第一部分-烧碱装置氯气处理工序初步设计-

课程制定第一篇氯气处理PAGE30PAGE31目录第一篇氯气处理1第一章总论1一概述1二氯气处理的任务和方法1三工艺流程简介2第二章氯气工艺计算4一氯气处理工艺流程4二计算依据4三工艺计算5〔一〕第一钛冷却器5〔二〕第二钛冷却器8〔三〕硫酸干燥塔Ⅰ〔填料塔〕10〔四〕硫酸干燥塔Ⅱ〔泡罩塔〕11第三章主要设备制定及选型13一第一钛冷却器13二第二钛冷却器20三硫酸干燥塔Ⅰ〔填料塔〕25四硫酸干燥塔Ⅱ〔泡罩塔〕27五除沫器28主要设备一览表40参照文献42第一篇氯气处理第一章总论一.概述1.氯气氯气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激烈的刺激性，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，因此氯水具有极深的腐蚀性。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，用四氯化碳汲取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.氯碱工业在国民经济中的地位食盐电解联产的烧碱、氯气、氢气，在国民经济的所有部门均很需要，除应用于化学工业本身外，有轻工、纺织、石油化工、有色金属冶炼和公用事业等方面均有很大用途，作为基本化工原料的“三酸二碱〞中，盐酸烧碱就占了其中两种，而且氯气和氢气还可进一步加工成许多化工产品。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及到国民经济及人民生活的各个领域。3.氯碱工业的特点氯碱工业的特点除原料易得、生出流程短外，主要还有三个特别问题:能量消耗大；氯与碱的平衡；腐蚀和污染。二.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激烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才干耐湿氯气的腐蚀。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状况下时较小的，所以湿氯气的干燥时生产和使用氯气过程中所必需的。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。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〕。因此必需将氯气中的水分进一步除去。在工业上，均采纳浓硫酸来干燥氯气，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〕浓硫酸有激烈的吸水性；〔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。当温度一按时，硫酸浓度愈高、其水蒸汽分压愈低；当硫酸浓度一按时，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，尤其在冬季必需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。综上所述，氯气处理系统的主要任务是：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，确保电解工序的劳作条件和干燥后的氯气纯度。三．工艺流程简介1氯处理工艺依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。⑴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。⑵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，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。⑶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。2工艺流程确实定氯处理工艺流程依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。第二章氯气工艺计算一.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。图2-1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，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。二.计算依据生产规模：200kt/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：第一篇氯气处理表2-1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%NaOH885总压〔表〕，Pa-10——不凝性气体〔假设为空气，下同〕kg/t100%NaOH15水蒸汽，kg/t100%NaOH310——成分，%〔干基〕〔v/v〕96——气体总量，kg/t100%NaOH1187——三.