影響氯化氫吸收系統(tǒng)溫度變化的因素

劉 震，苑 麗

（滄州大化TDI有限責(zé)任公司，河北 滄州 061000）

1 氯化氫吸收的工藝流程簡述

上游工序來氯化氫氣體進(jìn)入氯化氫吸收塔，用水對氯化氫氣體進(jìn)行吸收，生成的產(chǎn)品鹽酸可用于金屬加工、有機(jī)合成、冶金等行業(yè)，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

來自上游工序的混合氣體（主要成分為氯化氫）自塔釜進(jìn)入氯化氫吸收塔，與下塔節(jié)上部噴淋的稀鹽酸在陶瓷規(guī)整填料表面逆流接觸，進(jìn)行傳質(zhì)，絕大部分氯化氫被稀鹽酸吸收，未被吸收的少量氯化氫進(jìn)入上塔節(jié)，被塔頂部噴淋的工藝水進(jìn)行二次吸收，塔釜中的30%～32%鹽酸一部分作為成品酸采出，另一部分通過塔底循環(huán)泵加壓后進(jìn)入鹽酸換熱器，移走氯化氫吸收過程中產(chǎn)生的熱量，冷卻后的鹽酸自下塔節(jié)頂部進(jìn)入吸收塔，與上塔節(jié)新鮮水吸收氯化氫產(chǎn)生的稀鹽酸混合，進(jìn)入下塔節(jié)吸收自塔釜進(jìn)入的氯化氫，惰性氣體自塔頂放空，工藝流程見圖1。

2 溫度對氯化氫吸收的影響

氯化氫在水中的溶解度很大，在101.33kPa、60℃時，1體積水能溶解338.7體積氯化氫，氯化氫在水中的溶解度隨著氣相中氯化氫分壓的升高而增加，隨著溫度的升高而降低。

圖1 氯化氫吸收工藝流程圖

氯化氫溶于水產(chǎn)生大量的熱，在生成氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的溶液時，溶解熱為1 712 kJ/kg氯化氫。如果這部分熱量不能被及時移走，系統(tǒng)溫度會逐漸升高，氯化氫溶解度隨之下降，如在101.33 kPa、30℃時氯化氫在水中的溶解度為40.23%，而在101.33 kPa、60℃時，氯化氫的溶解度降至35.94%，同時，隨著溫度的升高，氯化氫-水系統(tǒng)平衡時氣相中氯化氫濃度升高，同樣不利于氯化氫的吸收，因此這部分熱量只有及時移出系統(tǒng)，控制氯化氫吸收溫度在要求范圍內(nèi)，才能保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。該公司氯化氫吸收系統(tǒng)塔釜溫度≤75℃，鹽酸中氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～31%范圍內(nèi)時，能夠平穩(wěn)、正常運(yùn)行。

3 氯化氫吸收系統(tǒng)熱量平衡的主要數(shù)據(jù)

以日產(chǎn)為30%鹽酸500t，成品酸采出溫度為75℃，吸收溫度為57℃，放空的惰性氣體溫度為25℃為例。

氯化氫氣量控制在6 250 kg/h，溶于水時放出的熱量：

6 250×1 712=10.7×106（kJ）

吸收塔新鮮水量控制在14 583 kg/h，溫度由25℃升至57℃時吸收的熱量：

14 583×4.2×（57-25）=1 959 955（kJ）

氯化氫進(jìn)口溫度控制在5℃，溫度升至57℃時吸收的熱量，氯化氫的等壓比熱容為0.8117J/（g·℃）

6 250×0.811 7×（57-5）=263 793（kJ）

采出成品鹽酸帶走的熱量：

20 833×（75-57）×2.771=1 039 158（kJ）

惰性氣體帶走的熱量：

127×（25-5）×0.975=2 478（kJ）

熱損失忽略不計。

由以上數(shù)據(jù)可知，需由換熱器移走的溶解熱為：

1.07 ×106-1 959 955-263 793-1 039 158-2 478

=7 434 616（kJ）

由此可見，需及時移走氯化氫溶于水產(chǎn)生的大量溶解熱，才能保證整個吸收系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 影響氯化氫吸收溫度變化的主要因素

