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

PAGE18-0121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)用中鞏固所學(xué)知識。本設(shè)計(jì)從初步設(shè)計(jì)的角度對年產(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

AbstractAbstractintheproductionofonehundredthousandtonsofcausticsoda,PVCproductstotaketherelevantsectioninthemethodtoremovechlorine.Themainpurposeofthisdesignistomastertheprinciplesofcausticsodadechlorinated,dechlorinationequipmentdesigncalculations.Inmercuryandion-exchangemembranecausticsodaproductionprocess,thefreesolutiontankofsaltwateroutoftheanodechamberwithasmallamountofdissolvedchlorine.Chlorineisastrongpungentodorwithsmellandyellow-greengas,verytoxic.Ifthispartofthechlorineinsaltwatertoremovethetransmissionandre-useprocessproducesalotofproblems,suchascorrosionofpipingandequipment,theimpactofrefinedsaltandsubsidence,erosioncarbonsinteredtube,thecrabcombinedresinpoisoning,pollutionanddeteriorationoftheproductionoperationsenvironment.Therefore,inlightsaltwatermustbedechlorinatedbeforere-saturationprocess.Thedesignofthemainequipmentcoolers,dryingtower,demister,etc.,inordertoimprovetheirabilitytointegratetheorywithpractice,theabilitytoanalyzeproblems,maketheiruseinpracticetoconsolidatetheknowledge.Thedesignfromtheperspectiveofthepreliminarydesignofchemicalplantsproduce100,000tonsofPVCacomprehensivedesign,thedesignresultstothedesignissuesofthebasicrequirements,completionofaPVCproductionplantpreliminarydesign,feasibilitystudycarriedouttocompletethematerial,heat,equipmentandotherrelatedcalculations.Keywords:PVC;Causticsoda;Chlorine;Processdesign;Processcalculation

目錄摘要 IAbstract II目錄 III第1章綜述 -1-1.1PVC -1-1.1.1PVC的物理化學(xué)性質(zhì) -1-1.1.2PVC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第一鈦冷卻器 -10-2.3.2第二鈦冷卻器 -13-2.3.3硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔） -15-2.3.4硫酸干燥塔Ⅱ（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Ⅰ(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 -31-3.4.硫酸干燥塔Ⅱ（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-寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章綜述1.1PVC1.1.1PVC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、50—60%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。1.1.2PVC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。混合氣脫水：冷凍方法混合脫水是利用鹽酸冰點(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1:1.05~1.07的比例混合后，在氯化汞的作用下，在100~180℃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)狻錃?、二氧化碳和微量的汞蒸氣，以及副反?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：[CH2CHCl]n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)狀我國是世界氯堿生產(chǎn)大國。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。它廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油化工、輕工、紡織、建材、電力、冶金、國防軍工、食品加工等國民經(jīng)濟(jì)各命脈部門，在我國經(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)作為我國國民經(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、市場競爭加劇的形勢，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，解決長期積累的結(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)大國向氯堿強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，是我國氯堿行業(yè)“十二五”發(fā)展面臨的迫切任務(wù)。近十幾年來，由于我國氯堿工業(yè)的盲目擴(kuò)建，使燒堿產(chǎn)能增長過快，而下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后，這使得氯與堿的平衡問題越來越突顯?？傮w我國國內(nèi)市場氯產(chǎn)品需求旺盛，而燒堿市場相對疲軟。對于中小企業(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，市場引導(dǎo)，原料路線、工藝技術(shù)改造，企業(yè)整合，力爭使我國氯堿生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模、集中度、競爭力水平有較大提高?！笆濉蹦?，我國燒堿產(chǎn)量達(dá)到2800萬噸，年均增長7%，聚氯乙烯產(chǎn)量達(dá)到1500萬噸，年均增長8%。努力做好氯堿平衡，提高有機(jī)氯產(chǎn)品比例，滿足市場需求。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。工業(yè)用氫氧化鈉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB209-2006；工業(yè)用離子交換膜法氫氧化鈉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11199-89；化纖用氫氧化鈉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB11212-89；食用氫氧化鈉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB5175-85[7]。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。它對蛋白質(zhì)有溶解作用，有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性（由于其對蛋白質(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，對水體可造成污染，對植物和水生生物應(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，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)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。(2)氯氣的干燥對于干燥部分，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，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，臺數(shù)少，流程簡單，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)。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)94％－99％，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)間（按年工作日330天計(jì)算）：330×24=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——?dú)怏w總量，kg/t100%NaOH1187——2.3.工藝計(jì)算2.3.1第一鈦冷卻器1．計(jì)算依據(jù)[16]⑴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)。⑵電解氯氣經(jīng)一段洗滌塔冷卻，溫度從80℃降至46℃。⑶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/kgH2O46℃:0.00355kg/kgH2O水蒸汽分壓：80℃:45.77kPa46℃:10.1104kPa水的比熱：50℃:4.1868J/(g·℃)25℃: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℃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⑴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：0.002227×117.156=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885－0.261=884.739kg水蒸氣310－117.156=192.844kg不凝氣體15kg⑵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35×9.81pa（35mmH2O），則出口氯氣的總壓為-40×9.81PaP總=101.227－35×9.81×10-3=100.933kpa根據(jù)道爾頓定律有：解得：W2=166.737kg溶解氯氣的量為：166.737×0.00355=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884.739－0.592=884.147kg水蒸氣192.844－166.737=26.107kg不凝氣體15kg⑶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/t100％NaOHkg/t100％NaOH氯氣884.739884.147水蒸氣192.84426.107不凝氣體1515氯水——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/t100％NaOHkg/t100％NaOH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⑴氣體帶入熱量a.