畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)5000鹽酸合成工藝設(shè)計(jì)

1、沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院本 科 畢 業(yè) 論 文題 目： 年產(chǎn)5000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： 化工0901班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 論文提交日期： 2013年 6月13日論文答辯日期： 2013年6月 23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) 0901班學(xué)生：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：年產(chǎn)5000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 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月指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日教研

2、主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長： 簽字 年 月 日摘 要在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，鹽酸的用途很廣，它是重要的無機(jī)化工原料，廣泛用于染料、醫(yī)藥、食品、印染、皮革、冶金等行業(yè)。隨著各國的技術(shù)更新，世界化工趨向大型化、連續(xù)化、自動化、經(jīng)濟(jì)化方向發(fā)展，技術(shù)日新月異，工藝不斷更新。鹽酸作為化學(xué)工業(yè)的主要產(chǎn)品和合成原料，做好鹽酸裝置的研究和改進(jìn)就顯得尤為重要。 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)5000噸鹽酸合成工藝設(shè)計(jì)，分析了現(xiàn)有裝置的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題。針對這些問題，結(jié)合課題需求，對現(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，完成了鹽酸生產(chǎn)后期的三段吸收塔的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)在一定程度上克服了現(xiàn)有工藝的缺陷。本次設(shè)計(jì)主要

3、內(nèi)容有三個(gè)：一是對鹽酸合成的整個(gè)過程進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算，二是對合成爐進(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。設(shè)計(jì)主要研究對象為氯化氫吸收裝置,由于氯化氫溶于水放出大量的熱，且生成的鹽酸腐蝕性很強(qiáng)，故選用石墨做材質(zhì)，其耐熱性能和耐腐蝕性能均很好，吸收塔選用石墨降膜吸收器。關(guān)鍵詞：氯化氫；鹽酸；合成工藝； abstractin all sectors of the national economy, a wide use of hydrochloric acid, which is an important inorganic chemical materials,

4、 widely used in dyes, pharmaceutical, food, textile, leather, metallurgy and other industries. as countries of technical updates, chemical trends in the world of large scale, continuous, automated, economic development, technology advances, the process of continuous updating. as raw material for che

5、mical products and synthetic hydrochloric acid, hydrochloric research and improvement is especially important.this design to produce 5,000 tonnes of hydrochloric acid synthesis process design, analysis of existing installations of advantages and problems. to address these issues, combined with the t

6、opic needs, improved handling of existing production, design, production of hydrochloric, completing three absorption column design in the late production of hydrochloric acid, which to some extent, overcome the defects of the existing process.this design there are three main elements: one is the ma

7、terial 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.design study for the hydrogen chloride absorption device, due to th

8、e hydrogen chloride dissolves in water, emit a lot of heat, and the resulting corrosive hydrochloric acid is very strong, graphite material selection, its heat resistance and corrosion resistance are very good selection graphite falling film absorber absorber.key words: hydrogen chloride;hydrochlori

9、c acid; synthesis process; 目錄引言1第一章 文獻(xiàn)綜述21.1 鹽酸的國內(nèi)外發(fā)展形勢21.2鹽酸的性質(zhì)和用途21.2.1 鹽酸的性質(zhì)21.2.2鹽酸的用途31.3氯化氫及鹽酸工業(yè)發(fā)展41.4 鹽酸的制取41.5鹽酸合成基本原理51.6鹽酸的生產(chǎn)技術(shù)61.7鹽酸的技術(shù)規(guī)程71.7.1范圍71.7.2規(guī)范性引用文件71.7.3產(chǎn)品說明7第二章 工藝流程102.1工藝介紹102.1.1合成段工藝方法介紹102.1.2吸收段工藝方法介紹102.2工藝設(shè)備介紹102.3工藝流程設(shè)計(jì)122.3.1氯化氫合成工段介紹122.3.2氯化氫吸收工段介紹12第三章 物料衡算133.1基礎(chǔ)

10、數(shù)據(jù)及條件133.1.1生產(chǎn)要求133.1.2簡單流程示意圖133.1.3原料組成143.2合成爐物料衡算143.2.1原料比的確定143.2.2原料氣體的計(jì)算143.3一段降膜式吸收塔物料衡算173.3.1生產(chǎn)要求173.3.2一段塔物料衡算173.4二段降膜式吸收塔物料衡算183.4.1生產(chǎn)要求183.4.2二段塔物料衡算183.5尾部填料式吸收塔物料衡算193.5.1生產(chǎn)要求193.5.2三段塔物料衡算193.6吸收劑的用量計(jì)算203.7鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量核算驗(yàn)證203.7.1鹽酸濃度計(jì)算203.7.2成品酸質(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2