氯化氫吸收系統(tǒng)正常生產(chǎn)時，氯化氫進(jìn)料量和進(jìn)料溫度、惰性氣體放空量和放空溫度、新鮮水的進(jìn)料量和進(jìn)料溫度以及鹽酸采出量基本保持不變，因此，氯化氫吸收系統(tǒng)循換熱器換熱效果的好壞直接決定吸收溫度的變化。

5 影響換熱器換熱效果的主要因素

正常生產(chǎn)時，氯化氫溶解于水放出的熱量基本不變，根據(jù)公式Q=KA△T均可知，傳熱速率與換熱器的傳熱系數(shù)K，換熱面積A，冷熱流體主體的平均溫度差△T均有關(guān)。當(dāng)氯化氫吸收裝置換熱器換熱面積一定，影響換熱效果的只有傳熱系數(shù)和冷熱流體主體的平均溫度差。

換熱器中鹽酸冷卻用循環(huán)水的傳熱過程屬于變溫傳熱，換熱器入口根據(jù)公式：

式中，△T大：換熱器入口鹽酸與循環(huán)水入口溫度差，K；△T小：換熱器出口鹽酸與循環(huán)水出口溫度差，K；φ：校正系數(shù)。

正常生產(chǎn)時，當(dāng)循環(huán)水溫度發(fā)生變化時，△T均也隨著發(fā)生變化，循環(huán)水溫度升高，平均溫度差下降，傳熱速率降低，系統(tǒng)溫度升高；對比夏季與冬季氯化氫吸收系統(tǒng)的溫度變化，夏季隨著循環(huán)水溫度的升高，氯化氫吸收系統(tǒng)的溫度也相應(yīng)升高；冬季隨著循環(huán)水溫度的降低，氯化氫吸收系統(tǒng)的溫度降低，冬季塔底溫度為57℃，夏季溫度高達(dá)75℃。

K值對傳熱速率的影響：

式中，λ為熱導(dǎo)率。

冷卻器為浸漬石墨換熱器，石墨的熱導(dǎo)率151期W/（m·K），熱導(dǎo)率大，δ為壁面厚度，a1、a2為冷熱流體的對流傳熱膜系數(shù)，R垢為換熱器垢層熱阻，λ、δ值隨著換熱器使用時間的增長不會發(fā)生變化，因長時間使用，結(jié)垢R垢會有所增大，體現(xiàn)到冷卻器上，循環(huán)水側(cè)、鹽酸側(cè)結(jié)垢，K值減小，換熱器傳熱速率下降，系統(tǒng)溫度升高。

提高a1、a2的數(shù)值。對于鹽酸冷卻器，可通過加大循環(huán)水流量，加大鹽酸循流量的辦法提高流體流速，加大湍流程度，從而提高K值，因此，當(dāng)冷卻器內(nèi)循環(huán)酸流量和循環(huán)水流量降低后，K值減小，傳熱速率降低，氯化氫吸收系統(tǒng)溫度上升。

隨著鹽酸冷卻器使用時間的延長，循環(huán)水和鹽酸中攜帶的雜質(zhì)會附著在冷卻器內(nèi)，日積月累，造成冷卻器鹽酸側(cè)和循環(huán)水側(cè)部分堵塞，換熱器的換熱面積減小，A減小，Q減小，系統(tǒng)溫度上升，直至不能正常運(yùn)行。

6 結(jié)語

氯化氫吸收系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，與以上各種因素是分不開的，當(dāng)系統(tǒng)溫度發(fā)生變化時，要仔細(xì)分析和研究各項參數(shù)的變化情況，找出原因，加以解決，保證生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。

［1］王 奇.化工生產(chǎn)基礎(chǔ)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.8.

［2］方 度，蔣蘭蓀，吳正德.氯堿工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

［3］陸忠興，周元培.氯堿化工生產(chǎn)工藝：氯堿分冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.6.