年產(chǎn)10萬噸鹽酸工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　年產(chǎn)10萬噸鹽酸工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　The Process Design for An Annual Output of 100kt of Hydrochloric Acid</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p>&

2、lt;p>　　AbstractII</p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第一章 綜述2</b></p><p>　　1.1 鹽酸的性質(zhì)及用途2</p><p>　　1.2 鹽酸的工藝歷史2</p><p>　　1.3 鹽酸的

3、生產(chǎn)歷史3</p><p>　　1.4 鹽酸工藝及存在問題4</p><p>　　1.4.1 鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介4</p><p>　　1.4.2 工藝路線的確定5</p><p>　　1.4.3 三合一石墨爐法工藝過程中存在的問題6</p><p>　　1.5 課題的目的和意義6</p>

4、<p>　　第二章 鹽酸生產(chǎn)工藝流程8</p><p>　　2.1 產(chǎn)品性質(zhì)8</p><p>　　2.1.1 物理性質(zhì)8</p><p>　　2.1.2 化學(xué)性質(zhì)8</p><p>　　2.1.3 產(chǎn)品規(guī)格9</p><p>　　2.2 主要原料性質(zhì)與規(guī)格9</p><p&g

5、t;　　2.2.1 原料的理化性質(zhì)9</p><p>　　2.2.2 原料來源10</p><p>　　2.2.3 原料組成10</p><p>　　2.3 合成反應(yīng)條件和機(jī)理11</p><p>　　2.3.1反應(yīng)條件11</p><p>　　2.3.2 反應(yīng)機(jī)理分析11</p><p

6、>　　2.4 生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程說明12</p><p>　　2.4.1 氯化氫合成12</p><p>　　2.4.2 氯化氫吸收13</p><p>　　2.4.3 產(chǎn)品的貯存13</p><p>　　2.5 主要設(shè)備13</p><p>　　第三章 鹽酸生產(chǎn)裝置的物料及熱量衡算14</p&

7、gt;<p>　　3.1 物料衡算14</p><p>　　3.1.1 計(jì)算依據(jù)14</p><p>　　3.1.2 計(jì)算15</p><p>　　3.1.3 進(jìn)出合成爐氣體16</p><p>　　3.1.4 三合一合成爐吸收段物料衡算17</p><p>　　3.1.5 尾氣吸收塔物料衡算

8、19</p><p>　　3.2 熱量衡算20</p><p>　　第四章 尾氣吸收塔的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1 尾氣吸收塔高度與塔徑的計(jì)算23</p><p>　　4.1.1 塔徑D的計(jì)算23</p><p>　　4.1.2 填料層高度Z的計(jì)算24</p><p>　　4

9、.2 除霧器26</p><p>　　4.3 液體分布器的計(jì)算26</p><p>　　4.4 管徑尺寸計(jì)算26</p><p>　　4.5 筒體壁厚計(jì)算27</p><p><b>　　4.6 人孔28</b></p><p><b>　　4.7 封頭28</b>

10、;</p><p>　　4.8 尾氣吸收塔塔高28</p><p><b>　　結(jié)論29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　附錄A 尾氣吸收塔設(shè)備圖32&

11、lt;/p><p>　　附錄B 鹽酸工藝流程圖33</p><p>　　年產(chǎn)10萬噸鹽酸工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　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）作為基礎(chǔ)原料“三酸兩堿”之一，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電鍍和鋼鐵結(jié)構(gòu)件的酸洗過程中，同時(shí)也用于化學(xué)制藥、稀土生產(chǎn)等行業(yè)。</p><p>　　近年來隨著不透性石墨設(shè)

12、備的發(fā)展，制取鹽酸的合成爐已有最初的鐵合成爐發(fā)展到“二合一”合成爐、“三合一”石墨合成爐等。通過對(duì)這幾種合成爐的比較，本設(shè)計(jì)采用“三合一”石墨爐，對(duì)鹽酸生產(chǎn)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)行了計(jì)算，設(shè)計(jì)出塔高3840mm，塔徑700mm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，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。</p><p>

13、;　　關(guān)鍵詞：氯化氫合成爐；工藝設(shè)計(jì)；吸收</p><p>　　The Process Design for An Annual Output of 100kt </p><p>　　of Hydrochloric Acid</p><p>　　Abstract: Hydrogen chloride is colorless and excitant odor of

14、 gas in ordinary temperature. The aqueous solution of hydrogen chloride (hydrochloric acid) as one of basic material “three acid two alkali”, widely used in steel, electroplating and steel structure in the process of aci

15、d, also used to chemical medicine, rare earth in production, etc.</p><p>　　In recent years, with no permeability graphite equipment development, producing hydrochloric acid synthesis furnace has first joint