11、14.2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件214.2.2進(jìn)口氣體能量計(jì)算214.2.3進(jìn)口氣體總能量234.2.4出口氣體能量計(jì)算234.2.5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274.3.6一段塔能量衡算274.3.7稀酸的能量計(jì)算274.3.8溶解熱計(jì)算284.3.9一段塔能量衡算284.3.10冷卻水用量計(jì)算284.4二段降膜吸收塔能量衡算294.4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件294.4.2二段塔進(jìn)口能量計(jì)算29

12、4.4.3二段塔進(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314.4.6二段塔進(jìn)出口能量計(jì)算314.4.7 稀酸的能量計(jì)算314.4.8 溶解熱324.4.9 二段塔能量衡算324.4.10出口溫度324.5三段填料吸收塔能量衡算324.5.1基礎(chǔ)條件324.5.2 尾部塔進(jìn)口能量計(jì)算334.5.3尾部塔進(jìn)口總能量計(jì)算344.5.4尾部塔出口能量計(jì)算344.5.5稀酸能量計(jì)算354.5.6溶解熱354.5.7尾部塔能量衡算35第五章 設(shè)備計(jì)算365.1合成爐設(shè)備工藝計(jì)算365.1.1合成爐塔徑計(jì)算365.2.2合成爐塔高計(jì)算365.2換熱面積計(jì)算37第六章

13、 非工藝部分設(shè)計(jì)396.1原鹽酸生產(chǎn)工藝396.2改進(jìn)鹽酸尾部酸水處理396.2.1工藝原理396.2.2改進(jìn)后效益406.3結(jié)論40參考文獻(xiàn)41致謝42引言鹽酸是重要的基本化工原料，應(yīng)用十分廣泛在無機(jī)化工、有機(jī)化工、石油化工、海洋化工中均有很大用途，而且在生活方面也有用途。例如主要用于生產(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；在制取動物膠、各種染料時(shí)也有用處；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

14、學(xué)實(shí)驗(yàn)中它是最常用的化學(xué)試劑之一。因此，鹽酸的制法工藝具有十分重要的意義。 氯氣與氫氣在弱光照射或低溫常壓下反應(yīng)速度很慢，在加熱或明亮的光照下或觸媒存在下，才會迅速反應(yīng)生成氯化氫。在工業(yè)生產(chǎn)中采用加熱來使氫氣氯氣發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，氯化氫氣體生產(chǎn)和吸收是關(guān)鍵，最大限度確保產(chǎn)品酸的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)是為了設(shè)計(jì)出適合年產(chǎn)5000噸鹽酸所需要的合成爐、三段式吸收塔。第一章 文獻(xiàn)綜述 1.1 鹽酸的國內(nèi)外發(fā)展形勢 在我國的“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，我國鹽酸產(chǎn)量僅0.3萬噸，全部采用合成法生產(chǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也極其單一，主要用作化學(xué)試劑及食品等很少幾個(gè)領(lǐng)域1。 鹽酸是重要的

15、無機(jī)化工原料，廣泛用于染料、醫(yī)藥、食品、印染、皮革、冶金等行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對鹽酸的需求在持續(xù)增長2。改革開放后，隨著我國氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅猛發(fā)展，為我國的鹽酸工業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和空間，在化工生產(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)對鹽酸的需求量增長迅猛。1986年，我國鹽酸產(chǎn)量首次通過200萬噸大關(guān)，1993年突破300萬噸大關(guān)，2000年達(dá)到442.11萬噸，2006年達(dá)到730.5

16、8萬噸，規(guī)模遞增的速度越來越快。尤其值得一提的是，1990年我國262.3萬噸的鹽酸總產(chǎn)量中，副產(chǎn)鹽酸已占到142.65萬噸，首次超過合成法鹽酸，表明鹽酸產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平有了質(zhì)的跨越。經(jīng)過60多年的發(fā)展，我國鹽酸工業(yè)日益發(fā)展并躋身世界鹽酸生產(chǎn)大國行列。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。隨著我國氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅速發(fā)展，為我國的鹽酸工業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和空間，我國鹽酸生產(chǎn)和消費(fèi)持續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭1。1.2鹽酸的性質(zhì)和用途1.2.1 鹽酸的性質(zhì)鹽酸，學(xué)名氫氯酸，是氯化氫的水溶液，無色或微黃色易揮發(fā)性液體，有刺激性氣味是一元酸，可以看做是酸類化合物，有氯化

