年產(chǎn)5萬噸燒堿工藝流程初步設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文） 年產(chǎn)年產(chǎn) 5 5 萬噸燒堿洗滌工藝設(shè)計萬噸燒堿洗滌工藝設(shè)計 誠信承諾書誠信承諾書 本人鄭重承諾：我所呈交的畢業(yè)設(shè)計本人鄭重承諾：我所呈交的畢業(yè)設(shè)計年產(chǎn)年產(chǎn) 5 5 萬噸燒堿洗萬噸燒堿洗 滌工藝設(shè)計滌工藝設(shè)計是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成 果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考 文獻(xiàn)，設(shè)計使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。文獻(xiàn)，設(shè)計使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。 承諾人簽名：承諾人簽名： 日期：日期： 年年 月月 日日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目：

2、年產(chǎn) 5 萬噸燒堿洗滌工藝設(shè)計 函授站： 甘肅函授站 專業(yè)： 化工工藝 班級： 11 化工工藝高級版 學(xué)生姓名： 毛宏秀 指導(dǎo)教師（含職稱）： 王廣菊 ( 老師 ) 1設(shè)計（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) （1）現(xiàn)代工業(yè)主要通過電解飽和 nacl 溶液來制備燒堿，主要采取隔膜電解法和離 子膜電解法。 （2）主要通過對隔膜法制燒堿的介紹以及燒堿工藝洗滌段作出細(xì)的致的計算，得出結(jié)論。 （3）明確生產(chǎn)的步驟，注意事項(xiàng)，更深層次的了解燒堿的生產(chǎn)過程。 2設(shè)計（論文）的基本要求和內(nèi)容 (1)摘要（200300字） ； (2)目錄； (3)文獻(xiàn)綜述（20003000字） ； (4)性質(zhì)及用途（20003000字）

3、 ； (5)生產(chǎn)原理（500800字） ； (6)工藝計算（40005000字） ； (7)總結(jié)（5001000字） ； (8)參考文獻(xiàn)（10篇以上） ； (9)致謝； 3主要參考文獻(xiàn) (1) 李相彪，俞慧玲主編燒堿生產(chǎn)技術(shù) （下冊）m.2005 年 7 月 (2)張浩勤、陸美娟主編化工原理新版（上、下冊） ，m.化學(xué)工業(yè)出版社，2008 年 4 月 (3)王振中編化工原理 （上冊）m.1986 年 6 月第 1 版 (4)湯善甫、朱思明主編化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) ，m.華東理工大學(xué)出版社，2004 年 12 月 (5)鄒安麗、張懷安主編化工機(jī)器與設(shè)備 ，m.化學(xué)工業(yè)出版社，1991 年 6 月第

4、1 版 (6)化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會， 塔設(shè)備設(shè)計 ，m.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988 (7)陳聲宗主編， 化工設(shè)計 ，m.化學(xué)工業(yè)出版社，2001 (8)王德祥，新式氯氣處理工藝簡介， 氯堿工業(yè)m.2000 年 1 月第一期 4進(jìn)度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱起 止 日 期 1 圖書館查閱，上網(wǎng)搜集資料2012年12月10日2012年12月30日 2 資料整理2013年1月1 日2013年2月10日 3 相關(guān)的物料計算、能量計算2013年2月11日2013年3月5日 4 設(shè)計說明書初稿的設(shè)計2013年3月6日2013年3月9日 5 導(dǎo)師審閱，指導(dǎo)，定稿2013年3月10日2013年5月5

5、日 摘要摘要 naoh 是一種常見的重要強(qiáng)堿。 其固體又被稱為燒堿、火堿、片堿、苛性鈉等，是一種白色固體，有吸水性，可 用作干燥劑，且在空氣中易潮解（因吸水而溶解的現(xiàn)象，屬于物理變化） ；溶于水，同 時放出大量熱。 其液體是一種無色，有澀味和滑膩感的液體。 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

6、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) gb 209-2006；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/t 11199-89；化纖用氫氧化鈉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn) gb 11212-89；食用氫氧化鈉應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn) gb 5175-85。 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） 。用 0.02%溶液滴入兔眼，可引起角膜上皮損傷。小鼠腹腔內(nèi) ld50: 40 mg/kg，兔經(jīng)

7、口 ldlo: 500 mg/kg。粉塵刺激眼和呼吸道，腐蝕鼻中隔；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。 固體氫氧化鈉可裝入 0.5 毫米厚的鋼桶中嚴(yán)封，每桶凈重不超過 100 公斤；塑料 袋或二層牛皮紙袋外全開口或中開口鋼桶；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶 或金屬桶（罐）外普通木箱；螺紋口玻

8、璃瓶、塑料瓶或鍍錫薄鋼板桶（罐）外滿底板 花格箱、纖維板箱或膠合板箱；鍍錫薄鋼板桶（罐） 、金屬桶（罐） 、塑料瓶或金屬軟 管外瓦楞紙箱。包裝容器要完整、密封，應(yīng)有明顯的“腐蝕性物品”標(biāo)志。鐵路運(yùn)輸 時，鋼桶包裝的可用敞車運(yùn)輸。起運(yùn)時包裝要完整，裝載應(yīng)穩(wěn)妥。運(yùn)輸過程中要確保 容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞，防潮防雨。如發(fā)現(xiàn)包裝容器發(fā)生銹蝕、破裂、 孔洞、溶化淌水等現(xiàn)象時，應(yīng)立即更換包裝或及早發(fā)貨使用，容器破損可用錫焊修補(bǔ)。 嚴(yán)禁與易燃物或可燃物、酸類、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。運(yùn)輸時運(yùn)輸車輛應(yīng)配備泄漏 應(yīng)急處理設(shè)備。不得與易燃物和酸類共貯混運(yùn)。失火時，可用水、砂土和各種滅火器 撲救，但消防人員

