200kta燒堿裝置氯氣氫氣處理工序的初步設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)題目200kt/a燒堿裝置氯氣、氫氣處理工序的初步設(shè)計(jì)作者系別材料與化學(xué)工程系專業(yè)無(wú)機(jī)化工99.1班指導(dǎo)教師接受任務(wù)日期2003年2月24日完成任務(wù)日期2003年6月2日論文評(píng)閱教師論文答辯教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)生專業(yè)無(wú)機(jī)化工班級(jí)99.1班指導(dǎo)教師（簽名）題目200kt/a燒堿裝置氯氣、氫氣處理工序的初步設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)200kt/a燒堿裝置CM件處理，年工作日330天，其余數(shù)據(jù)以工廠實(shí)際收集數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。說(shuō)明書(shū)容：1 .進(jìn)行工序工藝流程設(shè)計(jì)，繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；2 .進(jìn)行工序物料、熱量衡算，并編制物、熱平衡數(shù)據(jù)表；3 .進(jìn)行工序設(shè)備設(shè)計(jì)或選型，編制設(shè)備一

2、覽表；4 .繪制主要設(shè)備的設(shè)備圖；5 .編制工序初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。圖紙要求學(xué)生綜合訓(xùn)練方面的要求：完成期限：2003年2月24日至2003年6月2日（簽名）教研室主任:目錄第一篇氯氣處理1第一章總論1一概述1二氯氣處理的任務(wù)和方法1三工藝流程簡(jiǎn)介2第二章氯氣工藝計(jì)算4一氯氣處理工藝流程-4二計(jì)算依據(jù)4三工藝計(jì)算5（一）第一鈦冷卻器5（二）第二鈦冷卻器8（三）硫酸干燥塔I（填料塔）-10（四）硫酸干燥塔H（泡罩塔）11第三章主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型13一第一鈦冷卻器13-二第二鈦冷卻器20三硫酸干燥塔I（填料塔）-25四硫酸干燥塔H（泡罩塔）27-五除沫器28第二篇?dú)錃馓幚?929第一章總論概述29二氫

3、氣處理工藝流程確定30第二章工藝計(jì)算31一氫氣處理工藝流程31二計(jì)算依據(jù)31三工藝計(jì)算32（一）一段洗滌冷卻塔-32（二）二段洗滌冷卻塔-34第三章主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型36段洗滌塔36二二段洗滌塔-37三主要管徑38-四氫氣輸送設(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40設(shè)計(jì)評(píng)述4142參考文獻(xiàn)第一篇氯氣處理第一章總論一.概述1 .氯氣氯氣C12,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

4、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、漂白與制漿、冶煉金屬、制造無(wú)機(jī)氯化物、制造有機(jī)氯化物與有機(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

5、進(jìn)一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)與相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉與到國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(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，并伴有大量水蒸汽與鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣，對(duì)鋼鐵與大多數(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、瓷、玻璃、橡膠、聚酯、玻璃鋼等因而使得生產(chǎn)與運(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)生產(chǎn)和使用氯氣過(guò)程中所必須的

6、。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(guò)壓縮，再送至用戶。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)備與管道進(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iooppm。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)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

7、；（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%寸，它的結(jié)晶溫度為+8C,所以在操作中一般將H2SO溫度控制在不低于10Co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

8、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(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因方式的不同，可分為直接冷卻、問(wèn)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

9、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15C,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

10、消耗省。但設(shè)備大，管道復(fù)雜，投資與操作費(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，投資與操作費(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)，往往夾帶有液相與固相雜質(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%,而且壓力降較小，可用于高質(zhì)量的氯氣處理。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）

11、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冷卻水)y80#酸硫酸干燥塔n濃硫酸75硫酸圖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85C降至80c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46C,再經(jīng)過(guò)二鈦冷卻器冷卻至18Co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

12、進(jìn)入透平式氯壓機(jī)，經(jīng)壓縮后送至用戶。二.計(jì)算依據(jù)1 .生產(chǎn)規(guī)模：200kt/a100%NaOH2 .年生產(chǎn)時(shí)間（按年工作日330天計(jì)算）：330>24=7920小時(shí)；3 .計(jì)算基準(zhǔn)：以生產(chǎn)1t100%NaOHfe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，c85氯氣，kg/t100%NaOH88512.50mol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%NaOH1187

