第一部分_烧碱装置氯气处理工序初步设计

目 录 目 录 第一篇 氯气处理 1 第一章 总论 1 一 概述 1 二 氯气处理的任务和方法 1 三 工艺流程简介 2 第二章 氯气工艺计算 4 一 氯气处理工艺流程 4 二 计算依据 4 三 工艺计算 5 （一） 第一钛冷却器 5 （二） 第二钛冷却器 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 主要设备 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及选型 13 一 第一钛冷却器 13 二 第二钛冷却器 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 主要设备一览表 40 参考文献 42 第一篇 氯气处理 第一章 总论 一. 概述 1. 氯气 氯气Cl2，分子量70.906，常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气体，有毒。氯气对人的呼吸器官有强烈的刺激性，吸入过多时还会致死。氯气比空气重，约为空气的2.5倍。氯气能溶于水，但溶解度不大，温度越高氯气在水中的溶解度越小。氯气溶于水同时与水反应生成盐酸和次氯酸，因此氯水具有极强的腐蚀性。氯气在四氯化碳，氯仿等溶剂中溶解度较大，比在水中的溶解度约大20倍。工业上利用氯气在四氯化碳中有较大溶解度这一特点，用四氯化碳吸收氯碱厂产生的所有废氯，然后再解吸回收氯气。 氯气的用途极为广泛，重要用途如：杀菌消毒、漂白及制浆、冶炼金属、制造无机氯化物、制造有机氯化物及有机物。 2. 氯碱工业在国民经济中的地位 食盐电解联产的烧碱、氯气、氢气，在国民经济的所有部门均很需要，除应用于化学工业本身外，有轻工、纺织、石油化工、有色金属冶炼和公用事业等方面均有很大用途，作为基本化工原料的“三酸二碱”中，盐酸烧碱就占了其中两种，而且氯气和氢气还可进一步加工成许多化工产品。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及到国民经济及人民生活的各个领域。 3. 氯碱工业的特点 氯碱工业的特点除原料易得、生出流程短外，主要还有三个突出问题:能量消耗大；氯与碱的平衡；腐蚀和污染。 二. 氯气处理的任务和方法 从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。这种湿氯气，对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。例如金属钛，聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯、玻璃钢等因而使得生产及运输极不方便。但干燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常情况下时较小的，所以湿氯气的干燥时生产和使用氯气过程中所必须的。 氯气干燥前通常先使氯气冷却，使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去，然后用干燥剂进一步出去水分。干燥后的氯气经过压缩，再送至用户。 在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。在同一压力下，温度愈高，含水量愈大。其水蒸汽分压也就愈高。 为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理，要求氯气的含水量小于0.05%（如果用透平压缩机输送氯气，则要求含水量小于100ppm）。因此必须将氯气中的水分进一步除去。在工业上，均采用浓硫酸来干燥氯气，因为浓硫酸具有：（1）不与氯气发生化学反应；（2）氯气在硫酸中的溶解度小；（3）浓硫酸有强烈的吸水性；（4）价廉易得；（5）浓硫酸对钢铁设备不腐蚀；（6）浓硫酸可以回收利用等特点，故浓硫酸时一种较为理想的氯气干燥剂。 当温度一定时，硫酸浓度愈高、其水蒸汽分压愈低；当硫酸浓度一定时，温度降低，则水蒸汽分压也降低。也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气干燥后的水分愈少。但如果硫酸的温度太低的话，则硫酸与水能形成结晶水合物而析出。因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。硫酸浓度在84%时，它的结晶温度为+8℃，所以在操作中一般将H2SO4温度控制在不低于10℃。此外，硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。故用硫酸干燥湿氯气时，应掌握以下几点：（1）硫酸的浓度，（2）硫酸温度，（3）硫酸与氯气的接触面积和接触时间。 生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力，并满足用户对氯气压力的要求。因此在氯气干燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。 