烧碱厂废氯气 回收处理工艺

1、第一篇 氯气处理绿色化学期末考核论文烧碱厂氯气处理回收工艺Caustic Soda Plant With Chlorine Recovery Processes罗晓梅学院： 基础与信息工程学院 专业： 应用化学 年级： 2011级 云南农业大学2014年5烧碱厂氯气处理回收工艺罗晓梅（云南农业大学基础与信息工程学院，昆明 650201）摘要综述了烧碱厂生产烧碱的原理及工业流程，以及在生产过程中的氯气来源、处理回收利用氯气的方法。关键字：烧碱 氯气 回收 Caustic Soda Plant With Chlorine Recovery ProcessesLuo Xiaomei( College

2、 of Base and Information Yunnan Agriculture University, Yunnan Kunming 650201)ABSTRACT Caustic soda plant in the production of caustic soda are reviewed in this paper and industrial processes, and in the chlorine gas source in the process of production, processing, recycling method of chlorine. Key

3、words: Caustic soda; chlorine; recycling目录引言61 我国烧碱生产现状62烧碱的制备工艺简介82.1整流102.2盐水精制（化盐工段）102.2.1本段任务102.2.2工艺流程11(1) 一次盐水精制11（2）二次精制盐水132.2.3主要设备及工作原理142.2.3.1 化盐桶142.2.3.2 澄清桶152.2.3.3 砂滤器162.2.3.4 三层洗泥桶162.2.3.5 螯合树脂塔172.2.4 主要工艺控制指标192.3 电解202.3.1本电解任务202.3.2工艺流程简述202.3.2主要设备及作用222.3.3主要工艺控制指标232.4

4、氯氢处理242.4.1 氢气处理242.4.1.1氢气的性质及其用途242.4.1.1.1物理性质242.4.1.1.2化学性质242.4.1.1.3氢气的用途242.4.1.1.4 氢气处理的目的252.4.1.2氢气处理的工艺流程262.4.1.21 氢气处理中的工艺指标262.4.1.22一段洗涤塔的物料衡算262.4.1.23一段洗涤塔的出槽氢气（80）中的水汽含量272.4.1.24二段洗涤塔的物料衡算282.4.1.3气体中氢气含量的计算30（2）干气体中氢气的百分数302.4.1.4一段洗涤塔冷却水喷淋量的计算302.4.1.5二段洗涤塔冷却水喷淋量的计算312.4.2 氯气处理

5、312.4.2.1 氯气概述312.4.2.2氯气处理的任务和方法322.4.2.3工艺流程简介342.4.2.31氯处理工艺342.4.2.3 工艺计算36（一）计算依据：36（二）第一钛冷却器37（三）第二钛冷却器39（四）硫酸干燥塔（填料塔）41（五）硫酸干燥塔（泡罩塔）432.4.2.4废氯气处理工序442.4.2.5废氯气的来源9452.4.2.6 废氯气处理工艺流程452.4.2.7日常操作中的注意事项463结语46烧碱厂氯气处理回收工艺引言烧碱是基础化工原料,在国民经济中占有重要地位,广泛应用于轻工、纺织、化工、医药、冶金(氧化铝)、稀土金属、石油工业、电力、水处理、军工等业,但

6、生产的同时也伴随着许多环境问题，其中最让人头疼的还是氯气，氯气为淡黄绿色气体、比重1.56,密度3.2(空气=1),沸点一34.6,熔点一101,微溶于水,易溶于碱及二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂。氯与一氧化碳在高温下能形成其危害性更大的光气，氯气可影响人体的健康,使用不当可引起爆炸。氯气是粘膜及呼吸系统的刺激剂。氯气与人体的水分反应形成盐酸,吸人人体后产生以呼吸系统损伤为主的中毒表现1。1 我国烧碱生产现状现代工业主要通过电解饱和NaCl溶液来制备烧碱。电解法又分为水银法、隔膜法和离子膜法，我国目前主要采用的是隔膜法和离子膜法，这二者的主要区别在于隔膜法制碱的蒸发工序比离子膜法要复杂，而离子膜

