氯气洗涤塔的计算培训课件D.docx
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氯气洗涤塔的计算培训课件D
氯气洗涤塔的计算
1. 本装置采用40×40×4.5的瓷拉西环,堆放形式采用底部整砌上部乱堆,因此采用Eckert通用关联图计算泛点气速及填料层压降,即按气液负荷计算横坐标L/G(γg/γL)1/2,由此值查到图中的泛点线,得到纵坐标μF2Φψ/g(γg/γL)μL0.2,然后求得μF值。
6F1~.d/},V(v!
]5H:
v,Q'T0UμF:
泛点空塔气速 m/s
)p+r-C2C)d)m,Y'B!
L.J。
mg:
重力加速度 m/s2
a/ε3:
干填料因子 m-1
(Y5R:
Q)u(V4}*O-z+Kγg:
气相重度 kg/m3
3z!
e'n%S,@)DγL:
液相重度 kg/m3
4F1?
!
v。
e7E/K*D7jμL:
液相粘度 cp
:
j3F0[9c1N:
}6BL:
液相流量 kg/h
3M1|#]1^$n%A5q!
F*\G:
气相流量 kg/h
6E。
f2k/T3`。
~.N'Tε:
填料空隙率 m3/m3
σL:
液相表面张力 dyn/cm
de:
填料通道的当量直径 m
(j:
y/n8l-f6[。
_2. 现有6万吨/年离子膜氯气洗涤塔
&T-P6R"W:
G%H0J"f8Wg=9.81m/s2,a/ε3=305m-1,γg=1.989kg/m3,γL=995kg/m3,L=88000kg/h,G=γgV,V=4121m3/h,Φ=350m-1,ψ=γ水/γL=1(近似),μL=1cp
则L/G(γg/γL)1/2=[88000/(1.989×4121)](1.989/995)1/2=0.48
#n#~3m'e:
O%f查图:
得纵坐标为:
0.045
则μF2Φψ/g(γg/γL)μL0.2=0.045
μF=[(0.045gγL)/(ΦψγgμL0.2)]1/2=0.79m/s
5G。
Q0F9f%@3n,~空塔气速取:
μ=70%μF=70%×0.79=0.55m/s
则:
初估塔径:
D=[V/(0.785μ)]1/2=1628mm
)s(d6j%w8[/n!
Y*?
根据容器圆整后取:
1700mm
则实际空塔气速为:
V/(0.785D2)=4121/(0.785×1.72×3600)=0.50m/s
3.7万吨/年离子膜氯气洗涤塔
V=4877m3/h,L=100000kg/h,
则L/G(γg/γL)1/2=[100000/(1.989×4877)](1.989/995)1/2=0.46
查图:
得纵坐标为:
0.046
.}6t#g7a2H。
S'h'e4V则μF2Φψ/g(γg/γL)μL0.2=0.046
μF=[(0.046gγL)/(ΦψγgμL0.2)]1/2=0.80m/s
1@5r"d6W,H5D/u6r空塔气速取:
μ=70%μF=70%×0.80=0.56m/s
则:
初估塔径:
D=[V/(0.785μ)]1/2=1755mm
!
V(B"h A$j C U(E7l*B5r根据容器圆整并考虑一定的余量后取:
2000mm
则实际空塔气速为:
V/(0.785D2)=4877/(0.785×22×3600)=0.43m/s
填料层高度同6万吨/年离子膜取:
6m。
3c9b。
L。
x*`*f横坐标:
L/G(γg/γL)1/2=[100000/(1.989×4877)](1.989/995)1/2=0.46
1_#?
$?
