第一部分-燒堿裝置氯氣處理工序初步設計-

課程制定第一篇氯氣處理PAGE30PAGE31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和方法1三工藝流程簡介2第二章氯氣工藝計算4一氯氣處理工藝流程4二計算依據4三工藝計算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Ⅱ〔泡罩塔〕11第三章主要設備制定及選型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Ⅱ〔泡罩塔〕27五除沫器28主要設備一覽表40參照文獻42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。氯氣對人的呼吸器官有激烈的刺激性，吸入過多時還會致死。氯氣比空氣重，約為空氣的倍。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。氯氣溶于水同時與水反應生成鹽酸和次氯酸，因此氯水具有極深的腐蝕性。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，用四氯化碳汲取氯堿廠產生的所有廢氯，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、制造無機氯化物、制造有機氯化物及有機物。2.氯堿工業(yè)在國民經濟中的地位食鹽電解聯產的燒堿、氯氣、氫氣，在國民經濟的所有部門均很需要，除應用于化學工業(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進一步加工成許多化工產品。所以氯堿工業(yè)及相關產品幾乎涉及到國民經濟及人民生活的各個領域。3.氯堿工業(yè)的特點氯堿工業(yè)的特點除原料易得、生出流程短外，主要還有三個特別問題: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。這種濕氯氣，對鋼鐵及大多數金屬有激烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料或非金屬材料在一定條件下，才干耐濕氯氣的腐蝕。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及運輸極不方便。但干燥的氯氣對鋼鐵等常用材料的腐蝕在通常狀況下時較小的，所以濕氯氣的干燥時生產和使用氯氣過程中所必需的。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?，然后用干燥劑進一步出去水分。干燥后的氯氣經過壓縮，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備及管道進行輸送或處理，要求氯氣的含水量小于0.05%〔如果用透平壓縮機輸送氯氣，則要求含水量小于100ppm〕。因此必需將氯氣中的水分進一步除去。在工業(yè)上，均采納濃硫酸來干燥氯氣，因為濃硫酸具有：〔1〕不與氯氣發(fā)生化學反應；〔2〕氯氣在硫酸中的溶解度??；〔3〕濃硫酸有激烈的吸水性；〔4〕價廉易得；〔5〕濃硫酸對鋼鐵設備不腐蝕；〔6〕濃硫酸可以回收利用等特點，故濃硫酸時一種較為理想的氯氣干燥劑。當溫度一按時，硫酸濃度愈高、其水蒸汽分壓愈低；當硫酸濃度一按時，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晶水合物而析出。因此原料硫酸與用后的稀硫酸在儲運過程中，尤其在冬季必需注意控制溫度和濃度，以防止管道堵塞。硫酸濃度在84%時，它的結晶溫度為+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間也是影響干燥效果的重要因素。故用硫酸干燥濕氯氣時，應掌握以下幾點：〔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間。生產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，并滿足用戶對氯氣壓力的要求。因此在氯氣干燥后還需用氣體壓縮機對氯氣進行壓縮。綜上所述，氯氣處理系統(tǒng)的主要任務是：氯氣干燥；2.將干燥后的氯氣壓縮輸送給用戶；3.穩(wěn)定和調節(jié)電解槽陽極室內的壓力，確保電解工序的勞作條件和干燥后的氯氣純度。三．