年產(chǎn)6000噸鹽酸合成工藝設(shè)計(jì)

1、 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)論文題 目：年產(chǎn)6000噸鹽酸合成工藝設(shè)計(jì)院 系： 化工與制藥系 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級(jí)： 化工0902 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 論文提交日期： 2013 年 6 月 15 日論文答辯日期： 2013 年 6 月 22 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書化學(xué)工程與工藝專業(yè) 0902班學(xué)生：高彬畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：年產(chǎn)6000噸鹽酸合成工藝設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1.文獻(xiàn)綜述 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：2.物料衡算、熱量衡算、主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：3.繪制工藝流程圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分： 起止時(shí)間：2013年4月- 2013年6月

2、指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日教研主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長(zhǎng)： 簽字 年 月 日沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要 摘要鹽酸廣泛用于鋼鐵、電鍍和鋼鐵結(jié)構(gòu)件的酸洗過(guò)程中，同時(shí)也用于化學(xué)制藥、稀土生產(chǎn)等行業(yè)。鐵合成爐生產(chǎn)鹽酸是目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)氯堿廠普遍應(yīng)用的生產(chǎn)技術(shù), 其吸收工藝雖幾經(jīng)變革, 目前大都采用降膜塔、填料塔二級(jí)或三級(jí)吸收法制鹽酸。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有三個(gè)：一是對(duì)鹽酸合成的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算，二是對(duì)合成爐進(jìn)行了設(shè)備尺寸計(jì)算和降膜吸收塔換熱面積計(jì)算，最后繪制了工藝流程圖。本文綜述了國(guó)內(nèi)外鹽酸生產(chǎn)方面的現(xiàn)狀及進(jìn)展，分析了現(xiàn)有裝置的優(yōu)點(diǎn)和存在的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合課題需求

3、，對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)處理，設(shè)計(jì)了鹽酸裝置的生產(chǎn)工藝，這些設(shè)計(jì)在一定程度上克服了現(xiàn)有工藝的缺陷。關(guān)鍵詞： 鹽酸 合成爐 工藝設(shè)計(jì)沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 abstract abstracthydrochloric acid is widely used in steel, electroplating and steel structure in the process of the acid, also used to chemical medicine, rare earth in production, etc. iron synthesis furnace product

4、ion hydrochloric acid is the present domestic most lvjianchang general use in production technology, though the absorption process several change, at present most used falling film tower, packed tower level 2 or 3 absorb legal hydrochloric acid.this design there are three main elements: one is the m

5、aterial balance the process of hydrochloric acid synthesis, thermal balance, the second is the synthesizer was equipment sizing calculations and calculation of heat transfer of falling film absorber area, finally drawing a flow chart. this paper reviewed the hydrochloric acid production status and p

6、rogress, analyzes the advantages of existing units and the existing problems. to solve these problems, the demand with subject, the existing production technology was improved processing, design the hydrochloric acid device production craft, the design to a certain extent the process of the existing

7、 overcome defects.keywords: hydrochloric acid synthesis furnace process design沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 目 錄目錄2引 言2第一章 文獻(xiàn)綜述21.1 研究背景21.1.1鹽酸的性質(zhì)特點(diǎn)及應(yīng)用21.1.2鹽酸的工藝歷史21.1.3鹽酸的生產(chǎn)31.2本設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容與目標(biāo)41.3 鹽酸的吸收工藝及存在的問(wèn)題51.3.1鹽酸吸收系統(tǒng)的作用51.3.2吸收工藝流程簡(jiǎn)述51.3.3吸收過(guò)程存在的問(wèn)題5第二章 產(chǎn)品的性質(zhì)及其它72.1 產(chǎn)品性質(zhì)72.1.1 物理性質(zhì)72.1.2 化學(xué)性質(zhì)72.1.3 產(chǎn)品規(guī)格82.

8、1.4主要指標(biāo)測(cè)定方法82.1.5性能與用途82.1.6產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸及貯存92.2 主要原料的性能與規(guī)格92.2.1 原料的物化性質(zhì)92.2.2 主要生產(chǎn)工藝過(guò)程的基本原理112.3 生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程122.3.1 氫氣與氯氣的來(lái)源122.3.2氯化氫合成122.3.3氯化氫的吸收122.3.4產(chǎn)品的貯存輸送和包裝132.4安全生產(chǎn)基本原則132.4.1基本原則132.4.2壓力容器安全使用條件132.4.3安全檢修132.4.4防火防爆132.4.5主要安全技術(shù)指標(biāo)132.4.6工業(yè)衛(wèi)生及防護(hù)142.4.7環(huán)保處理措施142.4.8環(huán)保指標(biāo)14第三章 物料衡算153.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)153.2

9、合成爐物料衡算163.2.1 出爐氯化氫的量163.2.2 滿足生產(chǎn)的量163.2.3 進(jìn)合成爐的量163.2.4進(jìn)合成爐的量163.2.5進(jìn)合成爐的量163.2.6進(jìn)合成爐的量173.2.7 進(jìn)合成爐的量173.2.8 進(jìn)合成爐的量173.2.9 合成爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)變化如下183.2.10合成爐物料衡算總結(jié)183.3鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量核算驗(yàn)證203.3.1鹽酸濃度計(jì)算203.3.2產(chǎn)品酸質(zhì)量核驗(yàn)20第四章 能量衡算214.1能量衡算采用的計(jì)算方法214.2合成爐能量衡算214.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件214.2.2進(jìn)口各股氣體能量計(jì)算214.2.3進(jìn)口各股氣體總能量234.2.4出口氣體能量計(jì)算234

