年產(chǎn)10萬噸PVC燒堿裝置氯氣處理工序的初步設(shè)計(jì)

1、0121摘要 在生產(chǎn)十萬噸pvc產(chǎn)品的燒堿工段中要采取相關(guān)的方法對(duì)氯氣進(jìn)行處理。此次設(shè)計(jì)的主要目的是掌握燒堿脫氯的原理，設(shè)計(jì)脫氯設(shè)備的計(jì)算。在水銀法和離子膜法燒堿生產(chǎn)過程中，自由解槽陽極室流出的淡鹽水中溶解有少量的氯氣1。氯氣是一種具有異臭和強(qiáng)烈刺激性氣味的黃綠色氣體，毒性很大。這部分氯氣若不除去將在淡鹽水的輸送和再利用過程中產(chǎn)生很多的問題，如腐蝕管路和設(shè)備，影響鹽水的精制和沉降，腐蝕碳素?zé)Y(jié)管，使蟹合樹脂中毒，污染和惡化生產(chǎn)操作環(huán)境等2。因此，淡鹽水在重飽和前必須進(jìn)行脫氯處理。本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)備有冷卻器、干燥塔、除沫器等，是為了提高自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，分析問題的能力，讓自己在實(shí)踐運(yùn)用中

2、鞏固所學(xué)知識(shí)。本設(shè)計(jì)從初步設(shè)計(jì)的角度對(duì)年產(chǎn)10萬噸pvc化工廠進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)課題的基本要求，完成了pvc的生產(chǎn)工廠的初步設(shè)計(jì)，進(jìn)行了可行性論證，完成了物料、熱量、設(shè)備等的相關(guān)計(jì)算。關(guān)鍵詞：pvc；燒堿；氯氣；工藝設(shè)計(jì)；工藝計(jì)算abstractabstract in the production of one hundred thousand tons of caustic soda, pvc products to take the relevant section in the method to remove chlorine. the main purpose of

3、this design is to master the principles of caustic soda dechlorinated, dechlorination equipment design calculations. in mercury and ion-exchange membrane caustic soda production process, the free solution tank of salt water out of the anode chamber with a small amount of dissolved chlorine. chlorine

4、 is a strong pungent odor with smell and yellow-green gas, very toxic. if this part of the chlorine in salt water to remove the transmission and re-use process produces a lot of problems, such as corrosion of piping and equipment, the impact of refined salt and subsidence, erosion carbon sintered tu

5、be, the crab combined resin poisoning, pollution and deterioration of the production operations environment. therefore, in light salt water must be dechlorinated before re-saturation process. the design of the main equipment coolers, drying tower, demister, etc., in order to improve their ability to

6、 integrate theory with practice, the ability to analyze problems,make their use in practice to consolidate the knowledge. the design from the perspective of the preliminary design of chemical plants produce 100,000 tons of pvc a comprehensive design, the design results to the design issues of the ba

7、sic requirements ,completion of a pvc production plant preliminary design, feasibility study carried out to complete the material , heat, equipment and other related calculations. keywords: pvc; caustic soda; chlorine; process design; process calculation 目錄摘要iabstractii目錄iii第1章 綜述- 1 -1.1 pvc- 1 -1.

8、1.1 pvc的物理化學(xué)性質(zhì)- 1 -1.1.2 pvc生產(chǎn)工藝- 1 -1.2 氯堿工業(yè)- 2 -1.2.1 氯堿工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀- 2 -1.2.2 氯堿工業(yè)的未來發(fā)展目標(biāo)- 3 -1.3 燒堿- 3 -1.3.1氫氧化鈉的性質(zhì)- 3 -1.3.2氫氧化鈉的用途- 3 -1.3.3燒堿生產(chǎn)工藝- 4 -1.4 氯氣處理- 5 -1.4.1 氯氣的性質(zhì)- 5 -1.4.2氯氣處理的任務(wù)和方法- 5 -1.4.3工藝流程簡(jiǎn)介- 6 -1.5工藝流程的確定- 8 -第2章 氯氣工藝計(jì)算- 9 -2.1氯氣處理工藝流程- 9 -2.2計(jì)算依據(jù)- 9 -2.3.工藝計(jì)算- 10 -2.3.1第一鈦冷卻

