年產(chǎn)10萬噸鹽酸工藝設(shè)計畢業(yè)論文

1、年產(chǎn) 10 萬噸鹽酸工藝設(shè)計The ProcessDesign for An Annual Output of 100kt of Hydrochloric Acid39 / 39畢業(yè)論文設(shè)計原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文設(shè)計是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)展的研究工作及獲得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文設(shè)計 不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文設(shè)計的研究做 出重要奉獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名：日期：畢業(yè)論文設(shè)計授權(quán)使用說明本論文設(shè)計作者完全理解* 學(xué)院有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文設(shè)計的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保存論文設(shè)計并向相關(guān)部門送交論文設(shè)計的電子

2、版 和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文設(shè)計用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文設(shè) 計進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐脑O(shè)計的全部或部分內(nèi)容。保密的論文設(shè)計在解密后適用本規(guī)定。作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：日期：注 意 事 項(xiàng)1. 設(shè)計論文的內(nèi)容包括：1封面按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作2） 原創(chuàng)性聲明3） 中文摘要 300 字左右、關(guān)鍵詞4） 外文摘要、關(guān)鍵詞5） 目次頁附件不統(tǒng)一編入6） 論文主體部分：引言或緒論 、正文、結(jié)論7） 參考文獻(xiàn)8） 致謝9） 附錄對論文支持必要時2. 論文字?jǐn)?shù)要求： 理工類設(shè)計論文 正文字?jǐn)?shù)不少于1 萬字不包括圖紙、 程序清單等， 文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2 萬 字 。

3、3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文復(fù)印件。4. 文字、圖表要求：1文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請別人代寫 2工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3） 畢業(yè)論文須用A4 單面打印，論文50 頁以上的雙面打印4） 圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5） 軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5. 裝訂順序1設(shè)計論文2附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文復(fù)印件次序裝訂3其它目錄摘要V.I.Abstract .V.I.I引

4、言1第一章 綜述21.1 鹽酸的性質(zhì)及用途21.2 鹽酸的工藝歷史21.3 鹽酸的消費(fèi)歷史31.4 鹽酸工藝及存在問題41.4.1 鹽酸消費(fèi)工藝流程簡介41.4.2 工藝道路確實(shí)定51.4.3 三合一石墨爐法工藝過程中存在的問題61.5 課題的目的和意義6第二章 鹽酸消費(fèi)工藝流程82.1 產(chǎn)品性質(zhì)82.1.1 物理性質(zhì)82.1.2 化學(xué)性質(zhì)82.1.3 產(chǎn)品規(guī)格92.2 主要原料性質(zhì)與規(guī)格92.2.1 原料的理化性質(zhì)92.2.2 原料來源102.2.3 原料組成102.3 合成反響條件和機(jī)理112.3.1 反響條件112.3.2 反響機(jī)理分析112.4 消費(fèi)工序及消費(fèi)流程說明132.4.1 氯

5、化氫合成132.4.2 氯化氫吸收132.4.3 產(chǎn)品的貯存132.5 主要設(shè)備13第三章 鹽酸消費(fèi)裝置的物料及熱量衡算153.1 物料衡算153.1.1 計算根據(jù)153.1.2 計算153.1.3 進(jìn)出合成爐氣體163.1.4 三合一合成爐吸收段物料衡算183.1.5 尾氣吸收塔物料衡算193.2 熱量衡算20第四章 尾氣吸收塔的設(shè)計234.1 尾氣吸收塔高度與塔徑的計算234.1.1 塔徑 D 的計算234.1.2 填料層高度 Z 的計算244.2 除霧器264.3 液體分布器的計算264.4 管徑尺寸計算264.5 筒體壁厚計算274.6 人孔284.7 封頭284.8 尾氣吸收塔塔高2

6、8結(jié)論29致謝.錯. 誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)30附錄 A 尾氣吸收塔設(shè)備圖31附錄 B 鹽酸工藝流程圖32年產(chǎn) 10 萬噸鹽酸工藝設(shè)計摘要：氯化氫在常溫下為無色且具有刺激性氣味的氣體，氯化氫的水溶液鹽酸作為根底原料 “三酸兩堿 之一，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電鍍和鋼鐵構(gòu)造件的酸洗過程中，同時也用于化學(xué)制藥、稀土消費(fèi)等行業(yè)。近年來隨著不透性石墨設(shè)備的開展， 制取鹽酸的合成爐已有最初的鐵合成爐開展到“二合一合成爐、 “三合一 石墨合成爐等。通過對這幾種合成爐的比較，本設(shè)計采用“三合一 石墨爐，對鹽酸消費(fèi)后期的吸收工段、 尾氣吸收工段的物料平衡以及能量平衡進(jìn)展了計算， 設(shè)計出塔高3840mm，塔徑 700

7、mm 的填料式尾氣吸收塔，該塔處理尾氣量為612.78m3/h, 產(chǎn)出 10%稀鹽酸量為 9975.54kg/h，滿足年產(chǎn) 10 萬噸鹽酸處理量，到達(dá)設(shè)計目的。關(guān)鍵詞： 氯化氫合成爐；工藝設(shè)計；吸收The Process Design for An Annual Output of 100kt of Hydrochloric AcidAbstract: Hydrogen chloride is colorless and excitant odor of gas in ordinary temperature. Theaqueous solution of hydrogen chloride

