畢業(yè)設計（論文）10萬噸PVC—氯化氫的鹽酸脫吸法工藝合成設計

1、摘 要氯化氫（hydrogen chloride ）主要用于生產(chǎn)各種濃度的鹽酸和電石法生產(chǎn)pvc。目前國內(nèi)外主要有三種合成工藝，合成法工藝、鹽酸脫吸法工藝、副產(chǎn)鹽酸脫吸法工藝。本設計選用鹽酸脫吸法工藝。本工藝的流程概述：所謂鹽酸脫吸法就是氯化氫氣體先用稀鹽酸吸收得到濃鹽酸，濃鹽酸在再沸解吸得到純度較高的氯化氫氣體，因在吸收時除氯化氫以外的其他氣體基本不被吸收。原料氯氣和氫氣分別經(jīng)緩沖罐和阻火器進入合成爐底部燃燒器，合成的氯化氫氣體從合成爐頂部出來。出來的氣體經(jīng)冷卻管冷卻后從頂部進入降膜吸收器，與來自稀酸儲罐的20%22%的稀鹽酸溶液并流接觸吸收，得到的約31%36%的濃鹽酸溶液從吸收器底部出來

2、進入濃酸儲罐，少量未吸收的氯化氫氣體和其他雜質(zhì)氣體進入尾氣塔再次吸收。濃鹽酸用泵打入解吸塔內(nèi)，再沸解吸后的氯化氫氣體經(jīng)水冷和鹽水冷卻器除水干燥后進入氯乙烯合成車間，解吸后的稀酸恒沸物經(jīng)冷卻后進入稀酸儲罐，以供再吸收用。本工藝主要優(yōu)點是，稀鹽酸可以循環(huán)利用，這樣就可以減少污染和原料的用量，該工藝合成的氯化氫氣體純度高，純度波動性小，有利于生產(chǎn)高純度鹽酸和減小合成pvc時的用量。關鍵詞：氯化氫合成；鹽酸脫吸法；合成爐計算abstractmainly used for the hydrogen chloride is production of various of concentration hy

3、drochloric acid and calcium carbide production of pvc. currently there are three major synthesis process at home and abroad:synthesis process, hydrochloric acid desorption process, the by-product hydrochloric acid desorption process.the design select hydrochloric acid desorption process:the process

4、outlined in the flow: the so-called hydrochloric acid desorption of hydrogen chloride gas is the method first used diluted hydrochloric acid to be absorbed hcl , hcl again in the reboiler desorption of high purity hydrogen chloride gas , in addition to absorbing hydrogen chloride gas other than the

5、fundamental absorption is not . raw materials chlorine and hydrogen respectively enter into buffer tank fire retardant first and then enter into the furnace bottom burner, synthesis of hydrogen chloride gas discharge from the top of furnace. the hydrogen chloride gas pass by cooling tube and then en

6、tering from the top of the absorber. hydrogen chloride gas and the concentration of 20% 22% acids solution which from the tank of hydrochloric acid is absorption in flowing contacts, the concentration of hydrochloric acid solution is about 31%36%, which discharge from the bottom of absorber then ent

7、er into concentrated acid tank ,few amount of hydrogen chloride gas which not be absorbed and other impurities gas enter into the exhaust gas absorption tower again. concentrated hydrochloric acid with pump into the desorption tower, the reboiler desorption of hydrogen chloride gas by saline water c

8、ooler and water cooler then entering pce synthesis workshop . the azeotrop of desorption of acid produced is cooled by cooler which then entered acid tank, for the cycle use of absorption.the main advantage of the process is that dilute hydrochloric acid can be recycled. this will reduce pollution a

9、nd the amount of raw materials, this process synthesis of high-purity hydrogen chloride gas, and hydrogen chloride gass purity is small fluctuations, so it is conducive to the production of high purity hydrochloric acid and decreased the amount of hydrogen chloride when synthetic pvc.keywords: synth

10、esis of hydrogen chloride; hydrochloric acid desorption method; the calculation of furnace目 錄緒論11說明書21.1總論21.1.1設計依據(jù)21.1.2設計指導思想21.1.3設計范圍21.1.4產(chǎn)品的規(guī)格21.1.5生產(chǎn)方法及工藝流程21.2技術經(jīng)濟分析51.2.1技術經(jīng)濟分析說明51.2.2財務評價51.2.3盈利性分析61.2.4投資回收期71.2.5盈虧平衡分析71.3總圖運輸81.3.1設計基礎資料81.4化工工藝81.4.1生產(chǎn)制度81.4.2原料技術要求及其簡介81.4.3產(chǎn)品說明及其簡介

11、91.4.4流程敘述101.5自控儀表及通訊101.5.1自控儀表101.5.2通訊111.6土建111.6.1設計范圍111.6.2建設設計111.6.3抗震設計111.6.4施工要求121.7電力供應121.7.1設計范圍121.7.2車間環(huán)境特征121.7.3負荷等級121.7.4電源狀況121.7.5配線方式121.7.6照明121.7.7防雷、接地及防靜電121.8余熱利用、通風131.8.1余熱利用131.8.2通風131.9供水、排水131.9.1氣象資料131.9.2設計原則131.9.3水源及輸水管道131.9.4消防給水管道設施及設計原則141.9.5循環(huán)冷卻水141.9.