9、器- 10 -2.3.2第二鈦冷卻器- 13 -2.3.3硫酸干燥塔（填料塔）- 15 -2.3.4硫酸干燥塔（泡罩塔）- 17 -第3章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型- 19 -3.1 第一鈦冷卻器- 19 -3.1.1確定設(shè)計(jì)方案- 19 -3.1.2相關(guān)物性數(shù)據(jù)- 19 -3.1.3確定物性數(shù)據(jù)- 20 -3.1.4估算傳熱面積- 21 -3.1.5第一鈦冷卻器的核算- 23 -3.2 第二鈦冷卻器- 27 -3.2.1第二鈦冷卻器核算- 27 -3.3.硫酸干燥塔(填料塔)- 30 -3.3.1填料的選擇- 30 -3.3.2塔徑的確定- 30 -3.3.3壓降計(jì)算- 31 -3.3.4塔高確定

10、- 31 -3.4. 硫酸干燥塔（泡罩塔）- 31 -3.4.1塔徑的確定- 32 -3.4.2 塔高的確定- 32 -參考文獻(xiàn)- 33 -結(jié)束語- 34 -致謝- 35 - 17 -寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 綜述1.1 pvc1.1.1 pvc的物理化學(xué)性質(zhì)聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90的硫酸、濃度為60的硝酸和濃度20的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80，于130開始分解變色，并析出hcl。具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，不溶于水、酒精、汽油，氣體、水汽滲漏性低；在常溫下可耐任何濃度的鹽酸、90%以下的硫酸、

11、5060%的硝酸和20%以下的燒堿溶液，具有一定的抗化學(xué)腐蝕性；對(duì)鹽類相當(dāng)穩(wěn)定，但能夠溶解于醚、酮、氯化脂肪烴和芳香烴等有機(jī)溶劑。此外，pvc的光、熱穩(wěn)定性較差，在100以上或經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間陽光暴曬，就會(huì)分解產(chǎn)生氯化氫，并進(jìn)一步自動(dòng)催化分解、變色，物理機(jī)械性能迅速下降，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對(duì)熱和光的穩(wěn)定性。 工業(yè)聚氯乙烯樹脂主要是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，但也包含一些結(jié)晶區(qū)域（約5%），所以聚氯乙烯沒有明顯的溶點(diǎn)，約在80左右開始軟化，熱扭變溫度（1.82mpa負(fù)荷下）為70-71，在加壓下150開始流動(dòng)，并開始緩慢放出氯化氫，致使聚氯乙烯變色（由黃變紅、棕、甚至于黑色）3。硬質(zhì)聚氯乙烯（未加增塑

12、劑）具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐燃性，可以單獨(dú)用做結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬質(zhì)聚氯乙烯可以用作增強(qiáng)材料。1.1.2 pvc生產(chǎn)工藝主要分為制備乙炔、合成氯乙烯、氯乙烯聚合三個(gè)主要工序4。（1）乙炔發(fā)生主要分為電石破碎、乙炔發(fā)生、乙炔清凈和渣漿處理三部分。電石破碎：將合格的原料電石，通過粗破機(jī)和細(xì)破機(jī)進(jìn)行破碎處理。乙炔發(fā)生：破碎合格的原料電石，經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量后，投入到乙炔發(fā)生器內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)，制成粗乙炔氣體，供清凈工序生產(chǎn)使用。乙炔清凈和渣漿處理：這里有一個(gè)涉及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)，氯堿公司的電石渣漿輸送到股份公司，用作化灰使用。（2）氯乙烯合成主要分為混合氣脫水、氯乙烯合成和粗氯乙烯的

