烧碱装置氯气氢气处理工序初步设计doc.docx
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烧碱装置氯气氢气处理工序初步设计doc
河南化工学院
毕业设计〔论文〕说明书
200kt/a烧碱装置氯气、氢气处理工
序的初步设计
化学工程系应用化工082班
2021年9月24日
2021年
论文辩论教师
毕业设计〔论文〕任务书
学生姓名专业应用化工班级9082班
指导教师〔签名〕
题目200kt/a烧碱装置氯气、氢气处理工序的初步设计
原始数据
200kt/a烧碱装置Cl2、f处理，年工作日330天，其余数据以工厂实际收集数据为准。
说明书内容：
1•进行工序工艺流程设计，绘制带控制点的工艺流程图；
2.进行工序物料、热量衡算，并编制物、热平衡数据表；
3•进行工序设备设计或选型，编制设备一览表；
4.绘制主要设备的设备图；
5.编制工序初步设计说明书。
图纸要求
学生综合训练方面的要求：
完成期限：
2021年9月24日至2021年11月2日
教研室主任：
〔签名〕
第一篇氯气处理1
第一章总论1
一概述1
二氯气处理的任务和方法1
三工艺流程简介
第二章氯气工艺计算
氯气处理工艺流程
计算依据
三工艺计算
〔一〕第一钛冷却器5
〔二〕第二钛冷却器8
〔三〕硫酸枯燥塔1〔填料塔〕10
〔四〕硫酸枯燥塔U〔泡罩塔〕11-
第三章主要设备设计及选型13
一第一钛冷却器13
二第二钛冷却器20
三硫酸枯燥塔1〔填料塔〕25
四硫酸枯燥塔U〔泡罩塔〕27
五除沫器
28
第二篇氢气处理
29
第一章总论
29
29
31
概述
二氢气处理工艺流程确定30
第二章工艺计算31
一氢气处理工艺流程31
计算依据
二二段洗涤塔37--
三主要管径38--■
四氢气输送设备39-
五水输送泵39-
六液圭寸循环水池39-
七氢气缓冲罐39
主要设备一览表40
设计评述41
参考文献42
第一篇氯气处理
第一章总论
概述
1.氯气
氯气CI2,分子量70.906,常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气体，有毒。
氯气对人的呼吸器官有强烈的刺激性，吸入过多时还会致死。
氯气比空气
重，约为空气的2.5倍。
氯气能溶于水，但溶解度不大，温度越高氯气在水中的溶解度越小。
氯气溶于水同时与水反响生成盐酸和次氯酸，因此氯水具有极强的
腐蚀性。
氯气在四氯化碳，氯仿等溶剂中溶解度较大，比在水中的溶解度约大20倍。
工业上利用氯气在四氯化碳中有较大溶解度这一特点，用四氯化碳吸收氯碱厂产生的所有废氯，然后再解吸回收氯气。
氯气的用途极为广泛，重要用途如：
杀菌消毒、漂白及制浆、冶炼金属、制造无机氯化物、制造有机氯化物及有机物。
2.氯碱工业在国民经济中的地位
食盐电解联产的烧碱、氯气、氢气，在国民经济的所有部门均很需要，除应用于化学工业本身外，有轻工、纺织、石油化工、有色金属冶炼和公用事业等方面均有很大用途，作为根本化工原料的“三酸二碱〞中，盐酸烧碱就占了其中两种，而且氯气和氢气还可进一步加工成许多化工产品。
所以氯碱工业及相关产品
几乎涉及到国民经济及人民生活的各个领域。
3.氯碱工业的特点
氯碱工业的特点除原料易得、生出流程短外，主要还有三个突出问题：
能量
消耗大；氯与碱的平衡；腐蚀和污染。
2.氯气处理的任务和方法
从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。
这种湿氯气，对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。
例如金属钛，聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯、玻璃钢等因而使得生产及运输极不方便。
但枯燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常情况下时较小的，所以湿氯气的枯燥时生产和使用氯气过程中所必须的。