工藝流程簡介1氯處理工藝依據氯處理的任務氯處理的工藝流程包括氯氣的冷卻、干燥脫水、凈化和壓縮、輸送幾個部分。⑴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：工藝設備投資少，操作簡單，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，同時使氯損失增大，且耗費大量蒸汽。間接冷卻流程：操作簡單，易于控制，操作費用低，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氯水泵、氯水循環(huán)槽使流程復雜化。⑵氯氣的干燥氯氣干燥時均以濃硫酸為干燥劑，分為填料塔串聯硫酸循環(huán)流程和泡沫塔干燥流程。填料塔串聯硫酸循環(huán)流程：該流程對氯氣負荷波動的適應性好，且干燥氯氣的質量穩(wěn)定，硫酸單耗低，系統(tǒng)阻力小,動力消耗省。但設備大，管道復雜，投資及操作費用較高。泡沫塔干燥流程：此流程設備體積小，臺數少，流程簡單，投資及操作費用低。其缺點時壓力降較大，適應氯氣負荷波動范圍小，塔板易結垢，同時由于塔酸未能循環(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。⑶氯氣的凈化氯氣離開冷卻塔，干燥塔或壓縮機時，往往夾帶有液相及固相雜質。管式、絲網式填充過濾器是借助具有多細孔通道的物質作為過濾介質，能有效地去除水霧或酸霧，凈化率可達94％－99％，而且壓力降較小，可用于高質量的氯氣處理。2工藝流程確實定氯處理工藝流程依據以上各流程的優(yōu)缺點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〕串聯干燥流程。此工藝效果好，氯氣輸送壓力大，設備少，系統(tǒng)阻力小，操作穩(wěn)定，經濟性能優(yōu)越。第二章氯氣工藝計算一.氯氣處理工藝流程氯氣處理工藝流程見下，據此進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℃后進入氯處理系統(tǒng)，有部分水蒸氣冷凝下來，并溶解氯氣。進入第一鈦冷卻器冷卻至46℃，再經過二鈦冷卻器冷卻至18℃。然后進入一段硫酸干燥塔，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%,此時出塔的氣體含水量以完全滿足輸送要求，經除沫器進入透平式氯壓機，經壓縮后送至用戶。二.計算依據生產規(guī)模：200kt/a100%NaOH；2．年生產時間〔按年工作日330天計算〕：330×24=7920小時；3．計算基準：以生產1t100%NaOH為基準；4．來自電解工序濕氯氣的工藝數據見下表：第一篇氯氣處理表2-1來自電解工序濕氯氣的溫度、壓力和組成項目氯氣備注項目氯氣備注溫度，℃85——氯氣，kg/t100%NaOH885總壓〔表〕，Pa-10——不凝性氣體〔假設為空氣，下同〕kg/t100%NaOH15水蒸汽，kg/t100%NaOH310——成分，%〔干基〕〔v/v〕96——氣體總量，kg/t100%NaOH1187——三.工藝計算〔一〕第一鈦冷卻器1．計算依據⑴假設濕氯氣經電解到氯處理室，溫度由90℃降至80℃，進入氯處理系統(tǒng)。⑵電解氯氣經一段洗滌塔冷卻，溫度從80℃降至46℃。⑶由資料查知相關熱力學數據：氯氣在水中溶解度：80℃:0.002227kg/kgH2O56℃:0.00355kg/kgH2O水蒸汽分壓：80℃:45.77kPa水的比熱：50℃:4.1868J/(g·℃)25℃:4.1796J/(g·℃)表2-2相關熱力學數據物料與項目單位溫度℃8046氯氣比熱容Kcal/(mol·℃水蒸氣熱焓kcal/kg617.42不凝氣比熱kcal/kg2．物料衡算⑴設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。由于系統(tǒng)總壓為－98.07pa，所以計算時可視為101.227kpa。由道爾頓分壓定律得：P水/P總=n水/n總解得W1×由上述計算得知，進入第一鈦冷卻器的氣體組分為： 氯氣885－不凝氣體15kg⑵氯氣在一段鈦冷卻器中溫度從80℃降至46℃設在第一鈦冷卻器中冷凝的水量為W2kg，其阻力降為35×9.81pa〔35mmH2O〕，則出口氯氣的總壓為-40×9.81PaP總=101.227－35××10-3=100.933kpa依據道爾頓定律有：解得：W2×因此出第一鈦冷卻器的氣體組分為：不凝氣體15kg⑶物料衡算表a.