13、凈化三部分。 本工序是將合格的氯化氫氣體、乙炔氣體按比例充分混合、進(jìn)一步脫水后，在氯化汞觸媒的催化下合成為vc氣體。經(jīng)脫汞、組合塔回收酸、堿洗后，送至氯乙烯壓縮崗位生產(chǎn)用?；旌蠚饷撍豪鋬龇椒ɑ旌厦撍抢名}酸冰點(diǎn)低，鹽酸上水蒸氣分壓低的原理，將混合氣體冷凍脫酸，以降低混合氣體中水蒸氣分壓來降低氣相中水含量達(dá)到進(jìn)一步降低混合氣中的水分至所必需的工藝指標(biāo)。氯乙烯合成：乙炔氣體和氯化氫氣體按照1:1.051.07的比例混合后，在氯化汞的作用下，在100180溫度下反應(yīng)生成氯乙烯。粗氯乙烯的凈化：轉(zhuǎn)化后經(jīng)脫汞器除汞、冷卻后的粗氯乙烯氣體中，除氯乙烯外，還有過量配比的氯化氫、未反應(yīng)完的乙炔、氮?dú)?、氫?/p>

14、、二氧化碳和微量的汞蒸氣，以及副反應(yīng)產(chǎn)生的乙醛、二氯乙烷、二氯乙烯等氣體。為了生產(chǎn)出高純度的單體，應(yīng)徹底將這些雜質(zhì)除去。（3）聚合聚氯乙烯是由氯乙烯單體聚合而成的高分子化合物，結(jié)構(gòu)式為：ch2chcln 氯乙烯懸浮聚合過程中，聚合配方體系或?yàn)楦纳茦渲阅芏砑痈鞣N各樣的助劑，其中用得比較廣泛的有以下幾種：緩沖劑、分散劑、引發(fā)劑、終止劑、消泡劑、阻聚劑、緊急終止劑、熱穩(wěn)定劑、鏈調(diào)節(jié)劑等5。1.2 氯堿工業(yè)1.2.1 氯堿工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)是世界氯堿生產(chǎn)大國(guó)。氯堿工業(yè)是以鹽和電為原料生產(chǎn)燒堿、氯氣、氫氣的基礎(chǔ)原材料工業(yè)，產(chǎn)品種類多，關(guān)聯(lián)度大，其下游產(chǎn)品達(dá)到上千個(gè)品種，具有較高的經(jīng)濟(jì)延伸價(jià)值。它廣泛

15、應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油化工、輕工、紡織、建材、電力、冶金、國(guó)防軍工、食品加工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各命脈部門，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位6。據(jù)有關(guān)部門測(cè)算，1萬噸氯堿產(chǎn)品所帶動(dòng)的一次性經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值在10億元人民幣以上。我國(guó)一直將主要氯堿產(chǎn)品產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)和考核的重要指標(biāo)?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)氯堿行業(yè)發(fā)展迅速，燒堿和pvc產(chǎn)量都居世界首位，有力地推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。面對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展、科技進(jìn)步日新月異、世界氯堿工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷加快、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇的形勢(shì)，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)，解決長(zhǎng)期積累的結(jié)構(gòu)性矛盾和資源、環(huán)保約束問題，實(shí)現(xiàn)由世界氯堿生產(chǎn)大國(guó)向氯堿強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，是

16、我國(guó)氯堿行業(yè)“十二五”發(fā)展面臨的迫切任務(wù)。近十幾年來，由于我國(guó)氯堿工業(yè)的盲目擴(kuò)建，使燒堿產(chǎn)能增長(zhǎng)過快，而下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后，這使得氯與堿的平衡問題越來越突顯?？傮w我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)氯產(chǎn)品需求旺盛，而燒堿市場(chǎng)相對(duì)疲軟。對(duì)于中小企業(yè)而言，這種氯與堿的平衡問題常會(huì)造成企業(yè)疲于應(yīng)付市場(chǎng)需求，經(jīng)常減量生產(chǎn)、停產(chǎn)的局面。1.2.2 氯堿工業(yè)的未來發(fā)展目標(biāo)到2015年，經(jīng)過產(chǎn)業(yè)政策調(diào)控，市場(chǎng)引導(dǎo)，原料路線、工藝技術(shù)改造，企業(yè)整合，力爭(zhēng)使我國(guó)氯堿生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模、集中度、競(jìng)爭(zhēng)力水平有較大提高?！笆濉蹦?，我國(guó)燒堿產(chǎn)量達(dá)到2800萬噸，年均增長(zhǎng)7%，聚氯乙烯產(chǎn)量達(dá)到1500萬噸，年均增長(zhǎng)8%。努力做好氯堿平衡，提