10、.2.5出口氣體總能量計(jì)算244.2.6合成爐能量衡算244.3一段降膜吸收塔能量衡算244.3.1一段塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件244.3.2一段塔進(jìn)口能量計(jì)算254.3.3一段塔進(jìn)口總能量計(jì)算264.3.4一段塔出口能量計(jì)算264.3.5一段塔出口總能量計(jì)算274.3.7一段塔稀酸的能量計(jì)算284.3.8一段塔溶解熱計(jì)算284.3.9 一段塔總能量計(jì)算294.3.10一段塔冷卻水用量計(jì)算294.4二段降膜吸收塔能量衡算294.4.1二段塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件294.4.2二段塔進(jìn)口能量計(jì)算294.4.3二段塔進(jìn)口總能量計(jì)算304.4.4二段塔出口能量計(jì)算304.4.5二段塔出口總能量計(jì)算324.4.6二段

11、塔進(jìn)出口能量計(jì)算324.4.7 二段塔稀酸的能量計(jì)算324.4.8 二段塔溶解熱計(jì)算324.4.9 二段塔能量衡算324.4.10二段塔冷卻水出口溫度324.5三段填料吸收塔能量衡算334.5.1三段塔基礎(chǔ)條件334.5.2 三段塔進(jìn)口能量計(jì)算334.5.3三段塔進(jìn)口總能量計(jì)算344.5.4三段塔出口能量計(jì)算344.5.5三段稀酸能量計(jì)算354.5.6三段塔溶解熱計(jì)算354.5.7三段塔能量衡算35第五章 設(shè)備計(jì)算365.1合成爐設(shè)備工藝計(jì)算365.2換熱面積計(jì)算375.2.1一段降膜吸收塔換熱面積計(jì)算375.2.2二段降膜吸收塔換熱面積計(jì)算37第六章 設(shè)計(jì)結(jié)論39參 考 文 獻(xiàn)40致 謝41

12、沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 引言 引 言在我國(guó)的“三酸兩堿”生產(chǎn)中，鹽酸是生產(chǎn)工藝變化較大的一種。1949年我國(guó)鹽酸產(chǎn)量?jī)H0.3萬(wàn)噸，全部采用合成法生產(chǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也極為單一，主要用作化學(xué)試劑及食品等很少幾個(gè)領(lǐng)域。改革開放后，隨著我國(guó)氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅速發(fā)展，為我國(guó)的鹽酸工業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和空間，在生產(chǎn)方面，除氯堿行業(yè)外，化肥、農(nóng)藥、聚酯等行業(yè)作為副產(chǎn)鹽酸的新生力量發(fā)展迅猛。在消費(fèi)領(lǐng)域，隨著有機(jī)合成工業(yè)的發(fā)展，鹽酸的應(yīng)用領(lǐng)域也獲得了極大開拓，用途更加廣泛，制藥、礦石選礦處理、化工、飼料添加劑、凈水劑、稀土等下游行業(yè)對(duì)鹽酸的需求量增長(zhǎng)迅猛。1986年，我國(guó)鹽酸產(chǎn)量首次突破20

13、0萬(wàn)噸大關(guān)，1993年突破300萬(wàn)噸大關(guān)，2000年達(dá)到442.11萬(wàn)噸，2006年達(dá)到730.58萬(wàn)噸，規(guī)模遞增的速度越來(lái)越快。尤其值得一提的是，1990年我國(guó)262.3萬(wàn)噸的鹽酸總產(chǎn)量中，副產(chǎn)鹽酸已占到142.65萬(wàn)噸，首次超過(guò)合成法鹽酸，表明鹽酸產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平有了質(zhì)的跨越。此間，美國(guó)、日本、加拿大、德國(guó)等產(chǎn)量也均超過(guò)500萬(wàn)噸，而且都是以副產(chǎn)品鹽酸為主。經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，我國(guó)鹽酸工業(yè)目前已演變?yōu)楦碑a(chǎn)酸占主導(dǎo)地位，并躋身世界鹽酸生產(chǎn)大國(guó)行列。與此同時(shí)，鹽酸的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)技術(shù)水平也有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。1沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 研究背景1.1.

14、1鹽酸的性質(zhì)特點(diǎn)及應(yīng)用 鹽酸，學(xué)名氫氯酸，是氯化氫（化學(xué)式：hcl）的水溶液，相對(duì)密度為1.20，無(wú)色或微黃色易揮發(fā)性液體，有刺激性氣味，是一元酸。氯化氫（hcl），在某些火山噴出的氣體中曾大量發(fā)現(xiàn)。鹽酸是氯化氫的水溶液，是強(qiáng)酸，具有酸的通性，在哺乳動(dòng)物的胃液中也有微量存在。據(jù)推測(cè)，在地球的原始大氣層中含有20:3:1比例的、和，因此原始海洋亦含有相當(dāng)濃度的氯化氫，它溶解一些礦物成為今天海洋的鹽分。主要用于生產(chǎn)各種氯化物；在濕法治金中提取各種稀有金屬；在有機(jī)合成、紡織漂染、石油加工、制革造紙、電鍍?nèi)酆浮⒔饘偎嵯粗惺浅Ｓ盟?；在有機(jī)藥物生產(chǎn)中，制普魯卡因、鹽酸硫胺、葡萄糖等不可缺少；在制取動(dòng)物膠、