氯氣帶入熱量：Q1=884.74/71×8.364×80×4.1868=34909.453kJb.水蒸氣帶入熱量：Q2=192.844×631.4×4.1868=509791.892kJc.不凝氣體帶入熱量：Q3＝15×0.2426×4.1868×80＝1218.861kJd.氯氣溶解熱：Q4＝0.584/71×22090＝181.698kJΣQ=34909.453+509791.892+1218.861+181.698=546101.904kJ⑵氣體帶出熱量a.氯氣帶熱量：q1＝884.155/71×8.2902×46×4.1868＝19882.689kJb.水蒸氣帶熱量：q2＝26.107×617.42×4.1868＝67486.962kJc.不凝氣體帶出熱量：q3＝15×0.2426×4.1868×46＝700.845kJd.氯水帶出熱量：q4＝167.321×4.1828×56＝39230.216kJΣq＝19882.689＋67486.962＋700.845+39230.216＝127300.682kJ⑶冷卻水用量冷卻水采用工業(yè)上水，設(shè)進(jìn)口溫度t1＝20℃，出口溫度t2＝30℃。定性溫度：℃Q=WCCPC(t2－t1)(2—1)其中，Q——傳熱速率，WWC——流體質(zhì)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)==10020.127kg/t100％NaOH冷卻水帶入熱量：10020.127×4.1796×20=837602.456kJ冷卻水帶出熱量：10020.127×4.1796×30=1256403.684kJ⑷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㎏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)11112.711.384×106總計(jì)11112.711.384×1062.3.2第二鈦冷卻器1．計(jì)算依據(jù)⑴電解氯氣經(jīng)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(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)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：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℃:4.1999J/（g?℃）2．物料衡算⑴設(shè)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=100.933－60×9.81×10-3=100.344kpa則由道爾頓定律有：解得W3=20.854kg溶解氯氣量：20.854×0.00729=0.152kg氯水總量：20.854+0.152=21.006kg因此出第二鈦冷卻器的氣體組分為：氯氣884.155－0.152=884.003kg水蒸氣26.107－20.854=5.253kg不凝氣15kg⑵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/t100％NaOHkg/t100％NaOH氯氣7073240070720240水蒸氣2088560420240不凝氣體12000001200000氯水——1680480總計(jì)74020960740209603．熱量衡算⑴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：Q7＝700.845kJd.氯氣溶解熱：Q8＝22.09×103×0.143/71＝47.291kJΣQ=19882.689+67486.962+700.845+47.291＝88117.787kJ⑵氣體帶出熱量a.氯氣帶出熱量：q5＝884.003/71×8.227×18×4.1868＝7719.543kJb.水蒸氣帶出熱量：q6＝5.253×605.34×4.1868＝13313.4kJc.不凝氣體帶出熱量：q7＝15×0.2418×4.1868×18＝273.339kJd.氯水帶出熱量：q8＝21.006×4.1819×20＝1756.9kJΣq＝7719.543+13313.4+273.339+1756.9＝23063.182kJ⑶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(t2－t1)==kg/t100％NaOH冷凍水帶入熱量：3872.298×4.1999×4＝65053.057kJ冷凍水帶出熱量：3872.298×4.1999×8＝130106.115kJ⑷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)4797.561.532×105總計(jì)4797.561.532×1052.3.3硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔）1．