工艺计算〔一〕第一钛冷却器1．计算依据⑴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。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℃:0.002227kg/kgH2O56℃:0.00355kg/kgH2O水蒸汽分压：80℃:45.77kPa水的比热：50℃:4.1868J/(g·℃)25℃:4.1796J/(g·℃)表2-2相关热力学数据物料与项目单位温度℃8046氯气比热容Kcal/(mol·℃水蒸气热焓kcal/kg617.42不凝气比热kcal/kg2．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－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×由上述计算得知，进入第一钛冷却器的气体组分为： 氯气885－不凝气体15kg⑵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=101.227－35××10-3=100.933kpa依据道尔顿定律有：解得：W2×因此出第一钛冷却器的气体组分为：不凝气体15kg⑶物料衡算表a.以生产1t100%NaOH为基准表2-3第一钛冷却器物料衡算表名称进第一钛冷却器kg/t100％NaOH出第二钛冷却器kg/t100％NaOH氯气884．74884．147水蒸气192．90325．957不凝气体1515氯水——167．539总计1092．6431092．643b.总物料衡算表2-4第一钛冷却器总物料衡算表名称进第一钛冷却器kg/t100％NaOH出第二钛冷却器kg/t100％NaOH氯气176948000176829400水蒸气385806005191400不凝气体30000003000000氯水——33507800总计2185286002185286003．热量衡算⑴气体带入热量a.氯气带入热量：Q1××80×=34909kJb.水蒸气带入热量：Q2××4.1868=509948kJc.不凝气体带入热量：Q3＝15×××80＝1226kJd.氯气溶解热：Q4×22090＝185kJΣQ=34909+509948+1226+185=546268kJ⑵气体带出热量a.氯气带热量：q1××46×4.1868＝19883kJb.水蒸气带热量：q2××4.1868＝67099kJc.不凝气体带出热量：q3＝15×××46＝701kJd.氯水带出热量：q4×28×56＝39244kJΣq＝19883＋67099＋701+39244＝126927kJ⑶冷却水用量冷却水采纳工业上水，设进口温度t1＝20℃，出口温度t2＝30℃。定性温度:T=〔t2＋t1〕/2=〔20＋30〕/2=25℃Q=WCCPC(t2－t1)(2—1)其中，Q——传热速率，WWC——流体质量流量，kg/sCPC——流体比热容，kJ/(kg•℃)t——温度，℃。则第一钛冷却器用水量为：WC1=Q/CPC(t2－t1)==10032kg/t100％NaOH冷却水带入热量：10032××20＝838595kJ冷却水带出热量：10032××30＝1257892kJ⑷第一钛冷却器热量衡算表表2-5第一钛冷却器热量衡算表输入输出物料名称数量kg热量kJ物料名称数量㎏热量kJ氯气34909氯气19883水蒸气509948水蒸气67099不凝气体151226不凝气体15701溶解热——185氯水39244冷却水10032838595冷却水100321257892总计1.385×106总计1.385×106〔二〕第二钛冷却器1．计算依据⑴电解氯气经二段洗涤塔冷却，温度从46℃降至18℃。⑵氯水温度为20℃。⑶出口氯气总压力为-100×9.81pa〔－100mmH2O〕。⑷由资料查得相关热力学数据如下：氯气在水中溶解度：20℃:0.00729kg/kgH2O氯气比热容：18℃:8.227kcal/(mol·℃)水蒸气分压：水蒸气热焓：18℃:605.34kcal/kg不凝气体比热：18℃:0.2418kcal/(kg·℃)水的比热：6℃J/〔g•℃〕2．物料衡算⑴设在第二钛冷却器总冷凝水量为W3kg，其阻力降为60×9.81pa〔60mmH2O〕，P总=100.933－60××10-3=100.344kpa则由道尔顿定律有：解得W3×因此出第二钛冷却器的气体组分为：不凝气15kg⑵物料衡算表a.以生产1t100%NaOH为基准表2-6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884.147水蒸汽不凝气1515氯水——总计b.