【正文】 算填料層壓降：當縱標=, 橫標（）=，查圖可知塔內(nèi)操作條件下的壓強降為Δp/z=200Pa/m.則全塔填料壓降Δp=2006=1200Pa 塔附屬高度塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。 本設計填料采用Ф73273梅花環(huán)CPVC（亂堆）填料，塔體材料選用PFR/PVC復合材料 [13]。 一段干燥塔（填料吸收塔） 一段干燥塔的主要任務是濃硫酸吸收氯氣中的水分，干燥塔形式采用填料塔，濃硫酸吸水是強放熱反應，但考慮到實際操作中所吸水相對量比較少， kg/h ， kg/s。=第四章 設備設計及選型本項目流程中包含多種設備，塔、換熱器、捕霧器、泵、壓縮機等。= 二段干燥塔采用溫度為14℃的93%濃硫酸對一段干燥塔來的20℃濕氯氣進行吸水干燥，塔頂濃硫酸一次溢流過5層泡罩塔板后進入填料層，塔底硫酸經(jīng)硫酸循環(huán)泵打入塔中部進入填料層循環(huán)利用，在二段干燥塔中，除水量較少，假設其為等溫干燥，干燥后的硫酸與氯氣溫度均為20℃。定性溫度T=（8+12）/2=10，查閱《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》[11]，10℃時，10%氯化鈉溶液的比熱容 C=根據(jù)熱量守恒：Q= WcCpc(T2－T1) 則有 = Wc（128）解得 Wc = 在一段干燥塔中，進塔物流為冷卻器冷卻后經(jīng)水霧捕集處理過的含水氯氣，溫度為15℃，經(jīng)14℃硫酸噴淋干燥后出口氯氣與硫酸溫度均上升至20℃。C6= kJ/kg(4)F7 混合物流比熱容：cm=cs+Xcw查表39，15℃時：cm= += kJ/kg(5)熱物流熱量交換ΔH5=（++29）= kJ/h；ΔH6== kJ/h；ΔH7=（++29）= kJ/h；ΔHQ=(ΔH6+ΔH7ΔH5)= kJ/h；由熱物流熱量損失可得到換熱器熱負荷Q=247。冷流體為進口溫度8℃冷凍鹽水，由于濕氯氣具有一定的腐蝕性，為了保證設備使用的安全性，則濕氯氣走管程，冷凍鹽水走殼程。查《化工熱力學》[11]得水的Cp= kJ/kg由公式： Q=∑miCpΔt≈ m3,bCp,bΔt得 n3,b= ==由表31可知：T=65℃時，氯氣的溶解度S=則 ==，可求得 n3,a= kmol/h.氯水箱循環(huán)水量 F3==換熱器是化工廠最常用的主要設備之一，它主要的作用就是進行熱量的交換。該冷卻器熱負荷Q=247。假設此系統(tǒng)可忽略熱量損失。輸入系統(tǒng)的熱量，由90℃濕氯氣帶入熱量，冷卻器冷凝氯水F6帶入熱量；輸出系統(tǒng)的熱量，出塔45℃濕氯氣F5帶走熱量，排出氯水帶走熱量，如圖37。 (3) 最終計算出所需的熱量和費用，判定工藝過程的經(jīng)濟性。如圖36： F15 18℃組合塔 F12 F14 F11 F13 圖36 二段組合干燥塔忽略氯氣在濃硫酸中的溶解，各物料的衡算式 ∑ni，入=∑ni，出，Cl2: n8,a=n15,a=H2O: n12,b+n11,b =n13,b+n15,b 即 +n12,b=+n13,b ………………①AIR: kmol/h在實際生產(chǎn)中，用93%濃硫酸作為干燥劑，對濕氯氣進行干燥，當硫酸降為75%%、75%的硫酸中純硫酸物質(zhì)的量為 N kmol/h.（分子量M=）則： =93%（N+n12,b） ……………② =75%（N+n13,b） ……………③ 解①～③方程可得： N=, n12,b=, n13,b=則 93%硫酸的質(zhì)量流量為：L1=NM(H2SO4)+M(H2O)n10,b=+= kg/h.75%硫酸的質(zhì)量流量為：L2=NM(H2SO4)+M(H2O)n9,b=+= kg/h.表38 二段組合干燥塔的物料平衡表輸入(FF10)輸出(FF11)組分質(zhì)量/（kg/h）組分質(zhì)量/（kgl/h）Cl2:H2O:=(+)=Cl2:H2O:=(+)=AIR:H2SO4: 29==AIR:H2SO4:29==總計：總計：從表中可知填料干燥塔濃硫酸的除水能力為： kg/h，%. 