15、各種染料時(shí)也有用武之地；在食品工業(yè)中用于制味精和化學(xué)醬油；醫(yī)生還直接讓胃酸不足的病人服用極稀的鹽酸治療消化不良；在科學(xué)研究、化學(xué)實(shí)驗(yàn)中它是最常用的化學(xué)試劑之一。因此，鹽酸的用途非常的廣泛。1.1.2 鹽酸的工藝歷史15世紀(jì)意大利的手稿中記載如何制成鹽酸，但這種水溶液在此前就為煉金術(shù)師所使用，那是將食鹽和硫酸鐵共同蒸餾發(fā)生的氣體溶解于水而成。1650年前后glauder開發(fā)用硫酸分解食鹽的制法。1772年priestley最先捕集到氯化氫氣體制得純鹽酸并試驗(yàn)其性質(zhì)。1810年davy證明其為氧與氫的化合物3。1791年法國(guó)的科學(xué)家獲得路布蘭制堿法的專利，擁有日產(chǎn)250-300kg的工廠。該法用硫

16、酸鈉、石灰石和制造純堿。但歐洲缺乏天然的硫酸鈉礦，因此用硫酸和食鹽為原料制造硫酸鈉并副產(chǎn)鹽酸。由于法國(guó)革命，工廠在1793年關(guān)閉。愛爾蘭人趁英國(guó)政府取消重鹽稅之機(jī)會(huì)采用路布蘭法于1823年在英國(guó)設(shè)廠。開始時(shí)副產(chǎn)的氯化氫氣體用150m高的煙筒排放空中，但因其相對(duì)密度較大，已構(gòu)成霧幕下降，對(duì)植物造成嚴(yán)重?fù)p害。1836年采用焦炭為填料的洗滌塔用水吸收此氣體以減少工廠對(duì)周圍的影響。1863年英國(guó)政府頒布了世界上第一個(gè)有關(guān)環(huán)境保護(hù)法的堿工業(yè)法令，限各工廠必須將產(chǎn)生的氯化氫氣體回收95%以上，并規(guī)定排出氣體中氯化氫含量不得超過(guò)0.454g/m3。早期鹽酸的用途不大，市場(chǎng)需求量很少。由于紡織工業(yè)的發(fā)展需用大

17、量的漂粉，許多鹽酸便被二氧化錳氧化用來(lái)制造氯氣，作為漂粉的原料。mno2+4hclmncl2+cl2+2h2o這還僅有一半的氯化氫未加利用，而且二氯化錳沒(méi)有工業(yè)用途，致使漂粉成本很高。后來(lái)通過(guò)1866年的weldon法和1870年的deacon法提高了氯氣回收率和原料的利用率，大大降低了成本，正適應(yīng)英國(guó)紡織工業(yè)發(fā)展的需要。自1895年食鹽溶液電解法制氯和燒堿工業(yè)化以來(lái)，鹽酸可以用電解產(chǎn)生的氯和氫直接合成。第一次世界大戰(zhàn)后各國(guó)紛紛調(diào)整其工業(yè)結(jié)構(gòu)。1923年英國(guó)最后一個(gè)路布蘭制堿法的工廠關(guān)閉，鹽酸的生產(chǎn)逐漸為直接合成法所代替。第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工和塑料等聚合物工業(yè)的迅速發(fā)展，使氯化氫和鹽酸

18、生產(chǎn)路線又起了變化。總的來(lái)說(shuō)，副產(chǎn)氯化氫和鹽酸產(chǎn)量比重增大，而合成鹽酸的比重下降。從70年代后期以來(lái)，由于越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)氟氯烴產(chǎn)品的生產(chǎn)陸續(xù)加以限制，副產(chǎn)氯化氫產(chǎn)量的比例持續(xù)下降，而合成氯化氫的產(chǎn)量則有所上升。工業(yè)上制取鹽酸時(shí)，首先在反應(yīng)器中將氫氣點(diǎn)燃，然后通入氯氣進(jìn)行反應(yīng)，制得氯化氫氣體。氯化氫氣體冷卻后被水吸收成為鹽酸。在氯氣和氫氣的反應(yīng)過(guò)程中，有毒的氯氣被過(guò)量的氫氣所包圍，使氯氣得到充分反應(yīng)，防止了對(duì)空氣的污染。在生產(chǎn)上，往往采取使另一種原料過(guò)量的方法使有害的、價(jià)格較昂貴的原料充分反應(yīng)。然后用水吸收生成的氯化氫氣體，其中氯化氫是在合成塔里合成的。1.1.3 鹽酸的生產(chǎn)合成工業(yè)的飛速發(fā)展

19、，綜合利用有機(jī)化合物在氯化過(guò)程中大量產(chǎn)生的氯化氫氣體，用來(lái)生產(chǎn)副產(chǎn)品鹽酸成為大勢(shì)所趨。從上世紀(jì)50年代開始，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)自1772年由priesly最先搜集到氯氣和氫氣制得純鹽酸并試驗(yàn)其性質(zhì)，至今有230多年的歷史了。在我國(guó)生產(chǎn)鹽酸也有近70年的歷史了，鹽酸的生產(chǎn)一般都包括氣體的產(chǎn)生、冷卻、吸收。鹽酸工業(yè)的生產(chǎn)工藝主要有合成法和副產(chǎn)法。隨著有機(jī)家中，副產(chǎn)品鹽酸的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)合成法生產(chǎn)的鹽酸，時(shí)至今日副產(chǎn)鹽酸依然是鹽酸工業(yè)中性價(jià)比和資源利用效率最高的工藝路線。從我國(guó)目前的生產(chǎn)工藝看, 主要有以下幾種：（1）鐵爐合成、風(fēng)冷、水冷、石墨冷、絕熱吸收、膜式吸收。（2）石墨爐合成、水冷、風(fēng)冷、絕熱吸收、