总物料衡算表2-7第二钛冷却器总物料衡算表名称进第二钛冷却器kg/t100％NaOH出第二钛冷却器kg/t100％NaOH氯气176829400176800800水蒸气51914001269800不凝气体30000003000000氯水——3950200总计1850208001850208003．热量衡算⑴气体带入热量假设不合计管道散热，则物料带入热量等于物料出一段钛冷却器的热量，即a.氯气带入热量：Q5=19883kJb.水蒸气带入热量：Q6=67099kJc.不凝气体带入热量：Q7＝617kJd.氯气溶解热：Q8×103×0.143/71＝44kJΣQ=19883+67099+617+44＝87643kJ⑵气体带出热量a.氯气带出热量：q5××18×4.1868＝7720kJb.水蒸气带出热量：q6××4.1868＝16091kJc.不凝气体带出热量：q7＝15×××18＝273kJd.氯水带出热量：q8××20＝1652kJΣq＝7720+16091+273+1652＝25736kJ⑶冷冻水用量冷冻水进口温度为4℃，出口温度为8℃，则二段冷却器冷冻水用量为：WC2=Q/CPC(t2－t1)==3685㎏冷冻水带入热量：3685××4＝61907kJ冷冻水带出热量：3685××8＝123813kJ⑷第二钛冷却器热量衡算表表2-8第二钛冷却器热量衡算表输入输出物料名称数量kg热量kJ物料名称数量㎏热量kJ氯气19883氯气7720水蒸气67099水蒸气16091不凝气体15617不凝气体15273溶解热——44氯水1652冷冻水368561907冷冻水3685123813总计1.496×105总计1.496×105〔三〕硫酸干燥塔Ⅰ〔填料塔〕1．计算依据⑴入塔硫酸浓度80％，温度为15℃，出塔硫酸浓度60％，温度为30℃。⑵干燥后的氯气含水量为100ppm。2．物料衡算⑴计算中忽略氯气在硫酸中的溶解损失，设每千克80％的硫酸汲取的水分为W3kg，则W33设干燥所需80％硫酸量为W4㎏,则＝0.0001解得W4＝18.794㎏假定各种因素造成硫酸的损耗为15％，×1.15＝21.613㎏×3×7㎏3×85㎏出填料塔气体组分为：氯气884.004㎏水蒸气0.085㎏不凝气体15㎏⑵物料衡算表a.以生产1t100%NaOH为基准表2-9硫酸干燥塔〔填料塔〕物料衡算表名称进填料塔kg/t100％NaOH出填料塔kg/t100％NaOH氯气884．004884．004水蒸气6．3490．085不凝气体1515硫酸21．61327．877总计926．966926．966b.总物料衡算表2-10硫酸干燥塔〔填料塔〕总物料衡算表名称进填料塔kg/t100％NaOH出填料塔kg/t100％NaOH氯气176800800176800800水蒸气126980017000不凝气体30000003000000硫酸43226005575400总计185393200185393200〔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×10－5。2．物料衡算⑴设每千克98％硫酸汲取的水分为W5㎏,则W5＝0.98/0.75－1＝0.3067㎏设干燥所需98％流酸为W6㎏，×10－5解得W6=0.25㎏假设各种因素造成的硫酸损耗为15％，×1.15＝0.2875㎏××0.15＝0.3642㎏×0.25＝0.0083㎏出泡罩塔气体组分为：氯气884.004㎏水蒸气㎏不凝气体15㎏⑵氯气纯度:×100%=96%(V/V)⑶物料衡算表a.以生产1t100%NaOH为基准表2-11硫酸干燥塔〔泡罩塔〕物料衡算表名称进泡罩塔kg/t100％NaOH出泡罩塔kg/t100％NaOH氯气884．004884．004水蒸气0．0850．0083不凝气体1515硫酸0．28750．3642总计899．3765899．3765b.总物料衡算表2-12硫酸干燥塔〔泡罩塔〕总物料衡算表名称进泡罩塔kg/t100％NaOH出泡罩塔kg/t100％NaOH氯气176800800176800800水蒸气170001660不凝气体30000003000000硫酸5750072840总计179875300179875300第三章主要设备制定及选型一.第一钛冷却器1．确定制定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激烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才干耐湿氯气的腐蚀。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，并且采纳逆流流向。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tmTm1＝〔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3-1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×10-7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/m2×10-6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•sρ平×××1.37％＝46.874㎏/m3λ平×10－2××10－2××10－2××10－2kcal/(m••h•℃×10－2w/(m•℃)Cp平×71×××1.37％＝0.563kcal/(kg•℃J/(g•℃)3．