9、應(yīng)注意水中溶入燒堿后的腐蝕性。 目目 錄錄 第 1 章 燒堿的制備工藝簡介.4 1.1 整流.5 1.2 鹽水精制.5 1.3 電解.6 1.4 氯氫處理.7 1.5 液堿蒸發(fā).8 1.6 固堿產(chǎn)生.8 第 2 章 燒堿生產(chǎn)概述.9 2.1 燒堿生產(chǎn)的主要方法.9 2.2 氫氣的性質(zhì)及其用途 .9 2.2.1 物理性質(zhì).9 2.2.2 化學(xué)性質(zhì).9 2.2.3 氫氣的用途.9 2.3 燒堿氫氣處理的目的.10 2.4 燒堿氫氣處理的工藝流程.10 2.5 燒堿燒堿氫氣處理工藝流程簡圖.11 2.6 燒堿氫氣處理中的工藝指標(biāo).11 第 3 章 工藝計算.12 3.1 一段洗滌塔的物料衡算.12

10、3.1.1 一段洗滌塔的物料衡算基準(zhǔn) .12 3.1.2 一段洗滌塔的儲存槽氫氣（80）中水冷含量.12 3.1.3 一段洗滌塔的物料衡算計算.13 3.2 一段洗滌塔熱量衡算.14 3.2.1 入塔氣體帶入熱量.15 3.2.2 冷卻水帶熱量.15 3.2.3 出塔氣體帶出熱量.15 3.2.4 一段洗滌塔的熱量守恒的計算.16 3.2.5 一段洗滌塔熱量衡算.16 3.3 二段洗滌塔的物料衡算.17 3.3.1 物料衡算的計算依據(jù).17 3.3.2 物料衡算的計算.17 3.4 二段洗滌塔的熱量衡算.18 3.4.1 二段進(jìn)塔氣體熱量的計算.18 3.4.2 冷卻水帶出熱量的計算.18 3

11、.4.3 二段出塔氣體熱量的計算.19 3.4.4 二段洗滌塔的熱量守恒的計算.19 3.4.5 二段洗滌塔熱量衡算表.4 3.5 氣體中氫氣含量的計算.20 3.5.1 氣體中氫氣含量的計算.20 3.5.2 干氣體中氫氣的百分?jǐn)?shù).20 第 4 章 主要設(shè)備的工藝計算.21 4.1 一段洗滌塔的相關(guān)計算.21 4.1.1 一段洗滌塔的氣體流量的計算.21 4.1.2 一段洗滌塔的冷卻水噴淋量及管經(jīng)的計算.22 4.1.3 一段洗滌塔塔經(jīng)的計算.23 4.1.4 一段洗滌塔塔高度的確定.26 4.1.5 噴嘴輸送的確定.26 4.1.6 一段洗滌塔管經(jīng)的計算.26 4.2 二段洗滌塔的相關(guān)計算

12、.27 4.2.1 二段洗滌塔進(jìn)塔氣體和出塔氣體流量的計算.27 4.2,2 二段洗滌塔冷卻水噴淋量及管經(jīng)的計算.27 4.2.3 二段洗滌塔塔經(jīng)的計算.28 4.2.4 二段洗滌塔高度的確定.31 4.2.5 二段洗滌塔的噴嘴數(shù)的確定.31 4.2.6 二段洗滌塔氣體進(jìn)口管經(jīng)和出口管經(jīng)的計算.31 4.3 氫氣緩沖罐的計算.32 附錄附錄.33 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34 致謝致謝.35 第第 1 章章 燒堿的制備工藝簡介燒堿的制備工藝簡介 現(xiàn)代工業(yè)主要通過電解飽和nacl溶液來制備燒堿。電解法又分為水銀法、隔膜 法和離子膜法，我國目前主要采用的是隔膜法和離子膜法，這二者的主要區(qū)別在于 隔膜法制

13、堿的蒸發(fā)工序比離子膜法要復(fù)雜，而離子膜法多了淡鹽水脫氯及鹽水二次 精制工序。 目前我國主要采取隔膜電解法和離子膜電解法。在這次年產(chǎn)五萬噸燒堿工藝流 程序初步設(shè)計中我采取的是隔膜法制燒堿的氫氣處理方法，并簡要討論工藝中的能 耗情況。原料為粗鹽（含大量雜質(zhì)的氯化鈉） ，根據(jù)生產(chǎn)工藝中的耗能情況，將燒堿 制法分為整流、鹽水精制、鹽水電解、液堿蒸發(fā)、氯氫處理、固堿生產(chǎn)和廢氣吸收 工序等七個流程。 據(jù)測算，電解法燒堿生產(chǎn)噸堿綜合能耗在各工序的分布如下: 整流2.0%；鹽水精 制3.9% ; 電解53.2%；氯氫處理1.2%；液堿蒸發(fā)25.1%；固堿生產(chǎn)14.6%。從上述可 知,電解和液堿蒸發(fā)是主要耗能工

14、序。電解工序中的電耗約為噸堿電耗的90%，堿蒸 發(fā)中的蒸汽消耗占噸堿蒸汽消耗的74%以上。 1-整流 2-鹽水精制 3-電解 4-氯氫處理 5-液堿蒸發(fā) 6-固堿生產(chǎn) 圖圖 1 1 燒堿工藝總流程示意圖燒堿工藝總流程示意圖 1.11.1 整流整流 整流是將電網(wǎng)輸入的高壓交流電轉(zhuǎn)變成供給電解用的低壓直流電的工序，其能耗 主要是變壓、整流時造成的電損，它以整流效率來衡量。整流效率主要取決于采用 的整流裝置，整流工序節(jié)能途徑是提高整流效率。當(dāng)然減少整流器輸出到電解槽之 間的電損也是不容忽略的。 1.21.2 鹽水精制鹽水精制 將工業(yè)鹽用水溶解飽和并精制(除去ca2+、m g2+、s 02-4等有害離

