200kta燒堿裝置氯氣氫氣處理工序的初步設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） 說(shuō) 明 書(shū)200 kt/a 燒堿裝置氯氣、氫氣處理工序的初步設(shè)計(jì)目錄第一篇 氯氣處理1第一章 總論1一 概述 1氯氣處理的任務(wù)和方法三 工藝流程簡(jiǎn)介第二章 氯氣工藝計(jì)算一 氯氣處理工藝流程44二 計(jì)算依據(jù)三 工藝計(jì)算（一）第一鈦冷卻器（二）第二鈦冷卻器（三）硫酸干燥塔（填料塔）（四）硫酸干燥塔（泡罩塔）第三章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型一 第一鈦冷卻器二 第二鈦冷卻器三 硫酸干燥塔（填料塔）四 硫酸干燥塔（泡罩塔）455810111313202527五 除沫器 28第二篇 氫氣處理29第一章 總論29概述29氫氣處理工藝流程確定30第二章 工藝計(jì)算31氫氣處理工藝流程31

2、計(jì)算依據(jù)31工藝計(jì)算32（一）一段洗滌冷卻塔（二）二段洗滌冷卻塔第三章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型一 一段洗滌塔二 二段洗滌塔323436363738三 主要管徑四 氫氣輸送設(shè)備39五 水輸送泵 39六 液封循環(huán)水池39七 氫氣緩沖罐 39主要設(shè)備一覽表 4041設(shè)計(jì)評(píng)述42參考文獻(xiàn)第一篇 氯氣處理第一章 總論一 . 概述1. 氯氣氯氣 Cl2，分子量 70.906 ，常溫下，氯是黃綠色， 具有使人窒息氣味的氣體， 有毒。氯氣對(duì)人的呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激性， 吸入過(guò)多時(shí)還會(huì)致死。 氯氣比空氣 重，約為空氣的 2.5 倍。氯氣能溶于水，但溶解度不大，溫度越高氯氣在水中的 溶解度越小。 氯氣溶于水同時(shí)與水反

3、應(yīng)生成鹽酸和次氯酸， 因此氯水具有極強(qiáng)的 腐蝕性。氯氣在四氯化碳，氯仿等溶劑中溶解度較大，比在水中的溶解度約大 20 倍。工業(yè)上利用氯氣在四氯化碳中有較大溶解度這一特點(diǎn)，用四氯化碳吸收 氯堿廠產(chǎn)生的所有廢氯，然后再解吸回收氯氣。氯氣的用途極為廣泛，重要用途如：殺菌消毒、漂白及制漿、冶煉金屬、制 造無(wú)機(jī)氯化物、制造有機(jī)氯化物及有機(jī)物。2. 氯堿工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 食鹽電解聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣、氫氣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有部門(mén)均很需要，除應(yīng) 用于化學(xué)工業(yè)本身外，有輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方 面均有很大用途，作為基本化工原料的“三酸二堿”中，鹽酸燒堿就占了其中兩種，而且氯氣和氫氣還可

4、進(jìn)一步加工成許多化工產(chǎn)品。 所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。3. 氯堿工業(yè)的特點(diǎn)氯堿工業(yè)的特點(diǎn)除原料易得、生出流程短外，主要還有三個(gè)突出問(wèn)題: 能量消耗大；氯與堿的平衡；腐蝕和污染。二 . 氯氣處理的任務(wù)和方法從電解槽出來(lái)的濕氯氣，一般溫度較高，并伴有大量水蒸汽及鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣， 對(duì)鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用， 只有某些金屬材料或非金 屬材料在一定條件下， 才能耐濕氯氣的腐蝕。 例如金屬鈦，聚氯乙烯、 酚醛樹(shù)脂、 陶瓷、玻璃、橡膠、聚酯、玻璃鋼等因而使得生產(chǎn)及運(yùn)輸極不方便。但干燥的氯 氣對(duì)鋼鐵等常用材料的腐蝕在通常情況下時(shí)較小的， 所以濕氯氣的干燥時(shí)