氯气枯燥前通常先使氯气冷却，使湿氯气中的大局部水蒸汽被冷凝除去，然后用枯燥剂进一步出去水分。
枯燥后的氯气经过压缩，再送至用户。
在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。
在同一压
力下，温度愈高，含水量愈大。
其水蒸汽分压也就愈高。
为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理，要求氯气的含水量小于0.05%〔如果用透平压缩机输送氯气，那么要求含水量小于100ppn〕。
因此必须将氯气中的水分进一步除去。
在工业上，均采用浓硫酸来枯燥氯气，因为浓硫酸具有：
〔1〕不与氯气发生化学反响；〔2〕氯气在硫酸中的溶解度小；〔3〕浓硫酸有强烈的吸水性；〔4〕价廉易得；〔5〕浓硫酸对钢铁设备不腐蚀；〔6〕浓硫酸可以回收利用等特点，故浓硫酸时一种较为理想的氯气枯燥剂。
当温度一定时，硫酸浓度愈高、其水蒸汽分压愈低；当硫酸浓度一定时，温度降低，那么水蒸汽分压也降低。
也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气枯燥后的水分愈少。
但如果硫酸的温度太低的话，那么硫
酸与水能形成结晶水合物而析出。
因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。
硫酸浓度在84%寸，它
的结晶温度为+8C，所以在操作中一般将HSO温度控制在不低于10C。
此外，硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响枯燥效果的重要因素。
故用硫酸干
燥湿氯气时，应掌握以下几点：
〔1〕硫酸的浓度，〔2〕硫酸温度，〔3〕硫酸与氯气的接触面积和接触时间。
生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力，并满足用户
对氯气压力的要求。
因此在氯气枯燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。
综上所述，氯气处理系统的主要任务是：
1•氯气枯燥；
2.将枯燥后的氯气压缩输送给用户；
3.稳定和调节电解槽阳极室内的压力，保证电解工序的劳动条件和枯燥后的氯气纯度。
1氯处理工艺
根据氯处理的任务氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、枯燥脱水、净化和压
缩、输送几个局部。
⑴氯气的冷却
氯气的冷却因方式的不同，可分为直接冷却、间接冷却和氯水循环冷却三种流程。
直接冷却流程：
工艺设备投资少，操作简单，冷却效率高，但是，此流程排出的污水含有氯气，腐蚀管路，污染环境，同时使氯损失增大，且消耗大量蒸汽。
间接冷却流程：
操作简单，易于控制，操作费用低，氯水量小，氯损失少，并能节约脱氯用蒸汽。
冷却后氯气的含水量可低于0.5%。
氯水循环冷却流程：
冷却效率高，操作费用低于直接冷却法，高于间接冷却法，投资比前者告而低于后者。
缺点是热交换器所用冷却水温度要求低于15C,
因此需要消耗冷冻量并需增设氯水泵、氯水循环槽使流程复杂化。
⑵氯气的枯燥
氯气枯燥时均以浓硫酸为枯燥剂，分为填料塔串联硫酸循环流程和泡沫塔干燥流程。
填料塔串联硫酸循环流程：
该流程对氯气负荷波动的适应性好，且枯燥氯气的质量稳定，硫酸单耗低，系统阻力小，动力消耗省。
但设备大，管道复杂，投资及操作费用较高。
泡沫塔枯燥流程：
此流程设备体积小，台数少，流程简单，投资及操作费用低。
其缺点时压力降较大，适应氯气负荷波动范围小，塔板易结垢，同时由于塔酸未能循环冷却，塔温高，因此出塔氯气含水量高，出塔酸浓度高故酸耗较大。
⑶氯气的净化
氯气离开冷却塔，枯燥塔或压缩机时，往往夹带有液相及固相杂质。
管式、
丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质，能有效地去除水