综上所述，氯气处理系统的主要任务是： 1．​ 氯气干燥； 2. 将干燥后的氯气压缩输送给用户； 3. 稳定和调节电解槽阳极室内的压力，保证电解工序的劳动条件和干燥后的氯气纯度。 三．工艺流程简介 1 氯处理工艺 根据氯处理的任务氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分。 ⑴ 氯气的冷却 氯气的冷却因方式的不同，可分为直接冷却、间接冷却和氯水循环冷却三种流程。 直接冷却流程：工艺设备投资少，操作简单，冷却效率高，但是，此流程排出的污水含有氯气，腐蚀管路，污染环境，同时使氯损失增大，且耗费大量蒸汽。 间接冷却流程：操作简单，易于控制，操作费用低，氯水量小，氯损失少，并能节约脱氯用蒸汽。冷却后氯气的含水量可低于0.5％。 氯水循环冷却流程：冷却效率高，操作费用低于直接冷却法，高于间接冷却法，投资比前者告而低于后者。缺点是热交换器所用冷却水温度要求低于15℃，因此需要消耗冷冻量并需增设氯水泵、氯水循环槽使流程复杂化。 ⑵ 氯气的干燥 氯气干燥时均以浓硫酸为干燥剂，分为填料塔串联硫酸循环流程和泡沫塔干燥流程。 填料塔串联硫酸循环流程：该流程对氯气负荷波动的适应性好，且干燥氯气的质量稳定，硫酸单耗低，系统阻力小,动力消耗省。但设备大，管道复杂，投资及操作费用较高。 泡沫塔干燥流程：此流程设备体积小，台数少，流程简单，投资及操作费用低。其缺点时压力降较大，适应氯气负荷波动范围小，塔板易结垢，同时由于塔酸未能循环冷却，塔温高，因此出塔氯气含水量高，出塔酸浓度高故酸耗较大。 ⑶ 氯气的净化 氯气离开冷却塔，干燥塔或压缩机时，往往夹带有液相及固相杂质。管式、丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质，能有效地去除水雾或酸雾，净化率可达94％－99％，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。 2 工艺流程的确定 氯处理工艺流程 根据以上各流程的优缺点最后确定氯气处理工艺流程如下：两段列管间接冷却，硫酸干燥塔（填料塔），硫酸干燥塔（泡罩塔）串联干燥流程。此工艺效果好，氯气输送压力大，设备少，系统阻力小，操作稳定，经济性能优越。 第二章 氯气工艺计算 一.氯气处理工艺流程 氯气处理工艺流程见下，据此进行物料衡算和热量衡算。 图2-1 氯气处理工艺流程图 湿氯气由电解到氯处理室外管道，温度由85℃降至80℃后进入氯处理系统，有部分水蒸气冷凝下来，并溶解氯气。进入第一钛冷却器冷却至46℃，再经过二钛冷却器冷却至18℃。然后进入一段硫酸干燥塔，用80％硫酸干燥脱水，出塔硫酸浓度降到60％，出塔气体最后进入二段硫酸干燥塔，用98％硫酸干燥脱水，出塔硫酸浓度降到75%,此时出塔的气体含水量以完全满足输送要求，经除沫器进入透平式氯压机，经压缩后送至用户。 二 .计算依据 1．​ 生产规模：200kt/a100%NaOH； 2．年生产时间（按年工作日330天计算）：330×24=7920小时； 3．计算基准：以生产1t100%NaOH为基准； 4．来自电解工序湿氯气的工艺数据见下表： 表2-1 来自电解工序湿氯气的温度、压力和组成 项目 氯气 备注 项目 氯气 备注 温度，℃ 85 —— 氯气，kg/t100%NaOH 885 12.50mol 总压（表），Pa -10 —— 不凝性气体（假设为空气，下同）kg/t100%NaOH 15 0.52kmol 水蒸汽，kg/t100%NaOH 310 —— 成分，%（干基）（v/v） 96 —— 气体总量，kg/t100%NaOH 1187 —— 三. 工艺计算 （一）第一钛冷却器 1．计算依据 ⑴假设湿氯气经电解到氯处理室，温度由90℃降至80℃，进入氯处理系统。 ⑵电解氯气经一段洗涤塔冷却，温度从80℃降至46℃。 ⑶由资料查知相关热力学数据： 氯气在水中溶解度：80℃: 0.002227 kg/kgH2O 56℃: 0.00355 kg/kgH2O 水蒸汽分压： 80℃: 45.77kPa 46℃: 10.1104kPa 水的比热： 50℃: 4.1868J/(g·℃) 25℃: 4.1796 J/(g·℃) 表2-2 相关热力学数据 物料与项目 单 位 温 度 ℃ 80 46 氯气比热容 Kcal/(mol·℃) 8.364 8.2902 水蒸气热焓 kcal/kg 631.4 617.42 不凝气比热 kcal/kg 0.2426 0.2426 2．物料衡算 ⑴设管路中冷凝下来的水量为W1kg，因氯气在水中的溶解度很小，其溶液可视为理想溶液。由于系统总压为－98.07pa，所以计算时可视为101.227kpa。