年产10万吨pvc烧碱装置氯气处理工序的初步设计(编辑修改稿)

年产10万吨pvc烧碱装置氯气处理工序的初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

，同时吸收处理事故状态下产生的氯气，副产次氯酸钠。 (4)液氯及包装工段 液氯工段的任务是将平衡生 产的部分富余氯气进行压缩、液化并装瓶。 通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分为高压法、中压法和低压法三种。 (5)氯化氢合成及盐酸 宁夏理工学院毕业设计（论文） 5 本工段任务是将氯氢处理工段来的氯气和氢气，在二合一石墨合成炉内进行燃烧，合成氯化氢气体，经冷却后送至氯乙烯工序。 从液氯来的液化尾氯气与氢气进入二合一石墨合成炉，生成氯化氢气体。 经石墨冷却器冷却，再经两级降膜吸收器和尾气塔，用纯水吸收，生成 31%的高纯盐酸供电解工段使用或对外销售。 (6)蒸发及固碱工段 本工段任务是将电解工段生产的部分 32%烧碱浓缩为 50%烧碱和 99%片 碱。 采用世界先进的瑞士博特公司降膜工艺及设备，降膜法生产片碱的能耗低于国内传统的大锅法，而且生产环境好、连续稳定便于控制。 氯气处理 氯气的性质 氯气 Cl2，分子量 ，常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气体，有毒、有色、易液化。 氯气对人的呼吸器官有强烈的刺激性，吸入过多时还会致死 [9]。 氯气比空气重，约为空气的 倍。 氯气能溶于水，但溶解度不大，温度越高氯气在水中的溶解度越小。 氯气溶于水同时与水反应生成盐酸和次氯酸，因此氯水具有极强的腐蚀性。 氯气在四氯化碳，氯仿等溶剂中溶 解度较大，比在水中的溶解度约大 20 倍。 工业上利用氯气在四氯化碳中 有较大溶解度这一特点，用四氯化碳吸收氯碱厂产生的所有废氯，然后再解吸回收氯气。 氯气的用途极为广泛，重要用途如：杀菌消毒、漂白及制浆、冶炼金属、制造无机氯化物、制造有机氯化物及有机物。 氯气处理的任务和方法 从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。 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。 例如金属钛，聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯 、玻璃钢等因而使得生产及运输极不方便 [10]。 但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的，所以湿氯气的干燥时生产和使用氯气过程中所必须的。 氯气干燥前通常先使氯气冷却，使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去，然后用干燥剂进一步出去水分。 干燥后的氯气经过压缩，再送至用户 [11]。 在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。 在同一压力下，温度愈高，含水量愈大。 其水蒸汽分压也就愈高。 宁夏理工学院毕业设计（论文） 6 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%（如果用透平压缩机输送 氯气，则要求含水量小于 100ppm）。 因此必须将氯气中的水分进一步除去。 在工业上，均采用浓硫酸来干燥氯气，因为浓硫酸具有： （ 1）不与氯气发生化学反应； （ 2）氯气在硫酸中的溶解度小； （ 3）浓硫酸有强烈的吸水性； （ 4）价廉易得； （ 5）浓硫酸对钢铁设备不腐蚀； （ 6）浓硫酸可以回收利 用等特点，故浓硫酸时一种较为理想的氯气干燥剂。 当温度一定时，硫酸浓度愈高、其水蒸汽分压愈低；当硫酸浓度一定时，温度降低，则水蒸汽分压也降低。 也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气干燥后的水分愈少。 但如果硫酸的温度太低的话，则硫酸与水能形成结晶水 合物而析出。 因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。 硫酸浓度在 84%时，它的结晶温度为 +8℃，所以在操作中一般将 H2SO4温度控制在不低于 10℃。 此外，硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。 故用硫酸干燥湿氯气时，应掌握以下几点：（ 1）硫酸的浓度，（ 2）硫酸温度，（ 3）硫酸与氯气的接触面积和接触时间 [12]。 生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力，并满足用户对氯气压力的要求。 因此在氯气干燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。 综上所述，氯气处理系统的主要任务是： ； 2. 将干燥后的氯气压缩输送给用户； 3. 稳定和调节电解槽阳极室内的压力，保证电解工序的劳动条件和干燥后的氯气纯度。 工艺流程简介 根据氯处理的任务氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分。 (1) 氯气的冷却 氯气的冷却因方式的不同，可分为直接冷却、间接冷却和氯水循环冷却三种流程。 宁夏理工学院毕业设计（论文） 7 直接冷却流程：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，腐蚀管路，污染环境，同时使氯损失增大，且耗费大量蒸汽 [13]。 间接冷却流程：操作简单，易于控制，操作费用低，氯水量小，氯损失少，并能节约脱氯用蒸汽。 冷却后氯气的含水量可低于 ％。 氯水循环冷却流程：冷却效率高，操作费用低于直接冷却法，高于间接冷却法，投资比前者告而低于后者。 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)氯气的干燥 对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有 [14]： a、一段泡沫塔、二段泡沫塔； b、一段填料塔、二段泡沫塔； c、一段填料塔 、二段泡罩塔。 国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。 泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增加硫酸循环量，操作弹性仅为 15%，塔板阻力降大，一般为 100200mmH2O，而且开孔的加工精度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。 填料塔串联硫酸循环流程：该流程对氯气负荷波动的适应性好，且干燥氯气的质量稳定，硫酸单耗低，系统阻力小 ,动力消耗省。 但设 备大，管道复杂，投资及操作费用较高。 泡 罩 塔干燥流程：此流程设备体积小，台数少，流程简单，投资及操作费用低。 其缺点时压力降较大，适应氯气负荷波动范围小，塔板易结垢，同时由于塔酸未能循环冷却，塔温高，因此出塔氯气含水量高，出塔酸浓度高故酸耗较大 [15]。 经过对以往经验的总结、比较， 氯气干燥时均以浓硫酸为干燥剂，分为填料塔串联硫酸循环流程和泡 罩 塔干燥流程。 (3)氯气的净化 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。 管式、丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质，能有效地 去除水雾或酸雾，净化率可达 94％－ 99％ ，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。 工艺流程的确定 氯 处理工艺流程 宁夏理工学院毕业设计（论文） 8 根据以上各流程的优缺点最后确定氯气处理工艺流程如下 ： 两段列管间接冷却，硫酸干燥塔（填料塔），硫酸干燥塔（泡罩塔）串联干燥流程。 此工艺效果好，氯气输送压力大，设备少，系统阻力小，操作稳定，经济性能优越。 氯气处理采用了淡盐水、冷却水～氯气换热技术 ， 2 段冷却 、 2 段干燥 ( 泡 罩 塔和填料塔串联 ) 技术 ， 工艺流程为： 湿氯气由电解到氯处理室外管道 ，温度由 85℃降至 80℃后进入氯处理系统，有 部分水蒸气冷凝下来，并溶解氯气。 进入第一钛冷却器冷却至 46℃，再经过二钛冷却器冷却至18℃。 然后进入一段硫酸干燥塔，用 80%硫酸干燥脱水，出塔硫酸浓度降到 60%，出塔气体最后进入二段硫酸干燥塔，用 98%硫酸干燥脱水，出塔硫酸浓度降到 75%,此时出塔的气体含水量以完全满足输送要求，经除沫器进入透平式氯压机，经压缩后送至用户。 宁夏理工学院毕业设计（论文） 9 第 2 章 氯气工艺计算 氯气处理工艺流程 氯气处理工艺流程见下，据此进行物料衡算和热量衡算。 一钛冷却器二钛冷却器硫酸干燥塔Ⅰ硫酸干燥塔Ⅱ氯水冷却水冷却水干氯气硫酸80%60% 75%硫酸浓硫酸硫酸 图 氯气处理工艺流 程图 计算依据 本人设计年产 10 万吨 PVC，根据西部聚氯乙烯有限责任公司的年产量。 在产 10 万吨 PVC 同时，可生产 8 万吨烧碱。 所以本设计按 8 万吨烧碱进行设计。 生产规模： 80kt/a100%NaOH； 年生产时间（按年工作日 330 天计算）： 330 24=7920 小时； 计算基准：以生产 1t100%NaOH 为基准； 来自电解工序湿氯气的工艺数据见下表 表 来自电解工序湿氯气的温度、压力和组成 项目 氯气 备注 项目 氯气 备注 温度，℃ 85 —— 氯气 kg/t100%NaOH 885 总压（表）， Pa 10 —— 不凝性气体（假设为空 气 下 同 ）kg/t100%NaOH 15 水蒸汽，kg/t100%NaOH 310 —— 成分， %（干基）（ v/v） 96 —— 气 体 总 量 ，kg/t100%NaOH 1187 —— 宁夏理工学院毕业设计（论文） 10 第一钛冷却器 1．计算依据 [16] ⑴假设湿氯气经电解到氯处理室，温度由 85℃降至 80℃，进入氯处理系统。 ⑵电解氯气经一段洗涤塔冷却，温度从 80℃降至 46℃。 ⑶由资料查知相关热力学数据： 氯气 在水中溶解度： 80℃ : ℃ : 水蒸汽分压： 80℃ : 46℃ : 水的比热： 50℃ : (g℃ ) 25℃ : J/(g℃ ) 表 相关热力学数据 物料与项目 单 位 温 度 ℃ 80 46 氯气比热容 Kcal/(mol℃ ) 水蒸气热焓 kcal/kg 不凝气比热 kcal/kg 2．物料衡算 ⑴设管路中冷凝下来的水量为 W1kg，因氯气在水中的溶解度很小，其溶液可视为理想溶液。 由于系统总压为－ ，所以计算时可视为。 由道尔顿分压定律得： P 水 /P 总 =n 水 /n 总 1831029157118310111WWW 解得 W1= 故溶解的氯气量： = 氯水总重量： += 由上述计算 得知，进入第一钛冷却器的气体组分为： 氯气 885－ = 水蒸气 310－ = 不凝气体 15kg ⑵氯气在一段钛冷却器中温度从 80℃降至 46℃ 宁夏理工学院毕业设计（论文） 11 设在第一钛冷却器中冷凝的水量为 W2kg，其阻力降为 35 （ 35mmH2O），则出口氯气的总压为 40 P 总 =－ 35 103= kpa 根据道尔顿定律有 ：182915710 0 3 5 18222WWW解得：W2= 溶解氯气的量为： = 氯水总重量为： += 因此出第一钛冷却器的气体组分为： 氯气 － = 水蒸气 － = 不凝气体 15kg ⑶物料衡算表 1t100%NaOH 为基准 表 第一钛冷却器物料衡算表 名称 进第一钛冷却器 出第一钛冷却器 kg/t 100％ NaOH kg/t 100％ NaOH 氯气 水蒸气 不凝气体 15 15 氯水 —— 总计 （ 80 倍且 1000 进制） 表 第一钛冷却器总物料衡算表 名称 进第一钛冷却器 出第一钛冷却器 kg/t 100％ NaOH kg/t 100％ NaOH 氯气 70779120 70731760 水蒸气 15427520 2088560 宁夏理工学院毕业设计（论文） 12 不凝气体 1202000 1202000 氯水 —— 13386320 总计 87406640 87406640 表 第一钛冷却器总物料衡算表 (续 ) 3．热量衡 算 ⑴气体带入热量 ： Q1= 80 = ： Q2= = ： Q3＝ 15 80＝ ： Q4＝ 22090＝ Σ Q=+++= ⑵气体带出热量 ： q1＝ 46 ＝ ： q2＝ ＝ ： q3＝ 15 46＝ ： q4＝ 56＝ Σ q＝ ＋ ＋ +＝ ⑶冷却水用量 冷却水采用工业上水，设进口温度 t1＝ 20℃，出口温度 t2＝ 30℃。 定性温度 ：    12T = t + t 2 2 0 3 0 2 2 5  ℃ Q =WCCPC(t2－ t1) (2。