Z9e$`4G%e:
@ O%u纵坐标:
μF2Φψ/g(γg/γL)μL0.2=(0.432×350/9.81)×(1.989/995)×1=0.0132
%e-W0f7N!
y&s(T%K查得:
压降ΔP/Z=15mmH2O/m填料则填料层总压降为:
15×6=90mmH2O,即:
900pa。
干燥系统硫酸单耗计算
假设:
电解氯气出口86度
'N1a'S D#^/\3A&w 1.经过钛冷之后温度在15度 2.设氯中含水指标为100PPM 3.设1#干燥塔排出浓度为75% 4.硫酸初始浓度为98% 5.设1千克氯气需要M克硫酸 查表可知此15度时含水为4.3克/千克氯气
/N4_*`5Y7[2M/L){ 计算可的4.2克水分需要由浓硫酸来吸收 可的方程:
MX98%=(M+4.2)X75% M=13.7克 折成1千克100%碱是12.3克所以可知:
吨100%碱消耗硫酸理论为12.3千克可能有部分浪费或者其他原因算10%
"|%p-T5k"H4i*o(['Y.S4F。
M$O3d6_$S9t._则硫酸单耗指标也就在14KG/TNAOH
盐酸解读作计算
目的:
对比不同酸浓的蒸汽消耗
工艺:
采用浓盐酸,连续解读,稀酸和浓酸换热后,用冷却水冷却后去吸收低纯氯化氢。
假设:
解读塔出口气相和进入浓酸平衡,气相冷凝酸为38%盐酸。
常压操作。
32%时,查盐酸溶液的沸点图,沸点80℃,气相含氯化氢92%。
查焓浓度80℃时液相焓75cal/g,气相焓488cal/g。
蒸汽氯化热取539cal/g
$l$j i。
O。
^1I(m每吨氯化氢理论蒸汽耗:
{(1+(1-0.98)*0.38}(488-75)/(0.92*539)=0.839吨
27%时,查查盐酸溶液的沸点图,沸点100℃,气相含氯化氢67%。
查焓浓度100℃时液相焓82cal/g,气相焓530cal/g。
蒸汽氯化热取539cal/g
。
K/^)E-g2W"p每吨氯化氢理论蒸汽耗:
{(1+(1-0.67)*0.38}(530-82)/(0.67*539)=2.12吨
可见蒸汽消耗差很多。
电解
性能保证考核期间,电解槽出口的烧碱日产量(按100%NaOH计)应通过成品烧碱的数量、NaOH浓度和温度进行计算。
该计算值应与以下保证值进行比较:
M烧碱=V阴极液*C烧碱*ρ阴极液*24时/天/t考核
M烧碱 :
烧碱日产率(100%NaOH,吨/天)
V阴极液:
性能保证考核期间电解槽所产生的阴极液总量(m3)
:
P7]#T/K7X.?
'a0IC烧碱:
性能保证考核期间电解槽所产生的阴极液平均NaOH浓度(kg.NaOH/kg)
ρ阴极液:
性能保证考核期间电解槽所产生的阴极液平均密度(kg/m3)
t考核:
性能保证考核时间:
72小时#D O"y0q1~2L$T$H&m (a)性能保证考核期间电解槽产生的阴极液平均NaOH浓度C烧碱
每2小时从烧碱泵出口处取样品,采用中和滴定法分析取其平均值。
:
y(K/M。
o:
e.d"i.w#J (b)性能保证考核期间电解槽生产的阴极液平均密度ρ阴极液 按上述(a)项的烧碱浓度C烧碱和TR—274所指示的碱液温度,在由卖方提供国际通用的烧碱温度—浓度—密度关系图上来求出密度。
(c)性能保证考核期间电解槽生产的阴极液量V阴极液
由设置在成品碱液管道上经校正并由双方认可的积累式流量仪FIQ-274测定,由性能保证考核开始时FIQ-274流量仪所指示的数与性能保证考核结束时指示数之间的差值,求出阴极液量。
9r。
c9T8|-J4f9M#m"l)x3Z:
L9V&N(w)I$z (d)NaCl含量分析按规定的分析方法进行。
+J6n3q。
O9R4F4w/a注:
烧碱电流效率按下述公式计算 η=M烧碱×10³。
÷(1.492×∑Ii×N单元槽i)×24时/天×10²。
(∑上面是N电解槽下面是n-1)
电流效率曲线之间的关系(L9d'l/K3q4F2wη离子膜=η烧碱+η泄漏(0.43%) 6.3.2电解直流电耗 性能考核期间每吨烧碱的电解电耗按下述公式计算并与保证值比较。
&{/`2U*J!