7、法多了淡盐水脱氯及盐水二次精制工序。目前,我国主要采取隔膜电解法和离子膜电解法，而我国在2007年氯碱企业达200余家,其中隔膜法（电解法）烧碱企业190余家，1983年全国烧碱产量为212.3万t(不含台湾省,下同),产量仅次于美国、日本、前西德、前苏联而位居世界第5位。到2006年,全国烧碱总产量达1 470万t2,其中隔膜法烧碱产量为743万t,占全国烧碱总产量的比例为51%。我国历年来隔膜法烧碱生产情况详见表1。在未来510年内,隔膜法烧碱仍是我国氯碱行业生产烧碱的主要方法之一,隔膜法烧碱将与离子膜法烧碱长期共存3 。 2烧碱的制备工艺简介隔膜法生产烧碱工艺是以原盐用水加热溶解制得粗盐

8、水，再经10%电解液和碳酸钠溶液的作用脱掉钙、镁离子制得精盐水。精盐水经预热，以盐酸控制PH值在3-5，送入隔膜电解槽，由电解槽盖进入阳极室，并经阳极、隔膜流入阴极室，直流电经每个电解槽的两个极之间电解盐水，在阳极室放出氯气，在阴极室放出氢气。湿氯气经洗涤、冷却和浓硫酸干燥，即为产品氯气；湿氢气经洗涤、冷却、再洗涤，除去微量的氨、氧、二氧化碳、硫等杂质后即为产品氢气；电解液经碱蒸发浓缩成50%氢氧化钠碱液，再经冷却过滤后得到含氯化钠（1.0±0.1）%的成品隔膜碱。析出的氯化钠经盐分离设备除去，返回盐水精致；50%液碱经氨萃取，制得含氯化钠500PPm以下的精制液碱，精制液碱再经膜浓

9、缩和闪蒸浓缩到99.8%的浓度，接着造粒、冷却成粒碱，包装出厂。根据生产工艺中的耗能情况，将烧碱制法分为整流、盐水精制、盐水电解、液碱蒸发、氯氢处理、固碱生产和废气吸收工序等七个流程。据测算，电解法烧碱生产吨碱综合能耗在各工序的分布如下: 整流2.0%；盐水精制3.9% ; 电解53.2%；氯氢处理1.2%；液碱蒸发25.1%；固碱生产14.6%。从上述可知,电解和液碱蒸发是主要耗能工序。电解工序中的电耗约为吨碱电耗的90%，碱蒸发中的蒸汽消耗占吨碱蒸汽消耗的74%以上。1-整流2-盐水精制3-电解    4-氯氢处理  5-液碱蒸发

10、  6-固碱生产图1烧碱工艺总流程示意图2.1整流整流是将电网输入的高压交流电转变成供给电解用的低压直流电的工序，其能耗主要是变压、整流时造成的电损，它以整流效率来衡量。整流效率主要取决于采用的整流装置，整流工序节能途径是提高整流效率。当然减少整流器输出到电解槽之间的电损也是不容忽略的。2.2盐水精制（化盐工段）2.2.1本段任务固体原盐(或搭配部分盐卤水)与蒸发工段送来的回收盐水、洗盐泥回收的淡盐水，按比例掺和、加热溶解成含氯化钠的饱和水溶液，同时按原盐中杂质含量连续加入适量的精制 剂(氢氧化钠、碳酸钠和氯化钡等)，使盐水中钙、镁、硫酸根等杂质离子分别生成难溶的沉淀物，然

11、后加入助沉剂(苛化麸皮或聚丙烯酸钠等)经过澄清、吵滤得到一次盐水，一次盐水经中和、过滤、树脂吸附等步骤制得质量合格的精盐水，按需要源源不断地输送给电解工段。一般1t碱需要1.5t盐（理论比例为1：1.462）基本化学方程式：CaCl2 + NaCO3 = CaCO3 + 2NaCl CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + 2Na2SO4 MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaCl Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl2.2.2工艺流程(1) 一次盐水精制 固体食盐从盐仓内用铲车l将盐送入盐斗2，经皮带运输机3卸入化盐桶4，在原盐进入化盐桶前

12、必须进行计量。盐卤水、蒸发工段回收盐水和洗盐泥回收的淡盐水，按比例搭配用泵6送到化盐桶4内进行化盐操作，经过桶底配水管均匀流出，沿化盐桶内盐层逆流而上将食盐溶解制成饱和的粗盐水，从化盐桶上部溢流而出。化盐桶上部设有盐水溢流槽及铁栅，原盐中夹带的木块、草绳、竹片等漂浮性异物经上部铁栅阻挡除去。出化盐桶的粗盐水流入反应桶6，与精制剂碳酸钠、氯化钡及蒸发回收盐水中的氢氧化钠发生化学反应，使溶解在粗盐水中的钙、镁、硫酸根等杂质离子生成不溶解于水的氢氧化镁、碳酸钙、硫酸钡等沉淀物而悬浮在粗盐水中，如图2图2盐水精制工艺流程图1一抓斗吊车;2一下盐斗；3皮带运输机；4一化盐桶；5一碳酸钠高位槽；6一反应器

