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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流年产5万吨烧碱工艺流程初步设计.精品文档.宜宾职业技术学院毕业设计年产5万吨烧碱的氢处理工序初步设计系 部 生物与化工工程系 专 业 名 称 化学工程与工艺 班 级 化 工 1071 班 姓 名 徐 雪 梅 学 号 200711797 指 导 教 师 何 爱 江 2009年9月23日宜宾职业技术学院毕业设计选题报告姓名徐雪梅性别女 学号200711797系部生化系专业应用化工技术设计题目年产5万吨烧碱的氢处理工序初步设计课题来源教学课题类别设计选做本课题的原因及条件分析：1化工厂烧碱生产中产生的氢气是一种理想的化工原料与燃料，能够为生产创造更
2、大的利润和节约能源。氢气经处理后，可以用来焊接或切割金属，可供发射火箭和宇宙飞船使用可用来冶炼金属等。2生产烧碱中产生的氢气含有很高的热量并带有其他杂质，如果不进行处理有可能会发生爆炸，和污染环境等现象。这会给烧碱生产带来很高的危险性，还不利于资源的节约和利用，造成高能耗生产和经济效益的损失。使生产烧碱成本大大增加。3产生的氢气中含有的杂质成分简单易于处理，降温和处理费用低。4在学习过程中通过对有关烧碱生产氢处理的知识理论的学习与掌握和理论的实践，对此课程有一定了解。因此具有做本课题的基本条件。内容和要求内容；1对烧碱生产的简单介绍和画出烧碱生产的简单方框流程图，介绍生产中氢气是怎样产生的。2
3、对氢气的物理性质、化学性质、用途以及对氢气处理的目的的介绍与阐述。3氢气处理的工艺流程及工艺流程图，氢气的工艺指标。4工艺计算，其中包括；物料衡算，热量衡算。主要设备计算及选型5参考的资料与文献要求；1对设计内容充分了解，设计思路清晰。 2设计符合生产要求，并有自己的见解。 3设计合理，内容充分掌握设计知识指导教师意见（签章） 年 月 日系部毕业论文（设计）领导小组意见：（签章） 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计成绩评定表（一）学生学号200711797学生姓名徐雪梅题目年产5万吨烧碱的氢处理工序初步设计指导教师评语指导教师评定成绩总分总分30%指导教师签字 年 月 日评阅教师评语评阅教师评
4、定成绩总分总分30%评阅教师签字 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计成绩评定表（二）学生学号200711797学生姓名徐雪梅题 目年产5万吨烧碱的氢处理工序初步设计答辩小组成员姓名职称评价内容具 体 要 求分值评分报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文（设计）结果有应用价值。40答 辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。30创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10综合素质能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段，用普通话答辩。10报告时间符合要求。10总分40% 总分答辩小组评语：答辩小组组长签字
5、： 年 月 日 指导教师评定成绩评阅教师评定成绩答辩成绩毕业论文（设计）综合成绩百分制五级制毕业论文（设计）答辩委员会审定意见主任签字年 月 日学院意见年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计答辩记录表学生姓名200711797学生学号徐雪梅题 目年产5万吨烧碱的氢处理工序初步设计答辩小组成员姓 名职称工作单位备注答辩中提出的主要问题及学生回答问题的简要情况：答辩小组代表签字： 年 月 日目录1概述11.1烧碱生产的氢气处理方法简介11.2氢气的性质及其用途11.2.1物理性质11.2.2化学性质11.2.3氢气的用途11.3氢气处理的目的21.4氢气处理的工艺流程21.5氢气处理工艺流程简图21.