16、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 &qu

17、ot;graphite furnace, and the materials balance and energy balance are calculated in the hydrochloric acid production later absorption section, and exhaust absorption process, des</p><p>　　Keyword:hydrochlori

18、c acid synthesis furnace; process design; absorption</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　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(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

19、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。</p><p>　　經(jīng)過60年的發(fā)展，我國(guó)鹽酸工業(yè)目前大多采用石墨制三合一鹽酸合成爐生產(chǎn)鹽酸，三合一爐是將合成鹽酸生產(chǎn)過

20、程中氯化氫氣體的合成、吸收、冷卻三個(gè)化工單元過程合并在一個(gè)設(shè)備中完成。在我國(guó)合成鹽酸生產(chǎn)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, 取得了良好的效果，無論鹽酸品質(zhì)、種類還是產(chǎn)量都已躋身世界鹽酸生產(chǎn)大國(guó)行列。</p><p><b>　　第一章 綜述</b></p><p>　　1.1 鹽酸的性質(zhì)及用途</p><p>　　鹽酸的化學(xué)式

21、HCl，相對(duì)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。純凈的鹽酸是無色、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(dòng)順序表中排在氫你的金屬發(fā)生置換反應(yīng)，能與堿發(fā)生中和反應(yīng)，能與鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)等。</p&

22、gt;<p>　　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)中用于生產(chǎn)無機(jī)氯化物、有機(jī)氯化物等；例如作為生產(chǎn)氯化銨、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(shí)用作漂白

23、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)、金屬表面清洗劑[1~2]。</p><p>　　1.2 鹽酸的工藝歷史</p><p>　　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

24、前后Glauder開發(fā)用硫酸分解食鹽的制法。1772年P(guān)riestley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。</p><p>　　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

25、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0.454g/m3。</p><p>　　早

26、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。</p><p>　　MnO2+4HCl→MnCl2+Cl2+2H2O</p><p>　　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，致使漂粉成本很高。后來通過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

27、成本，正適應(yīng)英國(guó)紡織工業(yè)發(fā)展的需要。</p><p>　　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(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。</p><p>　　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

28、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(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。</p><p>　　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)，防止了對(duì)空氣的污染。在生產(chǎn)

29、上，往往采取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，其中氯化氫是在合成塔里合成的。</p><p>　　1.3 鹽酸的生產(chǎn)歷史</p><p>　　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。從我國(guó)目前的生產(chǎn)工

30、藝看, 主要有以下幾種：</p><p>　?。?）鐵爐合成、風(fēng)冷、水冷、石墨冷、絕熱吸收、膜式吸收。</p><p>　?。?）石墨爐合成、水冷、風(fēng)冷、絕熱吸收、膜式吸收。</p><p>　?。?）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)。</p><p>　　近年來，我國(guó)多數(shù)廠家均走過了鐵爐、水冷、風(fēng)冷、石墨冷、絕熱吸

31、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，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。</p><p&g

32、t;　　圖1.1 鹽酸的生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　從目前的生產(chǎn)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。</p><p>　　1.4 鹽酸工藝及存在問題</p><p>　　1.4.1 鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介</p><p>　　鹽酸的生產(chǎn)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

33、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生產(chǎn)純度要求不高的鹽酸產(chǎn)品，用這種方法生產(chǎn)出的鹽酸一般含鐵都能達(dá)到0.2mg/L以下，但達(dá)到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生產(chǎn)或PVC生產(chǎn)。三合一石墨爐法主要用于高純鹽酸的生產(chǎn)。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，

34、將生成的氯化氫同有機(jī)氯化物RCl設(shè)法分離后，用水吸收氯化氫便得到了鹽酸。這里對(duì)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(jiǎn)述。</p><p>　?。?）石墨合成爐和膜式吸收法工藝流程</p><p>　　原料氫氣由電解氫氣站送來，經(jīng)氫氣緩沖罐，壓力為0.07~0.1MPa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，壓力0

35、.08~0.28MPa，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(jí)膜式吸收器出來的部分鹽酸進(jìn)行洗滌。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

36、濃酸儲(chǔ)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(jí)石墨降膜吸收器、二級(jí)吸收器、尾氣塔，最后經(jīng)水力噴射器抽吸，由分離罐分離后排空。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(jì)計(jì)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(jí)降膜石墨吸收器、一級(jí)石墨吸收器。在降膜石墨吸收器中順流吸收氯化氫。從一級(jí)降膜吸收器中出來的31%的高純鹽酸，小部分去</p><p>　?。?