13、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90c降至80C,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80C降至46c。由資料查知相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)：氯氣在水中溶解度：80C:0.002227kg/kgH2O56C:0.00355kg/kgH2O水蒸汽分壓：80C:45.77kPa46C:10.1104kPa水的比熱:50C:4.18 68J/(g C)25c:4.1796J/(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C8046氯氣比熱容Kcal/(molC)8.3648.2902水烝氣熱燃kcal/kg631.4617.42不凝氣比熱kcal/kg0.2

14、4260.24262 .物料衡算設(shè)管路中冷凝下來(lái)的水量為Wkg,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：Px/P總=口水/n總310W11845.77885-0.002227W115310W1101.227712918解得W=117.097kg故溶解的氯氣量：0.002227M17.097=0.26kg氯水總重量：117.097+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310-117.097=192.903kg不凝氣體15kg

15、氯氣在一段鈦冷卻器中溫度從80c降至46c設(shè)在第一鈦冷卻器中冷凝的水量為W2kg,其阻力降為35>9.81pa(35mmHO),則出口氯氣的總壓為-40>9.81Pa-3P總=101.22735>9.81M0=100.933kpa192.903W2根據(jù)道爾頓定律有:1810.1104884.74-0.00355W215192.903W2100.933712918解得：W=166.946kg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氯氣884.74水蒸氣192.903不凝氣體物料衡算表0.59

16、3=884.147kg166.946=25.957kg15kg因此出第一鈦冷卻器的氣體組分為:a.以生產(chǎn)1t100%NaOHfe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kg/t100%NaOH出第二鈦冷卻器kg/t100%NaOH氯氣884.74884.147水蒸氣192.90325.957不凝氣體1515氯水167.539總計(jì)1092.6431092.643b.總物料衡算表2-4第一鈦冷卻器總物料衡算表名稱進(jìn)第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH出第二鈦冷卻器kg/t100%NaOH氯氣176948000176829400水蒸氣385806005191400不凝氣體30000003

17、000000氯水33507800總計(jì)2185286002185286003.熱量衡算氣體帶入熱量a.氯氣帶入熱量：Q=884.74/71>8.364>80M.1868=34909kJb.水蒸氣帶入熱量：Q2=192.903>631.4M.1868=509948kJc.不凝氣體帶入熱量：Q=15>0.244>4.1868>80=1226kJd.氯氣溶解熱：Q=0.593/71>22090=185kJ2Q=34909+509948+1226+185=546268kJ氣體帶出熱量a.氯氣帶熱量：qi=884.147/71>8.2902M6M.1868=

18、19883kJb.水蒸氣帶熱量：q2=25.957>617.42M.1868=67099kJc.不凝氣體帶出熱量：甲=15>0.2426>4.1868M6=701kJd.氯水帶出熱量：q4=167.539>4.1828>56=39244kJ2q=19883+67099+701+39244=126927kJ冷卻水用量30 Co冷卻水采用工業(yè)上水，設(shè)進(jìn)口溫度t1=20C,出口溫度t2=定性溫度：T=(t2+t1)/2=(20+30)/2=25CQ=WO4t211)(21)其中，Q-一傳熱速率，WWc流體質(zhì)量流量，kg/sCpc流體比熱容，kJ/(kg?C)t溫度,Co

19、則第一鈦冷卻器用水量為：W1=Q/Cpc(t2-t1)二546268126927-4.1796(3020)=10032kg/t100%NaOH冷卻水帶入熱量：10032>4.1796>20=838595kJ冷卻水帶出熱量：10032>4.1796>30=1257892kJ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數(shù)量kg熱量kJ物料名稱數(shù)量kg熱量kJ氯氣884.7434909氯氣884.14719883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

20、水10032838595冷卻水100321257892總計(jì)11224.6431.385M06總計(jì)11124.6431.385M06(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46c降至18c氯水溫度為20Co出口氯氣總壓力為-100>9.81pa(100mm©。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：20C:0.00729kg/kgH2O氯氣比熱容：18C：8.227kcal/(molC)水蒸氣分壓：18C:2.0776kPa水蒸氣熱燃：18C：605.34kcal/kg不凝氣體比熱：18C:0.2418kcal/(kg水的比熱：6C:4.1999J

