30kta氯化氫氧化制氯氣生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)化學(xué)工程與工藝

1、30kt/a氯化氫氧化制氯氣生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)摘 要 氯氣是一種重要的化工原料應(yīng)用極其廣泛。應(yīng)用于化學(xué)、冶金、造紙、紡織、制藥、石油工業(yè)、飲用水消毒和環(huán)境保護(hù)工業(yè)。我國(guó)的氯產(chǎn)品有200多種，主要有70多個(gè)。但是，使用氯的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。目前，運(yùn)行的企業(yè)多采用水吸收法，將副產(chǎn)HCl制成鹽回收或低價(jià)出售。鹽酸的價(jià)格便宜、腐蝕性較強(qiáng)、儲(chǔ)存難、不易長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸。當(dāng)鹽酸滯銷時(shí)只能采取中和排放的方法，這樣既會(huì)造成氯資源的浪費(fèi)，也帶來(lái)了環(huán)境問(wèn)題。人們逐漸意識(shí)到要進(jìn)行HCl氣體的回收利用，將氯元素循環(huán)使用。由氯化氫制備氯氣的方法主要有：電解法、直接氧化法、和催化劑法。其中，電解法投資大、能耗高，直接氧化法

2、存在廢液處理難、HCl轉(zhuǎn)化不完全等問(wèn)題，因此，電解法和直接氧化法不能獲得高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。催化氧化法最早的工藝是由Deacon在1868年發(fā)明，此方法在工業(yè)中已有較為廣泛的使用,本設(shè)計(jì)采用Deacon法根據(jù)Deacon工藝流程，選用適宜的操作單元模塊和熱力學(xué)方法，建立過(guò)程模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算。采用Aspen流程模擬軟件對(duì)流程進(jìn)行了模擬，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了適宜的操作條件。對(duì)流程中所涉及的設(shè)備進(jìn)行選型，并進(jìn)一步繪制了物料流程圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖以及主要設(shè)備的工藝條件圖。 關(guān)鍵詞：氯氣；氯化氫氧化；Deacon工藝ABSTRACTChlorine is an important chemi

3、cal raw material which has been widely used. It is used in chemical, metallurgy, papermaking, textile, pharmaceutical, petroleum industry, disinfection of drinking water and environmental protection industry. Chlorine products have more than 200 in China, there are more than 70 main products. Howeve

4、r, the use of chlorine will produce a byproduct of HCl. Enterprises uses the water absorption method to absorb chlorine, the by-product HCl will be recoverd or sell. Hydrochloric acid is cheap, strong corrosive, hard storage, easy transport for a long time. When hydrochloric acid unsalable ,we can o

5、nly take method to neutralize them and emission them. However, chlorine will cause the waste of resources, but also brings environmental problems. The awareness which is carrying out the recycling of HCl gas, and recycle the chlorine element is growing.Method of preparation of chlorine from hydrogen

6、 chloride are: electrolysis, direct oxidation and catalyst. The electrolysis of high investment, high energy consumption, direct oxidation of existing wastewater treatment difficult, HCl transformation is not completely, therefore, the electrolysis and direct oxidation method cant obtain high econom

7、ic value. The process as early as the catalytic oxidation method was invented by Deacon in 1868, the use of this method has been widely in industrial field.According to the process, we select appropriate operation modules and thermodynamic methods and establish process model to calculate the steady-

8、state simulation. Using the Aspen to simulate the process,then process parameters were optimized to obtain the optimal operation condition. The selection of the process involved in the equipment, and further draw the material flow chart process conditions, process flow chart with control points and

9、main equipment.KEY WORDS：Chlorine; hydrogen chloride oxidation; Deacon process目 錄第一章 概述11.1 工藝設(shè)計(jì)概述11.1.1 設(shè)計(jì)要求11.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容11.2 產(chǎn)品概述11.2.1 氯氣的物理性質(zhì)11.2.2 氯氣的化學(xué)性21.3 原料概述21.3.1 氧氣的物理性質(zhì)21.3.2 氧氣的化學(xué)性質(zhì)31.4 原料概述31.4.1氯化氫的物理性質(zhì)31.4.2氯化氫的化學(xué)性質(zhì)41.5 氯化氫氧化制氯氣的生產(chǎn)工藝發(fā)展史41.5.1 不同反應(yīng)工藝方法的比較41.5.2工藝方法的選擇5第二章 工藝原理及流程說(shuō)明62.1

10、 生產(chǎn)工藝原理及特點(diǎn)62.1.1 工藝原理62.1.2 工藝特點(diǎn)72.2 工藝流程說(shuō)明72.2.1 反應(yīng)過(guò)程72.2.2分離過(guò)程72.2.3催化劑回收82.2.4事故停車控制82.3 主要設(shè)備及工藝參數(shù)92.3.1 合成工序92.3.2 分離工序9第三章 物料衡算123.1 物料衡算的基本原理123.2 料衡算的基本任務(wù)123.3 系統(tǒng)物料衡算123.3.1 系統(tǒng)總物料衡算123.3.2 塔器類物料衡算133.3.3 罐槽類物料衡算19第四章 能量衡算224.1 能量衡算的基本原理224.2 能量衡算的基本任務(wù)224.3 系統(tǒng)能量衡算224.3.1 系統(tǒng)總能量衡算224.3.2 塔器類能量衡算