37、）三合一石墨爐法的工藝流程</p><p>　　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

38、一起順流而下。與此同時(shí)，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，最后未被吸收的氯化氫由三合一石墨底部的封頭出來，進(jìn)行氣液分離，濃鹽酸流入鹽酸儲(chǔ)槽，而未被吸收的氯化氫則進(jìn)入尾氣塔底部。高純水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)從尾氣塔頂部噴淋而下，吸收逆流而上對(duì)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)液封灌分離后，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(shí)間后作為稀鹽

39、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]。</p><p>　　1.4.2 工藝路線的確定</p><p>　　根據(jù)近年來工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)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(duì)象進(jìn)行分析計(jì)算。</p><p>　　1.4.3 三合一石墨爐法工藝過程中存在的問題&

40、lt;/p><p>　　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)存在的問題主要有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　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；</p><p>　　夾套內(nèi)壁有結(jié)垢現(xiàn)象，可能會(huì)引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)；</p><p>　　石英燈頭容易破損，使用壽命短；</p><p>

41、;　　視鏡會(huì)出現(xiàn)模糊，破裂現(xiàn)象[3~4]；</p><p>　　石墨爐的生產(chǎn)能力通常低于設(shè)計(jì)能力[5]；</p><p>　　反應(yīng)熱利用不合理[6~7]。</p><p>　　以上的問題其中有些可以依靠經(jīng)驗(yàn)解決，有的則是結(jié)構(gòu)問題，是由于沒有系統(tǒng)的分析合成爐以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)導(dǎo)致。這類問題較難解決，通常需要技術(shù)加以改進(jìn)。</p><p>　　在能源日趨

42、緊張的形勢(shì)下，節(jié)能減排就是一種能源。氯化氫合成反應(yīng)放出的大量熱量如何回收利用是我們關(guān)心的問題。對(duì)于反應(yīng)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0.2～0.3MPa 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(shí)石墨爐筒是生產(chǎn)蒸汽的受壓部件，安全上存在一定隱患，采用該方法副產(chǎn)的熱水

43、或低壓蒸汽熱能利用率只能達(dá)到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]。</p><p>　　1.5 課題的目的和意義</p><p>　　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，我國(guó)鹽酸生產(chǎn)和消費(fèi)持續(xù)保持較快的發(fā)展勢(shì)頭。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

44、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。</p><p>　　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(duì)現(xiàn)有的鹽酸生產(chǎn)設(shè)備及工藝進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬噸鹽酸的生產(chǎn)工序。本課題的意義在于，通過對(duì)三合一法合成爐的運(yùn)行工況進(jìn)行分析，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。&

45、lt;/p><p>　　通過本設(shè)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。</p><p>　　第二章 鹽酸生產(chǎn)工藝流程</p><p><b>　　2.1 產(chǎn)品性質(zhì)</b></p><p>

46、　　2.1.1 物理性質(zhì)</p><p>　　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(huì)因有雜質(zhì)三價(jià)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]。</p><p>　　主要成分：氯化氫，水。

47、 熔點(diǎn)(℃)：-114.8(純HCl) </p><p>　　沸點(diǎn)(℃)：108.6(20%恒沸溶液) 相對(duì)密度(水=1)：1.20 </p><p>　　相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)：1.26 飽和蒸氣壓(kPa)：30.66(21℃) </p><p>　　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

48、反應(yīng)。能與乙醇任意混溶，溶于苯。 </p><p>　　氯化氫在101.3kPa壓力下，沸點(diǎn)為—85℃，凝固點(diǎn)為—114.2℃。</p><p>　　氯化氫的比熱容在常壓下15℃時(shí)為0.8124kJ／kg℃，在0—1700℃范圍內(nèi)，可按下式計(jì)算(其誤差為1.5％) ,式中，T為絕對(duì)溫度K。</p><p>　　表2.1 鹽酸濃度密度對(duì)照表</p>

49、<p>　　2.1.2 化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　強(qiáng)酸性，和堿反應(yīng)生成氯化物和水</p><p>　　HCl + NaOH = NaCl + H2 O</p><p>　　能與碳酸鹽反應(yīng)，生成二氧化碳，水</p><p>　　K2 CO3 + 2HCl = 2KCl+ CO2↑ + H2 O</p><p&g

50、t;　　能與活潑金屬單質(zhì)反應(yīng),生成氫氣</p><p>　　Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑</p><p>　　鹽酸能與硝酸銀反應(yīng)，生成不溶于稀硝酸的氯化銀，氯化銀不能溶于水。</p><p>　　HCl+AgNO3===HNO3+AgCl↓</p><p>　　2.1.3 產(chǎn)品規(guī)格</p><p>　

51、　表2.2 Q/SHG-004003-2005</p><p>　　2.2 主要原料性質(zhì)與規(guī)格</p><p>　　2.2.1 原料的理化性質(zhì)[10]</p><p>　?。?）氯氣的理化性質(zhì)</p><p>　　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