20、膜式吸收。（3）合成、冷卻、吸收為一體的“ 三合一”爐生產(chǎn)，該工藝最為先進(jìn)。近年來(lái)，我國(guó)多數(shù)廠家均走過(guò)了鐵爐、水冷、風(fēng)冷、石墨冷、絕熱吸收或膜式吸收, 近而改為“三合一”生產(chǎn)工藝。當(dāng)然也有正在使用鐵爐生產(chǎn)氯化氫氣體, 采用風(fēng)冷、水冷、石墨冷卻氯化氫氣體供生產(chǎn)用，并且將在我國(guó)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間。“三合一”爐生產(chǎn)鹽酸, 自投運(yùn)以來(lái)，由于存在諸多因素防腐材料及技術(shù)不過(guò)關(guān), 真正堅(jiān)持下來(lái), 并且發(fā)揮作用的生產(chǎn)廠家極少。設(shè)備生產(chǎn)廠也舉步維艱。但由于該工藝結(jié)構(gòu)緊湊, 占地面積小, 生產(chǎn)彈性大等諸多優(yōu)點(diǎn)。在經(jīng)歷了年代到年代中期的低潮后, 終于被廣大氯堿廠所重視。圖1-1 鹽酸的生產(chǎn)工藝流程圖從目前的生產(chǎn)設(shè)備

21、看, 主要設(shè)備是合成爐, 其次是尾氣吸收塔, 稀酸槽罐緩沖器、冷卻塔、循環(huán)水池等。1.2本設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容與目標(biāo) 針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出在現(xiàn)有的鹽酸吸收系統(tǒng)流程上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合技術(shù)改造，降低投資成本，創(chuàng)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)。本文研究主要內(nèi)容如下：（1）通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的鹽酸生產(chǎn)設(shè)備及工藝進(jìn)行優(yōu)化選擇，設(shè)計(jì)年產(chǎn)6000噸鹽酸的生產(chǎn)工序；（2）針對(duì)目前的鹽酸生產(chǎn)企業(yè)普遍存在的鹽酸吸收工藝的不足之處，設(shè)計(jì)鹽酸吸收工段及三段吸收工藝。我國(guó)大部分企業(yè)仍然停留在高耗低產(chǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀。隨著環(huán)境保護(hù)保護(hù)要求的日益提高，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)尾氣的排放更加嚴(yán)格，那些高能耗、高污染，低產(chǎn)出的企業(yè)最后必將被淘汰。通過(guò)本設(shè)

22、計(jì)工作，能為一些企業(yè)的優(yōu)化生產(chǎn)工藝，節(jié)約能源提供借鑒。這既有利于降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高資源利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)符合我國(guó)的建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的基本國(guó)家方針政策。1.3 鹽酸的吸收工藝及存在的問(wèn)題1.3.1鹽酸吸收系統(tǒng)的作用鹽酸吸收系統(tǒng)的主要作用是把反應(yīng)爐生成的高溫氯化氫混合氣體降溫冷卻洗去硫化物等雜質(zhì)，再用水或稀酸吸收生成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31的濃鹽酸，并且使尾部排氣空氣中氯化氫體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)限定值，達(dá)到環(huán)保要求。1.3.2吸收工藝流程簡(jiǎn)述從氫氣處理工序送來(lái)的氫氣經(jīng)緩沖罐和阻火器后，與從液氯工序送來(lái)的氯氣體積分?jǐn)?shù)大于70的氯氣同時(shí)進(jìn)入鹽酸合成爐下部的燈頭內(nèi)燃燒，生成氯化氫氣體。為保證氯

23、氣反應(yīng)完全，要嚴(yán)格控制進(jìn)爐氫氣適當(dāng)?shù)倪^(guò)量。氯化氫氣體通過(guò)空氣冷卻至45左右后，進(jìn)入降膜吸收器，被由尾氣塔過(guò)來(lái)的稀酸吸收，產(chǎn)出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.031.5 的成品酸。降膜吸收器中未被吸收的氯化氫氣體由水流噴射泵抽至尾氣塔，用純水吸收。1.3.3吸收過(guò)程存在的問(wèn)題經(jīng)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料分析總結(jié)，通常情況下，鹽酸吸收系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：(1)氯化氫氣體夾帶有大量水霧、泡沫，進(jìn)入吸收器后，影響到氯化氫與列管水膜的充分接觸，且鹽酸生成時(shí)產(chǎn)生的熱量不易移走，以致吸收效率不高。(2)尾氣中也帶有大量的水霧，在引風(fēng)機(jī)中容易冷凝成弱酸性液體，直接沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪，引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)加大，風(fēng)機(jī)故障率升高，增加了設(shè)備

24、維修量；同時(shí)，由于風(fēng)機(jī)效率的下降，使工藝操作波動(dòng)大，吸收效率更差，尾氣排放經(jīng)常超標(biāo)，對(duì)周圍居住環(huán)境造成污染，常引起周圍居民的投訴。(3)舊鹽酸吸收系統(tǒng)的洗滌塔、清洗塔、回收塔等設(shè)備全部采用玻璃鋼材料制作，投資成本高，且設(shè)備制作周期長(zhǎng)。42沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 產(chǎn)品性質(zhì)及其它 第二章 產(chǎn)品的性質(zhì)及其它2.1 產(chǎn)品性質(zhì)2.1.1 物理性質(zhì)鹽酸是無(wú)色或淺黃色的液體，有氯化氫的刺激氣味，有毒有腐蝕性，濃鹽酸在潮濕空氣中放出氯化氫而發(fā)煙，鹽酸是一種揮發(fā)性酸，也是極強(qiáng)的無(wú)機(jī)酸5。鹽酸的密度隨濃度增加而上升，隨溫度的增加而降低，20時(shí)31.0%鹽酸密度為1.154g/cm3，35.0%的鹽酸密度