13、 7一苛化麸皮高位槽；8-澄清桶；9一泥浆中间槽；lO一泥浆泵；ll一砂滤器；12一中和槽； 13一精盐水贮槽；14一反冲洗泵；15一回收盐水贮槽；l6一洗盐水贮槽；17一洗盐水泵； 18一三层洗泥桶；19一精盐水泵；20一盐酸高位槽；2l一氢氧化钠高位槽；22氯化钡高位槽 反应桶出口的粗盐水用泵或靠位差进入澄清桶8，悬浮于盐水中的沉淀物由于比盐水重，则靠重力沉降到桶底,而澄清盐水上升到澄清桶的上层为了加速澄清,在进入澄清桶前添加助沉荆,使悬浮物沉淀颗粒凝集增大加速澄清。澄清后的清盐水从澄清桶上部溢流入砂滤器l1，盐水通过砂滤层之后，盐水中所夹带的少量细小悬浮物颗粒被截留。出砂滤器盐水含钙、镁

14、杂质量可降到5mgL以下然后进入中和罐12,加盐酸中和过剩碱量,再进入精盐水贮槽13,用泵19送往盐水高位槽供电解工段使用。澄清桶底部排出的盐泥定期排放回收。澄清桶底部排出的盐泥进入泥浆中间槽，用泥浆泵10送到三层洗泥桶17用水洗涤,回收盐泥中所含的氯化钠，洗水进入淡盐水贮槽15,与蒸发回收盐水一起送化盐桶化盐。盐泥可送板框压滤机进行固液分离处理，滤饼可经综合利用回收淡盐水，并入淡盐水桶。隔膜法盐水精制流程，由于澄清桶和砂滤器形式不同而略有差异，但基本工艺流程相似（2）二次精制盐水 二次盐水精制采用螯合树脂塔进行吸附。图3 盐水二次精制流程图一次盐水工段送来的一次精制盐水中钙、镁等离子可以被螯

15、合树脂选择性吸附，而吸附的饱和树脂可用盐酸、氢氧化钠进行再生，从而使树脂达到重复使用的目的。盐水精制工序的能耗主要是加热溶解固体盐的蒸汽和动力电耗，它们分别约占吨碱电耗和吨碱汽耗的0.2%和12%。因此，在此工序，节能措施主要是如何利用工厂的余热（废蒸汽或热水）来加热溶解固体盐，而采用盐水自流流程无疑也会节约动力电消耗。2.2.3主要设备及工作原理 2.2.3.1 化盐桶 化盐桶的作用是把固体原盐、部分盐卤水、蒸发回收盐水和洗盐泥回收淡盐水，按比例掺和，并加热溶解成氯化钠饱和溶液。 化盐桶一般是钢板焊接而成的立式圆桶，其结构见图4。 图4 化盐桶l一铁栅；2一溢流槽； 3一粗盐水出口4一桶体；

16、 5一折流圈；6一折流帽7一溶盐水进口； 8一人孔 化盐水由桶底部通过分布管进入化盐桶内。分布管出口均采用菌帽形结构防止盐粒、异物等进入化盐水管道造成堵塞现象菌帽一般有五个，在化盐桶底部截面上均匀分布。在化盐桶中部设置加热蒸汽分配管，蒸汽从分配管小孔喷出，小孔开没方向 向下,可避免盐水飞溅或分配管堵塞。在化盐桶中间与还设置有折流圈，折流圈与桶体成45度角折流圈的底部开设用于停车时放净残存盐水的小孔。折流圈的作用是避免化盐桶局部截面流速过大或化盐水沿壁走短路造成上部原盐产生搭桥现象。折流圈宽度通常约为150250mm。 化盐桶上都有盐水溢流槽及铁栅，与盐层逆相接触上升的饱和粗盐水，从上部溢流槽溢