52、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。</p><p>　　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(duì)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

53、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。1L空氣中最多可允許含氯氣0.001毫克，超過這個(gè)量就會(huì)引起人體中毒。</p><p><b>　　助燃性</b></p><p>　　在一些反應(yīng)中，氯氣可以支持燃燒，如，鐵在氯氣中燃燒生成氯化鐵</p><p>　　化學(xué)方程式：2Fe＋3Cl2＝2FeCl3（條件：

54、點(diǎn)燃）</p><p><b>　　與金屬反應(yīng)</b></p><p>　　鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉</p><p>　　化學(xué)方程式：2Na＋Cl2＝2NaCl（條件：點(diǎn)燃）</p><p><b>　　與非金屬反應(yīng)</b></p><p>　　氫氣在氯氣中燃燒或受到光照生成

55、氯化氫氣體</p><p>　　化學(xué)方程式：H2+Cl2=2HCl（條件：點(diǎn)燃或光照）</p><p>　?。?）氫氣的理化性質(zhì)</p><p>　　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。</p><p>　　氫氣在氧氣中的爆炸范圍為5%～95.26%，在

56、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．</p><p>　　氫氣能和一些強(qiáng)氧化劑作用，以致發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。</p><p>　　2.2.2 原料來源</p><p>　　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)氯氣總管送至氯干燥工序處理后，送到氯化氫工序來生產(chǎn)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

57、工序處理后，送到氯化氫工序來生產(chǎn)鹽酸的。</p><p>　　2.2.3 原料組成</p><p><b>　　表2.2 原料組成</b></p><p>　　2.3 合成反應(yīng)條件和機(jī)理</p><p>　　氯和氫的合成反應(yīng)在常溫和散射光線下進(jìn)行得很慢，但在強(qiáng)光(直射的陽光或鎂焰等)照射或高溫下則反應(yīng)非常迅速劇烈，以致發(fā)

58、生爆炸。氯和氫在光線照射下所起的反應(yīng)是由許多個(gè)別階段構(gòu)成。這種反應(yīng)稱“鏈鎖反應(yīng)”[11]。 </p><p>　　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)生產(chǎn)方法有直接合成法和其它多種方法。在直接合成法工藝中必需符合氯化氫合成的各種條件時(shí)工藝才得以建立。</p><p><b>　　主反應(yīng)式為：</b></p><p&

59、gt;　　H2+Cl2=2HCl </p><p><b>　　副反應(yīng)：</b></p><p>　　2H2+O2=2H2O </p><p><b>　　2.3.1反應(yīng)條件</b></p><p>　　(1) 溫度。氯氣和氫氣在常溫、常壓、無光的條件下反應(yīng)進(jìn)行很慢, 在440 ℃

60、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應(yīng)完全。但在溫度高于1 500 ℃時(shí), 有顯著的熱解現(xiàn)象。</p><p>　　(2) 水分。絕對(duì)干燥的氯氣和氫氣是很難起反應(yīng)的。有微量水分存在時(shí), 可以加速反應(yīng)速度, 水是促進(jìn)氯與氫化合的媒介。</p><p>　　(3) 氯、氫的分子比。按氯化氫的合成原理, 氯和氫可按1∶1 的分子

61、比化合。但實(shí)際操作時(shí)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(huì)影響氯化氫的質(zhì)量。在氫過量太多時(shí)會(huì)造成發(fā)生爆炸的不安全因素[12]。</p><p><b>　?。?）最佳合成條件</b></p><p>　　摩爾比。n(Cl2):n(H2)=1:（1.05～1.10）為最佳摩爾比。</p><p>　　合成溫度

62、。一般指合成爐出口溫度400℃左右為最好。</p><p>　　合成壓力。氯化氫合成的壓力控制在26.3～39.5kPa(表壓)。</p><p>　　2.3.2 反應(yīng)機(jī)理分析</p><p>　　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)

63、為鏈鎖反應(yīng)。反應(yīng)式如下：</p><p>　　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。</p><p>　　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)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

64、的反應(yīng)。即：</p><p>　　如此下去則光線的一個(gè)光量子可使大量分子迅速化合。</p><p>　　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：</p><p>　　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：</p><

65、p>　　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(huì)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。氫氯燃燒合成關(guān)系采取氫過剩，以確保氯完全反應(yīng)。氯化氫被水或稀鹽酸吸收后，就可制成鹽酸[1~2]。</p><p>　　2.4 生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程說明</p><p>　　2.4.1 氯化氫合成</p>

66、<p>　　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(jì)、小阻火器、燃燒器進(jìn)入合成爐。</p><p>　　燃燒器是以兩支不同直徑鋼制同心套管組成，裝于圓臺(tái)形鋼制合成爐底部，燃燒器外層通氫氣，內(nèi)層通氯氣。</p><p>　　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應(yīng)，火焰最