制定计算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—550kcal/(m2••h•℃)，即407.05—w/(m2•℃)⑵热负荷QQ=(546268-126927)×200000/7920=10589419kJ/hkw⑶假设k=500w/(m2•℃)则估算的传热面积为A=Q/KΔtm(3-1)其中，Q——换热器热负荷，WK——总传热系数，W/(m2•℃)Δtm——对数平均温差，℃.Δtm‘=＝℃则由式〔3-1〕有A=2941.7×103/(500×36.7)=㎡合计10％的面积裕度，则所需传热面积为：A0A×177㎡⑷选用Φ×2㎜，6m长的Ti－0.3Mo－0.8Ni钛钢管，则所需管数N=(3-2)其中，A0——传热面积，㎡d——换热管外径，ml——换热管长度，m。N==502根参照碳钢Φ19排管图,确定排管总数为518根，Dg700mm，Ⅵ管程，管子采纳三角形排管,管心距24㎜⑸折流板×700＝175㎜，折流板间距取B=DG＝0.8×700=560㎜，折流板厚度16㎜折流板数Nb=－1(3-3)=－110块⑹拉杆参照《钛制化工设备制定》知，拉杆数量为6，拉杆直径为10㎜⑺接管a.壳程流体进出口接管取接管内流体流速为u1＝2m/s，则接管内径为：D1=(3-4)其中，V——流体的体积流量，m3/su——流体在接管中的流速，m/s。D1＝b.管程流体进出口接管取接管内流体流速为u2＝20m/s则接管内径为：D2==圆整后，取壳程流体进出口接管规格为：Ф273×8㎜，管程流体进出口接管规格为Ф133×6㎜。4．第一钛冷却器的核算〔1〕壳程流体传热膜系数αo用克恩法计算αo＝0.36〔〕RePr1/3〔〕(3-5)其中，λ——导热系数，W/(m2·℃)，de——公称直径，m，Re——雷诺准数，无因次，Pr——普兰特准数，无因次。a.当量直径：de＝(3-6)＝其中，t——管间距，m，do——换热管外径，mb.壳程流通截面积So＝BD(1-)(3-7)×0.7〔1－0.01905/0.024〕＝0.08㎡其中，B——折流板间距，m，D——壳体公称直径，m，c.壳程流体流速uo＝Vs/So(3-8)＝其中，Vs——流体在壳体的体积流量，m3/h。d.雷诺数Reo＝(3-9)＝＝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。e.普兰特数Pr＝(3-10)＝其中，Cp——流体比热，kJ/(kg·℃)。粘度矫正〔〕1.05，则由式〔3-5〕得：αo××11726×1/3×＝4884W/(m2·℃)〔2〕管内传热膜系数αiαiRePr(3-11)a.管程流体流通截面积Si＝×2×518/6＝0.015㎡b.管程流体流速ui=Vs/Si=＝10.9m/sd.雷诺数Rei＝＝＝533249e.普兰特数Pr＝＝则由式〔3-11〕，得：αi××571472×＝1207W/(m2·℃)〔3〕污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：Rso×104m2·℃/W管内侧污垢热阻：Rsi＝0.0002m2·℃/WTi－0.3Mo－0.8Ni在该条件下的导热系数为0.046cal/〔s·cm2·℃〕，即λw××102＝19.26W/(m2·℃)〔4〕总传热系数＝+Rso++Rsi+(3-12)＝+0.00017197+×+＝0.0019K1=W/(m2•℃)〔5〕校核有效平均温差R1=＝＝3.4P1=＝φΔt＝×(3-13)=×6Δtm1＝φΔtΔtm1’(3-14)6×=35.23℃其中，Δtm’——按逆流计算的对数平均温度差，℃φΔt——温度差矫正系数，无因次。Δt=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＝＝＝㎡该换热器的实际传热面积：So＝××6×518=㎡该换热器的面积裕度为：F=＝×100％＝17％该换热器能够完成任务。〔7〕流体的流动阻力a.管程压强降：∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs(3-15)其中，ΔP1，ΔP2——分别为直径及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，paFt——结垢矫正因数，无因次，取1.5，Np——管程数，Ns——串连的壳程数。管程流通面积SI8㎡，流速m/s,雷诺准数533249〔湍流〕。设管粗糙度,查关系图得=0.03××=33393Pa因为没有弯管，即则由式〔3-15〕得：Pab.壳程压强降：(3-16)其中，ΔP1‘——流体横过管束的压降，paΔP2‘——流体流过折流板缺口的压强降，paFs——Ns——串连壳程数。