【文章內容簡介】 （ 2）氫氣具有還原性，它能與某些金屬氧化物反應 使金屬還原。 （ 3）氫氣具有穩(wěn)定性，氫氣在常溫下的化學性質是穩(wěn)定的。 氫氣的用途 （ 1）氫氣可以用于焊接或切割金屬，熔化熔點很高的石英和加工石英制品。因為它在純氧中燃燒的火焰（氫氧焰）可達 3000℃ ，可以使許多金屬熔化。 （ 2） 氫氣可以產生氫氧焰、制氫氧電池，可以填充氣球、冶煉金屬鎢和鉬。氫用于合成甲醇，合成人工石油等。 （ 3） 氫還是一種理想的燃料氫氣的燃燒產物是水且污染少。液態(tài)的氫是一種高能燃料，可供發(fā)射火箭、宇宙飛船、導彈等使用。氫氣做為燃料具有很好的發(fā)展前途。同北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 7 時氫氣也是重要的化工原料。 綜 上所述：由以上敘述可以看出燒堿生產中所產生的氫氣具有很高的回收價值，并且氫氣處理工序較為簡單，投資費用不高，高純度的氫氣可以供多種行業(yè)使用。因此須對制燒堿中的氫氣進行處理。 氫氣處理的目的 在電解過程中， H2是以鼓泡的形式出來的，所以其帶有較高的溫度和部分雜質。 （ 1）其帶有大量的水蒸氣，溫度越高，在蒸汽中的飽和水蒸氣量越大，會影響氫氣的純度。 表 21 飽和水蒸氣表（按溫度排列） 溫度 ℃ 90 80 70 60 50 40 30 飽和水氣焓（ kal/kgf） （ 2）氫氣中還帶有 NaOH 、 NaCl。因為氫氣是從電解液中出來的，不可避免的就帶有NaOH、 NaCl 等鹽類雜質這些雜質必須除去。 （ 3）從電解槽中以鼓泡的形式出來的氫氣溫度太高（一般在 80～ 90℃ ），必須進行降溫，否則會影響后續(xù)的加工工藝要求。 所以氫氣主要通過冷卻水洗滌的處理方式達到降低氫氣溫度 除去水分 ，洗去NaOH、 NaCl 等水溶性雜質的目的以提高氫氣的純度和利用價值。 電解出來的飽和濕氫氣中含有大量的水和其 他氣體，一般采用間接法和直接法除去以達到工藝要求。由于在本次設計中不充分考慮熱綜合利用，所以采用直接法進行氫氣的處理，可以簡化工藝流程，節(jié)約投資費用。它是由電解槽中出來的氫氣經氫氣緩沖罐后進入一段洗滌塔洗去一部分的雜質及使氫氣冷卻至 50℃ 后在經二段洗滌塔除雜質及冷卻至 30℃ ，之后再經過絲網除霧器除去鹽和堿的霧沫后，用羅茨鼓風機抽送至分配臺進行下一階段的分配。 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 8 氫氣處理工藝流程圖見下，據此進行物料衡算和熱量衡算： 濕氫氣緩沖罐一段洗滌塔二段洗滌塔除霧器去用戶 圖 7 氫氣處理工藝流程圖 （ 1）氫氣純度指標：﹥ 98％ （ 2）冷卻水溫度； 25℃ 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 9 第 3 章 工藝計算 物料衡算 一段洗滌塔的物料衡算基準 （ 1）以生產 5萬噸 100％ NaOH 為基準 有化學方程式： 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + C l2↑ 240 2 510 7 m 計算 可得： m= 402 1052 7??? =10 7（ Kg） m— 生產 5萬噸燒堿的 H2的 質量 （ 2）經處理后的氫氣純度為 98％ 。 （ 3）出電解槽后的氫氣溫度按 80℃ 計算 。 （ 4）查相關數據得： 進入冷卻塔的氫氣溫度為 80℃ 是飽和水蒸氣分壓為 ，為 50℃ 時飽和水蒸氣分壓為 Kgf/cm2，為 30℃ 時飽和水蒸氣分為 Kgf/cm2 （ 5）由于氫氣在水中的溶解度很小，故氫氣在水的溶解度忽略不計。 （ 6）飽和水蒸氣含量及水量 計算：按道爾頓分壓定律計。 一段洗滌塔的出槽氫氣（ 80℃ ）中的水汽含量 設出槽氫氣（ 80℃ ）中的水汽含量為 X； 據道爾頓分壓定律： BABAA PPnny ?? 得 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 10 KgXXXXXXXX777181811818??????????????????????? 則出槽氣體組成： 氫氣： 10 6Kmol 10 7Kg 水汽： 10 6Kmol 10 7Kg 其他氣體： 12755Kmol 369895Kg 一段洗滌塔的物料衡 算 計算 （ 1）據公式： n=Mm 得 212500002 ?Hn =106(Kmol ) 其他氣體組成： 127 0000 ?? （ kmol） （ 2）根據道爾頓分壓定律計算水量：設管路中（由 80℃ 降至 50℃ ）的冷凝水量為 W 這時氣體中水的分子為：（ 10 7W） /18 氣體的分子總數為： 76 W???? ? 