雾或酸雾，净化率可达94%—99%，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。
2工艺流程确实定
氯处理工艺流程
根据以上各流程的优缺点最后确定氯气处理工艺流程如下：
两段列管间接冷
却，硫酸枯燥塔〔填料塔〕，硫酸枯燥塔〔泡罩塔〕串联枯燥流程。
此工艺效果好，氯气输送压力大，设备少，系统阻力小，操作稳定，经济性能优越。
第二章氯气工艺计算
'.氯气处理工艺流程
氯气处理工艺流程见下，据此进行物料衡算和热量衡算
干氯气
V水
图2-1氯气处理工艺流程图
湿氯气由电解到氯处理室外管道，温度由85°C降至80°C后进入氯处理系统，
有局部水蒸气冷凝下来，并溶解氯气。
进入第一钛冷却器冷却至46C，再经过
二钛冷却器冷却至18C。
然后进入一段硫酸枯燥塔，用80%硫酸枯燥脱水，出塔硫酸浓度降到60%，出塔气体最后进入二段硫酸枯燥塔，用98%硫酸枯燥脱
水，出塔硫酸浓度降到75%,此时出塔的气体含水量以完全满足输送要求，经除沫器进入透平式氯压机，经压缩后送至用户。
二.计算依据
1.生产规模：
200kt/a100%NaOH
2.年生产时间〔按年工作日330天计算〕：
330X24=7920小时;
3.计算基准：
以生产1t100%NaO为基准；
4.来自电解工序湿氯气的工艺数据见下表：
表2-1来自电解工序湿氯气的温度、压力和组成
工程
氯气
备注
工程
氯气
备注
温度，c
85
氯气，
kg/t100%NaOH
885
12.50kmol
总压〔表〕,Pa
-10
不凝性气体〔假设为空气，下同〕kg/t100%NaOH
15
0.52kmol
水蒸汽，
kg/t100%NaOH
310
成分，％干基〕
〔v/v〕
96
气体总量，
kg/t100%NaOH
1187
〔一〕第一钛冷却器
1•计算依据
⑴假设湿氯气经电解到氯处理室，温度由90C降至80C，进入氯处理系统⑵电解氯气经一段洗涤塔冷却，温度从80C降至46C。
⑶由资料查知相关热力学数据：
氯气在水中溶解度：
80C
0.002227kg/kgH2O
56
c
0.00355kg/kgH2O
水蒸汽分压：
80
c
45.77kPa
46C
10.1104kPa
水的比热：
50
C
4.1868J/（g•C）
25C
4.1796J/（g•C）
表2-2
相关热力学数据
物料与工程
单位
温度C
80
46
氯气比热容
Kcal/（mol•C）
8.364
8.2902
水蒸气热焓
kcal/kg
631.4
617.42
不凝气比热
kcal/kg
0.2426
0.2426
2•物料衡算
⑴设管路中冷凝下来的水量为Wikg,因氯气在水中的溶解度很小，其溶液可视为理想溶液。
由于系统总压为—98.07pa，所以计算时可视为101.227kpa由道尔顿分压定律得：
P水/P总二门水/n总
310W1
1845.77
885-0.002227W115310W1101.227
712918
解得W=117.097kg
故溶解的氯气量：
0.002227X117.097=0.26kg
氯水总重量：
117.097+0.26=117.357kg
由上述计算得知，进入第一钛冷却器的气体组分为：
氯气885—0.26=884.74kg
水蒸气310—117.097=192.903kg
不凝气体15kg
⑵氯气在一段钛冷却器中温度从80E降至46E
设在第一钛冷却器中冷凝的水量为Wkg,其阻力降为35X9.81pa（35mmH）,那么出口氯气的总压为-40X9.81Pa
P总=101.227—35X9.81X10-3=100.933kpa
192.903W2
根据道尔顿定律有：
1810.1104
884.74-0.00355W215192.903W2100.933
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