25、為1.174g/cm3。鹽酸是恒沸點(diǎn)液體，而恒沸點(diǎn)組成與恒沸點(diǎn)溫度卻隨壓力不同稍改變。表2-1 恒沸點(diǎn)組成沸點(diǎn)溫度隨壓力變化表項(xiàng)目數(shù)據(jù)壓力kpa0.133700740760800恒沸點(diǎn)106.424107.819108.584110.584壓力kpa0.13320.30620.26820.22220.1552.1.2 化學(xué)性質(zhì)鹽酸能與酸堿指示劑反應(yīng)；和堿發(fā)生中和反應(yīng)，生成氯化物和水；能與活潑金屬單質(zhì)反應(yīng)，生成氫氣；能和金屬氧化物反應(yīng)，生成鹽和水；和鹽反應(yīng)生成新酸和新鹽；與大部分碳酸鹽和碳酸氫鹽反應(yīng)生成二氧化碳和水；具有還原性等。2.1.3 產(chǎn)品規(guī)格表2-26 q/shg-004003-2005

26、指標(biāo)名稱優(yōu)級(jí)品一級(jí)品合格品總酸度（以hci%計(jì)）31.031.031.0鐵 0.0060.0080.01硫酸鹽（以s0%計(jì)）0.0050.03砷， % 0.00010.00010.0001灼燒殘?jiān)?% 0.080.100.15氧化物（c1%計(jì)）0.0050.0080.010表2-3 食品添加劑鹽酸的要求 % 項(xiàng) 目指標(biāo)總酸度（以hci%計(jì)） 31.0鐵 % 0.001硫酸鹽（以s0%計(jì)） 0.007氧化物（以cl計(jì)） 0.003還原物（以s0計(jì)） 0.007灼燒殘?jiān)?% 0.05重金屬（以p b%計(jì)） 0.0005砷 % 0.0001表2-4 副產(chǎn)鹽酸的要求指標(biāo)名稱 指標(biāo)總酸度（以hci%

27、計(jì)）31.0外觀淺黃色透明液體無(wú)浮油2.1.4主要指標(biāo)測(cè)定方法 gb320-93工業(yè)用合成鹽酸 2.1.5性能與用途a) 金屬清洗，在拉管，抽絲，電鍍，油漆、鍍錫等進(jìn)一步加工前，必須將氧化鐵皮以酸洗方法清除干掙。b) 石油井的酸化，許多油田是石灰?guī)r和沙石巖組成。這些地下組織的滲透率比較低，在采油過(guò)程中可以利用鹽酸能和這些巖石起化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，把鹽酸注入油井的地下巖結(jié)構(gòu)中，使巖層產(chǎn)生裂縫，以貫通油層之問(wèn)的間隔，將油匯集在一起，提高油的流動(dòng)性和滲透性，從而提高油井的采油率。c) 礦產(chǎn)品的加工。d) 無(wú)機(jī)物的制造。e) 烯烴、炔烴的加成反應(yīng)。f) 烴類的氧氯化反應(yīng)。g) 其它用途，用于染料工業(yè)、制革

28、工業(yè)、印染工業(yè)及食品、醫(yī)藥工業(yè)等。2.1.6產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸及貯存 產(chǎn)品檢驗(yàn)方法 a) 合成鹽酸按gb 320執(zhí)行。 b) 副產(chǎn)鹽酸按q/shgj 0 2-1 1 7執(zhí)行。 c) 食晶鹽酸按gb18 9 7執(zhí)行。 產(chǎn)品包裝貯運(yùn) 成品進(jìn)入鹽酸貯罐，根據(jù)包裝容器的具體情況，開動(dòng)酸泵，直接裝入火車槽車或者汽車槽車，運(yùn)往廠外，也可用酸泵打至高位槽供廠內(nèi)生產(chǎn)使用。2.2 主要原料的性能與規(guī)格2.2.1 原料的物化性質(zhì) 氯氣的理化性7氯氣是一種黃綠色，有刺激性嗅味的氣體，對(duì)人體有刺激粘膜的毒害作用，氯氣密度3.214kg/ m3 (0，101.325kpa)，液化溫度(101.325kpa) -33.9(也

29、有-34.05或- 34.6)，氯氣溶于水、酒精、四氯化碳等液體中，含水氯氣腐蝕性強(qiáng)，0以下，生成cl28h2o的黃綠色結(jié)品，因此含水氯氣管道冬季應(yīng)保溫。表2-5 不同溫度的氯氣溶解度溫度()02030405060708090101.325kpa下1升水中溶解氯氣（克）14.607.295.724.593.922.792.732.221.27表2-6 氯氣在不同壓力下液化溫度表壓（m pa） 00.0480.1170.2080.2640.3250.396液化溫度() -34.5-25-15-50510氯氣對(duì)人體的侵害隨濃度不同而差異甚大。表2-7 空氣中不同含氯量對(duì)人體的影響空氣中的含氯量（m