8、(hydrochloric acid) as one of basic materialtwo alkali, widely usedsitneel, electroplating and steel structure in the process of acid, also used to chemical medicine, rare earth in production, etc.In recent years, with no permeability graphite equipment development, producing hydrochloric acid synth

9、esis furnace has first joint into furnace development to two-in-one synthesis furnace, three-in-one graphite synthesis furnace, etc. Based on the comparison of several synthesis furnace, the design uses three-in-one graphite furnace, and the materials balance and energy balance are calculated in the

10、 hydrochloric acid production later absorptionsection, and exhaust absorption process,design a high tower is 3840mm, diameter is 700mm packing style exhaust absorber, exhaust gas processing capacity of the tower is 612.78m3/h, the output 10% hydrochloric acid is 9975.54kg/h, meet the annual output o

11、f 100kt tons of hydrochloric acid treatment, and the design purposes is achieved.Keyword:hydrochloric acid synthesis furnace; process design; absorption引言在我國的 “三酸兩堿 消費(fèi)中，鹽酸是消費(fèi)工藝變化較大的一種。1949 年我國鹽酸產(chǎn)量僅 0.3 萬噸，應(yīng)用領(lǐng)域也非常單一，主要用作化學(xué)試劑及食品等很少幾個領(lǐng)域。改革開放后，隨著我國氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅速開展，為我國的鹽酸工業(yè)提供了良好的開展環(huán)境和空間，在消費(fèi)方面，除氯堿行業(yè)外，化肥、農(nóng)

12、藥、聚酯等行業(yè)作為鹽酸的新生力量開展迅猛。在消費(fèi)領(lǐng)域，隨著有機(jī)合成工業(yè)的開展，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)對鹽酸的需求量增長迅猛。經(jīng)過 60 年的開展，我國鹽酸工業(yè)目前大多采用石墨制三合一鹽酸合成爐消費(fèi)鹽酸， 三合一爐是將合成鹽酸消費(fèi)過程中氯化氫氣體的合成、吸收、冷卻三個化工單元過程合并 在一個設(shè)備中完成。在我國合成鹽酸消費(fèi)中應(yīng)用二十多年來, 尤其是在農(nóng)藥、氯堿行業(yè)中的應(yīng)用, 獲得了良好的效果，無論鹽酸品質(zhì)、種類還是產(chǎn)量都已躋身世界鹽酸消費(fèi)大國行列。1第一章 綜述1.1 鹽酸的性質(zhì)及用途鹽酸的化學(xué)式 HCl ，相對

13、分子質(zhì)量 36.46，是氯化氫的水溶液， 可和水以任意比例混合。它是一種重要的化工產(chǎn)品， 是工業(yè) “三酸之一。純潔的鹽酸是無色、 有刺激性氣味的液體， 具有較強(qiáng)的揮發(fā)性。通常市售的濃鹽酸的密度為1.19g/ml，其中 HCl 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 31%。工業(yè)用的鹽酸因含有FeCl3 雜質(zhì)而略帶黃色。鹽酸是強(qiáng)酸，具有酸的通性。能使酸堿指示劑變色，能與金屬活動順序表中排在氫你的金屬發(fā)生置換反響，能與堿發(fā)生中和反響，能與鹽發(fā)生復(fù)分解反響等。鹽酸的用途很廣泛，在化工、食品、機(jī)械、紡織、皮革、冶金、電鍍、軋鋼、焊接、搪瓷等工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。在化學(xué)工業(yè)中用于消費(fèi)無機(jī)氯化物、有機(jī)氯化物等；例如作為消費(fèi)氯化銨、

14、氯化鈣、氯化鋅、氯化鋇等氯化物的原料。在食品工業(yè)上常用鹽酸來制造醬油、味精，也用于淀粉制造、水解酒精與葡萄糖等。在機(jī)械加工中鹽酸常用于鋼鐵制品的酸洗，以除去鐵銹、氧化膜、氧化鐵皮。在印刷工業(yè)中還用于制造燃料，在紡織工業(yè)纖維織物漂白時用作漂白粉液的分解促進(jìn)劑，用于織物漂白后酸洗，絲光處理后中和等。在醫(yī)藥行業(yè)制造藥物， 如鹽酸麻黃素、 氯化鋅等。在冶金工業(yè)中用于鉆采和提取稀有金屬，用于電鍍、鋼鐵、蝕刻工業(yè)、金屬外表清洗劑12 。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 G

15、lauder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。1791 年法國的科學(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。由于法國革命，工廠在1793 年關(guān)閉。愛爾蘭人趁英國政府取消重鹽稅之時機(jī)采用路布蘭法于1823 年在英國設(shè)廠。 開始時副產(chǎn)的氯化氫氣體用150m 高的煙筒排放空中，但因其相對密度較大，已構(gòu)成霧幕下降，對植物造成嚴(yán)重?fù)p害。1836 年采用焦炭為填料的