12、6排水141.10安全及消防141.10.1勞動安全141.10.2消防141.11工業(yè)健康與勞動保護151.12維修151.13能源利用151.13.1合理地使用能量151.13.2采用新技術合理地使用能量151.14環(huán)境保護及綜合運用152計算部分162.1概述162.2生產(chǎn)能力及原料用量計算162.2.1生產(chǎn)能力162.2.2氯化氫用量計算162.3合成爐的相關計算172.3.1原料氣的組成和用量172.3.2物料衡算182.3.3熱量衡算192.3.4計算冷卻水的用量232.3.5合成爐爐體直徑及夾套直徑計算242.3.6合成爐換熱面積的計算252.3.7合成爐高的計算292.3.8合

13、成爐工藝尺寸計算292.4石墨冷卻管長度計322.4.1數(shù)學模型322.4.2計算342.5降膜吸收塔的計算和選型382.5.1物料恒算382.5.2選型392.5.3計算吸收劑用量392.5.4用水量計算402.6解吸塔計算412.6.1物料恒算412.6.2塔的計算412.7換熱器和分離器的物料恒算442.8石墨換熱器的計算442.8.1數(shù)學模型452.8.2計算472.9鹽水石墨冷卻器簡算502.9.1鹽水移走的熱量502.9.2鹽水的用量512.9.3換熱面積的計算512.10濃酸泵的計算和選型512.10.1選型參數(shù)的計算512.10.2選型的依據(jù)522.10.3選型522.11濃酸

14、和稀酸儲罐522.11.1濃酸儲罐522.11.2稀酸儲罐52總結53致謝54參考文獻5557年產(chǎn)10萬噸pvc氯化氫合成工藝設計緒論氯化氫是生產(chǎn)鹽酸和電石法生產(chǎn)pvc的重要原料。而聚氯乙烯（pvc）又是主要通用塑料品種之一，在世界五大塑料中的產(chǎn)量僅次于聚乙烯（pe）和聚丙烯（pp），居世界第三。目前國內(nèi)大多采用電石法生產(chǎn)pvc，而氯化氫作為電石法生產(chǎn)pvc的原料之一，其產(chǎn)量與質(zhì)量便成了直接影響pvc發(fā)展的重要因素。開發(fā)新的合成工藝、運用先進的設備、綜合利用能源是合成氯化氫的發(fā)展方向。目前國內(nèi)外主要有三種合成方法：合成法、鹽酸脫吸法和副產(chǎn)鹽酸法。國內(nèi)使用合成法居多，即氯氣與氫氣合成氯化氫，經(jīng)空

15、冷、水冷后直接輸送到氯乙烯的合成系統(tǒng)。這種方法工藝流程簡單，工藝成熟穩(wěn)定，但其生產(chǎn)的氯化氫氣體純度較低約90%-96%，給氯乙烯的合成帶來了很多不利因素。國外主要采用鹽酸脫吸法，本法生產(chǎn)的氯化氫純度高（大于99%），純度波動小，有利于后面氯乙烯合成。副產(chǎn)鹽酸法主要適合小型聚氯乙烯生產(chǎn)裝置，以綜合利用有機氯化物的副產(chǎn)氯化物，來制取高純度的氯化物供氯乙烯裝置用，本法制得的氯化物純度也可達99.9%。從八十年代開始，隨著對氯化氫純度的要求的提高，我國也漸漸從合成法向鹽酸脫吸法過度。合成爐是合成氯化氫的主要設備。目前工業(yè)上應用比較廣泛的是鋼制合成爐，它又分為空氣冷卻式和水冷夾套式兩種。80年代后，由于

16、離子膜法生產(chǎn)氯堿工藝的大力推廣應用，且該法要求使用高純鹽酸，這一需求促使了石墨合成爐的發(fā)展，工業(yè)上多見用爐外壁噴淋冷卻水式。國外大多已采用石墨合成爐，我國也漸漸從鋼制合成爐向石墨合成爐發(fā)展。各種二合一、三合一石墨合成爐都投入了使用并取得了很好的效果。所以本設計選用了耐腐蝕的二合一石墨合成爐，石墨降膜式吸收器，石墨冷卻器和石墨冷卻管。這些設備雖增加了一次性投資但卻延長了設備的壽命。本設計主要選用了較好的鹽酸脫吸法工藝及較好的設備得到純度約為99.9%的的氯化氫氣體。該工藝具有連續(xù)操作，反應時間短，壓力要求不高，以及前面所說的氯化氫純度高，純度波動性小的特點。但也存在原料用量大，解吸率不高，石英燈

