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氯气一盐水换热器的设计及效益分析点击：2039 日期：[ 2014-04-26 22:21:40 ] |
| 氯气一盐水换热器的设计及效益分析 张 寅 周 卫 孟文进 (北京化二股份有限公司，北京100022) 【关键词】氯气显热；盐水预热；列管换热器；降低汽耗 【摘要】介绍了利用来自隔膜法电解装置的氯气的显热预热盐水的工艺改进措施，具体阐述了氯气一盐水换热器的设计方案，工艺改进后节约蒸汽费用97万元／a。 【中图分类号】TQ114．15 【文献标识码】B 【文章编号】1008—133X(2006)09—0039—02 北京化二股份有限公司(以下简称“北化二”)隔膜法电解装置由108个“D30一II型”电解槽组成，生产能力为6万t／a。按工艺指标要求，隔膜电解入槽盐水的温度应在75—85℃ ，而从盐水工段来的精盐水温度为50(冬季)一60℃(夏季)，以前入槽盐水用蒸汽直接预热，一般月耗蒸汽为1 200(夏)一2 500 t(冬)，直接影响隔膜碱的生产成本。充分利用从电解槽出来的气体的显热，可以提高入槽盐水温度，节约蒸汽，降低成本。曾有人提出利用出电解槽的氢气显热来提高入槽盐水温度，北化二技术人员经过分析认为，其安全性较差。因为从电解槽出来的氢气呈微正压状态，在与盐水进行换热时，一旦换热器内漏，氢气就会跟随盐水进入电解槽，在电解槽阳极室与氯气混合，有发生爆炸的危险。于是选择了利用氯气显热来提高入槽盐水的温度。 1 新工艺流程设计方案 原设计让精盐水先经过氯气预热，再用蒸汽补充加热，以达到人槽盐水的温度要求。但受原有管道走向及设备位置的影响，氯气一盐水换热器只能放到蒸汽一盐水换热器的后面。氯气一盐水换热器设计为钛列管式换热器，在钛列管式换热器中精盐水低进高出走壳程，湿氯气高进低出走管程，精盐水与湿氯气逆流换热，湿氯气冷却在70℃ 以下，精盐水温度提高6℃ 以上。 2 方案设计条件 2．1 换热条件 此项目设计的氯气一盐水换热器由419根25．8 的钛管组成，钛管长3 019 mm。|s：1T×0．025 8×3．019=102．5 (m )2．2 操作条件操作条件为：氯气出电解槽温度92℃ ，与盐水换热后氯气温度70℃ ，精盐水入换热器温度为67 ℃ ，精盐水出换热器温度为75℃ 。 2．3 相关计算 已知入槽精盐水流量为75 m ／h，精盐水比热c=3．26 kJ／(kg·℃)，密度P=1 195 kg／m ，则计算如下。 (1)传热温度 At2=92—75=17(℃)，Atl=70—67=3(℃ )，At =(△￡2一△￡。)／ln(At2／At1)=8．07(℃) (2)精盐水预热所需能量 Q=m ·c·At=P·V·c·At=1 195 X 75 X3．26×8=2．34×10。(kJ／h)=6．5×10 (J／s) (3)操作条件下需要的换热面积 取经验值850 W／(m ·℃)，S =Q／(KAt )= 6．5×10 ÷(850×8．07)=94．76(m )。因为S>S ，从设计方案上看完全满足生产操作条件。 3 设计方案的改进 氯气一盐水换热器投入生产使用后，带来了新的问题。氯气通过换热器后，经过冷却，在换热器出口产生1．2～1．8 m ／h的氯水。开始时想把氯水打到离子膜脱氯岗位进行脱氯处理，这样得经过几百米氯水管；而且由于氯水的凝固点高，在氯水管外还得加电伴热，须增加投资。经分析认为，可以将氯水直接加至入槽盐水中。因为氯气从盐水中逸出的过程中，盐水会溶解一部分氯气，而盐水饱和氯气量是一定的，氯水加入到盐水中就减少了氯气被盐水溶解的量，这样既可以提高氯气产量，又可以解决氯水处理所发生的费用问题。于是增加了氯水罐和氯水泵，氯水罐为 2 000×1 000，材质为PVC+FRP，氯水泵型号为40FSB，流量为10 m ／h。在操作中，须把氯水平稳地加至入槽盐水中。具体工艺流程如图1。 4 项目的经济效益 4．1 节约蒸汽费用 使用氯气一盐水换热器后，非常有效地节省了蒸汽用量，可节约蒸汽0．87 t／h左右。节约蒸汽用量计算如下。 (1)精盐水流量为75 m ／h，密度为1 195kg／m ，比热为3．39 kJ／(kg·cC)。 (2)精盐水被92℃ 湿氯气加热，温度升高8～10℃ ，冬天时温升小些，所以全年平均取At=6℃ 。 (3)蒸汽压力为0．4 MPa时，其潜热r=2 113kJ／kg。 (4)回收热量：Q=c·m ·At=3．39×75×1 195×6=1．82×10 (kJ／h)，折算成蒸汽为：1．82×10 ÷2 113=0．87(t／h)。 (5)节约蒸汽：0．87×8 000=6 960(t／a)。蒸汽按140元／t计算，全年可节约蒸汽费用97万元，效益可观。 4．2 节约冷却水及硫酸用量 该项目大大降低了氯气干燥时冷却水用量，湿氯气经钛冷却器冷却后，出口湿氯气温度容易达标，大大减少了浓硫酸的消耗，降低了氯中含水量。 4．3 节约氯水处理费用 如果氯水送到脱氯岗位进行脱氯处理，则要增加相应的保温、输送及处理费用。按此设计，既可以提高氯气产量，又可以避免氯水处理所发生的费用问题。 5 结 语 该项目于2003年初投入至今，运行稳定，投资少，效益大，很值得推广。由于此项技术改造是在原有工艺基础上进行的，受原有管道走向及设备位置的影响，氯气一盐水换热器放到蒸汽一盐水换热器的后面，预热程序不是很理想。如果有条件，精盐水应先经过氯气换热器预热，再用蒸汽换热器进行补充加热。这样更有利于控制入槽盐水的温度，还可以更好地节约蒸汽。在能源日益紧张的今天，充分合理的利用能源是我们永恒的追求。 【编辑：董红果] |
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