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1、年产5万吨烧碱氯气冷却工序设计指导老师：XXX2007级化工专业 学号 200711873 姓名 XXX摘要氯气冷却可以降低氯气中的含水率，对氯气的输送和使用有重要意义，本设计主要对氯气冷却的工艺流程选择说明，对进行了冷却的物料衡算以及设备的初步计算和选型，得到了基本合理的设计结果。关键词：氯气 冷却工艺 设计An annual output of 50,000 tons caustic soda, chlorine gas cooling process designInstructor: He ai-jiangName text： Wen xue-meiAbstractChlorine g
2、as cooling can reduce the chlorine in the water rate, the transmission and use of chlorine has an important significance, this design the main choices of chlorine cooling process shows that the conduct of the cooling equipment, material balance, as well as the initial calculation and selection, to b
3、e the basic sound design results. Key words: chlorine coolingprocess design目录1 概述41.1 氯气的性质41.2 氯气用途51.2.1 消毒及净水剂51.2.2 漂白剂51.2.3 工业溶剂51.2.4 橡胶51.2.5 其它51.3 氯气冷却意义52 工艺设计62.1 氯气冷却方法62.1.1 直接冷却流程62.1.2 间接冷却流程72.1.3 氯气循环冷却流程72.2 氯气处理方式的简述72.2.1 直接冷却+填料干燥72.2.2间接冷却+泡沫干燥流程82.2.3 间接冷却+泡沫、填料塔干燥流程82.3工艺流程确
4、定93工艺计算103.1计算依据103.2 物料衡算103.2.1 气相进口的物料衡算103.2.2 冷却器的出口物料衡算123.2.3 物料衡算表123.3 热量衡算133.3.1 气体带入热量133.3.2 气体带出热量133.3.3 冷却水用量133.3.4 冷却器热量衡算表144 冷却器的设计及选型154.1 确定设计方案154.2 确定物性数据154.2.1 流体平均温度154.2.2 平均温度下的物性数据154.3 设计计算164.3.1 计算依据164.3.2 热负荷164.3.3 传热面积164.3.4 管数174.3.5 折流板174.3.6 拉杆184.3.7 接管184.
5、3.8 封头184.3.9 材料选择194.4氯气冷却器的结构参数一览表20总结21参考文献22致谢231 概述1.1 氯气的性质氯气的分子式是Cl2，份子量为70.92。在元素周期表上处于第三周期，第七族。Cl原子的最外层上有7个电子，在化学反应中容易结合一个电子使最外层电子达到8个电子的稳定结构。Cl2分子由两个Cl原子组成的双原子分子其共用电子对处于两个原子核的中间。Cl2的化学性质很活泼，它是一种活泼的非金属，能和多种单质及化合物发生反应。通常状况下Cl2是黄绿色的气体，比空气重。Cl2有毒，有强烈刺激性。吸入少量Cl2会使鼻和喉粘膜受到刺激，引起胸部疼痛和咳嗽，吸入大量Cl2会中毒死
6、亡。Cl2易溶于水，其水溶液叫氯水。1.2 氯气用途1.2.1 消毒及净水剂目前我国不少自来水厂采用液氯消毒。液氯注人水中与水发生反应，产生盐酸和次氯酸。次氯酸有氧化性，能杀死水中的细菌。并且用它消毒后，自来水中含少量的余氯，它在水管停留可有效地起杀菌作用，并能保持较长时间。此外，它也用来生产净水剂，如三氯化铁、碱式氯化铝等。1.2.2 漂白剂漂白剂的有效成分是次氯酸钙Ca（ClO）2 ，所以氯是生产漂白剂的主要原料。广泛的使用在漂白液、漂白粉、漂白精、含氯典氰酸等中。1.2.3 工业溶剂含氯溶剂在胶粘剂中的作用很大，有的作为聚合反应的介质，使反应缓和，温度易于控制；有的用以纯化单体和助剂；有
7、的用以溶解基料成为胶粘剂的一个组分；有的用于烯释胶粘剂达到一定的粘度，有利于浸润，便于涂布施工；有的用作调节胶粘剂的挥发速度；有的用来防止凝胶增加贮存稳定性，有的用作粘接前表面清洁处理剂；有的用来直接粘接某些热塑性塑料制品；有的可用来降低成本，提高效益。其中含氯的溶剂也有很多，如四氯化碳，二、三、四氯甲烷，三氯乙烯，三氯乙烷等。1.2.4 橡胶橡胶很柔软，弹性好，耐高温，耐油，耐紫外线，柔韧性好，强度高，广泛应用在皮革，化纤，轮胎及各种生活用品中，如氯丁橡胶等。1.2.5 其它如塑料，农药，染料，化肥，制冷剂等。1.3 氯气冷却意义从上面的用途看出，氯在生活乃至工业中都很重要，因此当工厂生产中