17、高有機(jī)氯產(chǎn)品比例，滿足市場(chǎng)需求。1.3 燒堿1.3.1氫氧化鈉的性質(zhì)純的無水氫氧化鈉為白色半透明，結(jié)晶狀固體。氫氧化鈉極易溶于水，溶解度隨溫度的升高而增大，溶解時(shí)能放出大量的熱，288k時(shí)其飽和溶液濃度可達(dá)26.4mol/l(1:1)。它的水溶液有澀味和滑膩感，溶液呈強(qiáng)堿性，具備堿的一切通性。市售燒堿有固態(tài)和液態(tài)兩種：純固體燒堿呈白色，有塊狀、片狀、棒狀、粒狀，質(zhì)脆；純液體燒堿為無色透明液體。氫氧化鈉還易溶于乙醇、甘油；但不溶于乙醚、丙酮、液氨。對(duì)纖維、皮膚、玻璃、陶瓷等有腐蝕作用，溶解或濃溶液稀釋時(shí)會(huì)放出熱量；與無機(jī)酸發(fā)生中和反應(yīng)也能產(chǎn)生大量熱，生成相應(yīng)的鹽類；與金屬鋁和鋅、非金屬硼和硅等反

18、應(yīng)放出氫；與氯、溴、碘等鹵素發(fā)生歧化反應(yīng)。能從水溶液中沉淀金屬離子成為氫氧化物；能使油脂發(fā)生皂化反應(yīng)，生成相應(yīng)的有機(jī)酸的鈉鹽和醇，這是去除織物上的油污的原理。naoh是強(qiáng)堿，具有堿的一切通性。1.3.2氫氧化鈉的用途氫氧化鈉的用途十分廣泛，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，除了用做試劑以外，由于它有很強(qiáng)的吸濕性，還可用做堿性干燥劑。燒堿在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有廣泛應(yīng)用，許多工業(yè)部門都需要燒堿。使用燒堿最多的部門是化學(xué)藥品的制造，其次是造紙、煉鋁、煉鎢、人造絲、人造棉和肥皂制造業(yè)。另外，在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機(jī)中間體，舊橡膠的再生，制金屬鈉、水的電解以及無機(jī)鹽生產(chǎn)中，制取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒堿。

19、工業(yè)用氫氧化鈉應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) gb 209-2006；工業(yè)用離子交換膜法氫氧化鈉應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) gb/t 11199-89；化纖用氫氧化鈉應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) gb 11212-89；食用氫氧化鈉應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) gb 5175-857。在工業(yè)上，氫氧化鈉通常稱為燒堿，或叫火堿、苛性鈉。這是因?yàn)檩^濃的氫氧化鈉溶液濺到皮膚上，會(huì)腐蝕表皮，造成燒傷。它對(duì)蛋白質(zhì)有溶解作用，有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性（由于其對(duì)蛋白質(zhì)有溶解作用，與酸燒傷相比，堿燒傷更不容易愈合）。粉塵刺激眼和呼吸道，腐蝕鼻中隔膜；濺到皮膚上，尤其是濺到粘膜，可產(chǎn)生軟痂，并能滲入深層組織，灼傷后留有瘢痕；濺入眼內(nèi)，不僅損傷角膜，而且可使眼睛深部組織損