16、洗滌塔用水吸收此氣體以減少工廠對周圍的影響。1863 年英國政府公布了世2界上第一個有關(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0.454g/m3。早期鹽酸的用途不大，市場需求量很少。由于紡織工業(yè)的開展需用大量的漂粉，許多鹽酸便被二氧化錳氧化用來制造氯氣，作為漂粉的原料。MnO 2+4HCl MnCl 2+Cl2+2H2 O此過程氯化氫的利用率僅有一半，而且二氯化錳沒有工業(yè)用途，致使漂粉本錢很高。 后來通過 1866 年的 Weldon 法和 1870 年的 Deacon法進(jìn)步了氯氣回收率和原料的利用率， 大大降低了本錢，正適應(yīng)英

17、國紡織工業(yè)開展的需要。自 1895 年食鹽溶液電解法制氯和燒堿工業(yè)化以來，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)后各國紛紛調(diào)整其工業(yè)構(gòu)造。1923 年英國最后一個路布蘭制堿法的工廠關(guān)閉，鹽酸的消費(fèi)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)的迅速開展，使氯化氫和鹽酸生產(chǎn)道路又起了變化。 總的來說， 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，由于越來越多的國家對氟氯烴產(chǎn)品的消費(fèi)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)量那么有所上升。工業(yè)上制取鹽酸時，首先在反響器中將氫氣點(diǎn)燃，然后通入氯氣進(jìn)展反響，制得氯化

18、氫氣體。氯化氫氣體冷卻后被水吸收成為鹽酸。在氯氣和氫氣的反響過程中，有毒的氯氣被過量的氫氣所包圍，使氯氣得到充分反響，防止了對空氣的污染。在消費(fèi)上，往往采取使另一種原料過量的方法使有害的、價格較昂貴的原料充分反響。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。1.3 鹽酸的消費(fèi)歷史自 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。在我國消費(fèi)鹽酸也有近70 年的歷史了，鹽酸的消費(fèi)一般都包括氣體的產(chǎn)生、冷卻、吸收。從我國目前的消費(fèi)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

19、合成、水冷、風(fēng)冷、絕熱吸收、膜式吸收。（3） 合成、冷卻、吸收為一體的“三合一 爐消費(fèi)，該工藝最為先進(jìn)。近年來，我國多數(shù)廠家均走過了鐵爐、水冷、風(fēng)冷、石墨冷、絕熱吸收或膜式吸收， 近而改為 “三合一 消費(fèi)工藝。當(dāng)然也有正在使用鐵爐消費(fèi)氯化氫氣體，采用風(fēng)冷、水冷、3石墨冷卻氯化氫氣體供消費(fèi)用，并且將在我國持續(xù)相當(dāng)長一段時間?！叭弦粻t消費(fèi)鹽酸， 自投運(yùn)以來，由于存在諸多因素防腐材料及技術(shù)不過關(guān)，真正堅持下來，并且發(fā)揮作用的消費(fèi)廠家極少。設(shè)備消費(fèi)廠也舉步維艱。但由于該工藝構(gòu)造緊湊，占地面積小，消費(fèi)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，終于被廣闊氯堿廠所重視。圖1.1 鹽酸的消費(fèi)工藝流程

20、圖從目前的消費(fèi)設(shè)備看， 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。1.4 鹽酸工藝及存在問題1.4.1 鹽酸消費(fèi)工藝流程簡介鹽酸的消費(fèi)方法主要分為合成法和副產(chǎn)法，其中合成法根據(jù)使用不同的合成爐又分為鐵合成爐和膜式吸收法、石墨合成爐和膜式吸收法、三合一石墨爐法。鐵合成爐和膜式吸收法一般用來消費(fèi)純度要求不高的鹽酸產(chǎn)品，用這種方法消費(fèi)出的鹽酸一般含鐵都能到達(dá)0.2 mg/L 以下，但到達(dá) 0.1mg/L 以下較困難。石墨合成爐和膜式吸收法采用二合一石墨爐， 所以被一些企業(yè)稱為二合一法，該法的特點(diǎn)是可以方便的將氯化氫氣體分配給鹽酸消費(fèi)或PVC 消費(fèi)。三合一石墨爐法主

21、要用于高純鹽酸的消費(fèi)。副產(chǎn)法主要是利用在有機(jī)合成工業(yè)中的氯化過程可得到的副產(chǎn)物，將生成的氯化氫同有機(jī)氯化物RCl 設(shè)法別離后，用水吸收氯化氫便得到了鹽酸。這里對常用的石墨合成爐和膜式吸收法和三合一石墨爐法的典型流程做一簡述。（1） 石墨合成爐和膜式吸收法工藝流程原料氫氣由電解氫氣站送來，經(jīng)氫氣緩沖罐，壓力為0.070.1MPa 再經(jīng)阻火器進(jìn)入石墨合成爐底部的石英燈頭。 原料氯氣是氯氫處理來的氯氣或者是液化后的廢氯，經(jīng)緩沖罐，4壓力 0.080.28MPa，然后進(jìn)入石墨爐底部的石英燈頭。 該石英燈頭為雙層石英玻璃套筒式， 氯氣走里層，氫氣走外層。氯氣和氫氣以 1：1.15)(1:1.20)的比例

