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摘 要

：本设计讨论了氯碱工业中氯气处理工艺，通过老工艺与新工艺(双冷却塔与双硫酸干燥塔串联)的大概比较，得出新工艺在工业化生产中具有塔压差小，设备结构紧凑，占地面积小等等优点；并据此新工艺以年生产规模150kt纯NaOH为基础计算出生产的氯气的量，以产出的氯气在双冷却塔中的物料和能量衡算与氯气在双硫酸塔中的物料衡算等等数据为基础计算求得在此工艺中所采用的主要设备的数量、型号等等必要的数据，为工业上工艺的改进做参考。

关键词：氯气，处理，工业，设备

Abstract: The chlorine treatment process in chlor-alkali industry was discussed in the paper. Through the comparision between the old process and new technology (dual cooling tower and two-sulfuric acid drying tower series), the new process is better. According to the new technology and based on the scale of production 150 kt pure NaOH, the material and energy balance were caculated. Meanwhile on the basis of datas, major equipments used in this process were selected.

Keywords: chlorine, treatment, industry, equipment

目 录

1 前言 3

1.1 氯气的各种性质 3

1.2 氯气的工业用途 3

1.3 氯气处理的任务 3

1.4 氯气处理的工艺流程简介 4

2 氯气工艺计算 5

2.1 氯气处理工艺流程 5

2.2 计算依据 5

2.3 工艺计算 6

2.3.1 第一钛冷却器 6

2.3.2 第二钛冷却器 8

2.3.3 硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔） 10

2.3.4 硫酸干燥塔Ⅱ（填料塔） 11

3. 主要设备设计及选型 12

3.1 第一钛冷却器设计方案 12

3.2 第一钛冷却器的核算 13

3.2.1 热量核算 13

3.2.2 流体的流动阻力 14

3.3 第二钛冷却器的设计方案 15

3.4 第二钛冷却器的核算 15

3.4.1 热量核算 15

3.4.2 流体的流动阻力 16

3.5 硫酸干燥塔Ⅰ（填料塔） 17

3.5.1 填料的选择 17

3.5.2 填料塔工艺尺寸的计算 17

3.6 硫酸干燥塔Ⅱ（填料塔） 19

3.6.1 填料的选择（同硫酸干燥塔Ⅰ） 19

3.6.2 填料塔工艺尺寸的计算 19

3.7 除沫器的设计方案 20

4 主要设备一览表 20

设计评述 21

参 考 文 献 22

致 谢 23

1 前言

1.1 氯气的各种性质

氯气CI₂，分子量70.906，氯气常温常压下为黄绿色气体，经压缩可液化为金黄色液态氯，是氯碱工业的主要产品，具有毒性，并伴有刺激性气味，密度比空气大，熔沸点较低，易溶于水能溶于有机溶剂，压力为101.325kpa，温度在-34.6℃时易液化，如果将温度继续冷却到-101℃时，液氯凝固成固态氯。一体积水在常温下可溶解2体积氯气。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。在第一次世界大战期间，氯作为化学武器。战后氯产品作为民用产品，可将苯先氯化后水解制苯酚，广泛用来消毒和杀菌。第二次世界大战后，由于聚氯乙烯以及氯化烷烃等有机氯溶剂的生产，氯气主要用作生产有机化合物的原料，而作为无机氯化物如盐酸、漂白粉等原料的比例逐渐减少。当今，有机化合物用氯量已占耗氯总量的60％～70％。

1.2 氯气的工业用途

物质的用途与其性质紧密关联，性质决定用途。用于消毒——溶于水生成的HClO具有强氧化性；制盐酸——与H₂反应生成HCl；制漂白粉——与Ca(OH)₂反应；制多种农药；制氯仿等有机溶剂；制塑料等。

1.3 氯气处理的任务

从电解槽出来的湿氯气^[1]，温度约为90℃，为水蒸气所饱和，并伴有大量水蒸气及盐雾等杂质。这种湿氯气具有强烈的腐蚀性，不仅对普通钢铁，而且对大多数金属材料腐蚀均很强，只有某些特殊的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。一般采用金属钛，聚氯乙烯，酚醛树脂，化学陶瓷，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是很小的，所以湿氯气的干燥时生产是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气被冷凝除去，然后用硫酸进一步除去水分。输送氯气一般采用聚氯乙烯，化学陶瓷，玻璃，法奥里特等制成的设备管道，或者在设备内衬橡胶，耐酸瓷砖等。

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，要求氯气的氯含量超过99.6%，水分含量不超过0.05%，因此必须严格控制氯气中的含水分。在工业上因为浓硫酸具有以下性质:（1）不与氯气发生化学反应；（2）氯气在硫酸中溶解度小；（3）浓硫酸有强烈吸水性；（4）硫酸价廉易得；（5）浓硫酸对钢铁设备没有腐蚀性；（6）硫酸用后可以在回收利用，浓硫酸具有的这些性质使得它成为一种较为理想的氯气干燥剂，因此工业上均采用浓硫酸来干燥氯气。

用硫酸干燥湿氯气时应该掌握一下几点：（1）硫酸的浓度；（2）硫酸的温度；（3）硫酸的接触面积和接触时间。因为当温度一定时，硫酸浓度越高其水蒸气分压越低；当硫酸浓度一定时，温度降低，则水蒸气分压也降低。也就是说硫酸的浓度越高、温度越低，硫酸的干燥能力越强，即干燥后氯气的含水量越低。但是如果硫酸的浓度太低的话，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，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。硫酸浓度84%时，它的结晶温度为8℃，所以在工业生产中一般将H₂SO₄的温度控制在不低于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。

1.4 氯气处理的工艺流程简介

1、氯气处理的工艺

根据氯气处理的任务氯气处理的工艺流程大体包括氯的冷却；氯气的干燥脱水；氯气的净化和压缩等几个部分^[2,3]。

（1）氯气的冷却

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