11、234.3.3 罐槽類能量衡算24第五章 設(shè)備選型265.1 反應(yīng)器選型265.1.1 概述265.1.2 反應(yīng)器的選型265.1.3 反應(yīng)器尺寸、材質(zhì)的確定265.2 塔設(shè)備選型275.2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)27 5.2.2 概述27 5.2.3 塔型比較275.2.4 選型基本原則29 5.2.5 填料塔設(shè)備設(shè)計(jì)305.3 儲(chǔ)罐設(shè)備選型及設(shè)計(jì)355.3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)35 5.3.2 儲(chǔ)罐選型及設(shè)計(jì)355.4 泵的選型375.4.1 概述375.4.2 泵選型基本原則395.4.3 泵選型條件405.4.4 泵選型示例405.5 換熱器選型與設(shè)計(jì)425.5.1 選型依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)42 5.

12、5.2 概述42 5.5.3 選型基本原則42 5.5.4 換熱器選型說(shuō)明43 5.5.5 換熱器選型詳細(xì)示例48第六章 環(huán)境保護(hù)536.1 環(huán)境保護(hù)規(guī)范536.2 三廢來(lái)源536.2.1 廢水536.2.2 固體廢物536.2.3 噪聲546.2.4 廢氣546.3 三廢治理措施546.3.1 廢水治理546.3.2 固體廢物處理546.3.3 噪聲治理54第七章 小結(jié)55參考文獻(xiàn)56致謝57附錄581.物料流程圖(PFD)582.物料儀表流程圖(PID)583.主要設(shè)備工藝條件圖5860第一章 概述第一章 概述1.1 工藝設(shè)計(jì)概述1.1.1 設(shè)計(jì)要求本文設(shè)計(jì)年產(chǎn)3萬(wàn)噸氯化氫氧化制氯氣的生產(chǎn)

13、裝置，每年按8000小時(shí)計(jì)。生產(chǎn)原料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%氯化氫，99.5%氧氣，產(chǎn)品為質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%的氯氣。1.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)氯化氫氧化制氯氣生產(chǎn)流程，運(yùn)用流程模擬軟件對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算，包括物料衡算，能量衡算；相關(guān)設(shè)備（塔設(shè)備、泵、換熱器、儲(chǔ)罐）的選型；以及物料流程圖（PFD）、帶控制點(diǎn)流程圖（PID）、設(shè)備條件圖的繪制。1.2 產(chǎn)品概述有機(jī)氯產(chǎn)品是重要的醫(yī)藥、農(nóng)藥和其他精細(xì)化工產(chǎn)品的中間體，某些氯產(chǎn)品本身也是重要的工程材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在化工行業(yè)1/4左右的人員從事與氯相關(guān)的生產(chǎn)和技術(shù)工作，而幾乎所有的有機(jī)氯源均來(lái)自氯氣和液氯。我國(guó)氯氣的年均消耗量達(dá)到580萬(wàn)噸/年，其中用于制造工

14、程材料領(lǐng)域的占37%，用于有機(jī)化工和無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的分別占25%和17%，其他的用于水處理、紙漿等行業(yè)。特別重要的耗氯工程塑料當(dāng)屬PVC，目前國(guó)內(nèi)的總產(chǎn)量達(dá)到355萬(wàn)噸/年，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足每年超過(guò)600萬(wàn)噸每年的消耗量；1.2.1 氯氣的物理性質(zhì)表1-1 氯氣的物理性質(zhì)Table 1-1 physical properties of chlorine物性參數(shù)外觀與性狀無(wú)色透明油狀液體熔點(diǎn)()-101.1沸點(diǎn)()-34密度（kg/m3）3.21閃點(diǎn)()不可燃?xì)怏w閃點(diǎn)無(wú)意義水溶性可溶于水1.2.2 氯氣的化學(xué)性氯氣是一種有毒氣體，它主要通過(guò)呼吸道侵入人體并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和鹽

15、酸，對(duì)上呼吸道黏膜造成損傷：次氯酸使組織受到強(qiáng)烈的氧化；鹽酸刺激黏膜發(fā)生炎性腫脹，使呼吸道黏膜浮腫，大量分泌黏液，造成呼吸困難，所以氯氣中毒的明顯癥狀是發(fā)生劇烈的咳嗽。癥狀重時(shí)，會(huì)發(fā)生肺水腫，使循環(huán)作用困難而致死亡。由食道進(jìn)入人體的氯氣會(huì)使人惡心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉。1L空氣中最多可允許含氯氣0.001mg，超過(guò)這個(gè)量就會(huì)引起人體中毒。氯氣支持燃燒，許多物質(zhì)都可在氯氣中燃燒。（除少數(shù)物質(zhì)如碳等）。1.3 原料概述氧在自然界中分布最廣，占地殼質(zhì)量的48.6%，是豐富度最高的元素。在烴類氧化、廢水處理、火箭推進(jìn)劑以及航空、航天和潛水中供動(dòng)物及人進(jìn)行呼吸等方面均需要用氧。動(dòng)物呼吸、燃燒和一切氧化過(guò)