5、生產(chǎn)和 使用氯氣過(guò)程中所必須的。氯氣干燥前通常先使氯氣冷卻，使?jié)衤葰庵械拇蟛糠炙羝焕淠ィ?后用干燥劑進(jìn)一步出去水分。干燥后的氯氣經(jīng)過(guò)壓縮，再送至用戶(hù)。在不同的溫度與壓力下氣體中的含水量可以用水蒸汽分壓來(lái)表示。 在同一壓 力下，溫度愈高，含水量愈大。其水蒸汽分壓也就愈高。為了使氯氣能用鋼鐵材料制成的設(shè)備及管道進(jìn)行輸送或處理， 要求氯氣的含 水量小于 0.05%（如果用透平壓縮機(jī)輸送氯氣，則要求含水量小于 100ppm）。因 此必須將氯氣中的水分進(jìn)一步除去。 在工業(yè)上，均采用濃硫酸來(lái)干燥氯氣，因?yàn)?濃硫酸具有：（1）不與氯氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； （ 2）氯氣在硫酸中的溶解度?。?（3） 濃硫酸

6、有強(qiáng)烈的吸水性；（4）價(jià)廉易得；（5）濃硫酸對(duì)鋼鐵設(shè)備不腐蝕； （6）濃 硫酸可以回收利用等特點(diǎn)，故濃硫酸時(shí)一種較為理想的氯氣干燥劑當(dāng)溫度一定時(shí)，硫酸濃度愈高、其水蒸汽分壓愈低；當(dāng)硫酸濃度一定時(shí)，溫 度降低，則水蒸汽分壓也降低。也就是說(shuō)硫酸的濃度愈高、溫度愈低，硫酸的干 燥能力也就愈大，即氯氣干燥后的水分愈少。 但如果硫酸的溫度太低的話， 則硫 酸與水能形成結(jié)晶水合物而析出。因此原料硫酸與用后的稀硫酸在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中， 尤其在冬季必須注意控制溫度和濃度，以防止管道堵塞。硫酸濃度在84%時(shí)，它的結(jié)晶溫度為 +8，所以在操作中一般將 H2SO4 溫度控制在不低于 10。此外， 硫酸與濕氯氣的接觸面積和

7、接觸時(shí)間也是影響干燥效果的重要因素。 故用硫酸干 燥濕氯氣時(shí)，應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)： （1）硫酸的濃度，（ 2）硫酸溫度，（ 3）硫酸與氯 氣的接觸面積和接觸時(shí)間。生產(chǎn)中使用的氯氣還需要有一定的壓力以克服輸送系統(tǒng)的阻力， 并滿(mǎn)足用戶(hù) 對(duì)氯氣壓力的要求。因此在氯氣干燥后還需用氣體壓縮機(jī)對(duì)氯氣進(jìn)行壓縮。綜上所述，氯氣處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是：1氯氣干燥；2. 將干燥后的氯氣壓縮輸送給用戶(hù)；3. 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電解槽陽(yáng)極室的壓力， 保證電解工序的勞動(dòng)條件和干燥后的氯 氣純度。三工藝流程簡(jiǎn)介1 氯處理工藝根據(jù)氯處理的任務(wù)氯處理的工藝流程包括氯氣的冷卻、 干燥脫水、 凈化和壓 縮、輸送幾個(gè)部分。 氯氣的冷卻氯氣的冷卻

8、因方式的不同， 可分為直接冷卻、 間接冷卻和氯水循環(huán)冷卻三種 流程。直接冷卻流程：工藝設(shè)備投資少，操作簡(jiǎn)單，冷卻效率高，但是，此流程排 出的污水含有氯氣， 腐蝕管路， 污染環(huán)境，同時(shí)使氯損失增大， 且耗費(fèi)大量蒸汽。間接冷卻流程：操作簡(jiǎn)單，易于控制，操作費(fèi)用低，氯水量小，氯損失少， 并能節(jié)約脫氯用蒸汽。冷卻后氯氣的含水量可低于 0.5 。氯水循環(huán)冷卻流程： 冷卻效率高，操作費(fèi)用低于直接冷卻法，高于間接冷卻 法，投資比前者告而低于后者。缺點(diǎn)是熱交換器所用冷卻水溫度要求低于15，因此需要消耗冷凍量并需增設(shè)氯水泵、氯水循環(huán)槽使流程復(fù)雜化。 氯氣的干燥氯氣干燥時(shí)均以濃硫酸為干燥劑， 分為填料塔串聯(lián)硫酸循