計(jì)算依據(jù)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(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W3＝80/60－1＝0.3333設(shè)干燥所需80％硫酸量為W4㎏,則解得W4＝15.191㎏假定各種因素造成硫酸的損耗為15％，則需硫酸量為：15.191×1.15＝17.47㎏填料塔流出的稀酸量為：15.191×1.3333＋15.191×0.15＝22.533㎏干燥后氯氣中含水量：5.153－0.3333×15.191＝0.09㎏出填料塔氣體組分為：氯氣884.003㎏水蒸氣0.09㎏不凝氣體15㎏⑵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/t100％NaOHkg/t100％NaOH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/t100％NaOHkg/t100％NaOH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Ⅱ（泡罩塔）1.計(jì)算依據(jù)⑴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℃。⑵干燥后氯氣含水量1.0×10－5。2．物料衡算⑴設(shè)每千克98％硫酸吸收的水分為W5㎏,則W5＝0.98/0.75－1＝0.3067㎏設(shè)干燥所需98％流酸為W6㎏，＝1.0×10－5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：0.264×1.15＝0.304㎏泡罩塔流出稀酸的量為：0.264×1.3067＋0.264×0.15＝0.385㎏干燥后氯氣含水量為：0.09－0.3067×0.264＝0.009㎏出泡罩塔氣體組分為：氯氣884.003㎏水蒸氣0.009㎏不凝氣體15㎏⑵氯氣純度:×100%=96%(V/V)⑶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/t100％NaOHkg/t100％NaOH氯氣884.003884.003水蒸氣0.090.009不凝氣體1515硫酸0.3040.385總計(jì)899.397899.397b.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/t100％NaOHkg/t100％NaOH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）PAGE36-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)。這種濕氯氣對鋼鐵及大多數(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℃3.1.2相關(guān)物性數(shù)據(jù)⑴流體平均溫度Tm1和tm1Tm1＝＝63℃tm1＝＝25℃⑵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pa?s0.0008937氯粘度pa?s1516.8×10-7導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)0.60825氣導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/(m?h?℃)0.00819比熱容J/(g?℃)4.1796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Kgf?s/m21.075×10-6粘度Kgf?s/m22.059導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/(m?h?℃)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%.μ平＝1516.8×10－7×0.1×80.98％+1.075×10－6×9.807×17.65％+2.059×10－6×9.807×1.37％＝14.421×10－6pa?sρ平＝57.84×80.98％+0.1506×17.65％+1.016×1.37％＝46.88㎏/m3λ平＝0.819×10－2×80.98％+1.895×10－2×17.65％+0.02917×0.8598×1.37％＝1.032×10－2kcal/(m?h?℃)＝1.197×10－2w/(m?℃)Cp平＝8.324/1000×71×80.98％+0.459×17.65％+0.243×1.37％＝0.563kcal/(kg?℃)=2.357J/(g?℃)3.1.3確定物性數(shù)據(jù)定性溫度對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程流體的定性溫度為：tm1＝（ti＋to）/2＝（20＋30）/2＝25℃管程混合氣體定性溫度為：Tm1＝（Ti＋To）/2＝（80＋46）/2＝63℃⑴殼程循環(huán)冷卻水在定性溫度25℃下的物性數(shù)據(jù)：密度=997.08㎏/m3定壓比熱容C=4.1796J/(g?℃)熱導(dǎo)率=0.60825w/(m?℃)黏度=8.937×10pa?s⑵管程混合氣體在定性溫度63℃下的物性數(shù)據(jù)：密度=46.88㎏/m3定壓比熱容C=2.357J/(g?℃)熱導(dǎo)率=1.197×10w/(m?℃)黏度=14.421×10pa?s3.1.4估算傳熱面積（1）熱負(fù)荷QQ=(546101.94-127300.682)×80000/7920=4230315.374kJ/h=1175.088kw（2）平均傳熱溫差先按逆流計(jì)算依公式得Δtm‘=＝＝36.697℃（3）傳熱面積假設(shè)k=300w/(m2?℃)則估算的傳熱面積為A=Q/KΔtm(3-1)其中，Q——換熱器熱負(fù)荷，WK——總傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)Δtm——對數(shù)平均溫差，℃則由式（3-1）有A=1175.088×103/(300×36.697)=106.7m2考慮10％的面積裕度，則所需傳熱面積為：A0=1.1A=1.1×106.7117.37m2（4）選用Φ19×2，6m長的碳鋼管，則所需管數(shù)N=(3-2)其中，A0——傳熱面積，m2d——換熱管外徑，ml——換熱管長度，mN==328根管子采用三角形排管,管心距t=25.，VI管程公稱直徑D：由公式D=1.05t其中，t——管心距，mN——傳熱管總根數(shù)——管板利用率，取0.7則D=1.05×0.025=570，圓整后為600.