17、氫的刺激氣味、有毒、有強(qiáng)腐蝕性，逸出的氯化氫遇潮濕空氣生成白色酸霧發(fā)生“發(fā)煙”現(xiàn)象。工業(yè)鹽酸因含鐵鹽等雜質(zhì)，因而呈黃色，其相對密度1.20。氯化氫，在某些火山噴出的氣體中曾大量發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候燃燒某些含氯元素的塑料（聚氯乙烯），也能產(chǎn)生該氣體。鹽酸具有酸的通性，為一種強(qiáng)酸，能與排在氫前面的金屬發(fā)生反應(yīng)生成氫氣和金屬鹽，能與堿及堿性氧化物反應(yīng)生成金屬鹽和水2。1.2.2鹽酸的用途鹽酸是一種重要的工業(yè)原料，在國民經(jīng)濟(jì)中很多部門的生產(chǎn)需要用鹽酸，但不如硫酸、硝酸和磷酸廣泛。因?yàn)辂}酸沒有硫酸的吸水性，也沒有硝酸的氧化作用3。人體用途：人類和其他動物的胃壁上有一種特殊的腺體，能把吃下去的食鹽變成鹽酸。鹽酸是

18、胃液的一種成分（濃度約為0.5），它能使胃液保持激活胃蛋白酶所需要的最適合的ph值，它還能使食鹽中的蛋白質(zhì)變性而易于水解，以及殺死隨食物進(jìn)入胃里的細(xì)菌的作用。此外，鹽酸進(jìn)入小腸后，可促進(jìn)胰液、腸液的分泌以及膽汁的分泌和排放，酸性環(huán)境還有助于小腸內(nèi)鐵和鈣的吸收。日常用途3：制取潔廁靈、除銹劑等產(chǎn)品。工業(yè)用于稀有金屬的濕法冶金 3：冶煉鎢時(shí)，先將白鎢礦（鎢酸鈣礦）與碳酸鈉混合，在空氣中焙燒（800-900）生成鎢酸鈉將燒結(jié)塊浸在90的水中，使鎢酸鈉溶解，并加鹽酸酸化，將沉淀下來的鎢酸濾出后，再經(jīng)灼熱，生成氧化鎢。 漂染工業(yè)3：例如，棉布漂白后的酸洗，棉布絲光處理后殘留堿的中和，都要用鹽酸。在印染過

19、程中，有些染料不溶于水，需用鹽酸處理，使成可溶性的鹽酸鹽，才能應(yīng)用。金屬加工3：例如，鋼鐵制件的鍍前處理，先用燒堿溶液洗滌以除去油污，再用鹽酸浸泡；在金屬焊接之前，需在焊口涂上一點(diǎn)鹽酸等等，都是利用鹽酸能溶解金屬氧化物這一性質(zhì)，以去掉銹。這樣，才能在金屬表面鍍得牢，焊得牢。食品工業(yè)3：例如，制化學(xué)醬油時(shí)，將蒸煮過的豆餅等原料浸泡在含有一定量鹽酸的溶液中，保持一定溫度，鹽酸具有催化作用，能促使其中復(fù)雜的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解，經(jīng)過一定的時(shí)間，就生成具有鮮味的氨基酸，再用苛性鈉（或用純堿）中和，即得氨基酸鈉。制造味精的原理與此差不多。1.3氯化氫及鹽酸工業(yè)發(fā)展 15世紀(jì)意大利的手稿中記載如何制成鹽酸，但這

20、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證明其為氯和氫的化合物1。 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機(jī)會采用路布蘭法于1823年在英國設(shè)廠。開始時(shí)副產(chǎn)的氯化氫氣體用150m高的煙囪排放空中，但因其相

21、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0.454g/m3。 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)結(jié)構(gòu)。1923年英國最后一個(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，使氯化氫和鹽酸生產(chǎn)路線又起了變化?？偟膩碚f，副產(chǎn)氯化氫