9、環(huán)流程和泡沫塔干 燥流程。填料塔串聯(lián)硫酸循環(huán)流程： 該流程對(duì)氯氣負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)性好， 且干燥氯氣 的質(zhì)量穩(wěn)定，硫酸單耗低，系統(tǒng)阻力小 , 動(dòng)力消耗省。但設(shè)備大，管道復(fù)雜，投 資及操作費(fèi)用較高。泡沫塔干燥流程：此流程設(shè)備體積小，臺(tái)數(shù)少，流程簡(jiǎn)單，投資及操作費(fèi)用 低。其缺點(diǎn)時(shí)壓力降較大，適應(yīng)氯氣負(fù)荷波動(dòng)圍小，塔板易結(jié)垢，同時(shí)由于塔酸 未能循環(huán)冷卻，塔溫高，因此出塔氯氣含水量高，出塔酸濃度高故酸耗較大。 氯氣的凈化氯氣離開(kāi)冷卻塔，干燥塔或壓縮機(jī)時(shí)，往往夾帶有液相及固相雜質(zhì)。管式、 絲網(wǎng)式填充過(guò)濾器是借助具有多細(xì)孔通道的物質(zhì)作為過(guò)濾介質(zhì)， 能有效地去除水 霧或酸霧，凈化率可達(dá) 94 99，而且壓力降較

10、小，可用于高質(zhì)量的氯氣處 理。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(diǎn)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。此工藝效果 好，氯氣輸送壓力大，設(shè)備少，系統(tǒng)阻力小，操作穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越。第二章 氯氣工藝計(jì)算. 氯氣處理工藝流程氯氣處理工藝流程見(jiàn)下，據(jù)此進(jìn)行物料衡算和熱量衡算圖 2-1 氯氣處理工藝流程圖濕氯氣由電解到氯處理室外管道， 溫度由 85降至 80后進(jìn)入氯處理系統(tǒng)， 有部分水蒸氣冷凝下來(lái)，并溶解氯氣。進(jìn)入第一鈦冷卻器冷卻至46，再經(jīng)過(guò)二鈦冷卻器冷卻至 18。然后進(jìn)入一段硫酸干燥塔，用 80硫酸干燥脫水，

11、出 塔硫酸濃度降到 60，出塔氣體最后進(jìn)入二段硫酸干燥塔，用 98硫酸干燥脫 水，出塔硫酸濃度降到 75%,此時(shí)出塔的氣體含水量以完全滿(mǎn)足輸送要求，經(jīng)除 沫器進(jìn)入透平式氯壓機(jī)，經(jīng)壓縮后送至用戶(hù)。二 . 計(jì)算依據(jù)1生產(chǎn)規(guī)模： 200kt/a100%NaOH；2年生產(chǎn)時(shí)間（按年工作日 330 天計(jì)算）：33024=7920小時(shí)；3計(jì)算基準(zhǔn)：以生產(chǎn) 1t100%NaOH為基準(zhǔn)；4來(lái)自電解工序濕氯氣的工藝數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：表 2-1 來(lái)自電解工序濕氯氣的溫度、壓力和組成項(xiàng)目氯氣備注項(xiàng)目氯氣備注溫度，85氯氣，88512.50molkg/t100%NaOH總壓（表），Pa-10不凝性氣體150.52kmol水

12、蒸汽，310（假設(shè)為空kg/t100%NaOH氣，下同）kg/t100%NaOH成分，%（干基）96氣體總量，1187（ v/v ）kg/t100%NaOH三 . 工藝計(jì)算（一）第一鈦冷卻器1計(jì)算依據(jù)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)電解氯氣經(jīng)一段洗滌塔冷卻，溫度從 80降至 46由資料查知相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)：氯氣在水中溶解度：80:0.002227 kg/kgH 2O56:0.00355 kg/kgH 2O水蒸汽分壓： 80:45.77kPa46:10.1104kPa水的比熱： 50:4.1868J/(g )25: 4.1796 J/(g)表 2-2 相關(guān)熱力學(xué)數(shù)

13、據(jù)物料與項(xiàng)目單位溫 度 8046氯氣比熱容Kcal/(mol )8.3648.2902水蒸氣熱焓kcal/kg631.4617.42不凝氣比熱kcal/kg0.24260.24262 物料衡算設(shè)管路中冷凝下來(lái)的水量為 W1kg，因氯氣在水中的溶解度很小，其溶液可視為理想溶液。 由于系統(tǒng)總壓為 98.07pa ，所以計(jì)算時(shí)可視為 101.227kpa由道爾頓分壓定律得： P水/P 總=n 水/n 總310 W1187129 1845.77885- 0.002227W1 15 310 W1 101.227解得 W1=117.097kg故溶解的氯氣量： 0.002227 117.=0.26kg氯水總