(3-17)其中，F——管子排列方式对压强降的矫正因数fo——壳程流体的摩擦系数，当Re>Nc——横过管束中心线的管子数NB——折流挡板数管子为三角形排列，F=0.5，NB=10，Nc=25，So=0.08㎡,uo35m/s，Re=11726>500，所以∴由式〔3-17〕，得：=21849Pa(3-18)=10×〔3.5－〕×=5117Pa∴∑ΔPo=〔21849+5117〕×=31011Pa壳程和管程的压力降几乎都能满足要求。二.第二钛冷却器从第一钛出来的氯气需要进一步冷却，进入第二钛冷却器。从车间布置、设备修理等多方面的合计，第二钛冷却器与第一钛冷却器选取同种型号，进行核算即可。1．第二钛冷却器核算〔1〕热负荷QQ2=61907×200000/〔7920×3600〕=434.25KW〔2〕流体平均温度及对数平均温度差Tm2=〔46+18〕/2=32℃tm2=〔4+8〕/2=6℃〔3〕平均温度下的物性数据见下表表3-2物性数据表物料项目单位数据物料项目单位数据冷冻水密度kg/m3湿氯气密度Kg/m3粘度cp粘度Pa•s×10-7导热系数W/(m•℃)导热系数kcal/(m•h•℃)比热容J/(g•℃)比热容cal/(mol•℃)〔4〕壳程结热系数de=0.017m，So=0.08㎡，uo＝Vs/So＝＝0.32m/sReo＝＝＝3694Pr＝＝粘度矫正〔〕1，则由式〔3-5〕得：αo××3694×1/3×1=2435W/(m2·℃)〔5〕管程结热系数αiSi＝×2×518/615㎡ui=Vs/Si＝＝m/sRei＝＝＝473167Pr＝＝3则由式〔3-11〕得：αi××473167×3＝689W/(m2·℃)〔6〕污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：Rso×104m2·℃/W管内侧污垢热阻：Rsi＝0.0002m2·℃/WTi－0.3Mo－0.8Ni在该条件下的导热系数为0.046cal/〔s·cm2·℃〕，即λw××102＝19.26W/(m2·℃)〔7〕总传热系数由式〔3-12〕得：=+Rso++Rsi+=+0.00017197+×+=K2=360W/(m2•℃)〔8〕校核有效平均温差R2=＝＝7P2=＝由式〔3-13〕得：φΔt＝×由式〔3-14〕得：Δtm2＝φΔtΔtm2’×℃〔9〕校核热负荷Q‘=K2SΔtm2=360××=1511813WQ‘>Q2所以能完成任务。〔10〕流体的流动阻力a.管程压强降：∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs管程流通面积SI15㎡，流速/s,雷诺准数473167〔湍流〕。设管粗糙度,查关系图得3=0.033××=42578Pa因为没有弯管，即则Pab.壳程压强降：，管子为三角形排列，F=0.5，NB=10，Nc=25，So=0.08㎡,uo=0.32m/s，Re=3694，所以∴=5407Pa)×=973Pa∴∑ΔPo=〔5407+973〕××1=7337Pa壳程和管程的压力降几乎都能满足要求。2．换热器附件选用Dg800的标准作为制定参照〔1〕管板表3-3管板公称直径DD1D2D3D5=D6D7螺栓孔数80093089079079380085032102332〔2〕壳程接管法兰表3-4接管法兰垫片螺栓外径内径厚度DD1D2重量㎏数量直径×长度石墨2502733703353121412M16×55312273〔3〕管程接管法兰表3-5接管法兰垫片螺栓外径内径厚度DD1D2重量㎏数量直径×长度石墨125133235200178108M16×55178133〔4〕管箱H=700㎜表3-6管箱程数6流动程序上〔前〕管板下〔后〕管板〔5〕封头表3-7椭圆封头曲面高度直边高度内表面积㎡容积m3厚度㎜700200408三.硫酸干燥塔Ⅰ(填料塔)填料塔流程的操作平稳，弹性较大，特别是刚开车时氯气的气流量小，它几乎同满负荷操作一样能达到对水分的要求指标。壳体材料为聚氯乙烯缠玻璃钢〔PVC+FRP〕。1．填料的选择塑料填料质轻，具有优良的韧性，耐冲击，不易破碎。它的通量大、压降低，而且耐腐蚀性能较好。综上优点，选取塑料鲍尔环50×50×1.8〔乱堆〕，材质为聚丙烯〔PP〕。湿填料因子120m-1。2．塔径确实定湿氯气的质量流量:Wv=〔884.004++15〕×200000/7920=22862㎏/湿氯气密度:=20.3280%硫酸密度:1.7323参照新工艺，硫酸的喷淋量取为:WL=134000㎏/则由埃克特关联图查得,横坐标为0.63,纵坐标为0.037,即〔3-18〕其中,——泛点气速，m/sφ——湿填料因子，1/mψ——液体密度矫正系数，——重力加速度，m/s2又因液相为硫酸，故矫正系数ψ==0.466取空塔气速为泛点气速的70%，即×0.466=m/s，VS=v/v=1125m3/hD==圆整后取塔径D=1200㎜计算空塔气速：u2安全系数u/=0.398/0.466×100%=%3．压降计算最小喷淋密度：〔3-19〕其中，因填料尺寸小于75㎜，故取,则>填料的每米压降：纵坐标