【文章內(nèi)容簡介】 ，同時吸收處理事故狀態(tài)下產(chǎn)生的氯氣，副產(chǎn)次氯酸鈉。 (4)液氯及包裝工段 液氯工段的任務是將平衡生 產(chǎn)的部分富余氯氣進行壓縮、液化并裝瓶。通常根據(jù)氯氣壓縮機壓力的不同，將氯氣液化方式分為高壓法、中壓法和低壓法三種。 (5)氯化氫合成及鹽酸 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 本工段任務是將氯氫處理工段來的氯氣和氫氣，在二合一石墨合成爐內(nèi)進行燃燒，合成氯化氫氣體，經(jīng)冷卻后送至氯乙烯工序。從液氯來的液化尾氯氣與氫氣進入二合一石墨合成爐，生成氯化氫氣體。經(jīng)石墨冷卻器冷卻，再經(jīng)兩級降膜吸收器和尾氣塔，用純水吸收，生成 31%的高純鹽酸供電解工段使用或?qū)ν怃N售。 (6)蒸發(fā)及固堿工段 本工段任務是將電解工段生產(chǎn)的部分 32%燒堿濃縮為 50%燒堿和 99%片 堿。采用世界先進的瑞士博特公司降膜工藝及設備，降膜法生產(chǎn)片堿的能耗低于國內(nèi)傳統(tǒng)的大鍋法，而且生產(chǎn)環(huán)境好、連續(xù)穩(wěn)定便于控制。 氯氣處理 氯氣的性質(zhì) 氯氣 Cl2，分子量 ，常溫下，氯是黃綠色，具有使人窒息氣味的氣體，有毒、有色、易液化。氯氣對人的呼吸器官有強烈的刺激性，吸入過多時還會致死 [9]。氯氣比空氣重，約為空氣的 倍。氯氣能溶于水，但溶解度不大，溫度越高氯氣在水中的溶解度越小。氯氣溶于水同時與水反應生成鹽酸和次氯酸，因此氯水具有極強的腐蝕性。氯氣在四氯化碳，氯仿等溶劑中溶 解度較大，比在水中的溶解度約大 20 倍。工業(yè)上利用氯氣在四氯化碳中 有較大溶解度這一特點，用四氯化碳吸收氯堿廠產(chǎn)生的所有廢氯，然后再解吸回收氯氣。 氯氣的用途極為廣泛，重要用途如：殺菌消毒、漂白及制漿、冶煉金屬、制造無機氯化物、制造有機氯化物及有機物。 氯氣處理的任務和方法 從電解槽出來的濕氯氣，一般溫度較高，并伴有大量水蒸汽及鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣，對鋼鐵及大多數(shù)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。例如金屬鈦，聚氯乙烯、酚醛樹脂、陶瓷、玻璃、橡膠、聚酯 、玻璃鋼等因而使得生產(chǎn)及運輸極不方便 [10]。但干燥的氯氣對鋼鐵等常用材料的腐蝕在通常情況下時較小的，所以濕氯氣的干燥時生產(chǎn)和使用氯氣過程中所必須的。 氯氣干燥前通常先使氯氣冷卻，使?jié)衤葰庵械拇蟛糠炙羝焕淠ィ缓笥酶稍飫┻M一步出去水分。干燥后的氯氣經(jīng)過壓縮，再送至用戶 [11]。 在不同的溫度與壓力下氣體中的含水量可以用水蒸汽分壓來表示。在同一壓力下，溫度愈高，含水量愈大。其水蒸汽分壓也就愈高。 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 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）。因此必須將氯氣中的水分進一步除去。在工業(yè)上，均采用濃硫酸來干燥氯氣，因為濃硫酸具有： （ 1）不與氯氣發(fā)生化學反應； （ 2）氯氣在硫酸中的溶解度小； （ 3）濃硫酸有強烈的吸水性； （ 4）價廉易得； （ 5）濃硫酸對鋼鐵設備不腐蝕； （ 6）濃硫酸可以回收利 用等特點，故濃硫酸時一種較為理想的氯氣干燥劑。 當溫度一定時，硫酸濃度愈高、其水蒸汽分壓愈低；當硫酸濃度一定時，溫度降低，則水蒸汽分壓也降低。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。 但如果硫酸的溫度太低的話，則硫酸與水能形成結(jié)晶水 合物而析出。因此原料硫酸與用后的稀硫酸在儲運過程中，尤其在冬季必須注意控制溫度和濃度，以防止管道堵塞。硫酸濃度在 84%時，它的結(jié)晶溫度為 +8℃，所以在操作中一般將 H2SO4溫度控制在不低于 10℃。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。故用硫酸干燥濕氯氣時，應掌握以下幾點：（ 1）硫酸的濃度，（ 2）硫酸溫度，（ 3）硫酸與氯氣的接觸面積和接觸時間 [12]。 生產(chǎn)中使用的氯氣還需要有一定的壓力以克服輸送系統(tǒng)的阻力，并滿足用戶對氯氣壓力的要求 。因此在氯氣干燥后還需用氣體壓縮機對氯氣進行壓縮。 