【文章內(nèi)容簡介】 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，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。同北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(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 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(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。 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。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 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： 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(biāo)：﹥ 98％ （ 2）冷卻水溫度； 25℃ 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(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↑ + C l2↑ 240 2 510 7 m 計算可得： m= 402 1052 7??? =10 7（ 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； 據(jù)道爾頓分壓定律： BABAA PPnny ?? 得 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(jù)公式： n=Mm 得 212500002 ?Hn =106(Kmol ) 其他氣體組成： 127 0000 ?? （ 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：（ 10 7W） /18 氣體的分子總數(shù)為： 76 W???? ? 據(jù)道爾頓分壓定律： BABAA PPnny ?? 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(chǎn) 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(guān)數(shù)據(jù)得：相關(guān)熱力數(shù)據(jù)表 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 32 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)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(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/（ 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(xué)畢業(yè)設(shè)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(tǒng)水量為 10 8 kg , 出系統(tǒng)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(shù)量 (Kg) 熱量 (KJ) 物料名稱 數(shù)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(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： BABAA PPnny ?? 得 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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） 其他氣體： 12755（ kmol）（ 1275529=369895Kg ） 表 34 二段 洗