以生產1t100%NaOH為基準表2-3第一鈦冷卻器物料衡算表名稱進第一鈦冷卻器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30000003000000氯水——33507800總計2185286002185286003．熱量衡算⑴氣體帶入熱量a.氯氣帶入熱量：Q1××80×=34909kJb.水蒸氣帶入熱量：Q2××4.1868=509948kJc.不凝氣體帶入熱量：Q3＝15×××80＝1226kJd.氯氣溶解熱：Q4×22090＝185kJΣQ=34909+509948+1226+185=546268kJ⑵氣體帶出熱量a.氯氣帶熱量：q1××46×4.1868＝19883kJb.水蒸氣帶熱量：q2××4.1868＝67099kJc.不凝氣體帶出熱量：q3＝15×××46＝701kJd.氯水帶出熱量：q4×28×56＝39244kJΣq＝19883＋67099＋701+39244＝126927kJ⑶冷卻水用量冷卻水采納工業(yè)上水，設進口溫度t1＝20℃，出口溫度t2＝30℃。定性溫度:T=〔t2＋t1〕/2=〔20＋30〕/2=25℃Q=WCCPC(t2－t1)(2—1)其中，Q——傳熱速率，WWC——流體質量流量，kg/sCPC——流體比熱容，kJ/(kg?℃)t——溫度，℃。則第一鈦冷卻器用水量為：WC1=Q/CPC(t2－t1)==10032kg/t100％NaOH冷卻水帶入熱量：10032××20＝838595kJ冷卻水帶出熱量：10032××30＝1257892kJ⑷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量kg熱量kJ物料名稱數量㎏熱量kJ氯氣34909氯氣19883水蒸氣509948水蒸氣67099不凝氣體151226不凝氣體15701溶解熱——185氯水39244冷卻水10032838595冷卻水100321257892總計1.385×106總計1.385×106〔二〕第二鈦冷卻器1．計算依據⑴電解氯氣經二段洗滌塔冷卻，溫度從46℃降至18℃。⑵氯水溫度為20℃。⑶出口氯氣總壓力為-100×9.81pa〔－100mmH2O〕。⑷由資料查得相關熱力學數據如下：氯氣在水中溶解度：20℃:0.00729kg/kgH2O氯氣比熱容：18℃:8.227kcal/(mol·℃)水蒸氣分壓：水蒸氣熱焓：18℃:605.34kcal/kg不凝氣體比熱：18℃:0.2418kcal/(kg·℃)水的比熱：6℃J/〔g?℃〕2．物料衡算⑴設在第二鈦冷卻器總冷凝水量為W3kg，其阻力降為60×9.81pa〔60mmH2O〕，P總=100.933－60××10-3=100.344kpa則由道爾頓定律有：解得W3×因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為：不凝氣15kg⑵物料衡算表a.以生產1t100%NaOH為基準表2-6第二鈦冷卻器物料衡算表名稱進第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH出第一鈦冷卻器kg/t100%NaOH氯氣884.147水蒸汽不凝氣1515氯水——總計b.總物料衡算表2-7第二鈦冷卻器總物料衡算表名稱進第二鈦冷卻器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1850208001850208003．熱量衡算⑴氣體帶入熱量假設不合計管道散熱，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：Q8×103×0.143/71＝44kJΣQ=19883+67099+617+44＝87643kJ⑵氣體帶出熱量a.氯氣帶出熱量：q5××18×4.1868＝7720kJb.水蒸氣帶出熱量：q6××4.1868＝16091kJc.不凝氣體帶出熱量：q7＝15×××18＝273kJd.氯水帶出熱量：q8××20＝1652kJΣq＝7720+16091+273+1652＝25736kJ⑶冷凍水用量冷凍水進口溫度為4℃，出口溫度為8℃，則二段冷卻器冷凍水用量為：WC2=Q/CPC(t2－t1)==3685㎏冷凍水帶入熱量：3685××4＝61907kJ冷凍水帶出熱量：3685××8＝123813kJ⑷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量kg熱量kJ物料名稱數量㎏熱量kJ氯氣19883氯氣7720水蒸氣67099水蒸氣16091不凝氣體15617不凝氣體15273溶解熱——44氯水1652冷凍水368561907冷凍水3685123813總計1.496×105總計1.496×105〔三〕硫酸干燥塔Ⅰ〔填料塔〕1．