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        氯堿生產(chǎn)氯氣干燥工藝研究

        2014-08-15 00:54:11嚴(yán)成武
        科技視界 2014年29期
        關(guān)鍵詞:干燥塔氯水氯堿

        嚴(yán)成武 仲 霞

        (江蘇成達(dá)化工工程設(shè)計(jì)有限公司,江蘇 淮安 223003)

        0 引言

        氯堿工業(yè)作為基礎(chǔ)化工原料,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén),經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已經(jīng)有了較為雄厚的基礎(chǔ)。近年來(lái)在企業(yè)做大做強(qiáng)思想指導(dǎo)下,振興東北老工業(yè)基地及西部開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施及大量下游氯產(chǎn)品民營(yíng)企業(yè)投資氯堿行業(yè),將在國(guó)內(nèi)引起又一次氯堿建設(shè)和發(fā)展高潮。

        由于電解生成的氯氣含有大量的水蒸氣,很容易生產(chǎn)鹽酸和次氯酸。而次氯酸又很不穩(wěn)定,容易分解生成鹽酸和初生態(tài)氧。次氯酸還會(huì)分解:

        HClO→H++ClO-

        次氯酸,次氯酸根,初生態(tài)氧的強(qiáng)烈氧化作用,再加上鹽酸的作用,使?jié)衤葰饩哂休^強(qiáng)的腐蝕性。因此,必須設(shè)法盡量將氯氣的多余水分移去,一般氯中含水在0.04%~0.06%以下,后序耗氯工段一般需要99.9%以上的氯氣,因此,電解出來(lái)的氯氣必須經(jīng)過(guò)干燥以去除雜質(zhì)。

        1 氯氣干燥機(jī)理

        用硫酸來(lái)干燥氯氣,可以理解為傳質(zhì)的單元操作—吸收過(guò)程(其中也伴隨著傳熱過(guò)程)。氯氣中的水蒸氣和硫酸一定條件下接觸,而使水蒸氣溶解于硫酸中的操作稱(chēng)為吸收操作,能溶解于硫酸中的水蒸氣稱(chēng)為吸收質(zhì),所用的硫酸稱(chēng)為吸收劑,不能溶解的氯氣叫做惰性氣體。

        吸收過(guò)程主要是被吸收的水從氣相—氯氣中的水蒸氣轉(zhuǎn)移到液相—硫酸中去的擴(kuò)散過(guò)程,也稱(chēng)為傳質(zhì)過(guò)程。硫酸對(duì)水分的吸收不伴有顯著的化學(xué)反應(yīng),可以看作為單純的物理過(guò)程。

        氯氣的冷卻:

        根據(jù)對(duì)氯氣冷卻的方式不同,可分為直接冷卻,間接冷卻和氯水循環(huán)冷卻三種流程。

        1)直接冷卻流程

        從電解槽出來(lái)的濕氯氣通過(guò)耐腐蝕管道輸?shù)铰葰馓幚淼墓ば?,沿途散熱降溫,進(jìn)冷卻塔時(shí)約80℃左右冷卻塔內(nèi)。氯氣自下而上與由上往下的冷卻水直接噴淋接觸,將氯氣冷卻到20℃左右,由頂部導(dǎo)出。由于氯氣微溶于水,所以從冷卻塔排出的污水中含有氯氣。

        2)間接冷卻流程

        從電解來(lái)的濕氯氣進(jìn)入鈦(或玻璃)冷卻器,與冷卻水進(jìn)行熱交換后,氯氣被冷卻到15~20℃。在水溫較高的情況下,為了獲得較低溫度的氯氣,可以采用兩段冷卻。第一段用生產(chǎn)上水將氯氣冷卻至40℃左右;第二段用5~10℃的冷凍水將氯氣冷卻到15℃左右。