16、程（包括有機(jī)物）都消耗氧氣。但空氣中的氧能通過(guò)植物的光合作用不斷地得到補(bǔ)充。在金屬的切割和焊接中。是用純度93.5%99.2%的氧氣與可燃?xì)猓ㄈ缫胰玻┗旌?，產(chǎn)生極高溫度的火焰，從而使金屬熔融。冶金過(guò)程離不開(kāi)氧氣。為了強(qiáng)化硝酸和硫酸的生產(chǎn)過(guò)程也需要氧。不用空氣而用氧與水蒸氣的混合物吹人煤氣氣化爐中，能得到高熱值的煤氣。醫(yī)療用氣極為重要。1.3.1 氧氣的物理性質(zhì)表1-2氧氣物理性質(zhì)Table 1-2 physical properties of oxygen物性參數(shù)外觀與性狀無(wú)色無(wú)味氣體熔點(diǎn)()-218.8沸點(diǎn)()-183.1密度（kg/m3）1.331臨界溫度（）-118.95臨界壓力（MPa

17、）5.081.3.2 氧氣的化學(xué)性質(zhì)氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑。除了稀有氣體、活性小的金屬元素如金、鉑、銀之外，大部分的元素都能與氧氣反應(yīng)，這些反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)，而經(jīng)過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生的化合物（有兩種元素構(gòu)成，且一種元素為氧元素）稱為氧化物。一般而言，非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而堿金屬或堿土金屬氧化物則為堿性。此外，幾乎所有的有機(jī)化合物，可在氧中劇烈燃生成二氧化碳與水?；瘜W(xué)上曾將物質(zhì)與氧氣發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)定義為氧化反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)指發(fā)生電子轉(zhuǎn)移或偏移的反應(yīng)。氧氣具有助燃性，氧化性。1.4 原料概述氯化氫（HCl），一個(gè)氯化氫分子是由一個(gè)氯原子和一個(gè)氫原子構(gòu)成的，是無(wú)色而有刺激性氣味的氣體。其水溶液俗稱鹽

18、酸，學(xué)名氫氯酸。相對(duì)分子質(zhì)量為36.46。氯化氫極易溶于水，在0時(shí)，1體積的水大約能溶解500體積的氯化氫。氯化氫主要用于制染料、香料、藥物、各種氯化物及腐蝕抑制劑。1.4.1氯化氫的物理性質(zhì)表1-3氯化氫物理性質(zhì)Table 1-3 physical properties of hydrogen chloride物性參數(shù)外觀與性狀無(wú)色而有刺激性氣味的氣體熔點(diǎn)()-114.2沸點(diǎn)()-85密度（kg/m3）1.477臨界溫度（）-118.95臨界壓力（MPa）5.08溶解性72g/100mL（20）（標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)）飽和蒸氣壓（Pa）4225.6（20）1.4.2氯化氫的化學(xué)性質(zhì)氯化氫，腐蝕性的不燃燒

19、氣體，與水不反應(yīng)但易溶于水，空氣中常以鹽酸煙霧的形式存在。易溶于乙醇和醚，也能溶于其它多種有機(jī)物；易溶于水，在25和1大氣壓下，1體積水可溶解503體積的氯化氫氣體。干燥氯化氫的化學(xué)性質(zhì)很不活潑。堿金屬和堿土金屬在氯化氫中可燃燒，鈉燃燒時(shí)發(fā)出亮黃色的火焰：氯化氫氣體溶于水生成鹽酸，當(dāng)藥水瓶打開(kāi)時(shí)常與空氣中的小水滴形成鹽酸酸霧。工業(yè)用鹽酸常成微黃色，主要是因?yàn)槿然F的存在。常用氨水來(lái)檢驗(yàn)鹽酸的存在，氨水會(huì)與氯化氫反應(yīng)生成白色的氯化銨微粒。氯化氫有強(qiáng)烈的偶極，與其它偶極產(chǎn)生氫鍵。氯化氫的水溶液為鹽酸。1.5 氯化氫氧化制氯氣的生產(chǎn)工藝發(fā)展史早在一百多年前，已有進(jìn)行氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣氯化氫氧化制氯氣

20、的生產(chǎn)工藝概述方法的研究。到目前為止，氯化氫制備氯氣的方法主要可分為 3 類：電解法、直接氧化法和催化氧化法。電解法是通過(guò)電解的方式將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣， 并可分為干法和濕法；直接氧化法是利用MnO2、H2O2、NO2和NOHSO4等無(wú)機(jī)氧化劑直接氧化氯化氫制備氯的一種方法，典型的有 Weldson 法、Kel-Chlor過(guò)程和DEGUSSA 法等；催化氧化法是在催化劑條件下，用氧氣將氯化氫氧化為氯和水的方法，具有代表性的有Deacon過(guò)程、Shell法和日本住友的技術(shù)。1.5.1 不同反應(yīng)工藝方法的比較表1-4不同工藝方法的比較Table 1-4 comparison of different