J+L)K){.j直流电解电耗计算公式 Φ平均=N÷M总×24时/天÷t考核 Φ平均 :
平均电解电耗DC-KWH/MT-NaOH N:
性能保证考核期间的电解直流电总耗量DC-KWH M总 :
性能保证考核期间烧碱生产量(按100%NaOH计)吨/天
]%M6f/J5{ ?
t考核 :
性能保证考核(小时)'?
-J1D9a*E*^,N n4N#V在性能保证考核期间,每2小时测定一次供给电解槽的电流和电解槽两端之间的
差值,求得直流电的消耗量。
公式表示如下:
1o6V5I#]&D'v-Q-b/^2E4V N电解槽N次数
N=∑ ∑ (Ei.j×Ii.j)×2(由于版本太低∑头和脚上的符号只能用上下两行表示) i-1 j-1
k+_$j5W9T3l2h3rN:
性能保证考核期间的电解直流电总耗量DC-KWH
-|:
I)V"V$l(U)l H*S(A,c E :
电解槽两端之间的差值(v) I :
单槽电流(DC-kA) N电解槽:
电解槽数(=6)
)R'{-L8R.h7b N次数 :
测量次数(=36)
o(z"I!
X!
}5Y4G7z7A/a6.3.3氯气纯度
&~3S&q。
a:
k
(1) 氯气纯度按下式计算
.K/I'i5x/M)a r5`7aGCL2=VCL2÷(VCL2+VO2+VH2-0.268VN2)×100
G:
氯气纯度(干基,不含CO2) VOL%
VCL2,VO2,VH2,VN2:
规范状态下氯气、氧气、氢气、氮气的体积*x。
^/D7S/U u1D。
r
(2)氯气的分析
。
c$m。
P+Q!
b 用烧碱吸收氯气以取得氯气总量,并将所得数值换算成规范状态。
2z5a+E%c6t#p$Y(3)未吸收气体
7S6U/G"b$w"f5?
。
p,U 将烧碱液未吸收的气体用气相色谱仪分析其O2,N2,H2的相对比率,再与烧碱未吸收气体的容积相乘,算出VO2,VN2,VH2。
4\1Z2D&B i*Y*z/N
6.3.4氢气纯度 氢气纯度按下式计算:
GH2=CH2÷(CH2+CO2-0.268CN2)×100 [#P$U*p$k6Z*L$a GH2:
氢气纯度(%)
CH2,CO2,CN2:
用气相色谱仪分析的分析值(%)
电解槽的物料衡算
一、精盐水规格
NaC1,315g/L,密度=1190kg/m3,精盐水中杂质忽略不计.
&`(M3P%c:
S"E:
g:
h*v+D。
{二、电解液规格
NaOH:
125g/L,NaC1,180g/L,密度=1185kg/m3,电解碱液中由于副反应产生的杂质忽略不计。
三、以生产1吨100%NaOH成品计
-{-M)r3m#T&w2M#B2NaCI + 2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑
4f/p7M6B8F%C2×58﹒5 2×18 2×40 2 71
)t*f.|4j6?
。
I2g+a.T7B+s生产1吨100%NaOH可制得氯气,氢气的重量及消耗氯化钠及水的重量分别为:
%T,b:
K*\){0w5e%Y
电解槽的物料平衡如图所示/u。
u5K6e5L4R*A3E.z"_-、进入电解槽的精制盐水量的计算
进入电解槽的NaCl重量=己转化为NaOH的NaCl重量+未转化的NaCl重量.d H#t4Q:
}$i4d&N
二、输出电解槽的电解碱液计算
'n1L*w&h8o'|4a"u0p电解碱液的体积V2=1000/125=8M3
-M4G1s$[#}$f)j(r-b电解碱液的重量G2=8×1185=9480KG
9K8Z7Q$x&s其中:
NaOH,1000(kg),NaCl:
1440〈kg),H2O:
7040(kg)
"l3W%R/F$E0d%B三、湿氯气的计算
湿氯气中含水量的计算:
根据气体分压定律,湿氯气中氯气和水蒸气的分压应与它们的摩尔数成正比,'`$o'r:
h6\0O,G4f
四、湿氢气的计算
'w7Q*z7J$X湿氢气中含水量的计算:
0\4q:
T。
w9n%Z
因此,离开电槽的湿氢气总重量
*r/l,l,[$_1pG4=25+264.3=289.3㎏
/L&r9O#x!
