氯碱工艺氯气处理毕业设计Word文件下载.docx
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1.2氯气处理方法………………………………………………3
1.3氯气处理工艺流程简介……………………………………4
2氯气工艺计算………………………………………………………5
2.1.氯气处理工艺流程简图…………………………………5
2.2计算依据……………………………………………………5
2.3工艺计算……………………………………………………6
3主要设备设计及选型……………………………………………15
3.1第一钛冷却器……………………………………………15
3.1.1确定方案…………………………………………15
3.1.2确定物性参数……………………………………15
3.2第二钛冷却器…………………………………………23
3.4硫酸干燥塔Ⅰ(填料塔)…………………………………28
3.4.1填料的选择…………………………………………29
3.4.2塔径的确定…………………………………………29
3.4.3压降计算…………………………………………30
3.4.4塔高确定…………………………………………31
3.5硫酸干燥塔Ⅱ(泡罩塔)……………………………….31
3.5.1塔径的确定…………………………………………31
3.5.2塔高的确定…………………………………………32
3.6除沫器………………………………………………….32
3.6.1计算依据…………………………………………32
3.6.2计算………………………………………………32
设备一览表…………………………………………………………33
设计评述……………………………………………………………34
参考文献……………………………………………………………35
致谢………………………………………………………………36
附图………………………………………………………………37
75Kt/a烧碱装置氯气处理
摘要
烧碱装置氯气处理中主要有三个步骤,分别是冷却、干燥和输送储存。
冷却这个过程主要用的是工业用水和冷冻水和钛冷却器,干燥过程用的是浓硫酸以及填料塔、泡罩塔。
设计过程主要有物料衡算、能量衡算、设备选型的计算
关键词:
冷却,填料塔,泡罩塔,钛冷却器.
Processdsignof75kt/acausticsodaplantchlorination
Abstract
Chlorinecausticsodatreatmentplanttherearethreemainsteps,namely,cooling,dryingandtransportstorage.Thisprocessismainlyusedforcoolingindustrialwaterandchilledwaterandtitaniumcoolers,dryingprocessusingaconcentratedsulfuricacid,andpackedtower,bubblecaptower.Thedesignprocessarematerialbalance,energybalance,calculationofequipmentselection
Keywords:
cooling,packedtower,bubblecaptower,titaniumchillers
1前言
1.1概述
氯气Cl2,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搞不赢。
氯气溶于水同时与水反应生成盐酸和次氯酸,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。
1.2氯气处理方法
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。
但干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,所以湿氯气的干燥时生产和使用氯气过程中所必须的。
氯气干燥前通常先使氯气冷却,使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去,然后用干燥剂进一步出去水分。
干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,则要求含水量小于100ppm)。
因此必须将氯气中的水分进一步除去。
在工业上,均采用浓硫酸来干燥氯气,因为浓硫酸具有:
(1)不与氯气发生化学反应;
(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干燥剂。
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,则水蒸汽分压也降低。
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,即氯气干燥后的水分愈少。
但如果硫酸的温度太低的话,则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%时,它的结晶温度为+8℃,所以在操作中一般将H2SO4温度控制在不低于10℃。
此外,硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。
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。
因此在氯气干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.氯气干燥;
2.将干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干燥后的氯气纯度。
1.3氯气处理工艺流程简介
根据氯处理的任务氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分。
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,且耗费大量蒸汽。
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15℃,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氯气的干燥
氯气干燥时均以浓硫酸为干燥剂,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,且干燥氯气的质量稳定,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。
泡沫塔干燥流程:
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,干燥塔或压缩机时,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。
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,硫酸干燥塔(填料塔),硫酸干燥塔(泡罩塔)串联干燥流程。
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。
2氯气工艺计算
2.1.氯气处理工艺流程简图
氯气处理工艺流程见下,据此进行物料衡算和热量衡算。
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℃降至80℃后进入氯处理系统,有部分水蒸气冷凝下来,并溶解氯气。
进入第一钛冷却器冷却至46℃,再经过二钛冷却器冷却至18℃。
然后进入一段硫酸干燥塔,用80%硫酸干燥脱水,出塔硫酸浓度降到60%,出塔气体最后进入二段硫酸干燥塔,用98%硫酸干燥脱水,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。
2.2计算依据
1.生产规模:
75kt/a100%NaOH;
2.年生产时间(按年工作日330天计算):
330×
24=7920小时;
3.计算基准:
以生产1t100%NaOH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
项目
氯气
备注
温度,℃
85
——
氯气,kg/t100%NaOH
885
12.50mol
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
306
成分,%(干基)(v/v)
96
气体总量,kg/t100%NaOH
1187
2.3工艺计算
2.3.1第一钛冷却器计算依据
⑴假设湿氯气经电解到氯处理室,温度由90℃降至80℃,进入氯处理系统。
⑵电解氯气经一段洗涤塔冷却,温度从80℃降至40℃。
⑶由资料查知相关热力学数据:
氯气在水中溶解度:
80℃:
0.002227kg/kgH2O
50℃:
0.00393kg/kgH2O
水蒸汽分压:
80℃:
0.4829x98.1kPa
40℃:
0.0752x98.1kPa
水的比热:
4.1868J/(g·
℃)
25℃:
4.1796J/(g·
表2-2相关热力学数据
物料与项目
单位
温度℃
80
46
氯气比热容
KJ/(Kmol·
34.96
34.59
水蒸气热焓
kJ/kg
2638
2569
不凝气比热
kJ/(kg·
1.007
1.028
2.3.2第一钛冷却器物料衡算
⑴设管路中冷凝下来的水量为W1kg,因氯气在水中的溶解度很小,其溶液可视为理想溶
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