20、傷，嚴(yán)重者可致失明；誤服可造成消化道灼傷，絞痛、粘膜糜爛、嘔吐血性胃內(nèi)容物、血性腹瀉，有時(shí)發(fā)生聲啞、吞咽困難、休克、消化道穿孔，后期可發(fā)生胃腸道狹窄。由于強(qiáng)堿性，對(duì)水體可造成污染，對(duì)植物和水生生物應(yīng)予以注意。naoh還可以去除油污，抽油煙機(jī)的油污用其可以很好的去除，這個(gè)過程屬于化學(xué)變化。1.3.3燒堿生產(chǎn)工藝包括一次鹽水、二次鹽水及電解、氯氫處理、氯化氫合成及鹽酸、液氯及包裝、蒸發(fā)及固堿等工段。生產(chǎn)32%燒堿、50%燒堿、99%片堿、液氯、高純鹽酸、副產(chǎn)次氯酸鈉、稀硫酸、為氯乙烯生產(chǎn)提供合格的氯化氫氣體8。(1)一次鹽水工段本工段任務(wù)是經(jīng)過化學(xué)方法和物理方法去除原鹽中ca、mg等可溶性和不溶性

21、雜質(zhì)、有機(jī)物，為二次鹽水及電解工序輸送合格的一次鹽水。(2)二次鹽水及電解二次鹽水及電解是燒堿工序的核心，任務(wù)是在電解槽中生產(chǎn)出32%燒堿產(chǎn)品，氫氣、氯氣送氯氫處理工段，淡鹽水返回一次鹽水工序化鹽。其中電解工序崗位環(huán)境被辦公室人員所熟知，氯堿公司的電解槽（兩期）現(xiàn)已成為集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)參觀路線的重要部分。(3)氯氫處理工段該工段包括氯氣處理、氫氣處理、事故氯氣吸收。目的是分別將電解工段生產(chǎn)的氯氣和氫氣進(jìn)行冷卻、干燥并壓縮輸送到下游工段，同時(shí)吸收處理事故狀態(tài)下產(chǎn)生的氯氣，副產(chǎn)次氯酸鈉。(4)液氯及包裝工段液氯工段的任務(wù)是將平衡生產(chǎn)的部分富余氯氣進(jìn)行壓縮、液化并裝瓶。通常根據(jù)氯氣壓縮機(jī)壓力的不同，將氯氣液

22、化方式分為高壓法、中壓法和低壓法三種。(5)氯化氫合成及鹽酸本工段任務(wù)是將氯氫處理工段來的氯氣和氫氣，在二合一石墨合成爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，合成氯化氫氣體，經(jīng)冷卻后送至氯乙烯工序。從液氯來的液化尾氯氣與氫氣進(jìn)入二合一石墨合成爐，生成氯化氫氣體。經(jīng)石墨冷卻器冷卻，再經(jīng)兩級(jí)降膜吸收器和尾氣塔，用純水吸收，生成31%的高純鹽酸供電解工段使用或?qū)ν怃N售。(6)蒸發(fā)及固堿工段本工段任務(wù)是將電解工段生產(chǎn)的部分32%燒堿濃縮為50%燒堿和99%片堿。采用世界先進(jìn)的瑞士博特公司降膜工藝及設(shè)備，降膜法生產(chǎn)片堿的能耗低于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的大鍋法，而且生產(chǎn)環(huán)境好、連續(xù)穩(wěn)定便于控制。1.4 氯氣處理1.4.1 氯氣的性質(zhì)氯氣cl2，

23、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、有色、易液化。氯氣對(duì)人的呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激性，吸入過多時(shí)還會(huì)致死9。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、制造無機(jī)氯化物、制造有機(jī)氯化物及有機(jī)物。1.4.2氯氣處理的任務(wù)

24、和方法從電解槽出來的濕氯氣，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10。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)生產(chǎn)和使用氯氣過程中所必須的。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?，然后用干燥劑進(jìn)一步出去水分。干燥后的氯氣經(jīng)過壓縮，再送至用戶11。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表示。在同一壓力下，溫度愈高，含水量

25、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，均采用濃硫酸來干燥氯氣，因?yàn)闈饬蛩峋哂校海?）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。也就是說硫酸的濃度愈高、溫度愈低，硫酸的干燥能力也

26、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12。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，并滿足用戶對(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

27、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； 3. 穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電解槽陽極室內(nèi)的壓力，保證電解工序的勞動(dòng)條件和干燥后的氯氣純度。1.4.3工藝流程簡(jiǎn)介 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。 (1) 氯氣的冷卻氯氣的冷卻因方式的不同，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13。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