z6X'W O7J6w电解槽总的物料平衡见表
p0d%|,D。
@-h。
|9^#j 物料平衡表
化盐工序物料平衡计算
以生产1吨100%烧碱为计算基准。
盐水精制方法采用烧碱-纯碱法。
物料平衡公式推导
一、采用符号
二、化盐工序物料平衡:
I7X1F,x)m)x/b。
O7@2Y1w化盐工序物料平衡如图所示
.j+I$l&L'G6i#P9S,F \+q1I"~.R
(1)NaCl的衡算在NaCl的输入计算中,除了原盐和回收盐水外,在盐水精制时还有NaCl生成.6w-I3M%f。
Y%~2\MgCL2+ 2NaOH =Mg(OH)2↓+2NaCl (a)
CaCL + Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl (b)
MgS04+ 2NaOH =Mg(OH)2↓+Na2SO3 (c)
(3〉盐水精制剂的计算
三,计算依据
7g G/n.O&i,~'d。
V〈1〉原盐组成:
C1=95%,C2=0.2%,C3=0.15%,C4=0.2%,C5=0.3%,不溶物=0.65%,C7=3.5%
1a&o3~!
h"S7}1]6u:
d (2〉回收盐水的组成及数量G2=4.8m3/t·100%NaOH, .x,=270g/L,X2=2g/L,X3=913g/L,d1=1.185
〈3〉精制盐水的组成 X4=315g/L,X5=0.3g/L,d2=1.203g/L
5L,e3M"Q D,q+F〈4〉废泥的组成及数量 G7=0.7m3/t100%NaOH X12=log/L, d3=1.02
四,输入
〈1〉原盐消耗量的计算#A(d%s$Q%@+W)/o6c*a1j%l.m:
!
\,y$H6E/\.d/Y#
五,输出
%s8K:
{0i%F。
V }-~#^,o+~(a4z1@2X([)y1S,m2P8T六、补充水量计算
化盐工序物料平衡见表:
+K0v0Y$b*x%e1]-O
扬程计算
泵的扬程计算是选择泵的重要依据,这是由管网系统的安装和操作条件决定的。
计算前应首先绘制流程草图,平、立面布置图,计算出管线的长度、管径及管件型式和数量。
一般管网如下图所示,(更多图例可参考化工工艺设计手册)。
)}!
`9b"Y#M:
\7V"|*GD——排出几何高度,m;
#m&s1t(H#B:
R+A H 取值:
高于泵入口中心线:
为正;低于泵入口中心线:
为负;
S——吸入几何高度,m;
3~。
Y(W6}-X。
\取值:
高于泵入口中心线:
为负;低于泵入口中心线:
为正;
Pd、Ps——容器内操作压力,m液柱(表压);
1j*r7U-q/N6?
取值:
以表压正负为准
)y3M。
d'Z6W#w&z!
JHf1——直管阻力损失,m液柱;
Hf2——管件阻力损失,m液柱;
8E&f$Q3A7V:
S+`Hf3——进出口局部阻力损失,m液柱;
h——泵的扬程,m液柱。
h=D+S+hf1+hf2+h3+Pd-Ps
h=D-S+hf1+hf2+hf3+Pd-Ps
。
l3J%m5_6c0s a B)@'Y9~&B `+nh=D+S+hf1+hf2+hf3+Pd-Ps#{1l9X"?
!
h2m表5-5:
计算式中各参数符号的意义
.R-g'^4m+R2]符号 意义 单位
d 管内径 m
长度 m
。
S#_3]1J0Y0n9AQ 液体的体积流量 m3/s
Re 雷诺准数 -
%X/N!
t#d0](c+C#NT 时间 s
v 液体的流速 m/s
密度 Kg/m3
-g Y-V。
]5W3X&y:
s/B$~"O.P(T(Q#V%r0^粘度 Pa.s
ζ 局部阻力系数 -
&c.D-e.^0o*W:
f)K!
