畢業(yè)設(shè)計---6萬噸隔膜法制燒堿中氫氣的處理工序初步設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計（論文）題目： 6萬噸/年隔膜法制燒堿氫氣處理工序裝置的設(shè)計 </p><p>　　1．畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容及基本要求</p><p>　　a、設(shè)計方案簡介：包括對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡要的論述。</p><

2、;p>　　b、主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算：包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　c、典型輔助設(shè)備的選型和計算：包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計算和設(shè)備型號規(guī)格的選定。</p><p>　　d、工藝流程簡圖：以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主要設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測量點。</p><p>

3、;　　e、主要設(shè)備工藝條件圖：包括設(shè)備的主要工藝尺寸、技術(shù)特性表和接管表。</p><p>　　f、編寫設(shè)計說明書：包括設(shè)計任務(wù)書、目錄、設(shè)計方案簡介與評述、工藝設(shè)計及計算、主要設(shè)備設(shè)計、設(shè)計結(jié)果匯總表、參考資料等內(nèi)容，并附工藝流程圖和主要設(shè)備結(jié)構(gòu)總裝圖。</p><p>　　2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明</p><p><b>　　a、氯堿工藝<

4、;/b></p><p>　　b、化工原理課程設(shè)計</p><p><b>　　c、物性手冊</b></p><p>　　d、常用化工單元設(shè)備的設(shè)計</p><p><b>　　e、化學(xué)工程手冊</b></p><p>　　f、化工工藝設(shè)計手冊</p>&

5、lt;p><b>　　3．進(jìn)度安排</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 總論1</b></p><p><b>　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.1.2氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地

6、位1</p><p>　　1.1.3氫氣處理的任務(wù)和方法2</p><p>　　1.2氫氣處理工藝流程確定2</p><p>　　2 工藝計算3</p><p>　　2.1氫氣處理工藝流程3</p><p><b>　　2.2計算依據(jù)3</b></p><p&g

7、t;<b>　　2.3工藝計算4</b></p><p>　　2.3.1電解飽和食鹽水4</p><p>　　2.3.2鹽水氫氣熱交換器4</p><p>　　2.3.3洗滌冷卻塔7</p><p>　　3 主要設(shè)備設(shè)計及選型10</p><p>　　3.1鹽水氫氣熱交換器10&l

8、t;/p><p>　　3.1.1相關(guān)物性數(shù)據(jù)：10</p><p>　　3.1.2平均密度，比熱容，黏度，導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　3.1.3設(shè)計計算11</p><p>　　3.1.4總傳熱系數(shù)的校核17</p><p>　　3.1.5核算壓強降21</p><p>　　3.1.6換熱

9、器附件24</p><p>　　3.2水洗滌冷卻塔25</p><p>　　3.3氫氣輸送設(shè)備31</p><p>　　3.4水輸送泵31</p><p>　　3.5液封循環(huán)水池32</p><p>　　3.6氫氣緩沖罐32</p><p>　　4 設(shè)計評述34</p&g

10、t;<p>　　5 參考文獻(xiàn)34</p><p><b>　　6 致謝35</b></p><p><b>　　7 附圖36</b></p><p><b>　　1 總論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b

11、></p><p><b>　　1.1.1氫氣</b></p><p>　　氫氣H2,分子量2.016，在常溫下為無色，無味，無臭的可燃?xì)怏w；密度在0℃；760mmHg時為0.08987g/l，沸點為-252.7℃；結(jié)晶溫度是-259.1℃；對空氣之比重是0.0695；在水中溶解度很小，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溶于水中之氫氣體積為0.0215。而在鎳、鈀和鉑內(nèi)的溶解度很大，1

12、體積能解幾百體積氫。</p><p>　　氫氣是最輕的氣體，最常見的用途是充填氫氣球和氫氣飛艇。其實氫氣是重要的化工原料。如：氫氣和氮氣在高溫、高壓、催化劑存在下可直接合成氨氣，目前，全世界生產(chǎn)的氫氣約有2/3用于合成氨工業(yè)。在石油工業(yè)上許多工藝過程需用氫氣，如加氫裂化，加氫精制、加氫脫硫、催化加氫等。氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫，用水吸收得到重要的化工原料鹽酸。氫氣在氧氣中燃燒的火焰氫氧焰可達(dá)3000℃高溫，可用

13、于熔融和切割金屬。氫氣和一氧化碳的合成氣，凈化后經(jīng)加壓和催化可以合成甲醇。在食品工業(yè)上，氫氣用于動植物油脂的硬化，制人造奶油和脆化奶油等。在冶金工業(yè)中，利用氫氣的還原性提煉貴重金屬。氫氣還可以提供防止氧化的還原氣氛。氫氣除用于合成氯化氫制取鹽酸和聚氯乙烯外，還用于煉鎢、生產(chǎn)多晶硅以及有機化合物的加氫等。</p><p>　　隨著新技術(shù)的發(fā)展，氫氣的應(yīng)用將更為廣泛和重要。氫氣是最理想的無污染燃料，液氫還有希望成為動

14、力火箭的推進(jìn)劑。</p><p>　　1.1.2氯堿工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位</p><p>　　近年來，氯堿工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步體現(xiàn)在鹽水精制、電解過程、固堿生產(chǎn)、氯氫處理、自動控制等生產(chǎn)全過程，新技術(shù)的應(yīng)用推動著氯堿工業(yè)不斷發(fā)展。</p><p>　　燒堿是主要的化工原料之一，它廣泛用于國民經(jīng)濟個部門，如果用于紡織印染工業(yè)，處理棉麻，蠶絲，化學(xué)纖維等；用于造紙工業(yè)，處理

