【正文】 食鹽電解聯(lián)產的燒堿、氯氣、氫氣，在國民經濟的所有部門均很需要，除應用于化學工業(yè)本身外，有輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本化工原料的“三酸二堿”中，鹽酸燒堿就占了其中兩種，而且氯氣和氫氣還可進一步加工成許多化工產品。這種濕氯氣，對鋼鐵及大多數金屬有強烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料或非金屬材料在一定條件下，才能耐濕氯氣的腐蝕。干燥后的氯氣經過壓縮，再送至用戶。 為了使氯氣能用鋼鐵材料制成的設備及管道進行輸送或處理，要求氯氣的含水量小于 %（如果用透平壓縮機輸送氯氣，則要求含水量小于 100ppm）。也就是說硫酸的濃度愈高、溫度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯氣干燥后的水分愈少。此外，硫酸與濕氯氣的接觸面積和接觸時間也是影響干燥效果的重要因素。 綜上所述，氯氣處理系統(tǒng)的主要任務是： 1． 氯氣干燥； 2. 將干燥后的氯氣壓縮輸送給用戶； 3. 穩(wěn)定和調節(jié)電解槽陽極室內的壓力，保證電解工序的勞動條件和干燥后的氯氣純度。 間接冷卻流程：操作簡單，易于控制，操作費用低，氯水量小，氯損失少，并能節(jié)約脫氯用蒸汽。 ⑵ 氯氣的干燥 氯氣干燥時均以濃硫酸為干燥劑，分為填料塔串聯(lián)硫酸循環(huán)流程和泡沫塔干燥流程。其缺點時壓力降較大，適應氯氣負荷波動范圍小，塔板易結 垢，同時由于塔酸未能循環(huán)冷卻，塔溫高，因此出塔氯氣含水量高，出塔酸濃度高故酸耗較大。此工藝效果好，氯氣輸送壓力大，設 備少，系統(tǒng)阻力小，操作穩(wěn)定，經濟性能優(yōu)越。然后進入一段硫酸干燥塔 ，用 80％硫酸干燥脫水，出塔硫酸濃度降到 60％，出塔氣體最后進入二段硫酸干燥塔，用 98％硫酸干燥脫水，出塔硫酸濃度降到 75%,此時出塔的氣體含水量以完全滿足輸送要求，經除沫器進入透平式氯壓機，經壓縮后送至用戶?！? 25℃: J/(g由道爾頓分壓定律得： P 水 /P 總 =n 水 /n 總 18W13102915710 .0 0 2 2 2 7 W 188518W1310????? 解得 W1= 四川 理 工學院畢業(yè)設計 10 故溶解的氯氣量： = 氯水總重量： += 由上述計算得知，進入第一鈦冷卻器的氣體組分為： 氯氣 885－ = 水蒸氣 310－ = 不凝氣體 15kg ⑵氯氣在一段鈦冷卻器中溫度從 80℃降至 46℃ 設在第 一鈦冷卻器中冷凝的水量為 W2kg，其阻力降為 35 （ 35mmH2O），則出口氯氣的總壓為 40 P 總 =－ 35 103= kpa 根據道爾頓定律有：182915710 .0 0 3 5 5 W 28 8 4 .7 418????? 解得： W2= 溶解氯氣的量為： = 氯水總重量為： += 因此出第一鈦冷卻器的氣體組分為： 氯氣 － = 水蒸氣 － = 不凝氣體 15kg ⑶物料衡算表 1t100%NaOH 為基準 表 23 第一鈦冷卻器物料衡算表 名稱 進第一鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH 出第二鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH 氯氣 884． 74 884． 147 水蒸氣 192． 903 25． 957 不凝氣體 15 15 氯水 —— 167． 539 總計 1092． 643 1092． 643 表 24 第一鈦冷卻器總物料衡算表 名稱 進第一鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH 出第二鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH 氯氣 176948000 176829400 水蒸氣 38580600 5191400 不凝氣體 3000000 3000000 氯水 —— 33507800 總計 218528600 218528600 第一篇 氯氣處理 11 3．熱量衡算 ⑴氣體帶入熱量 ： Q1= 80 =34909kJ ： Q2= =509948kJ ： Q3＝ 15 80＝ 1226kJ ： Q4＝ 22090＝ 185kJ Σ Q=34909+509948+1226+185=546268kJ ⑵氣體帶出熱量 ： q1＝ 46 ＝ 19883kJ ： q2＝ ＝ 67099kJ 出熱量： q3＝ 15 46＝ 701kJ ： q4＝ 56＝ 39244kJ Σ q＝ 19883＋ 67099＋ 701+39244＝ 126927kJ ⑶冷卻水用量 冷卻水采用工業(yè)上水，設進口溫度 t1＝ 20℃，出口溫度 t2＝ 30℃。 ⑶出口氯氣總壓力為 100 （－ 100 mmH2O）。 ⑵ 干燥后的氯氣含水量為 100ppm。這種濕氯氣對鋼鐵及大多數金屬有強烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料或非金屬材料在一定條件下，才能耐濕氯氣的腐蝕。 