17、流出，原盐中常夹带的绳、草、竹片等漂浮性异物经上部铁栅阻挡除去。2.2.3.2 澄清桶 澄清桶的作用是将加入精制剂后反应完全的盐水，在助沉剂的帮助下，使有害杂质沉淀颗粒凝集变大，下沉分离。澄清后的清盐水从桶顶部溢流出，送砂滤器作进一步精制过滤，桶底部排出的盐泥送三层洗泥桶，用水洗涤回收其中所含的氯化钠。 常用的澄清桶主要形式有：道尔型澄清桶、斜板澄清桶和浮上澄清桶三种。 以道尔型澄清桶为例，具体结构见图 5 图5道尔型澄清桶1一传动装置；2一中心套筒；3一粗盐水入口4一溢流槽；5一澄清盐水出口；6转动耙；7一排泥口它是由钢板焊接制成或用钢筋混 凝土浇制而成的立式大圆桶，桶内设置机械搅拌装置桶底

18、呈8。9。的倾角，便于桶底部的盐泥集中和排放桶的中央有一个中心套筒,筒内有一长轴连接的泥耙，以约6分钟圈的速度旋转集泥中心套简呈喇叭状,实际上是一个旋流式凝集反应器。加有助沉剂的粗盐水从中心套筒上部加入。向下作旋转运动，喇叭口顶端装有整流栅板，起整流作用。盐水中钙、镁等不溶物悬浮颗粒在加入助沉剂后起凝聚作用，颗粒增大，被截留到桶底定时排出。澄清后的清盐水从桶底部缓缓向上，经桶 顶部环形溢流槽汇集后连续不断流出。 2.2.3.3 砂滤器 砂滤器的作用是把澄清桶送来的澄清盐水经砂滤层过滤，进一步除去清盐水中微量悬浮性不溶杂质，提高进电解槽的盐水质量，确保电解工段对高质量入槽盐水的要求2.2.3.4

19、 三层洗泥桶 三层洗泥桶的作用是将澄清桶排出的盐泥，在桶内用水经过三次逆相洗涤，回收盐泥中所含氯化钠，降低烧碱生产中的食盐消耗。它是由钢板焊制成的立式圆桶，中间隔开分为上、中、下三层，每层均有转动的泥耙，由桶盖顶部的减速机构带动每转一圈约81 O分钟。在桶外上方设有洗水小槽，清水从洗水小槽利用液位差流入洗泥桶的下层，与中层耙下的泥浆接触。洗水因受中、下层之间中套管泥封的阻挡不能进入中层而从该层上部边缘的导管流入一次洗水小槽。一次洗水小槽的洗水进入洗泥桶的中层与上层耙下来的泥浆相接触，同样由于中央套管泥封的阻挡，二次洗水从中层上都边缘的导管返入二次洗水小槽，二次洗水小槽的洗水进入洗泥桶的上层；与

20、上部澄清桶排出的盐泥浆相接触，三次洗水由洗泥桶上部边缘的集水槽溢流出，去洗泥水贮槽可供化盐用。盐泥经过三次逆流洗涤后。从洗泥桶底部连续定时排入废泥池。结构见图6图6三层洗泥桶 1-传动装置;2一加料口；3-澄清液出口; 4一壳体; 5一洗液小槽；6一循环水管;7一转动耙;8一排泥口2.2.3.5 螯合树脂塔 树脂塔二次精制盐水生产工艺有三塔流程和两塔流程之分 ，在当今几大离子膜法烧碱生产技术和装置供应商 中，北京化工机械厂、日本氯工程公司和旭化成公司盐水的二次精制都采用三塔流程 ；意大利 的伍迪公司 、德 国的伍德公司和美国的西方公司则采用两塔流程。采用三塔流程 ，可确保在 l 台阳离子交换塔

21、再生时有 2 塔 串联运行 ，以满足电解工序对二次精制盐水的工艺要求 。以三塔流程生产为例 ，一次过滤盐水经加酸酸化调节 pH 值为 9±05 ，进入一次过滤盐水罐。用一次过滤盐水泵送至板式盐水换热器预热至(6O±5 )oC ，然后进入 3 台阳离子交换塔 ，从离子交换塔流出的二次精制盐水流入二次精盐水槽 ，然后用二次精盐水泵送往电解单元。离子交换塔再生时产生的废液流入再生废水坑 ，废液经 中和后 ，再 由再 生 废水 泵 送往 一次 盐水 工序 化 盐 。三塔生产工艺流程见图 7图7 三塔生产工艺流程图螯合树脂的吸附能力除树脂本身外，还和盐水的温度、 pH值、 盐水流量、