15、子和固體雜質(zhì)) 獲得供電解用精制飽和鹽水,是鹽水精制工序的功能。 一次鹽水精制： 采用膜過濾器（不預(yù)涂） 圖圖 2 鹽水一次精制流程圖鹽水一次精制流程圖 二次鹽水精制： 二次鹽水精制采用螯合樹脂塔進(jìn)行吸附。 圖圖 3 鹽水二次精制流程圖鹽水二次精制流程圖 一次鹽水工段送來的一次精制鹽水中鈣、鎂等離子可以被螯合樹脂選擇性吸附， 而吸附的飽和樹脂可用鹽酸、氫氧化鈉進(jìn)行再生，從而使樹脂達(dá)到重復(fù)使用的目的。 鹽水精制工序的能耗主要是加熱溶解固體鹽的蒸汽和動力電耗，它們分別約占噸 堿電耗和噸堿汽耗的 0.2%和 12%。因此，在此工序，節(jié)能措施主要是如何利用工廠 的余熱（廢蒸汽或熱水）來加熱溶解固體鹽，

16、而采用鹽水自流流程無疑也會節(jié)約動 力電消耗。 1.31.3 電解電解 鹽水二次精制后，添加部分淡鹽水經(jīng)陽極液進(jìn)料總管以及軟管送入各單元槽的陽 極室中。 陽極液電解產(chǎn)生淡鹽水和氯氣，經(jīng)陽極分離器后，氯氣從淡鹽水中被分離出來送氯 氣處理工序，淡鹽水流到淡鹽水循環(huán)槽由泵送去脫氯塔。 圖圖 4 4 精制鹽水電解示意圖精制鹽水電解示意圖 圖圖 5 5 電解反應(yīng)方程式電解反應(yīng)方程式 能耗主要是電解直流電耗，影響直流電耗的因素是槽電壓和電流效率，直流電耗 與槽電壓成正比，與電流效率成反比。因此，降低電解槽的槽電壓和提高電流效率 是電解工序的主要節(jié)能途徑。 1.41.4 氯氫處理氯氫處理 氯氣處理工序均包括氯

17、氣洗滌、冷卻除霧、干燥、壓縮；氫氣處理均包括氫氣洗 滌、壓縮、脫氧、干燥。 離子膜法制堿時，建議氯氣處理工藝方案：濕氯氣經(jīng)氯水洗滌，鈦管換熱器，氯 氣除鹽、降溫后經(jīng)一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯氣含水量50wtppm，氯氣輸 送選用大型離心式氯氣壓縮機(jī)（透平壓縮機(jī)） 。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。高壓法消耗冷凍量少，不需要制 冷機(jī)，能耗低。但對氯氣處理工藝、氯氣輸送設(shè)備的要求高，增加投資費(fèi)用。因此， 國內(nèi)一般采用中、低壓液化方法生產(chǎn)液氯。如下圖所示。建議氫氣處理方案：選擇 氫氣洗滌塔直接洗滌冷卻降溫、列管換熱器間接冷卻，水環(huán)式氫氣壓縮機(jī)輸送。

18、 圖圖 6 電解后氯氣處理示意圖電解后氯氣處理示意圖 1-氯氣洗滌塔；2-鼓風(fēng)機(jī)；3-段冷卻器；4-段冷卻器；5-水霧捕集器； 6-填料干燥塔；7-泡罩干燥塔；8-酸霧捕集器；9-氯壓機(jī) 1 15 5 液堿蒸發(fā)液堿蒸發(fā) 將電解槽生產(chǎn)的液堿通過蒸發(fā)系統(tǒng)用蒸汽加熱將一部分水蒸出，并將絕大部分鹽 （n a c i) 分離出去，從而獲得成品液堿。 蒸發(fā)的能耗主要是蒸汽，當(dāng)然動力電也是值得注意的。蒸發(fā)系統(tǒng)的加熱蒸汽供給 的熱量主要消耗在（1）預(yù)熱物料至沸點(diǎn)所需熱量；(2)蒸發(fā)水分所需熱量；(3)堿液 的濃縮熱；(4)氯化鈉析出結(jié)晶熱；（5)設(shè)備的熱損失。 1.61.6 固堿生產(chǎn)固堿生產(chǎn) 將蒸發(fā)獲得的液堿

19、采用大鍋熬煮或升膜一降膜一閃蒸方法進(jìn)一步濃縮生產(chǎn)固堿， 其主要消耗是燃料(煤、重油、氫氣)。因此，固堿生產(chǎn)節(jié)能主要是充分利用燃料燃 燒熱量和節(jié)約燃料的流程等。 第第 2 2 章章 燒堿生產(chǎn)概述燒堿生產(chǎn)概述 2.12.1 燒堿生產(chǎn)的主要方法簡介燒堿生產(chǎn)的主要方法簡介 目前燒堿生產(chǎn)方式主要采取：水銀電解法 、隔膜電解法、苛化法、離子膜法三 種方法制燒堿。我國主要采取隔膜電解法和離子膜電解法。在這次年產(chǎn) 5 萬噸燒堿 氫處理工序初步設(shè)計中我采取的是隔膜法制燒堿的氫氣處理方法。 隔膜法電解總反應(yīng)方程式：2nacl+2h2o=2naoh+cl2+h2 2.22.2 氫氣的性質(zhì)及其用途氫氣的性質(zhì)及其用途