N = ? ? 177 ??? =502 根 參考碳鋼 Φ 19 排管圖 , 確定排管總數為 518 根， Dg 700mm， Ⅵ管程，管子采用三角形排管 , 管心距 24㎜ ⑸ 折流板 第一篇 氯氣處理 19 采用 弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的 25％，則切去圓缺高度為 H＝ 700＝ 175 ㎜，折流板間距取 B=＝ 700=560 ㎜，折流板厚度 16 ㎜ 折流板數 NB=折流板間距 傳熱管長－ 1 (33) =5606000－ 1 ? 10 塊 ⑹ 拉桿 參考《鈦制化工設備設計》知，拉桿數量為 6， 拉桿直徑為 10㎜ ⑺ 接管 取接管內流體流速為 u1＝ 2m/s，則接管內徑為： D1=uV?4 (34) 其中， V—— 流體的體積流量， m3/s u—— 流體在接管中的流速， m/s。 ： de＝ooddt?? )423(4 22 ? (36) ＝ 0 1 9 0 )0 1 9 0 (4 22 ? ??? ＝ 其中， t—— 管間距， m， do—— 換熱管外徑， m So ＝ BD(1tdo ) (37) ＝ （ 1－ ） ＝ ㎡ 其中， B—— 折流板間距， m， D—— 殼體公稱直徑， m， uo＝ Vs/So (38) ＝ ?? ??? ＝ 其中， Vs—— 流體在殼體的體積流量， m3/h?！?)。℃ /W 管內側污垢熱阻： Rsi＝ m2℃ ) 四川 理 工學院畢業(yè)設計 22 （ 4）總傳熱系 數 11K ＝o?1 + Rso+mwodbd? + Rsiiodd+iiodd? (312) ＝48841++ ??+ + ? ＝ K1= W/(m2?℃ ) （ 5）校核有效平均溫差 R1=iooi tt TT?? ＝ 2030 4680?? ＝ P1=iiio tT tt ?? ＝ 2080 2030?? ＝ φ Δ t＝ 112??RR 11/211/2ln11ln22?????????RRPRRPPRP－ (313) = 2?? 22?????????－－ = Δ tm1＝φ Δ tΔ tm1’ (314) = =℃ 其中，Δ tm’ —— 按逆流計算的對數平均溫度差，℃ φ Δ t—— 溫度差校正系數，無因次。 （ 7）流體的流動阻力 ： ∑Δ PI=(Δ P1+Δ P2)FTNPNS (315) 其中，Δ P1，Δ P2—— 分別為直徑及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降， pa FT—— 結垢校正因數，無因次，取 ， NP—— 管程數， NS—— 串連的殼程數。1 ?????? (316) 其中， Δ P1‘ —— 流體橫過管束的壓降， pa Δ P2‘ —— 流體流過折流板缺口的壓強降， pa Fs—— 殼程壓強降的結垢正因數，無因次，取 四川 理 工學院畢業(yè)設計 24 Ns—— 串連殼程數。2 uDhNP B ???? (318) =10（ － ? ） 2 2? =5117 Pa ∴ ∑Δ Po=（ 21849+5117） =31011 Pa 殼程和管程的壓力降幾乎都能滿足要求?！?) （ 5）管程結熱系數α i Si ＝pi NNd 24? ＝ 518/6 四川 理 工學院畢業(yè)設計 26 ＝ ㎡ ui=Vs/Si ＝ 6 0 07 9 2 0 2 0 0 0 0 0)( ?? ??? ＝ Rei＝??ieud ＝000 0137 ?? ＝ 473167 Pr＝ ??pc ＝ 000013 ?? ＝ 則由式（ 311）得： α i＝ ＝ 689 W/(m2 cm2設管粗糙度 ?? , 015 ??id? 查 Re?? 關系圖得 ? = 2 21 udLP ???? = 6 2 2? =42578 Pa 因為沒有彎管，即 02 ??P 則 3 8 3 2 0 2 5 7 8 ?????? iP Pa ： sso NFPPP )( 39。1 ???????? P =5407 Pa 2)( 239。 1．填料的選擇 塑料填料質輕，具有良好的韌性，耐沖擊，不易破碎。 2．塔徑的確定 濕氯氣的質量流量 :WV=（ ++15） 202100/7920=22862 ㎏ /h 濕氯氣密度 : v? = 3/mkg 80%硫酸密度 : ?L? 3/cmg 參考新工藝，硫酸的噴淋量取為 :WL=134000 ㎏ /h 則 ) (22862134000)( ??LVVL ???? 由?？颂仃P聯(lián)圖查得 ,橫坐標為 ,縱坐標為 ,即 四川 理 工學院畢業(yè)設計 30 a x ?? L LVgu ? ???? （ 318） 其 中 , maxu —— 泛點氣速， M/S Φ —— 濕填料因子， 1/M Ψ —— 液體密度校正系數，L??? 水? g —— 重力加速度， M/S2 又因液相為硫酸，故校正系數 Ψ =，硫酸的粘度為 smpa? axLVLgu ???? ?? = 17 ??? ?? = 取空塔氣速為泛點氣速的 70%， 即 u= = m/s， VS=? V/? V=1125M3/H D=uVs?4 = 3600/11254 ?? = 圓整后取塔徑 D=1200㎜ 計算空塔氣速： u=41125/3600 2=安全系數 u