摘 要：本文旨在探究氯堿中乙炔氣深度脫水技術(shù)要點，深入分析混合脫水工藝原理和約翰·布朗分段脫水技術(shù)，并采用試驗觀察法和定量數(shù)據(jù)分析，探討新增預(yù)除水裝置對乙炔氣深度脫水的影響。研究結(jié)果顯示，新增的預(yù)除水裝置有效提高了乙炔氣的脫水效率，降低了水分含量，從而提高了氯堿生產(chǎn)中乙炔氣的純度與穩(wěn)定性。這項深度脫水技術(shù)不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，還有助于實現(xiàn)氯堿工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，通過減少資源浪費，提高生產(chǎn)效率，促進行業(yè)向更環(huán)保、更高效的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：乙炔氣除水；混合脫水工藝；約翰·布朗改進脫水工藝

中圖分類號：TQ 462" " 文獻標(biāo)志碼：A

在氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，乙炔氣是一種重要的中間體和原料，其純度與穩(wěn)定性對產(chǎn)品質(zhì)量具有直接影響。在乙炔氣的生產(chǎn)中，水分會對氯堿生產(chǎn)過程造成不利影響，因此需要對其進行深度脫水。但是，傳統(tǒng)的脫水方法無法滿足工業(yè)生產(chǎn)對乙炔氣高純度的需求，為解決這一問題， 本文引入混合脫水工藝和約翰·布朗分段改進脫水技術(shù)，以提高氯堿中乙炔氣脫水效率和工業(yè)產(chǎn)成品的品質(zhì)。

1 問題與需求

探討目前氯堿生產(chǎn)中乙炔氣深度脫水存在的問題與需求時，需要深入了解該領(lǐng)域所面臨的具體情況和相關(guān)方面的要求。

1.1 產(chǎn)品質(zhì)量要求提升

在氯堿生產(chǎn)中，乙炔氣體的純度標(biāo)準(zhǔn)極為嚴(yán)苛。乙炔氣體是關(guān)鍵中間體，對最終氯堿產(chǎn)品的品質(zhì)與穩(wěn)定性具有決定性影響。任何乙炔氣體中過高的水分含量或雜質(zhì)都可能對生產(chǎn)流程產(chǎn)生負面效應(yīng)，甚至?xí)p害設(shè)備和產(chǎn)品。因此目前氯堿生產(chǎn)中面臨的關(guān)鍵課題是如何更有效地實現(xiàn)乙炔氣體的深度脫水，以充分保證產(chǎn)品質(zhì)量達標(biāo)。

1.2 工藝技術(shù)更新迭代

氯堿生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)進步與革新推動了生產(chǎn)工藝的進步。新工藝對乙炔氣的深度脫水要求更嚴(yán)格，可能涉及更高純度的追求或更精細的控制條件。為滿足這些新的生產(chǎn)需求，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定與可持續(xù)性，必須及時對脫水工藝進行調(diào)整與優(yōu)化。

2 混合脫水工藝和約翰·布朗分段技術(shù)介紹

2.1 混合脫水工藝原理和操作流程

2.1.1 混合脫水技術(shù)解析

在實際生產(chǎn)中，電石被轉(zhuǎn)化為乙炔氣體，并通過堿洗或者水洗的方式進行除霧，以去除雜質(zhì)。此后，乙炔氣體與氯化氫混合并生成鹽酸。由于乙炔氣體能夠產(chǎn)生飽和汽水混合氣，混合氣體受鹽酸溶液上水蒸氣分壓的制約[1]。該脫水工藝?yán)昧怂娘柡驼羝麎弘S溫度下降而減少的特性，通過深度冷卻轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，實現(xiàn)脫水目標(biāo)（見表1）。

需要注意的是，混合氣體最終的脫水效果取決于鹽酸溶液上的水蒸氣分壓。因此，混合脫水工藝的設(shè)計原則是選擇適當(dāng)?shù)纳疃壤鋮s溫度，以確保脫水效果。在該過程中，通過調(diào)整溫度，40%鹽酸的水蒸氣分壓迅速降低，遠低于相同溫度下純水的水蒸氣分壓。該設(shè)計原則為混合脫水工藝提供了有效的操作依據(jù)，有助于提升乙炔氣體的純度和穩(wěn)定性。