計算依據⑴入塔硫酸濃度80％，溫度為15℃，出塔硫酸濃度60％，溫度為30℃。⑵干燥后的氯氣含水量為100ppm。2．物料衡算⑴計算中忽略氯氣在硫酸中的溶解損失，設每千克80％的硫酸汲取的水分為W3kg，則W33設干燥所需80％硫酸量為W4㎏,則＝0.0001解得W4＝18.794㎏假定各種因素造成硫酸的損耗為15％，×1.15＝21.613㎏×3×7㎏3×85㎏出填料塔氣體組分為：氯氣884.004㎏水蒸氣0.085㎏不凝氣體15㎏⑵物料衡算表a.以生產1t100%NaOH為基準表2-9硫酸干燥塔〔填料塔〕物料衡算表名稱進填料塔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926．966926．966b.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185393200185393200〔四〕硫酸干燥塔Ⅱ〔泡罩塔〕⑴進塔硫酸濃度為98％，溫度為13℃；出塔硫酸濃度為75℃，溫度為28℃。⑵×10－5。2．物料衡算⑴設每千克98％硫酸汲取的水分為W5㎏,則W5＝0.98/0.75－1＝0.3067㎏設干燥所需98％流酸為W6㎏，×10－5解得W6=0.25㎏假設各種因素造成的硫酸損耗為15％，×1.15＝0.2875㎏××0.15＝0.3642㎏×0.25＝0.0083㎏出泡罩塔氣體組分為：氯氣884.004㎏水蒸氣㎏不凝氣體15㎏⑵氯氣純度:×100%=96%(V/V)⑶物料衡算表a.以生產1t100%NaOH為基準表2-11硫酸干燥塔〔泡罩塔〕物料衡算表名稱進泡罩塔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179875300179875300第三章主要設備制定及選型一.第一鈦冷卻器1．確定制定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。這種濕氯氣對鋼鐵及大多數金屬有激烈的腐蝕作用，只有某些金屬材料或非金屬材料在一定條件下，才干耐濕氯氣的腐蝕。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，并且采納逆流流向。氯氣進口溫度80℃，出口溫度46℃；冷卻水進口溫度20℃，出口溫度30℃。2．確定物性數據⑴流體平均溫度Tm和tmTm1＝〔Ti＋To〕/2＝〔80＋46〕/2＝63℃tm1＝〔ti＋to〕/2＝〔20＋30〕/2＝25℃⑵平均溫度下的物性數據表3-1物性數據物料項目單位數據物料項目單位數據水密度g/cm3氯氣密度Kg/m3粘度pa?s粘度p×10-7導熱系數W/(m?℃)導熱系數Kcal/(m?h?℃)比熱容J/(g?℃)比熱容Cal/(mol?℃)水蒸氣密度Kg/m3不凝氣體密度Kg/m3粘度Kgf?s/m2×10-6粘度Kgf?s/m2導熱系數Kcal/(m?h?℃)導熱系數W/(m?℃)比熱容Kcal/(kg?℃)比熱容Kcal/(kg?℃)μ平×10－7×××10－6×××10－6×××10－6pa?sρ平×××1.37％＝46.874㎏/m3λ平×10－2××10－2××10－2××10－2kcal/(m??h?℃×10－2w/(m?℃)Cp平×71×××1.37％＝0.563kcal/(kg?℃J/(g?℃)3．制定計算⑴計算依據：由《氯堿工業(yè)理化常數手冊》中查知，第一鈦冷卻器的總傳熱系數范圍在350—550kcal/(m2??h?℃)，即407.05—w/(m2?℃)⑵熱負荷QQ=(546268-126927)×200000/7920=10589419kJ/hkw⑶假設k=500w/(m2?℃)則估算的傳熱面積為A=Q/KΔtm(3-1)其中，Q——換熱器熱負荷，WK——總傳熱系數，W/(m2?℃)Δtm——對數平均溫差，℃.Δtm‘=＝℃則由式〔3-1〕有A=2941.7×103/(500×36.7)=㎡合計10％的面積裕度，則所需傳熱面積為：A0A×177㎡⑷選用Φ×2㎜，6m長的Ti－0.3Mo－0.8Ni鈦鋼管，則所需管數N=(3-2)其中，A0——傳熱面積，㎡d——換熱管外徑，ml——換熱管長度，m。