（5）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25％，則切去圓缺高度為h＝0.20×600＝120，折流板間距取B=0.8D＝0.8×600=480，折流板厚度16折流板數(shù)Nb=－1(3-3)=－112塊（6）拉桿參考《鈦制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》知，拉桿數(shù)量為4，拉桿直徑為12。（7）接管a.殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流體流速為u1＝2m/s，則接管內(nèi)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/sD1＝＝0.134mb.管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)流體流速為u2＝10m/s則接管內(nèi)徑為：D2===0.091m圓整后，取殼程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為：Ф140×6，管程流體進(jìn)出口接管規(guī)格為Ф100×6。3.1.5第一鈦冷卻器的核算（1）殼程流體傳熱膜系數(shù)αo用克恩法計(jì)算αo＝0.36（）Re0.55Pr1/3（）0.14(3-5)其中，λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·℃)de——公稱直徑，mRe——雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次Pr——普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無因次a.當(dāng)量直徑：de＝(3-6)＝＝0.0174m其中，t——管間距，mdo——換熱管外徑，mb.殼程流通截面積So＝BD(1-)(3-7)＝0.48×0.6（1－0.019/0.025）＝0.069其中，B——折流板間距，mD——?dú)んw公稱直徑，mc.殼程流體流速uo＝Vs/So(3-8)＝＝0.409m/s其中，Vs——流體在殼體的體積流量，m3/h。d.雷諾數(shù)Reo＝(3-9)＝＝7939.8其中，uo——流體在殼程的流速，m/sρ——流體密度，kg/m3μ——流體粘度，pa·se.普蘭特?cái)?shù)Pr＝(3-10)＝＝6.14其中，Cp——流體比熱，kJ/(kg·℃)粘度校正（）1，則由式（3-5）得：αo＝0.36×0.60825/0.0174×7939.8×6.141/3×1＝3215W/(m2·℃)（2）管內(nèi)傳熱膜系數(shù)αiαi＝0.023Re0.8Pr0.3(3-11)a.管程流體流通截面積Si＝＝0.785×0.0152×328/6＝0.01㎡b.管程流體流速ui=Vs/Si=＝6.54m/sd.雷諾數(shù)Rei＝＝＝318927e.普蘭特?cái)?shù)Pr＝＝＝1.73則由式（3-11），得：αi＝0.023×0.0197/0.015×3188270.8×1.730.3＝724W/(m2·℃)（3）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：Rso＝0.00015m2·℃/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Rsi＝0.0002m2·℃/W碳鋼在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為50W/(m2·℃)，即R==＝0.00004m2·℃/W其中，R——管壁熱阻，m2·℃/W（4）總傳熱系數(shù)＝+Rso++Rsi+(3-12)＝+0.00015++0.0002×+＝0.0025K1=400W/(m2?℃)其中K——計(jì)算傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)h——?dú)こ瘫砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·℃)h——管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·℃)R——?dú)こ涛酃笩嶙?，m2·℃/WR——管壁熱阻，m2·℃/Wd——傳熱管外徑，md——傳熱管內(nèi)徑，md——傳熱管平均直徑，m（5）校核有效平均溫差R1=＝＝3.4P1=＝＝0.167φΔt＝×(3-13)=×=0.962Δtm1＝φΔtΔtm1’(3-14)=0.962×36.697=35.3℃其中，Δtm’——按逆流計(jì)算的對數(shù)平均溫度差，℃φΔt——溫度差校正系數(shù)，無因次Δt=Tm1－tm1＝63－25＝38℃<50℃該溫差較小，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[18]Sn＝＝＝84㎡該換熱器的實(shí)際傳熱面積：So＝=3.14×0.019×6×378=117㎡該換熱器的面積裕度為：F=＝×100％＝39％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：∑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(qiáng)降，paFt——結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，取1.5Np——管程數(shù)Ns——串連的殼程數(shù)管程流通面積SI=0.01㎡，流速6.54,雷諾準(zhǔn)數(shù)318827（湍流）。查關(guān)系圖得=0.0145=46.88kg/m3=0.0145××=5815Pa因?yàn)闆]有彎管，即則由式（3-15）得：Pab.殼程壓強(qiáng)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(qiáng)降，paFs——?