22、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，由于大氣臭氧層遭到日益嚴(yán)重的破壞，根源就是氟氯烴，越來越多的國家對氟氯烴產(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。1.4 鹽酸的制取工業(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生成鹽酸2。合成氯化氫氣的反應(yīng)如下：這個(gè)反應(yīng)是在高溫和光線作用下進(jìn)行的，所以實(shí)際上可以說是氫氣在氯氣中均衡的燃燒，當(dāng)生成氯化氫時(shí)，有大量的熱能發(fā)生。在氯氣與氫氣的反應(yīng)過程中，有毒的氯氣被過量的氫氣所包圍，使氯氣得到充分反應(yīng)，減少了對空氣的污染問題。在生產(chǎn)上，

23、往往采用使另一種原料過量的方法使有害的、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，其中的氯化氫是在合成塔里合成的。1.5鹽酸合成基本原理機(jī)理分析：氯氣與氫氣在無光照射或光線很弱、低溫、常壓下，其反應(yīng)速度很慢，只有在加熱氯氫混合氣體，或在明亮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。其反應(yīng)為鏈鎖反應(yīng)。反應(yīng)式如下5：鏈的引發(fā)：在合成氯化氫的生產(chǎn)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(gè)活化的氯原子。 鏈傳遞：活化的氯原于(c1)再與氫分子作用生成一個(gè)氯化氫分子和一個(gè)活性氫原子(h)，這個(gè)活化的氫原子又與一個(gè)氯分子作用，生成一個(gè)

24、氯化氫分子和一個(gè)活性的氯原于。如此繼續(xù)下去則構(gòu)成一個(gè)鏈鎖性的反應(yīng)。即： 如此下去則光線的一個(gè)光量子可使大量分子迅速化合。鏈的終止：當(dāng)在鏈鎖反應(yīng)過程中，如果有外來因素與c1和h化合，則反應(yīng)即被破壞而使活性消失，活性消失的具體條件是：在原料氣帶入的氧氣的存在下可燃破壞h的活性而使鏈鎖反應(yīng)中斷，如：在反應(yīng)過程中出于元素的自身結(jié)合也可以使鏈終止。如：在反應(yīng)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(shí)會產(chǎn)生鏈的終止。但是總起來說，這些反應(yīng)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。1.6鹽酸的生產(chǎn)技術(shù) 工業(yè)上鹽酸的合成方法有直接合成法、副產(chǎn)回收法等，所謂直接合成法就是將

25、氫氣和氯氣在燃燒噴嘴處混合，在反應(yīng)生成的火焰中完成氯化氫的合成反應(yīng)；副產(chǎn)回收法就是生產(chǎn)各種有機(jī)化合物中的副產(chǎn)物進(jìn)行回收得到。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)合成工業(yè)的迅速發(fā)展，綜合利用有機(jī)化合物在氯化過程中大量產(chǎn)生的氯化氫氣體，用來生產(chǎn)副產(chǎn)品鹽酸成為大勢所趨。從上世紀(jì)50年代開始，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，副產(chǎn)品鹽酸的產(chǎn)量已經(jīng)超過合成法生產(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

26、。從我國目前的生產(chǎn)工藝看，主要由以下幾種： 鐵爐合成、風(fēng)冷、水冷、石墨冷、絕熱吸收、膜式吸收。 石墨爐合成、水冷、風(fēng)冷、絕熱吸收、膜式吸收。 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，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”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，并且將在我國持續(xù)相當(dāng)長一段時(shí)間?！叭弦弧睜t生產(chǎn)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(jiān)持下來，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。但由于其工藝結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，生產(chǎn)彈性大等諸多

27、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。1.7鹽酸的技術(shù)規(guī)程1.7.1范圍據(jù)國標(biāo)規(guī)定了鹽酸中原料和中間產(chǎn)品規(guī)格，各生產(chǎn)工序流程和工藝控制指標(biāo)，安全生產(chǎn)原則及主要設(shè)備結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的用途和生產(chǎn)能力等技術(shù)要求。據(jù)國標(biāo)適用于以氫氣、氯氣為原料合成氯化氫，經(jīng)水吸收生產(chǎn)工業(yè)用合成鹽酸、食品鹽酸，以及重合副產(chǎn)鹽酸氣用水吸收生產(chǎn)副產(chǎn)鹽酸的工藝標(biāo)準(zhǔn)。1.7.2規(guī)范性引用文件gb3202006合成鹽酸5gb18972008食品添加劑鹽酸1.7.3產(chǎn)品說明產(chǎn)品名稱鹽酸亦稱氫氯酸產(chǎn)品性質(zhì) 物理性質(zhì)6鹽酸是無色或淡黃色的液體，有氯化氫的刺激性氣味，有毒有腐蝕性，濃鹽酸在潮濕空氣中因揮發(fā)出氯化氫而產(chǎn)生