21、 process methods工藝方法催化劑優(yōu)缺點(diǎn)研究階段電解法濕法 產(chǎn)品純度高、投資大、能耗高、成本高、對(duì)雜質(zhì)敏感。工業(yè)化干法 能耗高、成本高、對(duì)雜質(zhì)敏感。小試直接氧化法WeldsonMnO2副產(chǎn)物量大、轉(zhuǎn)化率低。小試Kel-ChlorNO2-NOHSO4存在副反應(yīng)、有硫酸廢液、設(shè)備復(fù)雜。小試DEGUSSAH2O2原料消耗大、轉(zhuǎn)化率低。 小試催化氧化法DeaconCuCl2/沸石最早提出的方法，單程轉(zhuǎn)化率低、催化劑壽命短。中試Shell CuCl2/SiO2腐蝕嚴(yán)重、工藝不穩(wěn)定，建成工業(yè)化裝置但已停產(chǎn)。工業(yè)化UMITOMO（日本住友 ）固定床/Ru催化劑壽命長(zhǎng)，數(shù)套工業(yè)化裝置穩(wěn)定運(yùn)行，但催

22、化劑昂貴、投資成本高。工業(yè)化Benson 流化床/CuCl2單程轉(zhuǎn)化率高，但儀表投資大、操作及控制難。中試TH-FCu（清華大學(xué)）流化床/Cu催化劑活性好、單程轉(zhuǎn)化率高，但操作及控制難。中試1.5.2工藝方法的選擇從表 1-4 可以看出，采取直接氧化法存在的問(wèn)題是：反應(yīng)設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)物分離困難、能耗較大、廢液處理。因此直接氧化法難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。目前，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化并穩(wěn)定運(yùn)行的工藝有拜耳的鹽酸電解法和日本住友化學(xué)的催化氧化法。雖然，通過(guò)持續(xù)改進(jìn)，拜耳公司已經(jīng)建成氧去極化陰極（ODC）電解鹽酸制氯氣的工業(yè)化生產(chǎn)裝置，并穩(wěn)定運(yùn)行。但是拜耳公司的電解法存在運(yùn)行成本高，投資大等缺點(diǎn)。與此同時(shí)，電解過(guò)程對(duì)鹽

23、酸原料中的雜質(zhì)的存在非常敏感，然而副產(chǎn)的氯化氫氣體或鹽酸中都或多或少含有其他雜質(zhì)，因此，鹽酸電解制氯技術(shù)無(wú)法得到廣泛工業(yè)的推廣應(yīng)用。因此，具有氯化氫原料適應(yīng)性強(qiáng)，能耗低、操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的催化氧化法就成為國(guó)內(nèi)外氯化氫制氯技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。催化氧化法是在催化劑存在下， 氯化氫與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣的方法。 其化學(xué)反應(yīng)方程式為： 公式（1-1） 這是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)， 從工業(yè)化應(yīng)用角度來(lái)講，該反應(yīng)過(guò)程具有無(wú)副反應(yīng)、反應(yīng)壓力低能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但存在使用催化劑、反應(yīng)溫度高、受反應(yīng)平衡制約，物料腐蝕性強(qiáng)等問(wèn)題。 因此，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)該過(guò)程進(jìn)行了廣泛而深入的研究， 特別在催化劑研究和反應(yīng)器開(kāi)發(fā)方面形成了大

24、量的研究成果，以日本住友化學(xué)為代表的公司成功實(shí)現(xiàn)了該方法的工業(yè)化生產(chǎn)。第二章 工藝原理及流程說(shuō)明第二章 工藝原理及流程說(shuō)明2.1 生產(chǎn)工藝原理及特點(diǎn)2.1.1 工藝原理 HCl制備氯氣反應(yīng)主要利用Deacon過(guò)程，是在固定床反應(yīng)器中，Cu、Ru、Cr等的氧化物或氧化物催化劑的條件下，在高溫350-450氧氣直接將氯化氫氧化為氯氣： 公式（1-2） 人們習(xí)慣將以上反應(yīng)稱為Deacon 反應(yīng)。對(duì)于Deacon反應(yīng)，以CuCl2作催化劑，一個(gè)大家普遍認(rèn)同的機(jī)理為：第一步銅由+2價(jià)變?yōu)?1價(jià)，釋放出氯氣，同時(shí)，氯化亞銅被氧氣氧化為二價(jià)銅氧化物及氯化物，第二步，CuO，CuCl2（g）與原料HCl反應(yīng)，

