氯碱物料衡算

1.氯气、氢气处理物料衡算

题目200 kt/a烧碱装置氯气、氢气处理工序的初步设计

原始数据

200 kt/a烧碱装置Cl2、H2处理，年工作日330天，其余数据以工厂实际收集数据为准。

说明书内容：

（1）生产方法以及今后的发展前途

（2）生产方法的选择及流程简述。根据前面介绍的方法，你选择什么方法生产，并说明理由。简述你的流程

（3）物料衡算整个计算过程的整理

（4）设备计算

（5）热量衡算

（6）选择其他设备

（7）生产过程应控制的指标

（8）附带控制点的工艺流程图一份、设备简图一张

（9）可以谈谈你的设计体会（有无都可）

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）钛冷却器 5

（二）硫酸干燥塔（填料塔）10

第三章主要设备设计及选型13

一钛冷却器13

二硫酸干燥塔（填料塔）25

第二篇氢气处理29

第一章总论29

一概述29

二氢气处理工艺流程确定30

第二章工艺计算31

一氢气处理工艺流程31

二计算依据31

三工艺计算32

（一）洗涤冷却塔32

第三章主要设备设计及选型36

一洗涤塔36

二主要管径38

三氢气输送设备39

四水输送泵39

五液封循环水池39

六氢气缓冲罐39

主要设备一览表40

设计评述41

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。

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。

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％。

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。

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: