年产30万吨烧碱(氯碱)干燥工段工艺设计说明书(编辑修改稿)

年产30万吨烧碱(氯碱)干燥工段工艺设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

的干燥设备优点。 操作平稳，氯气处理量大；尤其适用于大流量氯气进行干燥脱水的要求。 一般来讲，在干燥设备的布置上，经常是把填料塔置于前，而将板式塔置于后。 这样的话， 不论气相流量之大小都能适用；并且可以发挥板式塔气体处理量大的优点，把好出干燥塔气相含水分的关；但是与填料干燥塔组相比，压力损失会大些。 正因为双塔干燥流程适用性强，占地相对要少些，投资费用就稍低些，因此深受国内、外从事氯碱生产企业的欢迎。 而欧洲发达国家及日本旭硝子株式会社等氯碱企业则采用填料塔与板式塔双塔组合使用的方式来进行干燥脱水，此流程以荷兰阿克苏公司命名（称为“阿克苏”方式）。 湿氯气干燥脱水同样收到很好的效果，氯气中含水分也可以降低到 20ppm以下。 国内引进的流程多有采用。 采取填料干燥塔组对氯气进行 干燥脱水，其优点在于：操作平稳简单、操作弹性较大、生产管理方便；对于气相流量并没有要求，尤其适用于低流量的氯气进行干燥作业，其干燥效果不随气体流量负荷的变化而变化。 这样就特别适应电解负荷经常波动（西部地区）、频繁实施开停车作业的要求。 其缺点就在于：由于多台干燥塔串联使用，占地面积较大；另外每个填料干燥塔均需配置硫酸的循环系统和冷却系统，相应消耗的费用很高（包括维修费用在内）。 但是从生产管理的角度来看，多台填料塔串联使用不失为是个好方法。 本设计采用的是多台干燥塔串接的流程。 （见后面 附图 1） 该流程采用四台填 料塔串联，每台填料塔配有硫酸泵，循环槽，冷却器。 按氯气流向，最后一台塔的硫酸浓度最高，依次向前。 最前的一只填料塔的硫酸浓度最低，通过计算，为使出塔硫酸浓度达标，当最前塔的硫酸浓度小于 65%（三塔串联为 75%）时，此时硫酸可作为废酸打入废酸槽外售，其余各塔硫酸依次依靠硫酸泵打入前一塔循环，最后的填料塔则补入 89%的新硫酸。 [6]硫酸在循环过程中，因吸收水分而温度升高，为了提高吸收效率，必须及时将硫酸冷却，因此每台干燥塔均配有硫酸冷却器。 (a) 填料塔的结构与特点 [4] 图 42 填料塔的结构简图 1— 气体出口 2— 液体入口 3— 液体分布装置 4— 塔壳 5— 填料 6— 液体再分布器 7— 填料 8— 支承栅板 9— 气体入口 10— 液体出口 填料塔为连续接触式的气、液传质设备。 它的结构如上图所示。 在圆筒形塔体 4 的下部，设置一层支承板 8，支承板上充填一定高度的填料 5。 液体由入口管 2 进入经分布器 3 喷淋至填料上，在填料的空隙中流过，并润湿填料表面形成 流动的液膜。 液体流经填料后由派出管 10 取出。 液体在填料层中有倾向于塔壁的流动，故填料层较高时，常将 其分段，两段之间设置液体再分布器 6，以利液体的重新均布。 气体在支承板下方入口管 9 进入塔内，在压强差的推动下，通过填料间的空隙由塔的顶部排出管 1 排出。 填料层内气、液两相呈逆流流动，相际间的传质通常是在填料表面的液体与气相间的界面上进行，两相的组成沿塔高连续变化。 填料塔与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大、分离效率高、持液量小、操作弹性大、压强降低等特点。 通过填料材质的选择，可处理腐蚀性的物料。 尤其对于 压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出其优越性。 但是，填料塔的造价通常高于板式塔，对于含有悬浮物的料液，易聚合的物系则不能适用。 而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。 近年来，国内外对填料的研究与开发进展很迅速，新型高效填料的不断出现，使填料塔的应用更加广泛，直径达几米甚至十几米的大型填料塔在工业上已非罕见。 (b) 填料特性 [4] 在填料塔内，气体由填料间的空隙流过，液体在填料表面形成的液膜并沿填料间的空隙而下流。 气、液两相间的传质过程在润湿的填料表面上进行。 因此，填料塔的生产能力和传质速率均与填料特 性密切相关。 填料性能的优劣通常根据通量、效率及压降三要素来衡量。 表示填料性能的几何参数有以下几项。 （ 1）比表面积 （ 2）空隙率 （ 3）填料因子 在选择填料时，一般要求比表面积及空隙率要大，填料的润湿性能好，单位体积填料的质量轻，造价低，并有足够的力学强度。 填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。 实体填料有环形填料和鞍形填料以及栅板、波纹板填料。 网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料。 根据本人的对查比较，决定使用实体填料中的环形填料，其中包括拉西环、鲍尔环和阶梯环，我选择了鲍尔环。 鲍尔环的 构造是在拉西环的侧壁上开出一排或两排长方形的窗孔，被切开的环壁一侧仍与壁面相连，另一侧则向环内弯曲，且诸叶片的侧面在环中心相搭。 尽管鲍尔环填料的空隙率和表面积与拉西环差不多，但由于环壁有开孔，大大提高了环内空间及环内 表面的利用率，气体流动阻力降低，液体分布也比较平均。 同种材质、同种规格、在相同的压降下，鲍尔环的气体通量可较拉西环增大 50%左右；在同种气速下鲍尔环填料的压强降紧为拉西环的一半。 又由于鲍尔环上的两排窗孔交错排列，气体流动通畅，避免了液体严重的沟留及壁流现象。 因其优良的性能，故本设计选用鲍尔环。 氯气的除杂 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。 因此在进行输送系统，液化系统以及透平机前要求尽量除去这些杂质。 直接冷却可有效地除去固相食盐，但不能完全除掉水雾。 国内在除水雾或酸雾时，一般都采用浸渍含氟硅油的玻璃棉所制的管式过滤器，或附瓷环的填料塔，旋流板，丝网过滤器。 旋风分离器及重力式分离器等方法。 管式、丝网式填充过滤器借助具有多细孔通道的物质作为过滤媒质，能有效地除去水雾或酸雾，净化率可大 94%～ 99%，而且压力降较小，可用高质量的氯气处理。 氯气 的压缩和输送 液环式氯气压缩流程 出干燥塔的氯气，经液环式压缩机加压至 ～ ，并依次经过气液分离器、缓冲器、除沫器，把夹带的硫酸雾沫分离掉后，送往氯气分配台，经调配后送至各用氯部门。 出压缩机的硫酸，经气液分离器，进入冷却器降温后，回入压缩机循环使用。 当循环酸的浓度小于 92%的时候，需要 98%浓度的硫酸更换，换出的酸可供干燥塔使用。 根据负荷的高低，压缩机可多台并联运转。 氯气由于被压缩机抽吸，因此自电解槽、冷却塔塔顶至压缩机进口都呈负压，压缩机出口呈正压。 为稳定电解槽阳 极室内氯气的负压，在压缩机的进口之间，装有氯气压力自动调节装置。 液环式压缩机虽然结构简单，强度好又实用，但效率不高，另外，它在压缩、输送氯气过程中，还需要输送硫酸，所以能耗高，且氯气中含有较多酸雾，给后工序带来困难。 透平机氯气压缩过程 [8] 离心式氯气透平压缩机式可借高速旋转的叶轮所产生的离心力使空气压缩。 干燥氯气先进入一级压缩，压缩后的高温氯气进入冷却器（ I）移去其热量后进入二级压缩和冷却器（ II），最后进入三级压缩和冷却器（ III）。 出冷却器（ III）的滤器一部分送往用户，另一部分 回到压缩机的一级进口，以稳定电解槽阳极室的负压。 