由道尔顿分压定律得：P水/P总=n水/n总 解得W1=117.097kg 故溶解的氯气量：0.002227×117.097=0.26kg 氯水总重量：117.097+0.26=117.357kg 由上述计算得知，进入第一钛冷却器的气体组分为： 氯气 885－0.26=884.74kg 水蒸气 310－117.097=192.903kg 不凝气体 15kg ⑵氯气在一段钛冷却器中温度从80℃降至46℃ 设在第一钛冷却器中冷凝的水量为W2kg，其阻力降为35×9.81pa（35mmH2O），则出口氯气的总压为-40×9.81Pa P总=101.227－35×9.81×10-3=100.933 kpa 根据道尔顿定律有： 解得：W2=166.946kg 溶解氯气的量为：166.946×0.00355=0.593kg 氯水总重量为：166.946+0.593=167.539kg 因此出第一钛冷却器的气体组分为： 氯气 884.74－0.593=884.147kg 水蒸气 192.903－166.946=25.957kg 不凝气体 15kg ⑶物料衡算表 a.以生产1t100%NaOH为基准 表2-3 第一钛冷却器物料衡算表 名称 进第一钛冷却器 kg/t 100％NaOH 出第二钛冷却器 kg/t 100％NaOH 氯气 884．74 884．147 水蒸气 192．903 25．957 不凝气体 15 15 氯水 —— 167．539 总计 1092．643 1092．643 b.总物料衡算 表2-4 第一钛冷却器总物料衡算表 名称 进第一钛冷却器 kg/t 100％NaOH 出第二钛冷却器 kg/t 100％NaOH 氯气 176948000 176829400 水蒸气 38580600 5191400 不凝气体 3000000 3000000 氯水 —— 33507800 总计 218528600 218528600 3．热量衡算 ⑴气体带入热量 a.氯气带入热量：Q1=884.74/71×8.364×80×4.1868=34909kJ b.水蒸气带入热量：Q2=192.903×631.4×4.1868=509948kJ c.不凝气体带入热量：Q3＝15×0.244×4.1868×80＝1226kJ d.氯气溶解热：Q4＝0.593/71×22090＝185kJ ΣQ=34909+509948+1226+185=546268kJ ⑵气体带出热量 a.氯气带热量：q1＝884.147/71×8.2902×46×4.1868＝19883kJ b.水蒸气带热量：q2＝25.957×617.42×4.1868＝67099kJ c.不凝气体带出热量：q3＝15×0.2426×4.1868×46＝701kJ d.氯水带出热量：q4＝167.539×4.1828×56＝39244kJ Σq＝19883＋67099＋701+39244＝126927kJ ⑶冷却水用量 冷却水采用工业上水，设进口温度t1＝20℃，出口温度t2＝30℃。 定性温度: T =（t2＋t1）/2 =（20＋30）/2 =25℃ Q =WCCPC(t2－t1) (2—1) 其中，Q——传热速率，W WC——流体质量流量，kg/s CPC——流体比热容，kJ/(kg•℃) t——温度，℃。 则第一钛冷却器用水量为： WC1=Q/ CPC(t2－t1) = =10032 kg/t100％NaOH 冷却水带入热量：10032×4.1796×20＝838595kJ 冷却水带出热量：10032×4.1796×30＝1257892kJ ⑷第一钛冷却器热量衡算表 表2-5 第一钛冷却器热量衡算表 输入 输出 物料名称 数量 kg 热量 kJ 物料名称 数量 ㎏ 热量 kJ 氯气 884.74 34909 氯气 884.147 19883 水蒸气 192.903 509948 水蒸气 25.957 67099 不凝气体 15 1226 不凝气体 15 701 溶解热 —— 185 氯水 167.539 39244 冷却水 10032 838595 冷却水 10032 1257892 总计 11224.643 1.385×106 总计 11124.643 1.385×106 （二）第二钛冷却器 1．计算依据 ⑴电解氯气经二段洗涤塔冷却，温度从46℃降至18℃。 ⑵氯水温度为20℃。 ⑶出口氯气总压力为-100×9.81pa（－100 mmH2O）。 ⑷由资料查得相关热力学数据如下： 氯气在水中溶解度：20℃: 0.00729 kg/kgH2O 氯气比热容：18℃: 8.227 kcal/(mol·℃) 水蒸气分压：18℃: 2.0776kPa 水蒸气热焓：18℃: 605.34kcal/kg 不凝气体比热：18℃: 0.2418kcal/(kg·℃) 水的比热： 6℃: 4.1999 J/（g•℃） 2．物料衡算 ⑴设在第二钛冷却器总冷凝水量为W3kg，其阻力降为60×9.81pa（60 mmH2O）， P总=100.933－60×9.81×10-3=100.344 kpa 则由道尔顿定律有： 解得W3=19.608kg 溶解氯气量：19.608×0.00729=0.143kg 氯水总量：19.608+0.143=19.751kg 因此出第二钛冷却器的气体组分为： 氯气 884.147－0.143=884.004kg 水蒸气 25.957－19.608=6.349kg 不凝气 15kg ⑵物料衡算表 a.