14、重量： 117.+0.26=117.357kg由上述計(jì)算得知，進(jìn)入第一鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣8850.26=884.74kg水蒸氣310 117.=192.903kg15kg不凝氣體氯氣在一段鈦冷卻器中溫度從 80降至 46設(shè)在第一鈦冷卻器中冷凝的水量為 W2kg，其阻力降為 359.81pa（35mm2HO），則出口氯氣的總壓為 -40 9.81Pa-3P總=101.227359.8110-3=100.933 kpa192.903 W218根據(jù)道爾頓定律有： 884.74- 0.00355W2 15 192.903 W210.1104100.933712918解得： W2=166.946

15、kg溶解氯氣的量為： 166.946 0.00355=0.593kg氯水總重量為： 166.946+0.593=167.539kg因此出第一鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣884.740.593=884.147kg水蒸氣192.903 166.946=25.957kg15kg不凝氣體物料衡算表a. 以生產(chǎn) 1t100%NaOH為基準(zhǔn)表 2-3 第一鈦冷卻器物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)第一鈦冷卻器出第二鈦冷卻器kg/t 100 NaOHkg/t 100 NaOH氯氣88474884147水蒸氣19290325957不凝氣體1515氯水167539總計(jì)10926431092643b. 總物料衡算表 2-4 第一鈦冷

16、卻器總物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)第一鈦冷卻器 kg/t 100 NaOH出第二鈦冷卻器 kg/t 100 NaOH氯氣176948000176829400水蒸氣385806005191400不凝氣體30000003000000氯水33507800總計(jì)2185286002185286003熱量衡算氣體帶入熱量a. 氯氣帶入熱量： Q1=884.74/71 8.364 804.1868=34909kJb. 水蒸氣帶入熱量： Q2=192.903631.4 4.1868=509948kJc. 不凝氣體帶入熱量： Q3150.244 4.1868801226kJd. 氯氣溶解熱： Q40.593/71 2209

17、0185kJQ=34909+509948+1226+185=546268kJ 氣體帶出熱量a.氯氣帶熱量： q1884.147/71 8.2902 464.1868 19883kJb. 水蒸氣帶熱量： q225.957617.424.186867099kJc. 不凝氣體帶出熱量： q3150.2426 4.1868 46701kJd. 氯水帶出熱量： q4167.5394Jq1988367099701+39244126927kJ冷卻水用量冷卻水采用工業(yè)上水，設(shè)進(jìn)口溫度 t 1 20，出口溫度 t 230 定性溫度 :T = （ t 2 t 1） /2=（2030）/2

18、=25Q =WCCPC（t 2t 1）（21）其中， Q傳熱速率， WWC流體質(zhì)量流量， kg/sC PC流體比熱容， kJ/(kg ? )t 溫度，。則第一鈦冷卻器用水量為：WC1=Q/ CPC(t 2 t 1)= 546268 126927= 4.1796(30 20)=10032 kg/t100 NaOH冷卻水帶入熱量： 100324.1796 20838595kJ冷卻水帶出熱量： 100324.1796 301257892kJ 第一鈦冷卻器熱量衡算表表 2-5 第一鈦冷卻器熱量衡算表輸入輸出物料名稱(chēng)數(shù)量 kg熱量 kJ物料名稱(chēng)數(shù)量 熱量 kJ氯氣884.7434909氯氣884.147

19、19883水蒸氣192.903509948水蒸氣25.95767099不凝氣體151226不凝氣體15701溶解熱185氯水167.53939244冷卻水10032838595冷卻水100321257892總計(jì)11224.6431.385 106總計(jì)11124.6431.385 106二) 第二鈦冷卻器1計(jì)算依據(jù)電解氯氣經(jīng)二段洗滌塔冷卻，溫度從 46降至 18氯水溫度為 20。出口氯氣總壓力為 -100 9.81pa （ 100 mmH2O）。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: 0.00729 kg/kgH 2O氯氣比熱容：18: 8.227 kcal/(mol)水蒸氣分壓