熱量衡算 系統(tǒng)的熱量衡算熱量守恒為理論基礎，研究某一系統(tǒng)內(nèi)各類型的熱量的變化對后續(xù)計算提供依據(jù)：(1) 確定流程中機械所需的功率，為設備設計和選型提供依據(jù)。忽略氯氣在濃硫酸中的溶解，各物料的衡算式 ∑ni，入=∑ni，出，Cl2: n8,a=n11,a=H2O: n8,b+n10,b=n9,b+n11,b 9. 70+n10,b= +n9,b ……………①AIR: kmol/h在實際生產(chǎn)中，為防止冬季硫酸結(jié)冰，用93%濃硫酸作為干燥劑，對濕氯氣進行干燥，當硫酸降為75%時進行外排。在這里主要計算干燥塔上頂?shù)某隹谖锪辖M成，濃硫酸的質(zhì)量消耗流量，稀硫酸的質(zhì)量排放流量。氯水箱 F2 F3 F6 F1圖34 氯水箱物料衡算系統(tǒng)對該系統(tǒng)混合物各組分進行物料衡算：∑ni入=∑ni出Cl2: n2,a+n6,a =n1,a+n3,a n2,a += + ……………①H2O: n2,b+n6,b =n1,b+n3,b n2,b += + ……………②由①～②方程得：n2,a= kmol/h；n2,b=表35 氯水箱物料平衡表輸入（FF6）輸出(FF3)組分質(zhì)量/（kg/h）組分質(zhì)量/（kg/h）Cl2H2O(+）=(+)=Cl2H2O(+)=(+)=總計總計以上的計算過程中進、出洗滌塔的各物料的數(shù)據(jù)都已求得，由表36可知，洗滌塔各物料守衡。 F7(15℃)水霧除霧器 F8 (15℃) 圖33 水霧除霧器物料衡算系統(tǒng)則濕氯除霧器的物料衡算： FIN=FOUT由于該系統(tǒng)無化學反應發(fā)生，則：∑ni入=∑ni出即： F7,i=F8,i ；Cl2: n7,a= n8,a= kmol/h；H2O: n7,b= n8,b= kmol/h；AIR : n7,c=n8,c= 0kmol/h；氯水箱是為氯水洗滌塔提供循環(huán)氯水，并收集因為保持洗滌塔液位排出洗滌塔的循環(huán)氯水與冷卻器冷凝下來的氯水。在氯堿工業(yè)中，冷卻器是不可缺少的設備，冷卻器的主要作用是降低混合氣的溫度，即可降低水蒸氣的飽和蒸汽壓，使水蒸氣形成液態(tài)水排除出，本設計中鈦列管冷卻器熱物流為來自洗滌塔直接降溫后的45℃濕氯氣，冷物流選用8℃的冷凍鹽水（NaCl溶液），冷卻后凝結(jié)的水分由管箱排液空排往氯水箱；控制冷卻器的出口溫度為15℃（指標范圍12～18℃），不能過低，堵塞管道如圖32。表32 洗滌塔至水霧捕集器物料平衡表輸入（F0）輸出（FF7）組分質(zhì)量kg/h組分質(zhì)量kg/hCl2H2O==Cl2H2O(+)=(+)=AIR29=AIR29=總計總計從物料計算數(shù)據(jù)中可見，水的飽和蒸汽壓與溫度是成正比關系的，冷卻后的溫度越低，含水量就越少，含水量少對氯氣干燥越有利，同時對降低硫酸消耗量也有利。以表11中濕氯氣組成為設計數(shù)據(jù)來源，本設計為80kt/a燒堿裝置，按年生產(chǎn)時間8000h計算，則進入洗滌塔前的混合濕氯氣物料總量：n總=302kmol/h其中nCl2= kmol/h nH2O= kmol/h nAIR= kmol/h 將洗滌塔至水霧捕集器前的整個系統(tǒng)看做一個整體進行物料衡算，冷卻器的冷物流走殼程，不參與物流交換，則輸入該系統(tǒng)的物料只有來自電解槽的90℃濕氯氣F0，輸出該系統(tǒng)的物料有氯水箱外排氯水F冷卻器出料F7，如圖31。為了計算的簡潔和方便，按理想化狀態(tài)，忽略了氣體中夾帶的少量液態(tài)水霧和泡沫。在計算中，按理想狀態(tài)下，忽略了混合氣體中夾帶的少量泡沫和水霧，經(jīng)過冷卻器出來的各組分全部以氣體的形式存在，則物流經(jīng)過除霧器后可忽略各組分的微小變化。該系統(tǒng)中氯水冷卻器、硫酸冷卻器以及透平機等設備物料均為一進一出，假設系統(tǒng)無泄漏，故不需對這些設備進行物料衡算；只需對塔設備與其他多進多出的設備進行物料衡算。 