22、在石英燈頭上方燃燒， 生成的氯化氫從石墨爐頂部出來，經(jīng)浸在水里的石墨冷卻管冷卻后進(jìn)入石墨冷卻器。從石墨冷卻器底部出來的氯化氫溫度60進(jìn)入洗滌器的底部，用一級膜式吸收器出來的部分鹽酸進(jìn)展洗滌。這部分鹽酸自洗滌器頂部進(jìn)入，與氯化氫呈逆流接觸，洗滌氯化氫后成濃酸從底部流出，流入濃酸儲槽后當(dāng)試劑酸出售。經(jīng)過洗滌的氯化氫通過洗滌器頂部的絲網(wǎng)除霧器后依次進(jìn)入一級石墨降膜吸收器、二級吸收器、尾氣塔，最后經(jīng)水力噴射器抽吸，由別離罐別離后排空。吸收水是高純水，用不銹鋼管輸送來，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計計量后首先進(jìn)入尾氣塔，吸收大部分氯化氫尾氣后成稀酸，再依次進(jìn)入二級降膜石墨吸收器、一級石墨吸收器。在降膜石墨吸收器中順流

23、吸收氯化氫。從一級降膜吸收器中出來的31%的高純鹽酸，小部分去洗滌器，絕大部分鹽酸作為成品流入酸儲槽。（2） 三合一石墨爐法的工藝流程由氫氯工段處理來的氫氣和氯氣分別經(jīng)過氫氣緩沖罐和氯氣緩沖罐、氯氣阻火器和各自流量調(diào)節(jié)閥，以一定的比例進(jìn)入石墨合成爐頂部的石英燈頭。氯氣走石英燈頭的內(nèi)層， 氫氣走石英燈頭的外層，兩者在石英燈頭前混合燃燒，化合成氯化氫氣體。生成的氯化氫向下進(jìn)入冷卻吸收段。從尾氣塔來的稀酸也從合成爐頂部進(jìn)入，經(jīng)分布環(huán)成膜狀沿合成段壁流到吸收段，經(jīng)再分配流入塊孔式石墨吸收段的軸向孔，與氯化氫一起順流而下。與此同時，氯化氫不斷地被稀酸吸收，氯化氫濃度變得越來越低，稀酸濃度變得越來越高，最

24、后未被吸收的氯化氫由三合一石墨底部的封頭出來，進(jìn)展氣液別離， 濃鹽酸流入鹽酸儲槽， 而未被吸收的氯化氫那么進(jìn)入尾氣塔底部。高純水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計從尾氣塔頂部噴淋而下，吸收逆流而上對的氯化氫而成稀鹽酸，并經(jīng)過液封進(jìn)入三合一石墨爐，從尾氣塔頂出來的尾氣用水力噴射泵抽走，經(jīng)液封灌別離后，不凝廢氣排入大氣。下水經(jīng)水泵再打往水力噴射器，往復(fù)循環(huán)一段時間后作為稀鹽酸出售，或經(jīng)堿性物質(zhì)中和后排入下水道，或作為工業(yè)鹽酸的吸收液。三合一石墨爐內(nèi)生成氯化氫的燃燒熱和氯化氫溶于水的溶解熱被冷卻水帶走1 。1.4.2 工藝道路確實(shí)定根據(jù)近年來工業(yè)開展趨勢及國家政策引導(dǎo)，本論文選用三合一石墨鹽酸合成爐為研究對象進(jìn)展分析計算

25、。51.4.3 三合一石墨爐法工藝過程中存在的問題經(jīng)查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料分析總結(jié)，通常情況下，鹽酸吸收系統(tǒng)存在的問題主要有以下幾點(diǎn)：（1） 合成爐氣體出口溫度高于石墨冷卻器的需用溫度，造成石墨冷卻器易損壞；（2） 夾套內(nèi)壁有結(jié)垢現(xiàn)象，可能會引發(fā)爆炸等危險；（3） 石英燈頭容易破損，使用壽命短；（4） 視鏡會出現(xiàn)模糊，破裂現(xiàn)象34 ；（5） 石墨爐的消費(fèi)才能通常低于設(shè)計才能5 ；（6） 反響熱利用不合理 67。以上的問題其中有些可以依靠經(jīng)歷解決，有的那么是構(gòu)造問題，是由于沒有系統(tǒng)的分析合成爐以經(jīng)歷設(shè)計導(dǎo)致。這類問題較難解決，通常需要技術(shù)加以改進(jìn)。在能源日趨緊張的形勢下，節(jié)能減排就是一種能源。氯化氫

26、合成反響放出的大量熱量如何回收利用是我們關(guān)心的問題。對于反響熱的利用通常有兩種方法：一是使用鋼制水夾套氯化氫合成爐副產(chǎn)熱水。這種鋼合成爐在爐頂部和底部容易受腐蝕，使用壽命短，副產(chǎn)的熱水應(yīng)用范圍有限 8 ；二是使用石墨制合成爐副產(chǎn)熱水或0.20.3MPa 壓力的蒸汽。因石墨是非金屬脆性材料，受強(qiáng)度和操作溫度的限制，在副產(chǎn)蒸汽時石墨爐筒是消費(fèi)蒸汽的受壓部件，平安上存在一定隱患，采用該方法副產(chǎn)的熱水或低壓蒸汽熱能利用率只能到達(dá)40%，產(chǎn)生的熱水或蒸汽的溫度都不高，有效能損失較大，利用效果并不理想9 。1.5課題的目的和意義隨著我國氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅速開展，為我國的鹽酸工業(yè)提供了良好的開展環(huán)境