15、木材等纖維；用于肥皂工業(yè)，進(jìn)行油脂皂化等；還有作精煉油及金屬鉛，作干燥劑或作化工生產(chǎn)的原料及醫(yī)藥工業(yè)等方面的用途。燒堿分為液體燒堿和固體燒堿，燒堿的化學(xué)性質(zhì)很活潑，能與酸強烈反應(yīng)生成鹽和水，并放出大量熱，燒堿的腐蝕性很強，特別在高濃度和高溫時，對鋼鐵有嚴(yán)重腐蝕作用。固堿一般為白色固體。暴露在空氣中易吸收水分而潮解，濕潤固堿對生物有侵蝕作用。固堿易溶于水，并產(chǎn)生大量的熱，亦能溶于醇類，但不溶于丙酮。由于它吸水性強，可用作干燥劑。</

16、p><p>　　食鹽電解聯(lián)產(chǎn)的燒堿、氯氣、氫氣，在國民經(jīng)濟的所有部門均很需要，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，有輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本化工原料的“三酸二堿”中，鹽酸燒堿就占了其中兩種，而且氫氣還可進(jìn)一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及到國民經(jīng)濟及人民生活的各個領(lǐng)域。</p><p>　　1.1.3氫氣處理的任務(wù)和方法</p>

17、;<p>　　從電解槽出來的氫氣,其溫度稍低于電解槽槽溫,并含有飽和水蒸汽,同時還帶有鹽和堿的霧沫.所以在生產(chǎn)過程中應(yīng)進(jìn)行冷卻和洗滌,冷卻后的氫氣有氫氣壓縮機壓縮到一定壓力后經(jīng)氫氣分配站送到氫氣柜及用氫部門。</p><p>　　1.2氫氣處理工藝流程確定</p><p>　　電解槽陰極出來的90℃氫氣，含有水蒸汽，鹽，堿霧沫，少量氯氣等其他雜質(zhì)，一般采用間接和直接法除去，達(dá)

18、到要求。鑒于本次設(shè)計中部充分考慮熱綜合利用，故采用直接法工藝，以簡化流程和投資。</p><p>　　其選擇流程為電解來的氫氣經(jīng)過氣體緩沖罐后，進(jìn)入鹽水氫氣熱交換器，預(yù)熱鹽水，熱量回收后，鹽水溫度上升10℃，去電解槽電解。這樣既節(jié)約氫氣冷卻所需耗用的水量，有減少了鹽水提高到進(jìn)電解槽溫度所需的蒸汽消耗。</p><p>　　由鹽水氫氣熱交換器出來的氫氣（約50℃）進(jìn)入洗滌填料塔，經(jīng)洗滌冷卻至

19、冷卻至30℃，氫氣中大部分固體雜質(zhì)及蒸汽冷凝水被冷卻水帶走排入熱水池，而氫氣則從塔頂出來進(jìn)入羅茨鼓風(fēng)機（氫氣壓縮機），抽送至用戶。</p><p>　　公用系統(tǒng)來自工業(yè)水，經(jīng)與氫氣換熱后進(jìn)入水池，再用泵抽吸返回公用系統(tǒng)制冷后，再次循環(huán)使用。既節(jié)約用水又避免工業(yè)上水帶入大量鈣鎂與氫氣帶來的堿反應(yīng)，使生成的氫氧化鈣和氫氧化鎂沉淀堵塞填料。</p><p><b>　　2 工藝計算

20、</b></p><p>　　2.1氫氣處理工藝流程</p><p>　　氫氣處理工藝流程圖見下，據(jù)此進(jìn)行物料衡算和熱量衡算：</p><p>　　圖2-1 氫氣處理工藝流程圖</p><p>　　電解來的氫氣經(jīng)過氣體緩沖罐后，進(jìn)入鹽水氫氣熱交換器，預(yù)熱鹽水，熱量回收后，鹽水溫度上升10℃，去電解槽電解。這樣既節(jié)約氫氣冷卻所需耗用

21、的水量，有減少了鹽水提高到進(jìn)電解槽溫度所需的蒸汽消耗。</p><p>　　由鹽水氫氣熱交換器出來的氫氣（約50℃）進(jìn)入洗滌填料塔，經(jīng)洗滌冷卻至冷卻至30℃，氫氣中大部分固體雜質(zhì)及蒸汽冷凝水被冷卻水帶走排入熱水池，而氫氣則從塔頂出來進(jìn)入羅茨鼓風(fēng)機（氫氣壓縮機），抽送至用戶。</p><p><b>　　2.2計算依據(jù)</b></p><p>&

22、lt;b>　　1．計算基準(zhǔn)</b></p><p>　　以1000kg 100%NaOH產(chǎn)氫量做計算基準(zhǔn)</p><p><b>　　2．操作壓力</b></p><p>　　一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1 atm=101.33 kpa）</p><p><b>　　3．操作溫度</b><

23、;/p><p>　　管道 鹽水氫氣熱交換器 洗滌冷卻器 用氫部門</p><p>　　90 80 50 30</p><p><b>　　4．氫氣純度</b></p><p><b>　　大于等于9

24、8%</b></p><p><b>　　5．年操作時間</b></p><p>　　330天=30024小時=7928小時</p><p><b>　　6．年產(chǎn)量</b></p><p>　　6萬噸燒堿100%產(chǎn)氫</p><p><b>　　7．相關(guān)