6、6氢气处理中的工艺指标32工艺计算32.1一段洗涤塔的物料衡算132.1.1一段洗涤塔的物料衡算基准32.1.2一段洗涤塔的出槽氢气（80）中的水汽含量32.1.3一段洗涤塔的物料衡算计算42.2一段洗涤塔热量衡算52.2.1入塔气体带入热量62.2.2冷却水带出热量62.2.3出塔气体带出热量62.2.4一段洗涤塔的热量守恒的计算62.2.5一段洗涤塔热量衡算表72.3二段洗涤塔的物料衡算72.3.1物料衡算的计算依据72.3.2物料衡算的计算72.4二段洗涤塔的热量衡算82.4.1二段进塔气体热量的计算82.4.2冷却水带出热量的计算92.4.3二段出塔气体热量的计算92.4.4二段洗涤塔
7、的热量守恒的计算92.4.5二段洗涤塔热量衡算表92.5其他气体中氢气含量的计算102.6干气体中氢气的百分数103主要设备的工艺计算103.1一段洗涤塔的相关计算103.1.1一段洗涤塔气体流量的计算103.1.2一段洗涤塔冷却水喷淋量及管径的计算113.1.3一段洗涤塔塔径的计算123.1.4一段洗涤塔塔高度的确定143.1.5喷嘴输送的确定143.1.6一段洗涤塔管径的计算153.2二段洗涤塔的相关计算153.2.1二段洗涤塔进塔气体和出塔气体流量的计算153.2.2二段洗涤塔冷却水喷淋量及管径的计算153.2.3二段洗涤塔塔径的计算163.2.4二段洗涤塔高度的确定183.2.5二段洗
8、涤塔喷嘴数的确定183.2.6二段洗涤塔气体进口管径和出口管径的计算193.3氢气缓冲罐的计算193.4主要设备一览表20致谢21参考文献221概述1.1烧碱生产的氢气处理方法简介目前烧碱生产方式主要采取：水银电解法 、隔膜电解法、苛化法、离子膜法三种方法制烧碱。我国主要采取隔膜电解法和离子膜电解法。在这次年产五万吨烧碱氢处理工序初步设计中我采取的是隔膜法制烧碱的氢气处理方法。隔膜法电解总反应方程式：2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H21.2氢气的性质及其用途1.2.1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0.069
9、5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。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。1.2.2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。1.2.3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
10、工石英制品。因为它在纯氧中燃烧的火焰（氢氧焰）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。1.3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
11、高的温度和部分杂质。（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1-1 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
12、性杂质的目的以提高氢气的纯度和利用价值。1.4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。1.5氢气处理工艺流程简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：1.6氢气处理中的工艺指标（1）氢气纯度指标：98（2）冷却水
13、温度；252工艺计算2.1一段洗涤塔的物料衡算12.1.1一段洗涤塔的物料衡算基准（1）以生产5万吨100NaOH为基准有化学方程式：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 240 2 5 107 m计算可得： m=0.125107（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
14、的溶解度忽略不计。（6）饱和水蒸气含量及水量计算：按道尔顿分压定律计。2.1.2一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1：得则出槽气体组成：氢气：0.625106Kmol 0.125107Kg水汽：0.594106Kmol 1.07107Kg其他气体：12755Kmol 369895Kg2.1.3一段洗涤塔的物料衡算计算（1）据公式：n=得=0.625106(Kmol ) 其他气体组成：（kmol）（2）根据道尔顿分压定律计算水量：设管路中（由80降至50）的冷凝水量为W这时气体中水的分子为：（1.07107-W）/18气体的分子总数为：据
15、道尔顿分压定律7：则出他气体组成：氢气：0.625106（kmol） （1.25106 Kg）水气：0.102106（kmol） （1.07107-8.86106=1.84 106 Kg）其他气体：12755（kmol）（1275529=369895 Kg）表2-1 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1.251061.25106水汽1.071071.84106其他气体369895369895氢气冷凝水量8.86106年产5万吨100%烧碱氢气处理中氢气：0.625106（kmol）一段进塔氢气中含水汽含量：0.594106（kmol）一段出塔氢气中
16、含水总量：0.102106（koml）其它气体：12755（kmol）2.2一段洗涤塔热量衡算查相关数据得：相关热力数据表【1】【8】2-2 相关热力数据物料与项目单位温度（）805030氢气比热容4.187KJ/（KgK）3.4393.4213.409水蒸气比焓KJ/Kg2642.42587.62549.5其他气体比焓（空气）4.187KJ/（KgK）0.2440.2430.242水的饱和蒸汽压(绝压)Kgf/cm20.4830.12580.04332.2.1入塔气体带入热量Q1=(80+273)1.251063.4394.187=6.354109 KJQ2=1.071072642.4=2.