28、“發(fā)煙”現(xiàn)象，工業(yè)鹽酸由于含鐵鹽雜質(zhì)，因而成淡黃色，鹽酸是一種揮發(fā)性酸，也是極強(qiáng)的無機(jī)酸。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%鹽酸密度為1.154g/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1.1 恒沸點(diǎn)組成與恒沸點(diǎn)溫度隨壓力變化表壓力kpa×0.133700740760800恒沸點(diǎn)106.424107.819108.584110.584組成hcl%20.3620.26820.22220.155 化學(xué)性鹽酸易與許多金屬發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，可跟金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)生成鹽和水，可與堿反應(yīng)生成鹽和水。產(chǎn)品規(guī)格合成鹽酸應(yīng)符合表1.2要求，

29、食品添加劑鹽酸應(yīng)符合表1.3要求。表1.2合成鹽酸的要求指標(biāo)名稱優(yōu)級品一級品合格品總酸度（以hcl%計(jì)）313131硫酸鹽（以so4%計(jì)）0.0050.03灼燒殘?jiān)?，0.080.10.15氯化物（以cl%計(jì)）0.0050.0080.01表1.3 食品添加劑鹽酸的要求項(xiàng) 目指 標(biāo)總酸度（以hcl%計(jì)）31硫酸鹽（以so4%計(jì)）0.007還原物（以so4）0.007砷，%，0.0005重金屬（以pb%計(jì)）0.0001主要指標(biāo)測定方法gb3202006 工業(yè)用合成鹽酸產(chǎn)品性能與用途 金屬酸洗，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凈。 石油井的酸化，許多油田

30、是石灰?guī)r和砂石巖組成。這些地下組織的滲透率比較低，在采油過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，以貫通油層之間的間隔，將油匯集在一起，提高油的流動性和滲透性，從而提高油井的采油率。 礦產(chǎn)品的加工。 無機(jī)物的制造。 烯烴、炔烴等不飽和烴的加成反應(yīng)。 烴類的氧氯化反應(yīng)。 其他用途，用于染料工業(yè)、制革工業(yè)、印染工業(yè)及食品、醫(yī)藥工業(yè)等。 產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸及貯存 產(chǎn)品檢驗(yàn)方法 合成鹽酸按gb320執(zhí)行。 副產(chǎn)鹽酸按q/shgj02117執(zhí)行。 產(chǎn)品鹽酸按gb1897執(zhí)行。 產(chǎn)品包裝儲運(yùn)成品進(jìn)入鹽酸儲罐，根據(jù)包裝容器的具體情況，開動酸泵，直接裝入火車槽車

31、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。第二章 工藝流程2.1工藝介紹2.1.1合成段工藝方法介紹鹽酸的生產(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。 以氯氣和氫氣為原料在合成爐底部燃燒器燃燒，并控制氫氣與氯氣的摩爾比為1.05:11.1:1，其中氯氣進(jìn)入合成爐內(nèi)，與氫氣混合燃燒。因原料氣中含有氧氣，此時(shí)氫氣也會與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，合成爐內(nèi)燃燒方程式如下： 主反應(yīng)：h2+cl2=2hcl h=92.31kj/mol 副反應(yīng)：2h2+o2=2h2o h=241.82kj/mol2.1.2吸收

32、段工藝方法介紹吸收氯化氫氣體一般采用石墨降膜吸收器。其工藝特點(diǎn)為：水和氯化氫氣體順流從上而下水吸收效果較好。吸收塔的材質(zhì)是石墨，其防腐效果與傳熱效果均較好，其結(jié)構(gòu)大體上分為兩種：一種是列管式；另一種是圓塊孔式。冷卻水走管間，以便帶走氯化氫的溶解熱并有強(qiáng)化吸收效果的作用7。2.2工藝設(shè)備介紹制造鹽酸的主要設(shè)備是合成爐和吸收塔。合成爐是其中關(guān)鍵的設(shè)備，它的材料形式有很多種。在很早以前，有用石英管組成的合成爐，由于價(jià)格高、生產(chǎn)能力低，早已被淘汰。目前許多工廠，仍在采用著鋼制合成爐。隨著我國石墨設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，在鹽酸生產(chǎn)中，廣泛采用了石墨設(shè)備，如水冷合成爐、降膜式吸收塔、鹽酸再沸器等，由于石墨耐腐