物料衡算 系統(tǒng)的物料衡算以質(zhì)量守恒為理論基礎，研究某一系統(tǒng)內(nèi)進出物料量及組成的變化，即： 系統(tǒng)累計的質(zhì)量=輸入系統(tǒng)的質(zhì)量 輸出系統(tǒng)的質(zhì)量+反應生成的質(zhì)量 反應消耗的質(zhì)量 假設系統(tǒng)無泄漏，有:dF/dt=FINFOUT+CRCR當系統(tǒng)無化學反應發(fā)生時，有:dF/dt=FINFOUT在穩(wěn)定狀態(tài)下，有： dF/dt=FINFOUT=0，F(xiàn)IN=FOUT注：FIN—進入系統(tǒng)的物料流率； FOUT—流出系統(tǒng)的物料流率； CR—反應產(chǎn)生物料速率； CR—反應消耗物料速率。四川理工學院本科畢業(yè)設計 第三章 工藝計算第三章 工藝計算本設計采用直接與間接冷卻相結(jié)合，二段復合干燥的工藝處理氯氣。然后再次被抽吸進入第二級進口，經(jīng)過葉輪壓縮以后，氣相的溫度上升同時靜壓能再次增高，被引出進入級間冷卻器，將氯氣溫度冷卻至常溫。經(jīng)過處理凈化后的氣相氯氣中所含水分已經(jīng)低于100ppm、不含酸霧，完全適用于氯氣的壓縮輸送之用[10]。 壓縮部分氯氣的壓縮輸送方式是很多的，可以采用離心式鼓風機、“液環(huán)式”壓縮機、往復式壓縮機、螺桿式壓縮機以及離心式壓縮機等；本設計中采用離心壓縮機輸送。因為要確保在壓縮機的流體通道內(nèi)不結(jié)垢、流體通道暢通，使輸送氣量不受影響是十分重要的。硫酸溶液的結(jié)晶溫度約束見表22。對于硫酸濃度與塔操作溫度的控制也有要求，硫酸溶液的濃度在85%，℃就會產(chǎn)生H2SO4 ? 2H2O；H2SO4 ? H2O 的結(jié)晶，使管道、設備發(fā)生結(jié)晶體的堵塞，因此硫酸溶液的冷卻溫度以10℃為好。二段干燥選用泡罩+填料組合塔，因為二段干燥塔要有足夠的塔板數(shù)保證干燥質(zhì)量，且泡罩塔有較好的操作彈性，工藝要求氯氣處理工序具有較大的操作彈性；通過泡罩塔調(diào)節(jié)后在在下段填料塔強化吸收，以達到最優(yōu)的干燥效果，最終的氯氣出塔溫度為20℃，含水量在30ppm。從計算分析來看，一段填料塔的穩(wěn)定操作是影響干燥質(zhì)量的關鍵因素，特別是出塔氯氣溫度20℃與30℃時質(zhì)量分數(shù)為75%的硫酸表面的水蒸氣分壓相差一倍，這也是一段干燥塔選用填料塔而不用板式塔的原因。在1段干燥塔中可以除去冷卻后剩余水分的百分之七十五左右。本設計中采用組合強化的干燥工藝，干燥出口的氯氣溫度不會超過20℃；干燥出口的氯氣含水分降低到50ppm 以下，甚至15ppm 以下[8]。干燥脫水后，氣相最終的含水分量往往取決于最后一個接觸容器中硫酸液面上的水蒸汽分壓，就是說取決于進入最后一個傳質(zhì)吸收容器的干燥劑硫酸的濃度和溫度，才能使氯氣中含水分量達到工藝要求。依據(jù)“先冷卻、后干燥”的工藝原理，干燥脫水是氯氣處理的主要單元操作。在冷卻結(jié)束，氯氣中還夾帶少量水霧與鹽沫，采用水霧除霧器捕集后再進入干燥塔進行干燥。因此濕氯氣的溫度不可無限制降低，應有適度，最佳的進干燥塔溫度是12 ～ 18℃[8]。按照降低氣相的溫度能夠減少“含濕量”的觀點，即氣相的溫度越低，氣體中水蒸氣分壓也越低，所含水分也就越少。表21不同溫度下飽和濕氯氣中的水蒸汽分壓和含水量溫度 ℃水蒸汽分壓 mmHg水蒸汽含量 g/l1kg 氯氣中水蒸汽含量 g10152030405060130701981128029321990424571955051278在直接冷卻后，%，再通過進入鈦列管冷卻器，用8℃的10%NaCl冷凍鹽水進行間接冷卻，使溫度下降到15℃，%。以電解槽陽極出口氯氣溫度為90℃，經(jīng)自然冷卻后降到85℃，每千克濕氯氣中所含的水分為395 克。一般來說，在壓力相同的情況下，溫度較高的氣體中含水量要大于溫度較低的氣體，詳見表21。在不同的壓力和溫度的情況下，氣體中的含濕量（又稱為水蒸汽分壓）是不同的。圖21