28、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。(2)氯氣的干燥對(duì)于干燥部分，在實(shí)踐應(yīng)用中已采用過多種干燥塔型和不同的組合方式，比較典型的有14： a、一段泡沫塔、二段泡沫塔； b、一段填料塔、二段泡沫塔； c、一段填料塔、二段泡罩塔。 國(guó)內(nèi)采用最多的是填料塔和泡沫塔組合，這是兩種典型的塔。 泡沫塔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板數(shù)多；缺點(diǎn)是操作彈性小、不便于增加硫酸循環(huán)量，操作彈性僅為15%，塔板阻力降大，一般為100-200mmh2o

29、，而且開孔的加工精度、酸泥沉積等因素易影響其操作穩(wěn)定性。 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。泡罩塔干燥流程：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)范圍小，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15。經(jīng)過對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、比較，氯氣干燥時(shí)均以濃硫酸為干燥劑，分為填料塔串聯(lián)硫酸循環(huán)流程和泡罩塔干燥流程。 (3)氯氣的凈化氯氣離開冷卻塔，干燥塔或壓縮機(jī)時(shí)，往往夾帶有液相及固相雜質(zhì)

30、。管式、絲網(wǎng)式填充過濾器是借助具有多細(xì)孔通道的物質(zhì)作為過濾介質(zhì)，能有效地去除水霧或酸霧，凈化率可達(dá)9499，而且壓力降較小，可用于高質(zhì)量的氯氣處理。1.5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。氯氣處理采用了淡鹽水、冷卻水氯氣換熱技術(shù)，2 段冷卻、2段干燥( 泡罩塔和填料塔串聯(lián)) 技術(shù)，工藝流程為： 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，并溶解氯氣。進(jìn)入第一鈦

31、冷卻器冷卻至46，再經(jīng)過二鈦冷卻器冷卻至18。然后進(jìn)入一段硫酸干燥塔，用80%硫酸干燥脫水，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。第2章 氯氣工藝計(jì)算2.1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。圖2.1 氯氣處理工藝流程圖2.2計(jì)算依據(jù)本人設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬噸pvc，根據(jù)西部聚氯乙烯有限責(zé)任公司的年產(chǎn)量。在產(chǎn)10萬噸pvc同時(shí)，可生產(chǎn)8萬噸燒堿。所以本設(shè)計(jì)按8萬噸燒堿進(jìn)行設(shè)計(jì)。生產(chǎn)規(guī)模：80kt/a100%naoh；年生產(chǎn)時(shí)

32、間（按年工作日330天計(jì)算）：33024=7920小時(shí)；計(jì)算基準(zhǔn)：以生產(chǎn)1t100%naoh為基準(zhǔn)；來自電解工序濕氯氣的工藝數(shù)據(jù)見下表表2.1 來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kg/t100%naoh88512.50kmol總壓（表），pa-10不凝性氣體（假設(shè)為空氣下同）kg/t100%naoh150.52kmol水蒸汽，kg/t100%naoh310成分，%（干基）（v/v）96氣體總量，kg/t100%naoh11872.3.工藝計(jì)算2.3.1第一鈦冷卻器1計(jì)算依據(jù)16假設(shè)濕氯氣經(jīng)電解到氯處理室，溫度由85降至80，進(jìn)入氯處理系統(tǒng)。電解氯氣經(jīng)一段

33、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: 0.002227kg/kgh2o 46: 0.00355kg/kgh2o水蒸汽分壓： 80: 45.77kpa 46: 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)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/kg0.24260.2426 2物料衡算設(shè)管路中冷凝下來的水量為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

34、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 解得w1=117.156kg故溶解的氯氣量：0.002227117.156=0.261kg氯水總重量：117.156+0.261=117.417kg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 8850.261=884.739kg水蒸氣 310117.156=192.844kg不凝氣體 15kg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（35mmh2o），則出口氯氣的總壓為-409.81pap總=101.227359.8