21、/(g?C)2 .物料衡算設(shè)在第二鈦冷卻器總冷凝水量為Wkg,其阻力降為60>9.81pa(60mmHO),-3P總=100.93360>9.81M0=100.344kpa25.957W3則由道爾頓定律有:解得 W=19.608kg182.0776884.147-0.00729W31525.957W3100.344712918溶解氯氣量：19.608>0.00729=0.143kg氯水總量：19.608+0.143=19.751kg因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為:氯氣 884.147水蒸氣 25.957不凝氣物料衡算表0.143=884.004kg19.608=6.349kg

22、15kga.以生產(chǎn)1t100%NaOHfe基準(zhǔn)表2-6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進(jìn)第二鈦冷卻器kg/t100%NaOH出第二鈦冷卻器kg/t100%NaOH氯氣176829400176800800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

23、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：Q=617kJd.氯氣溶解熱：Q=22.09M03>0.143/71=44kJ2Q=19883+67099+617+4487643kJ氣體帶出熱量a.氯氣帶出熱量：q5=884.004/71>8.227M8M.1868=7720kJb.水蒸氣帶出熱量：q6=6.349>605.34M.1868=16091kJc.不凝氣體帶出熱量：q7=15>0.2418>4.1868M8=273kJd.氯水帶出熱量：q8=

24、19.751>4.1819浸0=1652kJ2q=7720+16091+273+1652=25736kJ冷凍水用量冷凍水進(jìn)口溫度為4C,出口溫度為8C,則二段冷卻器冷凍水用量為:W2=Q/Cpc(t211)二8764325736-4.1999(84)=3685kg冷凍水帶入熱量：3685M.1999M=61907kJ冷凍水帶出熱量：3685M.1999>8=123813kJ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kg熱量kJ氯氣884.14719883氯氣884.0047720水蒸氣25.95767099水蒸氣6.349160

25、91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)4610.1041.496X10總計(jì)4610.1041.496X10（三）硫酸干燥塔I（填料塔）1 .計(jì)算依據(jù)入塔硫酸濃度80%,溫度為15C,出塔硫酸濃度60%,溫度為30Co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W3kg,貝UW=80/601=0.3333設(shè)干燥所需80%硫酸量為Wkg,則6.3490.3333W4八八=0.0001884.004156.3490.3333W4解得W=18.

26、794kg假定各種因素造成硫酸的損耗為15%,則需硫酸量為：18.794M.15=21.613kg填料塔流出的稀酸量為：18.794X.3333+18.794>0.15=27.877kg干燥后氯氣中含水量：6.3490.3333M8.794=0.085kg出填料塔氣體組分為：氯氣884.004kg水蒸氣0.085kg不凝氣體15kg物料衡算表a.以生產(chǎn)1t100%NaOH/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kg/t100%NaOH出填料塔kg/t100%NaOH氯氣884.004884.004水蒸氣6.3490.085不凝氣體1515硫酸21.61327.877總計(jì)9

27、26.966926.966b.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kg/t100%NaOH出填料塔kg/t100%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n（泡罩塔）1 .計(jì)算依據(jù)進(jìn)塔硫酸濃度為98%,溫度為13C；出塔硫酸濃度為75C,溫度為28c干燥后氯氣含水量1.0M0-5。2 .物料衡算設(shè)每千克98%硫酸吸收的水分為Wkg,則W=0.98/0.751=0.3067kg設(shè)干燥所需98%流酸為Wkg,0

28、.0850.3067W6,八_5=1.0M0884.004150.0850.3067W6解彳#W=0.25kg假設(shè)各種因素造成的硫酸損耗為15%,則需硫酸量為：0.25M.15=0.2875kg泡罩塔流出稀酸的量為：0.25M.3067+0.25>0.15=0.3642kg干燥后氯氣含水量為：0.0850.3067>0.25=0.0083kg884.004氯氣出泡罩塔氣體組分為：kg水蒸氣0.0083kg不凝氣體15kg884.004氯氣純度:71884.004 0.008315M00%=96% (V/V)711829物料衡算表a.以生產(chǎn)1t100%NaOHfe基準(zhǔn)表2-11硫酸干

29、燥塔（泡罩塔）物料衡算表名稱進(jìn)泡罩塔kg/t100%NaOH出泡罩塔kg/t100%NaOH氯氣884.004884.004水蒸氣0.0850.0083不凝氣體1515硫酸0.28750.3642總計(jì)899.3765899.3765b.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kg/t100%NaOH出泡罩塔kg/t100%NaOH氯氣176800800176800800水蒸氣170001660不凝氣體30000003000000硫酸5750072840總計(jì)179875300179875300第三章主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型一.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