由于透平机的压缩 比能太大，因此一般采用三级或四级压缩，并在每一级之间设置冷却器以移去压缩时产生的热量，使气体体积缩小。 为确保其正常运转，透平机对滤器的含水量及杂质的要求比较严格，一般含水量要求小于 100PPM。 另外还要求经过高效除沫器除沫。 该工艺还附有润滑油系统、密封用空气的干燥及再生系统、水处理系统。 (a) 润滑油系统 在润滑油系统中，润滑油以一定压力、流量、温度供透平压缩机轴承、增速器、联轴节的润滑，以确保机组安全正常运转。 透平机在油箱内经电加热至一 定温度后，经滤油器吸入齿轮泵，并依次经过油冷却器、油过滤器进行冷却过滤，除去杂质。 润滑油的压力先由系统中过压阀限制在一定压力后，由差压阀调节，自动控制油压到规定数值后到各进油点。 再经调节阀调节到所需的压力后进入压缩机的轴承和增速器进行润滑然后返回油箱循环使用。 该系统设有主、辅油泵。 当油系统压力低于规定压力时自动报警，并自行启动辅油泵。 待油压恢复后，辅油泵就自动停止。 电脑感压力低于 （表）时，由于连锁装置的作用，透平机就自动停止。 (b) 密封用空气的干燥及再生系统 本系统是将空气压缩机经过 干燥处理使其含水量小于 50PPM 后，供透平机密封、充气用。 由空压站或空压机送来的压缩空气，经贮气缸缓冲后，进入冷却器冷却至 40℃，再经油水分离器除去油水后送至净化器，除去水分。 出净化器的干燥空气，一部分通过过滤除尘、减压，送至透平机、油箱等密封点作密封用；另一部分减压至小于 ，通过电炉加热至 130℃左右，去再生另一台已被水分饱和的净化器。 当再声净化器的气体出口大于 40℃时再声结束，电炉停止加热，继续吹冷至 30℃，供切换用（两台净化器交换使用）。 (c) 水处理系统 透平机对每级间接冷却器的 冷却水的水质有较高的要求，而透平机的冷却用水则要求更高，水的质量直接影响到冷却器的传热效果和使用寿命，并关系到系统的生产正常，为此必须设置水处理系统。 事故氯处理 因生产不正常或发生事故、氯碱生产系统停车处理过程中都可能发生氯气外逸而造 成人员中毒、植物破坏、环境污染等严重事故。 造成氯气外逸的原因有以下各方面 : 1. 供电解的直流电波动太大 ,氯气处理系统的压力调节系统灵敏度不够或本身的故障 ,而使电解生产的氯气不能及时输出。 2．输出设备故障或动力电源故障 ,使氯气压倒或送不出。 3. 其他原因造成的 氯气的逸出。 为预防氯气逸出 ,减少对环境的不良影响 ,可在电解槽出口 ,氯气处理之前设置事故氯气处理装置。 该流程主要设备有碱液粗贮槽、高位槽、喷淋塔、液下泵、鼓风机等。 当系统内发生不正常情况 ,氯气压力超过一定植时 ,由于电器连锁装置 L 的作用 ,立即启动液下泵和鼓风机 ,将浓度为 20%的碱液由液下泵打入喷淋塔内喷淋 ,同时氯气通过水自动进入塔内被碱液吸收。 尾气由鼓风机抽吸 ,排入大气。 喷淋塔下来的碱液流入碱液贮槽 ,在由液下泵打入塔内 ,如此循环吸收氯气 ,直至事故处理完毕。 当动力供电全部中断 ,液下泵不能启动时 ,便由碱液高位槽 直接向塔内喷淋。 为了彻底消灭事故氯气外逸 ,氯液贮槽、汽化器、液化槽部位的安全阀打开后 ,排出的氯气液可以导入这套装置处理。 这种装置的利用率虽然不高 ,却是安全生产中不可缺少的。 它还可以设计成兼由再开停车时处理淡氯气的功能。 [9] 氯气处理系统的工艺控制指标如下： 表 41 氯气处理系统的中控分析项目 中控分析项目 单位 控制值 检测方法 频次 干燥前氯纯度 （ v/v） ≥ 95% 容量法 1次 /2小时 干燥前氯内含氢 （ v/v） ≤ % 燃烧法 1次 /4小时 氯压机进酸浓度 (m/m) ≥ 98% 滴定法 1次 /批 氯压机循环酸浓度 (m/m) ≥ 93% 滴定法 1次 /8小时 干燥后氯中含水 (m/m) ≤ % 重量法 1次 /周 出塔底酸浓度。