30、g/m3）對(duì)人體的作用 1.0 可長(zhǎng)時(shí)間工作 12從事輕工作6小時(shí) 4不能堅(jiān)持工作 2 81020分鐘即中毒 35500.51小時(shí)死亡 90010 分鐘內(nèi)死亡操作環(huán)境空氣中最高允許濃度1 mgm3。氯氣化學(xué)性質(zhì)活潑，易與大多數(shù)金屬及非金屬化合生成各種化合物，在氫氣中燃燒生成氯化氫。+ 2 1 氫氣的理化性質(zhì)氫氣為無(wú)色、無(wú)味并且是最輕的氣體q/shg-004003-2005標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為21.5ml/l。氫氣在氧氣中的爆炸范圍為5%-95.26%，在空氣中的爆炸范圍5%-72.5%，生產(chǎn)中應(yīng)特別注意防止爆炸事故發(fā)生氫氣能和一些強(qiáng)氧化劑作用，以致發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。h2+1/2o2 h2ol/2+l/2

31、2.2.2 主要生產(chǎn)工藝過(guò)程的基本原理氯氣與氫氣在弱光照射或低溫常壓下反應(yīng)速度很慢，只有在加熱或明亮的光照下或觸媒存在下，才會(huì)迅速反應(yīng)生成氯化氫7，主反應(yīng)式為： h2+cl2 2 hcl 副反應(yīng)： 2 h2+o2 2h2o 2 co+o2 2co2 3 cl2+2fe fecl （有過(guò)縫氯氣存在的非正常情況下才發(fā)生）氫氣和氯氣在波長(zhǎng)400-436毫微米的紫外光下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，由下游離基連鎖反應(yīng)，其光量子效率可高達(dá)10.5，其反應(yīng)機(jī)理如下：a)鏈引發(fā)：氯分子吸收熱或光量子的能量后，離解為兩個(gè)活性氯游離基，成為鏈鎖反應(yīng)的升始： cl2 2clb)鏈傳遞：活性游離基c1，與氫分子作用，生成氯化氫分子和

32、活性氫游離基h，h與氯分子作用生成一個(gè)h c l和一個(gè)c1，如此一個(gè)一個(gè)地傳遞下去構(gòu)成連鎖反應(yīng)。 cl.+h2 +h h. +cl2 +c1c) 鏈終止，當(dāng)受到外界能與cl.或h.結(jié)合的物質(zhì)或基團(tuán)影響時(shí)，游離基便失去活性而使鏈終止。原料氣帶入氧2h.+1/2o2 h2o cl.+ clo2 自身結(jié)合為氣體分子h+h h2 ci +cl cl2 h+ci 活性游離基與合成爐的壁面碰撞也會(huì)發(fā)生鏈終止。一般說(shuō)來(lái)兩個(gè)簡(jiǎn)單的游離基互相碰撞時(shí)是不能合并的，即式的終止是不存在的。氫氯燃燒合成關(guān)系采取氫過(guò)剩，以確保氯完全反應(yīng)。含氯的副產(chǎn)鹽酸氣采取燃燒法進(jìn)行凈化處理。即把含氯的副產(chǎn)鹽酸氣與氫氯焰直接接觸混合，回

33、收其中氯氣。氯化氫被水或稀鹽酸吸收后，就可制成鹽酸。2.3 生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程2.3.1 氫氣與氯氣的來(lái)源 鹽酸的生產(chǎn)主要有兩種方式，一種是直接合成法，另一種是無(wú)機(jī)或有機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)的副產(chǎn)品。而我們氯化氫工段采用的是電解產(chǎn)品氯氣和氫氣直接合成鹽酸的。2.3.2氯化氫合成由電解產(chǎn)生的氯氣和氫氣沿管道分別經(jīng)過(guò)阻火器、控制閥、流量計(jì)、燃燒器進(jìn)入合成爐。氫氯燃燒化合采取氫氣過(guò)剩，并出燃燒器在合成爐內(nèi)進(jìn)行，在反應(yīng)生成的火焰中完成生成氯化氫的反應(yīng)，火焰最高為1400，合成的氯化氫和經(jīng)燃燒處理的氯化氫經(jīng)合成爐爐壁散熱，出合成爐氣體的溫度在400-500左右，由爐頂出口進(jìn)入散熱器，采用空氣自然冷卻。2.3.3氯化

34、氫的吸收經(jīng)過(guò)空氣冷卻的氯化氫進(jìn)入一段降膜吸收塔頂部，與二段吸收塔流出的稀酸在管內(nèi)并流向下流動(dòng)吸收，制得的鹽酸由底部流出，經(jīng)過(guò)液封分別進(jìn)入酸儲(chǔ)藏。在一段吸收塔不能吸收的氣體與少量吸收的氯化氫由膜式塔底部排出，經(jīng)過(guò)上升管引至二段膜式吸收塔頂部，與尾部吸收塔流出的稀酸在管內(nèi)并流向流動(dòng)吸收，制得的稀酸由底部流出進(jìn)入一段吸收塔頂部。在二段吸收塔不能吸收氣體和少量末吸收的氯化氫氣體由塔底部排出經(jīng)上升管引至尾部吸收塔底部進(jìn)入，在尾部吸收塔內(nèi)與頂部加入的注加水接觸，逆流吸收，不能吸收氣體，由尾部塔頂部經(jīng)氣液分離器分離后，由尾部塔頂部排空，分離出的鹽酸流回尾部塔，生成的稀酸經(jīng)液封管流入二段塔塔項(xiàng)。2.3.4產(chǎn)品