20、：18: 2.0776kPa水蒸氣熱焓：18: 605.34kcal/kg不凝氣體比熱：18: 0.2418kcal/(kg)水的比熱： 6: 4.1999 J/ ( g?)2物料衡算設(shè)在第二鈦冷卻器總冷凝水量為 W3kg，其阻力降為 609.81pa（60 mm2HO），P總=100.933609.8110-3=100.344 kpa2.077625.957 W3 100.3441825.957 W3 則由道爾頓定律有： 1871884.147 - 0.00729W3 15 29解得 W3=19.608kg溶解氯氣量： 19.608 0.00729=0.143kg氯水總量： 19.608+0

21、.143=19.751kg因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣884.1470.143=884.004kg水蒸氣25.95719.608=6.349kg15kg不凝氣物料衡算表a. 以生產(chǎn) 1t100%NaOH為基準(zhǔn)表 2-6 第二鈦冷卻器物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH出第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH氯氣884.147884.004水蒸汽25.9576.349不凝氣1515氯水19.751總計(jì)925.104925.104b. 總物料衡算表 2-7 第二鈦冷卻器總物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)第二鈦冷卻器出第二鈦冷卻器kg/t 100 NaOHkg/t 100 NaOH氯氣1768

22、29400176800800水蒸氣51914001269800不凝氣體30000003000000氯水3950200總計(jì)1850208001850208003熱量衡算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a. 氯氣帶入熱量： Q5=19883kJb. 水蒸氣帶入熱量： Q6=67099kJc. 不凝氣體帶入熱量： Q7 617kJd. 氯氣溶解熱：3Q822.09 1030.143/71 44kJQ=19883+67099+617+44 87643kJ氣體帶出熱量a. 氯氣帶出熱量：q5884.004/71 8.227 184.1868 7720kJb.

23、水蒸氣帶出熱量：q66.349 605.34 4.1868 16091kJc. 不凝氣體帶出熱量： q7150.2418 4.1868 18273kJd. 氯水帶出熱量：q8 19.751 4.1819 201652kJq7720+16091+273+165225736kJ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/ C PC(t 2 t 1)= 87643 25736= 4.1999(8 4)=3685 冷凍水帶入熱量： 36854.1999 461907kJ冷凍水帶出熱量：36854.1999 8123813kJ第二鈦冷卻器熱量衡算表表 2-8

24、第二鈦冷卻器熱量衡算表輸入輸出物料名稱(chēng)數(shù)量 kg熱量 kJ物料名稱(chēng)數(shù)量 熱量 kJ氯氣884.14719883氯氣884.0047720水蒸氣25.95767099水蒸氣6.34916091不凝氣體15617不凝氣體15273溶解熱44氯水19.7511652冷凍水368561907冷凍水3685123813總計(jì)4610.1041.496 105總計(jì)4610.1041.496 150三）硫酸干燥塔（填料塔）1計(jì)算依據(jù)入塔硫酸濃度 80，溫度為 15，出塔硫酸濃度 60，溫度為 30干燥后的氯氣含水量為 100ppm。2物料衡算計(jì)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

25、W3kg，則 W380/60 10.3333設(shè)干燥所需 80硫酸量為 W4, 則6.349 0.3333W 4 0.0001884.004 15 6.349 0.3333W4解得 W418.794 假定各種因素造成硫酸的損耗為 15，則需硫酸量為： 18.794 1.15 21.613 填料塔流出的稀酸量為： 18.794 1.3333 18.794 0.15 27.877 干燥后氯氣中含水量： 6.349 0.3333 18.794 0. 出填料塔氣體組分為：氯氣 884.004 水蒸氣 0. 不凝氣體 15 物料衡算表a. 以生產(chǎn) 1t100%NaOH為基準(zhǔn)表 2-9 硫酸干燥塔（填料塔）

26、物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)填料塔kg/t 100 NaOH出填料塔kg/t 100 NaOH氯氣884004884004水蒸氣63490不凝氣體1515硫酸2161327877總計(jì)926966926966b. 總物料衡算表 2-10 硫酸干燥塔（填料塔）總物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)填料塔kg/t 100 NaOH出填料塔kg/t 100 NaOH氯氣176800800176800800水蒸氣126980017000不凝氣體30000003000000硫酸43226005575400總計(jì)185393200185393200四）硫酸干燥塔（泡罩塔）1.計(jì)算依據(jù)進(jìn)塔硫酸濃度為 98，溫度為 13；出塔硫酸濃度為 75，