17、8271010 KJQ3=(80+273)3698950.2444.187=1.334108 KJ2.2.2冷却水带出热量设冷却水量为W2 kg,温度25，冷却水出塔温度为35；此时出塔冷却水比热熔约为14.187 KJ/（KgK）。则出塔水量： W2+W1=W2+8.86106 冷却水带入热量：Q4=W2(273+25) 14.187 冷却水带出热量：Q5=(W2+8.86106)(273+35)14.1872.2.3出塔气体带出热量Q6=(273+35)1.251063.4214.187=5.783109 KJQ7=1.841062587.6=4.761109KJQ8= (273+50)3
18、698950.2434.187=1.216108 KJ2.2.4一段洗涤塔的热量守恒的计算 则Q进=Q出 Q1+Q2+Q3+Q4 = Q5+Q6+Q7+Q86.354109+2.8271010+1.334108+W2(273+25)14.187=(W2+8.86106)(273+35)14.187+5.783109+4.761109+1.216108W2=3.024108 kg 即：进入系统水量为：3.024108 kg ,出系统冷却水量为：3.024108+8.86106=3.113108 kg冷却水带入热量：3.024108(273+25) 14.187= 3.7731011KJ冷却水带出
19、热量(3.024108+8.86106) (273+35)14.187=4.0151011KJ2.2.5一段洗涤塔热量衡算表表2-3 一段洗涤塔总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(kg)热量(KJ)氢气1.251076.354109氢气1.251075.783109水汽1.071072.8271010水汽1.841064.761 109其他气体3698951.334108其他气体3698951.216108冷却水3.0241083.7731011冷却水3.1131084.01510112.3二段洗涤塔的物料衡算2.3.1物料衡算的计算依据（1） 电解氢气经二段洗涤
20、冷却温度从50降至30。（30时的饱和水蒸汽压为0.0433Kg/cm2）（2）干氢气纯度98%2.3.2物料衡算的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1：得则其他气体组成：氢气：625000（kmol） （1.25106 Kg）水汽：28889 （kmol） （1.84106-1.32106=0.52106Kg）其他气体：12755（kmol）（1275529=369895Kg）表2-4 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1.251061.25106水汽1.841060.52106其他气体36989536989
21、5氢气冷凝水量8.861061.32106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）二段出塔氢气中含水汽量：28889（koml）其它气体：12755（kmol）2.4二段洗涤塔的热量衡算查上述相关热力数据表（2-2）可知：2.4.1二段进塔气体热量的计算 Q6=(273+35)1.251063.4214.187=5.783109 KJQ7=1.841062587.6=4.716109KJQ8= (273+50)3698950.2434.187=1.216108 KJ2.4.2冷却水带出热量的计算设进入二段系统冷却水量为W3
22、kg，冷却水进塔温度25，出塔温度30；此时水的蒸气比热熔约为14.187 KJ/（KgK）。则出塔水量 Wo+W3=W3+1.32106入塔冷却水带入热量： Q9= W3(273+25) 14.187出塔冷却水带出热量：Q10=(W3+1.32 106)(273+30) 14.1872.4.3二段出塔气体热量的计算Q11=(273+30)1.251063.4094.187=5.406109 KJQ12=0.521062549.5=1.326109KJQ13= (273+30)3698950.2424.187=1.136108 KJ2.4.4二段洗涤塔的热量守恒的计算由Q进=Q出Q6+Q7+Q