2.1.2 混合脫水流程

從微觀層面來看，混合脫水流程主要分為以下6個部分。1）混合氣體生成。乙炔氣通過乙炔阻火器后，與從電解車間送來的氯化氫氣在混合器中按照1∶1.2～1∶1.15的比例進行混合。2）一級冷卻換熱器?；旌蠚怏w進入一級冷卻換熱器，采用氟利昂壓縮制冷技術(shù)，通過蒸發(fā)器制冷對-26℃的冷凍鹽水進行第一次冷卻，以脫除部分水分[2]。3）二級冷卻換熱器。經(jīng)過一級冷卻后的混合氣體進入二級冷卻換熱器，進行第二次冷凍除水處理。4）經(jīng)酸霧捕集器冷凍后的混合氣體形成氣溶膠狀態(tài)，進入一、二級酸霧捕集器，去除大量酸霧后，混合氣體的水含量降至0.06%以下。5）石墨預(yù)熱器。經(jīng)過酸霧捕集器的混合氣體進入石墨預(yù)熱器進行預(yù)熱處理，以提高氣體溫度。6）前臺轉(zhuǎn)化器。預(yù)熱后的氣體進入前臺轉(zhuǎn)化器進行反應(yīng)，再進入轉(zhuǎn)化器進行加熱反應(yīng)（如圖1所示）。

2.2 混合脫水后水分測量方法和效果評估

經(jīng)過混合脫水后，通常會采用吸收法或色譜法測量脫水后的水分。吸收法是在0.1MPa氣壓下將乙炔氣冷卻至5℃，然后通過裝有無水氯化鈣的容器。該容器內(nèi)的無水氯化鈣吸收混合氣中的水分，而未被吸收的氣體主要是氮氣和少量氧氣。通過測量吸收后的氯化鈣容器的增質(zhì)量，可以間接計算出混合氣中水的含量。色譜法則是通過色譜儀對經(jīng)混合脫水處理后的乙炔、氯化氫混合氣進行分析，從而確定水分含量。在實際生產(chǎn)中，相關(guān)工作人員同時使用上述2種測量方法，以更全面地了解混合氣中的水分含量，確保乙炔、氯化氫混合氣的水分達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。評估結(jié)果可用來指導(dǎo)生產(chǎn)過程中的調(diào)整和優(yōu)化，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性達到要求。

需要注意的是，混合脫水技術(shù)雖然已經(jīng)十分成熟，但是受該技術(shù)基本原理的制約，在實際生產(chǎn)過程中，該技術(shù)也暴露出一些短板與不足。1）一級、二級冷卻器中的混合器冷卻溫度控制存在缺陷，過高或過低的溫度均可能對脫水效果產(chǎn)生負面影響。如果溫度過高，混合氣中的水蒸氣無法充分凝結(jié)，從而降低了脫水效果；反之，如果溫度過低，可能導(dǎo)致結(jié)霜或結(jié)冰，影響設(shè)備的正常運行。2）生產(chǎn)負荷波動?；旌厦撍b置是一種常見的工業(yè)設(shè)備，其在運行過程中的穩(wěn)定性直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。當(dāng)生產(chǎn)負荷不穩(wěn)定時，混合脫水裝置的運行會受嚴(yán)重影響，導(dǎo)致脫水性能下降，產(chǎn)品水分含量不穩(wěn)定。3）易于結(jié)塊阻塞。在混合脫水的過程中，水分凝結(jié)通常會形成結(jié)晶或結(jié)塊，這些物質(zhì)有可能堵塞管道或設(shè)備的關(guān)鍵部件[3]。

2.3 約翰·布朗分段改進脫水流程

約翰·布朗分段改進脫水流程具體如下。

首先，分段冷卻。該方法采用多段冷卻器設(shè)計，將混合氣體引入獨立的冷卻段落，使溫度逐步降低，從而使混合氣體在每個段落中逐步冷卻，促使水分逐漸凝結(jié)。其計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：Ti代表第i個冷卻段落的冷卻溫度；Tinlet代表混合氣體的入口溫度；Tfinal代表最終冷卻溫度；n代表冷卻段落的數(shù)量。

