石墨降膜吸收器吸收HCl的工艺计算及设备选型

石墨降膜吸收器吸收HCl 的工艺计算及设备选型

梁伟

(中国石化江汉油田分公司盐化工总厂,湖北潜江433121)

[关键词]石墨降膜吸收器;HCl;换热面积;计算

[摘 要]结合中国石化江汉油田分公司盐化工总厂的实际情况,对石墨换热器换热面积进行了计算,分析了列管式、圆块孔式石墨降膜吸收器的优缺点,并介绍了一些新材质的换热吸收器。

[中图分类号]T Q114.15 [文献标识码]B [文章编号]1008-133X(2002)05-0042-02

氯碱厂吸收氯化氢气体一般采用石墨降膜吸收器,其工艺特点为:水和氯化氢气体顺流从上而下,水吸收效果较好。吸收塔的材质是石墨,其防腐效果与传热效果均较好,其结构大体上分为两种,一种是列管式,另一种是圆块孔式。冷却水走管间,以便带走氯化氢的溶解热,并有强化吸收效果的作用。本文结合我厂实际,谈一谈石墨降膜吸收器计算及选型的问题。

1 计算依据

(1)盐酸产能1.5万t/a,则1h 吸收氯化氢646kg,设m =646kg/h 。

(2)氯化氢气体先经过石墨换热器,温度降低到40 ,再经过浓酸吸收器,在浓酸吸收器中吸收氯化氢气体的60%,生成31%的浓盐酸,最后经过稀酸吸收器,在稀酸吸收器中吸收氯化氢气体的40%,生成22%的稀盐酸。

(3)氯化氢气体在35 下溶解于水生成20%~25%的稀盐酸,其溶解热C 1为67.5kJ/mol;在35 下,氯化氢气体溶于稀盐酸,生成30%~32%的浓盐酸,其溶解热C 2为62.7kJ/mol 。

(4)氯化氢气体的恒压热容C p 为0.7942kJ/(kg )。

2 工艺计算

2.1 石墨换热器换热面积S 的计算

(1)氯化氢气体经过石墨换热器后,气体温度从95 降低到40 放出的热量为:

Q =C p m(t 1-t 2)=0.7942 646 (95-40)=

28217.93(kJ/h)。

(2)换热温度差 t m 的计算。

循环水由25 升高到45 ,氯化氢气体由95 降到40 ,则 t 1=15 , t 2=50 , t m =( t 2- t 1)/ln ( t 2/ t 1)=29.07( )。

(3)从 氯碱工业理化常数手册 得K =125.4kJ/(m 2 h )。

(4)S =Q/(K t m )=28217.93/(125.4 29.07)=7.74(m 2)。

我们取换热面积为11m 2。

2.2 浓酸石墨降膜吸收器换热面积的计算

(1)氯化氢气体温度从40 降低到35 放出的热量为:

Q =C p m (t 1-t 2)=0.7942 646 (40-35)=2565.27(kJ/h),

Q 溶解=C 2m 0.6/0.0365=665822.46(kJ/h),Q 总=2565.27+665822.46=668387.73(kJ/h)。(2)换热温度差 t m 的计算。

循环水由25 升高到30 ,氯化氢气体由40 降到35 ,则 t 1=35-25=10( ), t 2=40-30=10( ), t m =10 。

(3)从 氯碱工业理化常数手册 得K =2090kJ/(m 2 h )。

(4)S =Q/(K t m )=668387.73/(2090 10)

32(m 2

)。

我们取换热面积为40m 2。

2.3 稀酸石墨降膜吸收器换热面积的计算

计算方法同2.2,得换热面积为31.71m 2,我们选取换热面积为40m 2

。

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第5期2002年5月 氯碱工业Chlor-Alkali Industry

No.5May,2002 [收稿日期]2001-09-18

3 选型中的有关问题分析

3.1 列管式石墨降膜吸收器

列管式壳体为碳钢,列管和上下管板均为不透性石墨制成,上下封头为钢衬胶。在上管板上还粘有吸收液分配头,这是上面开有斜槽的石墨短管。这种分配头安装的好坏及吸收器总体安装的垂直度,对于吸收液在管内成膜是否均匀、吸收效率的高低至关重要。只有分配头安装得一样高、一样正,才能使各石墨管内有均匀的液膜。