33、蝕耐高溫、傳熱效率比鋼制高三倍，所以是很理想的生產(chǎn)鹽酸的材料2。當(dāng)用水吸收氯化氫時(shí)，會放出大量熱，會使鹽酸溫度升高，不利于對氯化氫氣體的吸收。因?yàn)楫?dāng)氯化氫氣體濃度一定時(shí)，如果溶液溫度越高，氯化氫氣體的溶解度就越低，也就是說制得的鹽酸濃度越低。反之則制得的鹽酸濃度越高。因此在生產(chǎn)時(shí)就要想辦法把生產(chǎn)的大量熱移去，很早以前是采用很多串聯(lián)陶瓷管進(jìn)行冷卻吸收，近來則用石墨設(shè)備冷卻吸收。近幾年來，有些工廠合成方面采用石墨制合成爐，它可以使用濕氯氣進(jìn)行生產(chǎn)。設(shè)備體積小、生產(chǎn)效率高。石墨作噴淋式合成爐，在爐頂有冷卻水噴淋裝置，在爐體外壁造成均勻的水膜，以帶走設(shè)備內(nèi)部反應(yīng)熱。提高生產(chǎn)能力，冷卻水由爐外頂?shù)乃峙?/p>

34、盤。通過鋸齒形邊緣，均勻的溢流到爐外壁，自上而下噴淋下來，廢水有底部圓盤收集后排出。降膜式吸收塔，為石墨制吸收設(shè)備這種設(shè)備吸收率很高可達(dá)99%以上。塔身有兩部分組成，一是填充段一是石墨吸收器。列管式殼體為碳鋼，列管和上下管板均為不透性石墨制成上下封頭為鋼襯膠。在上管板上還粘有吸收液分配頭，這是上面開有斜槽的石墨短管。這種分配頭安裝的好壞及吸收器總體安裝的垂直度，對于吸收液在管內(nèi)成膜是否均勻、吸收效率的高低至關(guān)重要。只有分配頭安裝得一樣高、一樣正才能使各石墨管內(nèi)有均勻的液膜。列管式吸收器的優(yōu)點(diǎn)是： (1) 結(jié)構(gòu)簡單制造方便。 (2) 石墨材料利用率高，單位換熱面積的造價(jià)低于塊孔式。(3) 流體阻

35、力小、維護(hù)檢修、清洗方便。它的缺點(diǎn)是： (1) 其壓型石墨管在運(yùn)輸和安裝過程中極易損壞，此時(shí)只好把損壞了的管子堵死，隨著漏管的增多傳質(zhì)、換熱面積會越來越小。(2) 允許使用的溫度較低，由于石墨管、管板和膠粘劑的膨脹系數(shù)不一樣，溫度、壓力發(fā)生變化，粘接縫很容易損壞,造成泄漏7。本設(shè)計(jì)年產(chǎn)5000噸鹽酸合成工藝設(shè)計(jì)中采用石墨噴淋式合成爐與兩個(gè)列管降膜式吸收塔和一個(gè)填料式吸收塔串聯(lián)起來。起到最大化的將氯化氫氣體吸收并成為成所需要的成品酸。2.3工藝流程設(shè)計(jì)2.3.1氯化氫合成工段介紹由電解飽和食鹽水產(chǎn)生的氯氣和氫氣沿管道分別經(jīng)過阻火器、控制閥進(jìn)入合成爐。鹽酸氣沿管道經(jīng)控制閥、流量計(jì)、燃燒器進(jìn)入合成爐

36、，燃燒器是以三支不同直徑鋼制同心套管組成，裝于圓臺形石墨合成爐底部，燃燒器最外層通鹽酸氣，中間通氫氣，內(nèi)層通氯氣。氫氯燃燒化合采取氫氣過量，以確保氯氣充分反應(yīng)，并在燃燒器出口合成爐內(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，出合成爐氣體溫度在400500左右，由爐頂出口進(jìn)入散熱器，采用空氣自然冷卻。2.3.2氯化氫吸收工段介紹具體做法是選擇了“ 兩臺降膜式吸收塔和一臺填料塔串聯(lián)” 的吸收工藝對原來三臺填料塔吸收工藝進(jìn)行了改造。今將其流程簡述如下8：氯化氫： 經(jīng)過空氣冷卻的氯化氫進(jìn)入帶有冷卻的一段降膜吸收塔頂部，與二段吸收