以生产1t100%NaOH为基准 表2-6 第二钛冷却器物料衡算表 名称 进第一钛冷却器kg/t100%NaOH 出第一钛冷却器kg/t100%NaOH 氯气 884.147 884.004 水蒸汽 25.957 6.349 不凝气 15 15 氯水 —— 19.751 总计 925.104 925.104 b.总物料衡算 表2-7 第二钛冷却器总物料衡算表 名称 进第二钛冷却器 kg/t 100％NaOH 出第二钛冷却器 kg/t 100％NaOH 氯气 176829400 176800800 水蒸气 5191400 1269800 不凝气体 3000000 3000000 氯水 —— 3950200 总计 185020800 185020800 3．热量衡算 ⑴气体带入热量 若不考虑管道散热，则物料带入热量等于物料出一段钛冷却器的热量，即 a.氯气带入热量：Q5=19883kJ b.水蒸气带入热量：Q6=67099kJ c.不凝气体带入热量：Q7＝617kJ d.氯气溶解热：Q8＝22.09×103×0.143/71＝44kJ ΣQ=19883+67099+617+44＝87643kJ ⑵气体带出热量 a.氯气带出热量：q5＝884.004/71×8.227×18×4.1868＝7720kJ b.水蒸气带出热量：q6＝6.349×605.34×4.1868＝16091kJ c.不凝气体带出热量：q7＝15×0.2418×4.1868×18＝273kJ d.氯水带出热量：q8＝19.751×4.1819×20＝1652kJ Σq＝7720+16091+273+1652＝25736kJ ⑶冷冻水用量 冷冻水进口温度为4℃，出口温度为8℃，则二段冷却器冷冻水用量为： WC2= Q/ CPC(t2－t1) = =3685㎏ 冷冻水带入热量：3685×4.1999×4＝61907kJ 冷冻水带出热量：3685×4.1999×8＝123813kJ ⑷第二钛冷却器热量衡算表 表2-8 第二钛冷却器热量衡算表 输入 输出 物料名称 数量 kg 热量 kJ 物料名称 数量 ㎏ 热量 kJ 氯气 884.147 19883 氯气 884.004 7720 水蒸气 25.957 67099 水蒸气 6.349 16091 不凝气体 15 617 不凝气体 15 273 溶解热 —— 44 氯水 19.751 1652 冷冻水 3685 61907 冷冻水 3685 123813 总计 4610.104 1.496×105 总计 4610.104 1.496×105 （三）硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔） 1．计算依据 ⑴入塔硫酸浓度80％，温度为15℃，出塔硫酸浓度60％，温度为30℃。 ⑵干燥后的氯气含水量为100ppm。 2．物料衡算 ⑴计算中忽略氯气在硫酸中的溶解损失，设每千克80％的硫酸吸收的水分为W3kg，则W3＝80/60－1＝0.3333 设干燥所需80％硫酸量为W4㎏,则 ＝0.0001 解得W4＝18.794㎏ 假定各种因素造成硫酸的损耗为15％， 则需硫酸量为：18.794×1.15＝21.613㎏ 填料塔流出的稀酸量为：18.794×1.3333＋18.794×0.15＝27.877㎏ 干燥后氯气中含水量：6.349－0.3333×18.794＝0.085㎏ 出填料塔气体组分为： 氯气 884.004㎏ 水蒸气 0.085㎏ 不凝气体 15㎏ ⑵物料衡算表 a.以生产1t100%NaOH为基准 表2-9 硫酸干燥塔（填料塔）物料衡算表 名称 进填料塔 kg/t 100％NaOH 出填料塔 kg/t 100％NaOH 氯气 884．004 884．004 水蒸气 6．349 0．085 不凝气体 15 15 硫酸 21．613 27．877 总计 926．966 926．966 b.总物料衡算 表2-10 硫酸干燥塔（填料塔）总物料衡算表 名称 进填料塔 kg/t 100％NaOH 出填料塔 kg/t 100％NaOH 氯气 176800800 176800800 水蒸气 1269800 17000 不凝气体 3000000 3000000 硫酸 4322600 5575400 总计 185393200 185393200 （四）硫酸干燥塔Ⅱ（泡罩塔） 1.计算依据 ⑴进塔硫酸浓度为98％，温度为13℃；出塔硫酸浓度为75℃，温度为28℃。 ⑵干燥后氯气含水量1.0×10－5。 2．物料衡算 ⑴设每千克98％硫酸吸收的水分为W5㎏,则 W5＝0.98/0.75－1＝0.3067㎏ 设干燥所需98％流酸为W6㎏， ＝1.0×10－5 解得W6=0.25㎏ 假设各种因素造成的硫酸损耗为15％， 则需硫酸量为：0.25×1.15＝0.2875㎏ 泡罩塔流出稀酸的量为：0.25×1.3067＋0.25×0.15＝0.3642㎏ 干燥后氯气含水量为：0.085－0.3067×0.25＝0.0083㎏ 出泡罩塔气体组分为： 氯气 884.004㎏ 水蒸气 0.0083㎏ 不凝气体 15㎏ ⑵氯气纯度: ×100%=96% (V/V) ⑶物料衡算表 a.