25、物性數(shù)據(jù) </b></p><p>　　表2-1 不同溫度下的物料的物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　2.3工藝計算</b></p><p>　　2.3.1電解飽和食鹽水</p><p>　　電解槽中的電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)</p><p><b>　　陽極反應(yīng)：</

26、b></p><p><b>　　陰極反應(yīng)：</b></p><p>　　2.3.2鹽水氫氣熱交換器</p><p><b>　　1．計算依據(jù)</b></p><p>　?。?）濕氫氣從電解槽陰極出來，溫度稍低于電解槽溫度，大致為90，在管道中輸送至本工段時，由于管道的熱損失，溫度大致為80。

27、</p><p>　?。?）設(shè)鹽水溫度 2030</p><p>　　濕氫氣溫度 8050</p><p>　?。?）假定出口壓力為 100.34 Kpa</p><p><b>　　忽略在水中的溶解。</b></p><p><b>　　2．物料衡算 &

28、lt;/b></p><p>　?。?）設(shè)換熱器中濕氫氣冷凝水量為 L，</p><p>　　由道爾頓分壓定律列出方程：</p><p>　　解得： =172.80 Kg</p><p><b>　　則出塔氣體組成</b></p><p>　　氫氣： 12.5 kmol （

29、25kg）</p><p>　　水汽： 1.79 kmol （205-172.80=32.20kg）</p><p>　　不凝氣體：0.255 kmol (7.39kg) （不凝氣體以空氣的物性數(shù)據(jù)來計算）</p><p><b>　?。?）物料衡算表</b></p><p>　　a．以100

30、0kg100%NaOH產(chǎn)氫作為計算標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　表2-2 鹽水氫氣熱交換器物料衡算表</p><p><b>　　b.總物料衡算</b></p><p>　　以年產(chǎn)量6萬噸燒堿100%產(chǎn)氫作為計算基準(zhǔn)</p><p>　　表2-3 鹽水氫氣熱交換器總物料衡算表</p><p><

31、;b>　　3. 熱量衡算</b></p><p>　?。?） 入換熱器濕氫氣帶入熱量：</p><p>　　氫氣： =mCp=25×14.456×80=28912 kJ</p><p>　　不凝氣體： =mCp=7.39×1.009×80=597 KJ</p><p>　　水

32、蒸氣： =m=205×2642.3=541672 KJ</p><p>　?。?） 出換熱器濕氫氣帶出熱量：</p><p>　　氫氣： = mCp=25×14.427×50=18034 KJ</p><p>　　空氣： = mCp=7.39×1.005×50=371 KJ</p><p

33、>　　水蒸氣： = m=32.20×2587.4=83314 KJ</p><p>　　冷凝水： = m=172.80×209.30=36167 KJ</p><p>　　（3） 鹽水帶出熱量：</p><p>　　設(shè)鹽水量為 kg,溫度20℃，出塔溫度為30℃，</p><p>　?。ù他}水溫度以春季鹽水溫度作

34、為計算基準(zhǔn)）</p><p>　　查《氯堿工藝學(xué)》【1】得：</p><p>　　20℃ 30℃</p><p>　　Cp （KJ/Kg·K） 3.42 3.45</p><p>　　進(jìn)口鹽水：=×3.42×20=68.4</p><

35、;p>　　出口鹽水：=×3.45×30=103.5</p><p>　　（4） 忽略熱損失：</p><p><b>　　則 = </b></p><p>　　∴ +++ = ++++</p><p>　　28912+597+541672+68.4=18034+371+83314+3616

36、7+103.5</p><p>　　∴=12344.58 kg </p><p>　　即：進(jìn)入系統(tǒng)水量為： 12344.58 kg ,</p><p>　　出系統(tǒng)冷卻水量為：12344.58 kg</p><p>　　冷卻水帶入熱量：=×3.42×20=68.4=68.4×12344.58=844369 kJ

37、</p><p>　　冷卻水帶出熱量：=×3.45×30=103.5=103.5×12344.58=1277364 kJ</p><p><b>　?。?） 熱量衡算表</b></p><p>　　表2-4 鹽水氫氣熱交換器熱量衡算表</p><p>　　2.3.3洗滌冷卻塔</p&

38、gt;<p><b>　　1．計算依據(jù)</b></p><p>　?。?） 電解氫氣從鹽水氫氣換熱器中出來，達(dá)到系統(tǒng)要求溫度，進(jìn)入本工段氫氣溫度為50℃，經(jīng)本工段洗滌冷卻溫度從50℃降至30℃。</p><p>　?。?）設(shè)鹽水溫度 2530</p><p>　　濕氫氣溫度 5030</p>&

39、lt;p>　　（3）假定出口壓力為98.2474 kPa</p><p><b>　　氫氣純度98%</b></p><p><b>　　忽略在水中的溶解</b></p><p><b>　　2．物料衡算</b></p><p>　?。?）洗滌冷卻塔濕氫氣出口溫度為30℃

40、，則冷凝水量為,</p><p>　　同理，由道爾頓分壓定律列出方程：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　解得：=21.83 kg</p><p><b>　　則出塔氣體組成：</b></p><p>　　氫氣： 12.5 kmol

41、 (25kg)</p><p>　　不凝氣體： 0.255 kmol (7.39kg) </p><p>　　水蒸汽： 0.576 kmol (32.20-22.83=10.37kg)</p><p>　　冷凝水： 1.213 kmol （21.83kg）</p><p>　?。?） 出塔氣體中氫的含量：

