200kta烧碱装置氯气、氢气处理工序的初步设计(编辑修改稿)

200kta烧碱装置氯气、氢气处理工序的初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

不凝气体 15 15 硫酸 21． 613 27． 877 总计 926． 966 926． 966 表 210 硫酸干燥塔（填料塔）总物料衡算表 名称 进填料塔 kg/t 100％ NaOH 出填料塔 kg/t 100％ NaOH 氯气 176800800 176800800 水蒸气 1269800 17000 不凝气体 3000000 3000000 硫酸 4322600 5575400 总计 185393200 185393200 第一篇 氯气处理 15 （四）硫酸干燥塔Ⅱ（泡罩塔） ⑴ 进塔硫酸浓度为 98％，温度为 13℃；出塔硫酸浓度为 75℃，温度为 28℃。 ⑵ 干燥后氯气含水量 10－ 5。 2．物料衡算 ⑴设每千克 98％硫酸吸收的水分为 W5㎏ ,则 W5＝ － 1＝ ㎏ 设干燥所需 98％流酸为 W6㎏， WW ＝ 10－ 5 解得 W6= ㎏ 假设各种因素造成的硫酸损耗为 15％， 则需硫酸量为： ＝ ㎏ 泡罩塔流出稀酸的量为： ＋ ＝ ㎏ 干燥后氯气含水量为 ： － ＝ ㎏ 出泡罩塔气体组分为： 氯气 ㎏ 水蒸气 ㎏ 不凝气体 15 ㎏ ⑵氯气纯度 :29151800 7100 47100 4 100%=96% (V/V) ⑶物料衡算表 1t100%NaOH 为基准 表 211 硫酸干燥塔（泡罩塔）物料衡算表 名称 进泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 出泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 氯气 884． 004 884． 004 水蒸气 0． 085 0． 0083 不凝气体 15 15 硫酸 0． 2875 0． 3642 总计 899． 3765 899． 3765 四川理工学院毕业设计 16 表 212 硫酸干燥塔（泡罩塔）总物料衡算表 名称 进泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 出泡罩塔 kg/t 100％ NaOH 氯气 176800800 176800800 水蒸气 17000 1660 不凝气体 3000000 3000000 硫酸 57500 72840 总计 179875300 179875300 第一篇 氯气处理 17 第三章 主要设备设计及选型 一 . 第一钛冷却器 1．确定设计方案 从电解槽出来的氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸气及盐雾等杂质。 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。 所以决定选用钛材料的列管作换热管，冷却水走壳程，湿氯气走管程，并且采用逆流流向。 氯气进口温度 80℃，出口温度 46℃； 冷却水进口温度 20℃，出口温度 30℃。 2．确定物性数据 ⑴流体平均温度 Tm和 tm Tm1＝（ Ti＋ To） /2＝（ 80＋ 46） /2＝ 63℃ tm1＝（ ti＋ to） /2＝（ 20＋ 30） /2＝ 25℃ ⑵平均温度下的物性数据 表 31 物性数据 物料 项目 单位 数据 物料 项目 单位 数据 水 密度 g/cm3 氯 气 密度 Kg/m3 粘度 pa•s 粘度 p 107 导热系数 W/(m•℃ ) 导热系数 Kcal/(m•h•℃ ) 比热容 J/(g•℃ ) 比热容 Cal/(mol•℃ ) 水 蒸 气 密度 Kg/m3 不 凝 气 体 密度 Kg/m3 粘度 Kgf•s/m2 106 粘度 Kgf•s/m2 导热系数 Kcal/(m•h•℃ ) 导热系数 W/(m•℃ ) 比热容 Kcal/(kg•℃ ) 比 热容 Kcal/(kg•℃ ) μ 平 ＝ 10－ 7 ％ + 10－ 6 ％ + 10－ 6 ％＝ 10－ 6pa•s ρ 平 ＝ ％ + ％ + ％＝ ㎏ /m3 λ 平 ＝ 10－ 2 ％ + 10－ 2 ％ + 10－ 2％＝ 10－ 2kcal/(m•• h•℃ )＝ 10－ 2w/(m•℃ ) Cp 平 ＝ 71 ％ + ％ + ％＝(kg•℃ )=(g•℃ ) 四川理工学院毕业设计 18 3．