N==502根參照碳鋼Φ19排管圖,確定排管總數為518根，Dg700mm，Ⅵ管程，管子采納三角形排管,管心距24㎜⑸折流板×700＝175㎜，折流板間距取B=DG＝0.8×700=560㎜，折流板厚度16㎜折流板數Nb=－1(3-3)=－110塊⑹拉桿參照《鈦制化工設備制定》知，拉桿數量為6，拉桿直徑為10㎜⑺接管a.殼程流體進出口接管取接管內流體流速為u1＝2m/s，則接管內徑為：D1=(3-4)其中，V——流體的體積流量，m3/su——流體在接管中的流速，m/s。D1＝b.管程流體進出口接管取接管內流體流速為u2＝20m/s則接管內徑為：D2==圓整后，取殼程流體進出口接管規(guī)格為：Ф273×8㎜，管程流體進出口接管規(guī)格為Ф133×6㎜。4．第一鈦冷卻器的核算〔1〕殼程流體傳熱膜系數αo用克恩法計算αo＝0.36〔〕RePr1/3〔〕(3-5)其中，λ——導熱系數，W/(m2·℃)，de——公稱直徑，m，Re——雷諾準數，無因次，Pr——普蘭特準數，無因次。a.當量直徑：de＝(3-6)＝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)×0.7〔1－0.01905/0.024〕＝0.08㎡其中，B——折流板間距，m，D——殼體公稱直徑，m，c.殼程流體流速uo＝Vs/So(3-8)＝其中，Vs——流體在殼體的體積流量，m3/h。d.雷諾數Reo＝(3-9)＝＝11726其中，uo——流體在殼程的流速，m/s，ρ——流體密度，kg/m3，μ——流體粘度，pa·s。e.普蘭特數Pr＝(3-10)＝其中，Cp——流體比熱，kJ/(kg·℃)。粘度矯正〔〕1.05，則由式〔3-5〕得：αo××11726×1/3×＝4884W/(m2·℃)〔2〕管內傳熱膜系數αiαiRePr(3-11)a.管程流體流通截面積Si＝×2×518/6＝0.015㎡b.管程流體流速ui=Vs/Si=＝10.9m/sd.雷諾數Rei＝＝＝533249e.普蘭特數Pr＝＝則由式〔3-11〕，得：αi××571472×＝1207W/(m2·℃)〔3〕污垢熱阻和管壁熱阻管外側污垢熱阻：Rso×104m2·℃/W管內側污垢熱阻：Rsi＝0.0002m2·℃/WTi－0.3Mo－0.8Ni在該條件下的導熱系數為0.046cal/〔s·cm2·℃〕，即λw××102＝19.26W/(m2·℃)〔4〕總傳熱系數＝+Rso++Rsi+(3-12)＝+0.00017197+×+＝0.0019K1=W/(m2?℃)〔5〕校核有效平均溫差R1=＝＝3.4P1=＝φΔt＝×(3-13)=×6Δtm1＝φΔtΔtm1’(3-14)6×=35.23℃其中，Δtm’——按逆流計算的對數平均溫度差，℃φΔt——溫度差矯正系數，無因次。Δt=Tm1－tm1＝63－25＝38℃<50℃該溫差較小，不需設溫度補償裝置，因此選用固定管板式換熱器。〔6〕傳熱面積裕度Sn＝＝＝㎡該換熱器的實際傳熱面積：So＝××6×518=㎡該換熱器的面積裕度為：F=＝×100％＝17％該換熱器能夠完成任務。〔7〕流體的流動阻力a.管程壓強降：∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs(3-15)其中，ΔP1，ΔP2——分別為直徑及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，paFt——結垢矯正因數，無因次，取1.5，Np——管程數，Ns——串連的殼程數。管程流通面積SI8㎡，流速m/s,雷諾準數533249〔湍流〕。設管粗糙度,查關系圖得=0.03××=33393Pa因為沒有彎管，即則由式〔3-15〕得：Pab.殼程壓強降：(3-16)其中，ΔP1‘——流體橫過管束的壓降，paΔP2‘——流體流過折流板缺口的壓強降，paFs——Ns——串連殼程數。(3-17)其中，F——管子排列方式對壓強降的矯正因數fo——殼程流體的摩擦系數，當Re>Nc——橫過管束中心線的管子數NB——折流擋板數管子為三角形排列，F=0.5，NB=10，Nc=25，So=0.08㎡,uo35m/s，Re=11726>500，所以∴由式〔3-17〕，得：=21849Pa(3-18)=10×〔3.5－〕×=5117Pa∴∑ΔPo=〔21849+5117〕×=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的氯氣需要進一步冷卻，進入第二鈦冷卻器。