綜上所述，氯氣處理系統(tǒng)的主要任務是： ； 2. 將干燥后的氯氣壓縮輸送給用戶； 3. 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電解槽陽極室內(nèi)的壓力，保證電解工序的勞動條件和干燥后的氯氣純度。 工藝流程簡介 根據(jù)氯處理的任務氯處理的工藝流程包括氯氣的冷卻、干燥脫水、凈化和壓縮、輸送幾個部分。 (1) 氯氣的冷卻 氯氣的冷卻因方式的不同，可分為直接冷卻、間接冷卻和氯水循環(huán)冷卻三種流程。 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 直接冷卻流程：工藝設備投資少，操作簡單，冷卻效率高 ，但是，此流程排出的污水含有氯氣，腐蝕管路，污染環(huán)境，同時使氯損失增大，且耗費大量蒸汽 [13]。 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。冷卻后氯氣的含水量可低于 ％。 氯水循環(huán)冷卻流程：冷卻效率高，操作費用低于直接冷卻法，高于間接冷卻法，投資比前者告而低于后者。缺點是熱交換器所用冷卻水溫度要求低于 15℃，因此需要消耗冷凍量并需增設氯水泵、氯水循環(huán)槽使流程復雜化。 (2)氯氣的干燥 對于干燥部分，在實踐應用中已采用過多種干燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有 [14]： a、一段泡沫塔、二段泡沫塔； b、一段填料塔、二段泡沫塔； c、一段填料塔 、二段泡罩塔。 國內(nèi)采用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔。 泡沫塔的特點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板數(shù)多；缺點是操作彈性小、不便于增加硫酸循環(huán)量，操作彈性僅為 15%，塔板阻力降大，一般為 100200mmH2O，而且開孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩(wěn)定性。 填料塔串聯(lián)硫酸循環(huán)流程：該流程對氯氣負荷波動的適應性好，且干燥氯氣的質(zhì)量穩(wěn)定，硫酸單耗低，系統(tǒng)阻力小 ,動力消耗省。但設 備大，管道復雜，投資及操作費用較高。 泡 罩 塔干燥流程：此流程設備體積小，臺數(shù)少，流程簡單，投資及操作費用低。其缺點時壓力降較大，適應氯氣負荷波動范圍小，塔板易結(jié)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 [15]。 經(jīng)過對以往經(jīng)驗的總結(jié)、比較， 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 罩 塔干燥流程。 (3)氯氣的凈化 氯氣離開冷卻塔，干燥塔或壓縮機時，往往夾帶有液相及固相雜質(zhì)。管式、絲網(wǎng)式填充過濾器是借助具有多細孔通道的物質(zhì)作為過濾介質(zhì)，能有效地 去除水霧或酸霧，凈化率可達 94％－ 99％ ，而且壓力降較小，可用于高質(zhì)量的氯氣處理。 工藝流程的確定 氯 處理工藝流程 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 根據(jù)以上各流程的優(yōu)缺點最后確定氯氣處理工藝流程如下 ： 兩段列管間接冷卻，硫酸干燥塔（填料塔），硫酸干燥塔（泡罩塔）串聯(lián)干燥流程。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(jīng)濟性能優(yōu)越。 氯氣處理采用了淡鹽水、冷卻水～氯氣換熱技術(shù) ， 2 段冷卻 、 2 段干燥 ( 泡 罩 塔和填料塔串聯(lián) ) 技術(shù) ， 工藝流程為： 濕氯氣由電解到氯處理室外管道 ，溫度由 85℃降至 80℃后進入氯處理系統(tǒng)，有 部分水蒸氣冷凝下來，并溶解氯氣。進入第一鈦冷卻器冷卻至 46℃，再經(jīng)過二鈦冷卻器冷卻至18℃。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(jīng)除沫器進入透平式氯壓機，經(jīng)壓縮后送至用戶。 