22、 Ca2+、Mg2+含量等因素有 关。螯合树脂的内在结构不同， 交换能力也不同,但是对流量 、温度、 p H值变化趋势是一样的，因此，要加强各工艺控制指标的控制 ，保证进槽盐水量合格，进入树脂塔盐水温度控制在 5 5 6 5；盐水pH值应控制在9.0±0.5; 一般要求盐水流量应小于40 m3/h ,最佳流量为20m3/h ; 但，当 C a2 + , Mg2+的质量浓度超过10mgL时 ，树脂除钙、 镁离子的能力随钙、镁离子浓度增加而降低，这是因为螯合树脂的交换量是一定的；2.2.4 主要工艺控制指标 指标含量入槽盐水NaCl 315 g/L盐水过碱量NaOH :0.70.15 g

23、/L,Na2CO3: 0.250.35 g/L盐水中钙、镁总量5mg/L盐水中硫酸根含量5g/L澄清桶入口盐水温度1与4季度:48±3、2与3季度：50±3入槽盐水胺含量无机胺：1mg/L、总胺：4 mg/L盐水透明度900mm(十字观察法)排放盐泥中含NaCl8g/L入槽盐水PH值控制810（微碱性盐水入槽）、约7（中性盐水入槽）、约4（酸性盐水入槽）烟道气制纯碱中含NaOH3g/L2.3 电解 2.3.1本电解任务 把化盐工段用泵输送来的符合质量要求的精盐水,经高位槽稳压及预热器预热后送入电解槽,同时输入由变电工段送来的直流电进行电化学反应。根据操作规程和工艺条件,确保

24、电解槽正常安全运转。电解过程中产生的氯气与氢气分别导入各自的总管,汇集送氯、氢处理工序，进一步处理加工。生成约含氢氧化钠11的电解液流入总管汇集电解液贮槽,经碱泵送蒸发工段进行蒸发浓缩。 2.3.2工艺流程简述 电化盐工段送来含氯化钠315gL以上、质量合格的精制盐水送至盐水高位槽1,高位槽内盐水液面维持恒定，以保持一定的静压力。经一段盐水预热器2内与来自电解槽出口的湿热氢气(氢气总管温度约85)进行热交换，温度可提高810，然后再进入二段盐水预热器,用蒸汽进一步补充加热盐水，加热到盐水温度在6080间，再经盐水总管、支管连续均衡地分别送入各台电解槽5进行电解。电解生成的氯气从电解槽盖顶部支管

25、导入氯气总管，送到氯气处理工段.氢气从电解槽阴极箱上部支管经断电器断电后汇集入氢气总管，经一段盐水预热器预热盐水降温后送氢气处理工段。生成的含氢氧化钠11的电解液经碱液断电器断电后从电解槽下侧流出导入电解液总管，汇集于电解液贮槽6中，再经泵7输送到蒸发工段进行蒸发浓缩。图7食盐溶液电解工艺流程l-盐水高位槽； 2-盐水预热器（一段）；3-盐水预热器(二段)4水封；5-电解槽； 6-电解碱液贮槽；7-电解碱液泵图8精制盐水电解示意图电解反应方程式2.3.2主要设备及作用 隔膜电解槽是隔膜法电解食盐溶液制取氯气、氢气、烧碱的主要设备。根据使用阳极材质的不同可分为石墨阳极电解槽和金属阳极电解槽两大类

26、型。电解槽主要由槽盖、阴极箱、阳极组合件三大部分组成。 石墨阳极电解槽的槽盖多数是用钢筋混凝土制成，内衬恣板或玻璃钢来防湿氯气的腐蚀，也有用硬聚氯乙烯板材料焊制加工而成。金属阳极电解槽的槽盖多数采用钢板焊接制成，内衬橡胶防腐蚀层。在槽盖的顶部有氯气出口孔，侧面有盐水注入口，槽盖前侧面装有液面计便于掌握电解槽内盐水液位高低。槽盖上还装有氯气压力表和取样孔。 阴极箱是由阴极铁丝网袋钢板外壳和阴极导电钢板组合成一个完整的阴极导电系统。在阴极箱的外壳下端有电解液导出管，上方有氢气出口管。石墨阳极电解槽由钢筋混凝土制成阳极槽底，内有表面镀锡层的阳极导电铜排，与石墨阳极之间用熔铅浇铸固定联成一个整体，铅层

