1=884.80671×

34.96×

80=34853.9kJ

b.水蒸气带入热量：

Q2=218.93×

2638=577537kJ

c.不凝气体带入热量：

Q3＝15×

1.007×

80＝1208.4kJ

d.氯气溶解热：

Q4＝0.7871×

22090＝242.679kJ

ΣQ=34853.9+577537+1208.4+242.679=613842kJ

⑵气体带出热量

a.氯气带热量：

q1＝884.02671×

46×

34.59＝17227.3kJ

b.水蒸气带热量：

q2＝20.7×

2569＝53178.3kJ

c.不凝气体带出热量：

q3＝15×

1.028×

40＝616.8kJ

d.氯水带出热量：

q4＝199.01×

4.18×

50＝41593.1kJ

Σq＝17227.3＋53178.3＋616.8+41593.1＝112615kJ

⑶冷却水用量

冷却水采用工业上水，设进口温度t1＝20℃，出口温度t2＝30℃。

定性温度:

T=（t2＋t1）2

=（20＋30）2

=25℃

Q=WCCPC（t2－t1）（2—1）

其中，Q——传热速率，W

WC——流体质量流量，kgs

CPC——流体比热容，kJ（kg•℃）

t——温度，℃。

则第一钛冷却器用水量为：

WC1=QCPC（t2－t1）

=

=11991kgt100％NaOH

⑷第一段钛冷却器热量衡算表

表2-5第一段钛冷却器热量衡算表

输入

输出

物料名称

数量kg

热量kJ

数量㎏

溶解热

冷却水

11991

13109.736

2.3.4第二段钛冷却器计算依据

⑴电解氯气经二段洗涤塔冷却，温度从40℃降至12℃。

⑵氯水温度为20℃。

⑶出口氯气总压力为-100×

9.81pa（－100mmH2O）。

⑷由资料查得相关热力学数据如下：

20℃:

0.00729kgkgH2O

氯气比热容：

12℃:

34.59kJ（Kmol·

水蒸气分压：

0.0143x98.1kPa

水蒸气热焓：

2519kJkg

不凝气体比热：

1.003kJ（kg·

2.3.5第二段钛冷却器物料衡算

⑴设在第二段钛冷却器总冷凝水量为W3kg，其阻力降为60×

9.81pa（60mmH2O），

P总=100.933－60×

10-3=100.344kpa

则由道尔顿定律有：

解得W3=17.14kg

溶解氯气量：

17.14×

0.00729=0.125kg

氯水总量：

17.14+0.125=17.265kg

因此出第二段钛冷却器的气体组分为：

氯气884.026－0.125=883.901kg

水蒸气20.7－17.14=3.65kg

不凝气15kg

⑵物料衡算表

a.以生产1t100%NaOH为基准

表2-6第二段钛冷却器物料衡算表

进第二段钛冷却器

kgt100%NaOH

出第二段钛冷却器kgt100%NaOH

水蒸汽

919.726

883.901

3.65

17.265

b.总物料衡算

表2-7第二段钛冷却器总物料衡算表

2..3.6第二段钛冷却器热量衡算

⑴气体带入热量

若不考虑管道散热，则物料带入热量等于物料出一段钛冷却器的热量，即

Q5=17227.3kJ

Q6=53178.3kJ

Q7＝616.8kJ

Q8＝22090×

0.12571＝38.89kJ

ΣQ=17227.3+53178.3+616.8+38.89＝71061kJ

a.氯气带出热量：

q5＝883.90171×

34.45×

12＝5146.5kJ

b.水蒸气带出热量：

q6＝3.65×

2519＝8967.6kJ

q7＝15×

1.003×

12＝180.54kJ

q8＝17.265×

20＝1443.4kJ

Σq＝5146.5+8967.6+180.54+1443.4＝15738kJ

⑶冷冻水用量

冷冻水进口温度为5℃，出口温度为8℃，则二段冷却器冷冻水用量为：

WC2=QCPC（t2－t1）

=4412㎏

冷冻水带入热量：

4412×

5＝92205.36kJ

冷冻水带出热量：

8＝147528.6kJ

⑷第二钛冷却器热量衡算表

表2-8第二钛冷却器热量衡算表

冷冻水

4412

5331.726

17227.3

53178.3

616.8

38.891

92205.36

163267

5146.5

8967.6

180.54

1443.4

147528.6

2.3.7硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔）计算依据

⑴入塔硫酸浓度80％，温度为15℃，出塔硫酸浓度60％，温度为30℃。

⑵干燥后的氯气含水量为100ppm。

2..3.8硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔）物料衡算

⑴计算中忽略氯气在硫酸中的溶解损失，设每千克80％的硫酸吸收的水分为W3kg，则W3＝8060－1＝0.3333

设干燥所需80％硫酸量为W4㎏,则

＝0.0001

解得W4＝10.68㎏

假定各种因素造成硫酸的损耗为15％，

则需硫酸量为：

10.68×

1.15＝12.28㎏

填料塔流出的稀酸量为：

1.3333＋10.68×

0.15＝15.842㎏

干燥后氯气中含水量：

3.65－0.3333×

10.68＝0.09㎏

出填料塔气体组分为：

氯气883.901㎏

水蒸气0.09㎏

不凝气体15㎏

a.以生产1t100%NaOH为基准

表2-9硫酸干燥塔（填料塔）物料衡算表

进填料塔

出填料塔

硫酸

12.28

914.831

0．09

15.842

表2-10硫酸干燥塔（填料塔）总物料衡算表

2.3.9硫酸干燥塔（泡罩塔）计算依据

⑴进塔硫酸浓度为98％，温度为13℃；

出塔硫酸浓度为75%，温度为28℃。

⑵干燥后氯气含水量1.0×

10－5。

2.3.10硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算

⑴设每千克98％硫酸吸收的水分为W5㎏,则

W5＝0.980.75－1＝0.3067㎏

设干燥所需98％流酸为W6㎏，

＝1.0×

10－5

解得W6=0.26㎏

假设各种因素造成的硫酸损耗为15％，

0.25×

1.15＝0.299㎏

泡罩塔流出稀酸的量为：

0.26×

1.3067＋0.26×

0.15＝0.379㎏

干燥后氯气含水量为：

0.09－0.3067×

0.26＝0.0103㎏

出泡罩塔气体组分为：

氯气883.901㎏

水蒸气0.0103㎏

⑵物料衡算表

以生产1t100%NaOH为基准

表2-11硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算表

进泡罩塔

出泡罩塔

0．299

899．29

0．0103

0．379

表2-12硫酸干燥塔（泡罩塔）总物料衡算表