Lε 绝对粗糙度 m
"['K8E(z%v2N'c s&_λ 摩擦因数 -
8]"T1i2G2u0k/{
表5-6:
某些工业管材的ε约值见表1
管道类别 绝对粗糙度ε/mm 管道类别 绝对粗糙度ε/mm
9z。
m7P#_9T+P
金
属
!
v3a3S X.l4i管 无缝黄铜管、钢管、铅管 0.01~0.05 8} \ |'J7h*U非
"G7`'H-s/C!
Q9P金
属
I4a:
c5w6d管 干净玻璃管 0.0015~0.01 新的无缝钢管、镀锌铁管 0.1~0.2 橡皮软管 0.01~0.03
+^+e6D"d0y0_)k4z$o 新的铸铁管 0.3 木管道 0.25~1.25 具有轻度腐蚀的无缝钢管 0.2~0.3 陶土排水管 0.45~6.0
(X。
w7j)W7w-h。
G 具有显著腐蚀的无缝钢管 0.5以上 很好整平的水泥管 0.33 旧的铸铁管 0.85以上 石棉水泥管 0.03~0.8
*u8w%Q-U#h/f注:
摘至《化工原理》科学出版社2001年9月第一版,何潮洪、冯霄主编。
第48页。
*b"Q0p6G8\/{&z&t3@4C:
d3n1A7r4e7e
管网局部阻力计算
(Q'd%d/r7x(n)@,s%G+r工程 计算方法 依据条件 备注
管径
(1) 确定流量、流速
J6i+p。
[&I
(2) 计算管径:
Q=v
(3) 确定管子规格
管道阻力
(1) 计算Re准数
:
B.M7}7Q8`%[6P7U9l*xRe=
:
l6s5|0M$B0O/L。
F+p(a5Q#B2C
(2) 计算直管阻力
+`7H2{*B:
_7_3Y*rhf1=λ 6[#h。
T4n#X)D9r E① 当Re≤2000时为滞流(层流)
λ=
② 当Re≥2000时为湍流 =1.14-2lg
1\"_#u-O(^/]7g#q)C4t1x(3) 管件阻力:
(管件、阀门等)
:
O2M9].F/l#a(u-\!
v。
]0R0~hf2=ζ
(4) 进出口局部阻力
)u*V9A f/Z!
{0Z2r,q。
mhf3=ζ=1.5
突然扩大:
ζ=
突然缩小:
ζ=0.5
由于d1/d2≈0,所以ζ=1+0.5=1.5
&}/M%b#W0w4U:
L4]6g⑸ 管网总阻力
"~。
a*p&q1d!
j!
B"Ohf=hf1+hf2+hf3 液体的密度和粘度
-h$F0a,V3q6L*e6m8F%r
直管长度
/E$q5j。
d'~&B0h-m!
l%y4r,[5X.A4])l8U'G4U:
s/Q:
i%c
液体流量Q,管内径,管件,阀门型式1k)a:
[3K'T&{5y8b扩大或收缩前后管的的尺寸
、:
小管、大管管径 科尔布鲁克(Colebrook)公式试用范围
Re=4×103~108,
ε/d=5×10-2~10-6从水力光滑管到完全粗糙管。
公式中很小,可以忽略,即
=1.14-2lg
$[6`:
v&A。
n某些工业管材的ε约值见表5-6
.{/i7n1\"Y6G/`+\ }
常常用管件局部阻力系数ζ见表5-7。
1I-[.j5y-r,J表5-7:
常用管件和阀件底局部阻力系数ζ值
管件和阀件名称 ζ值
规范弯头 45°,ζ=0.35 90°,ζ=0.75
90°方形弯头 1.3
180°回转头 1.5
x2c0Q._$V%U-h&|5b$k活接管 0.4
9d'o(M5}9g:
i$F(Z1q5m(^弯管 φ
1z%o。
D(L2a!
O*~R/d 30° 45° 60° 75° 90° 105° 120°
!
b-v-t:
t*~)P$D,o.b(y 1.5 0.08 0.11 0.14 0.16 0.175 0.19 0.20
8_$n。
a&U-x#U _4p 2.0 0.07 0.10 0.12 0.14 0.15 0.16 0.17
。
N:
L)_3U&O突然扩大 A1/A2 0 0.1 0.2 0.3
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