27、上覆以高温沥青层及水泥黄砂层，以防盐水渗入腐蚀铅层。电流由槽外导入，经过阳极导电铜排铅层石墨阳极进行电解反应.金属阳极电解槽阳极组合件是由钛-钢-铜三板叠合组成，上层2mm钛板作为防腐 蚀层，中层20mm钢板作支撑层,下层16mm铜板作为阳极导电板涂有钌层的钛阳极片通过铜螺丝、铜螺母联接固定在下层阳极铜导电板上,电流由此导入。 槽盖与阴极箱、阻极箱与阳极组合件之间可用“陶泥沥清软封料”外围麻绳进行密封以免盐水泄漏,也可采用橡胶垫片加绝缘螺栓联接密封。 图9 隔膜电解槽隔膜电解槽2.3.3主要工艺控制指标指标含量单槽氯中含氢量10氯气总管中含氢量 O4单槽氯中含氧量30(金属阳极电槽)单槽氯中含

28、二氧化碳量15(石墨阳极电槽)氯气总管中含氧量3(金属阳极电槽) 、15(石墨阳极电槽)电解液总管浓度130±5gL(金属阳极电槽)、125士5gL(石墨阳极电槽)单槽电解液浓度90140gL氧气总管氢纯度98电解槽槽温80105氢气总管压力050Pa对地电压偏差(总电压)10电解槽阳极电流效率90氯气总管压力050Pa2.4氯氢处理2.4.1 氢气处理2.4.1.1氢气的性质及其用途2.4.1.1.1物理性质 760mmHg时为0.08987g/l，沸点为-252.7；结晶温度是-259.1；与空气之比重是0.0695或；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

29、。而在镍、钯和铂内的溶解度很大，一体积能解几百体积氢。氢气的爆炸上限和下限分别为74.2%和4.1%(体积分数)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。2.4.1.1.2化学性质 （1）氢气具有可燃性，当它不纯净时燃烧反应发生爆炸；但是其纯度很高时能在空气里安静的燃烧。 （2）氢气具有还原性，它能与某些金属氧化物反应使金属还原。 （3）氢气具有稳定性，氢气在常温下的化学性质是稳定的。 2.4.1.1.3氢气的用途 （1）氢气可以用于焊接或切割金属，熔化熔点很高的石英和加工石英制品。因为它在纯氧中燃烧的火焰（氢

30、氧焰）可达3000，可以使许多金属熔化。 （2）氢气可以产生氢氧焰、制氢氧电池，可以填充气球、冶炼金属钨和钼。氢用于合成甲醇，合成人工石油等。 （3）氢还是一种理想的燃料氢气的燃烧产物是水且污染少。液态的氢是一种高能燃料，可供发射火箭、宇宙飞船、导弹等使用。氢气做为燃料具有很好的发展前途。同时氢气也是重要的化工原料。综上所述：由以上叙述可以看出烧碱生产中所产生的氢气具有很高的回收价值，并且氢气处理工序较为简单，投资费用不高，高纯度的氢气可以供多种行业使用。因此须对制烧碱中的氢气进行处理。2.4.1.1.4 氢气处理的目的在电解过程中，H2是以鼓泡的形式出来的，所以其带有较高的温度和部分杂质。

31、（1）其带有大量的水蒸气，温度越高，在蒸汽中的饱和水蒸气量越大，会影响氢气的纯度。表3 饱和水蒸气表（按温度排列）温度 90807060504030饱和水气焓（kal/kgf）635.3631.1626.8622.5618.0613.5608.9 （2）氢气中还带有NaOH 、NaCl。因为氢气是从电解液中出来的，不可避免的就带有NaOH、NaCl等盐类杂质这些杂质必须除去。 （3）从电解槽中以鼓泡的形式出来的氢气温度太高（一般在8090），必须进行降温，否则会影响后续的加工工艺要求。所以氢气主要通过冷却水洗涤的处理方式达到降低氢气温度除去水分，洗去NaOH、NaCl等水溶性杂质的目的以提高氢