27、溫度為 28干燥后氯氣含水量 1.0 1052物料衡算設(shè)每千克 98硫酸吸收的水分為 W5, 則W50.98/0.75 1 0.3067 設(shè)干燥所需 98流酸為 W6 ，0.085 0.3067W65 1.0 10 884.004 15 0.085 0.3067W6解得 W6=0.25 假設(shè)各種因素造成的硫酸損耗為 15，則需硫酸量為： 0.25 1.15 0.2875 泡罩塔流出稀酸的量為： 0.25 1.3067 0.25 0.15 0.3642 干燥后氯氣含水量為： 0. 0.3067 0.25 0.0083 出泡罩塔氣體組分為：氯氣純度 :884.00471884.004 0.0083

28、 15 100%=96% (V/V)7118 29氯氣884.004水蒸氣0.0083不凝氣體15物料衡算表a. 以生產(chǎn) 1t100%NaOH為基準(zhǔn)表 2-11 硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)泡罩塔kg/t 100 NaOH出泡罩塔kg/t 100 NaOH氯氣884004884004水蒸氣000083不凝氣體1515硫酸0287503642總計(jì)89937658993765b. 總物料衡算表 2-12 硫酸干燥塔（泡罩塔）總物料衡算表名稱(chēng)進(jìn)泡罩塔出泡罩塔kg/t 100 NaOHkg/t 100 NaOH氯氣176800800176800800水蒸氣170001660不凝氣體300000

29、03000000硫酸5750072840總計(jì)179875300179875300第三章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型一 . 第一鈦冷卻器1確定設(shè)計(jì)方案從電解槽出來(lái)的氯氣， 一般溫度較高，并伴有大量水蒸氣及鹽霧等雜質(zhì)。這 種濕氯氣對(duì)鋼鐵及大多數(shù)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用， 只有某些金屬材料或非金屬材 料在一定條件下，才能耐濕氯氣的腐蝕。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。氯氣進(jìn)口溫度 80，出口溫度 46；冷卻水進(jìn)口溫度 20，出口溫度 30。2確定物性數(shù)據(jù) 流體平均溫度 Tm和 t mTm1（ Ti To） /2 8046)/2 63t m1（t it o）/2（

30、2030）/225平均溫度下的物性數(shù)據(jù)表 3-1 物性數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)密度g/cm30.99708密度Kg/m357.84粘度pa? s0.0008937粘度p1516.8 氯10-7水導(dǎo)熱W/(m?)0.60825氣導(dǎo)熱系Kcal/(m0.00819系數(shù)數(shù)? h? )比熱J/(g ? )4.1796比熱容Cal/(mol8.324容? )密度3Kg/m0.1506密度3Kg/m1.016粘度2Kgf? s/m21. 10-6不粘度2Kgf? s/m22.水導(dǎo)熱Kcal/(m0.01895凝導(dǎo)熱系W/(m?)0.02917蒸系數(shù)? h? )氣數(shù)氣比熱Kcal/(kg0.45

31、9體比熱容Kcal/(kg0.243容? )? )平 1516.8 1070.1 80.97 +1.1069.8117.66+2.0191069.81 1.37 14.42 106pa? s3 平57.84 80.97 +0.150617.66+1.011.3746.874 /m32 2 2平0.819 10280.97 +1.895 10 217.66 +2.4251021.37 2 21.33 102kcal/(m ? h? ) 1.547 102w/(m? )Cp 平 8.324/1000 71 80.97 +0.459 17.66 +0.243 1.37 0.563kcal/(kg ?

32、 )=2.357J/(g ? )3設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算依據(jù)：由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)中查知，第一鈦冷卻器的總傳熱系數(shù)22 圍在 350550 kcal/(m 2? h? ) ，即 407.05 639.65 w/(m 2? ) 熱負(fù)荷 QQ =(546268-126927) 200000/7920=10589419kJ/h =2941.7kw假設(shè) k=500 w/(m 2? )則估算的傳熱面積為(3-1)A=Q/K t m其中， Q換熱器熱負(fù)荷， WK 總傳熱系數(shù)， W/(m2? )t m對(duì)數(shù)平均溫差， .t m =t1 t2lnt1t246 20(80 30) (46 20)80 30ln36.7 則