27、和空間，我國鹽酸消費(fèi)和消費(fèi)持續(xù)保持較快的開展勢頭。在消費(fèi)領(lǐng)域，隨著有機(jī)合成工業(yè)的開展，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)對鹽酸的需求量增長迅猛。所以，氯化氫合成及裝備技術(shù)的研究，是一項(xiàng)很有意義的工作。因此，本課題的目的 是通過對現(xiàn)有的鹽酸消費(fèi)設(shè)備及工藝進(jìn)展研究分析，設(shè)計年產(chǎn)10 萬噸鹽酸的消費(fèi)工序。本課題的意義在于，通過對三合一法合成爐的運(yùn)行工況進(jìn)展分析，明確了合成爐運(yùn)行工況的改進(jìn)的方向。并特別分析了尾氣吸收塔的運(yùn)行工況，這就為合成爐運(yùn)行工況的改進(jìn)拓展了思路。通過本設(shè)計工作，能為一些企業(yè)的優(yōu)化消費(fèi)工藝，節(jié)約能源提供借鑒。這

28、既有利于降6低企業(yè)消費(fèi)本錢，進(jìn)步資源利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益，同時符合我國的建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的根本國家方針政策。7第二章鹽酸消費(fèi)工藝流程2.1 產(chǎn)品性質(zhì)2.1.1 物理性質(zhì)鹽酸是無色液體，具有腐蝕性，是氯化氫的水溶液工業(yè)用鹽酸會因有雜質(zhì)三價鐵鹽而略顯黃色。氯化氫分子量36.46，密度大于空氣，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.639g L，臨界溫度為 51.54，臨界壓力為 8314kPa。氯化氫氣體在水中的溶解度很大，隨著氯化氫的分壓的升高而增加，隨著溫度的上升而降低2 。主要成分：氯化氫，水。熔點(diǎn)()：-114.8(純 HCl)沸點(diǎn)()：108.6(20%恒沸溶液 )相對密度 (水=1)：

29、1.20相對蒸氣密度 (空氣=1)：1.26飽和蒸氣壓 (kPa)：30.66(21)溶解性：與水混溶，濃鹽酸溶于水有熱量放出。溶于堿液并與堿液發(fā)生中和反響。能與乙醇任意混溶，溶于苯。氯化氫在 101.3kPa 壓力下，沸點(diǎn)為 85，凝固點(diǎn)為 114.2。計算(其誤差為 1.5 )C0.7557511.25055 T,式中， T 為絕對溫度 K。表 2.1鹽酸濃度密度對照表氯化氫的比熱容在常壓下15時為 0.8124kJkg，在 01700范圍內(nèi)，可按下式濃度 %0.168.1817.1323.8230.5532.4933.4635.3839.11密度 g/mL1.0001.0401.0851

30、.1201.1551.1651.1701.1801.2002.1.2 化學(xué)性質(zhì)強(qiáng)酸性，和堿反響生成氯化物和水HCl + NaOH = NaCl + H 2 O能與碳酸鹽反響，生成二氧化碳，水K 2 CO3 + 2HCl = 2KCl+ CO 2 + H2 O能與活潑金屬單質(zhì)反響,生成氫氣Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H28鹽酸能與硝酸銀反響，生成不溶于稀硝酸的氯化銀，氯化銀不能溶于水。HCl+AgNO 3=HNO 3+AgCl2.1.3 產(chǎn)品規(guī)格表 2.2Q/SHG-004003-2005指標(biāo)名稱總酸度以HCI% 計 鐵硫酸鹽以S0 2優(yōu)級品35.00.0060.005一級品35.

31、00.0080.03合格品35.00.014%計砷，% 灼燒殘渣，% 氧化物 C1%計 0.00010.080.0050.00010.100.0080.00010.150.0102.2 主要原料性質(zhì)與規(guī)格2.2.1 原料的理化性質(zhì) 10（1） 氯氣的理化性質(zhì)氯氣是一種黃綠色，有刺激性嗅味的氣體，對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以下生成水合氯Cl28H2O 的黃綠色結(jié)品，因此含水氯氣管道冬季應(yīng)保溫。

32、氯氣是有毒性氣體，主要通過呼吸道侵入人體并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和鹽酸，對上呼吸道黏膜造成有害的影響：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病癥是發(fā)生劇烈的咳嗽。1L 空氣中最多可允許含氯氣0.001 毫克，超過這個量就會引起人體中毒。助燃性在一些反響中，氯氣可以支持燃燒，如，鐵在氯氣中燃燒生成氯化鐵化學(xué)方程式： 2Fe3Cl2 2FeCl3條件：點(diǎn)燃與金屬反響鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉化學(xué)方程式： 2Na Cl2 2NaCl條件：點(diǎn)燃 9與非金屬反響氫氣在氯氣中燃燒或受到光照生成氯化氫氣體化學(xué)方程式：

33、H2+Cl2=2HCl 條件：點(diǎn)燃或光照（2） 氫氣的理化性質(zhì)氫氣為無色、無味并且是最輕的氣體，氣體密度為0.180kg/m3(101.325kPa，0)，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%，消費(fèi)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)烈反響。22H1 O燃燒22.2.2 原料來源11 Cl燃燒222HCl合成鹽酸所用的氯氣是由離子膜工段電解食鹽水制得的，再經(jīng)氯氣總管送至氯枯燥工序處理后，送到氯化氫工序來消費(fèi)鹽酸的；氫氣是由離子膜工段電解食鹽水制得的， 再經(jīng)氫氣總管送至氫處理工序處理后，送到氯化