32、气的纯度和利用价值。2.4.1.2氢气处理的工艺流程电解出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其他气体，一般采用间接法和直接法除去以达到工艺要求。由于在本次设计中不充分考虑热综合利用，所以采用直接法进行氢气的处理，可以简化工艺流程，节约投资费用。它是由电解槽中出来的氢气经氢气缓冲罐后进入一段洗涤塔洗去一部分的杂质及使氢气冷却至50后在经二段洗涤塔除杂质及冷却至30，之后再经过丝网除雾器除去盐和碱的雾沫后，用罗茨鼓风机抽送至分配台进行下一阶段的分配。图10 氢气处理工艺流程图2.4.1.21 氢气处理中的工艺指标 （1）氢气纯度指标：98 （2）冷却水温度；25 2.4.1.22一段洗涤塔的物料衡算

33、（1）以生产5万吨100NaOH为基准有化学方程式：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 2×40 2 5×107 m计算可得： m=0.125×107（Kg）m生产5万吨烧碱的H2的质量 （2）经处理后的氢气纯度为98。 （3）出电解槽后的氢气温度按80计算。 （4）查相关数据得：进入冷却塔的氢气温度为80是饱和水蒸气分压为0.483Kgf/cm2，为50时饱和水蒸气分压为0.1258 Kgf/cm2，为30时饱和水蒸气分为0.0433 Kgf/cm2 （5）由于氢气在水中的溶解度很小，故氢气在水的溶解度忽略不计。 （6）饱和水蒸气含量

34、及水量计算：按道尔顿分压定律计。2.4.1.23一段洗涤塔的出槽氢气（80）中的水汽含量 设出槽氢气（80）中的水汽含量为X；据道尔顿分压定律：得则出槽气体组成：氢气：0.625×106Kmol 0.125×107Kg水汽：0.594×106Kmol 1.07×107Kg其他气体：12755Kmol 369895Kg表4 第一段洗涤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1.25×1061.25×106水汽1.07×1071.84×106其他气体369895369895氢气冷凝水量8.

35、86×106年产5万吨100%烧碱氢气处理中氢气：0.625×106（kmol）一段进塔氢气中含水汽含量：0.594×106（kmol）一段出塔氢气中含水总量：0.102×106（koml）其它气体：12755（kmol）2.4.1.24二段洗涤塔的物料衡算 （1）计算依据：电解氢气经二段洗涤冷却温度从50降至30。（30时的饱和水蒸汽压为0.0433Kg/cm2）；干氢气纯度98% （2）计算： 设二段洗涤塔使氢气温度由50降至30的冷凝水量为WO则有道尔顿分压定律：得则其他气体组成：氢气：625000（kmol） （1.25×106 Kg）

36、水汽：28889 （kmol） （1.84×106-1.32×106=0.52×106Kg）其他气体：12755（kmol）（12755×29=369895Kg）表5二段洗涤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1.25×1061.25×106水汽1.84×1060.52×106其他气体369895369895氢气冷凝水量8.86×1061.32×106年产5万吨100%烧碱氢气处理中氢气：625000（kmol）二段进塔氢气中含水汽量：102000（kmol）二

37、段出塔氢气中含水汽量：28889（koml）其它气体：12755（kmol）2.4.1.3气体中氢气含量的计算 （1）气体中氢气含量的计算 （2）干气体中氢气的百分数H2= 2.4.1.4一段洗涤塔冷却水喷淋量的计算 冷却水喷淋量计算 已知：根据一段洗涤塔热量衡算得冷却量为：冷却水温度为25，大气压为1个标准大气压；L=1×103kg/m3据公式m=得2.4.1.5二段洗涤塔冷却水喷淋量的计算 冷却水喷淋量计算 已知：根据二段洗涤塔热量衡算得冷却量为：冷却水温度为25，大气压为1个标准大气压；L=1×103kg/m3据公式m=得2.4.2 氯气处理2.4.2.1 氯气概述

38、氯气Cl2，分子量70.906，常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气体，有毒。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。氯气比空气重，约为空气的2.5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。2.4.2.2氯气处理的任务

39、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。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。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

40、。其水蒸汽分压也就愈高。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）。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

41、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，其结晶温度如下表。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。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

42、述，氯气处理系统的主要任务是：1 氯气干燥； 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。2.4.2.3工艺流程简介2.4.2.31氯处理工艺 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。 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。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。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

43、氯用蒸汽。冷却后氯气的含水量可低于0.5。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。 氯气的干燥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沫塔干燥流程。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。泡沫塔干燥流程：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

44、，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。 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9499，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。氯气处理工艺流程见下：图11 氯气处理工艺流程图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