25、生成氯化銅和水，形成完整循環(huán)： 公式（1-3） 公式（1-4） 公式（1-5）更為詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)理如下：CuO 的形成： 公式（1-6）HCl的吸收： 公式（1-7） 公式（1-8） 公式（1-9）吸收過(guò)程可合并為： 公式（1-10）價(jià)態(tài)變化： 公式（1-11） 公式（1-12）Deacon過(guò)程普遍認(rèn)同的機(jī)制為第1 步，銅由+2價(jià)變?yōu)?1價(jià)，釋放出氯氣，同時(shí)CuCl2被氧氣氧化為+2價(jià)銅氧化物及氯化物；第2步，CuO、CuCl2與原料氯化氫反應(yīng)，生成氯化銅和水，形成完整循環(huán)。氯化反應(yīng)即金屬氯化物的生成步驟為放熱反應(yīng)，低溫下有利于提高氯化氫轉(zhuǎn)化率，而氧化反應(yīng)即目的產(chǎn)物氯氣的生成步驟為吸熱反應(yīng)，高溫

26、下有利于提高氯氣的產(chǎn)率。通過(guò)銅的氧化物和氯化物的循環(huán)互變完成氯元素從HCl 形態(tài)到單質(zhì)形態(tài)的遷移，催化劑實(shí)際起了物質(zhì)元素的儲(chǔ)備遷移作用，這種作用有利于克服HCl氧化平衡的能障，同時(shí)控制反應(yīng)溫度，使HCl轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值。2.1.2 工藝特點(diǎn)（1）放熱反應(yīng) HCl催化氧化制氯氣反應(yīng)，是HCl氣體在催化劑存在的情況下，利用氧氣氧化生成Cl2和H2O并放出熱量，該部分反應(yīng)熱大約為396k J/kg HCl。（2）轉(zhuǎn)化率和選擇性高 氯化氫氧化制氯氣反應(yīng)氯化氫的轉(zhuǎn)化率在85%以上，平均約1.17kg氯化氫即可轉(zhuǎn)化為1kg氯氣，經(jīng)濟(jì)效益明顯。（3）催化劑再生周期長(zhǎng) 氯化氫催化氧化制氯氣反應(yīng)的催化劑選擇類分

27、子篩催化劑，在制作過(guò)程中通過(guò)負(fù)載復(fù)合金屬鹽以滿足其反應(yīng)需要的活性中心，由于反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)生成含炭物質(zhì)覆蓋其活性中心，壽命較長(zhǎng)，再生周期約在1年左右。2.2 工藝流程說(shuō)明2.2.1 反應(yīng)過(guò)程 原料氯化氫經(jīng)過(guò)氯化氫增壓泵P-101增壓至0.15MPa，然后與來(lái)自罐區(qū)的氧氣混合后進(jìn)入合成塔R-101在壓力0.15MPa左右，溫度在360380條件下在催化劑上進(jìn)行反應(yīng)大部分轉(zhuǎn)化為氯氣。 2.2.2分離過(guò)程本工藝合成塔底部流出的工藝氣體中，氯氣含量約80%，還含有未完全反應(yīng)的HCl和O2以及生成的水，需進(jìn)一步分離得到純度較高的氯氣。合成塔塔底流出的溫度約為360的氣體首先經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱油換熱器E-102用低溫

28、導(dǎo)熱油冷至150后再經(jīng)水冷器E-103冷卻至40進(jìn)入氣液分離罐V-102進(jìn)行初步的分離，罐底的濃鹽酸去鹽酸收集裝置，罐頂部的氣體至水洗塔T-201進(jìn)行下一步分離，塔底的稀鹽酸一部分循環(huán)回水洗塔，另一部分去鹽酸處理裝置，塔頂?shù)臍怏w經(jīng)干燥冷卻器E-202冷卻至15后進(jìn)入干燥塔T-202進(jìn)行除水干燥，干燥后的氣體經(jīng)氯氣壓縮機(jī)C-201增壓至0.46MPa后進(jìn)入氯氣吸收塔T-203進(jìn)行氯氣吸收，吸收劑為四氯化碳和少量助劑組成的有機(jī)溶液。吸收塔塔底含大部分氯氣和少量氧氣的四氯化碳經(jīng)脫氣增壓泵 P-204A/B增壓至0.48MPa后進(jìn)入脫氣塔T-204進(jìn)行氧氣脫除，脫氣塔塔頂?shù)难鯕庋h(huán)至氯氣吸收塔T-20

29、3，塔底的含氯氣的四氯化碳經(jīng)精餾增壓泵P-205A/B增壓至1.08MPa。后經(jīng)精餾塔進(jìn)料預(yù)熱器E-207預(yù)熱至120后進(jìn)入氯氣精餾塔T-205進(jìn)行精餾分離，氯氣精餾塔塔頂?shù)囊郝犬a(chǎn)品一部分回流維持精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行，一部分進(jìn)入液氯儲(chǔ)罐。氯氣精餾塔塔底分離后的四氯化碳至四氯化碳一級(jí)冷卻器E-210冷至40進(jìn)入開(kāi)停車罐V-201后經(jīng)四氯化碳循環(huán)泵P-203A/B增壓后進(jìn)入四氯化碳二級(jí)冷卻器E-204冷卻到25循環(huán)回氯氣吸收塔 T-203進(jìn)行循環(huán)利用。氯氣吸收塔 T-203塔頂?shù)暮倭克穆然嫉难鯕饨?jīng)洗滌塔T-206吸收氧氣中攜帶的四氯化碳，吸收劑為六氯丁二烯和少量的助劑。洗滌塔塔頂?shù)难鯕夥祷刂罵-10