34、氫工序來消費(fèi)鹽酸的。2.2.3 原料組成表 2.2 原料組成物質(zhì)氯氣 V% 氫氣 V%純度9598含氫0.598含氮?dú)?.581.6含二氧化碳1.3含水分0.168( 重量比 )含氧氣0.620.4進(jìn)料溫度 ( )2525進(jìn)料壓力 (MPa)0.210.21102.3合成反響條件和機(jī)理氯和氫的合成反響在常溫和散射光線下進(jìn)展得很慢，但在強(qiáng)光 (直射的陽光或鎂焰等 )照射或高溫下那么反響非常迅速劇烈，以致發(fā)生爆炸。氯和氫在光線照射下所起的反響是由許多個別階段構(gòu)成。這種反響稱“鏈鎖反響 11 。氯化氫的合成過程和溫度、水分、觸煤、氯氫的分子比等等因素關(guān)系極大。工業(yè)消費(fèi)方法有直接合成法和其它多種方法。

35、在直接合成法工藝中必需符合氯化氫合成的各種條件時工藝才得以建立。主反響式為：副反響：2.3.1 反響條件H2+Cl2=2HCl2H2+O2=2H2O92.31kJ/mol241.82 kJ/mol(1) 溫度。氯氣和氫氣在常溫、常壓、無光的條件下反響進(jìn)展很慢 , 在 440 以上即能迅速化合。在觸媒存在的條件下 , 150 就能劇烈化合 , 甚至發(fā)生爆炸 , 所以在溫度高的情況下反響完全。但在溫度高于 1 500 時, 有顯著的熱解現(xiàn)象。(2) 水分。絕對枯燥的氯氣和氫氣是很難起反響的。 有微量水分存在時 , 可以加速反響速度, 水是促進(jìn)氯與氫化合的媒介。(3) 氯、氫的分子比。按氯化氫的合成

36、原理 , 氯和氫可按 11 的分子比化合。但實(shí)際操作時都是控制氫過量 , 過剩量一般在 5%以下, 最多不超過 10%。在氯過剩情況下會影響氯化氫的質(zhì)量。在氫過量太多時會造成發(fā)生爆炸的不平安因素 12。4最正確合成條件摩爾比。 n(Cl2):n(H 2)=1: 1.051.10為最正確摩爾比。合成溫度。一般指合成爐出口溫度400左右為最好。合成壓力。氯化氫合成的壓力控制在26.3 39.5kPa(表壓)。2.3.2 反響機(jī)理分析氯氣與氫氣在無光照射或光線很弱、低溫、常壓下，其反響速度很慢，只有在加熱氯氫混合氣體，或在亮堂的光線照射下及觸煤的影響作用下，才能迅速的化合，甚至產(chǎn)生爆炸性的化合。其反

37、響為鏈鎖反響。反響式如下：11H 2Cl 22HCl鏈的引發(fā)：在合成氯化氫的消費(fèi)過程中，氯與氫在受光線的作用以后，首先，氯分子吸收光量子而被解離成為兩個活化的氯原子。2Cl光和熱2Cl鏈傳遞：活化的氯原于 (C1)再與氫分子作用生成一個氯化氫分子和一個活性氫原子 (H)，這個活化的氫原子又與一個氯分子作用，生成一個氯化氫分子和一個活性的氯原于。如此繼續(xù)下去那么構(gòu)成一個鏈鎖性的反響。即：Cl+H 2HCl + HH+ Cl 2HCl+ClH+ Cl 2HCl+ClCl+H 2HCl + H如此下去那么光線的一個光量子可使大量分子迅速化合。鏈的終止：當(dāng)在鏈鎖反響過程中，假設(shè)有外來因素與C1和 H化

38、合，那么反響即被破壞而使活性消失，活性消失的詳細(xì)條件是：在原料氣帶入的氧氣的存在下可燃破壞H的活性而使鏈鎖反響中斷，如：H+O2HO 2Cl+O2ClO 2H+HH2Cl+ ClCl2H+ ClHCl在反響過程中由于活性氫原子成活性氯原子與設(shè)備內(nèi)壁碰撞也有時會產(chǎn)生鏈的終止。但是總起來說，這些反響的可能性都是很小的，因?yàn)槁群蜌涞脑诘臐舛扰c分子濃度相比是極其微小的。氫氯燃燒合成關(guān)系采取氫過剩，以確保氯完全反響。氯化氫被水或稀鹽酸吸收后，就可制成鹽酸 12 。122.4 消費(fèi)工序及消費(fèi)流程說明2.4.1 氯化氫合成原料氯氣和氫氣由電解系統(tǒng)出來后經(jīng)冷卻、洗滌，沿管道分別經(jīng)過阻火器、控制閥、流量計、小