23、8+Q9=Q10+Q11+Q12+Q13 5.783109+4.761109+1.216108+W3(273+25)14.187=(W3+1.32106)(273+30)14.187+5.406109+1.326109+1.1361081.0671010+1247.726W3=1268.661W3+1.675109+5.406109+1.326109+1.1361081.0671010+1247.726W3=1268.661W3+8.5211092.149109=20.935W3W3=1.027108Kg故入塔冷却水量1.027 108 Kg出塔冷却水量为： 1.027 108+1.32106
24、= 1.04108Kg入塔冷却水带入热量：1.027108(273+25)14.187=1.2811011KJ出塔冷却水带出热量：(1.027108+1.32 106)(273+30) 14.187 =1.3191011KJ2.4.5二段洗涤塔热量衡算表表2-5 二段洗涤冷却塔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kg热量KJ氢气0.1251075.783109氢气0.1251075.406109水汽1.841064.761109水汽0.521061.326109其他气体3698951.216108其他气体3698951.136108冷却水1.0271081.2811011冷却
25、水1.041081.319 10112.5其他气体中氢气含量的计算2.6干气体中氢气的百分数H2=3主要设备的工艺计算3.1一段洗涤塔的相关计算3.1.1一段洗涤塔气体流量的计算计算条件:年工作日330天为基准，则年总工作小时33024=7920 h进塔气体温度为80，操作压力为1个标准大气压由PV=nRT得 V=R=8.314KJ/(kmol.k) 换算=0.08206atmm3/(kmol.k)据查表得2 1kJ=0.102kgfcm1kgf/=0.9678atm1kgfcm=0.9678atm1=1cal=Kcal（8.3140.1020.9678/=0.08206atm/(KmolK)
26、 Vs平=3.1.2一段洗涤塔冷却水喷淋量及管径的计算（1）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=1103kg/m3据公式m=得（2）冷却水管径的计算 因为水及一般液体常用流速范围u取（1.53）m/s2 所以：设冷却水流速u=2m/s=23600=7200m/h据公式圆整得：一段洗涤塔冷却水喷淋管径D冷=100mm3.1.3一段洗涤塔塔径的计算（1）空塔速度的计算洗涤塔内填料选用2的陶瓷拉西环以乱堆方式进行填充。因为空塔气速应小于泛点气速，一般空塔气速是泛点气速的（50%85%）即u=（0.500.85）uf2 所以：设空塔气速
27、取泛点气速的50%根据洗涤塔泛点和压降通用关联图（1）横坐标、纵坐标求出再求出u图1填料塔泛点和压降的通用关联图气体混合物的平均分子量M为：1据公式混合气体密度为：混合气体流量因为冷却水密度冷却水喷淋量为 据通用关联图的横坐标：查图（1）乱堆填料泛点线，当横坐标为0.471时纵坐标为0.05即查表2乱堆陶瓷拉西环的填料因子，比表面积。冷却水密度校正系数查附录2，25时的冷却水的粘度据纵坐标求出（2）一段洗涤塔塔径的计算 已知： 据公式：D塔径=得D塔径=一段洗涤塔径圆整得D塔径=1200mm4校核：。3.1.4一段洗涤塔塔高度的确定 根据经验得到塔高度H=51200mm=6000mm=6000
28、10-3=6m3.1.5喷嘴输送的确定设上水压力为0.2Mpa,考虑水垢的阻塞，喷嘴直径d=3.5mm查表及喷水量约360 kg/h,则喷嘴总数由物料衡算需25冷却水量39305.556/h则喷嘴总数：n=个考虑分布可能的阻塞，取200个。3.1.6一段洗涤塔管径的计算一段洗涤塔进气管和出气管管径因为易燃易爆气体的在管道中流速范围8m/s；而氢气属于易燃易爆气体；则氢气在管道内的流速取为5m/s入塔气体流量为：4505m3/h出塔气体流量为：2476m3/h由u=得到d入=同理可得d出=则一段洗涤塔物料进口管管径为d入=580mm；出口管管径为d出=450mm3.2二段洗涤塔的相关计算3.2.
