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1、AAAA大学论文 AA40万吨烧碱装置氢气处理工序的初步设计系 部：专业班级：姓 名：指导教师： 时 间：XXX氢气处理工序目录摘要2关键词2前言21 概述32氢气处理工艺流程确定33氢气处理工艺的几个要点33.1氢气冷却的必要性33.2氢气的洗涤33.3氢气的冷却温度一般控制不高于1644. 氢气处理工艺流程45工艺计算45.1计算依据45.2一段氢气洗涤冷却塔55.3二段氢气洗涤冷却塔76. 主要设备设计及选型96.1一段氢气洗涤塔96.2二段氢气洗涤塔116.3主要管径计算126.4氢气输送设备126.5水输送泵126.6氢气缓冲罐126.7液封循环水池136.8主要设备一览表14设计小
2、结14参考文献15致谢16摘要：从电解来的氢气温度很高（约80-90）。含大量的水分，并含有饱和水蒸汽,同时还带有盐和碱的雾沫.所以在设计过程中应进行冷却和洗涤,冷却后的氢气有氢气压缩机压缩到一定压力后经氢气分配站送到氢气柜及用氢部门。本次针对一、二段洗涤冷却塔的参量如塔高、塔径等以及氢气的输送设备进行设计和选型，对全塔进行物料和热量的衡算。关键词:氢气缓冲 洗涤 冷却 工艺计算 氢压机压缩 输送前 言氢气H2,分子量2.016，在常温下为无色，无味，无臭的可燃气体；密度在0；760mmHg时为0.08987g/l，沸点为-252.7；结晶温度是-259.1；对空气之比重是0.0695；在水中
3、溶解度很小，标准状态下溶于水中之氢气体积为0.0215。而在镍、钯和铂内的溶解度很大，一体积能解几百体积氢。氢气除用于合成氯化氢制取盐酸和聚氯乙烯外，用于氢氧焰、氢氧电池、充填气球、冶炼钨和钼等重要金属，制造氨和盐酸，液态氢可以做火箭或导弹的高能燃料，氢气也是未来的新型高能燃料，在有机合成中，氢用于合成甲醇、合成人造石油和不饱合烃的加成等。 氢气具有广泛的用途。例如，用它来充灌气球；氢气在氧气中燃烧放出大量的热，其火焰氢氧焰的温度达3000，可用来焊接或切割金属。液态氢可作火箭或导弹的高能燃料。氢气作为燃料具有资源丰富、燃烧发热量高和污染少的特点。今后如能在利用太阳能和水制取氢气的技术上有重大
4、突破，氢气将成为一种重要的新型燃料。氢气还在冶金、化学工业等方面有着广泛的应用1 概述1.1氢气 氢气H2,分子量2.016，在常温下为无色，无味，无臭的可燃气体；密度在0；760mmHg时为0.08987g/l，沸点为-252.7；结晶温度是-259.1；对空气之比重是0.0695；在水中溶解度很小，标准状态下溶于水中之氢气体积为0.0215。而在镍、钯和铂内的溶解度很大，一体积能解几百体积氢。氢气除用于合成氯化氢制取盐酸和聚氯乙烯外，另一大用途时植物油加氢生产硬化油。此外还用于炼钨、生产多晶硅以及有机化合物的加氢等。1.2氢气处理的任务和方法 从电解槽出来的氢气,其温度稍低于电解槽槽温,并
5、含有饱和水蒸汽,同时还带有盐和碱的雾沫.所以在生产过程中应进行冷却和洗涤,冷却后的氢气有氢气压缩机压缩到一定压力后经氢气分配站送到氢气柜及用氢部门。2氢气处理工艺流程确定电解槽出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其它气体，鉴于本次设计中不充分考虑热综合利用，故采用直接法工艺，以简化流程和投资。选择流程为电解来氢气经缓冲罐后进入一段氢气洗涤塔，经洗涤冷却至50后经二段氢气洗涤塔冷却至30，再经氢气除雾器，最后用氢压机抽送至用户。3氢气处理工艺的几个要点3.1氢气冷却的必要性从电解来的氢气温度很高（约80-90）。含大量的水分，湿氢气所带的饱和水蒸气量与温度有关，温度越高，所带的水蒸汽量也越高。因此采
6、用冷却降温措施，降低湿氢气的温度，减少饱和水蒸汽分压，使大部分水蒸气冷凝下来，就可以降低湿氢气的含水量。同时，温度降低后，相同重量的氢气的体积大为减少，可提高氢压机的输送能力，满足氢气用户的要求。3.2氢气的洗涤从电解来的湿氢气不仅温度很高，而且夹带盐和碱的雾沫，需要洗涤除去，否则不仅影响氢气处理系统设备及泵的正常运行，而且还影响氢气用户的使用。洗涤中，循环水自上流入由塔底流出，氢气从塔底流入塔顶流出。水和气逆流接触，从而起到循环冷却降温的目的。3.3氢气的冷却温度一般控制不高于16 冷却后的氢气温度越低，则含水量就越少，但因冷却水量和设备等原因，也不把温度降得太低，故一般控制在不高于16。4
7、.氢气处理工艺流程氢气处理工艺流程图见下，据此进行物料衡算和热量衡算： 氢气处理工艺流程图由电解槽出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其它气体，一般采用间接和直接法除去，达到要求。鉴于本次设计中部充分考虑热综合利用，故采用直接法工艺，以简化流程和投资。其选择流程为电解来的氢气经缓冲罐后进入一段氢气洗涤塔，经洗涤冷却至50后经二段氢气洗涤塔冷却至30，再经氢气除雾器，后用氢压机抽送至用户。公用系统来自工业水，经与氢气换热后进入水池，再用泵抽吸返回公用系统制冷后，再次循环使用。5.工艺计算5.1 计算依据：5.1.1 以1000kg100%NaOH产氢作计算标准5.1.2 到达处理氢气温度为80，每生