42、</p><p><b>　　93.76%</b></p><p>　　干氣體中氫的百分?jǐn)?shù)：</p><p><b>　　98%</b></p><p><b>　?。?） 物料衡算表</b></p><p>　　a.以1000kg100%NaOH產(chǎn)氫作

43、為計算標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　表2-5 洗滌冷卻塔物料衡算表</p><p><b>　　b.總物料衡算</b></p><p>　　以年產(chǎn)量6萬噸燒堿100%產(chǎn)氫作為計算標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　表2-6 洗滌冷卻塔總物料衡算表</p><p><b>　　3．熱量衡算 <

44、/b></p><p>　　（1）濕氫氣進(jìn)口熱量：</p><p>　　忽略管道熱損失，與上一工段出口熱量相同</p><p><b>　　故</b></p><p>　　氫氣： ==18034 kJ</p><p>　　不凝氣體： ==371 kJ</p><p&g

45、t;　　水蒸氣：==83314 kJ</p><p>　?。?）濕氫氣出口熱量</p><p>　　氫氣： = mCp=25×14.375×30=10781 KJ</p><p>　　空氣： = mCp=7.39×1.005×30=223 KJ</p><p>　　水蒸氣： = m=10.37

46、×2549.3=26436 KJ</p><p>　?。?） 冷卻水帶出熱量</p><p>　　設(shè)進(jìn)入系統(tǒng)冷卻水量為 kg ,溫度25℃，出塔溫度30℃，</p><p>　　則 出塔水量 +=+21.83 kg</p><p>　　入塔水帶入熱量： = m=104.795</p><p>

47、　　出塔水帶出熱量： = m=125.69（+21.83）</p><p><b>　?。?） 忽略熱損失</b></p><p><b>　　則Q進(jìn)=Q出</b></p><p>　　∴ +++=+++</p><p>　　18034+371+83314+104.795=10781+223+

48、26436+125.69（+21.83）</p><p>　　解得：=2944.96 kg</p><p>　　故入塔冷卻水量 2944.96 kg ,</p><p>　　出塔冷卻水量為： 2944.96+21.83=2966.79 kg</p><p>　　入塔冷卻水帶入熱量：=104.795=2944.96×104.79

49、5=308617 kJ</p><p>　　出塔冷卻水帶出熱量：=125.69（+21.83）=2966.79=372896 kJ</p><p><b>　?。?）熱量衡算表</b></p><p>　　表2-7 洗滌冷卻塔熱量衡算表</p><p>　　3 主要設(shè)備設(shè)計及選型</p><

50、p>　　3.1鹽水氫氣熱交換器</p><p>　　3.1.1相關(guān)物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　熱流體定性溫度： ==65</p><p>　　冷流體定性溫度： ==25</p><p>　　表3-1 定性溫度下相關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　3.1.2平均密度，比熱容，黏度，導(dǎo)熱系數(shù)</p>

51、<p>　?。?）進(jìn)口總摩爾量：</p><p>　　=++=12.5+0.255+11.37kmol=24.125kmol</p><p>　　（2）出口總摩爾量：</p><p>　　=++=12.5+0.255+1.79kmol=14.545kmol</p><p><b>　　故</b></p&

52、gt;<p>　　==0.518 ==0.859</p><p>　　==0.010 ==0.018</p><p>　　==0.472 ==0.123</p><p><b>　?。?）平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　===0.68<

53、/b></p><p><b>　　===0.014</b></p><p><b>　　===0.2975</b></p><p><b>　　（4）平均密度</b></p><p>　　==0.6885×0.0698+0.014×1.0445+0.

54、1611×0.2975=0.1106 kg/</p><p><b>　?。?）比熱容</b></p><p>　　==0.6885×14.38+0.014×1.075+0.2975×1.895=10.47944 kJ/kgk</p><p><b>　　（6）黏度</b></

55、p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=65.2991 Pas</p><p><b>　?。?）導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>　　=</b></p>

56、<p><b>　　=</b></p><p>　　=0.021375 w/(m℃)</p><p><b>　　3.1.3設(shè)計計算</b></p><p><b>　?。?）計算依據(jù)：</b></p><p>　　由《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》[3]中查知，鹽水氫氣換熱

57、器的總傳熱系數(shù)范圍在200—500 kcal/(m2??h?℃)，即233—582 w/(m2?℃)</p><p>　　（2） 類型選擇：查《換熱器設(shè)計》【5】</p><p>　　a,目前換熱器有三種規(guī)格：固定管板式，浮頭式，U形管</p><p>　　其中，固定管板式，金屬耗量低，造價低，適用與冷熱流體溫差低于60℃，殼體內(nèi)壓強不高，可利用膨脹節(jié)進(jìn)行溫差。&l

58、t;/p><p>　　本工段選用固定管板式</p><p><b>　　b,流體路徑</b></p><p>　　本工段是鹽水預(yù)熱器，使能量回收，鹽水在進(jìn)入本工段時已經(jīng)精制，不易產(chǎn)生污垢，而且熱流體中飽和水蒸氣有相變，為便于及時排除冷凝水</p><p><b>　　故選</b></p>

59、<p><b>　　濕氫氣—管程</b></p><p><b>　　精鹽水—殼程</b></p><p><b>　?。?）熱負(fù)荷</b></p><p><b>　　Q= (-)</b></p><p><b>　　因為 存在相變&