        3)氯水循環(huán)冷卻流程

        這種流程是氯水用水直接冷卻,冷卻后的氯水進(jìn)入氯水槽經(jīng)間接冷卻后,在系統(tǒng)里循環(huán)使用。定期排出的氯水去脫氯塔脫氯后排往下水道。此流程具有前兩種流程優(yōu)點(diǎn):冷卻效率高,操作費(fèi)用于大大低于直接冷卻法,而稍高于間接冷卻法,投資比前者高而稍低于后者。

        4)閉路循環(huán)氯水直接冷卻流程

        這是目前最常用的方案,濕氯氣在第一冷卻塔內(nèi)溫室的氯水噴淋,使氯氣溫度冷卻至40℃左右,在進(jìn)入第二冷卻塔,在冷凍的氯水噴淋冷卻,使氯氣繼續(xù)冷卻至10℃左右。第二冷卻塔塔底的部分氯水,由泵進(jìn)入熱交換器,經(jīng)冷凍鹽水冷卻后循環(huán)使用,多余的氯水則進(jìn)入第一冷卻塔的底部,第一冷卻內(nèi)的氯水,經(jīng)泵送至熱交換器經(jīng)工業(yè)上水冷卻后循環(huán)使用,多余氯水則溢出另行處理。

        2 氯氣干燥工藝

        在濕氯氣經(jīng)過(guò)冷卻除沫之后,氣流中所含的水蒸汽含量已經(jīng)減少到不足2%。依據(jù)“先冷卻、后干燥”的工藝原理,干燥脫水是氯氣處理的主要單元操作,也是氯氣處理工藝成功的關(guān)鍵。干燥脫水采用成熟的 H2O—H2SO4系統(tǒng)的氣體吸收傳質(zhì)操作方式,是采用氣、液相在一個(gè)或若干個(gè)容器中,氣相所含的水蒸汽與不同濃度的硫酸溶液互相接觸,來(lái)完成氣相中的水蒸汽被硫酸所吸收的脫水任務(wù)。干燥脫水后,氣相最終的含水分量往往取決于最后一個(gè)接觸容器中硫酸液面上的水蒸汽分壓,就是說(shuō)取決于進(jìn)入最后一個(gè)傳質(zhì)吸收容器的干燥劑硫酸的濃度和溫度,才能使氯氣中含水分量達(dá)到工藝要求。經(jīng)過(guò)干燥脫水氯氣中的最終含水分0.01%以下。

        縱觀干燥脫水流程,大致可以分成兩大類(lèi),即以填料塔為主的多臺(tái)干燥塔串接流程和強(qiáng)化型的板式塔流程。下面詳細(xì)介紹這兩類(lèi)流程:

        2.1 強(qiáng)化型板式塔流程

        強(qiáng)化型的板式塔完全克服了傳統(tǒng)泡沫塔的缺點(diǎn),使其在先進(jìn)的干燥脫水技術(shù)中占據(jù)一席之地。強(qiáng)化型的板式塔(下稱(chēng)“強(qiáng)化塔”)與填料塔的容積之比為1∶12~20,兩者的體積相差甚大;而氣流的“空塔速度”卻是填料塔的1倍左右,在填料塔中需要48秒鐘完成的干燥操作,在強(qiáng)化塔內(nèi)只需數(shù)秒鐘即可完成,這就是強(qiáng)化塔的優(yōu)點(diǎn)。另外,在強(qiáng)制硫酸干燥的循環(huán)上加大了力度:由傳統(tǒng)的硫酸“小液流”改成“大液流”、由硫酸自上而下“內(nèi)溢流”改成硫酸的“外溢流”、由硫酸上進(jìn)下出不循環(huán)改為上下兩段硫酸大循環(huán)、由傳統(tǒng)的“小液氣比”改成“大液氣比”、由傳統(tǒng)的絕熱干燥吸收改為等溫干燥吸收。