45、，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。2.4.2.3 工艺计算 （一）计算依据：1 生产规模：80kt/a100%NaOH；2 年生产时间（按年工作日330天计算）：330×24=7920小时；3 计算基准：以生产1t100%NaOH为基准；4 来自电解工序湿氯气的工艺数据见下表：表6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%NaOH88512.50mol总压（表），Pa-10不凝性气体（假设为空气，下同）kg/t100%NaOH150.52k

46、mol水蒸汽，kg/t100%NaOH310成分，%（干基）（v/v）96气体总量，kg/t100%NaOH1187（二）第一钛冷却器 1、计算依据 假设湿氯气经电解到氯处理室，温度由90降至80，进入氯处理系统。 电解氯气经一段洗涤塔冷却，温度从80降至46。 由资料查知相关热力学数据： 氯气在水中溶解度：80: 0.002227 kg/kgH2O 56: 0.00355 kg/kgH2O 水蒸汽分压： 80: 45.77kPa 46: 10.1104kPa 水的比热： 50: 4.1868J/(g·) 25: 4.1796 J/(g·) 表7相关热力学数据物料与项目单

47、位温 度 8046氯气比热容Kcal/(mol·)8.3648.2902水蒸气热焓kcal/kg631.4617.42不凝气比热kcal/kg0.24260.24262、物料衡算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98.07pa，所以计算时可视为101.227kpa。由道尔顿分压定律得：P水/P总=n水/n总 解得W1=117.097kg 故溶解的氯气量：0.002227×117.097=0.26kg 氯水总重量：117.097+0.26=117.357kg由上述计算得知，进入第一钛冷却器的气体组分为： 氯气 88

48、50.26=884.74kg 水蒸气 310117.097=192.903kg 不凝气体 15kg氯气在一段钛冷却器中温度从80降至46 设在第一钛冷却器中冷凝的水量为W2kg，其阻力降为35×9.81pa（35mmH2O），则出口氯气的总压为-40×9.81PaP总=101.22735×9.81×10-3=100.933 kpa 根据道尔顿定律有： 解得：W2=166.946kg 溶解氯气的量为：166.946×0.00355=0.593kg 氯水总重量为：166.946+0.593=167.539kg 因此出第一钛冷却器的气体组分为： 氯气

49、 884.740.593=884.147kg 水蒸气 192.903166.946=25.957kg 不凝气体 15kg 物料衡算表 a.以生产1t100%NaOH为基准表8 第一钛冷却器物料衡算表名称进第一钛冷却器kg/t 100NaOH出第二钛冷却器kg/t 100NaOH氯气88474884147水蒸气19290325957不凝气体1515氯水167539总计10926431092643 b.总物料衡算表9第一钛冷却器总物料衡算表名称进第一钛冷却器kg/t 100NaOH出第二钛冷却器kg/t 100NaOH氯气7077920070731760水蒸气154322402076560不凝气体

50、12000001200000氯水13403120总计8741144087411440（三）第二钛冷却器 1、计算依据 电解氯气经二段洗涤塔冷却，温度从46降至18。 氯水温度为20。 出口氯气总压力为-100×9.81pa（100 mmH2O）。 由资料查得相关热力学数据如下： 氯气在水中溶解度：20: 0.00729 kg/kgH2O 氯气比热容：18: 8.227 kcal/(mol·) 水蒸气分压：18: 2.0776kPa 水蒸气热焓：18: 605.34kcal/kg 不凝气体比热：18: 0.2418kcal/(kg·) 水的比热： 6: 4.1999

51、 J/（g） 1、物料衡算 设在第二钛冷却器总冷凝水量为W3kg，其阻力降为60×9.81pa（60 mmH2O），P总=100.93360×9.81×10-3=100.344 kpa 则由道尔顿定律有： 解得W3=19.608kg 溶解氯气量：19.608×0.00729=0.143kg 氯水总量：19.608+0.143=19.751k因此出第二钛冷却器的气体组分为： 氯气 884.1470.143=884.004kg 水蒸气 25.95719.608=6.349kg 不凝气 15kg 物料衡算表 a.以生产1t100%NaOH为基准 表10-1 第二钛冷却器物料衡算表名称进第一钛冷却器kg/t100%NaOH出第一钛冷却器kg/t100%NaOH氯气884.147884.004水蒸汽25.9576.349不凝气1515氯水19.751总计925.104925.104b.总物料衡算表10-2 第二钛冷却器总物料衡算表名称进第二钛冷却器kg/t 1