60、lt;/b></p><p><b>　　Q= (-)+r</b></p><p>　　=245.1310.49744(80-50)/3600+1551.46(2587.4-209.34)/3600</p><p>　　=1046.40 kw</p><p>　?。?）假設(shè)k=480 w/(m2?℃)</p&

61、gt;<p>　　則 估算的傳熱面積為</p><p>　　S=Q/KΔtm (3-1)</p><p>　　其中，Q——換熱器熱負(fù)荷，W</p><p>　　K——總傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)</p><p>　　Δtm——對數(shù)平均溫差，℃.</p>

62、<p><b>　　==1.67</b></p><p>　　由于 1.67 ＜ 2</p><p><b>　　所以 ===40℃</b></p><p><b>　　R===3</b></p><p><b>　　P===0.167</b&g

63、t;</p><p>　　圖3-2 對數(shù)平均溫度差校正系數(shù)值</p><p><b>　　溫度差校正系數(shù) </b></p><p><b>　　＝×</b></p><p><b>　　=0.966</b></p><p>　　由于 =0.96

64、6＞0.8 ， 可見單管程單殼程適合。所以</p><p><b>　　平均溫度差</b></p><p>　　==0.966×40=38.65℃</p><p><b>　　則由式（3-1）有</b></p><p>　　S0 =1046400/(480×38.65)</

65、p><p><b>　　=56.434㎡</b></p><p>　　考慮15％的面積裕度，則所需傳熱面積為：</p><p>　　S =1.15 S0</p><p>　　=1.15×56.434</p><p><b>　　=64.85㎡</b></p>

66、<p>　　查《化工原理》【4】附錄可知傳熱面積符合要求。</p><p>　?。?）選用Φ25×2.5㎜，3m長的鋼管， </p><p>　　所需管數(shù)N= (3-2)</p><p>　　其中， A0——傳熱面積，㎡</p><p><b&

67、gt;　　——換熱管外徑，m</b></p><p>　　l——換熱管長度，m 。</p><p><b>　　N =</b></p><p><b>　　=245根</b></p><p>　?。?）管子的排列方式及管子與管板的連接方式的選定</p><p>　

68、　管子的排列方式，采用正三角形排列，因為對于相同殼徑，管徑和管間距的換熱器，正三角形排列大約可多15%的傳熱面積。因此，此設(shè)計選用正三角形排列。由于其在一定的管板面積上可配置較多的管子，而且管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大；管子與管板的連接，采用焊接法</p><p>　?。?）計算外殼內(nèi)直徑</p><p>　　管子中心距 t=1.25=1.25×25

69、=32mm</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù) =1.1=1.1=17.22</p><p>　　取整 =18根</p><p>　　按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸圓整。取 D=600mm</p><p><b>　　因為</b></p>

70、<p>　　==5 在4~6的范圍內(nèi)，管長徑合適</p><p>　　（8）折流板直徑、數(shù)量機器有關(guān)尺寸確定</p><p>　　選取折流板與殼體見的間隙為 3.5mm</p><p><b>　　折流板的直徑</b></p><p>　　=600-2×3.5=593 mm</p&

71、gt;<p><b>　　切去弓形高度</b></p><p>　　h=0.25D=0.25×600=150 mm</p><p><b>　　折流板數(shù)量</b></p><p>　　=-1 （3-4）</p><p

72、><b>　　其中 </b></p><p>　　——折流板數(shù)量，塊；</p><p>　　——折流板間距，mm；</p><p>　　L——管子長度，mm；</p><p>　　折流板間距 =300mm，那么</p><p><b>　　=-1=8.67</b>&l

73、t;/p><p>　　取整得 =9 塊</p><p><b>　　實際折流板間距為</b></p><p><b>　　==290mm</b></p><p>　　（9）拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定</p><p>　　選用Φ12 mm鋼拉桿

74、，數(shù)量6條。定距管采用與換熱器相同的管子，即 Φ 25 mm×2.5 mm鋼管。</p><p>　?。?0）溫度補償圈的選用</p><p>　　由于=65-25=40℃ ＜ 50℃</p><p>　　所以 不用考慮設(shè)置溫度補償圈</p><p><b>　　（11）換熱器參數(shù)</b><

75、/p><p>　　表3-2 換熱器結(jié)構(gòu)基本參數(shù)</p><p>　　（12）換熱器重要構(gòu)件尺寸與接管尺寸的確定</p><p>　　換熱器的重要構(gòu)件有封頭，筒體法蘭，管板，筒體，折流板，支座等</p><p>　　。接管有：流體進(jìn)出口接管，排氣管，排液管等。</p><p>　　① 筒體(殼體)壁厚的確定</p&

76、gt;<p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　選取設(shè)計壓力P=0.6Mpa，殼體材料為Q235，查得其相應(yīng)的許用應(yīng)力[]=113Mpa；焊縫系數(shù)=0.65，腐蝕裕度C=3+0.5=3.5mm，所以</p><p>　　=mm </p

77、><p>　　根據(jù)鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)，取厚度為6mm鋼板，即=6mm</p><p>　?、?封頭，筒體法蘭，管板均有標(biāo)準(zhǔn)可選用，具體結(jié)構(gòu)尺寸查看本工段換熱器附件表。</p><p>　?、?流體進(jìn)出口直徑的計算</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　其中， d——接管

78、直徑，m；</p><p>　　Vs ——質(zhì)量流量，kg/；</p><p>　　u ——流速，m/s；</p><p>　　濕氫氣進(jìn)出口接管，取=25 m/s，那么 </p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.058</b&