20、2.2.12.2.1 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 760mmhg 時為 0.08987g/l，沸點(diǎn)為-252.7；結(jié)晶溫度是-259.1；與空氣之 比重是 0.0695 或；在水中溶解度很小，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溶于水中之氫氣體積為 14 1 0.0215。而在鎳、鈀和鉑內(nèi)的溶解度很大，一體積能解幾百體積氫。氫氣的爆炸上 限和下限分別為 74.2%和 4.1%(體積分?jǐn)?shù)) 氫氣除用于合成氯化氫制取鹽酸和聚氯乙烯外，另一大用途時植物油加氫生產(chǎn) 硬化油。此外還用于煉鎢、生產(chǎn)多晶硅以及有機(jī)化合物的加氫等。 2.2.22.2.2 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) （1）氫氣具有可燃性，當(dāng)它不純凈時燃燒反應(yīng)發(fā)生爆炸；但是其純度很高時能在

21、空氣里安靜的燃燒。 （2）氫氣具有還原性，它能與某些金屬氧化物反應(yīng)使金屬還原。 （3）氫氣具有穩(wěn)定性，氫氣在常溫下的化學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的。 2.2.32.2.3 氫氣的用途氫氣的用途 （1）氫氣可以用于焊接或切割金屬，熔化熔點(diǎn)很高的石英和加工石英制品。因?yàn)樗?在純氧中燃燒的火焰（氫氧焰）可達(dá) 3000，可以使許多金屬熔化。 （2）氫氣可以產(chǎn)生氫氧焰、制氫氧電池，可以填充氣球、冶煉金屬鎢和鉬。氫用于 合成甲醇，合成人工石油等。 （3）氫還是一種理想的燃料氫氣的燃燒產(chǎn)物是水且污染少。液態(tài)的氫是一種高能燃 料，可供發(fā)射火箭、宇宙飛船、導(dǎo)彈等使用。氫氣做為燃料具有很好的發(fā)展前途。 同時氫氣也是重要的化工原

22、料。 綜上所述：由以上敘述可以看出燒堿生產(chǎn)中所產(chǎn)生的氫氣具有很高的回收價值， 并且氫氣處理工序較為簡單，投資費(fèi)用不高，高純度的氫氣可以供多種行業(yè)使用。 因此須對制燒堿中的氫氣進(jìn)行處理。 2.32.3 燒堿氫氣處理的目的燒堿氫氣處理的目的 在電解過程中，h2是以鼓泡的形式出來的，所以其帶有較高的溫度和部分雜質(zhì)。 （1）其帶有大量的水蒸氣，溫度越高，在蒸汽中的飽和水蒸氣量越大，會影響氫氣 的純度。 表表 2-12-1 飽和水蒸氣表（按溫度排列）飽和水蒸氣表（按溫度排列） 溫度 90807060504030 飽和水氣焓 （kal/kgf） 635.3631.1626.8622.5618.0613.5

23、608.9 （2）氫氣中還帶有 naoh 、nacl。因?yàn)闅錃馐菑碾娊庖褐谐鰜淼模豢杀苊獾木蛶?有 naoh、nacl 等鹽類雜質(zhì)這些雜質(zhì)必須除去。 （3）從電解槽中以鼓泡的形式出來的氫氣溫度太高（一般在 8090） ，必須進(jìn)行 降溫，否則會影響后續(xù)的加工工藝要求。 所以氫氣主要通過冷卻水洗滌的處理方式達(dá)到降低氫氣溫度除去水分，洗去 naoh、nacl 等水溶性雜質(zhì)的目的以提高氫氣的純度和利用價值。 2.42.4 氫氣處理的工藝流程氫氣處理的工藝流程 電解出來的飽和濕氫氣中含有大量的水和其他氣體，一般采用間接法和直接法 除去以達(dá)到工藝要求。由于在本次設(shè)計中不充分考慮熱綜合利用，所以采用直接法

24、 進(jìn)行氫氣的處理，可以簡化工藝流程，節(jié)約投資費(fèi)用。它是由電解槽中出來的氫氣 經(jīng)氫氣緩沖罐后進(jìn)入一段洗滌塔洗去一部分的雜質(zhì)及使氫氣冷卻至 50后在經(jīng)二 段洗滌塔除雜質(zhì)及冷卻至 30，之后再經(jīng)過絲網(wǎng)除霧器除去鹽和堿的霧沫后，用 羅茨鼓風(fēng)機(jī)抽送至分配臺進(jìn)行下一階段的分配。 2.52.5 氫氣處理工藝流程簡圖氫氣處理工藝流程簡圖 氫氣處理工藝流程圖見下，據(jù)此進(jìn)行物料衡算和熱量衡算： 濕氫氣 緩 沖 罐 一 段 洗 滌 塔 二 段 洗 滌 塔 除 霧 器 去用戶 圖圖 7 7 氫氣處理工藝流程圖氫氣處理工藝流程圖 2.62.6 氫氣處理中的工藝指標(biāo)氫氣處理中的工藝指標(biāo) （1）氫氣純度指標(biāo)：98 （2）冷