從車間布置、設備修理等多方面的合計，第二鈦冷卻器與第一鈦冷卻器選取同種型號，進行核算即可。1．第二鈦冷卻器核算〔1〕熱負荷QQ2=61907×200000/〔7920×3600〕=434.25KW〔2〕流體平均溫度及對數平均溫度差Tm2=〔46+18〕/2=32℃tm2=〔4+8〕/2=6℃〔3〕平均溫度下的物性數據見下表表3-2物性數據表物料項目單位數據物料項目單位數據冷凍水密度kg/m3濕氯氣密度Kg/m3粘度cp粘度Pa?s×10-7導熱系數W/(m?℃)導熱系數kcal/(m?h?℃)比熱容J/(g?℃)比熱容cal/(mol?℃)〔4〕殼程結熱系數de=0.017m，So=0.08㎡，uo＝Vs/So＝＝0.32m/sReo＝＝＝3694Pr＝＝粘度矯正〔〕1，則由式〔3-5〕得：αo××3694×1/3×1=2435W/(m2·℃)〔5〕管程結熱系數αiSi＝×2×518/615㎡ui=Vs/Si＝＝m/sRei＝＝＝473167Pr＝＝3則由式〔3-11〕得：αi××473167×3＝689W/(m2·℃)〔6〕污垢熱阻和管壁熱阻管外側污垢熱阻：Rso×104m2·℃/W管內側污垢熱阻：Rsi＝0.0002m2·℃/WTi－0.3Mo－0.8Ni在該條件下的導熱系數為0.046cal/〔s·cm2·℃〕，即λw××102＝19.26W/(m2·℃)〔7〕總傳熱系數由式〔3-12〕得：=+Rso++Rsi+=+0.00017197+×+=K2=360W/(m2?℃)〔8〕校核有效平均溫差R2=＝＝7P2=＝由式〔3-13〕得：φΔt＝×由式〔3-14〕得：Δtm2＝φΔtΔtm2’×℃〔9〕校核熱負荷Q‘=K2SΔtm2=360××=1511813WQ‘>Q2所以能完成任務?！?0〕流體的流動阻力a.管程壓強降：∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs管程流通面積SI15㎡，流速/s,雷諾準數473167〔湍流〕。設管粗糙度,查關系圖得3=0.033××=42578Pa因為沒有彎管，即則Pab.殼程壓強降：，管子為三角形排列，F=0.5，NB=10，Nc=25，So=0.08㎡,uo=0.32m/s，Re=3694，所以∴=5407Pa)×=973Pa∴∑ΔPo=〔5407+973〕××1=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Dg800的標準作為制定參照〔1〕管板表3-3管板公稱直徑DD1D2D3D5=D6D7螺栓孔數80093089079079380085032102332〔2〕殼程接管法蘭表3-4接管法蘭墊片螺栓外徑內徑厚度DD1D2重量㎏數量直徑×長度石墨2502733703353121412M16×55312273〔3〕管程接管法蘭表3-5接管法蘭墊片螺栓外徑內徑厚度DD1D2重量㎏數量直徑×長度石墨125133235200178108M16×55178133〔4〕管箱H=700㎜表3-6管箱程數6流動程序上〔前〕管板下〔后〕管板〔5〕封頭表3-7橢圓封頭曲面高度直邊高度內表面積㎡容積m3厚度㎜700200408三.硫酸干燥塔Ⅰ(填料塔)填料塔流程的操作平穩(wěn)，彈性較大，特別是剛開車時氯氣的氣流量小，它幾乎同滿負荷操作一樣能達到對水分的要求指標。殼體材料為聚氯乙烯纏玻璃鋼〔PVC+FRP〕。1．填料的選擇塑料填料質輕，具有優(yōu)良的韌性，耐沖擊，不易破碎。它的通量大、壓降低，而且耐腐蝕性能較好。綜上優(yōu)點，選取塑料鮑爾環(huán)50×50×1.8〔亂堆〕，材質為聚丙烯〔PP〕。濕填料因子120m-1。2．塔徑確實定濕氯氣的質量流量:Wv=〔884.004++15〕×200000/7920=22862㎏/濕氯氣密度:=20.3280%硫酸密度:1.7323參照新工藝，硫酸的噴淋量取為:WL=134000㎏/則由埃克特關聯圖查得,橫坐標為0.63,縱坐標為0.037,即〔3-18〕其中,——泛點氣速，m/sφ——濕填料因子，1/mψ——液體密度矯正系數，——重力加速度，m/s2又因液相為硫酸，故矯正系數ψ==0.466取空塔氣速為泛點氣速的70%，即×0.466=m/s，VS=v/v=1125m3/hD==圓整后取塔徑D=1200㎜計算空塔氣速：u2安全系數u/=0.398/0.466×100%=%3．壓降計算最小噴淋密度：〔3-19〕其中，因填料尺寸小于75㎜，故取,則>填料的每米壓降：縱坐標