以生产1t100%NaOH为基准 表2-11 硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算表 名称 进泡罩塔 kg/t 100％NaOH 出泡罩塔 kg/t 100％NaOH 氯气 884．004 884．004 水蒸气 0．085 0．0083 不凝气体 15 15 硫酸 0．2875 0．3642 总计 899．3765 899．3765 b.总物料衡算 表2-12 硫酸干燥塔（泡罩塔）总物料衡算表 名称 进泡罩塔 kg/t 100％NaOH 出泡罩塔 kg/t 100％NaOH 氯气 176800800 176800800 水蒸气 17000 1660 不凝气体 3000000 3000000 硫酸 57500 72840 总计 179875300 179875300 第三章 主要设备设计及选型 一. 第一钛冷却器 1．确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 从电解槽出来的氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸气及盐雾等杂质。这种湿氯气对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。所以决定选用钛材料的列管作换热管，冷却水走壳程，湿氯气走管程，并且采用逆流流向。 氯气进口温度80℃，出口温度46℃； 冷却水进口温度20℃，出口温度30℃。 2．确定物性数据 ⑴流体平均温度Tm和tm Tm1＝（Ti＋To）/2＝（80＋46）/2＝63℃ tm1＝（ti＋to）/2＝（20＋30）/2＝25℃ ⑵平均温度下的物性数据 表3-1 物性数据 物料 项目 单位 数据 物料 项目 单位 数据 水 密度 g/cm3 0.99708 氯 气 密度 Kg/m3 57.84 粘度 pa•s 0.0008937 粘度 p 1516.8×10-7 导热系数 W/(m•℃) 0.60825 导热系数 Kcal/(m•h•℃) 0.00819 比热容 J/(g•℃) 4.1796 比热容 Cal/(mol•℃) 8.324 水 蒸 气 密度 Kg/m3 0.1506 不 凝 气 体 密度 Kg/m3 1.016 粘度 Kgf•s/m2 1.075×10-6 粘度 Kgf•s/m2 2.059 导热系数 Kcal/(m•h•℃) 0.01895 导热系数 W/(m•℃) 0.02917 比热容 Kcal/(kg•℃) 0.459 比热容 Kcal/(kg•℃) 0.243 μ平＝1516.8×10－7×0.1×80.97％+1.075×10－6×9.81×17.66％+2.019×10－6×9.81×1.37％＝14.42×10－6pa•s ρ平＝57.84×80.97％+0.1506×17.66％+1.01×1.37％＝46.874㎏/m3 λ平＝0.819×10－2×80.97％+1.895×10－2×17.66％+2.425×10－2×1.37％＝1.33×10－2kcal/(m••h•℃)＝1.547×10－2w/(m•℃) Cp平＝8.324/1000×71×80.97％+0.459×17.66％+0.243×1.37％＝0.563kcal/(kg•℃)=2.357J/(g•℃) 3．设计计算 ⑴计算依据：由《氯碱工业理化常数手册》中查知，第一钛冷却器的总传热系数范围在350—550 kcal/(m2••h•℃)，即407.05—639.65 w/(m2•℃) ⑵热负荷Q Q =(546268-126927)×200000/7920 =10589419kJ/h =2941.7kw ⑶假设k=500 w/(m2•℃) 则估算的传热面积为 A=Q/KΔtm (3-1) 其中，Q——换热器热负荷，W K——总传热系数，W/(m2•℃) Δtm——对数平均温差，℃. Δtm‘= ＝ ＝36.7℃ 则由式（3-1）有 A =2941.7×103/(500×36.7) =160.3㎡ 考虑10％的面积裕度，则所需传热面积为： A0 =1.1A =1.1×160.3 177㎡ ⑷选用Φ19.05×2㎜，6m长的Ti－0.3Mo－0.8Ni钛钢管，则所需管数 N= (3-2) 其中， A0——传热面积，㎡ d——换热管外径，m l——换热管长度，m 。 N = =502根 参考碳钢Φ19排管图, 确定排管总数为518根，Dg 700mm，Ⅵ管程，管子采用三角形排管, 管心距 24㎜ ⑸折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去圆缺高度为h＝0.25×700＝175㎜，折流板间距取B=0.8DG＝0.8×700=560㎜，折流板厚度16㎜ 折流板数Nb= －1 (3-3) = －1 10块 ⑹拉杆 参考《钛制化工设备设计》知，拉杆数量为6，拉杆直径为10㎜ ⑺接管 a.壳程流体进出口接管 取接管内流体流速为u1＝2m/s，则接管内径为： D1= (3-4) 其中，V——流体的体积流量，m3/s u——流体在接管中的流速，m/s。 