【文章內(nèi)容簡介】 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。此外還用于煉鎢、生產(chǎn)多晶硅以及有機化合物的加氫等。 化學(xué)性質(zhì) （ 1）氫氣具有可燃性， 當(dāng) 它 不純凈時燃燒反應(yīng)發(fā)生爆炸 ； 但 是 其純度很高時能在空氣里安靜的燃燒 。 （ 2）氫氣具有還原性，它能與某些金屬氧化物反 應(yīng)使金屬還原。 （ 3）氫氣具有穩(wěn)定性，氫氣在常溫下的化學(xué)性質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)物是水且污染少。液態(tài)的氫是一種高能燃料，年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 2 可供發(fā)射火箭、宇宙飛船、導(dǎo)彈等使用。氫氣做為燃料具有很好的發(fā)展前途。同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(chǎn)中所產(chǎn)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(zhì)。 （ 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 11 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(zhì)這些雜質(zhì)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(zhì)的目的 以提高氫氣的純度和利用價值。 氫氣處理的工藝流程 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(shè)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(jīng)氫氣緩沖罐后進入一段洗滌塔洗去一部分的雜質(zhì)及使氫氣冷卻至 50℃ 后在經(jīng)二段洗滌塔除雜質(zhì)及冷卻至 30℃ ，之后再經(jīng)過 絲網(wǎng) 除霧器 除去鹽和堿的霧沫后，用羅茨鼓風(fēng)機抽送至 分配臺進行下一階段的分配。 氫氣處理工藝流程簡圖 氫氣處理工藝流程圖見下，據(jù)此進行物料衡算和熱量衡算： 年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 3 濕氫氣緩沖罐一段洗滌塔二段洗滌塔除霧器去用戶 氫 氣處理中的工藝指標(biāo) （ 1） 氫氣純度指標(biāo)：﹥ 98％ （ 2） 冷卻水溫度； 25℃ 2 工藝計算 一段洗滌塔的 物料衡算 [1] 一段洗滌塔的 物料衡算基準(zhǔn) （ 1） 以生產(chǎn) 5 萬噸 100％ NaOH 為基準(zhǔn) 有化學(xué)方程式： 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ 240 2 5 107 m 計算可得 ： m= 402 1052 7??? =107（ Kg） m— 生產(chǎn) 5 萬噸燒堿的 H2 的 質(zhì)量 （ 2） 經(jīng)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(guān)數(shù)據(jù)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(shè)出槽氫氣（ 80℃ ）中的水汽含量為 X； 年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 4 據(jù)道爾頓分壓定律 [1]：BABAA PPnny ?? 得 KgXXXXXXXX777181811818??????????????????????? 則出槽氣體組成： 氫氣： 106Kmol 107Kg 水汽： 106Kmol 107Kg 其他氣體： 12755Kmol 369895Kg 一段洗滌塔的物料衡算 計算 （ 1） 據(jù)公式： n= Mm 得 212500002 ?Hn =106(Kmol ) 其他氣體組成： 12 75 50 00 0 ?? （ kmol） （ 2） 根據(jù) 道爾頓分壓定律計算水量：設(shè)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：（ 107W） /18 氣體的 分子總數(shù)為： 76 W???? ? 據(jù)道爾頓分壓定律 [7]：BABAA PPnny ?? 年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 5 KgWWWWW67777 6 946 8087 444 1328 390 9407 1 6 377 55181 1 101 18?????????????? 則出他氣體組成： 氫氣： 106（ kmol） （ 106 Kg） 水氣： 106（ kmol） （ 106= 106 Kg） 其他氣體： 12755（ kmol） （ 1275529=369895 Kg） 表 21 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 106 106 水汽 107 106 其他氣體 369895 369895 氫氣冷凝水量 106 年產(chǎn) 5 萬噸 100%燒堿氫氣處理中 氫氣： 106（ kmol） 一段進 塔 氫氣中含水 汽含 量： 106（ kmol） 一段出塔氫氣中含水總量： 106（ koml） 其它氣體 ： 12755（ kmol） 一段洗滌塔 熱量衡算 查相關(guān)數(shù)據(jù)得：相關(guān)熱力數(shù)據(jù)表 【 1】 【 8】 年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 6 22 相關(guān)熱力數(shù)據(jù) 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)106=109 KJ Q2=107=1010 KJ Q3=(80+273)369895=108 KJ 冷卻水帶出熱量 設(shè)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/（ KgK） 。 則出塔 水量： W2+W1=W2+106 冷卻水帶入熱量： Q4=W2(273+25) 1 冷卻水帶出熱量： Q5=(W2+106)(273+35)1 出塔氣體帶出熱量 Q6=(273+35)106=109 KJ Q7=106=109KJ Q8= (273+50)369895=108 KJ 一段洗滌塔的熱量守恒 的計算 則 ? Q 進 =? Q 出 ∴ Q1+Q2+Q3+Q4 = Q5+Q6+Q7+Q8 109+1010+108+W2(273+25)1 =(W2+106)(273+35)1+109+109+108 年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 7 21010 1 7 W???? ∴ W2=108 kg 即：進入系統(tǒng)水量為： 108 kg , 出系統(tǒng)冷卻水量為： 108+106=108 kg 冷卻水帶入熱量： 108( 273+25) 1= 1011KJ 冷卻水帶出熱量 (108+106) ( 273+35)1=1011KJ 一段洗滌塔熱量衡 算表 表 23 一 段洗滌塔總 熱量 衡算表 輸入 輸出 物料名稱 數(shù)量 (Kg) 熱量 (KJ) 物料名稱 數(shù)量 (kg) 熱量 (KJ) 氫氣 107 109 氫氣 107 109 水汽 107 1010 水汽 106 109 其他氣體 369895 108 其他氣體 369895 108 冷卻水 108 1011 冷卻水 108 1011 二段洗滌塔 的 物料衡算 物料衡 算 的 計算依據(jù) （ 1） 電解氫氣經(jīng)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(shè)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 [1]：BABAA PPnny ?? 得 年產(chǎn)五萬噸燒堿氫處理工序初步設(shè)計 8 ? ?KgWoWoWoWoWo667618???