79、gt;</p><p>　　經(jīng)圓整后取Φ57 mm×3.5mm熱扎無縫鋼管（GB8163-87），實際濕氫氣進(jìn)出口管內(nèi)流速為</p><p>　　==25.78 m/s</p><p>　　鹽水進(jìn)出口接管，取=1.5 m/s，那么</p><p><b>　　==0.05 m</b></p>&l

80、t;p>　　經(jīng)圓整后取Φ50mm×3.5mm熱扎無縫鋼管（GB8163-87），實際濕氫氣進(jìn)出口</p><p><b>　　流速為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=1.559m/s</b></p><p>　　3

81、.1.4總傳熱系數(shù)的校核</p><p>　　＝+ Rso++ Rsi+ （3-7）</p><p>　?。?）管程傳熱系數(shù)的計算</p><p><b>　　混合氣體的傳熱系數(shù)</b></p><p>　　用西德爾和塔特關(guān)聯(lián)式</p><p><b>　　（3

82、-8）</b></p><p>　　其中， λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·℃)，</p><p><b>　　——管子內(nèi)徑，m；</b></p><p>　　——流體黏度，Pa·S</p><p>　　Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次，</p><p>　　Pr—

83、—普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無因次。</p><p>　　L——管子長度，m；</p><p>　　a.管程流體流通截面積 </p><p>　?。?（3-9）</p><p>　?。?.14/4×0.022×245/1</p><p

84、><b>　?。?.07693㎡</b></p><p>　　其中，——管子內(nèi)徑，m；</p><p><b>　　——殼程數(shù)；</b></p><p>　　N——管子數(shù)量，根；</p><p>　　b.管程流體流速 </p><p>　　ui=Vs/

85、 （3-10）</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?。?.47 m/s</b></p><p>　　其中，Vs——流體在殼體的體積流量，m3/h。</p><p><b>　　c.雷諾數(shù) <

86、/b></p><p>　　Rei＝ （3-11）</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?。?7.08 （層流）</p><p>　　其中， ——流體在殼程的流速，m/s，</p><p>　　

87、——流體平均密度，kg/m3，</p><p>　　——流體平均粘度，pa·s。</p><p><b>　　d.普蘭特數(shù)</b></p><p>　　Pr= （3-12）</p><p><b>　　＝</b>&l

88、t;/p><p><b>　　＝320.4</b></p><p>　　其中，Cpm——流體平均比熱，kJ/(kg·℃)；</p><p>　　——流體平均導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m℃)</p><p>　　本工段條件下，管徑較小，流體黏度較大，自然對流影響可忽略</p><p>　　因為是氣體，粘

89、度校正1 ，則由式（3-8），得：</p><p><b>　　=7.032</b></p><p><b>　　水蒸氣相變傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　其中， r ——飽和水蒸氣的汽化熱，KJ/Kg；</p&

90、gt;<p>　　——冷凝液的密度，kg/</p><p>　　——冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m℃)；</p><p>　　——冷凝液的黏度，Pas</p><p>　　——水蒸氣的飽和溫度和壁面溫度之差，℃</p><p>　　L——管子長度，m；</p><p>　　由《化工原理》【4】查得在80℃下飽

91、和水蒸氣的汽化熱為2343.3 KJ/Kg。</p><p>　　取壁面溫度為25 ℃ ，則 </p><p>　　定性溫度==52.5℃</p><p>　　由附錄查得在52.5℃下水的物性為</p><p>　　= 0.509 Pas</p><p>　　=0.6507 w/(m℃)<

92、/p><p>　　= 986.8 kg/</p><p>　　水蒸氣在垂直圓管內(nèi)冷凝的傳熱系數(shù)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=5893.71</b></p><p><b>　　管程總傳熱系數(shù)</b></p&g

93、t;<p><b>　　= （+） +</b></p><p>　　=（0.6885+0.014）14.48+0.29755893.71</p><p><b>　　=1168.55</b></p><p>　?。?）殼程傳熱系數(shù)的計算</p><p><b>　　用克恩法計

94、算</b></p><p>　　αo＝0.36（）Re0.55Pr1/3（）0.14 (3-14)</p><p>　　其中，λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·℃)，</p><p>　　de——公稱直徑，m，</p><p>　　Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次，</p><p

95、>　　Pr——普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無因次。</p><p><b>　　a.當(dāng)量直徑：</b></p><p>　　de＝ (3-15)</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?。?.02038 m</p>&l

96、t;p>　　其中， t——管間距，m，</p><p>　　do——換熱管外徑，m</p><p>　　b.殼程流通截面積 </p><p>　　A ＝hD(1-) </p><p>　?。?.15×0.6（1－0.01905/0.024）</

97、p><p><b>　?。?.0197 ㎡</b></p><p>　　其中，h——折流板間距，m，</p><p>　　D——殼體公稱直徑，m，</p><p>　　c.殼程流體流速 </p><p>　　uo＝Vs/A

98、 </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　＝0.147 m/s</p><p><b>　　d.雷諾數(shù)</b></p><p>　　Reo＝ </p><p><b>

99、;　　＝</b></p><p><b>　?。?805</b></p><p><b>　　e.普蘭特數(shù)</b></p><p>　　Pr＝ </p><p><b>　?。?lt;/b><

100、/p><p><b>　?。?0.637</b></p><p>　　因為液體被加熱，所以粘度校正1.05，則由式（3-14）得：</p><p>　　αo＝0.36（）Re0.55Pr1/3（）0.14</p><p>　　=0.36（）18050.5510.6371/31.05</p><p>　