35、110-3=100.933 kpa根據(jù)道爾頓定律有：解得：w2=166.737kg溶解氯氣的量為：166.7370.00355=0.592kg氯水總重量為： 166.737+0.592=167.329kg因此出第一鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣 884.7390.592=884.147kg水蒸氣 192.844166.737=26.107kg不凝氣體 15kg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進(jìn)第一鈦冷卻器出第一鈦冷卻器kg/t 100naohkg/t 100naoh氯氣884.739884.147水蒸氣192.84426.107不凝氣體1515氯

36、水167.329總計(jì)1092.5831092.583b.總物料衡算（80倍且1000進(jìn)制）表2.4 第一鈦冷卻器總物料衡算表名稱進(jìn)第一鈦冷卻器出第一鈦冷卻器kg/t 100naohkg/t 100naoh氯氣7077912070731760水蒸氣154275202088560不凝氣體12000001200000氯水13386320總計(jì)8740664087406640表2.4 第一鈦冷卻器總物料衡算表(續(xù))3熱量衡算氣體帶入熱量a.氯氣帶入熱量：q1=884.74/718.364804.1868=34909.453kjb.水蒸氣帶入熱量：q2=192.844631.44.1868=509791.

37、892kjc.不凝氣體帶入熱量：q3150.24264.1868801218.861kjd.氯氣溶解熱：q40.584/7122090181.698kjq=34909.453+509791.892+1218.861+181.698=546101.904kj氣體帶出熱量a.氯氣帶熱量：q1884.155/718.2902464.186819882.689kjb.水蒸氣帶熱量：q226.107617.424.186867486.962kjc.不凝氣體帶出熱量：q3150.24264.186846700.845kjd.氯水帶出熱量：q4167.3214216kj q1988

38、2.68967486.962700.845+39230.216127300.682kj冷卻水用量 冷卻水采用工業(yè)上水，設(shè)進(jìn)口溫度t120，出口溫度t230。定性溫度：q =wccpc(t2t1) (21)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，則第一鈦冷卻器用水量為：wc1=q/ cpc(t2t1)=10020.127 kg/t100naoh 冷卻水帶入熱量：10020.1274.179620=837602.456kj冷卻水帶出熱量：10020.1274.179630=1256403.684kj第一鈦冷卻器熱量衡算表表2.5 第一鈦冷卻器熱量

39、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884.73934909.45氯氣884.15519882.69水蒸氣192.844509791.9水蒸氣26.10767486.96不凝氣體151218.861不凝氣體15700.845氯水181.698氯水167.32139230.22冷卻水10020.13837602.5冷卻水10020.131256404總計(jì)11112.711.384106總計(jì)11112.711.3841062.3.2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-1009.81pa（100 mmh

40、2o）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/kgh2o氯氣比熱容：18: 8.227 kcal/(mol)水蒸氣分壓：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 mmh2o）p總=100.933609.8110-3=100.344 kpa則由道爾頓定律有： 解得w3=20.854kg溶解氯氣量：20.8540.00729=0.152kg氯水總量：20.8

41、54+0.152=21.006kg因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣 884.1550.152=884.003kg水蒸氣 26.10720.854=5.253kg不凝氣 15kg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進(jìn)第二鈦冷卻器kg/t100%naoh出第二鈦冷卻器kg/t100%naoh氯氣884.155884.003水蒸汽26.1075.253不凝氣1515氯水21.006總計(jì)925.262925.262b.總物料衡算表2.7 第二鈦冷卻器總物料衡算表名稱進(jìn)第二鈦冷卻器出第二鈦冷卻器kg/t 100naohkg/t 100naoh氯氣70732

42、40070720240水蒸氣2088560420240不凝氣體12000001200000氯水1680480總計(jì)74020960740209603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=19882.689kjb.水蒸氣帶入熱量：q6=67486.962kjc.不凝氣體帶入熱量：q7700.845kjd.氯氣溶解熱：q822.091030.143/7147.291kjq=19882.689+67486.962+700.845+47.29188117.787kj氣體帶出熱量a.氯氣帶出熱量：q5884.003/718.22718