25、卻水溫度；25 第第 3 3 章章 工藝計算工藝計算 3.13.1 一段洗滌塔的物料衡算一段洗滌塔的物料衡算 3.1.13.1.1 一段洗滌塔的物料衡算基準(zhǔn)一段洗滌塔的物料衡算基準(zhǔn) （1）以生產(chǎn) 5 萬噸 100naoh 為基準(zhǔn) 有化學(xué)方程式：2nacl + 2h2o = 2naoh + h2 + cl2 240 2 5107 m 計算可得： m=0.125107（kg） 402 1052 7 m生產(chǎn) 5 萬噸燒堿的 h2的質(zhì)量 （2）經(jīng)處理后的氫氣純度為 98。 （3）出電解槽后的氫氣溫度按 80計算。 （4）查相關(guān)數(shù)據(jù)得： 進(jìn)入冷卻塔的氫氣溫度為 80是飽和水蒸氣分壓為 0.483kgf/

26、cm2，為 50時 飽和水蒸氣分壓為 0.1258 kgf/cm2，為 30時飽和水蒸氣分為 0.0433 kgf/cm2 （5）由于氫氣在水中的溶解度很小，故氫氣在水的溶解度忽略不計。 （6）飽和水蒸氣含量及水量計算：按道爾頓分壓定律計。 3.1.23.1.2 一段洗滌塔的出槽氫氣（一段洗滌塔的出槽氫氣（8080）中的水汽含量）中的水汽含量 設(shè)出槽氫氣（80）中的水汽含量為 x； 據(jù)道爾頓分壓定律： 得 b a b a a p p n n y kgx x xx xx x x 7 7 7 1007 . 1 7 . 3080350288 . 0 7 . 3080350268 . 0 0556 .

27、 0 483 . 0 98 . 0 2 10125 . 0 483 . 0 1818 1 483 . 0 98 . 0 2 10125 . 0 18 18 則出槽氣體組成： 氫氣：0.625106kmol 0.125107kg 水汽：0.594106kmol 1.07107kg 其他氣體：12755kmol 369895kg 3.1.33.1.3 一段洗滌塔的物料衡算一段洗滌塔的物料衡算計算計算 （1）據(jù)公式：n=得 m m =0.625106(kmol ) 2 1250000 2 h n 其他氣體組成：（kmol）12755 98 . 0 02 . 0 2 1250000 （2）根據(jù)道爾頓分

28、壓定律計算水量：設(shè)管路中（由 80降至 50）的冷凝水量為 w 這時氣體中水的分子為：（1.07107-w）/18 氣體的分子總數(shù)為： 18 1007 . 1 98 . 0 2 1025 . 1 76 w 據(jù)道爾頓分壓定律： b a b a a p p n n y kgw w w w w 6 7 7 7 1086 . 8 7842 . 0 6946808 7842 . 0 14441328390940 7842 . 0 1258 . 0 637755 18 1007 . 1 1258 . 0 1 1258 . 0 98 . 0 2 10125 . 0 18 1007 . 1 則出他氣體組成：

29、氫氣：0.625106（kmol） （1.25106 kg） 水氣：0.102106（kmol） （1.07107-8.86106=1.84 106 kg） 其他氣體：12755（kmol） （1275529=369895 kg） 表表 3-13-1 第一段洗滌塔總物料衡算表第一段洗滌塔總物料衡算表 名稱進(jìn)一段洗滌冷卻塔（kg）出一段洗滌冷卻塔（kg） 氫氣 1.251061.25106 水汽 1.071071.84106 其他氣體 369895369895 氫氣冷凝水量 8.86106 年產(chǎn) 5 萬噸 100%燒堿氫氣處理中 氫氣：0.625106（kmol） 一段進(jìn)塔氫氣中含水汽含量：0.

30、594106（kmol） 一段出塔氫氣中含水總量：0.102106（koml） 其它氣體：12755（kmol） 3.23.2 一段洗滌塔熱量衡算一段洗滌塔熱量衡算 查相關(guān)數(shù)據(jù)得：相關(guān)熱力數(shù)據(jù)表 3-23-2 相關(guān)熱力數(shù)據(jù)相關(guān)熱力數(shù)據(jù) 溫度（） 物料與項(xiàng)目單位 805030 氫氣比熱容 4.187kj/（kgk ） 3.4393.4213.409 水蒸氣比焓 kj/kg2642.42587.62549.5 其他氣體比焓（空氣） 4.187kj/（kgk ） 0.2440.2430.242 水的飽和蒸汽壓(絕壓) kgf/cm20.4830.12580.0433 3.2.13.2.1 入塔氣體帶

31、入熱量入塔氣體帶入熱量 q1=(80+273)1.251063.4394.187 =6.354109 kj q2=1.071072642.4=2.8271010 kj q3=(80+273)3698950.2444.187 =1.334108 kj 3.2.23.2.2 冷卻水帶出熱量冷卻水帶出熱量 設(shè)冷卻水量為 w2 kg,溫度 25，冷卻水出塔溫度為 35；此時出塔冷卻水比熱 熔約為 14.187 kj/（kgk） 。 則出塔水量： w2+w1=w2+8.86106 冷卻水帶入熱量：q4=w2(273+25) 14.187 冷卻水帶出熱量：q5=(w2+8.86106)(273+35)14

32、.187 3.2.33.2.3 出塔氣體帶出熱量出塔氣體帶出熱量 q6=(273+35)1.251063.4214.187=5.783109 kj q7=1.841062587.6=4.761109kj q8= (273+50)3698950.2434.187=1.216108 kj 3.2.43.2.4 一段洗滌塔的熱量守恒的計算一段洗滌塔的熱量守恒的計算 則q進(jìn)=q出 q1+q2+q3+q4 = q5+q6+q7+q8 6.354109+2.8271010+1.334108+w2(273+25)14.187 =(w2+8.86106)(273+35)14.187+5.783109+4.76