67、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。</p><p>　　2.4.2 氯化氫吸收</p><p>　　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)分布器加入圓塊孔式吸收冷卻器，在管內(nèi)并流向下流動(dòng)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

68、部流出，經(jīng)過液封進(jìn)入鹽酸儲(chǔ)罐。</p><p>　　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)與頂部加入的軟化水接觸，逆流高效吸收，不能吸收的氣體由尾部塔頂部經(jīng)氣液分離器分離后，由水流泵抽出經(jīng)處理后排空，分離出的鹽酸流回尾部塔，生成的稀酸經(jīng)液封管流入合成塔塔項(xiàng)。</p><p>　　2.4.3 產(chǎn)品的貯存</p>

69、<p>　　當(dāng)酸貯缶液面接近2.5米時(shí)，應(yīng)另換其它空槽，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。</p><p>　　2.5 主要設(shè)備[1]</p><p>　?。?）三合一石墨合成爐</p><p>　　三合一爐是由分離器、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結(jié)

70、構(gòu)。將合成、冷卻、吸收三個(gè)單元操作集為一體，因而具有占地面積小，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，生產(chǎn)出的鹽酸質(zhì)量較高。</p><p>　　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

71、吸收劑。與合成段相連的是吸收段，它一般有六塊相同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(dòng)程度，每個(gè)塊體的軸向孔末端都被加工成喇叭狀，而且在每一個(gè)塊體表面加工油徑向和環(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)行氣液分離后，去尾氣塔，成品酸經(jīng)液封流入成品酸儲(chǔ)槽。</p><p>　　三合一石墨合成爐

72、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，1臺(tái)設(shè)備可替代3臺(tái)設(shè)備（鐵合成爐、冷卻器、兩臺(tái)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(zhǎng)，減少了維修工作量，降低了維修費(fèi)用。點(diǎn)爐后升溫快，能很快提高氯氣量，操作平穩(wěn)；對(duì)原料氯氣要求不高，用原料氯氣或尾氯氣均可滿足生產(chǎn)要求。流程簡(jiǎn)單，設(shè)備小，生產(chǎn)出現(xiàn)故障易排除。三合一爐生產(chǎn)的鹽酸雜質(zhì)少，基本上不含鐵、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，而且可用于醫(yī)藥、味精等食品用酸。三

73、合一爐不但可生產(chǎn)31%的鹽酸，而且還可以生產(chǎn)37%的高純?cè)噭┧?。三合一爐生產(chǎn)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。三合一生產(chǎn)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，生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)單，對(duì)原料氯氣要求不高，生產(chǎn)中基本沒有是“三廢”外排。</p><p><b>　?。?）氫氣阻燃器</b></p><p>　　填充有陶瓷環(huán)或

74、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。</p><p><b>　　（3）氯氣阻燃器</b></p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）尾氣洗滌塔</b></p><p>　　合

75、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。</p><p>　　第三章 鹽酸生產(chǎn)裝置的物料及熱量衡算</p><p><b>

76、;　　3.1 物料衡算</b></p><p>　　3.1.1 計(jì)算依據(jù)</p><p>　?。?）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)10萬噸濃度為35%鹽酸；</p><p>　?。?）年操作時(shí)間：300天，三班生產(chǎn)；</p><p>　?。?）使用原料氯氣和氫氣組分</p><p>　　表3.1 原料組分 </p&g

77、t;<p>　　吸收效率為99.5%；</p><p>　　貯存和包裝損失為0.1%；</p><p>　　進(jìn)爐氯氫比為1:1.1；</p><p>　　假設(shè)氯氣與氫氣完全反應(yīng)；</p><p>　　3臺(tái)合成爐同時(shí)生產(chǎn)，年產(chǎn)10萬噸鹽酸</p><p>　　則每臺(tái)合成爐產(chǎn)量為：</p>&l

78、t;p><b>　　3.1.2 計(jì)算</b></p><p>　?。?）每臺(tái)設(shè)備每小時(shí)需要氯氣量及帶進(jìn)合成爐的各種氣量</p><p>　　進(jìn)爐的氯氣混合氣體總體積</p><p>　　35%×1000×4.63×70.906/72.92÷99.5%÷99.9%÷3.214

79、47;95%=519.19m3</p><p>　　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</p><p>　　519.19×95%×3.214=1585.24 kg</p><p>　　進(jìn)爐氯氣帶入的二氧化碳量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳密度1.977 kg/ m3</p><p>　　

80、519.19×1.3%×1.977=13.34 kg</p><p>　　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</p><p>　　519.19×0.5%×0.0899=0.23 kg </p><p>　　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/ m3 <