33、由式( 3-1 )有A =2941.7 103/(500 36.7)=160.3 考慮 10的面積裕度，則所需傳熱面積為：A0 =1.1A=1.1 160.3177 選用 19.05 2 ， 6m長(zhǎng)的 Ti0.3Mo0.8Ni 鈦鋼管，則所需管數(shù)(3-2)N=A0dl其中， A 0傳熱面積，d 換熱管外徑， ml 換熱管長(zhǎng)度， m1773.14 0.019056 0.1=502根參考碳鋼 19 排管圖, 確定排管總數(shù)為 518根， Dg 700mm，管程，管子采 用三角形排管 , 管心距 24 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的25，則切去圓缺高度為 H0.25 700175

34、 ，折流板間距取 B=0.8DG0.8 700=560，折流板厚 度 16 (3-3)傳熱管長(zhǎng)折流板數(shù) NB= 折流板間距 1=6000= 56010 塊拉桿參考鈦制化工設(shè)備設(shè)計(jì)知，拉桿數(shù)量為 6，拉桿直徑為 10 接管a. 殼程流體進(jìn)出口接管取接管流體流速為 u12m/s，則接管徑為：m3/s(3-4)u 流體在接管中的流速， m/s14 10032 200000 7920 3600 995.033.14 20.212mb. 管程流體進(jìn)出口接管取接管流體流速為 u220 m/s 則接管徑為：884.74 192.903 15 200000 7920 3600 473.14 20=0.102m

35、圓整后，取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為： 2738 ，管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為 1336 。4第一鈦冷卻器的核算1) 殼程流體傳熱膜系數(shù) o用克恩法計(jì)算0.55 1/3 0.14(3-5)0.36 ()Re0.55Pr1/3()0.14dew其中，導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m2) ，de公稱(chēng)直徑， m，Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次，Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次。a. 當(dāng)量直徑：(3-6)3 2 2de 4( 23t2 4do2)do3 2 24( 0.0242 0.785 0.01905 2) 23.14 0.019050.0143m其中，t 管間距， m，換熱管外徑， mb. 殼程流通截面積d(3-7)So BD(1

36、- do )t0.56 0.7 (10.01905/0. ) 0.08 其中， B折流板間距， m，殼體公稱(chēng)直徑， m，c. 殼程流體流速(3-8)uo Vs/S o 10032 200000 7920 3600 997.08 0.080.735m/s其中， Vs流體在殼體的體積流量， m3/hd. 雷諾數(shù)Reodeuo(3-9) 0.0143 0.735 997.08 0.000893711726其中， uo流體在殼程的流速， m/s，3流體密度， kg/m ，流體粘度， pas 。e. 普蘭特?cái)?shù)cpPr p (3-10) 4.1796 0.0008937 1000 0.608256.14其

37、中， Cp流體比熱， kJ/(kg )。粘度校正( ) 1.05 ，則由式( 3-5 )得：wo0.36 0.60825/0.017 117260.556.14 1/3 1.0524884 W/(m2)2）管傳熱膜系數(shù)i0. di Re0.8Pr0.3(3-11)a. 管程流體流通截面積Si d i42N20.7850.015052518/6 0.015 b. 管程流體流速46.874ui =Vs/S i= 884.74 192.903 15 200000 7920 3600= 0.015 10.9m/sd. 雷諾數(shù) 0.01505 10.9 46.874 0.00001442533249e.

38、 普蘭特?cái)?shù)Pr cp 2.357 1000 0.00001442 0.015472.197則由式( 3-11 )，得：0.30.80. 0.01547/0.01505 5714720.82.2021207 W/(m2)3）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻： Rso1.7197 104 m2/W管側(cè)污垢熱阻： Rsi 0.0002 m 2/WTi 0.3Mo0.8Ni 在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.046cal/ （scm2），即2w0. 4.1868 1022 19.26 W/（m 2）4）總傳熱系數(shù)1K1+ Rso+bdoRsidodidoidi(3-12)0.002 0.0190519.26

39、 0.01705+0.0002otiR1=TiTto 80 46 3.430 20P1=Ttoititi30 20 80200.167t R2 1 t R1ln 1P1 PR2/ P 1 R R2 1(3-13)3.42 13.4 1ln2/P1 R R2 1ln 10.16710.167 3.42/ 0.167 1 3.4 3.42 1 ln+0.00017197+48840.01905 0.01905+0.01505 1139 0.015050.00192K1=526.3 W/（m 2? ）5）校核有效平均溫差2/ 0.167 1 3.4=0.96 t m1 t t m1(3-14)=0.