39、阻火器、燃燒器進(jìn)入合成爐。燃燒器是以兩支不同直徑鋼制同心套管組成，裝于圓臺形鋼制合成爐底部，燃燒器外層通氫氣，內(nèi)層通氯氣。原料氯氣和氫氣經(jīng)節(jié)流控制，以1.0： 1.05-1.10 的比例在石英套筒式燃燒器中混合燃燒完成生成氯化氫的反響，火焰最高為1400，合成的氯化氫經(jīng)合成爐爐壁散熱，出合成爐氣體溫度在400-500左右，為此在爐壁上方設(shè)置循環(huán)酸分布器，使循環(huán)酸能冷卻石墨 爐膛壁。2.4.2 氯化氫吸收在微真空作用下，氯化氫氣體進(jìn)入吸收冷卻塔部分。來自尾氣吸收塔的稀酸在吸收塔頂部經(jīng)分布器參加圓塊孔式吸收冷卻器，在管內(nèi)并流向下流動吸收更多的氯化氫氣體，增濃的鹽酸在重力作用下在吸收塔底部流出，經(jīng)過

40、液封進(jìn)入鹽酸儲罐。在吸收冷卻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)與頂部參加的軟化水接觸，逆流高效吸收，不能吸收的氣體由尾部塔頂部經(jīng)氣液別離器別離后，由水流泵抽出經(jīng)處理后排空，別離出的鹽酸流回尾部塔，生成的稀酸經(jīng)液封管流入合成塔塔項(xiàng)。2.4.3 產(chǎn)品的貯存當(dāng)酸貯缶液面接近2.5 米時，應(yīng)另換其它空槽，根據(jù)包裝容器的詳細(xì)情況，開動酸泵， 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)消費(fèi)使用。2.5 主要設(shè)備 1（1） 三合一石墨合成爐三合一爐是由別離器、殼體、吸收段、合成段、分液盤、爐頭以及螺桿連接成的圓形整體構(gòu)造。

41、將合成、冷卻、吸收三個單元操作集為一體，因此具有占地面積小，工藝流程短的特點(diǎn)，另外，石墨具有優(yōu)良的耐鹽酸腐蝕性，消費(fèi)出的鹽酸質(zhì)量較高。爐頂部裝有燈頭，噴出的火焰方向朝下。合成段為以圓筒狀，由酚醛浸漬的不透性石墨制成，外面有夾套，用冷卻水冷卻。爐頂有一稀酸分配槽，其內(nèi)徑與合成段圓筒內(nèi)徑相13同。稀酸從分配槽溢流流出，沿內(nèi)壁流下，起到冷卻爐壁的作用，并且與氯化氫接觸形成稍濃一點(diǎn)的稀酸作為吸收段的吸收劑。與合成段相連的是吸收段，它一般有六塊一樣的圓塊孔式石墨元件組成。軸向孔位吸收通道，徑向孔位冷卻水通道，為了強(qiáng)化吸收效果，增加流體擾動程度，每個塊體的軸向孔末端都被加工成喇叭狀，而且在每一個塊體外表加

42、工油徑向和環(huán)形溝槽，經(jīng)過上面一段吸收的物料在此重新分配進(jìn)入下一塊，直到最下面一塊塊體。最后，沒有被吸收的氯化氫經(jīng)下封頭進(jìn)展氣液別離后，去尾氣塔，成品酸經(jīng)液封流入成品酸儲槽。三合一石墨合成爐構(gòu)造緊湊，占地面積小，1 臺設(shè)備可替代3 臺設(shè)備鐵合成爐、冷卻器、兩臺膜式吸收塔 ；合成爐的材質(zhì)是石墨，耐腐蝕性好，設(shè)備使用周期長，減少了維修工作量，降低了維修費(fèi)用。點(diǎn)爐后升溫快，能很快進(jìn)步氯氣量，操作平穩(wěn)；對原料氯氣要求不高，用原料氯氣或尾氯氣均可滿足消費(fèi)要求。流程簡單，設(shè)備小，消費(fèi)出現(xiàn)故障易排除。三合一爐消費(fèi)的鹽酸雜質(zhì)少，根本上不含鐵、硫酸根、砷等，無色透明，不但可 以用于化學(xué)藥品、造紙工業(yè)、金屬去銹，而

43、且可用于醫(yī)藥、味精等食品用酸。三合一爐不 但可消費(fèi) 31%的鹽酸，而且還可以消費(fèi)37%的高純試劑酸。三合一爐消費(fèi)工藝的水系統(tǒng)采用了閉路循環(huán)方式，尾氣塔水抽水作為鹽酸的吸收用水，無外排污水。三合一消費(fèi)系統(tǒng)采 用負(fù)壓操作，系統(tǒng)中無外排尾氣。運(yùn)行穩(wěn)定，消費(fèi)效率高，操作簡單，對原料氯氣要求不 高，消費(fèi)中根本沒有是 “三廢外排。（2） 氫氣阻燃器填充有陶瓷環(huán)或礫石，作用是防止火焰從鹽酸合成裝置回燃到供應(yīng)氫氣管道中。（3） 氯氣阻燃器與氫氣阻燃器相似，填充有陶瓷環(huán)或礫石，作用是防止火焰從鹽酸合成裝置回燃到供應(yīng)的氯氣管道中。（4） 尾氣洗滌塔合成單元中未被吸收的氯化氫氣體在此被軟化水進(jìn)一步吸收。從尾氣洗滌塔