30、1 循環(huán)利用，洗滌塔塔底的含四氯化碳的吸收劑經(jīng)吸收劑換熱器E-211預(yù)熱后進(jìn)入回收塔T-207分離出四氯化碳，塔頂分離出的四氯化碳經(jīng)回收塔塔頂冷凝器E-212冷卻后一部分回流維持回收塔操作穩(wěn)定，另一部分到達(dá)開(kāi)停車罐V-201與補(bǔ)充的四氯化碳和氯氣精餾塔T-205塔底的四氯化碳混合后返回至氯氣吸收塔T-203循環(huán)利用。 2.2.3催化劑回收 催化劑使用一段時(shí)間后，床層上部首先因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)造成負(fù)載物的部分流失而逐漸失活，并緩慢發(fā)展到床層下部。反應(yīng)過(guò)程中生成的高溫水蒸汽會(huì)加速催化劑中活性組分的流失，故催化劑在運(yùn)行較長(zhǎng)的一段時(shí)間后需要對(duì)其重新負(fù)載或更換新催化劑。 2.2.4事故停車控制 工藝流程中

31、出現(xiàn)事故時(shí)，處理原則是應(yīng)迅速通知上下工段，切除與上下工段聯(lián)系，將事故控制在盡可能小的范圍內(nèi)，而不要影響到所有工段。流程中可能出現(xiàn)的生產(chǎn)事故有：反應(yīng)器飛溫、設(shè)備泄露、再沸器故障、電力中斷等。（1）反應(yīng)器飛溫 當(dāng)反應(yīng)器發(fā)生飛溫，溫度難以控制時(shí)，首先將合成塔進(jìn)料閥關(guān)閉，停止進(jìn)料，并增大換熱盤管的冷卻介質(zhì)流量，關(guān)閉合成塔出口管線至水洗塔前的各閥門以及各個(gè)床層冷激管路的閥門。若反應(yīng)塔飛溫過(guò)程中，溫度不能及時(shí)有效控制，可向塔內(nèi)通入壓縮空氣，迅速將合成塔的溫度降下來(lái)，保證反應(yīng)塔處于安全狀態(tài)。 （2）設(shè)備泄露 流程中出現(xiàn)設(shè)備泄露時(shí)，應(yīng)立即切斷設(shè)備前后的閥門，打開(kāi)旁通管路或者備用設(shè)備，保證下游設(shè)備在正常工況下運(yùn)

32、行。若出現(xiàn)泄露嚴(yán)重的情況，應(yīng)立即停車，保證人員安全。 （3）再沸器故障 當(dāng)脫氣塔工藝再沸器出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉再沸器的入口、出口閥門，同時(shí)將導(dǎo)熱油再沸器開(kāi)啟；若是導(dǎo)熱油再沸器出現(xiàn)故障，工藝氣體的熱量利用應(yīng)首先保障與故障再沸器對(duì)應(yīng)的工藝再沸器的熱利用，保證流程不因再沸器故障而停運(yùn)。（4）電力故障 流程運(yùn)行中，若電力出現(xiàn)中斷情況，則首先將各機(jī)泵及壓縮機(jī)電源關(guān)閉，將各設(shè)備及管線各閥門關(guān)閉，保證系統(tǒng)壓力，同時(shí)啟用備用電源，待電力故障解決后，依次開(kāi)啟各閥門及機(jī)泵，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3 主要設(shè)備及工藝參數(shù)2.3.1 合成工序 合成工序主要包括合成塔（R-101），合成塔采用冷激以及盤管移熱保證反應(yīng)在正常

33、溫度下進(jìn)行。該設(shè)備主要作用是氧氣和氯化氫進(jìn)行反應(yīng)生成氣相混合物（主要是氯氣和未反應(yīng)的氧氣、氯化氫），并及時(shí)移走反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，控制塔內(nèi)各層催化劑的溫度。 進(jìn)料溫度：35出料溫度：360420入口壓力：0.15MPa（G）出口壓力：0.12MPa（G） 2.3.2 分離工序 分離工序主要包括水洗塔（T-201）、干燥塔（T-202）、氯氣吸收塔（T-203）、脫氣塔（T-204）、氯氣精餾塔（T-205）、洗滌塔（T-206）、回收塔（T-207）。（1）水洗塔T-201 該設(shè)備主要作用是對(duì)來(lái)自合成塔的合成產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離，使氯氣不斷地從罐頂分離出來(lái)進(jìn)行下一步的分離，而氯氣中含有的未反應(yīng)的 H