37、塔流出的稀酸在管內(nèi)并流向下流動吸收，制得的成品酸由底部流出，經(jīng)過液封分別進(jìn)入酸儲罐。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的氣體與少量未吸收的氯化氫氣體由塔底部排出經(jīng)上升管引至尾部填料吸收塔底部進(jìn)入，在尾部填料吸收塔內(nèi)與頂部加入的注加水接觸，呈逆流吸收，不能吸收的氣體由尾部填料塔頂部經(jīng)氣液分離器分離后，由尾部填料塔頂部排空，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頂。吸收劑：清水從尾部填料塔頂部加入吸收氯化氫氣體后成

38、低濃度酸液流入二段， 在二段吸收氯化氫后返回一段，在一段得成品酸。吸收形式：一段并流，二段并流，三段填料塔逆流。第三章 物料衡算3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件3.1.1生產(chǎn)要求產(chǎn)量：5000噸/年生產(chǎn)時(shí)間：300天 （24小時(shí)/天）成品酸：31%以上儲存及包裝損失：0.1%腐蝕損失：0.05%一段膜式吸收塔吸收率：50%二段膜式吸收塔吸收率：45%三段填料吸收塔吸收率：5%3.1.2簡單流程示意圖三段塔見圖1 hcl(g) hcl(g) 二段塔 hcl(g)一段塔 合成爐 cl2 hcl(l) hcl(l) hcl(l) h2儲罐圖1鹽酸生產(chǎn)工藝簡單流程示意圖 3.1.3原料組成表3.1氯氣原料組成（干

39、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cl2h2coo2n2co2含量098%00.40%1.60%0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原料比的確定根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式 cl2+h22hcl可知，為確定反應(yīng)過程中氯氣完全反應(yīng)，實(shí)際生產(chǎn)中控制h2過量，取cl2：h2=1:1.063.2.2原料氣體的計(jì)算 出爐hcl的量 滿足生產(chǎn)任務(wù)需要cl2的量 進(jìn)合成爐h2的量原料h2 中帶入：原料cl2帶入：需要h2的總量： 進(jìn)合成爐

40、co2的量 進(jìn)合成爐co的量 進(jìn)合成爐o2的量原料cl2帶入量:原料h2帶入量：o2總量： 進(jìn)合成爐n2的量 原料cl2帶入量： 原料h2帶入量： n2總量： 進(jìn)合成爐h2o(g)的量cl2帶入h2o(g)的量 設(shè)帶入量為akmol/h: h2帶入h2o(g)量注：h2進(jìn)合成爐進(jìn)口壓力為250mmhg；合成爐進(jìn)口溫度30查水和蒸汽表得30 設(shè)h2帶入量為bkmol/h 進(jìn)合成爐h2o(g)總量： 合成爐中的物料計(jì)算 合成爐內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)： 主反應(yīng)： 副反應(yīng)： 說明：其他副反應(yīng)因量很小，在工程計(jì)算上忽略不計(jì)合成爐內(nèi)主反應(yīng)物料計(jì)算：主反應(yīng)： cl2 + h2 = 2hcl開 始： 2.9534 3

41、.4617 0反 應(yīng)： 2.9534 2.9534 5.9069完 成： 0 0.5083 5.9069合成爐內(nèi)副反應(yīng)物料計(jì)算：副反應(yīng)： o2 + h2 = h2o開 始： 0.0353 0.5083 0反 應(yīng)： 0.0353 0.0706 0.0706完 成： 0 0.43277 0.0706表3.3進(jìn)出合成爐物料數(shù)據(jù)表 成分進(jìn)入量kmol/h進(jìn)入量kg/h離開量kmol/h離開量kg/hhcl 005.9069215.6011cl2 2.9534209.694200h23.46176.92340.43770.8754co0.00240.06620.00240.0662co20.02070.