據道爾頓分壓定律： BABAA PPnny ?? 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 11 KgWWWWW67777 8 4 6 9 4 6 8 0 87 8 4 4 4 4 1 3 28 3 9 0 9 4 07 8 4 1 2 5 6 3 7 7 5 5181 2 5 1 2 5 18?????????????? 則出他氣體組成： 氫氣： 10 6（ kmol） （ 10 6 Kg） 水氣： 10 6（ kmol） （ 10 10 6= 10 6 Kg） 其他氣體： 12755（ kmol）（ 1275529=369895 Kg） 表 31 第一段洗滌塔總物料衡算表 名稱 進一段洗滌冷卻塔（ kg） 出一段洗滌冷卻塔（ kg） 氫氣 10 6 10 6 水汽 10 7 10 6 其他氣體 369895 369895 氫氣冷凝水量 10 6 年產 5 萬噸 100%燒堿氫氣處理中 氫氣： 10 6（ kmol） 一段進塔氫氣中含水汽含量： 10 6（ kmol） 一段出塔氫氣中含水總量： 10 6（ koml） 其它氣體： 12755（ kmol） 查相關數據得：相關熱力數據表 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 12 32 相關熱力數據 物料與項目 單位 溫度（℃） 80 50 30 氫氣比熱容 （ KgK ） 水蒸氣比焓 KJ/Kg 其他氣體比焓（空氣） （ KgK ） 水的飽和蒸汽壓 (絕壓 ) Kgf/cm2 入塔氣體帶入熱量 Q1=(80+273)10 6 =10 9 KJ Q2=10 7 =10 10 KJ Q3=(80+273) 369895 =10 8 KJ 冷卻 水帶出熱量 設冷卻水量為 W2 kg,溫度 25℃ ， 冷卻水 出塔溫度為 35℃ ；此時出塔冷卻水比熱熔約為 1 KJ/（ Kg K）。 則出塔 水量： W2+W1=W2+10 6 冷卻水帶入熱量： Q4=W2( 273+25) 1 冷卻水帶出熱量： Q5=(W2+10 6)( 273+35) 1 出塔氣體帶出熱量 Q6=(273+35)10 6= 10 9 KJ 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 13 Q7=10 6 =10 9KJ Q8= (273+50)369895= 10 8 KJ 一段洗滌塔的熱量守恒的計算 則 ? Q 進 =? Q 出 ∴ Q 1+Q2+Q3+Q4 = Q5+Q6+Q7+Q8 10 9+10 10+10 8+W2( 273+25) 1 =(W2+10 6)( 273+35) 1 +10 9+10 9+10 8 21010 1 7 W???? ∴W 2=10 8 kg 即：進入系統水量為 10 8 kg , 出系統冷卻水量為： 10 8+10 6=10 8 kg 冷卻水帶入熱量： 10 8( 273+25) 1 = 10 11KJ 冷卻水帶出熱量 ： (10 8+10 6) ( 273+35) 1 =10 11KJ 一段洗滌塔熱量衡 算表 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 14 表 33 一段洗滌塔總 熱量 衡算表 輸入 輸出 物料名稱 數量 (Kg) 熱量 (KJ) 物料名稱 數量 (kg) 熱量 (KJ) 氫氣 10 7 10 9 氫氣 10 7 10 9 水汽 10 7 10 10 水汽 10 6 10 9 其他氣體 369895 10 8 其他氣體 369895 10 8 冷卻水 10 8 10 11 冷卻水 10 8 10 11 的 物料衡算 物料衡算 的 計算依據 （ 1） 電解氫氣經二段洗滌冷卻溫度從 50℃ 降至 30℃ 。（ 30℃ 時的飽和水蒸汽壓為） （ 2）干氫氣純度 98% 物料衡算 的 計算 設二段洗滌塔使氫氣溫度由 50℃ 降至 30℃ 的冷 凝 水量為 WO 則有道爾頓分壓定律： BABAA PPnny ?? 得 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 15 ? ?KgWoWoWoWoWo66761 2 6 3 2 6 4 9 7 0 6 61 7 6 0 3 2 186 3 7 7 5 18????????????????? 則 其 他氣體組成： 氫氣： 625000（ kmol） （ 10 6 Kg） 水汽： 28889 （ kmol） （ 10 10 6=10 6Kg） 其