30、般溫度較高，并伴有大量水蒸氣與鹽霧等雜質(zhì)。這種濕氯氣對(duì)鋼鐵與大多數(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80C,出口溫度46C；冷卻水進(jìn)口溫度20C,出口溫度30Co2 .確定物性數(shù)據(jù)流體平均溫度Tm和tmTmi=(Ti+To)12=(80+46)/2=63Ctmi=(ti+to)/2=(20+30)/2=25C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氯密度Kg/m357.84粘度pa?s0.00089

31、37粘度P1516.8義10-7水導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?c)0.60825氣導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/(m?h?C)0.00819比熱J/(g?c)4.1796比熱容Cal/(mol8.324容?C)密度Kg/m30.1506密度Kg/m31.016粘度Kgf?s/m2-61.075M0不粘度Kgf?s/m22.059水導(dǎo)熱Kcal/(m0.01895凝導(dǎo)熱系W/(m?C)0.02917越八、系數(shù)?h?C)氣數(shù)氣比熱Kcal/(kg0.459體比熱容Kcal/(kg0.243容?C)?C)N平=1516.8M07>0.1X80.97%+1.075X106刈.81M7.66%+2.019M06x3 .

32、81M.37%=14.42X06pa?s_一.一一一一一._._3P平=57.84>80.97%+0.1506M7.66%+1.01X.37%=46.874kg/m入平=0.819X102X80.97%+1.895M02X17.66%+2.425X102M.37%=1.33>102kcal/(m?h?C)=1.547X02w/(m?C)C平=8.324/1000X71X80.97%+0.459X17.66%+0.243X1.37%=0.563kcal/(kg?C)=2.357J/(g?C)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)圍在350550

33、kcal/(m2?h?C),即407.05639.65w/(m2?C)熱負(fù)荷QQ=(546268-126927) >200000/7920=10589419kJ/h=2941.7kw假設(shè) k=500 w/(m2?C )則估算的傳熱面積為A=Q/KA tm其中，Q換熱器熱負(fù)荷，WK 總傳熱系數(shù)，W/(n2?C )Atm對(duì)數(shù)平土溫差，C .(3-1)t1 t2Int1t2_(8030)(4620)一,8030In4620=36.7C則由式(3-1)有A=2941.7X10/(500X36.7)=160.3m2考慮10%的面積裕度，則所需傳熱面積為:A=1.1A=1.1>160.3177

34、m2選用19.05>2mm,6m長(zhǎng)的Ti-0.3Mo-0.8Ni鈦鋼管，則所需管數(shù)A0N=W（3-2）其中，A0傳熱面積，m2d換熱管外徑，ml換熱管長(zhǎng)度，m。177N=3.140.0190560.1=502根參考碳鋼19排管圖，確定排管總數(shù)為518根，D700mmVI管程，管子采用三角形排管，管心距24nlm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H=0.25>700=175mm,折流板間距取B=0.8DG=0.8X700=50mm,折流板厚度16nm折流板數(shù)M=傳熱管長(zhǎng)折流板間距1(3-3)6000彳156010塊拉桿參考鈦制化工設(shè)備設(shè)計(jì)知，

35、拉桿數(shù)量為6,拉桿直徑為10nlm接管a.殼程流體進(jìn)出口接管取接管流體流速為u=2m/s,則接管徑為:(3-4)4VD1=u其中，V流體的體積流量，nVs流體在接管中的流速，m/s。c41003220000079203600995.03D1=J;3.142=0.212mb.管程流體進(jìn)出口接管取接管流體流速為W=20m/s則接管徑為:_4884.74192.903152000007920360047一;3.1420=0.102m圓整后，取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為：273>8mm,管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為133>6mm04 .第一鈦冷卻器的核算(1)殼程流體傳熱膜系數(shù)ao用克恩法計(jì)算a

36、o=0.36(一)Re0.55Pr1/3()0.14(3-5)dew其中，入一一導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m-9,de公稱直徑，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:J3224(萬(wàn)t4do)de=24(3-6)do3224(0.0240.7850.01905);_23.140.01905=0.0143m其中，t管間距，m,do換熱管外徑，mb.殼程流通截面積So=BD(1-.)(3-7)=0.56>0.7(10.01905/0.024)=0.08m2其中，b折流板間距，nD殼體公稱直徑，m,c.殼程流體流速Uo=VS/S。(3-8)_100322000007920360