42、99330.02070.9933o20.03051.129600n20.29708.31460.29708.3146h2o(g)0.17983.23640.25044.50723.3一段降膜式吸收塔物料衡算3.3.1生產(chǎn)要求離開合成爐的氣體組分經(jīng)過空氣的自然冷卻進(jìn)入一段吸收塔頂部，進(jìn)入一段吸收塔內(nèi)氣體組分共8種，其中被吸收的有hcl.氣體，水則完全用于溶解氯化氫氣體所消耗。設(shè)計(jì)時(shí)控制進(jìn)口溫度是120，出口溫度40。一段降膜式吸收塔吸收率為50%。3.3.2一段塔物料衡算一段塔hcl物料衡算一段降膜式吸收塔物料衡算表表3.4一段降膜式吸收塔物料衡算表 成分進(jìn)入量kmol/h進(jìn)入量kg/h離開量k

43、mol/h離開量kg/hhcl 5.6069215.60112.9535107.8009cl2 0000h20.43770.87540.43770.8754co0.00240.06620.00240.0662co20.02070.99330.02070.9933o20000n20.29708.31460.29708.3146h2o(g)0.25044.507200鹽酸稀酸583.6604成品酸691.46133.4二段降膜式吸收塔物料衡算3.4.1生產(chǎn)要求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)過上升管引至二段膜式吸收塔頂部。設(shè)計(jì)時(shí)控制進(jìn)口溫度是40，出口溫度30。二

44、段降膜式吸收塔吸收率為45%，是占合成爐出口的45%。3.4.2二段塔物料衡算二段塔hcl物料衡算二段降膜式吸收塔物料衡算表表3.5二段降膜式吸收塔物料衡算表 成分進(jìn)入量kmol/h進(jìn)入量kg/h離開量kmol/h離開量kg/hhcl 2.9535107.80090.295410.7821cl2 0000h20.43770.87540.43770.8754co0.00240.06620.00240.0662co20.02070.99330.02070.9933o20000n20.2978.31460.2978.3146h2o(g)0000鹽酸稀酸486.6416稀酸583.66043.5尾部填

45、料式吸收塔物料衡算3.5.1生產(chǎn)要求在二段吸收塔不能吸收的氣體與少量未吸收的氯化氫氣體由塔底部排出經(jīng)上升管引至尾部填料吸收塔底部進(jìn)入，在尾部填料吸收塔內(nèi)與頂部加入的注加水接觸，呈逆流吸收，不能吸收的氣體由尾部填料塔頂部經(jīng)氣液分離器分離后，由尾部填料塔頂部排空，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頂。尾部填料吸收塔吸收率為5%。3.5.2三段塔物料衡算尾部吸收塔hcl物料衡算尾部填料吸收塔物料衡算表表3.6尾部填料式吸收塔物料衡算表 成分進(jìn)入量kmol/h進(jìn)入量kg/h離開量kmol/h離開量kg/hhcl 0.295410.782100cl2 0000h20.43770.87

46、540.43770.8754co0.00240.06620.00240.0662co20.02070.99330.02070.9933o20000n20.2978.31460.2978.3146h2o(g)0000鹽酸清水475.8595稀酸486.64163.6吸收劑的用量計(jì)算吸收劑：清水從尾部填料塔頂部加入，吸收氯化氫氣體后成低濃度酸液流入二段，在二段吸收氯化氫后返回一段，在一段得成品酸。吸收劑（清水）從尾部吸收塔進(jìn)入體系：3.7鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量核算驗(yàn)證3.7.1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（有一段塔入儲存罐）濃度： 3.7.2成品酸質(zhì)量核驗(yàn)從

47、一段塔流入儲罐鹽酸濃度為31.13%大于設(shè)計(jì)要求的31%，故所以設(shè)計(jì)合理。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)中涉及的氣體組分眾多，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法的特點(diǎn)是不必分成一系列分過程，只要直接從各種氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓表10查出各物質(zhì)的始態(tài)焓、終態(tài)焓，二者相減即可過程得出過程所發(fā)生的熱量變化，而不需要考慮過程的顯熱、潛熱和反應(yīng)熱，因此同意基準(zhǔn)焓法可以簡化計(jì)算過程9。統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法：由于反應(yīng)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29

48、8k到溫度t之間的焓變來取得，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)口氣體能量計(jì)算合成爐進(jìn)口cl2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11： 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9。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10 進(jìn)口h2能量計(jì)算查得10 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)口氣體總能量 4.2.4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 4.2.6合成