81、;/p><p>　　519.19×0.62%×1.42=4.57 kg</p><p>　　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/ m3</p><p>　　519.19×2.5%×1.2506=16.23 kg</p><p>　　進(jìn)爐廢氯氣帶入的水分，設(shè)進(jìn)爐水分為X kg&

82、lt;/p><p>　　帶入爐內(nèi)水份X=0.75 kg</p><p>　?。?）進(jìn)爐氫氣及其帶進(jìn)的其他氣體質(zhì)量</p><p>　　進(jìn)爐的氫氣體積是氯氣體積的1.1倍</p><p>　　1585.24 ÷3.214×1.1÷98%=553.63 m3</p><p>　　查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫

83、氣密度0.0899 kg/ m3 </p><p>　　553.63×0.0899=49.77kg</p><p>　　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/ m3</p><p>　　553.63×0.4%÷1.42=1.56 kg</p><p>　　進(jìn)爐氫氣帶入的氮?dú)饬?/p>

84、，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氮?dú)饷芏?.2506 kg/ m3</p><p>　　553.63×1.6%÷1.2506=7.08 kg</p><p>　　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(shí)水折合蒸汽壓4.3kPa</p><p>　　設(shè)進(jìn)合成爐水蒸氣分子為m kmol,根據(jù)道爾頓分壓定律</p>

85、<p>　　m=0.81 kmol 18×0.81=14.58 kg</p><p>　　3.1.3 進(jìn)出合成爐氣體</p><p><b>　?。?）進(jìn)合成爐氣體</b></p><p>　　氯氣 1585.24 kg 1585.24÷70.906×22.

86、4=500.8m3</p><p>　　氫氣 0.23+49.77=50 kg 50÷2×22.4=560m3</p><p>　　氧氣 4.57+1.56=6.13 kg 6.13÷32×22.4=4.291 m3</p><p>　　二氧化碳 13.34 kg

87、 13.34÷44×22.4=6.79 m3</p><p>　　水 0.75+14.58=15.33 kg 15.33÷18×22.4=19.08 m3</p><p>　　氮?dú)?16.23+7.08=23.31 kg 23.31÷28×22.4=18.648m3</p>

88、<p><b>　?。?）出合成爐氣體</b></p><p>　　氯化氫 1585.24×72.92/70.906=1630.27 kg</p><p>　　1630.27÷36.46×22.4=1001.6 m3</p><p>　　氫氣

89、 50-1585.24÷70.906×2-6.13÷8=4.52 kg</p><p>　　4.52÷2×22.4=50.624 m3</p><p><b>　　水</b></p><p>　　氯氣帶入水分： 0.75 kg</p><p>　　氫氣帶入水分

90、： 14.58 kg</p><p>　　氧氣和氫氣反應(yīng)生成的水分：</p><p><b>　　X=6.9 kg</b></p><p>　　合計(jì)水分：0.75+14.58+6.9=22.23 kg 22.23÷18×22.4=27.664 m3</p><p>　　氮?dú)?23.31

91、 kg 23.31÷28×22.4=18.648 m3</p><p>　　二氧化碳 13.34 kg 13.34÷44×22.4=6.79 m3</p><p>　　表3.2 合成物料平衡表</p><p>　　3.1.4 三合一合成爐吸收段物料衡算</p&

92、gt;<p><b>　?。?）計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　在吸收塔內(nèi)只有HCl被吸收，其余氣體都不吸收；</p><p>　　在吸收段中吸收氣體中HCl含量的80%，出口溫度為40℃。</p><p><b>　　進(jìn)塔物料</b></p><p>　　表3.3 進(jìn)塔物料組分

93、</p><p><b>　　出塔物料</b></p><p>　　表3.4 出塔物料組分</p><p>　　出合成爐吸收段氯化氫氣體質(zhì)量：</p><p>　　1630.27×（1-99.5%×80%）=332.58 kg</p><p>　　出合成爐吸收段水蒸氣質(zhì)量：&l

94、t;/p><p>　　假設(shè)出塔鹽酸平均濃度30%、溫度平均40℃計(jì)算，查化工設(shè)計(jì)手冊(cè)該鹽酸的水蒸氣分壓</p><p>　　logp=9.00117- p=18.33mmHg=2.44 kPa</p><p>　　設(shè)未吸收氣體中含水蒸汽為x kmol</p><p>　　HCl 332.58÷36.46=9.12 kmol

95、</p><p>　　x=0.32 kmol</p><p>　　18×0.32=5.76 kg 5.76÷18×22.4=7.168 m3</p><p>　　(4)出塔的成品酸濃度為</p><p>　　3.1.5 尾氣吸收塔物料衡算</p><p><b>　?。?/p>