33、1109+1.216108 2 1010 87.4110210 . 2 10476 . 3 w w2=3.024108 kg 即：進(jìn)入系統(tǒng)水量為 3.024108 kg , 出系統(tǒng)冷卻水量為： 3.024108+8.86106=3.113108 kg 冷卻水帶入熱量： 3.024108(273+25) 14.187= 3.7731011kj 冷卻水帶出熱量： (3.024108+8.86106) (273+35)14.187=4.0151011kj 3.2.53.2.5 一段洗滌塔熱量衡算表一段洗滌塔熱量衡算表 表表 3-33-3 一段洗滌塔總熱量衡算表一段洗滌塔總熱量衡算表 輸入輸出 物料名

34、稱數(shù)量(kg)熱量(kj)物料名稱數(shù)量(kg)熱量(kj) 氫氣 1.251076.354109 氫氣 1.251075.783109 水汽 1.071072.8271010 水汽 1.841064.761 109 其他氣體 3698951.334108 其他氣體 3698951.216108 冷卻水 3.0241083.7731011 冷卻水 3.1131084.0151011 3.33.3 二段洗滌塔的物料衡算二段洗滌塔的物料衡算 3.3.13.3.1 物料衡算的計算依據(jù)物料衡算的計算依據(jù) （1） 電解氫氣經(jīng)二段洗滌冷卻溫度從 50降至 30。 （30時的飽和水蒸汽壓為 0.0433kg/

35、cm2） （2）干氫氣純度 98% 3.3.23.3.2 物料衡算的計算物料衡算的計算 設(shè)二段洗滌塔使氫氣溫度由 50降至 30的冷凝水量為 wo 則有道爾頓分壓定律： 得 b a b a a p p n n y kgwo wo wo wo wo 6 6 7 6 1032 . 1 12632629567 . 0 49706617603289567 . 0 186377550433 . 0 9567. 01084 . 1 0433 . 0 1 0433 . 0 98 . 0 2 10125 . 0 18 1084 . 1 則其他氣體組成： 氫氣：625000（kmol） （1.25106 kg）

36、 水汽：28889 （kmol） （1.84106-1.32106=0.52106kg） 其他氣體：12755（kmol） （1275529=369895kg） 表表 3-43-4 二段洗滌塔總物料衡算表二段洗滌塔總物料衡算表 名稱進(jìn)二段洗滌冷卻塔（kg）出二段洗滌冷卻塔（kg） 氫氣 1.251061.25106 水汽 1.841060.52106 其他氣體 369895369895 氫氣冷凝水量 8.861061.32106 年產(chǎn) 5 萬噸 100%燒堿氫氣處理中 氫氣：625000（kmol） 二段進(jìn)塔氫氣中含水汽量：102000（kmol） 二段出塔氫氣中含水汽量：28889（koml

37、） 其它氣體：12755（kmol） 3.43.4 二段洗滌塔的熱量衡算二段洗滌塔的熱量衡算 查上述相關(guān)熱力數(shù)據(jù)表（3-2）可知： 3.4.13.4.1 二段進(jìn)塔氣體熱量二段進(jìn)塔氣體熱量的計算的計算 q6=(273+35)1.251063.4214.187 =5.783109 kj q7=1.841062587.6 =4.716109kj q8= (273+50)3698950.2434.187 =1.216108 kj 3.4.23.4.2 冷卻水帶出熱量冷卻水帶出熱量的計算的計算 設(shè)進(jìn)入二段系統(tǒng)冷卻水量為 w3 kg，冷卻水進(jìn)塔溫度 25，出塔溫度 30；此時 水的蒸氣比熱熔約為 14.1

38、87 kj/（kgk） 。 則出塔水量 wo+w3=w3+1.32106 入塔冷卻水帶入熱量： q9= w3(273+25) 14.187 出塔冷卻水帶出熱量： q10=(w3+1.32 106)(273+30) 14.187 3.4.33.4.3 二段出塔氣體熱量二段出塔氣體熱量的計算的計算 q11=(273+30)1.251063.4094.187 =5.406109 kj q12=0.521062549.5 =1.326109kj q13= (273+30)3698950.2424.187 =1.136108 kj 3.4.43.4.4 二段洗滌塔的熱量守恒的計算二段洗滌塔的熱量守恒的計

39、算 由q進(jìn)=q出 q6+q7+q8+q9=q10+q11+q12+q13 5.783109+4.761109+1.216108+w3(273+25)14.187 =(w3+1.32106)(273+30)14.187+5.406109+1.326109+1.136108 1.0671010+1247.726w3=1268.661w3+1.675109+5.406109+1.326109+1.1 36108 1.0671010+1247.726w3=1268.661w3+8.521109 2.149109=20.935w3 w3=1.027108kg 故入塔冷卻水量 1.027 108 kg 出

40、塔冷卻水量為： 1.027 108+1.32106= 1.04108kg 入塔冷卻水帶入熱量： 1.027108(273+25)14.187=1.2811011kj 出塔冷卻水帶出熱量： (1.027108+1.32 106)(273+30) 14.187 =1.3191011kj 3.4.53.4.5 二段洗滌塔熱量衡算表二段洗滌塔熱量衡算表 表表 3-53-5 二段洗滌冷卻塔熱量衡算表二段洗滌冷卻塔熱量衡算表 輸入輸出 物料名稱數(shù)量 kg熱量 kj物料名稱數(shù)量 kg熱量 kj 氫氣 0.1251075.783109 氫氣 0.1251075.406109 水汽 1.841064.76110

