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氯碱生产过程中氯气干燥技术探讨

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  [摘要]氯碱工业是基础化工产业,氯碱是基础性化工原料。在氯碱生产过程中,伴随的电解产生的大量氯气,往往会含有大量的水蒸汽,也就是湿氯气。氯气干燥是氯碱生产的重要工段,本文围绕氯气干燥技术作用原理,对常用氯气直接、间接、循环冷却工艺流程进行了分析,重点对强化型板式塔流程、多台干燥塔串接流程进行了论述,以期为氯气干燥工艺选择提供技术参考。
  [关键词]氯碱生产 氯气干燥技术 探讨
  氯碱工业是基础化工产业,氯碱是基础性化工原料。氯碱化工产品被广泛应用于国民经济各个领域。随着氯碱化工产业的发展,氯碱工业基础更加雄厚,并得到了长足进步。在氯碱生产过程中,伴随的电解产生的大量氯气,往往会含有大量的水蒸汽,也就是湿氯气。这些湿氯气具有很强的腐蚀性作用。原因在于含有大量水蒸气的氯气,很容易产生盐酸和次氯酸。由于次氯酸的性质很不稳定,它比较容易通过分解生成盐酸和初生态氧。因初生态氧具有强烈的氧化作用,再加上盐酸的作用,从而使得湿氯气具有特别强的腐蚀性。所以在氯碱生产的过程中,需要把这一部分水分去掉,也就是对湿氯气进行干燥脱水,保证氯气含水量控制在0.04%~0.06%以内,以符合氯碱生产过程中对氯气的技术与生产要求。
  1氯气干燥技术作用原理
  在对湿氯气进行干燥脱水技术应用过程中,常用的一般是硫酸作为干燥剂或称为吸收剂,其作用原因就是让硫酸吸收氯气中含有的水蒸汽。在一定的条件下,氯气中含有的水蒸汽可以溶解于硫酸之中,这一过程中,并没有明显的化学反应,可以认为是一个物理操作过程,也就是说干燥技术实质上是一种吸收操作技术,而非化学反应技术。
  2常用氯气冷却工艺流程
  通常情况下,根据氯气先冷却后干燥的技术要求,所采用工艺技术首先是氯气的冷却。关于氯气的冷却一般包括直接、间接和循环冷却三种工艺流程。
  直接冷却工艺流程:通过电解产生的含有水蒸汽的氯气,通过散热降温过程,到达冷却塔时的温度大约控制80℃左右,然后通过对氯气自下而上和自下而上的冷却水降温,使氯气的温度降至20℃左右,然后再收冷却塔的顶部导出。在这一过程中,含有水蒸汽的氯气在通过具有防腐蚀管道进行冷却的过程中,利用低温水的喷淋直接使得氯气温度降低。
  间接冷却工艺流程:这种工艺是对电解产生的含有水蒸汽的氯气进行间接电交换,从而使得氯气温度降低,一般最终会降至15℃左右。间接冷却一般分为两段,第一段通过热交换,使氯气温度降至40℃左右;第二段再利用冷冻水进行热交换,使氯气降至15℃左右。进行热交换采用的热交换器或称为冷却器,这种冷却器一般采用玻璃或钛容器。其特点不是耐腐蚀。
  循环冷却工艺流程:循环冷却具有直接与间接两种工艺流程的优点,这个过程冷却效率高,成本费用低。循环冷却工艺采用的是对氯气进行直接冷却后,再进行氯水槽间接冷却,这一过程可以循环往复。
  闭路循环氯水直接冷却工艺流程:目前采用最多也是最常用的冷却工艺流程是闭路循环氯水直接冷却工艺。也就是湿氯气通过第一冷却塔内温室的氯水喷淋,把氯气的温度降至大约40℃左右,然而再进入第个冷却塔内,再经过冷冻的氯水喷淋冷却,使氯气的温度降至10℃左右。第二冷却塔塔底的部分氯水,由泵进入热交换器,经冷冻盐水冷却后循环使用,多余的氯水则进入第一冷却塔的底部,第一冷却内的氯水,经泵送至热交换器经工业上水冷却后循环使用,多余氯水则溢出另行处理。
  3氯气干燥工艺技术
  通过对湿氯气进行冷却工艺流程进行冷却后,使其温度降至干燥技术的要求,此时氯气中水蒸汽的含量大约为2%以内。按照先冷却处理再进行干燥的要求,进行干燥脱水是氯气处理的主要技术,也是决定氯气处理质量的关键阶段。通常采用H2O-H2SO4系统进行水蒸汽吸收过程处理,最终将氯气的水分控制在0.01%以下。在干燥脱水流程中主要有兩种类型,一种是多台干燥塔串接流程,一种是强化型的板式塔流程。
  3.1强化型板式塔流程
  强化型的板式塔流程有效避免了泡沫塔的缺点,其优点是时间短,一般情况下,与填料塔相比,在强化型板式塔所需要的时间只需要几秒钟,而普通填料塔则需要近50秒的时间,所以其时间优势非常明显,不仅如此,强化型的板式塔采用的是大液流,而且是外溢流,循环的力度进一步加大,属于等温吸收,不同于传统的绝热干燥。
  3.2多台干燥塔串接流程
  多台干燥塔串接流程采用的是串联的方式,一般有数台填料干燥塔进行串接流程,或填料塔与板式塔的组合型双塔流程。由于通过串联的方式,也是经过了多个填料塔的水蒸汽吸收干燥处理,对硫酸的消耗较低。
  3.2.1填料塔特点
  填料塔为连续接触式的气、液传质设备。填料塔与板式塔相比,不仅结构简单,而且具有生产能力大、分离效率高、持液量小、操作弹性大、压强降低等特点。通过填料材质的选择,可处理腐蚀性的物料。尤其对于压强降较低的真空精馏操作,填料塔更显示出其优越性。但是,填料塔的造价通常高于板式塔,对于含有悬浮物的料液,易聚合的物系则不能适用。而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。
  3.2.2填料选择
  在填料塔内,气体由填料间的空隙流过,液体在填料表面形成的液膜并沿填料间的空隙而下流。气、液两相间的传质过程在润湿的填料表面上进行。因此,填料塔的生产能力和传质速率均与填料特性密切相关。
  填料性能的优劣通常根据通量、效率及压降三要素来衡量。表示填料性能的几何参数有以下三项:(1)比表面积;(2)空隙率;(3)填料因子。
  在选择填料时,一般要求比表面积及空隙率要大,填料的润湿性能好,单位体积填料的质量轻,造价低,并有足够的力学强度。填料的种类很多,大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料有环形填料和鞍形填料以及栅板、波纹板填料。网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料。
  4结语
  本文围绕氯气干燥技术作用原理,对常用氯气直接、间接、循环冷却工艺流程进行了分析,重点对强化型板式塔流程、多台干燥塔串接流程进行了论述,其中,多台干燥塔串接流程采用较多,主要是操作简单,管理便捷,符合技术操作要求,具有良好的干燥效果。
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