发布时间 : 星期日 文章年产65万吨烧碱干燥工段工艺设计说明书(1)更新完毕开始阅读20ef77d480eb6294dc886c01
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5 物料衡算与能量衡算
5.1 计算依据
1.生产规模 65万吨/年100%NaOH 2.年生产时间 8000h
3.计算标准 以生产1t100%NaOH为标准 4.原始数据 见下表
表5-1 原始数据一览表
项目 温度, ℃ 总压(表),Pa 水蒸气 kg/t100%NaOH 成分,%(干基) 306.7 96 氯气 90 -49 备注 项目 氯气,kg/t100%NaOH 不凝性气体(假设为气下同),kg/t100%NaOH 气体总量, kg/t100%NaOH 1187 氯气 885 15 备注 12.46kmol 0.52kmol 5.2 计算过程
假设湿氯气由电解到氯处理室外管温度由90℃降到80℃后进入氯处理系统，有部分水蒸气冷凝下来，并溶解氯气，查表知80℃时氯在水中的溶解度为0.002227kg/kg水，饱和水蒸气分压为0.4829×98.1KPa(0.4829kg/cm2)，其他溶解气体忽略不计。
设管道中冷凝下来的水量W1kg，则溶解于水的氯气为0.002227W1kg/kg水。进冷却器前，湿氯气中的水为(306.7- W1)/18kmol。
湿氯气总量n总= (885-0.002227 W1)/71+(306.7- W1)/18kmol+15/29
由于氯在水中的溶解度很小，其溶液可视为理想溶液，按道尔顿分压定律PH2O/P
总
=
nH2O/n总。由于系统的总压为-49Pa(-5mmH2O)(表)，所以计算时可视为98.1KPa(1kg/cm2)(绝)则得:
306.7- W1 18 ?0.4829/[（10336-49）/10336] 885-0.002227 W1 306.7- W115 +?71 1829解上式得 W1 = 88.53kg
被溶解的氯气量为 0.002227×88.53 = 0.20kg
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氯水总重量为88.53 + 0.20 = 88.73kg 5.2.1 第一水洗冷却塔的物料衡算
由上述计算，得知进入第一水洗冷却塔的氯气组成为
氯气 885-0.20 = 884.80kg 水 306.7-88.53 = 218.17kg 不凝性气体 15kg
在第一水洗冷却塔中，氯气由80℃冷却至40℃，此时的水蒸汽分压为0.0752×98.1KPa（0.0752kg/cm2），氯温度为50℃，此时氯的溶解度为0.00393kg/kgH2O。
设第一水洗冷却塔中的冷凝水量为W2kg，其阻力降为35×9.81Pa（35mmH2O），则出口氯气的总压为-40×9.81Pa，（-40mmH2O）（表）
根据道尔分压定律，则有：
218.17?W2
18884.80?0.00393W712?218.17?W182?1529?0.075210336?4010336
解上式得 W2 = 199.13kg
溶解氯气量 199.13×0.00393 = 0.783kg 氯水总重量 199.13+0.783 = 199.913kg 因此出第一水洗冷却塔的氯气组成为： 氯气 884.80-0.783 = 884.017kg 水 218.17-199.13 = 19.04kg 不凝性气体 15kg
5.2.2 第二水洗冷却塔的物料衡算
在第二水洗冷却塔中，氯气温度由40℃降至12℃，此时水蒸汽分压为0.0143×98.1KPa（0.0143kg/cm2），氯气温度为20℃，20℃时氯在水中的溶解度为0.00729kg/kg水。
设在第二水洗冷却塔中，冷凝水量为W3kg，其阻力降为60×9.81Pa（60mmH2O），则出口氯气的总压为-100×9.81Pa（-100mmH2O）。
根据道尔顿分压定律，则有：
19.04?W318884.80?0.0729W371?19.04?W183?1529?0.014310336?10010336
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解上式得 W3 = 15.62kg 溶解氯气量 0.00729×15.62 = 0.114kg 氯水总重量 15.62+0.114 = 15.734kg 因此出第二水洗冷却塔的氯气组成为：
氯气 884.017-0.114 = 883.90kg 水 19.04-15.62 = 3.42kg 不凝性气体 15kg
出第二水洗冷却塔的氯气进入干燥塔，进塔硫酸浓度为98%，温度为20℃。出塔酸浓度为75%，温度为35℃。
计算中忽略氯气在硫酸中的溶解损失，设每Kg98%的硫酸吸收的水分为W’Kg。则
W’= 0.98/0.75-1 = 0.3067kg
设干燥所需98%硫酸的量为WKg，干燥后氯气含水量为50PPM，则
（3.42-0.3067W）/（883.90+15+3.42-0.3067W）= 0.00005 解上式得 W = 11.0044kg
假定各种因素所造成硫酸的损耗为15%，则需硫酸量为：11.0044×1.15 = 12.655kg 干燥塔流出的硫酸量为：11.0044×1.3067+11.0044×0.15 = 16.03kg 干燥后氯气中含水量为：3.42-0.3067×11.0044 = 0.045kg 出干燥塔气体组成为：
氯气 883.90kg 水 0.045kg 不凝性气体 15kg 氯气纯度为：
883.90883.9071710.045181529?100%?96%
??氯气处理系统的物料衡算见表：
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表5-2 第一水洗冷却塔物料衡算表
进第一水洗冷却塔 名称 kg/t100％NaOH 氯气 水蒸气 不凝性气体 氯水 总计v 884.80 218.17 15 1117.97 出第一水洗冷却塔 kg/t100％NaOH 884.017 19.04 15 199.913 1117.97 表5-3 第二水洗冷却塔物料衡算表
进第二水冷却塔 名称 kg/t100％NaOH 氯气 水蒸气 不凝性气体 氯水 总计v 884.017 19.04 15 918.057 表5-4 干燥物料衡算表
进干燥塔 名称 kg/t100％NaOH 氯气 水蒸气 不凝性气体 硫酸 总计m 883．90 3.42 15 12.655（98％） 914.975 kg/t100％NaOH 883.90 0.045 15 16.03（75％） 914.975 出干燥塔 kg/t100％NaOH 883.90 3.42 15 15.734 918.054 出第二水冷却塔 5.3 热量衡算
5.3.1 第一水洗冷却塔热量衡算
设进入第一钛冷却器的氯气温度为80℃，出口温度为40℃,查表[]得： 氯气比热容 80℃ 34.96kJ/(kmol·℃) 水蒸气热焓 80℃ 2639kJ/kg