41、9 水汽 0.521061.326109 其他氣體 3698951.216108 其他氣體 3698951.136108 冷卻水 1.0271081.2811011 冷卻水 1.041081.319 1011 3.53.5 氣體中氫氣含量的計算氣體中氫氣含量的計算 3.5.13.5.1 氣體中氫氣含量的計算氣體中氫氣含量的計算 %100 1275528889625000 625000 2 h %100 666655 625000 %94 3.5.23.5.2 干氣體中氫氣的百分?jǐn)?shù)干氣體中氫氣的百分?jǐn)?shù) h2=%100 12755625000 625000 %98 %100 637755 6250

42、00 第第 4 4 章章 主要設(shè)備的工藝計算主要設(shè)備的工藝計算 4.14.1 一段洗滌塔的相關(guān)計算一段洗滌塔的相關(guān)計算 4.1.14.1.1 一段洗滌塔氣體流量的計算一段洗滌塔氣體流量的計算 計算條件:年工作日 330 天為基準(zhǔn)，則年總工作小時 33024=7920 h 進(jìn)塔氣體溫度為 80，操作壓力為 1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓由 pv=nrt 得 v= p nrt r=8.314kj/(kmol.k) 換算=0.08206atmm3/(kmol.k) 據(jù)查表得 1kj=0.102kgf cm 1kgf/=0.9678atm 1kgf cm=0.9678atm 1= 1cal=kcal （8.314

43、0.1020.9678/ =0.08206atm/(kmol k) 1 8027308206 . 0 12755594000625000 1 v 3 8 . 35680468 35308206 . 0 1231755 m hmvs/ 7920 8 . 35680468 3 1 hm /4505 3 1 5027308206 . 0 12755102000625000 2 v 3 38.19607487 32308206 . 0 739755 m hmvs/ 7920 38.16907487 3 2 hm /2476 3 vs 平= hmhm/3491/ 2 24764505 33 4.1.24

44、.1.2 一段洗滌塔冷卻水噴淋量及管徑的計算一段洗滌塔冷卻水噴淋量及管徑的計算 （1）冷卻水噴淋量計算 已知：根據(jù)一段洗滌塔熱量衡算得冷卻量為： g10113 . 3 10024 . 3 1086 . 8 8 86 21 k ww 冷卻水溫度為 25，大氣壓為 1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；l=1103kg/m3 據(jù)公式 m=得v l v m 水 h/m /306.39 7920 10113 . 3 m10113 . 3 101 10113 . 3 3 3 3 5 35 3 8 冷卻水噴淋的體積流量 冷卻水體積 水 水 l l v mv hmv v （2）冷卻水管徑的計算 因?yàn)樗耙话阋后w常用流速范圍 u

45、 取（1.53）m/s2 所以：設(shè)冷卻水流速 u=2m/s=23600=7200m/h 據(jù)公式 83.4mm1000m0834 . 0 720014 . 3 306.394 4 冷 冷 得d u v d l 圓整得：一段洗滌塔冷卻水噴淋管徑 d冷=100mm 4.1.34.1.3 一段洗滌塔塔徑一段洗滌塔塔徑的計算的計算 （1）空塔速度的計算 洗滌塔內(nèi)填料選用的陶瓷拉西環(huán)以亂堆方式進(jìn)行填充。mmmmmm5 . 22525 因?yàn)榭账馑賾?yīng)小于泛點(diǎn)氣速，一般空塔氣速是泛點(diǎn)氣速的（50%85%）即 u=（0.500.85）uf 所以：設(shè)空塔氣速取泛點(diǎn)氣速的 50% 根據(jù)洗滌塔泛點(diǎn)和壓降通用關(guān)聯(lián)圖（1

46、）橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo) 2 1 l g g l w w 2 . 0 2 l l gf g u 求出再求出 u f u 圖圖 8 8 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 。量流量，分別為液體和氣體的質(zhì)， ；度，分別為液體和氣體的密， ；液體的粘度， 度之比；于水的密度與液體的密液體密度校正系數(shù)，等 ；濕填料因子， ；重力加速度 ；泛點(diǎn)空塔氣速 s/g m/g mam m s/m81 . 9 g s/m g 3 g 1 2 kww k p u l l l f 氣體混合物的平均分子量 m 為： 其其y mymymm o hohhh 2222 據(jù)公式 總 n n y a a 01. 0

47、 1231755 12755 y 48. 0 1231755 10594 . 0 y 51 . 0 1231755 10625. 0 y 12317551275510594. 010625 . 0 6 6 66 0 2 2 22 其 其總 o h h hh nnnn 其其y mymymm o hohhh 2222 mol/g95 . 9 01 . 0 2948 . 0 1851 . 0 2 kk 混合氣體密度為： g 3 m/g343 . 0 80273341 . 8 95 . 9 3 . 101 k t pm g 混合氣體流量 hkgvw gsg /1545343 . 0 4505 1 因?yàn)?/p>

48、冷卻水密度 3 /1000mkg l 冷卻水噴淋量為hkgvw lll /393061000306.39 據(jù)通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)： 471 . 0 1000 343 . 0 1545 39306 2 1 2 1 l g g l w w 查圖（1）亂堆填料泛點(diǎn)線，當(dāng)橫坐標(biāo)為 0.471 時縱坐標(biāo)為 0.05 即 05 . 0 2 . 0 2 l l gf g u 查表亂堆陶瓷拉西環(huán)的填料因子，比表面積mmmmmm5 . 22525 1 450 m 。 32 /190mma 冷卻水密度校正系數(shù)0 . 1 查附錄2，25時的冷卻水的粘度smpa f 8937 . 0 據(jù)縱坐標(biāo)求出05 . 0 2 .