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢正因數(shù)，無因次，取1.15Ns——串連殼程數(shù)(3-17)其中，F(xiàn)——管子排列方式對壓強(qiáng)降的校正因數(shù)fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500，f=5.0Re-0.228Nc——橫過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(xiàn)=0.5，NB=12，Nc=1.1=1.1=19.92，So=0.069㎡,uo=0.409m/s，Re=7939.08>500，所以=0.645由式（3-17），得：=13929.65Pa(3-18)=12×（3.5－）×=3102.5Pa∑ΔPo=（13929.65+3102.5）×1.15=19587Pa殼程和管程的壓力降都能滿足要求。3.2第二鈦冷卻器從第一鈦出來的氯氣需要進(jìn)一步冷卻，進(jìn)入第二鈦冷卻器。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，進(jìn)行核算即可。3.2.1第二鈦冷卻器核算（1）熱負(fù)荷QQ2=65053.057×80000/（7920×3600）=182.528KW（2）流體平均溫度及對數(shù)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(shù)據(jù)見下表表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冷濕凍粘度cp1.4728氯粘度Pa?s1376.2×10-7水導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?℃)0.56522氣導(dǎo)熱系數(shù)kcal/(m?h?℃)0.007406比熱容J/(g?℃)4.1999比熱容cal/(mol?℃)8.2588（4）殼程結(jié)熱系數(shù)de=0.0174m，So=0.069㎡，uo＝Vs/So＝＝0.162m/sReo＝＝＝1891.85Pr＝＝＝10.94粘度校正（）0.141，則由式（3-5）得：αo＝0.36×0.56522/0.017×1891.850.55×10.941/3×1=1685.42W/(m2·℃)（5）管程結(jié)熱系數(shù)αiSi＝＝0.01㎡ui=Vs/Si＝＝8.98m/sRei＝＝＝28308Pr＝＝＝39.5則由式（3-11）得：αi＝0.023×0.008613/0.015×283080.8×39.30.3＝208.55W/(m2·℃)（6）污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：Rso＝0.00015m2·℃/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Rsi＝0.0002m2·℃/W碳鋼在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為50W/(m2·℃)，即R==＝0.00004m2·℃/W其中，R——管壁熱阻，m2·℃/W（7）總傳熱系數(shù)由式（3-12）得：=+Rso++Rsi+=+0.00015+0.0002×+=0.00713K2=140.3（8）校核有效平均溫差R2=＝＝7P2=＝＝0.095由式（3-13）得：φΔt＝×=0.97由式（3-14）得：Δtm2＝φΔtΔtm2’=0.96×23.29=22.59℃（9）校核熱負(fù)荷Q‘=K2SΔtm2=140.3×22.59×117=370817.11WQ‘>Q2所以能完成任務(wù)。（10）流體的流動(dòng)阻力a.管程壓強(qiáng)降：∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs管程流通面積SI=0.01㎡，流速8.98m/s，雷諾準(zhǔn)數(shù)28308查關(guān)系圖得=0.0239=0.0239×=11148Pa因?yàn)闆]有彎管，即則Pab.殼程壓強(qiáng)降：，管子為三角形排列，F(xiàn)=0.5，NB=12Nc=1.1=1.1=19.9So=0.069m,u=0.32m/s,Re0=1891.85所以∴=5927Pa=12(3.5)×=3809.166Pa∴∑ΔPo=(5927+1904.6)×1.15=11196.591Pa一般來說，流體流經(jīng)換熱器的壓強(qiáng)降為10—150kPa.以上計(jì)算表明，管程和殼程的壓強(qiáng)都能滿足要求。3.3.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(shí)氯氣的氣流量小，它幾乎同滿負(fù)荷操作一樣能達(dá)到對水分的要求指標(biāo)[19]。殼體材料為聚氯乙烯纏玻璃鋼（PVC+FRP）。3.3.1填料的選擇塑料填料質(zhì)輕，具有良好的韌性，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(diǎn)，選取塑料鮑爾環(huán)50×50×1.8（亂堆），材質(zhì)為聚丙烯（PP）。濕填料因子120。3.3.2塔徑的確定濕氯氣的質(zhì)量流量:Wv=（884.003+5.153+15）80000/7920=9132/濕氯氣密度:=20.3280%硫酸密度:1.7323參考新工藝，硫酸的噴淋量取為:WL=55000/則由?？颂仃P(guān)聯(lián)圖查得,橫坐標(biāo)為0.66縱坐標(biāo)為0.034即（3-18）其中,——泛點(diǎn)氣速，φ——濕填料因子，ψ——液體密度校正系數(shù)，——重力加速度，又因液相為硫酸，故校正系數(shù)ψ=999.13/1732.3=0.58，硫酸的粘度為31.3==0.45m/s泛點(diǎn)率校核取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的75%即u=0.75×0.45=0.3375m/s，VS=v/v=449.41D===0.686圓整后取塔徑D=700㎜計(jì)算空塔氣速：u=4×=0.33m/s安全系數(shù)u/=0.33/0.45×100%=73.3%液體噴淋密度校核最小噴淋密度u其中，——填料的比表面積，U——最小噴淋密度，——最小潤濕密度，因填料尺寸小于75mm,故取=0.08u==82.97＞U3.3.3壓降計(jì)算填料的每米壓降：縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)根據(jù)以上二數(shù)值查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖確定塔的操作點(diǎn)，此點(diǎn)位于ΔP/E=50pa/m與ΔP/E=100pa/m兩條等壓線之間，符合要求。