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 氯氣工藝計算 氯氣處理工藝流程 氯氣處理工藝流程見下，據(jù)此進行物料衡算和熱量衡算。 一鈦冷卻器二鈦冷卻器硫酸干燥塔Ⅰ硫酸干燥塔Ⅱ氯水冷卻水冷卻水干氯氣硫酸80%60% 75%硫酸濃硫酸硫酸 圖 氯氣處理工藝流 程圖 計算依據(jù) 本人設計年產(chǎn) 10 萬噸 PVC，根據(jù)西部聚氯乙烯有限責任公司的年產(chǎn)量。在產(chǎn) 10 萬噸 PVC 同時，可生產(chǎn) 8 萬噸燒堿。所以本設計按 8 萬噸燒堿進行設計 。 生產(chǎn)規(guī)模： 80kt/a100%NaOH； 年生產(chǎn)時間（按年工作日 330 天計算）： 330 24=7920 小時； 計算基準：以生產(chǎn) 1t100%NaOH 為基準； 來自電解工序濕氯氣的工藝數(shù)據(jù)見下表 表 來自電解工序濕氯氣的溫度、壓力和組成 項目 氯氣 備注 項目 氯氣 備注 溫度，℃ 85 —— 氯氣 kg/t100%NaOH 885 總壓（表）， Pa 10 —— 不凝性氣體（假設為空 氣 下 同 ）kg/t100%NaOH 15 水蒸汽，kg/t100%NaOH 310 —— 成分， %（干基）（ v/v） 96 —— 氣 體 總 量 ，kg/t100%NaOH 1187 —— 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 第一鈦冷卻器 1．計算依據(jù) [16] ⑴假設濕氯氣經(jīng)電解到氯處理室，溫度由 85℃降至 80℃，進入氯處理系統(tǒng)。 ⑵電解氯氣經(jīng)一段洗滌塔冷卻，溫度從 80℃降至 46℃。 ⑶由資料查知相關(guān)熱力學數(shù)據(jù)： 氯氣 在水中溶解度： 80℃ : ℃ : 水蒸汽分壓： 80℃ : 46℃ : 水的比熱： 50℃ : (g℃ ) 25℃ : J/(g℃ ) 表 相關(guān)熱力學數(shù)據(jù) 物料與項目 單 位 溫 度 ℃ 80 46 氯氣比熱容 Kcal/(mol℃ ) 水蒸氣熱焓 kcal/kg 不凝氣比熱 kcal/kg 2．物料衡算 ⑴設管路中冷凝下來的水量為 W1kg，因氯氣在水中的溶解度很小，其溶液可視為理想溶液。由于系統(tǒng)總壓為－ ，所以計算時可視為 。由道爾頓分壓定律得： P 水 /P 總 =n 水 /n 總 1831029157118310111??????WWW 解得 W1= 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℃ 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 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(jù)道爾頓定律有 ：182915710 0 3 5 18222??????WWW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 第一鈦冷卻器物料衡算表 名稱 進第一鈦冷卻器 出第一鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH kg/t 100％ NaOH 氯氣 水蒸氣 不凝氣體 15 15 氯水 —— 總計 （ 80 倍且 1000 進制） 表 第一鈦冷卻器總物料衡算表 名稱 進第一鈦冷卻器 出第一鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH kg/t 100％ NaOH 氯氣 70779120 70731760 水蒸氣 15427520 2088560 寧夏理工學院畢業(yè)設計（論文） 12 不凝氣體 1202000 1202000 氯水 —— 13386320 總計 87406640 87406640 表 第一鈦冷卻器總物料衡算表 (續(xù) ) 3．熱量衡 算 ⑴氣體帶入熱量 ： Q1= 80 = ： Q2= = ： Q3＝ 15 80＝ ： Q4＝ 22090＝ Σ Q=+++= ⑵氣體帶出熱量 ： q1＝ 46 ＝ ： q2＝ ＝ ： q3＝ 15 46＝ ： q4＝ 56＝ Σ q＝ ＋ ＋ +＝ 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℃。 定性溫度 ： ? ? ? ?12T = t + t 2 2 0 3 0 2 2 5? ? ?℃ Q =WCCPC(t2－ t1) (2