【正文】 氯氣的凈化 氯氣離開冷卻塔，干燥塔或壓縮機(jī)時，往往夾帶有液相及固相雜質(zhì)。 2 工藝流程的確定 氯處理工藝流程 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。 四川 理 工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 第二章 氯氣工藝計算 一 .氯氣處理工藝流程 氯氣處理工藝流程見下，據(jù)此進(jìn)行物料衡算和熱量衡算。進(jìn)入第一鈦冷卻器冷卻至 46℃，再經(jīng)過二鈦冷卻器冷卻至 18℃。 二 .計算依據(jù) 1． 生產(chǎn)規(guī)模： 200kt/a100%NaOH； 2．年生產(chǎn)時間（按年工作日 330 天計算）： 330 24=7920 小時； 3．計算基準(zhǔn)：以生產(chǎn) 1t100%NaOH 為基準(zhǔn)； 4．來自電解工序濕氯氣的工藝數(shù)據(jù)見下表： 第一篇 氯氣處理 9 表 21 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(shè)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 —— 三 . 工藝計算 （一）第一鈦冷卻器 1．計算依據(jù) ⑴ 假設(shè)濕氯氣經(jīng)電解到氯處理室，溫度由 90℃降至 80℃，進(jìn)入氯處理系統(tǒng)。 ⑶由資料查知相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)： 氯氣在水中溶解度： 80℃ : kg/kgH2O 56℃ : kg/kgH2O 水蒸汽分壓： 80℃ : 46℃: 水的比熱： 50℃: (g℃) 表 22 相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù) 物料與項目 單 位 溫 度 ℃ 80 46 氯氣比熱容 Kcal/(mol由于系統(tǒng)總壓為－ ，所以計算時可視為 。 定性溫度 : T =（ t2＋ t1） /2 =（ 20＋ 30） /2 =25℃ Q =WCCPC(t2－ t1) (2— 1) 其中， Q—— 傳熱速率， W WC—— 流體質(zhì)量流量， kg/s CPC—— 流體比熱容， kJ/(kg?℃ ) t—— 溫度，℃。 ⑵ 氯水溫度為 20℃。 ⑷由資料查得相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下： 氯氣在水中溶解度： 20℃: kg/kgH2O 氯氣比熱容： 18℃: kcal/(mol ℃) 水的比熱： 6℃ : J/（ g?℃ ） 2．物料衡算 ⑴設(shè)在第二鈦冷卻器總冷凝水量為 W3kg， 其阻力降為 60 （ 60 mmH2O）， P 總 =－ 60 103= kpa 則由道爾頓定律有：182915710 .0 0 7 2 9 W 38 8 4 .1 4 718????? 解得 W3= 溶解氯氣量： = 氯水總量： += 因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為： 氯氣 － = 水蒸氣 － = 不凝氣 15kg ⑵物料衡算表 1t100%NaOH 為基準(zhǔn) 表 26 第二鈦冷卻器物料衡算表 名稱 進(jìn)第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH 出第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH 氯氣 水蒸汽 不凝氣 15 15 氯水 —— 總計 第一篇 氯氣處理 13 表 27 第二鈦冷卻器總物料衡算表 名稱 進(jìn)第二鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH 出第二鈦冷卻器 kg/t 100％ NaOH 氯氣 176829400 176800800 水蒸氣 5191400 1269800 不凝氣體 3000000 3000000 氯水 —— 3950200 總計 185020800 185020800 3．熱量衡算 ⑴氣體帶入熱量 若不考慮管道散熱，則物料帶入熱量等于物料出一段鈦冷卻器的熱量，即 ： Q5=19883kJ ： Q6=67099kJ ： Q7＝ 617kJ 溶解熱： Q8＝ 103 ＝ 44kJ Σ Q=19883+67099+617+44＝ 87643kJ ⑵氣體帶出熱量 ： q5＝ 18 ＝ 7720kJ ： q6＝ ＝ 16091kJ ： q7＝ 15 18＝ 273kJ ： q8＝ 20＝ 1652kJ Σ q＝ 7720+16091+273+1652＝ 25736kJ ⑶冷凍水用量 冷凍水進(jìn)口溫度為 4℃，出口溫度為 8℃，則二段冷卻器冷凍水用量為： WC2= Q/ CPC(t2－ t1) =)48( 2573687643 ?? =3685 ㎏ 冷凍水帶入熱量： 3685 4＝ 61907kJ 冷凍水帶出熱量： 3685 8＝ 123813kJ ⑷第二鈦冷卻器熱量衡算表 表 28 第二鈦冷卻器熱量衡算表 輸入 輸出 物料名稱 數(shù)量 kg 熱量 kJ 物料名稱 數(shù)量 ㎏ 熱量 kJ 氯氣 19883 氯氣 7720 水蒸氣 67099 水蒸氣 16091 不凝氣體 15 617 不凝氣體 15 273 溶解熱 —— 44 氯水 1652 冷凍水 3685 61907 冷凍水 3685 123813 總計 10 5 總計 10 5 四川 理 工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 （三）硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔） 1．計算依據(jù) ⑴ 入塔硫酸濃度 80％，溫度為 15℃，出塔硫酸濃度 60％，溫度為 30℃。 2．