其次，分級脫水。本次研究為每個冷卻段落配置了差異化脫水設(shè)備，通過精細控制進行水分的分級脫除。脫水效率計算過程如公式（2）所示。

（2）

式中：mout代表混合氣體經(jīng)過脫水后的水分質(zhì)量；min代表混合氣體初始水分質(zhì)量。

在脫水設(shè)備選擇方面，本文主要考慮溫度、濕度等對脫水效果產(chǎn)生直接影響的因素，具體計算過程如公式（3）所示。

Devicei=argmini（f（parameters）） （3）

式中：argmini代表在脫水設(shè)備集合中，選擇使目標(biāo)函數(shù)f（parameters）達到最小值的設(shè)備i。

再次，實時監(jiān)測與調(diào)整。該方法引入實時監(jiān)測系統(tǒng)，對混合氣體的溫度、濕度和水分含量等關(guān)鍵參數(shù)進行全程監(jiān)控。同時，采用自動化控制系統(tǒng)，根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整各個冷卻段落的溫度和脫水設(shè)備的操作參數(shù)，從而最大限度地提高脫水效率。

從次，防結(jié)塊措施。針對傳統(tǒng)脫水方法容易結(jié)塊堵塞問題，該方法特別設(shè)計了防結(jié)塊系統(tǒng)，通過合理的管道設(shè)計、增加冷凝器表面積等方式，有效降低水分凝結(jié)形成結(jié)晶或結(jié)塊的風(fēng)險。

最后，負荷適應(yīng)性。在工藝設(shè)計階段，本文充分考慮了生產(chǎn)負荷的波動情況，以確保系統(tǒng)能夠滿足不同負荷條件下的運行要求。同時，利用自動控制系統(tǒng)，并根據(jù)實時生產(chǎn)負荷情況，動態(tài)調(diào)整冷卻溫度和脫水設(shè)備的運行參數(shù)，從而保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。脫水設(shè)備操作參數(shù)調(diào)整公式如公式（4）所示。

（4）

式中：?P代表脫水設(shè)備操作參數(shù)的調(diào)整量；K代表調(diào)整系數(shù)；代表脫水效率對參數(shù)Parameteri的偏導(dǎo)數(shù)。

3 約翰·布朗分段改進脫水工藝中的預(yù)除水裝置增設(shè)

3.1 預(yù)除水裝置增設(shè)的工藝考量

3.1.1 原料乙炔氣特性分析

由于原料乙炔中含有較多雜質(zhì)，要想對其進行有效的凈化，就需要對其成分進行分析（見表2）。

3.1.2 0℃～5℃乙炔氣預(yù)處理裝置冷量計算

在處理乙炔氣體過程中，計算預(yù)處理設(shè)備的冷量將直接影響氣體能否達到所需溫度范圍，進而影響整個生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性和安全性[4]。獲取乙炔氣體的當(dāng)前溫度后，本文進行了冷卻量的計算。此過程中的乙炔氣體質(zhì)量流率計算過程如公式（5）所示。

=ρ·A·v （5）

式中：代表乙炔氣體的質(zhì)量流率；ρ代表乙炔氣體的密度；A代表氣體的截面積；v代表氣體的流速。

此外，還需要引入冷卻器傳熱系數(shù)計算公式，如公式（6）所示。

（6）

式中：U代表冷卻器的傳熱系數(shù)；A代表傳熱表面積；?x代表傳熱距離。

本文根據(jù)冷卻量的計算結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，在此過程中，綜合考慮各種因素，如能源消耗、成本和可行性等。確定冷卻方法后，進行傳熱計算，以確定冷卻器尺寸和工作參數(shù)。設(shè)備安裝完成后，調(diào)整冷卻設(shè)備運行參數(shù)，利用設(shè)備尺寸計算公式確定換熱器、冷卻塔的尺寸，其中換熱器尺寸計算過程如公式（7）所示。

（7）

式中：Q代表制冷機組傳熱系數(shù)；?T代表冷卻表面積。

冷卻塔尺寸計算過程如公式（8）所示。

（8）

式中：V代表冷卻塔的體積；hvap代表蒸汽的焓；ρliq代表液體的密度。

在此過程中應(yīng)充分考慮乙炔氣體的特性和預(yù)期的冷卻效果，力求在滿足處理需求的同時實現(xiàn)能源的高效利用。本次研究中，為確保冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，還將采取一系列措施對冷卻系統(tǒng)進行實時監(jiān)測。