8、副产品中有氯气时，我们应当将氯气回收起来。在本设计中，主要是电解食盐水制烧碱时，在阳极产生氯气，它是在电解液盐水中鼓泡而出的，温度很高（8090），同时夹带着水蒸汽、盐和其他杂质，水蒸汽会与氯气反应，成为腐蚀设备、管道的根源。表1-1 氯气相关物性温度（）9080706050403020101Kg氯气中水蒸气含量（g）571.0219.0112.061.634.919.810.84.33.1水蒸气分压（kpa ）70.1447.3831.1619.9212.347.3774.2472.3351.226氯气的溶解度（克/100水）2.762.963.233.594.074.775.807.299
9、.65腐蚀的反应为：Cl2 + H2 = HCl + HClO 2HClO = 2HCl + O2Fe + HClO = FeC13 + H2OFe + 2HCl = FeC12 + H2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，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。为了后续工段的反应，必保证氯气的纯度，因此必须将氯气中的水分及杂质除去。2 工艺设计2.1 氯气冷却方法为了将副产品中氯气中的水蒸汽除去，采用冷凝水蒸汽法。可以分为直接冷却、间接冷却和氯气循环冷却三种工艺。2.1.1
10、直接冷却流程直接将冰或冷水加入被冷却的物料中。最简便有效。也最迅速。但只能在不影响被冷却物料的品质或不致引起化学变化时才能使用。也可将热物料置于敞槽中或喷洒于空气中，使在表面自动蒸发而达到冷却的目的。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，腐蚀管道，污染环境，同时使氯气损失增加，且耗费大量蒸气。2.1.2 间接冷却流程将物料放在容器中，其热能经过器壁向周围介质自然散热。被冷却物料如果是液体或气体，可在间壁冷却器中进行。夹套、蛇管、套管、列管等式的热交换器都适用。冷却剂一般是冷水和空气，或根据生产实际情况来确定。操作简单，易于控制，操作费用低，氯水含量小，氯气损失少
11、，并能节约脱氯用蒸汽。冷却后氯气的含水量可低于0.5。2.1.3 氯气循环冷却流程冷却效率高，操作费用低于直接冷却法，高于间接冷却流程法，投资比前者高而低于后者。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。2.2 氯气处理方式的简述2.2.1 直接冷却+填料干燥图（2-1）该流程是氯气填料塔中直接冷却之后，氯水本身又用冷冻水进行热交换，被冷却后的氯气进入串联的填料干燥塔，再用硫酸进行干燥，使水分小于0.04。该流程的特点是：湿氯气经氯水冷却直接洗调后，电解过程除石墨阳极的有机氯化物被除去。经氯水直接冷却后，氯气的温度容易控制，即传热情况
12、比间接冷却好。采用填料干燥，负荷弹性大，生产稳定。采用上述流程，要解决泵和换热器的耐腐蚀问题。2.2.2间接冷却+泡沫干燥流程图（2-2）改流程的特点是：采用钛冷却器，间接冷却，设备耐腐蚀。采用泡沫塔做干燥塔，设备紧凑，效率高。由于泡沫塔做干燥塔，弹性小，水分易波动。2.2.3 间接冷却+泡沫、填料塔干燥流程图（2-3）该流程是集中前面两种的综合，既有泡沫塔的高效率，又有填料塔的稳定性，既不用水泵，又不会减少冷冻水，这一流程比较稳定可靠。2.3工艺流程确定综合上述三种氯气的处理流程优缺点，我确定以下流程，为我的氯气冷却处理流程：Cl2H2OH2O回收尾气吸收尾气分离器填料吸收塔氯水水槽2Cl2
13、Cl2换热器2换热器1水槽1氯气冷却处理工艺流程 图（2-4）该工艺流程：从电解槽出来的氯气进入填料冷却器直接冷却后，再次进入钛冷却器间接冷却，冷却到符合工艺要求的温度时，再到下一个干燥工序。有填料塔的稳定性，冷却水循环利用，即不会减少冷冻水，又不会损失氯气，这一流程比较稳定可靠。3工艺计算3.1计算依据生产规模：5万t98%NaOH衡算条件：以生产1t98%NaOH为基准年生产时间：年生产时间8000小时条件：氯气成份（干） 97压力：冷却器进口102.641kPa，冷却器出口83.979 kPa温度：氯气经冷却器冷却，温度从45降到25氯气在水中溶解度：25：0.006545kg/kgH2O水蒸汽分压： 45：9.584 kPa 25：3.168 kPa 冷却水比热： 10：4.191kJ/(kg) 20：4.183kJ/(kg)表3-1 相关热力学数据名称单位温 度 4525水蒸气热焓kJ/kg2577.825390.7不凝气比热容kcal/（kg.）0.24020.2402氯气比热容kcal/(mol.)2.3462.333.2 物料衡算3.2.1 气相进口的物料衡算进入冷却器的温度：45进入冷却器的压力：102.641kPa 氯气量的计算由反应式 2NaCl+ 2H2O = 2NaOH + Cl2 + 2H2 2 1