96、1）計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　在尾氣吸收塔內(nèi)只有HCl被吸收，其余氣體都不吸收；</p><p>　　在尾氣吸收塔中吸收進(jìn)塔氣體中HCl含量的99.98%，出口稀酸濃度為10%。</p><p><b>　　進(jìn)塔物料</b></p><p>　　表3.5 進(jìn)塔物料組分</p><

97、;p><b>　　出塔物料</b></p><p>　　表3.6 出塔物料組分</p><p>　　出尾氣吸收塔水蒸氣質(zhì)量：</p><p>　　尾氣出口溫度20℃，因酸濃度很稀按20℃水絕熱蒸汽壓計(jì)算，查得0.02383kgf/cm2,上述氣體總和為11.56kmol</p><p>　　x=0.282 kmol

98、</p><p>　　18×0.282=5.076 kg 22.4×0.282=6.317 m³</p><p><b>　　注加水量 </b></p><p>　　由出尾氣吸收塔鹽酸濃度為10%可以計(jì)算，注水量滿足方程：</p><p><b>　　x=8978

99、 kg</b></p><p><b>　　3.2 熱量衡算</b></p><p><b>　?。?）計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　進(jìn)三合一合成塔氣體溫度為20℃,出口氣體溫度為40℃；</p><p>　　進(jìn)尾氣吸收塔中氣體溫度為40℃，出口氣體溫度為30℃。</p&g

100、t;<p>　　（2）該系統(tǒng)是個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過程，能量積累為零。所以過程的能量平衡可以表示為：</p><p>　　能量輸出=能量輸入+生成能量-消耗能量。 </p><p>　　1.原料氣體代入的能量 </p><p>　　原料氣體進(jìn)爐時(shí)的溫度為T，則具有的熱能為：</p><p>　　式中：Q入——為原料氣體的能量，kJ/h；&

101、lt;/p><p>　　F入——為原料氣體的摩爾流量，kg/h；</p><p>　　Cp入——為原料氣體的定壓比熱容，J·mol-1·K-1</p><p>　　T0——為環(huán)境溫度，K。</p><p><b>　　2.反應(yīng)熱</b></p><p>　　式中：Q反——為合成反應(yīng)

102、熱，kJ/h;</p><p>　　——為HCl的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，kJ/mol；</p><p>　　3.出爐氣體帶走的熱量合成氣體出爐時(shí)的溫度為T出，則具有的熱能為：</p><p><b>　　4.定壓比熱容</b></p><p>　　氣體的定壓比熱容與溫度的關(guān)系，最常見的關(guān)聯(lián)式為：</p><

103、p>　　式中：Cpm——?dú)怏w定壓比熱容，J·mol-1·K-1；</p><p><b>　　T——溫度，K；</b></p><p>　　a,b,c——系數(shù)。</p><p>　　其中合成氣體各組分的定壓比熱容系數(shù)，可參考物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查的，如下表所示。</p><p>　　表3.7 氣體的定壓

104、摩爾比熱容系數(shù)</p><p>　　查得，氯化氫的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為-92.307kJ·mol-1（100kPa，25℃），氯化氫在40℃下生成10%的溶解熱為-200.928J/g，生成35%的溶解熱為-588.133J/g，再以0℃為基準(zhǔn)，結(jié)合以上各式可以計(jì)算三合一合成爐和尾氣吸收塔每小時(shí)的熱量平衡如表所示：</p><p>　　表3.8 熱量平衡計(jì)算結(jié)果</p>

105、<p>　　從熱量平衡過程可以看出，氯化氫合成反應(yīng)放出大量的熱量，可利用的潛力很大。如何利用這一熱量，是一個(gè)很值得探討的課題。從合成爐運(yùn)行工況來看，這一熱量回收利用與否，差別是很大的。這一熱量的回收利用，會(huì)改變合成爐的壁溫及其周圍的環(huán)境溫度，從而影響操作環(huán)境及合成爐的生產(chǎn)能力，同時(shí)也會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于合成爐運(yùn)行工況的改進(jìn)，必須充分對(duì)此予以重視。</p><p>　　第四章 尾氣吸收塔的設(shè)

106、計(jì)</p><p>　　4.1 尾氣吸收塔高度與塔徑的計(jì)算[13~14]</p><p>　　該塔為填料塔，幾種常用填料的特性數(shù)據(jù)如下表所示：</p><p>　　表4.1 幾種常用填料的特性數(shù)據(jù)</p><p>　　4.1.1 塔徑D的計(jì)算</p><p>　　吸收塔采用25mm×25mm×2.5

107、mm的瓷質(zhì)拉西環(huán)以亂堆方式填充</p><p>　　混合氣的質(zhì)量流量ωv=（332.58+4.52+13.34+23.31+5.76）×3=1138.53 kg/h</p><p><b>　　混合氣密度</b></p><p><b>　　ρV=</b></p><p>　　=1.323