3.2 0℃～5℃預(yù)處理干燥裝置的工藝流程設(shè)計

在該流程的起始階段，本文對從生產(chǎn)、儲存環(huán)節(jié)提取的乙炔氣體純凈度進行了嚴(yán)格控制，要求純凈度＞95.5%，符合既定標(biāo)準(zhǔn)。純凈的乙炔氣體進入乙炔水洗塔后，通過水洗過程，能夠有效去除氣體中的雜質(zhì)和不純物質(zhì)[5]。在洗滌過程中，氣體中攜帶的水分和其他雜質(zhì)得以有效分離，并沉降至塔底部位。洗滌后的乙炔氣體進入乙炔冷卻器，使用氟利昂進行冷卻。氟利昂來自冷凍裝置，由流量調(diào)節(jié)閥精確控制流量，將乙炔氣體溫度降至2℃。冷卻后的乙炔氣體進入除霧器，清除其中的水霧，進一步降低水分含量。經(jīng)除霧器處理后的乙炔氣體的純凈度具有顯著提升。進而氣體進入乙炔壓縮機，壓縮機通過多級壓縮，將乙炔氣體的壓力提升至所需工作壓力，確保后續(xù)工藝的穩(wěn)定運行。在壓縮過程中，壓縮機內(nèi)部溫度也會隨之升高。為了防止乙炔氣體發(fā)生熱解或其他不良反應(yīng)，壓縮機內(nèi)部配備了高效冷卻系統(tǒng)，循環(huán)冷卻液或空氣會不斷吸收并帶走壓縮機產(chǎn)生的熱量，確保乙炔氣體在壓縮過程中保持穩(wěn)定。在整個乙炔制備過程中，精確的控制和高效的設(shè)備不僅提高了乙炔氣體的純度和質(zhì)量，還確保了整個工藝過程的穩(wěn)定性和安全性，為后續(xù)乙炔的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供了有力支持。

3.3 預(yù)除水裝置系統(tǒng)優(yōu)化

本文基于0℃～5℃乙炔氣預(yù)處理裝置冷量和預(yù)處理干燥裝置的流程設(shè)計，嘗試對預(yù)除水裝置進行優(yōu)化，以實現(xiàn)“一主一備”的運行模式。通過對該系統(tǒng)進行優(yōu)化，可確保主除霧器需要更換濾芯時，能夠迅速切換至備用除霧器，整個過程無須停產(chǎn)，從而避免了因停產(chǎn)帶來的潛在損失。此舉將顯著提高裝置的整體運行效率和穩(wěn)定性。

優(yōu)化前，除霧器濾芯每3個月需要更換一次，整個更換和檢修過程耗費12h。通過優(yōu)化，可以根據(jù)實際運行情況靈活調(diào)整濾芯的更換頻率，避免頻繁更換。實施備用除霧器方案后，每年因裝置啟停造成的乙炔氣損失，由11.6萬元大幅降至約6萬元。這一改進主要得益于不停產(chǎn)更換除霧器，減少了系統(tǒng)運行的中斷時間，進一步降低了乙炔氣的損失。優(yōu)化后，每年可節(jié)約成本19.77萬元，并有望增加銷售收入約2785萬元。由此可以看出，優(yōu)化后的預(yù)除水裝置運行效率得到了提升，其盈利能力也得到了顯著增強。

4 結(jié)語

在制備氯堿的過程中，本文著重分析了乙炔氣深度脫水技術(shù)，并通過該方式提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。通過深入挖掘乙炔氣體的脫水機理，本文成功實施了“一主一備”除霧器方案，顯著減少了停產(chǎn)時間和乙炔氣損失，為企業(yè)節(jié)約了大量成本。該研究成果不僅提升了氯堿生產(chǎn)工藝的可持續(xù)性，也在經(jīng)濟層面取得了顯著成效。未來還將繼續(xù)深化技術(shù)創(chuàng)新，不斷提升氯堿工業(yè)生產(chǎn)的智能化水平，助力于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]張津齊，張麗，張瑩，等.改性銅基催化劑催化乙炔氫氯化反應(yīng)的研究[J].現(xiàn)代化工，2024，44（2）：167-170，179.

[2]王麗麗，李安婕，張傳國.17α-乙炔雌二醇脅迫下零價鐵對硝化污泥中抗性基因的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，2024，44（1）：548-554.

[3]李世偉，胡旭，羅晨瀟，等.含氟三苯乙炔異硫氰酸酯液晶合成及其微波性能[J].應(yīng)用化學(xué)，2023，40（12）：1682-1692.

[4]梅海霞，孫特，楊瑞銘，等.半導(dǎo)體式乙炔傳感器研究進展及發(fā)展趨勢[J].傳感器與微系統(tǒng)，2023，42（12）：7-11，16.

[5]祝海濤，吳雅琴，李淑娜，等.膜法分鹽濃縮在處理氯堿化工廢水中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2020，46（5）：126-128.