44、排出的氣 體主要是過量的氫氣、氮?dú)?，通過煙筒排入大氣。尾氣洗滌塔部分為頂部分液器、裝有拉 西環(huán)填料的中部吸收段和帶水冷夾套的底部3 部分，通過彈簧和拉桿來緊固組合。少量來自鹽酸槽的酸流到洗滌器的頂部和中部填充之間，保證洗滌塔中下部的填充濕度。14第三章鹽酸消費(fèi)裝置的物料及熱量衡算3.1 物料衡算3.1.1 計算根據(jù)（1） 消費(fèi)規(guī)模：年產(chǎn)10 萬噸濃度為 35%鹽酸；（2） 年操作時間： 300 天，三班消費(fèi)；（3） 使用原料氯氣和氫氣組分表 3.1 原料組分物質(zhì)氯氣 V% 氫氣 V%純度9598含氫0.598含氮?dú)?.581.6含二氧化碳1.3含水分0.168( 重量比 )含氧氣0.620.4

45、4吸收效率為 99.5%；（5） 貯存和包裝損失為0.1%；（6） 進(jìn)爐氯氫比為 1:1.1；（7） 假設(shè)氯氣與氫氣完全反響；83 臺合成爐同時消費(fèi)，年產(chǎn)10 萬噸鹽酸那么每臺合成爐產(chǎn)量為：100000300244.63t/h33.1.2 計算1每臺設(shè)備每小時需要氯氣量及帶進(jìn)合成爐的各種氣量進(jìn)爐的氯氣混合氣體總體積35%10004.63 70.906/72.9299.5%99.9%3.214 95%=519.19m3進(jìn)爐的廢氯氣帶入的氯氣量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氯氣密度3.214 kg/ m3 519.19 95%3.214=1585.24 kg進(jìn)爐氯氣帶入的二氧化碳量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳密

46、度1.977 kg/ m315519.19 1.3%1.977=13.34 kg進(jìn)爐廢氯氣帶入的氫氣量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣密度0.0899 kg/ m3 519.19 0.5%0.0899=0.23 kg3進(jìn)爐廢氯氣帶入的氧氣量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣密度1.42 kg/ m519.19 0.62%1.42=4.57 kg3進(jìn)爐廢氯氣帶入的氮?dú)饬?，查得在?biāo)準(zhǔn)狀況下氮?dú)饷芏?.2506 kg/ m519.19 2.5%1.2506=16.23 kg進(jìn)爐廢氯氣帶入的水分，設(shè)進(jìn)爐水分為X kgX1585.24X 13.340.234.5716.230.0462%帶入爐內(nèi)水份 X=0.75 kg2進(jìn)爐

47、氫氣及其帶進(jìn)的其他氣體質(zhì)量進(jìn)爐的氫氣體積是氯氣體積的1.1 倍1585.243.214 1.1 98%=553.63 m3查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣密度0.0899 kg/ m3 553.63 0.0899=49.77kg3進(jìn)爐氫氣帶入的氧氣量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下得氧氣密度1.42 kg/ m553.63 0.4%1.42=1.56 kg進(jìn)爐氫氣帶入的氮?dú)饬浚榈迷跇?biāo)準(zhǔn)狀況下氮?dú)饷芏?.2506 kg/ m3 553.63 1.6%1.2506=7.08 kg進(jìn)爐氫氣帶入的水分合成爐氫氣溫度30，壓力 33.3kPa(表壓)查 30時水折合蒸汽壓 4.3kPa設(shè)進(jìn)合成爐水蒸氣分子為m kmol, 根據(jù)

48、道爾頓分壓定律33.34.398.03m 553.6322.4m=0.81 kmol180.81=14.58 kg3.1.3 進(jìn)出合成爐氣體 1進(jìn)合成爐氣體氯氣1585.24 kg1585.24 70.906 22.4=500.8m33氫氣0.23+49.77=50 kg50222.4=560m16氧氣4.57+1.56=6.13 kg6.13 3222.4=4.291 m3二氧化碳13.34 kg13.34 4422.4=6.79 m3水氮?dú)?.75+14.58=15.33 kg16.23+7.08=23.31 kg15.33 1822.4=19.08 m323.31 2822.4=18.6

49、48m3 2出合成爐氣體氯化氫1585.24 72.92/70.906=1630.27 kg 1630.27 36.46 22.4=1001.6 m3氫氣50-1585.24 70.906 2-6.13 8=4.52 kg4.52 222.4=50.624 m3水氯氣帶入水分：0.75 kg氫氣帶入水分：14.58 kgH21 O22H O26.1316X18X=6.9 kg合計水分： 0.75+14.58+6.9=22.23 kg22.23 1822.4=27.664 m3氮?dú)?3.31 kg二氧化碳13.34 kg23.31 2822.4=18.648 m313.34 4422.4=6.79 m3表 3.2合成物料平衡表氧氣和氫氣反響生成的水分：進(jìn)合成爐物料kgm3kg出合成爐物料m3氯氣1585.24500.800氫氣505604.5250.624氯化氫001630.271001.6氧6.134.29100二氧化碳13.346.7913.346.79水份15.3319.0822.2327.664氮?dú)?3.3118.64823.3118.648合計1693.351109.611693.67604.526173.1.4