101、?。?369.95 W/(m2·℃)</p><p>　　（3）污垢熱阻和管壁熱阻</p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻：Rso＝1.7197×10-4 m2·℃/W</p><p>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Rsi＝2.1269×10-4 m2·℃/W</p><p>　　附錄13查得，碳剛在該

102、條件下的導(dǎo)熱系數(shù)為50.08W/（m2·℃），即</p><p>　　=50.08 W/（m2·℃）</p><p><b>　?。?）總傳熱系數(shù)</b></p><p>　?。? Rso++ Rsi+ </p><p>　　=+ 1.7197×10-4++ 2

103、.1269×10-4+</p><p>　?。?7.73610-4</p><p>　　則 K=563.83 W/(m2?℃)</p><p>　　由前面的計算可知，選用的換熱器的總傳熱系數(shù)為 480 W/(m2?℃)，在規(guī)定的流動條件下，計算出的K值為563.83 W/(m2?℃)</p><p>　

104、　==1.175 在1.15~1.25之間 </p><p>　　故： 所選換熱器適用</p><p>　　3.1.5核算壓強降</p><p><b>　?。?）管程壓強降</b></p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNpNs (3-16)&l

105、t;/p><p>　　其中， ΔP1，ΔP2——分別為直徑及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，pa</p><p>　　Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，取1.4，</p><p><b>　　Np——管程數(shù)，</b></p><p>　　Ns——串連的殼程數(shù)。</p><p>　　a.管程流體流通截面

106、積 </p><p>　?。?</p><p>　?。?.14/4×0.022×245/1</p><p><b>　?。?.07693㎡</b></p><p>　　b.管程流體流速 </p><

107、;p>　　ui=Vs/ </p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?。?.47m/s</b></p><p><b>　　c.雷諾數(shù) </b></p><p>　　Re

108、i＝ </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?。?7.07 （層流）</p><p><b>　　因為是層流，所以</b></p><p><b>　　λ===2.65</b><

109、/p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　=2.65××</b></p><p><b>　　=609Pa</b></p><p><b>　　因為沒有彎管，即</b></p><p>　　

110、則由式（3-16）得：</p><p><b>　　Pa</b></p><p>　?。?）.殼程壓強降：</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　其中，ΔP1‘——流體橫過管束的壓降，pa</p><p>　　ΔP2‘——流體流過折流板缺口的壓

111、強降，pa</p><p>　　Fs——殼程壓強降的結(jié)垢正因數(shù)，無因次，取1.15</p><p>　　Ns——串連殼程數(shù)。</p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　其中，F(xiàn)——管子排列方式對壓強降的校正因數(shù)</p><p>　　fo——殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re&g

112、t;500，f=5.0Re-0.228</p><p>　　Nc——橫過管束中心線的管子數(shù)</p><p><b>　　NB——折流擋板數(shù)</b></p><p>　　管子為三角形排列，F(xiàn)=0.5，NB=9，</p><p>　　Nc=1.1=1.1=18，</p><p>　　a.殼程流通截面積

113、 </p><p>　　A ＝hD(1-) </p><p>　　＝0.15×0.6（1－0.01905/0.024）</p><p><b>　?。?.0197 ㎡</b></p><p>　　b.殼程流體流速 </p

114、><p>　　uo＝Vs/A </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　＝0.147m/s</b></p><p><b>　　c.雷諾數(shù)</b></p><

115、;p>　　Reo＝ </p><p><b>　　＝</b></p><p>　?。?807 > 500</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　=0.18<

116、/b></p><p>　　由式（3-18），得：</p><p><b>　　=207Pa</b></p><p>　　=9×（3.5－）×</p><p><b>　　=346Pa</b></p><p>　　所以 ∑ΔPo=

117、（346+609）×1.15</p><p>　　=1098.25Pa</p><p>　　殼程和管程的壓力降幾乎都能滿足要求。</p><p>　　3.1.6換熱器附件</p><p>　　選用Dg800的標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計參考</p><p><b>　?。?）管板</b></p&g

118、t;<p><b>　　表3-3 管板 </b></p><p><b>　　殼程接管法蘭</b></p><p><b>　　表3-4 接管法蘭</b></p><p><b>　?。?）管程接管法蘭</b></p><p><b&g

119、t;　　表3-5 接管法蘭</b></p><p><b>　?。?）封頭</b></p><p>　　表3-6 橢圓封頭</p><p><b>　　3.2水洗滌冷卻塔</b></p><p><b>　　1．填料塔</b></p><p&g

120、t;　　填料塔也是—種應(yīng)用頗為廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，塔體為圓筒形．簡內(nèi)充填一定高度的填料。液體自塔頂經(jīng)分布器均勻噴灑于塔截面上。沿填料表面下流，與自塔底上升的氣而呈逆流連續(xù)接觸，進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的作用。</p><p>　　與板式塔相比，其結(jié)構(gòu)簡單，阻力小，填料易</p><p>　　于用耐腐蝕材料制造。特別適用于處理量小或有</p><p>　　

121、腐蝕性的物料，或要求壓力降小的傳質(zhì)系統(tǒng)。</p><p>　　填料塔在操作上與板式塔相比，其特點是氣</p><p>　　液接觸是連續(xù)進(jìn)行的；氣液接觸面積是由填料提</p><p>　　供的，這些特點決定了填料塔所特有的結(jié)構(gòu)及操</p><p><b>　　性能。</b></p><p>　　圖3