8、产1000kg100%NaOH电解液所生产的氢气为25kg，此时饱和的水蒸汽含量为205kg。5.1.3 压缩机以前的操作压力近似为1绝对大气压（0kg/2）。5.1.4 氢气纯度98%。5.1.5 电解氢气经两段洗涤冷却温度从80降至30。5.1.6 查知相关数据如下：表5-1 相关热力学数据物料与项目单位温度805030氢气比热千卡/kg度343934213409水蒸气比焓千卡/631461916106其它气体比热（空气）千卡/kg度024402430242水的饱和蒸汽分压千卡/2（绝）048301258004335.1.7 进入氢气系统物料（以1000kg100%NaOH作计算标准）氢气
9、：12.5 kmol (25kg) 水汽：11.39 kmol (205kg) 其他气体：=0.255 kmol (7.39kg)其它杂质不计。5.2 一段氢气洗涤冷却塔5.2.1 计算依据 氢气在一段冷却塔中温度从80降至50 以1000kg100%NaOH产氢作为计算标准5.2.2 物料衡算 设氢气中冷凝水量为WL，由道尔顿分压定律列出方程：=解设 WL1=172（kg）因气体在水中的溶解度很小，故忽略不计。则出塔气体组成 氢气： 12.5 kmol （25kg）水汽： 1.833 kmol （205-172=33kg）其它气体：0.255 kmol (7.39kg)物料衡算表a以1000
10、kg100%NaOH产氢作为计算标准表5-2 一段洗涤冷却塔物料衡算表名称进一段洗涤冷却塔（kg）出一段洗涤冷却塔（kg）氢气2525水汽20533其他气体739739水172总计2373923739 b.总物料衡算表5-3 一段洗涤冷却塔总物料衡算表名称进一段洗涤冷却塔（kg）出一段洗涤冷却塔（kg）氢气50000005000000水汽410000006600000其他气体14780001478000水34400000总计4747800047478000 5.2.3热量衡算 入塔气体带入热量：Q1=80253.439=6878 kcalQ2=205631.4=129437 kcalQ3=80
11、0.2447.39=144 kcal 冷却水带出热量： 设冷却水量为WL2 kg,温度25，出塔温度为50，出塔水量： WL2+WL1=WL2+172 冷却水带入热量：Q4=WL225 冷却水带出热量：Q5=(WL2+172)50 出塔气体带出热量： Q6=50253.421=4276 kcal Q7=33619.1=20430 kcal Q8=507.390.243=90 kcal 忽略热损失： 则Q进=Q出 Q1+Q2+Q3+Q4 = Q5+Q6+Q7+Q8 6878+129437+144+25WL2=(WL2+172)50+4276+20430+90 WL2=4122.52 kg 即：进
12、入系统水量为：4122.52 kg ,出系统冷却水量为：4122.52+172=4294.52 kg冷却水带入热量：4122.5225=103063 kcal冷却水带出热量：(4122.52+172)50=214726 kcal热量衡算表表5-4 一段氢气洗涤冷却塔热量衡算表输入输出物料名称数量 kg热量 kcal物料名称数量 kg热量 kcal氢气256878氢气254276水汽205129437水汽3320430其他气体739144其他气体73990冷却水412252103063冷却水429452214726总计435991239522总计4359912395225.3 二段氢气洗涤冷却塔
13、5.3.1 计算依据电解氢气经二段洗涤冷却温度从50降至30。 氢气纯度98%5.3.2 物料衡算 二段洗涤冷却塔氢气出口温度为30，则冷凝水量为WL3同理，由道尔顿分压定律列出方程： = 解得 WL3=22.61 kg故出塔气体组成： 氢气： 12.5 kmol (25kg) 水汽： 0.577 kmol (33-22.61=10.39kg) 其它气体： 0.255 kmol (7.39kg) 出塔气体中氢的含量：93.76%干气体中氢的百分数：98% 物料衡算表a.以1000kg100%NaOH产氢作为计算标准表5-5 二段氢气洗涤冷却塔物料衡算表名称进二段洗涤冷却塔（kg）出二段洗涤冷却塔（kg）氢气2525水汽331039其他气体739739水2261总计65396539 b.总物料衡算表5-6 二段洗涤冷却塔总物料衡算表名称进二段洗涤冷却塔（kg）出二段洗涤冷却塔（kg）氢气50000005000000水汽66000002078000其他气
