氯碱工艺中氢气处理工段的工艺设计（以1500kg产氢量作为计算基准）
2023-06-19 08:06
论文总字数：9296字
摘 要
本文介绍了氯碱工业中氢气的性质及用途，并以1500kg产氢量作计算基准，对氯碱工业中氢气处理工段的工艺进行了设计计算。通过物料衡算，热量衡算，计算出洗涤塔中塔气体流量、塔气体直径、喷嘴数的确定、塔高的确定、管径的确定。关键词：氢气，工艺计算，工艺设备，选型
Abstract: The nature of chlor-alkali industry and the use of hydrogen were described in this paper. On the basis of 1500kg hydrogen, the hydrogen treatment technology in chlor-alkali industry was designed. By the calculation of material balance and heat balance, gas flow of the tower scrubber, gas tower diameter, nozzle position number, tower height, and diameter were selected.
Key words: Hydrogen, Process calculation, Process equipments, Selection
目 录
1 概述 3
1.1 氢气的物理性质及用途 3
1.2 氢气处理的任务和方法 3
1.3 氢气处理工艺流程确定 3
2 氢气处理 3
2.1 氢气处理工艺流程图 3
2.2 计算依据 4
2.3 工艺计算 5
3 主要设备设计及选型 10
3.1 一段洗涤塔 10
3.2 二段洗涤塔 12
3.3 主要管径计算 13
3.4 氢气输送设备 14
3.5 水输送泵 14
3.6 液封循环水池 14
3.7 氢气缓冲罐 15
4 主要设备一览表 15
设计评述 16
参考文献 17
致 谢 18
1 概述
1.1 氢气的物理性质及用途
氢气H2，分子量2.016，在常温下为无色，无味,无臭的可燃气体；密度在0℃，760mmHg时为0.08987g/L，沸点为-252.7℃；结晶温度是-259.1℃；对空气之比重是0.0695；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。而在镍、钯和铂内的溶解度很大，一体积能解几百体积氢[1]。
氢气除用于合成氯化氢制取盐酸和聚氯乙烯外，另一大用途是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。
1.2 氢气处理的任务和方法
从电解槽出来的氢气，其温度稍低于电解槽槽温，并含有饱和水蒸汽，同时还带有盐和碱的雾沫。所以在生产过程中应进行冷却和洗涤，冷却后的氢气由氢气压缩机压缩到一定压力后经氢气分配站送到氢气柜及用氢部门。
1.3 氢气处理工艺流程确定
电解槽出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其它气体，鉴于本次设计中不充分考虑热综合利用，故采用直接法工艺，以简化流程和投资[2]。选择流程为电解出的氢气经缓冲罐后进入一段洗涤塔，经洗涤冷却至50℃后经二段洗涤塔冷却至30℃，再经丝网除沫器，最后用罗茨鼓风机抽送至用户。
2 氢气处理
2.1 氢气处理工艺流程图
氢气处理工艺流程图见下，据此进行物料衡算和热量衡算：
图2-1 氢气处理工艺流程图
由电解槽出来的饱和湿氢气中含有大量的水和其它气体，一般采用间接和直接法除去，达到要求。鉴于本次设计中部充分考虑热综合利用，故采用直接法工艺，以简化流程和投资。其选择流程为电解来的氢气经缓冲罐后进入一段洗涤塔，经洗涤冷却至50℃后经二段洗涤塔冷却至30℃，再经丝网除雾器，后用罗茨鼓风机抽送至用户[3]。公用系统来自工业水，经与氢气换热后进入水池，再用泵抽吸返回公用系统制冷后，再次循环使用。
2.2 计算依据：
a. 计算基准：以1500kg100%NaOH产氢作计算标准
b. 到达处理氢气温度为80℃，每生产1500kg100%NaOH电解液所生产的氢气为37.5kg，此时饱和的水蒸汽含量为307.5kg。
c. 压缩机以前的操作压力近似为1个绝对大气压。
d. 氢气纯度98%。
f. 电解氢气经两段洗涤冷却温度从80℃降至30℃。
g. 查知相关数据如下：
表2-1 相关热力学数据
物料与项目 | 单位 | 温度℃ | ||
80 | 50 | 30 | ||
氢气比热 | 千卡/kg·度 | 3．439 | 3．421 | 3．409 |
水蒸气比焓 | 千卡/kg | 631．4 | 619．1 | 610．6 |
其它气体比热（空气） | 千卡/kg·度 | 0．244 | 0．243 | 0．242 |
水的饱和蒸汽分压 | 千卡/cm2（绝） | 0．483 | 0．1258 | 0．0433 |
h. 进入氢气系统物料（以1500kg100%NaOH作计算标准）
氢气：18.75 kmol (37.5kg) 水汽：17.08 kmol (307.5kg)
其他气体：×=0.383 kmol (11.10kg)
其它杂质不计[4]。
2.3 工艺计算
2.3.1 一段洗涤冷却塔
2.3.1.1 计算依据
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