43、4.18687719.543kjb.水蒸氣帶出熱量：q65.253605.344.186813313.4kjc.不凝氣體帶出熱量：q7150.24184.186818273.339kjd.氯水帶出熱量：q821.0064.1819201756.9kjq7719.543+13313.4+273.339+1756.923063.182kj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(t2t1)=kg/t100naoh冷凍水帶入熱量：3872.2984.1999465053.057kj冷凍水帶出熱量：3872.2984.19998130106.115k

44、j第二鈦冷卻器熱量衡算表表2.8 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884.15519882.689氯氣884.0037719.543水蒸氣26.10767486.962水蒸氣5.15313313.4不凝氣體15700.845不凝氣體15273.339氯水47.291氯水21.0061756.9冷凍水3872.29865053.057冷凍水3872.298130106.1總計(jì)4797.561.532105總計(jì)4797.561.5321052.3.3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

45、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w3kg，則w380/6010.3333設(shè)干燥所需80硫酸量為w4,則解得w415.191假定各種因素造成硫酸的損耗為15，則需硫酸量為：15.1911.1517.47填料塔流出的稀酸量為：15.1911.333315.1910.1522.533干燥后氯氣中含水量：5.1530.333315.1910.09出填料塔氣體組分為：氯氣 884.003 水蒸氣 0.09 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）物料衡算表名稱進(jìn)填料塔出填料塔kg/t

46、 100naohkg/t 100naoh氯氣884.003884.003水蒸氣5.1530.09不凝氣體1515硫酸17.4722.533總計(jì)921.626921.626b.總物料衡算表2.10 硫酸干燥塔（填料塔）總物料衡算表名稱進(jìn)填料塔出填料塔kg/t 100naohkg/t 100naoh氯氣70720240707220240水蒸氣4122407200不凝氣體12000001200000硫酸13976001802640總計(jì)73730080737300802.3.4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，溫度為28。干燥后氯氣含水量1.0105。

47、2物料衡算設(shè)每千克98硫酸吸收的水分為w5,則w50.98/0.7510.3067設(shè)干燥所需98流酸為w6，1.0105 解得w6=0.264假設(shè)各種因素造成的硫酸損耗為15，則需硫酸量為：0.2641.150.304泡罩塔流出稀酸的量為：0.2641.30670.2640.150.385干燥后氯氣含水量為：0.090.30670.2640.009出泡罩塔氣體組分為： 氯氣 884.003 水蒸氣 0.009 不凝氣體 15氯氣純度:100%=96% (v/v) 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）物料衡算表名稱進(jìn)泡罩塔出泡罩塔kg/t 100naoh

48、kg/t 100naoh氯氣884.003884.003水蒸氣0.090.009不凝氣體1515硫酸0.3040.385總計(jì)899.397899.397 b.總物料衡算表2.12 硫酸干燥塔（泡罩塔）總物料衡算表名稱進(jìn)泡罩塔出泡罩塔kg/t 100naohkg/t 100naoh氯氣7072024070720240水蒸氣7200720不凝氣體12000001200000硫酸2432030800總計(jì)7195176071951760寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選型3.1 第一鈦冷卻器3.1.1確定設(shè)計(jì)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)。這種濕氯

49、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303.1.2相關(guān)物性數(shù)據(jù)流體平均溫度tm1和tm1tm163tm125平均溫度下的物性數(shù)據(jù)17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水粘度pas0.0008937氯粘度pas1516.810-7導(dǎo)熱系數(shù)w/(m)0.60825氣導(dǎo)熱系數(shù)kcal/(mh)0.00819比熱容j/(g)4.1796

50、比熱容cal/(mol)8.324水蒸氣密度kg/m30.1506不凝氣體密度kg/m31.016粘度kgfs/m21.07510-6粘度kgfs/m22.059導(dǎo)熱系數(shù)kcal/(mh)0.01895導(dǎo)熱系數(shù)w/(m)0.02917比熱容kcal/(kg)0.459比熱容kcal/(kg)0.243表3.1 物性數(shù)據(jù)（續(xù)）其中 w%=80.98%，w%=1.37%，w%=17.65%.平1516.81070.180.98+1.0751069.80717.65+2.0591069.8071.3714.421106pas平57.8480.98+0.150617.65+1.0161.3746.88/m3平0.81910280.98+1.8