        2.2 多臺(tái)干燥塔串接

        常見(jiàn)的多臺(tái)干燥塔串接流程,一般有數(shù)臺(tái)填料干燥塔串接流程或填料塔與板式塔的組合型雙塔流程。

        三臺(tái)或四臺(tái)填料塔串聯(lián)在一起對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水,應(yīng)該說(shuō)冷卻后的濕氯氣分別經(jīng)歷多臺(tái)填料塔的不同濃度硫酸溶液的傳質(zhì)吸收,出填料塔組合的氯氣含水分可以降低到15ppm以下。而不同濃度的硫酸重復(fù)在前一個(gè)塔中循環(huán)使用,因此硫酸的單耗十分低。

        采取填料塔與板式塔雙塔組合對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水,其優(yōu)點(diǎn)在于:操作互補(bǔ)性強(qiáng),充分發(fā)揮這兩種不同類(lèi)型的干燥設(shè)備優(yōu)點(diǎn)。操作平穩(wěn),氯氣處理量大;尤其適用于大流量氯氣進(jìn)行干燥脫水的要求。

        采取填料干燥塔組對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水,其優(yōu)點(diǎn)在于:操作平穩(wěn)簡(jiǎn)單、操作彈性較大、生產(chǎn)管理方便;對(duì)于氣相流量并沒(méi)有要求,尤其適用于低流量的氯氣進(jìn)行干燥作業(yè),其干燥效果不隨氣體流量負(fù)荷的變化而變化。這樣就特別適應(yīng)電解負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)(西部地區(qū))、頻繁實(shí)施開(kāi)停車(chē)作業(yè)的要求。

        2.2.1 填料塔特點(diǎn)

        填料塔為連續(xù)接觸式的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔與板式塔相比,不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且具有生產(chǎn)能力大、分離效率高、持液量小、操作彈性大、壓強(qiáng)降低等特點(diǎn)。通過(guò)填料材質(zhì)的選擇,可處理腐蝕性的物料。尤其對(duì)于壓強(qiáng)降較低的真空精餾操作,填料塔更顯示出其優(yōu)越性。但是,填料塔的造價(jià)通常高于板式塔,對(duì)于含有懸浮物的料液,易聚合的物系則不能適用。而且對(duì)于有側(cè)線出料的場(chǎng)合等也不大適宜。

        2.2.2 填料選擇

        在填料塔內(nèi),氣體由填料間的空隙流過(guò),液體在填料表面形成的液膜并沿填料間的空隙而下流。氣、液兩相間的傳質(zhì)過(guò)程在潤(rùn)濕的填料表面上進(jìn)行。因此,填料塔的生產(chǎn)能力和傳質(zhì)速率均與填料特性密切相關(guān)。

        填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)通量、效率及壓降三要素來(lái)衡量。表示填料性能的幾何參數(shù)有以下三項(xiàng):(1)比表面積;(2)空隙率;(3)填料因子。

        在選擇填料時(shí),一般要求比表面積及空隙率要大,填料的潤(rùn)濕性能好,單位體積填料的質(zhì)量輕,造價(jià)低,并有足夠的力學(xué)強(qiáng)度。填料的種類(lèi)很多,大致可分為實(shí)體填料與網(wǎng)體填料兩大類(lèi)。實(shí)體填料有環(huán)形填料和鞍形填料以及柵板、波紋板填料。網(wǎng)體填料主要是由金屬絲網(wǎng)制成的各種填料。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本文對(duì)氯氣干燥機(jī)理與工藝做了分析,由于多臺(tái)干燥塔串接流程具有操作平穩(wěn)簡(jiǎn)單、操作彈性較大、生產(chǎn)管理方便;對(duì)于氣相流量并沒(méi)有要求,尤其適用于低流量的氯氣進(jìn)行干燥作業(yè),其干燥效果不隨氣體流量負(fù)荷的變化而變化等特點(diǎn),因此采用此法的較多。

        [1]王新龍.氯堿生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展建議[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù).

        [2]李福明.氯氣泡沫干燥塔設(shè)計(jì)中值得注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].氯堿工業(yè),1995(9).

        [3]王景春,吳懷聚.國(guó)產(chǎn)氯氣小透平機(jī)的應(yīng)用[J].中國(guó)氯堿,2003(12).

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