35、的貯存輸送和包裝當(dāng)酸貯缶液面接近2.5米時(shí)，應(yīng)另?yè)Q其它空槽，根據(jù)包裝容器的具體情況，開動(dòng)酸泵，直接裝入火車槽車，或者汽車槽車運(yùn)往廠外，也可用酸泵打至高位槽供廠內(nèi)生產(chǎn)使用。鹽酸控制系統(tǒng)采用可編程控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱plc控制。2.4安全生產(chǎn)基本原則2.4.1基本原則操作人員必須正確使用所規(guī)定的方法操作。2.4.2壓力容器安全使用條件合成爐操作壓力19.9kpa，防爆膜抗壓0.1mpa。2.4.3安全檢修 定期檢查各控制閥門，指示儀表，防火防爆裝置必須保持靈敏。 定期檢查和處理各設(shè)備、管道中的物料、并冬季注意防寒防凍工作。2.4.4防火防爆 加強(qiáng)操作、搞好設(shè)備維護(hù)，防止易燃、易爆和有毒物質(zhì)外冒，保護(hù)勞動(dòng)

36、環(huán)境，防止人氣污染。 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一律不準(zhǔn)吸煙、凡因檢修施工、必須經(jīng)批準(zhǔn)后方可動(dòng)火。 氫氣設(shè)備管線必須有靜電防護(hù)。2.4.5主要安全技術(shù)指標(biāo)生產(chǎn)崗位空氣中有害物質(zhì)的含量，其最高允許濃度：氯氣 l毫克米3氯化氫 l.5毫克米32.4.6工業(yè)衛(wèi)生及防護(hù) 所有設(shè)備管道不得泄灞、堵塞、確保物料暢通無(wú)阻。 堅(jiān)守工作崗位，不違章作業(yè)，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)排除和報(bào)告，確保安全生產(chǎn)。2.4.7環(huán)保處理措施氯化產(chǎn)生的副產(chǎn)鹽酸氣通入鹽酸合成爐燃燒，吸收制成合成鹽酸。2.4.8環(huán)保指標(biāo)尾氣hci 含量400mg/m3下水 ph 69沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 物料衡算 第三章 物料衡算3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)a) 生產(chǎn)規(guī)模:年產(chǎn)6

37、000噸b) 生產(chǎn)時(shí)間：年開工300天，日開工24小時(shí).c）產(chǎn)品要求：31%d) 儲(chǔ)存及包裝損失：0.05%e) 進(jìn)爐范圍：1:1.06f) 一段吸收塔吸收率為：50%二段吸收塔吸收率為：45%三段吸收塔吸收率為：5%g) 原料組成（干基）：表3-1 原料組成（干基）名稱cl2h2coo2n2co2含量95%0.30%0.03%0.50%3.72%0.45%表3-2氫氣原料組成（干基）名稱h2o2n2含量98%0.40%1.60%注： h2o（g）重量百分含量0.5% h2o（g）含量按與所在地大氣壓平衡水蒸汽分壓計(jì)算 3.2合成爐物料衡算3.2.1 出爐氯化氫的量3.2.2 滿足生產(chǎn)的量3.

38、2.3 進(jìn)合成爐的量 原料帶入的量 原料帶入的量3.2.4進(jìn)合成爐的量 3.2.5進(jìn)合成爐的量 3.2.6進(jìn)合成爐的量 原料帶入的量 原料帶入的量 3.2.7 進(jìn)合成爐的量 原料帶入的量 原料帶入的量3.2.8 進(jìn)合成爐的量 原料帶入的量 設(shè):氫氣帶入的量為a 原料帶入的量 設(shè):氯氣帶入的量為b 說(shuō)明：進(jìn)合成爐的壓力為250 合成爐進(jìn)口溫度為30 查水和水蒸氣表得：30 p=4247.0pa 3.2.9 合成爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)變化如下 主反應(yīng)： 副反應(yīng)： 其它副反應(yīng)因量很少，在工程上忽略計(jì)算 主反應(yīng)： + = 2 開始：3.5479 4.1549 0 反應(yīng)：3.5479 3.5479 7.0958

39、 完成： 0 0.6070 7.0958 副反應(yīng)： + = 開始; 0.6070 0.0423 0.1995 反應(yīng)： 0.0847 0.0423 0.0847 完成： 0.5223 0 0.28423.2.10合成爐物料衡算總結(jié)表 3-2 進(jìn)出合成爐物料數(shù)據(jù)表成分進(jìn)入量進(jìn)入量離開量離開量007.0958258.72133.5479251.5691004.15498.37570.52231.05280.00280.07940.0028007940.02711.19160.02711.19160.04231.3550000.35619.97470.35619.97470.19953.59170.2

40、8425.1194表3-3 一段模式吸收塔物料衡算成分進(jìn)入量進(jìn)入量離開量離開量7.0958258.72133.5479129.360600000.52231.05280.52231.05280.00280.07940.0028007940.02711.19160.02711.191600000.35619.97470.35619.97470.28425.119400表3-4 二段模式吸收塔物料衡算成分進(jìn)入量進(jìn)入量離開量離開量3.5479129.36060.354812.936100000.52231.05280.52231.05280.00280.07940.0028007940.02711.