37、0997.080.08=0.735m/s其中，Vs流體在殼體的體積流量，m/h。d.雷諾數(shù)Ra=deUo_ 0.0143 0.735 997.080.0008937= 11726其中，uo流體在殼程的流速，m/s,P流體密度，kg/m3,p流體粘度，pa Soe.普蘭特?cái)?shù)c pPr = (3-10)_ 4.1796 0.0008937 10000.60825= 6.14其中，Q流體比熱，kJ/(kg粘度校正（）1.05,則由式（3-5）得:ao = 0.36 >0.60825/0.017 M 17260.55 >6.141/3 X.050.14（2）管傳熱膜系數(shù)a ia i = 0

38、.023 ReTPr"3di(3-11)a.管程流體流通截面積Si 二 一d i42 NNp2_一一=0.785>0.01505>518/6=0.015m2b.管程流體流速Ui=VS/Sid._884.74192.903152000007920360046.874一0.015=10.9m/sRe =deUi雷諾數(shù)e.Pr =cp_0.0150510.946.8740.00001442=533249普蘭特?cái)?shù)_2.35710000.000014420.01547=2.197則由式(3-11),得：ai=0.023>0.01547/0.01505>5714720&g

39、t;2.202-=1207W/(m-9污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：Ro=1.7197M04m2-CTW管側(cè)污垢熱阻：R=0.0002m2-CTWTi0.3Mo0.8Ni在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.046cal/(scm2C),即2入w=0.046>4.1868M02°=19.26W/(m-9Ki=+ Rso +obdo +R+ Rsiwdmdo + dodiidi(3-12)48840.01905+0.00017197+0.01905+0.01505 1139 0.01505= 0.0019K=526.3 W/(m2?C )(5)校核有效平均溫差R = T°tot

40、i80 46 c，=3.430 20At3.4=0.96其中，A0.002 0.01905+0.0002 X19.26 0.01705R=UiTiti30 208020= 0.167At =lnT1 PR,2/P 1 R . R2 1 ln 2/P 1 R .R2 1,1- 0.167ln 1 二 0.167_3.4 ,2/0.167 1 3.4 3.42 ln2/0.167 1 3.43.42A t m1二At A t m1(3-14)(3-13)=0.96 >36.7=35.23 C按逆流計(jì)算的對(duì)數(shù)平均溫度差，C溫度差校正系數(shù)，無(wú)因次。At=Tm1tm1=38C<50C該溫差較

41、小，不需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置，因此選用固定管板式換熱器。(6)傳熱面積裕度K1tm2941700526.335.23=158.6m2該換熱器的實(shí)際傳熱面積:8=dolN=3.14>0.01905>6>518=185.9m2該換熱器的面積裕度為：匚SoSnF=Sn=185.9-X。158.6=17%該換熱器能夠完成任務(wù)。(7)流體的流動(dòng)阻力a.管程壓強(qiáng)降：EAP=(AR+AP)FtNN<3-15)其中，AP,AP2分別為直徑與回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，paFt結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，取 1.5,NP管程數(shù)，NS串連的殼程數(shù)管程流通面積S=0.08m2,流速10.9M/S,雷

42、諾準(zhǔn)數(shù)533249(湍流)設(shè)管粗糙度 0.1mm, di0.10.0070.01505查Re關(guān)系圖得=0.03PiLu2d247 10.92X2b.6=0.03X0.01505=33393Pa因?yàn)闆](méi)有彎管，即P20則由式(3-15)得：P333931.56300538Pa殼程壓強(qiáng)降：P(P2)FsNs(3-16).其中，AP流體橫過(guò)管束的壓降，paA的一一流體流過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降，paFs一一殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢正因數(shù)，無(wú)因次，取1.15Ns串連殼程數(shù)。2一-uP1FfoNc(NB1)(3-17)12其中，F(xiàn)一一管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>50Qf=5.0Re

43、-0.228橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)B-折流擋板數(shù)管子為三角形排列，F(xiàn)=0.5,NB=10,勵(lì)=1.1、N=1.1,518=25,So=0.08*uo=0.735m/s,R=11726>50Q所以fo5.0117260.228=0.59由式（3-17）,得:Pi0.5 0.59 25 (10_ 2八 997.08 0.7351)2=21849PaP2Nb(3.52h、u2K)V(3-18)=103審)997.08 0.7352X2=5117PaPo=(21849+5117X1.15=31011Pa殼程和管程的壓力降幾乎都能滿足要求。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