108、 kg/m3</p><p>　　水的密度ρL=1000 kg/m3</p><p>　　則 =0.5=0.272</p><p>　　由化工原理下冊(cè)圖8-23中的散裝填料泛點(diǎn)線可查出，橫坐標(biāo)為0.272時(shí)的縱坐標(biāo)數(shù)值為0.08，即u2max=0.08.由上表得知，25mm×25mm×2.5mm陶瓷拉西環(huán)（亂堆）的填料因子=450 m-1

109、；又因液相為清水，故液體密度校正系數(shù)=1；水的粘度=1 Mpa.S。泛點(diǎn)氣速為</p><p>　　umax===1.148 m/s</p><p>　　取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的70%，即</p><p>　　u=0.7umax=0.7×1.148=0.804 m/s</p><p>　　則D==0.62 m</p>&

110、lt;p>　　圓整塔徑D=0.7m。在計(jì)算空塔氣速，即</p><p>　　u===0.621 m/s</p><p>　　4.1.2 填料層高度Z的計(jì)算</p><p>　　由該段反應(yīng)溫度30℃查化工原理手冊(cè)氣體亨利系數(shù)表得:</p><p>　　HCL在30℃時(shí)亨利系數(shù)E為0.0022×106 mmHg</p>

111、<p>　　E=0.0022×106÷760×101.33=293.32 Kpa</p><p>　　所以相平衡系數(shù)m==E===2.89</p><p>　　查化工原理附錄得知，30℃及101.33 kpa的壓強(qiáng)下空氣的黏度=1.86×10-5pa.s，密度=1.165 kg/m3.。查化工原理手冊(cè)得知0℃及101.33 kpa時(shí)氯化

112、氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D0=1.3×10 m/s,則30℃及101.33 kpa時(shí)氯化氫的擴(kuò)散系數(shù)</p><p>　　D=D0（）（）=1.3×10×1×()=1.52×10-5 m2/s</p><p>　　因此 Sc===1.05</p><p>　　qn,v=ωv/=1138.53÷3600

113、5;4÷3.14÷(0.7)=0.822 kg/（m2·s）</p><p>　　qn,l=/=8978÷3600×4÷3.14÷(0.7)=6.484 kg/（m2·s）</p><p><b>　　H=</b></p><p>　　由化工原理下冊(cè)查出相應(yīng)的常數(shù)值

114、，得到</p><p>　　氣相傳質(zhì)單元高度：H=0.557××=0.207 m</p><p>　　則 kYa===10.32 kg/(m3·s)=0.283 kmol/（m3·s）</p><p>　　查得，30℃下水的密度=995.7kg/m3,黏度=80.07×10-5pa.s；又查化工原理下冊(cè)得知，30℃

115、下氯化氫在水中（稀溶液）的擴(kuò)散系數(shù)D’=2.64×10m2/s。因此</p><p>　　Sc===304.6</p><p>　　將各已知值帶入式H=</p><p>　　查化工原理下冊(cè)的相應(yīng)的常數(shù)值，得到</p><p>　　H=2.36×10×=0.298 m</p><p>　　則

116、ka===3.143 kmol/（m.s）</p><p>　　根據(jù)吸收總系數(shù)與膜系數(shù)的關(guān)系可知</p><p><b>　　=+==4.453</b></p><p>　　氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)：Ka==0.225 kmol/（m.s）=810 kmol/（m.h)</p><p>　　對(duì)于吸收操作，用傳質(zhì)單元法計(jì)算填料層

117、高度</p><p>　　Qn,v=997.74/36.46+17.28/18+40.02/44+69.93/28+13.56/2=38.51 kmol/h</p><p>　　Qn,l=8978/18=498.783kmol/h</p><p>　　塔截面積：=0.385 m</p><p>　　脫吸因數(shù) S=2.89×38.51

118、/498.783=0.223</p><p>　　清水吸收，X=0,Y=0</p><p>　　吸收率==99.98%</p><p>　　則氣相總傳質(zhì)單元高度： 0.123 m</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：N==10.637</p><p>　　填料層高度：Z=HN=0.123×10.637=1.

119、308 m</p><p>　　實(shí)裝填料層高度Z=1.3Z=1.3×1.308=1.700m</p><p><b>　　4.2 除霧器</b></p><p>　　一般情況下，由拉西環(huán)填料塔出來的氣相中不含有大量霧沫夾帶（因?yàn)檫@種塔中允許的空塔氣速不大）不需考慮除霧問題，但在有些情況下，例如塔頂?shù)囊后w噴淋裝置產(chǎn)生濺液現(xiàn)象較嚴(yán)重，操作