41、19160.02711.191600000.35619.97470.35619.97470000 3.3鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量核算驗(yàn)證3.3.1鹽酸濃度計(jì)算稀酸（有三段進(jìn)入二段塔）濃度： 稀酸（有二段進(jìn)入一段塔）濃度：濃酸（有一段塔入儲(chǔ)存罐）濃度： 3.3.2產(chǎn)品酸質(zhì)量核驗(yàn)從一段塔流入儲(chǔ)罐鹽酸濃度為31.17%大于設(shè)計(jì)要求的31%，故所以設(shè)計(jì)合理。沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 能量衡算 第四章 能量衡算4.1能量衡算采用的計(jì)算方法在本設(shè)計(jì)中氯化氫的合成和吸收都伴隨著熱量的變化。因此，熱量衡算的目的就在于確定必須供給或除去這些熱量，從而可以確定傳熱劑用量及換熱設(shè)備的傳熱面積。本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的氣體組分眾多

42、，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法的特點(diǎn)是不必分成一系列分過(guò)程，只要直接從各種氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓表查出各物質(zhì)的始態(tài)焓、終態(tài)焓，二者相減即可3過(guò)程得出過(guò)程所發(fā)生的熱量變化，而不需要考慮過(guò)程的顯熱、潛熱和反應(yīng)熱，因此同意基準(zhǔn)焓法可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法：由于反映熱是隨溫度變化的，任意溫度下的反應(yīng)熱應(yīng)該有標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱加上從298k到溫度t之間的焓變來(lái)取得，本設(shè)計(jì)規(guī)定25（298k）100kpa的焓為零做基準(zhǔn)。4.2合成爐能量衡算4.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件基本條件：合成爐進(jìn)口溫度30（303k），出口溫度450（723k）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓25（298k）100kpa的焓為零做基準(zhǔn)。4.2.2進(jìn)口各股氣體能量計(jì)算合成爐進(jìn)口cl

43、2能量計(jì)算由摩爾定壓比熱容：，查某些氣體的摩爾定壓比熱容與溫度的關(guān)系表中cl2的： 物料不發(fā)生相變時(shí)，由溫度升高或降低到某一溫度所吸收或放出的熱量。其用公式： 合成爐進(jìn)口氯氣溫度為30（303k）基準(zhǔn)為25，氯氣不發(fā)生相變所以：由得 查得 進(jìn)口h2能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口co能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口co2能量計(jì)算 查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口o2能量計(jì)算 查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口n2能量計(jì)算 查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口h2o能量計(jì)算 查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得4.2.3進(jìn)口各股氣體總能量=562.7205+608.8790-309.2847+6.1634-10666

44、.6673+50.9919-48245.799=-57993.00134.2.4出口氣體能量計(jì)算出口各股氣體能量計(jì)算查各種氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓表得：723k時(shí)cl2： h2： co：o2： co2 ： n2 ： h2o(g):： 出口hcl的焓同合成爐進(jìn)口cl2焓計(jì)算原理： 查得由，hcl的 由得4.2.5出口氣體總能量計(jì)算=6499.3779-274.0040-10158.6497+4504.2829-64477.1915-568598.5091 =-632504.69344.2.6合成爐能量衡算即合成爐每小時(shí)放出574511.6922千焦熱量4.3一段降膜吸收塔能量衡算4.3.1一段塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及

45、條件經(jīng)過(guò)自然空氣冷卻到393k后的氣體進(jìn)入一段吸收塔，經(jīng)過(guò)石墨吸收冷水去冷卻之后離開二段塔出口溫度313k。 對(duì)于氣體的基本條件：進(jìn)口溫度120（393k），出口溫度40（313k）對(duì)于鹽酸的基本條件：稀酸進(jìn)口溫度30（303k），產(chǎn)品酸出口溫度40（313k）對(duì)于冷卻水基本條件：冷卻水進(jìn)口溫度20（293k），出口溫度28（301k）4.3.2一段塔進(jìn)口能量計(jì)算進(jìn)口hcl能量計(jì)算同合成爐進(jìn)口cl2焓計(jì)算原理：查得由得，hcl的 由得 進(jìn)口h2能量計(jì)算 查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口co焓計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口co2能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得進(jìn)口n2能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算

46、得進(jìn)口h2o能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得4.3.3一段塔進(jìn)口總能量計(jì)算 4.3.4一段塔出口能量計(jì)算進(jìn)口hcl能量計(jì)算同合成爐進(jìn)口cl2焓計(jì)算原理：查得由得， hcl的 由得 進(jìn)口h2能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得出口co能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得出口co2能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得出口n2能量計(jì)算查得 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得4.3.5一段塔出口總能量計(jì)算4.3.6一段塔進(jìn)出口能量計(jì)算4.3.7一段塔稀酸的能量計(jì)算稀酸帶入設(shè)備的能量查得30，18.34%的鹽酸比熱 由熱力學(xué)公式 得 稀酸帶出設(shè)備的能量查得40，31的鹽酸比熱由熱力學(xué)公式 得4.3.8一段塔溶解熱計(jì)算溶解熱概念 溶

47、解熱是指在一定溫度及壓力下（通常是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），一摩爾的溶質(zhì)溶解在大體積的溶劑中吸收或發(fā)出的熱量。在等壓條件下，溶解熱等于焓值的變化，因此也被成為溶解焓。溶解熱計(jì)算 從氯化氫在水中的溶解熱圖知，溶解熱為400kcal/kghcl，因?yàn)橐欢嗡章蕿?0，故溶解熱4.3.9 一段塔總能量計(jì)算4.3.10一段塔冷卻水用量計(jì)算cp（2030，h2o）=4.178kj/kg13故由得4.4二段降膜吸收塔能量衡算4.4.1二段塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件在一段吸收塔不能吸收的氣體與少量未吸收的氯化氫由膜式塔底部排出，經(jīng)過(guò)上升管引至二段膜式吸收塔頂部，與尾部吸收塔流出的稀酸在管內(nèi)并流向下流動(dòng)吸收，制得的稀酸由底部流出進(jìn)入一段