D1＝ ＝0.212m b.管程流体进出口接管 取接管内流体流速为u2＝20 m/s则接管内径为： D2 = = =0.102m 圆整后，取壳程流体进出口接管规格为：Ф273×8㎜，管程流体进出口接管规格为Ф133×6㎜。 4．第一钛冷却器的核算 （1）壳程流体传热膜系数αo 用克恩法计算 αo＝0.36（ ）Re0.55Pr1/3（ ）0.14 (3-5) 其中，λ——导热系数，W/(m2·℃)， de——公称直径，m， Re——雷诺准数，无因次， Pr——普兰特准数，无因次。 a.当量直径： de＝ (3-6) ＝ ＝0.0143m 其中，t——管间距，m， do——换热管外径，m b.壳程流通截面积 So ＝BD(1- ) (3-7) ＝0.56×0.7（1－0.01905/0.024） ＝0.08㎡ 其中，B——折流板间距，m， D——壳体公称直径，m， c.壳程流体流速 uo＝Vs/So (3-8) ＝ ＝0.735m/s 其中，Vs——流体在壳体的体积流量，m3/h。 d.雷诺数 Reo＝ (3-9) ＝ ＝11726 其中，uo——流体在壳程的流速，m/s， ρ——流体密度，kg/m3， μ——流体粘度，pa·s。 e.普兰特数 Pr＝ (3-10) ＝ ＝6.14 其中，Cp——流体比热，kJ/(kg·℃)。 粘度校正（ ） 1.05，则由式（3-5）得： αo＝0.36×0.60825/0.017×117260.55×6.141/3×1.050.14 ＝4884 W/(m2·℃) （2）管内传热膜系数αi αi＝0.023 Re0.8Pr0.3 (3-11) a.管程流体流通截面积 Si＝ ＝0.785×0.015052×518/6 ＝0.015㎡ b.管程流体流速 ui=Vs/Si = ＝10.9m/s d.雷诺数 Rei＝ ＝ ＝533249 e.普兰特数 Pr＝ ＝ ＝2.197 则由式（3-11），得： αi＝0.023×0.01547/0.01505×5714720.8×2.200.3 ＝1207 W/(m2·℃) （3）污垢热阻和管壁热阻 管外侧污垢热阻：Rso＝1.7197×104 m2·℃/W 管内侧污垢热阻：Rsi＝0.0002 m2·℃/W Ti－0.3Mo－0.8Ni在该条件下的导热系数为0.046cal/（s·cm2·℃），即 λw＝0.046×4.1868×102 ＝19.26 W/(m2·℃) （4）总传热系数 ＝ + Rso+ + Rsi + (3-12) ＝ +0.00017197+ +0.0002× + ＝0.0019 K1=526.3 W/(m2•℃) （5）校核有效平均温差 R1= ＝ ＝3.4 P1= ＝ ＝0.167 φΔt＝ × (3-13) = × =0.96 Δtm1＝φΔtΔtm1’ (3-14) =0.96×36.7 =35.23℃ 其中，Δtm’——按逆流计算的对数平均温度差，℃ φΔt——温度差校正系数，无因次。 Δt= Tm1－tm1 ＝63－25 ＝38℃<50℃ 该温差较小，不需设温度补偿装置，因此选用固定管板式换热器。 （6）传热面积裕度 Sn＝ ＝ ＝158.6㎡ 该换热器的实际传热面积： So＝ =3.14×0.01905×6×518 =185.9㎡ 该换热器的面积裕度为： F= ＝ ×100％ ＝17％ 该换热器能够完成任务。 （7）流体的流动阻力 a.管程压强降： ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs (3-15) 其中，ΔP1，ΔP2——分别为直径及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，pa Ft——结垢校正因数，无因次，取1.5， Np——管程数， Ns——串连的壳程数。 管程流通面积SI=0.08㎡，流速10.9m/s,雷诺准数533249（湍流）。 设管粗糙度 , 查 关系图得 =0.03 =0.03× × =33393 Pa 因为没有弯管，即 则由式（3-15）得： Pa b.壳程压强降： (3-16) 其中，ΔP1‘——流体横过管束的压降，pa ΔP2‘——流体流过折流板缺口的压强降，pa Fs——壳程压强降的结垢正因数，无因次，取1.15 Ns——串连壳程数。 (3-17) 其中，F——管子排列方式对压强降的校正因数 fo——壳程流体的摩擦系数，当Re>500，f=5.0Re-0.228 Nc——横过管束中心线的管子数 NB——折流挡板数 管子为三角形排列，F=0.5，NB=10， Nc=1.1 =1.1 =25， So=0.08㎡,uo=0.735m/s，Re=11726>500， 所以 =0.59 ∴ 由式（3-17），得： =21849 Pa (3-18) =10×（3.5－ ）× =5117 Pa ∴ ∑ΔPo=（21849+5117）×1.15 =31011 Pa 壳程和管程的压力降几乎都能满足要求。 二. 第二钛冷却器 从第一钛出来的氯气需要进一步冷却，进入第二钛冷却器。