49、0 2 l l gf g u f u smuu sm g u f lg l f /9 . 0803 . 1 5 . 05 . 0 /803 . 1 978 . 0 343 . 0 0 . 1450 100081 . 9 05 . 0 05 . 0 2 1 2 1 2 . 0 （2）一段洗滌塔塔徑的計算 已知：hmsmu/36009 . 0/9 . 0 據(jù)公式：d塔徑=得 u vs 4 d塔徑= mm u vs 11721000172 . 1 36009 . 014 . 3 349144 一段洗滌塔徑圓整得 d塔徑=1200mm4 校核：。，滿足要求2048 25 1200 d d 4.1.44

50、.1.4 一段洗滌塔塔高度一段洗滌塔塔高度的確定的確定 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到塔高度 h=51200mm=6000mm=600010-3=6m 4.1.54.1.5 噴嘴輸送的確定噴嘴輸送的確定 設(shè)上水壓力為 0.2mpa,考慮水垢的阻塞，噴嘴直徑 d=3.5mm 查表及噴水量約 360 kg/h,則噴嘴總數(shù)由物料衡算需 25冷卻水量 39305.556/h 則噴嘴總數(shù)：n=個182.109 360 556.39305 考慮分布可能的阻塞，取 200 個。 4.1.64.1.6 一段洗滌塔管徑一段洗滌塔管徑的計算的計算 一段洗滌塔進(jìn)氣管和出氣管管徑 因?yàn)橐兹家妆瑲怏w的在管道中流速范圍8m/s；而氫氣屬于

51、易燃易爆氣體； 則氫氣在管道內(nèi)的流速取為 5m/shm/36005 入塔氣體流量為：4505m3/h 出塔氣體流量為：2476m3/h 由u= 得到 d入= mmmm u vs 5651000565 . 0 36005785 . 0 45054 同理可得 d出= mmmm u vs 4191000419 . 0 36005785 . 0 24764 則一段洗滌塔物料進(jìn)口管管徑為 d入=580mm；出口管管徑為 d出=450mm 4.24.2 二段洗滌塔的相關(guān)計算二段洗滌塔的相關(guān)計算 4.2.14.2.1 二段洗滌塔進(jìn)塔氣體和出塔氣體流量二段洗滌塔進(jìn)塔氣體和出塔氣體流量的計算的計算 由一段洗滌塔

52、出來的氣體流量是進(jìn)入二段洗滌塔的氣流量；則 v2=v3 1 5027308206 . 0 12755102000625000 3 v 3 38.19607487 32308306 . 0 739755 m hmvs/ 7920 38.19607487 3 3 hm /2476 3 1 3027308206 . 0 1275528889625000 4 v 3 41.16575556m hmvs/ 7920 41.16575556 3 4 hm /2093 3 則 vs 平= hm /2280 2 20932476 3 4.2.24.2.2 二段洗滌塔冷卻水噴淋量及管徑的計算二段洗滌塔冷卻水噴淋

53、量及管徑的計算 （1）冷卻水噴淋量計算 已知：根據(jù)二段洗滌塔熱量衡算得冷卻量為： g1004 . 1 1032 . 1 10027 . 1 868 03 kww 冷卻水溫度為 25，大氣壓為 1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；l=1103kg/m3 據(jù)公式 m=得v l v m 水 h/m /131.13 7920 1004 . 1 m1004 . 1 101 1004 . 1 3 3 3 5 35 3 8 冷卻水噴淋的體積流量 冷卻水體積 水 水 l l v mv hmv v （2）二段冷卻水管徑計算 因?yàn)樗耙话阋后w常用流速范圍 u ?。?.53）m/s 所以：設(shè)冷卻水流速 u=2m/s=23600=72

54、00m/h 據(jù)公式 48mm 1000m048 . 0 720014 . 3 131.134 4 冷 冷 得d u v d l 圓整得：二段洗滌塔冷卻水噴淋管徑 d冷=70mm8 4.2.34.2.3 二段洗滌塔塔徑二段洗滌塔塔徑的計算的計算 （1）空塔速度的計算 洗滌塔內(nèi)填料選用的陶瓷拉西環(huán)以亂堆方式進(jìn)行填充。mmmmmm5 . 22525 因?yàn)榭账馑賾?yīng)小于泛點(diǎn)氣速，一般空塔氣速是泛點(diǎn)氣速的（50%85%）即 u=（0.500.85）uf 所以：設(shè)空塔氣速取泛點(diǎn)氣速的 50% 根據(jù)洗滌塔泛點(diǎn)和壓降通用關(guān)聯(lián)圖（7）橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo) 2 1 l g g l w w 求出再求出 u 2 . 0 2

55、 l l gf g u f u 。量流量，分別為液體和氣體的質(zhì)， ；度，分別為液體和氣體的密， ；液體的粘度， 度之比；于水的密度與液體的密液體密度校正系數(shù)，等 ；濕填料因子， ；重力加速度 ；泛點(diǎn)空塔氣速 s/g m/g mam m s/m81 . 9 g s/m g 3 g 1 2 kww k p u l l l f 氣體混合物的平均分子量 m 為： 其其y 2222 mymymm o hohhh 據(jù)公式 總 n n y a a 02 . 0 739755 12755 y 14 . 0 739755 10102 . 0 y 84 . 0 739755 10625 . 0 y 7397551275510102 . 0 10625 . 0 6 6 66 0 2 2 22 其 其總 o h h hh nnnn 其其y 2222 mymymm o hohhh mol/g78 . 4 02 . 0 2914 . 0 1884. 02 kk 混合氣體密度為： g 3 m/g180 . 0 50273341 . 8 78 . 4 3 . 101 k t pm g 混合氣體流量hkgvw gsg /446180. 02467 3 因?yàn)槔鋮s水密度 3 /1000mkg l 冷卻水噴淋量為hkgvw lll