44、鈦冷卻器。從車間布置、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QQ=61907>200000/(7920>3600)=434.25KW(2)流體平均溫度與對(duì)數(shù)平均溫度差Tm2=(46+18)/2=32Ctm2=(4+8)/2=6C(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)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)密度kg/m3999.97密度Kg/m328.922粘度cp1.4728粘度Pa?s1376.2義冷濕10-7凍導(dǎo)熱系W/(m0.56522氯導(dǎo)熱系kcal/(m0.007406水?dāng)?shù)?C)氣數(shù)?h?C)比熱

45、容J/(g4.1999比熱容cal/(mol8.2588?C)?C)(4)殼程結(jié)熱系數(shù)de=0.017m,S=0.08m2,uo=Vs/So3603200000:7920999.9736000.08=0.32m/sReo =deUo_ 0.017 0.32 999.970.0014728= 3694Pr =cp_ 4.1999 1000 0.00147280.56522= 10.94粘度校正（一）0.14 1,w則由式（3-5）得:a o= 0.36 >0.56522/0.017 刈6940.55 M0.941/3 M2-=2435 W/(m - 9（5）管程結(jié)熱系數(shù)a i=.d i42

46、_N nP=0.785>0.015052>518/6=0.015m2Ui=VS/Si(884.7425.95715)2000007920360028.9220.015=14.96m/sdeUiRe=_0.0150514.9628.9220.000013762=473167Prcp_2.45510000.0000137620.008613=3.923則由式(3-11)得：ai=0.023>0.008613/0.01505>473167°>3.9230.32°=689W/(m-9(6)污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：Ro=1.7197M04m2-

47、CTW管側(cè)污垢熱阻：R=0.0002m2-CTWTi-0.3Mo-0.8Ni在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.046cal/(scm2C),即入w=0.046>4.1868X02=19.26W/(m2-9(7)總傳熱系數(shù)由式(3-12)得：J 1K2 owdmdiidi+ Rso+應(yīng) + Rsi與+旦_1一 24350.002 0.01905+0.00017197+ +0.0002 X19.26 0.017050.019050.01905+0.01505 689 0.01505=0.002782 - -K2=360 W/(m?C )(8)校核有效平均溫差R=T_o toti46 18d toti

48、P2=T t i i46 4= 0.095由式(3-13)得:,1-0.095,72 1 xAt = XIn1-0.0957,2/0.09517.721ln2/0.09517721=0.97由式(3-14)得:Atm=(|)tAtm2=0.96>23.29=22.59C(9)校核熱負(fù)荷Q=K2SAtm2=360M85.9>22.59=1511813W'，Q>Q所以能完成任務(wù)。(10)流體的流動(dòng)阻力a.管程壓強(qiáng)降:匯AP=(APi+AP2)FtNN管程流通面積S=0.015m2,流速14.96M/S,雷諾準(zhǔn)數(shù)473167（湍流）。設(shè)管粗糙度0.1mm,人di 0.015

49、050.007Re關(guān)系圖得=0.033Lu2Rd2=0.033 義 60.150528.922 14.962X2=42578Pa因?yàn)闆](méi)有彎管，即P20425781.5 6 383202 Pab.殼程壓強(qiáng)降:PoP2)FsM,Pi2FfoNc(NB 15V管子為三角形排列，F(xiàn)=0.5,NB=10,N=1.1N=1.1518=25,So=0.08%uo=0.32m/s, R=3694,所以fo5.03694 0.2280.768R 0.50.768252“999.97 0.32(10 1)2=5407PaP2Nb(3.52h)_220.56999.970.32=10X(3.5)X0.72=973P

50、a.EAPo=(5407+973)X1.15M=7337Pa殼程和管程的壓力降幾乎都能滿足要求。2.換熱器附件選用D800的標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)參考(1)管板表3-3管板公稱直徑DD2D5=D6bcd螺栓孔數(shù)80093089079079380085032102332(2)殼程接管法蘭表3-4接管法蘭墊片螺栓外徑徑厚度DgDhDDDb重量kg數(shù)量直徑X長(zhǎng)度石墨250273370335312144.6512M16>553122733.2(3)管程接管法蘭表3-5接管法蘭墊片螺栓外徑徑厚度DgDhDDD2b重量kg數(shù)量直徑x長(zhǎng)度石墨125133235200178101.988M16>551781333.2（4）管箱H=700mm表3-6管箱流1<2程動(dòng),54數(shù)6程序二67上