影响氯化氢吸收系统温度变化的因素

刘 震，苑 丽

（沧州大化TDI有限责任公司，河北 沧州 061000）

1 氯化氢吸收的工艺流程简述

上游工序来氯化氢气体进入氯化氢吸收塔，用水对氯化氢气体进行吸收，生成的产品盐酸可用于金属加工、有机合成、冶金等行业，产生较大的经济效益。

来自上游工序的混合气体（主要成分为氯化氢）自塔釜进入氯化氢吸收塔，与下塔节上部喷淋的稀盐酸在陶瓷规整填料表面逆流接触，进行传质，绝大部分氯化氢被稀盐酸吸收，未被吸收的少量氯化氢进入上塔节，被塔顶部喷淋的工艺水进行二次吸收，塔釜中的30%～32%盐酸一部分作为成品酸采出，另一部分通过塔底循环泵加压后进入盐酸换热器，移走氯化氢吸收过程中产生的热量，冷却后的盐酸自下塔节顶部进入吸收塔，与上塔节新鲜水吸收氯化氢产生的稀盐酸混合，进入下塔节吸收自塔釜进入的氯化氢，惰性气体自塔顶放空，工艺流程见图1。

2 温度对氯化氢吸收的影响

氯化氢在水中的溶解度很大，在101.33kPa、60℃时，1体积水能溶解338.7体积氯化氢，氯化氢在水中的溶解度随着气相中氯化氢分压的升高而增加，随着温度的升高而降低。

图1 氯化氢吸收工艺流程图

氯化氢溶于水产生大量的热，在生成氯化氢质量分数为30%的溶液时，溶解热为1 712 kJ/kg氯化氢。如果这部分热量不能被及时移走，系统温度会逐渐升高，氯化氢溶解度随之下降，如在101.33 kPa、30℃时氯化氢在水中的溶解度为40.23%，而在101.33 kPa、60℃时，氯化氢的溶解度降至35.94%，同时，随着温度的升高，氯化氢-水系统平衡时气相中氯化氢浓度升高，同样不利于氯化氢的吸收，因此这部分热量只有及时移出系统，控制氯化氢吸收温度在要求范围内，才能保证生产的正常进行。该公司氯化氢吸收系统塔釜温度≤75℃，盐酸中氯化氢质量分数为30%～31%范围内时，能够平稳、正常运行。

3 氯化氢吸收系统热量平衡的主要数据

以日产为30%盐酸500t，成品酸采出温度为75℃，吸收温度为57℃，放空的惰性气体温度为25℃为例。

氯化氢气量控制在6 250 kg/h，溶于水时放出的热量：

6 250×1 712=10.7×106（kJ）

吸收塔新鲜水量控制在14 583 kg/h，温度由25℃升至57℃时吸收的热量：

14 583×4.2×（57-25）=1 959 955（kJ）

氯化氢进口温度控制在5℃，温度升至57℃时吸收的热量，氯化氢的等压比热容为0.8117J/（g·℃）

6 250×0.811 7×（57-5）=263 793（kJ）

采出成品盐酸带走的热量：

20 833×（75-57）×2.771=1 039 158（kJ）

惰性气体带走的热量：

127×（25-5）×0.975=2 478（kJ）

热损失忽略不计。

由以上数据可知，需由换热器移走的溶解热为：

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

=7 434 616（kJ）

由此可见，需及时移走氯化氢溶于水产生的大量溶解热，才能保证整个吸收系统的正常运行。

4 影响氯化氢吸收温度变化的主要因素

氯化氢吸收系统正常生产时，氯化氢进料量和进料温度、惰性气体放空量和放空温度、新鲜水的进料量和进料温度以及盐酸采出量基本保持不变，因此，氯化氢吸收系统循换热器换热效果的好坏直接决定吸收温度的变化。

5 影响换热器换热效果的主要因素

正常生产时，氯化氢溶解于水放出的热量基本不变，根据公式Q=KA△T均可知，传热速率与换热器的传热系数K，换热面积A，冷热流体主体的平均温度差△T均有关。当氯化氢吸收装置换热器换热面积一定，影响换热效果的只有传热系数和冷热流体主体的平均温度差。

换热器中盐酸冷却用循环水的传热过程属于变温传热，换热器入口根据公式：

式中，△T大：换热器入口盐酸与循环水入口温度差，K；△T小：换热器出口盐酸与循环水出口温度差，K；φ：校正系数。

正常生产时，当循环水温度发生变化时，△T均也随着发生变化，循环水温度升高，平均温度差下降，传热速率降低，系统温度升高；对比夏季与冬季氯化氢吸收系统的温度变化，夏季随着循环水温度的升高，氯化氢吸收系统的温度也相应升高；冬季随着循环水温度的降低，氯化氢吸收系统的温度降低，冬季塔底温度为57℃，夏季温度高达75℃。

K值对传热速率的影响：

式中，λ为热导率。

冷却器为浸渍石墨换热器，石墨的热导率151期W/（m·K），热导率大，δ为壁面厚度，a1、a2为冷热流体的对流传热膜系数，R垢为换热器垢层热阻，λ、δ值随着换热器使用时间的增长不会发生变化，因长时间使用，结垢R垢会有所增大，体现到冷却器上，循环水侧、盐酸侧结垢，K值减小，换热器传热速率下降，系统温度升高。

提高a1、a2的数值。对于盐酸冷却器，可通过加大循环水流量，加大盐酸循流量的办法提高流体流速，加大湍流程度，从而提高K值，因此，当冷却器内循环酸流量和循环水流量降低后，K值减小，传热速率降低，氯化氢吸收系统温度上升。

随着盐酸冷却器使用时间的延长，循环水和盐酸中携带的杂质会附着在冷却器内，日积月累，造成冷却器盐酸侧和循环水侧部分堵塞，换热器的换热面积减小，A减小，Q减小，系统温度上升，直至不能正常运行。

6 结语

氯化氢吸收系统能否正常运行，与以上各种因素是分不开的，当系统温度发生变化时，要仔细分析和研究各项参数的变化情况，找出原因，加以解决，保证生产装置安全、稳定、优质、高效运行。

［1］王 奇.化工生产基础［M］.北京：化学工业出版社，2006.8.

［2］方 度，蒋兰荪，吴正德.氯碱工艺学［M］.北京：化学工业出版社，1990.

［3］陆忠兴，周元培.氯碱化工生产工艺：氯碱分册［M］.北京：化学工业出版社，1995.6.