29、1二段洗涤塔进塔气体和出塔气体流量的计算由一段洗涤塔出来的气体流量是进入二段洗涤塔的气流量；则V2=V3则Vs平= 3.2.2二段洗涤塔冷却水喷淋量及管径的计算（1）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=1103kg/m3据公式m=得（2）二段冷却水管径计算 因为水及一般液体常用流速范围u取（1.53）m/s 所以：设冷却水流速u=2m/s=23600=7200m/h据公式圆整得：二段洗涤塔冷却水喷淋管径D冷=70mm83.2.3二段洗涤塔塔径的计算（1）空塔速度的计算洗涤塔内填料选用的陶瓷拉西环以乱堆方式进行填充。因为空塔气速应
30、小于泛点气速，一般空塔气速是泛点气速的（50%85%）即u=（0.500.85）uf 所以：设空塔气速取泛点气速的50% 根据洗涤塔泛点和压降通用关联图（1）横坐标、纵坐标求出再求出u气体混合物的平均分子量M为：据公式混合气体密度为：混合气体流量因为冷却水密度冷却水喷淋量为据通用关联图的横坐标：查图（1）乱堆填料泛点线，当横坐标为0.383时纵坐标为0.053即查表乱堆陶瓷拉西环的填料因子，比表面积。冷却水密度校正系数查附录，25时的冷却水的粘度据纵坐标求出（2）二段洗涤塔塔径的计算 已知： 据公式：D塔径=得D塔径=二段洗涤塔径圆整得D塔径=1000mm2校核：。3.2.4二段洗涤塔高度的确
31、定 根据经验得到塔高度H=51000mm=5000mm=500010-3=5m3.2.5二段洗涤塔喷嘴数的确定设上水压力为0.2Mpa,考虑到水垢的阻塞，喷嘴直径d=2.5mm,冷却水量13131.313Kgh 查表及喷水量为280kg/h.由物料衡算数考虑分布及可能的阻塞，取100个3.2.6二段洗涤塔气体进口管径和出口管径的计算（1）二段洗涤塔气体进口管径二段洗涤塔气体进口等于一段管洗涤塔出口管径，则d进=540mm（2）二段洗涤塔气体出口管管径因为易燃易爆气体的在管道中流速范围8m/s；而氢气属于易燃易爆气体；则氢气在管道内的流速取为5m/s由公式U=得则氢气出口管管径圆整为d出=400
32、mm3.3氢气缓冲罐的计算设进入缓冲罐气体流速为6气体的摩尔标准体积为22.4L/mol=22.4m3/kmol以出塔气体为基准：则：则：圆整后的缓冲罐直径 5 D=500mm3.4主要设备一览表表3-1 主要设备一览表序号设备位号设备名称规格数量单位1T-101-1一段洗涤塔Dg1200mm1台2T-101-2二段洗涤塔Dg1000mm1台3P-101循环水输送泵台4C-101罗茨鼓风机台5V-101氢气缓冲罐Dg=500mm1台致谢本设计是在何爱江老师的精心指导下完成的。在此，我向他表示衷心的感谢！在设计中由于自己掌握的知识不够熟悉和自身所学知识的欠缺，遇到了一些问题；但在各位老师和同学的
33、帮助下，我顺利完成了本设计。再次感谢老师与同学们的帮助。谢谢你们。参考文献1 李相彪，俞慧玲主编烧碱生产技术（下册）M.2005年7月2张浩勤、陆美娟主编化工原理新版（上、下册），M.化学工业出版社，2008 年4月 3王振中编化工原理（上册）M.1986年6月第1版4汤善甫、朱思明主编化工设备机械基础，M.华东理工大学出版社，2004年12月5邹安丽、张怀安主编化工机器与设备，M.化学工业出版社，1991年6月第1版6化工设备设计全书编辑委员会，塔设备设计，M.上海科学技术出版社，19887陈声宗主编，化工设计，M.化学工业出版社，20018王德祥，新式氯气处理工艺简介，氯碱工业M.2000年1月第一期