物料衡算 ⑴計算中忽略氯氣在硫酸中的溶解損失，設(shè)每千克 80％的硫酸吸收的水分為W3kg，則 W3＝ 80/60－ 1＝ 設(shè)干燥所需 80％硫酸量為 W4㎏ ,則 WW??? ?＝ 解得 W4＝ ㎏ 假定各種因素造成硫酸的損耗為 15％， 則需硫酸量為： ＝ ㎏ 填料塔流出的稀酸量為： ＋ ＝ ㎏ 干燥后氯氣中含水量： － ＝ ㎏ 出填料塔氣體 組分為： 氯氣 ㎏ 水蒸氣 ㎏ 不凝氣體 15㎏ ⑵物料衡算表 1t100%NaOH 為基準(zhǔn) 表 29 硫酸干燥塔（填料塔）物料衡算表 名稱 進(jìn)填料塔 kg/t 100％ NaOH 出填料塔 kg/t 100％ NaOH 氯氣 884． 004 884． 004 水蒸氣 6． 349 0． 085 不凝氣體 15 15 硫酸 21． 613 27． 877 總計 926． 966 926． 966 表 210 硫酸干燥塔（填料塔）總物料衡算表 名稱 進(jìn)填料塔 kg/t 100％ NaOH 出填料塔 kg/t 100％ NaOH 氯氣 176800800 176800800 水蒸氣 1269800 17000 不凝氣體 3000000 3000000 硫酸 4322600 5575400 總計 185393200 185393200 第一篇 氯氣處理 15 （四）硫酸干燥塔Ⅱ（泡罩塔） ⑴ 進(jìn)塔硫酸濃度為 98％，溫度為 13℃；出塔硫酸濃度為 75℃，溫度為 28℃ 。 2．物料衡算 ⑴設(shè)每千克 98％硫酸吸收的水分為 W5㎏ ,則 W5＝ － 1＝ ㎏ 設(shè)干燥所需 98％流酸為 W6㎏， WW??? ?＝ 10－ 5 解得 W6= ㎏ 假設(shè)各種因素造成的硫酸損耗為 15％， 則需硫酸量為： ＝ ㎏ 泡罩塔流出稀酸的量為： ＋ ＝ ㎏ 干燥后氯氣含水量為： － ＝ ㎏ 出 泡罩塔氣體組分為： 氯氣 ㎏ 水蒸氣 ㎏ 不凝氣體 15 ㎏ ⑵氯氣純度 :29151800 7100 47100 4?? 100%=96% (V/V) ⑶物料衡算表 1t100%NaOH 為基準(zhǔn) 表 211 硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算表 名稱 進(jìn)泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 出泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 氯氣 884． 004 884． 004 水蒸氣 0． 085 0． 0083 不凝氣體 15 15 硫酸 0． 2875 0． 3642 總計 899． 3765 899． 3765 四川 理 工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 表 212 硫酸干燥塔（泡罩塔）總物料衡算表 名稱 進(jìn)泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 出泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 氯氣 176800800 176800800 水蒸氣 17000 1660 不凝氣體 3000000 3000000 硫酸 57500 72840 總計 179875300 179875300 第一篇 氯氣處理 17 第三章 主要設(shè)備設(shè)計及選型 一 . 第一鈦冷卻器 1．確定設(shè)計方案 從電解槽出來的氯氣，一般溫度較高，并伴有大量水蒸氣及鹽霧等雜質(zhì)。所以決定選用鈦材料的列管作換熱管，冷卻水走殼程，濕氯氣走管程，并且采用逆流流向。 2．確定物性數(shù)據(jù) ⑴流體平均溫度 Tm和 tm Tm1＝（ Ti＋ To） /2＝（ 80＋ 46） /2＝ 63℃ tm1＝（ ti＋ to） /2＝（ 20＋ 30） /2＝ 25℃ ⑵平均溫度下的物性數(shù)據(jù) 表 31 物性數(shù)據(jù) 物料 項目 單位 數(shù)據(jù) 物料 項目 單位 數(shù)據(jù) 水 密度 g/cm3 氯 氣 密度 Kg/m3 粘度 pa?s 粘度 p 107 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m?℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) Kcal/(m?h?℃ ) 比熱容 J/(g?℃ ) 比熱容 Cal/(mol?℃ ) 水 蒸 氣 密度 Kg/m3 不 凝 氣 體 密度 Kg/m3 粘度 Kgf?s/m2 106 粘度 Kgf?s/m2 導(dǎo)熱系數(shù) Kcal/(m?h?℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m?℃ ) 比熱容 Kcal/(kg?℃ ) 比熱容 Kcal/(kg?℃ ) μ 平 ＝ 10－ 7 ％ + 10－ 6 ％ + 10－ 6 ％＝ 10－ 6pa?s ρ 平 ＝ ％ + ％ + ％＝ ㎏ /m3 λ 平 ＝ 10－ 2 ％ + 10－ 2 ％ + 10－ 2％＝ 10－ 2kcal/(m?? h?℃ )＝ 10－ 2w/(m?℃ ) Cp 平 ＝ 71 ％ + ％ + ％＝(kg?℃ )=(g?℃ ) 四川 理 工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 3．設(shè)計計算 ⑴ 計算依據(jù)：由《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》中查知，第一鈦冷卻器的總傳熱系數(shù)范圍在 350— 550 kcal/(m2?? h?℃ )，即 — w/(m2?℃ ) ⑵ 熱負(fù)荷 Q Q =(546268126927) 202100/7920 =10589419kJ/h = ⑶ 假設(shè) k=500 w/(m2?℃ ) 則估算的傳熱面積為 A=Q/KΔ tm (31) 其中， Q—— 換熱器熱負(fù)荷， W K—— 總傳