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淮阴工学院设计说明书 第21页 共30页
40℃ 34.59kJ/(kmol·℃) 水蒸气热焓 40℃ 2569kJ/kg 不凝性气体比热 （空气计） 80℃ 1.007kJ/(kg·℃) 40℃ 1.028kJ/(kg·℃)
氯气熔解热 20480 kJ/kmol（20℃） 氯水的比热容 4.18 kJ/(kg·℃) 1.气体带入热量
氯气带入热量 Q1 = 884.80/ 71×34.96×80 = 34854kJ 水蒸气带入热量 Q2 = 218.17×2639 = 575750.63 kJ 不凝性气体带入热量 Q3 = 15×1.007×80 = 1209kJ 氯气溶解热 Q4 = 0.783/ 71×20480 = 226 kJ Q进 = Q1+Q2+Q3+Q4 = 34854+575750.63+1209+226 = 612039.63kJ 2.气体带出热量
氯气带出热量 q1 = 884.017 / 71×34.59×40 = 17227.71 kJ 水蒸气带出热量 q2 = 19.04×2569 = 48913.76kJ 不凝性气体带出热量 q3 = 15×1.028×40 = 616.8kJ
氯水带出热量 q4 = 199.913×4.18×50 = 41781.817 kJ
Q出= q1+q2+q3+q4 = 17227.71+48913.76+616.7+41781.817 = 108540.087kJ 3. 第一水洗冷却塔冷却水用量计算
冷却水采用工业用水。设进口温度t1 = 29℃ ，出口温度t2 = 38℃ 。则第一
钛冷却器用水量为：
G1 = （Q进-Q出）/C/(t2-t1) = (612039.63-108540.087)/4.18/（38-29）= 13383.83kg 5.3.2 第二水洗冷却塔热量衡算
设进入第二钛冷却器的氯气温度为40℃，出口温度为12℃，查表[10,11]得： 氯气比热容 40℃ 34.59kJ/(kg·℃) 水蒸气热焓 40℃ 2639kJ/kg 12℃ 34.45kJ/(kg·℃) 水蒸气热焓 12℃ 2519kJ/kg 不凝性气体比热 （空气计） 40℃ 12℃
1.028kJ/(kg·℃) 1.003kJ/(kg·℃)
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1.气体带入热量
若不考虑管道热量,则物料带入的热量等于物料出第一水洗冷却塔的热量。即 氯气带入热量 水蒸气带入热量 不凝性气体带入热量 氯气溶解热
Q5 = q1 = 884.017 / 71×34.59×40 = 17227 kJ Q6 = q2 =19.04×2569 = 48913.76kJ Q7 = 15×1.028×40 = 617kJ Q8 = 20480×0.114/71 = 33kJ
Q进 = Q5+Q6+Q7+Q8 = 17227+48913.76+617+33 = 66790.76kJ 2.气体带出热量 氯气带出热量 水蒸气带出热量 不凝性气体带出热量 氯水带出热量
Q5 = 883.90×34.45×12/71 = 5147kJ Q6 = 3.42×2519 = 8615kJ Q7 = 15×1.003×12 = 181kJ Q8 = 15.734×4.18×20 = 1315kJ
Q出 = Q5+Q6+Q7+Q8 = 5147+8615+181+1315 = 15258kJ 3.冷冻水用量计算
冷冻水进口温度为5℃，出口温度为8℃，第二水洗冷却塔冷冻水用量为G2kg，则 G1= （Q进-Q出）/C/(t2-t1) = (66790.76-15258)/4.18/(8-5) = 4109.47kg 考虑冷量损失为10％，实际冷冻水用量：G'2 = 1.1G'2 = 1.1×247.8 = 4520.4kg 从以上计算可知，生产１吨100％的NaOH，第一水洗冷却塔需工业上水13.384m3。 第二水洗冷却塔需5℃冷却水4.52m。 氯气处理系统的热量衡算见下表：