设计计算 ⑴ 计算依据：由《氯碱工业理化常数手册》中查知，第一钛冷却器的总传热系数范围在 350— 550 kcal/(m2•• h•℃ )，即 — w/(m2•℃ ) ⑵ 热负荷 Q Q =(546268126927) 202000/7920 =10589419kJ/h = ⑶ 假设 k=500 w/(m2•℃ ) 则估算 的传热面积为 A=Q/KΔ tm (31) 其中， Q—— 换热器热负荷， W K—— 总传热系数， W/(m2•℃ ) Δ tm—— 对数平均温差，℃ . Δ tm‘ =21ln 21 tt tt ＝20463080ln )2046()3080(  ＝ ℃ 则由式（ 31）有 A =10 3/(500) = ㎡ 考虑 10％的面积裕度，则所需传热面积为： A0 = =  177 ㎡ ⑷ 选用 Φ 2 ㎜， 6m长的 Ti－ － 钛钢管，则所需管数 N= dlA0 (32) 其中， A0—— 传热面积，㎡ d—— 换热管外径， m l—— 换热管长度， m。 N =   177  =502 根 参考碳钢 Φ 19 排管图 , 确定排管总数为 518 根， Dg 700mm， Ⅵ管程 ，管子采用三角形排管 , 管心距 24㎜ ⑸ 折流板 第一篇 氯气处理 19 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25％，则切去圆缺高度为 H＝ 700＝ 175 ㎜，折流板间距取 B=＝ 700=560 ㎜，折流板厚度 16 ㎜ 折流板数 NB=折流板间距 传热管长－ 1 (33) =5606000－ 1  10 块 ⑹ 拉杆 参考《钛制化工设 备设计》知，拉杆数量为 6， 拉杆直径为 10㎜ ⑺ 接管 取接管内流体流速为 u1＝ 2m/s，则接管内径为： D1=uV4 (34) 其中， V—— 流体的体积流量， m3/s u—— 流体在接管中的流速， m/s。 D1＝  000010 0324   ＝ 取接管内流体流速为 u2＝ 20 m/s 则接管内径为： D2 =uV4 =   473600792020 000   = 圆整后，取壳程流体进出口接管规格为：Ф 273 8 ㎜，管程流体进出口接管规格为Ф 133 6 ㎜。 4．第一钛冷却器的核算 （ 1）壳程流体传热膜系数α o 用克恩法计算 α o＝ （ed ） （w ） (35) 其中，λ — — 导热系数， W/(m2℃ )， de—— 公称直径， m， Re—— 雷诺准数，无因次， 四川理工学院毕业设计 20 Pr—— 普兰特准数，无因次。 ： de＝ooddt )423(4 22  (36) ＝ 0 1 9 0 )0 1 9 0 (4 22   ＝ 其中， t—— 管间距， m， do—— 换热管外径， m So ＝ BD(1tdo ) (37) ＝ （ 1－ ） ＝ ㎡ 其中， B—— 折流板间距， m， D—— 壳体公称直径， m， uo＝ Vs/So (38) ＝   ＝ 其中， Vs—— 流体在壳体的体积流量， m3/h。 Reo＝oeud (39) ＝  ＝ 11726 其中， uo—— 流体在壳程的流速， m/s， ρ —— 流体密度， kg/m3， μ —— 流体粘度， pa s。 Pr＝ pc (310) ＝  ＝ 第一篇 氯气处理 21 其中， Cp—— 流体比热， kJ/(kg℃ )。 粘度校正（w ）  ，则由式（ 35）得： α o＝ ＝ 4884 W/(m2℃ ) （ 2）管内传热膜系数α i α i＝ id (311) Si＝pi NNd 24 ＝ 518/6 ＝ ㎡ ui=Vs/Si =    ＝ Rei＝ieud ＝  ＝ 533249 Pr＝ pc ＝  ＝ 则由式（ 311），得： α i＝ ＝ 1207 W/(m2℃ ) （ 3）污垢热阻和管壁热阻 管外侧污垢热阻： Rso＝ 104 m2℃ /W 管内侧污垢热阻： Rsi＝ m2℃ /W Ti－ － 在该条件下的导热系数为 （ s cm2℃），即 λ w＝ 102 ＝ W/(m2℃ ) 四川理工学院毕业设计 22 （ 4）总传热系数 11K ＝o1 + Rso+mwodbd + Rsiiodd+iiodd (312) ＝48841++ + +  ＝ K1= W/(m2•℃ ) （ 5）校核有效平均温差 R1=iooi tt TT ＝ 2030 4680 ＝ P1=iiio tT tt  ＝ 2080 2030 ＝ φ Δ t＝ 112RR 11/211/2ln11ln22RRPRRPPRP－ (313) = 2 22－－ = Δ tm1＝φ Δ tΔ tm1’ (314) = =℃ 其中，Δ tm’ —— 按逆流计算的对数平均温度差，℃ φ Δ t—— 温度差校正系数，无因次。 Δ t= Tm1－ tm1 ＝ 63－ 25 ＝ 38℃ 50℃ 该温 差较小，不需设温度补偿装置，因此选用固定管板式换热器。 （ 6）传热面积裕度 Sn＝39。 1 mtKQ ＝ 。