列管式吸收器的优点是:(1)结构简单,制造方便;(2)石墨材料利用率高,单位换热面积的造价低于块孔式;(3)流体阻力小,维护检修、清洗方便。它的缺点是:(1)其压型石墨管在运输和安装过程中极易损坏,此时只好把损坏了的管子堵死,随着漏管的增多,传质、换热面积会越来越小;(2)允许使用的温度较低,由于石墨管、管板和胶粘剂的膨胀系数不一样,温度、压力发生变化,粘接缝很容易损坏,造成泄漏。

3.2 圆块孔式石墨吸收器

圆块孔式吸收器的外壳为碳钢,内件为高约300mm的圆柱形石墨块。在石墨块上沿轴向钻有 18的竖孔,沿径向钻有 8的横向孔。每个石墨块的上端面刻有同心圆的沟槽和径向槽。几个石墨块叠放在一起,中间用O型橡胶圈密封,这样轴向孔上下贯通,而每个端面上的沟槽可以增加喘流效果,改善吸收液的分配。

圆块孔式吸收器的优点是:(1)结构坚固,不易破损;(2)适应性强,可用于加热、冷却、冷凝、再沸、吸收等许多化工工艺;(3)元件的互换性好,采用积木式可拆卸组合结构,只需要相同的标准元件即可组装成不同换热面积的设备,如某一块坏了,可以更换,而不像列管式堵塞坏管而使换热面积减少;(4)不需要用胶粘剂粘接,从而避免了因粘接缝而带来的麻烦,使用寿命长;(5)传热系数高于列管式。其缺点是:(1)流体阻力较大;(2)孔道小、易堵塞。3.3 新材质的换热吸收器

随着技术的发展,又有新材质的换热吸收器问世。如北京化工大学发明的石墨改性聚丙烯吸收器,其列管为石墨改性聚丙烯,这大大改善了石墨列管易破损的弊病,其壳体为聚丙烯,增强了耐腐蚀性并且更加美观。现还有聚四氟乙烯管制的换热器亦可用于吸收盐酸,其导热系数较石墨低,选用时需将换热面积增大一些。这二者的造价与石墨吸收器相差不大,是很有发展前途的盐酸吸收器。

另外一种吸收器是填料塔式吸收器,它被广泛用来吸收盐酸尾气。它的特点是操作弹性大、传质面积大,更适合于吸收低浓度氯化氢。在填料塔中的填料有许多种,如陶瓷拉西环、石墨拉西环、增强聚丙烯鲍尔环和陶瓷波纹填料等。

填料塔的塔体一般采用硬聚氯乙烯外缠玻璃钢增强,对于采用两级石墨吸收器再加一个尾气吸收塔的工艺流程来说,由于尾气中氯化氢含量较少,吸收温度稍低,采用硬聚氯乙烯做塔体,一般不会产生热变形;对于采用一级石墨吸收器的工艺流程来说,尾气吸收塔采用更耐温的法奥利特较好。

[编辑:董红果]

(上接第41页)

(1)广东某化工厂的湿氯气管道。该企业是一氯碱厂,生产过程中产生的湿氯气导致较为严重的腐蚀。目前,一些设备和管道等均采用H ET酸树脂玻璃钢,运行已近2年,情况良好。(2)广西某榨糖厂的漂白装置。该厂利用广西丰富的甘蔗资源生产糖类产品。处理后的甘蔗渣是生产纸浆的原料,而纸浆生产过程中,有一道漂白工序,均采用含氯漂白,其管道或储罐利用HET酸树脂进行防腐蚀处理,设备已运行了3年,迄今为止情况良好。该厂以前采用乙烯基酯树脂进行防腐处理,效果不够理想。

4 结语

综上所述,对于HET酸树脂,只要注意在生产过程中的控制、设计和施工,以及使用中应满足的工艺条件,在湿氯气和其它氧化性介质作用的场合,不失为一种合适的耐腐蚀材料。

[编辑:董红果]

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第5期

2002年5月

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