表5-5 第一水洗冷却塔的热量衡算表 输入 物料名称 氯气 水蒸气 不凝性气体 溶解热 冷却水 总计 数量，kg 884.80 218.17 15 热量，kJ 34854 物料名称 氯气 水蒸气 不凝性气体 氯水 冷却水 总计 输出 数量，kg 884.017 19.04 15 199.913 热量，kJ 17242 3
575750.63 1209 226 1622387.9 2234442.3 48913.76 617 41782 2125887.56 2234442.3 13383.83 13383.83 淮阴工学院设计说明书 第23页 共30页
表5-6 第二水洗冷却塔的热量衡算表 输入 物料名称 氯气 水蒸气 不凝性气体 溶解热 冷却水 总计 数量，kg 844.017 19.04 15 热量，kJ 17242 物料名称 氯气 水蒸气 不凝性气体 氯水 冷却水 总计 输出 数量，kg 883.90 3.42 15 15.734 热量，kJ 5147 8615 181 1315 137420.7 152679 48913.76 617 33 85887.9 152679 4109.47 4109.47 6 主要生产设备计算与选型
本次设计主要做填料塔 工艺数据如下：
硫酸进入浓度98%，温度为20℃，出塔硫酸浓度微75%，35℃，氯气进入 31.9t/hr,即11063.79 m3/hr，出填料层氯气因温度及组成变化不大，所以重量流量
与进入相同，温度为20℃。
设填料段压降为50 mm水柱，即气体进塔压力为-550mm水柱，离开时为-600mm水柱，此时的绝对压力为719mm 汞柱及722.8mm汞柱，平均为721 mm汞柱。
塔内的操作温度平均取20℃，硫酸的操作浓度平均取86.5%，此时粘度u20=13.9厘泊
重度γL = 1669.2公斤/米3
气体重度 γG = 3.214×273×721/[（273+20）×760] = 2.84公斤/米填料选用：Φ25塑料鲍尔环，数据如下： 比表面积 α = 194米 -1
干填料因子α/ε 3 = 294米 -1 湿填料因子 Φ = 320米 -1 本计算中涉及的计算图省略
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6.1 塔的直径计算
塔的直径的计算需要先求出适宜的气速，利用《填料塔泛点气速计算图》进行，为此，先求出横坐标的值：
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（L/G）×（rG/rL）0.5 计算Y——X值
进塔的氯气中含水 3.42/883.9=0.00387
求得此时的 Y1 = 0.00387×71×273/[22.4×（273+12）×1/0.96] = 0.01128 离开填料层时 Y2 = 0.002×71×293/[22.4（273+20）×1/0.96] = 0.00567 98%及75%的硫酸X1、X2为
X1 =（7/18）/[7/18+93/98] = 0.6447 X2 =（2/18）/[2/18+98/98] = 0.1000
此时对应的y 98% = 0.00015
对于y1处得到的y1* =（0.00015×71×273）/[22.4×（273+20）×1/0.96]=1.56×103
y 2* = 0 液体流量按物料平衡求取：
L/G = (y1-y2)/(x1-x2) L = G×[(y1-y2)/(x1-x2)]
= 11063.79×[(0.01128- 0.00567)/(0.1+0.6447)] = 83.31米3/小时 或L = 139061.05公斤/小时
故（L/G）×（rG/rL）05 = [139061.05/（11063.79×2.84）]×（2.84/1669.2）0.5 = 0.1826 根据图得
0.09 = WF2/g (α/ε3) rG/rLμ
0.2
WF= [0.09×9.81×1669.2/（13.90.2×2.84×294）]0.5
= 1.02m/s
取气速W = 1.02×0.7 = 0.714 m/s 则塔径
D= (4×G/3.14/W)
= [11063.79/（3600×0.785×0.714）]= 2.35 m
近视取D = 2.4 m
0.5
0.5
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