3.3.4塔高確定由相關(guān)實(shí)際設(shè)計(jì)，取塔高為10m。3.4.硫酸干燥塔Ⅱ（泡罩塔）塔的殼體材料材質(zhì)為PVC+FRP，采用條形泡罩塔，增加了設(shè)備操作彈性和負(fù)荷變化的適應(yīng)性。3.4.1塔徑的確定入塔濕氯氣溫度18℃，此時(shí)氣體密度為17.766kg/m3，硫酸的加入量為210kg/h，入塔溫度為13℃，此時(shí)硫酸密度為1.84344g/cm3。硫酸的體積流量：入塔氣體體積流量：則，動(dòng)力參數(shù)假定塔徑在500～800范圍內(nèi)，由此取塔板的板間距為HT=350㎜,取塔板上的液層高度hL=70㎜,于是HT－h(huán)L=280㎜。由動(dòng)力參數(shù)和HT－h(huán)L查史密斯關(guān)聯(lián)圖[20]得，C20=0.059故操作的負(fù)荷系數(shù)按下式加以校正：（3-20）其中，C——操作物系的負(fù)荷系數(shù)——操作物系的液體表面張力，mN/mC20——物系表面張力為20mN/m的負(fù)荷系數(shù)98％硫酸在13℃時(shí)的表面張力為＝52.806mN/m,所以=0.072最大允許速率：取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速：，由此得：圓整后取D=0.6，與假設(shè)相符。塔截面積：=0.785×0.6=0.2833.4.2塔高的確定由相關(guān)實(shí)際設(shè)計(jì)，確定塔高10m。參考文獻(xiàn)[1]杜冠華，秦中原．淡鹽水脫氯工藝改造[J]．氯堿工業(yè)，1990，(5)：11．[2]李小鵬．離子膜燒堿生產(chǎn)中去除方法的初探.氯堿工業(yè),2000,(11).[3]PVC供需現(xiàn)狀與趨勢[J]．化工科技市場，2002，(12)：3．[4]曹文鑫．世界PVC工業(yè)在調(diào)整中發(fā)展[J]．國際化工信息，2003，(4)：10-12．[5]PVC市場復(fù)蘇[J]．EuropeanChemicalNews，2002，12(1)1：2．[6]方度，蔣蘭蓀，吳正德．《氯堿工藝學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1990[7]北京石油化工工程公司編，《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，1988[8]王德祥．新式氯氣處理工藝簡介，《氯堿工業(yè)》2000年1月第一期[9]劉嶺梅．乙烯氧氯化法氯乙烯技術(shù)進(jìn)展[J]．中國氯堿，2007(4)：14-15.[10]張曉安．氯氣處理工藝對比.河南化工,2006,(8).[11殷憲立.氯氣處理工藝總結(jié).氯堿工業(yè),2006,(6).[12]夏清,陳常貴．化工原理.天津:天津大學(xué)出版社,2005.[13]嚴(yán)明亮.氯氣冷卻干燥處理中的腐蝕與防護(hù).中國氯堿,2006(10).[14]謝永前．氯氣干燥工藝技術(shù)的改進(jìn).貴州化工,2006,(2).[15]潘玉良，劉玉良主編．化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:科學(xué)出版社,1999.[16]葛婉華，陳民德．化工計(jì)算．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990[17]化學(xué)工程手冊第一篇.化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社[18]陳五平．無機(jī)化工工藝學(xué)上冊[M].第三版,北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.3[19]戴煪元．化工概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.44.[20]夏清，程常貴．化工原理上冊[M].天津：天津大學(xué)出版社,2005.1.結(jié)束語本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是年產(chǎn)10萬噸PVC燒堿裝置氯氣處理工序的初步設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中，氯氣的處理工藝參照了《氯堿工業(yè)》2000年1月第一期29頁的一篇《新式氯氣處理工藝簡介》中的工藝流程。新工藝以干燥效果好（含水1.5×10-5以下）、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)越而為大家認(rèn)同。該工藝采用填料塔和泡罩塔串聯(lián)工藝，雙塔串聯(lián)工藝具有以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較??；②塔壓差??；③氯水中含水量小于1.5×10-5;④泡罩塔采用條形泡罩，增加了設(shè)備操作彈性和負(fù)荷變化的適應(yīng)性。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，硫酸的消耗量分別為5.063kt（80%）和0.08kt（98%）；工業(yè)冷卻水用量為10020kt，冷凍水用量為3872.3kt；生成氯水的量為21.006kt。由于氯氣是有毒氣體，而氫氣又是易燃、易爆