【正文】 minmin )( wLU ? （ 319） 其中， 32 / mm—填料的比表面積，—? )/( 23m in smmU ?—最小噴林密度，— )/()( 3m in smmL w ?—最小潤濕速率，— 第一篇 氯氣處理 31 因填料尺寸小于 75 ㎜，故取 )/()( 3m in hmmL w ?? ,則 )/()( 23m i nm i n hmmLU w ????? ? 1340002 ???U minU 填料的每米壓降：縱坐標 ???LLVgu ??? ? ? 橫坐標 )( ?LVVL ???? 根據(jù)以上二數(shù)值查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖確定塔的操作點，此點位于Δ P/E=50 pa/m 與Δ P/E=100pa/m 兩條等壓線之間，用內(nèi)插法估值可求得每米填料層壓降為90pa/m 。 硫酸的體積流量： hmVL / 210 3??? 入塔氣體體積流量： hmVg / 3?? 則，動力參數(shù) ) ( ))(( 2/12/1 ???VLVL ?? 假定塔徑在 800～ 1600 范圍內(nèi)，由此取塔板的板間距為 HT=350 ㎜ ,取塔板上的液層高度 hL=70㎜ ,于是 HT－ hL=280㎜。 塔截面積： 24DAT ?? = 2 = ㎡ 2． 塔高的確定 由相關(guān)實際設計，確定塔高 10m。 四川理工學院畢業(yè)設計 34 第二篇 氫氣處理 第一章 總論 一． 概述 1．氫氣 氫氣 H2,分子量 ，在常溫下為無色，無味，無臭的可燃氣體；密度在 0℃ ；760mmHg 時為 ，沸點為 ℃ ；結(jié)晶溫度是 ℃ ；對空氣之比重是 ；在水中溶解度很小，標準狀態(tài)下溶于水中之氫氣體積為 。 2．氫氣處理的任務和方法 從電解槽出來的氫氣 ,其溫度稍低于電解槽槽溫 ,并含有飽和水蒸汽 ,同時還帶有鹽和堿的霧沫 .所以在生產(chǎn)過程中應進行冷卻和洗滌 ,冷卻后的氫氣有氫氣壓縮機壓縮到一定壓力后經(jīng)氫氣分配站送到氫氣柜及用氫部門。鑒于本次設計中部充分考慮熱綜合利用，故采用直接法工藝，以簡化流 程和投資。 3． 壓縮機以前的操作壓力近似為 1絕對大氣壓（ 0kg/㎝ 2）。度 3． 439 3． 421 3． 409 水 蒸 氣 比 焓 千卡 /㎏ 631． 4 619． 1 610． 6 其它氣體比熱（空氣） 千卡/kg ⑵ 氫氣純度 98% 2．物料衡算 ⑴ 二段洗滌冷卻塔氫氣出口溫度為 30℃，則冷凝水量為 WL3 同理，由道爾頓分壓定律列出方程： 251833 3??WL = ? 解得 WL3= kg 故出塔氣體組 成： 氫氣： kmol (25kg) 水汽： kmol (=) 其它氣體： kmol () ⑵ 出塔氣體中氫的含量： ???? % % 干氣體中氫的百分數(shù)： ??? % 98% ⑶ 物料衡算表 1000kg100%NaOH 產(chǎn)氫作為計算標準 表 25 二段洗滌冷卻塔物料衡算表 名稱 進二段 洗滌冷卻塔（ kg） 出二段洗滌冷卻塔（ kg） 氫氣 25 25 水汽 33 10． 39 其他氣體 7． 39 7． 39 水 22． 61 總計 65． 39 65． 39 表 26 二段洗滌冷卻塔總物料衡算表 名稱 進二段洗滌冷卻塔（ kg） 出二段洗滌冷卻塔（ kg） 氫氣 5000000 5000000 水汽 6600000 2078000 其他氣體 1478000 1478000 水 4522020 總計 13078000 13078000 第二篇 氫氣處理 39 3．熱量衡算 ⑴ 氣體帶出熱量 Q6=4276 kcal Q7=20433 kcal Q8=90 kcal ⑵ 氣體帶出熱量 Q9=3025=2557 kcal Q10==6344 kcal Q11=30=54 kcal ⑶ 冷卻水帶出熱量 設進入系統(tǒng)冷卻水量為 WL4 kg ,溫度 25℃，出塔溫度 30℃， 則出塔水量 WL4+WL2=WL4+ 入塔水帶入熱量： Q13=WL425 出塔水帶出熱量： Q12=(WL4+)30 ⑷ 忽略熱損失，由 ? Q 進 =? Q 出 ∴ Q9+Q10+Q11+Q12=Q6+Q7+Q8+Q13 2557+6344+54+(WL4+)30=4276+20430+90+WL 425 ∴ 。 三．工藝計算 （一）一段洗滌冷卻塔 1．計算依據(jù) 氫氣在一段冷卻塔中溫度從 80℃降至 50℃ 以 1000kg100%NaOH 產(chǎn)氫作為計算標準 2．物料衡算 ⑴設氫氣中冷凝水量為 WL， 由道爾頓分壓定律列出方程： 2518205 1??WL= ? 解設 WL1=172（ kg） 因氣體在水中的溶解度很小，故忽略不計。 5． 電解氫氣經(jīng)兩段洗滌冷卻溫度從 80℃降至 30℃。公用系統(tǒng)來自工業(yè)水，經(jīng)與氫氣換熱后進入水池，再用泵抽吸返回公用系統(tǒng)制冷后，再次循環(huán)使用。選擇流程為電解來氫氣經(jīng)緩沖罐后進入一段洗滌塔，經(jīng)洗滌冷卻至 50℃后經(jīng)二段洗滌塔冷卻至30℃，再經(jīng)絲網(wǎng) 除沫器，最后用羅茨鼓風機抽送至用戶。 