从车间布置、设备维修等多方面的考虑，第二钛冷却器与第一钛冷却器选取同种型号，进行核算即可。 1．第二钛冷却器核算 （1）热负荷Q Q2=61907×200000/（7920×3600） =434.25 KW （2）流体平均温度及对数平均温度差 Tm2=（46+18）/2=32℃ tm2= （4+8）/2 =6℃ （3）平均温度下的物性数据见下表 表3-2 物性数据表 物料 项目 单位 数据 物料 项目 单位 数据 冷 冻 水 密度 kg/m3 999.97 湿 氯 气 密度 Kg/m3 28.922 粘度 cp 1.4728 粘度 Pa•s 1376.2×10-7 导热系数 W/(m•℃) 0.56522 导热系数 kcal/(m•h•℃) 0.007406 比热容 J/(g•℃) 4.1999 比热容 cal/(mol•℃) 8.2588 （4）壳程结热系数 de=0.017m，So=0.08㎡， uo＝Vs/So ＝ ＝0.32m/s Reo＝ ＝ ＝3694 Pr＝ ＝ ＝10.94 粘度校正（ ）0.14 1， 则由式（3-5）得： αo＝0.36×0.56522/0.017×36940.55×10.941/3×1 =2435 W/(m2·℃) （5）管程结热系数αi Si ＝ ＝0.785×0.015052×518/6 ＝0.015㎡ ui=Vs/Si ＝ ＝14.96m/s Rei＝ ＝ ＝473167 Pr＝ ＝ ＝3.923 则由式（3-11）得： αi＝0.023×0.008613/0.01505×4731670.8×3.9230.3 ＝689 W/(m2·℃) （6）污垢热阻和管壁热阻 管外侧污垢热阻：Rso＝1.7197×104 m2·℃/W 管内侧污垢热阻：Rsi＝0.0002 m2·℃/W Ti－0.3Mo－0.8Ni在该条件下的导热系数为0.046cal/（s·cm2·℃），即 λw＝0.046×4.1868×102＝19.26 W/(m2·℃) （7）总传热系数 由式（3-12）得： = + Rso+ + Rsi + = +0.00017197+ +0.0002× + =0.00278 K2=360 W/(m2•℃) （8）校核有效平均温差 R2= ＝ ＝7 P2= ＝ ＝0.095 由式（3-13）得： φΔt＝ × =0.97 由式（3-14）得： Δtm2＝φΔtΔtm2’ =0.96×23.29 =22.59℃ （9）校核热负荷 Q‘=K2SΔtm2 =360×185.9×22.59 =1511813 W Q‘>Q2 所以能完成任务。 （10）流体的流动阻力 a.管程压强降： ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs 管程流通面积SI=0.015㎡，流速14.96m/s,雷诺准数473167（湍流）。设管粗糙度 , 查 关系图得 =0.033 =0.033× × =42578 Pa 因为没有弯管，即 则 Pa b.壳程压强降： ， 管子为三角形排列，F=0.5，NB=10， Nc=1.1 =1.1 =25， So=0.08㎡,uo=0.32m/s，Re=3694， 所以 ∴ =5407 Pa =10×(3.5 )× =973 Pa ∴ ∑ΔPo=（5407+973）×1.15×1=7337 Pa 壳程和管程的压力降几乎都能满足要求。 2．换热器附件 选用Dg800的标准作为设计参考 （1）管板 表3-3 管板 公称直径 D D1 D2 D3 D5=D6 D7 螺栓孔数 800 930 890 790 793 800 850 32 10 23 32 （2）壳程接管法兰 表3-4 接管法兰 垫片 螺栓 外径 内径 厚度 D D1 D2 重量㎏ 数量 直径×长度 石墨 250 273 370 335 312 14 4.65 12 M16×55 312 273 3.2 （3）管程接管法兰 表3-5 接管法兰 垫片 螺栓 外径 内径 厚度 D D1 D2 重量㎏ 数量 直径×长度 石墨 125 133 235 200 178 10 1.98 8 M16×55 178 133 3.2 （4）管箱 H=700㎜ 表3-6 管箱 程 数 6 流 动 程 序 上 （前） 管 板 下 （后） 管 板 （5）封头 表3-7 椭圆封头 曲面高度 直边高度 内表面积㎡ 容积m3 厚度㎜ 700 200 40 0.729 0.0871 8 三.硫酸干燥塔Ⅰ(填料塔) 填料塔流程的操作平稳，弹性较大，特别是刚开车时氯气的气流量小，它几乎同满负荷操作一样能达到对水分的要求指标。 壳体材料为聚氯乙烯缠玻璃钢（PVC+FRP）。 1．填料的选择 塑料填料质轻，具有良好的韧性，耐冲击，不易破碎。它的通量大、压降低，而且耐腐蚀性能较好。 综上优点，选取塑料鲍尔环50×50×1.8（乱堆），材质为聚丙烯（PP）。湿填料因子120 m-1。 2．