40、96 36.7=35.23其中， t m按逆流計(jì)算的對(duì)數(shù)平均溫度差， t 溫度差校正系數(shù)，無(wú)因次。t= T m1 t m1632538500，f=5.0Re -0.2Nc 橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)NB折流擋板數(shù)管子為三角形排列， F=0.5， NB=10，Nc=1.1 N =1.1 518 =25，So=0.08 ,u o=0.735m/s ， Re=11726500，所以o 5.0 11726 0.228=0.59 由式( 3-17 )，得：P1 0.5 0.59 25(101)2997.08 0.7352=21849 PaP2NB (3.52Dh) 2(3-18)=10(3.5 2 0.56

41、0.7997.08 0.7352=5117 Pa Po=（21849+5117）1.15=31011 Pa殼程和管程的壓力降幾乎都能滿(mǎn)足要求。二 . 第二鈦冷卻器從第一鈦出來(lái)的氯氣需要進(jìn)一步冷卻， 進(jìn)入第二鈦冷卻器。從車(chē)間布置、 設(shè) 備維修等多方面的考慮， 第二鈦冷卻器與第一鈦冷卻器選取同種型號(hào)， 進(jìn)行核算 即可。1第二鈦冷卻器核算（ 1）熱負(fù)荷 QQ2=61907200000/（79203600） =434.25 KW（2）流體平均溫度及對(duì)數(shù)平均溫度差 TM2=（46+18）/2=32 t m2= （4+8） /2 =6 （3）平均溫度下的物性數(shù)據(jù)見(jiàn)下表表 3-2 物性數(shù)據(jù)表物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)

42、物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)密度kg/m3999.97密度Kg/m328.922冷粘度cp1.4728濕粘度Pa? s1376.2 10-7凍導(dǎo)熱系W/(m0.56522氯導(dǎo)熱系kcal/(m0.007406水?dāng)?shù)? )氣數(shù)? h? )比熱容J/(g4.1999比熱容cal/(mol8.2588? )? )4) 殼程結(jié)熱系數(shù)de=0.017m，So=0.08 ，uo Vs/S o3603 200000 7920 999.97 3600 0.08 0.32m/sReodeuo 0.017 0.32 999.97 0.00147283694Prcp 4.1999 1000 0.0014728 0.5652210

43、.94粘度校正（） 0.14 1，w則由式（ 3-5 ）得：0.55 1/3 o 0.36 0.56522/0.017 36940.5510.94 1/312=2435 W/(m2)5) 管程結(jié)熱系數(shù) iSiN2N20.785 0.01505 2518/60.015 ui =Vs/S i(884.74 25.957 15) 2000007920 3600 28.9220.01514.96m/sRedeuii 0.01505 14.96 28.922 0.000013762473167Pr cp 2.455 1000 0.000013762 0.0086133.923則由式（ 3-11 ）得：0

44、.30. 0.008613/0.01505 4731670.83.9232689 W/(m2)6）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻： Rso1.7197 104 m2/W管側(cè)污垢熱阻： Rsi 0.0002 m 2/WTi 0.3Mo0.8Ni 在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.046cal/ （scm2），即22 w0.4.186810219.26 W/（m 2）7）總傳熱系數(shù)由式（ 3-12）得：1K2+ Rso+bdRsidowddidoidi= +0.00017197+ 24350.01905 0.01905+0.01505 689 0.01505=0.002780.002 0.019051

45、9.26 0.01705+0.00022K2=360 W/(m2? )8）校核有效平均溫差R2=Ttio Ttio46 18784P2=Ttoi titi8446 40.095由式（ 3-13）得：10.09572 1t 71lnln10.095 72 / 0.095 1 772 12 / 0.095 1 772 1=0.97由式（ 3-14 ）得：t m2 t t m2=0.9623.29=22.59 9) 校核熱負(fù)荷Q =K2St m2=360185.9 22.59=1511813 WQQ2 所以能完成任務(wù)。10）流體的流動(dòng)阻力a. 管程壓強(qiáng)降：PI=( P1+P2)FTNPNS管程流通面積 SI =0.015 ，流速 14.96 M/ S, 雷諾準(zhǔn)數(shù) 473167（湍流）。設(shè)管粗糙度0.1mm , 0.1 0.007 di 0.01505Re