氫氣除用于合成氯化氫制取鹽酸和聚氯乙烯外，另一大用途時植物油加氫生產(chǎn)硬化油。 ⑵ 以出二段鈦冷卻器氣體基準，此時物性數(shù)據(jù)以氯氣物性數(shù)據(jù)代之。 故操作的負荷系數(shù)按下式加以校正： )20(?CC ? （ 320） 其中， C—— 操作物系的負荷系數(shù)， ? —— 操作物系的液體表面張力， mN/m C20—— 物系表面張力為 20 mN/m 的負荷系數(shù)。 四 . 硫酸干燥塔Ⅱ（泡罩塔） 塔的殼體材料材質(zhì)為 PVC+FRP，采用條形泡罩塔，增加了設備操作彈性和負荷變化的適應性。 綜上優(yōu)點，選取塑料鮑爾環(huán) 50 50 （亂堆），材質(zhì)為聚丙烯（ PP） 。 2．換熱器附件 選用 DG800 的標準作為設計參考 （ 1）管板 表 33 管板 公稱直徑 D D1 D2 D3 D5=D6 D7 b c d 螺栓孔數(shù) 800 930 890 790 793 800 850 32 10 23 32 （ 2）殼程接管法蘭 表 34 接管法蘭 墊片 螺栓 外徑 內(nèi)徑 厚度 gD hD D D1 D2 b 重量㎏ 數(shù)量 直徑長度 石墨 250 273 370 335 312 14 12 M16 55 312 273 （ 3）管程接管法蘭 表 35 接管法蘭 墊片 螺栓 外徑 內(nèi)徑 厚度 gD hD D D1 D2 b 重量㎏ 數(shù)量 直徑長度 石墨 125 133 235 200 178 10 8 M16 55 178 133 （ 4）管箱 H=700 ㎜ 第一篇 氯氣處理 29 表 36 管箱 程 數(shù) 6 流 動 程 序 12 34565 上 （前） 管 板 下 （后） 管 板 （ 5）封頭 表 37 橢圓封頭 gD 曲面高度 直邊高度 內(nèi)表面積㎡ 容積 M3 厚度㎜ 700 200 40 8 三 .硫酸干燥塔Ⅰ (填料塔 ) 填料塔流程的操作平穩(wěn)，彈性較大，特別是剛開車時氯氣的氣流量小，它幾乎同滿負荷操作一樣能達到對水分的要求指標。1 ?????? ， 2)1( 239?！?) （ 7）總傳熱系數(shù) 由式（ 312）得： 21K =o?1 + Rso+mwodbd? + Rsiiodd +iiodd? = 24351 ++ ?? + + ? = K2=360 W/(m2?℃ ) （ 8）校核有效平均溫差 R2=iooi tt TT?? ＝ 48 1846?? ＝ 7 P2=iiio tT tt ?? ＝ 44648?? ＝ 第一篇 氯氣處理 27 由式（ 313）得： φ Δ t＝ 17 172?? 22?????????－－ = 由式（ 314）得： Δ tm2＝φ Δ tΔ tm2’ = =℃ （ 9）校核熱負荷 Q‘ =K2SΔ tm2 =360 =1511813 W Q‘ Q2 所以能完成任務?！?/W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻： Rsi＝ m2從車間布置、設備維修等多方面的考慮，第二鈦冷卻器與第一鈦冷卻器選取同種型號，進行核算即可。1 uNNFfP Bco ???? (317) 其中， F—— 管子排列方式對壓強降的校正因數(shù) fo—— 殼程流體的摩擦系數(shù)，當 Re500， f= Nc—— 橫過管束中心線的管子數(shù) NB—— 折流擋板數(shù) 管子為三角形排列， F=， NB=10， Nc= N = 518 =25， So= ㎡ ,uo=， Re=11726500， 所以 2 2 ???of = ∴ 由式（ 317），得： 2 )110( 239。 設管粗糙度 ?? , 015 ??id? 查 Re?? 關(guān)系圖得 ? = 2 21 udLP ???? = 6 2 2? =33393 Pa 因為 沒有彎管，即 02 ??P 則由式（ 315）得： 3 0 0 5 3 3 3 9 3 ?????? iP Pa ： sso NFPPP )( 39。 （ 6）傳熱面積裕度 Sn＝39。 cm2℃ ) （ 2）管內(nèi)傳熱膜系數(shù)α i α i＝ id? (311) Si＝pi NNd 24? ＝ 518/6 ＝ ㎡ ui=Vs/Si = ? ??? ????? ＝ Rei＝??ieud ＝ ?? ＝ 533249 Pr＝ ??pc ＝ ?? ＝ 則由式（ 311），得： α i＝ ＝ 1207 W/(m2 s。 4．第一鈦冷卻器的核算 （ 1）殼程流體傳熱膜系數(shù)α o 用克恩法計算 α o＝ （ed? ） （w?? ） (35) 其中，λ — — 導熱系數(shù)， W/(m2 氯氣進口溫度 80℃，出口溫度 46℃； 冷卻水進口溫度 20℃，出口溫度 30℃。 ⑵ 干燥后氯氣含水量 10－ 5?！? 水蒸氣分壓： 18℃: 水蒸氣熱焓： 18℃: 不凝氣體比熱： 18℃: (kg 則第一鈦冷卻器用水量為： WC1=Q/ CPC(t2－ t1) =)2030( 12692 754626 8 ?? =10032 kg/t100％ NaOH 冷卻水帶入熱量： 10032 20＝ 838595kJ 冷卻水帶出熱量： 10032 30＝ 1257892kJ ⑷第一鈦冷卻器熱量衡算表 表 25 第一鈦冷卻器熱量衡算表 輸入