34、Cl 大部分被水吸收從塔底流出去向稀鹽酸處理裝置進(jìn)行進(jìn)一步處理。 進(jìn)氣溫度：40出氣溫度：40進(jìn)液溫度：32出液溫度：40進(jìn)氣壓力：0.08MPa(G) 出氣壓力：0.06MPa(G) 進(jìn)液壓力：0.08MPa(G) 出液壓力：0.06MPa(G) （2）干燥塔 T-202 該設(shè)備主要作用是對(duì)水洗塔塔頂出來(lái)的氣體進(jìn)行干燥除水。進(jìn)氣溫度：15出氣溫度：1430進(jìn)液溫度：25 出液溫度：40進(jìn)氣壓力：0.04MPa(G) 出氣壓力：0.02MPa(G) 進(jìn)液壓力：0.05MPa(G) 出液壓力：0.02MPa(G) （3）氯氣吸收塔 T-203 該設(shè)備主要作用是對(duì)干燥完的氯氣進(jìn)行進(jìn)一步的分離（主要

35、是分離氯氣中的氧氣），吸收劑為四氯化碳，利用氯氣和氧氣在四氯化碳中溶解度的不同從而分理出氧氣，吸收塔塔頂出來(lái)的氧氣去洗滌塔進(jìn)行四氯化碳的脫除，塔底含有氯氣的四氯化碳進(jìn)入脫氣塔進(jìn)一步分離。進(jìn)氣溫度：40出氣溫度：20 進(jìn)液溫度：20出液溫度：50進(jìn)氣壓力：0.44MPa(G) 出氣壓力：0.40MPa(G) 進(jìn)液壓力：0.50MPa(G) 出液壓力：0.42MPa(G) （4） 脫氣塔 T-204該設(shè)備主要作用是對(duì)含有大部分氯氣和少量氧氣的四氯化碳進(jìn)行進(jìn)一步的脫氧，提高氣相中氯氣的濃度，便于氯氣壓縮機(jī)將其液化。進(jìn)液溫度：50出液溫度：86出氣溫度：54進(jìn)液壓力：0.48MPa(G) 出液壓力：0

36、.46MPa(G) 出氣壓力：0.44 MPa(G) （5）氯氣精餾塔 T-205該設(shè)備主要作用是對(duì)脫氣塔塔底出來(lái)的含氯氣的四氯化碳進(jìn)行分離，塔頂精餾出氯氣產(chǎn)品，塔底的四氯化碳循環(huán)至氯氣吸收塔重復(fù)利用。進(jìn)液溫度：120出液溫度：186（塔釜）、39（塔頂）進(jìn)液壓力：1.08MPa(G) 出液壓力：1.06MPa(G)（塔釜） 出液壓力：1.04MPa(G)（塔頂）（6）洗滌塔 T-206該設(shè)備主要作用是對(duì)脫氣塔塔頂出來(lái)的氧氣進(jìn)行四氯化碳的脫除，塔頂流出純凈的氧氣返回合成塔循環(huán)利用，吸附劑為六氯丁二烯。進(jìn)氣溫度：20出氣溫度：25進(jìn)液溫度：20出液溫度：42進(jìn)氣壓力：0.40MPa(G) 出氣壓

37、力：0.36MPa(G) 進(jìn)液壓力：0.43MPa(G) 出液壓力：0.38MPa(G) （7）回收塔 T-207該設(shè)備主要作用是回收四氯化碳。進(jìn)液溫度：135 出液溫度：233（塔釜）、40（塔頂）進(jìn)液壓力：0.38MPa(G) 出液壓力：0.06MPa(G)（塔釜）出液壓力：0.02MPa(G)（塔頂）第三章 物料衡算第三章 物料衡算3.1 物料衡算的基本原理物料衡算是以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)對(duì)物料平衡進(jìn)行計(jì)算。物料平衡是指“在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量必定等于離開(kāi)該系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的和積累起來(lái)的物料質(zhì)量”，即：?jiǎn)挝粫r(shí)間進(jìn)入量+單位時(shí)間生成量-單位時(shí)間消耗量-單位時(shí)間流出量

38、=單位時(shí)間累積量；當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為：?jiǎn)挝粫r(shí)間進(jìn)入量-單位時(shí)間流出量=單位時(shí)間累積量；在穩(wěn)定狀態(tài)下：?jiǎn)挝粫r(shí)間進(jìn)入量=單位時(shí)間流出量3.2 料衡算的基本任務(wù)通過(guò)各個(gè)單元間的物料衡算，我們要實(shí)現(xiàn)：（1）確定產(chǎn)物的實(shí)際產(chǎn)量以及規(guī)格，判斷是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；（2）確定產(chǎn)品的損失率和回收率；（3）確定工藝中的“三廢”排放量等公共經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過(guò)各個(gè)設(shè)備的物料衡算，我們要實(shí)現(xiàn)：（1）通過(guò)物料衡算結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行分析，做出判斷，提出改進(jìn)措施；（2）指導(dǎo)工藝設(shè)備尺寸的確定及選型。對(duì)總流程進(jìn)行物料衡算，對(duì)所選工藝路線、設(shè)計(jì)流程進(jìn)行定量評(píng)述，為后階段的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3.3 系統(tǒng)物料衡算3.3.1 系