122、-3 填料塔總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　塑料填料質(zhì)輕，具有良好的韌性，耐沖擊，不易破碎。它的通量大、壓降低，而且耐腐蝕性能較好。填料塔流程的操作平穩(wěn)，彈性較大，特別是本工段剛開車時氫氣的氣流量小，它幾乎同滿負(fù)荷操作一樣能達(dá)到對水分的要求指標(biāo)。</p><p>　　綜上優(yōu)點，本工段選取塑料鮑爾環(huán)25×25×1.2（亂堆），材質(zhì)為聚丙烯（PP）。殼體材料為聚氯乙烯玻璃鋼（

123、PVC+FRP），濕填料因子285 m-1。</p><p><b>　　2．進(jìn)出口數(shù)據(jù)：</b></p><p>　?。?）濕氫氣進(jìn)口質(zhì)量流量： ==189.203 kg/h</p><p>　　濕氫氣出口質(zhì)量流量： ==189.203kg/h</p><p>　　冷卻水進(jìn)口質(zhì)量流量： ==22287.79kg/h&l

124、t;/p><p>　　冷卻水出口質(zhì)量流量： ==22453.06kg/h</p><p>　?。?）進(jìn)口濕氫氣總摩爾流量：==110.08 kmol/h</p><p>　　體積 =22.4×110.08×=2946.19/h</p><p>　　出口濕氫氣總摩爾流量：==102.28kmol/h&

125、lt;/p><p>　　體積 =22.4×102.28×=2622.62 /h</p><p>　　濕氫氣平均體積 =/h</p><p>　　冷卻水平均體積 ==22.43/h</p><p><b>　　3．塔徑D</b></p><p

126、><b>　　（1）泛點氣速</b></p><p>　　50濕氫氣的密度： =0.17 kg/</p><p>　　清水的密度： =996.95 kg/</p><p>　　則 ==0.59</p><p>　　由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖中的亂堆填料泛點線查出，橫坐標(biāo)

127、為0.595時的縱坐標(biāo)熟知為0.038。即：</p><p><b>　　=0.038</b></p><p>　　圖3-4 ?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖</p><p>　　查表得知，25mm×25mm×1.2mm塑料鮑爾環(huán)（亂堆）的填料因子=285 ；又因為液相為清水，故液體密度校正系數(shù)=1；水的黏度=1 mPa.s。</p&

128、gt;<p><b>　　泛點氣速為</b></p><p>　　== =2.77 m/s (3-19)</p><p><b>　　塔徑</b></p><p>　　取空塔氣速為泛點氣速的60%，即</p><p>　　u=0.6=0.6×2.77=1.66 m

129、/s</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　（3-20）</b></p><p>　　其中， D ——塔徑，m；</p><p>　　Vs ——體積流量，/h；</p><p>　　u ——流速，m/s；</p><

130、;p><b>　　D=0.771m</b></p><p>　　圓整塔徑 D=0.80 m。再計算空塔氣速，即</p><p>　　==1.54 m/s</p><p><b>　　核算塔徑</b></p><p>　　泛點率 = ×100% =55.60% 在50~8

131、0% 之間 符合要求</p><p>　　因為填料為25mm×25mm×1.2mm，塔徑與填料尺寸之比大于8，</p><p>　　按下式計算 </p><p><b>　?。?-21） </b></p><p>　　其中， ——最小噴淋密度，/（?s）<

132、;/p><p>　　——最小潤濕速率，/（?s）</p><p>　　——填料的比表面積，/</p><p>　　因為 填料尺寸小于75mm，所以查表（3-6）得</p><p>　　=0.08 /（?h） =213 /</p><p>　　則 =0.08×213=17.04 /

133、（?h）</p><p>　　操作條件下的噴淋密度為</p><p>　　=90.65 /（?h） ＞ </p><p>　　經(jīng)核算，選用塔徑0.8 m 符號要求。</p><p><b>　　4．填料層高度Z</b></p><p>　　對于吸收操作，用傳質(zhì)單元法計算填料層高度。設(shè)吸收率=95%

134、，平衡關(guān)系為Y=10.2X。即，m=10.2。填料層的體積傳質(zhì)系數(shù) 250 kmol/?h）</p><p>　　濕氫氣中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為</p><p><b>　　==0.123</b></p><p><b>　　氣體摩爾流量</b></p><p>　　=97.49 kmol/h</

135、p><p><b>　　液體摩爾流量</b></p><p>　　=1236.75kmol/h</p><p><b>　　=0.5024</b></p><p><b>　　S===0.81</b></p><p><b>　　清水吸收，<

136、/b></p><p>　　則 =95.36/250×0.5204=0.76</p><p><b>　　㏑㏑</b></p><p><b>　　=8.04</b></p><p>　　所以 Z==0.76×8.04=6.11 m</p>&

137、lt;p>　　實際填料層高度 =1.3×6.11=7.94 m</p><p>　　由于 ＞ = 6m ，故填料塔分兩段，每段4m。</p><p><b>　　5．填料層的壓強降</b></p><p>　　縱坐標(biāo) ==0.011</p><p>　　橫坐標(biāo) =0.5

138、95</p><p>　　根據(jù)以上二數(shù)值在圖中確定塔的操作點，此點位于=100 Pa/m與=150 Pa/m兩條等壓線之間，用內(nèi)插法估值可以求得每米填料層的壓強降約為145Pa/m。則</p><p>　　=10×145=1450 Pa</p><p>　　即填料塔的總壓強降為 1450 Pa</p><p>　　冷卻塔進(jìn)出口壓降=