塔径的确定 湿氯气的质量流量:Wv=（884.004+6.349+15）×200000/7920=22862㎏/ 湿氯气密度: =20.32 80%硫酸密度: 1.7323 参考新工艺，硫酸的喷淋量取为:WL=134000 ㎏/ 则 由埃克特关联图查得,横坐标为0.63,纵坐标为0.037,即 （3-18） 其中, ——泛点气速，m/s φ——湿填料因子，1/m ψ——液体密度校正系数， ——重力加速度，m/s2 又因液相为硫酸，故校正系数ψ=999.13/1732.3=0.58，硫酸的粘度为31.3 = =0.466 取空塔气速为泛点气速的70%， 即u=0.7×0.466=0.3262 m/s，VS= v/ v=1125m3/h D= = =1.105 圆整后取塔径D=1200㎜ 计算空塔气速：u=4×1125/3600×3.14×1.22=0.398m/s 安全系数u/ =0.398/0.466×100%=85.4% 3．压降计算 最小喷淋密度： （3-19） 其中， 因填料尺寸小于75㎜，故取 ,则 > 填料的每米压降：纵坐标 横坐标 根据以上二数值查埃克特通用关联图确定塔的操作点，此点位于ΔP/E=50 pa/m与ΔP/E=100pa/m两条等压线之间，用内插法估值可求得每米填料层压降为90pa/m 。 4．塔高确定 由相关实际设计，取塔高为10m。 四. 硫酸干燥塔Ⅱ（泡罩塔） 塔的壳体材料材质为PVC+FRP，采用条形泡罩塔，增加了设备操作弹性和负荷变化的适应性。 1．塔径的确定 入塔湿氯气温度18℃，此时气体密度为17.766kg/m3，硫酸的加入量为210kg/h，入塔温度为13℃，此时硫酸密度为1.84344g/cm3。 硫酸的体积流量： 入塔气体体积流量： 则，动力参数 假定塔径在800～1600范围内，由此取塔板的板间距为HT=350㎜,取塔板上的液层高度hL=70㎜,于是HT－hL=280㎜。由动力参数和HT－hL查史密斯关联图得，C20=0.055。 故操作的负荷系数按下式加以校正： （3-20） 其中，C——操作物系的负荷系数， ——操作物系的液体表面张力，mN/m C20——物系表面张力为20 mN/m的负荷系数。 98％硫酸在13℃时的表面张力为 ＝52.806 mN/m,所以 =0.089 最大允许速率： 取安全系数为0.7，则空塔气速： 由此得： 圆整后取D=0.9m，与假设相符。 塔截面积： =0.785×0.92 =0.636㎡ 2．​ 塔高的确定 由相关实际设计，确定塔高10m。 五．除沫器 管式、丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质，能有效地去除水雾或酸雾，净化率可达94％－99％，而且压力降较小. 1．计算依据 ⑴出二段钛冷却器气体为925.104kg，温度为18℃。 ⑵以出二段钛冷却器气体基准，此时物性数据以氯气物性数据代之。 2．计算部分 气体质量流量： 此时混合气体密度为20.32kg/m3， 则 圆整后设备规格为Φ700×900 V=0.3462m3，中间间插三块钛板，板间距为150㎜。 主要设备一览表 主要设备一览表 序号 设备位号 设备名称 规格 数量 单位 1 E-1001 钛冷却器 Φ700×10000 2 台 2 V-1003 除沫器 Φ700×900 2 台 3 T-1001 硫酸干燥塔Ⅰ Dg＝1200 1 台 4 T-1002 硫酸干燥塔Ⅱ Dg＝900 1 台 5 T-101-1 一段洗涤塔 Dg＝4200 1 台 6 T-101-2 二段洗涤塔 Dg＝3500 1 台 7 P-101 循环水输送泵 150F-35 2 台 8 C-101 罗茨鼓风机 TR型 4 台 9 V-101 氢气缓冲罐 Φ1500×1900 1 台 参考文献 [1]方度，蒋兰荪，吴正德主编，《氯碱工艺学》，化学工业出版社，1990 [2]陆忠兴，周元培主编，《氯碱化工生产工艺》（氯碱分册），化学工业出版社，1995。 [3]北京石油化工工程公司编，《氯碱工业理化常数手册》，化学工业出版社，1988 [4]姚玉英主编《化工原理》新版（上、下册），天津大学出版社，1999 [5]化工设备设计全 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 编辑委员会，《换热器设计》，上海科学技术出版社，1988 [6]化工设备设计全书编辑委员会，《塔设备设计》，上海科学技术出版社，1988 [7]化工设备设计全书编辑委员会，《钛制化工设备设计》，上海科学技术出版社，1985 [8]国家医药管理局上海医药设计院编，《化工工艺设计手册》（上、下册），化学工业出版社，1989 [9]涂伟萍，陈佩珍，程达芳编《化工过程及设备设计》，化学工业出版社，2000 [10]陈声宗主编，《化工设计》，化学工业出版社，2001 [11]天津大学物理化学教研室编，《物理化学》第三版（ 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf ），高等教育出版社，1992 [12]黄璐，王保国编，《化工设计》，化学工业出版社，2001 [13]王德祥，新式氯气处理工艺简介，《氯碱工业》2000年1月第一期 [14]王树楹主编，《现代填料塔技术指南》，中国石化出版社，1998