39、統(tǒng)總物料衡算系統(tǒng)氯氣3104 Kg/h原料氯化氫3750 Kg/h未反應(yīng)氯化氫560 Kg/h工藝水786 Kg/h 原料氫氣700 Kg/h圖3-1 系統(tǒng)總物料衡算圖The total material balance chart diagram of 3-1 system3.3.2 塔器類物料衡算表3-1 合成塔R-101物料衡算Table 3-1 synthesis tower R-101 material balance56A溫度/34.8360壓力MPa0.250.22氣相分率11摩爾流量 kmol/hr154.222132.367質(zhì)量流量 kg/hr5393.8345393.834

40、體積流量 cum/hr1566.8923159.669焓 Gcal/hr-2.26-2.512質(zhì)量流量 kg/hrHCL3750562.5O21643.834944.476CL23099.383H2O787.475CCL4C4CL6質(zhì)量分?jǐn)?shù)HCL0.6950.104O20.3050.175CL20.575H2O0.146CCL4C4CL6摩爾流量 kmol/hrHCL102.85115.428O251.37229.516CL243.712H2O43.712CCL4C4CL6摩爾分?jǐn)?shù)HCL0.6670.117O20.3330.223CL20.33H2O0.33CCL4C4CL6* 氣相 *密度

41、kg/cum3.4421.707粘度cP0.0170.026*液相 *密度粘度表3-2 水洗塔T-201物料衡算Table T-201 material balance of 3-2 scrubber266DA27A溫度/32404040壓力MPa0.180.180.160.16氣相分率0101摩爾流量 kmol/hr49.95878.00752.69375.272質(zhì)量流量 kg/hr9004193.4411027.4094066.032體積流量 cum/hr1.2021117.9391.31214.661焓 Gcal/hr-3.407-0.137-3.495-0.127質(zhì)量流量 kg/hrH

42、CL146.493145.9330.559O2 944.370.044944.326CL23085.1935.7543079.44H2O90017.384875.67841.707CCL4C4CL6質(zhì)量分?jǐn)?shù)HCL0.0350.142138 PPMO20.22543 PPM0.232CL20.7360.0060.757H2O10.0040.8520.01CCL4C4CL6摩爾流量 kmol/hrHCL4.0184.0020.015O229.5130.00129.511CL243.5110.08143.43H2O49.9580.96548.6082.315CCL4C4CL6摩爾分?jǐn)?shù)HCL0.052

43、0.076204 PPMO20.37826 PPM0.392CL20.5580.0020.577H2O10.0120.9220.031CCL4C4CL6* 氣相 *密度3.7513.347粘度0.0170.017*液相 *密度 kg/cum748.543790.177粘度cP2.1721.134表3-3 干燥塔T-202物料衡算Table T-202 material balance of 3-3 in drying tower7BA910A溫度/1513.713.7壓力MPa0.140.120.12氣相分率0.98101摩爾流量 kmol/hr75.2722.31572.957質(zhì)量流量 kg

44、/hr4066.03241.7074024.325體積流量 cum/hr1251.9630.0551438.618焓 Gcal/hr-0.156-0.159-0.008質(zhì)量流量 kg/hrHCL0.5590.559O2944.326944.326CL23079.443079.44H2O41.70741.707CCL4C4CL6質(zhì)量分?jǐn)?shù)HCL138 PPM139 PPMO20.2320.235CL20.7570.765H2O0.011CCL4C4CL6摩爾流量 kmol/hrHCL0.0150.015O229.51129.511CL243.4343.43H2O2.3152.315CCL4C4CL

45、6摩爾分?jǐn)?shù)HCL204 PPM210 PPMO20.3920.405CL20.5770.595H2O0.0311CCL4C4CL6* 氣相 *密度 kg/cum3.2272.797粘度cP0.0160.016*液相 *密度 kg/cum766.972758.052粘度 cP2.6543.009表3-4 氯氣吸收塔T-203物料衡算Table 3-4 material balance of chlorine absorption tower T-20325D1112A18溫度/202049.720.4壓力MPa0.60.540.50.5氣相分率0101摩爾流量 kmol/hr182.0475.0

46、6226.76930.33質(zhì)量流量 kg/hr28000.7644144.60131076.991068.377體積流量 cum/hr19.005327.48922.235147.462焓 Gcal/hr-5.81-0.011-5.8-0.021質(zhì)量流量 kg/hrHCL0.6840.1280.556O2978.19833.871944.326CL20.7643142.6463143.2770.133H2OCCL42800023.07427899.71123.362C4CL6質(zhì)量分?jǐn)?shù)HCL165 PPM4 PPM521 PPMO20.2360.0010.884CL227 PPM0.7580.1

47、01124 PPMH2OCCL410.0060.8980.115C4CL6摩爾流量 kmol/hrHCL0.0190.0040.015O230.571.05929.511CL20.01144.32244.3310.002H2OCCL4182.0290.15181.3770.802C4CL6摩爾分?jǐn)?shù)HCL250 PPM16 PPM503 PPMO20.4070.0050.973CL259 PPM0.590.19562 PPMH2OCCL410.0020.80.026C4CL6* 氣相 *密度12.6567.245粘度0.0160.019*液相 *密度 kg/cum1473.3151397.691粘度cP0.5790.375表3-5 脫氣