17、頭腐蝕等問題。該工藝可用于大行化生產(chǎn)。本次設計的主要內(nèi)容：本設計主要研究鹽酸脫吸法合成氯化氫工藝；對氯化氫合成車間進行工藝設計；對主體設備進行選型；對氯化氫合成爐進行設計計算；畫出氯化氫合成車間帶控制點的工藝流程圖；畫出氯化氫合成車間的平面布置圖及平面管道布置圖；以及文獻調(diào)研，外文資料翻譯和編制設計說明書。1說明書1.1總論1.1.1設計依據(jù)該工藝是依據(jù)西南石油大學化學化工學院畢業(yè)設計任務書，按照化學工業(yè)部1988年6月發(fā)布的“化工工廠初步設計內(nèi)容深度的規(guī)定”進行設計的。1.1.2設計指導思想1.1.2.1遵照市場經(jīng)濟的規(guī)律，參考有關法規(guī)和標準，精心設計、優(yōu)化設計方案，精打細算，在保證質(zhì)量的前

18、提下，力爭用最少的資金，搞出最合理的優(yōu)秀設計。1.1.2.2適應化工生產(chǎn)的特點，搞好配套專業(yè)設計，特別是要加強節(jié)能、環(huán)保、安全、消防及工業(yè)衛(wèi)生和勞動保護方面的配套設計。1.1.3設計范圍本設計包括年產(chǎn)10萬噸pvc氯化氫的合成的以下幾個單元：合成和冷卻、吸收、解吸和干燥。此外，還設計到稀酸的循環(huán)，合成氯化氫的能源綜合利用，以及三廢的治理。1.1.4產(chǎn)品的規(guī)格氯化氫氣體純度99.9%，1.1.5生產(chǎn)方法及工藝流程1.1.5.1生產(chǎn)方法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,其中氯氣進入合成爐燈頭內(nèi)管，與外套管中的氫氣混合燃燒，燃燒后合成氣溫度可

19、以升高到2000以上。因原料氣中含有氧氣，此時氫氣也會與氧氣發(fā)生燃燒反應，合成爐內(nèi)燃燒方程式如下：主反應：h2+cl2=2hcl 副反應：2h2+o2=2h2o 機理分析：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。其反應為鏈鎖反應。反應式如下：(1)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活化的氯原子。(2)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·)，

20、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)下去則構成一個鏈鎖性的反應。即：如此下去則光線的一個光量子可使大量分子迅速化合。(3)鏈的終止：當在鏈鎖反應過程中，如果有外來因素與c1·和h·化合，則反應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中斷，如：在反應過程中出于元素的自身結合也可以使鏈終止。如：在反應過程中由于活性氫原子成活性氯原子與設備內(nèi)壁碰撞也有時會產(chǎn)生鏈的終止。但是總起來說，這些反應的可能性都是很小的，因為氯和氫的原于的濃度與分子濃度相比是極其微小的。1.1

21、.5.2工藝流程圖帶控制點的總工藝流程圖附圖1.1.5.3主要設備簡介(1)二合一石墨合成爐二合一石墨合成爐是集燃燒與冷卻于一體,采用水冷夾套式,由于合成爐內(nèi)氣體燃燒會放出大量的熱，用水冷夾套式石墨合成爐可以避免因突然中斷冷卻水而造成的事故。(2)石墨冷卻管石墨冷卻管在控制對合成氣進入降膜式吸收塔的溫度有非常重要的作用，因降膜式吸收器選用石墨材質(zhì)，它的工作溫度170，所以合成氣進入之前必須先冷卻。且它的長短也是影響氣體出石墨冷卻管溫度的顯著因素，過短出口溫度達不到要求，過長會增加成本。其影響可概括為以下兩點：不同形式的石墨冷卻器對合成氣進口溫度的要求是不同的，石墨冷卻器允許溫度越高，石墨冷卻管

22、出口氣體溫度設計的就可以越高，在石墨冷卻管長度相同條件下，系統(tǒng)生產(chǎn)能力就越大,反之就越小。對于同一型號的石墨冷卻器，系統(tǒng)生產(chǎn)能力隨石墨冷卻管設置長度的增加呈線性增加。在石墨冷卻管長度不變的情況下，通過強化石墨冷卻管的傳熱，可提高系統(tǒng)生產(chǎn)能力。(3)降膜式吸收器和尾氣塔所謂降膜吸收就是在液體在吸收管內(nèi)成液膜狀沿管壁下流吸收。降膜吸收器可分為管殼式和圓塊式。降膜吸收可以在長管內(nèi)也可以在短管內(nèi)進行，但降膜吸收的長度都不大，一般也不超過3m。降膜吸收器一般與尾氣塔配套使用，尾氣塔內(nèi)經(jīng)過一次吸收的稀酸溶液進降膜吸收器作二級吸收，降膜吸收器未完的尾氣進入尾氣塔進行二級吸收然后排空。這樣主要有以下優(yōu)點：吸收

23、效率高。對氯化氫氣的吸收效率可達99.9%。系統(tǒng)的操作彈性大，生產(chǎn)能力可在較大幅度內(nèi)調(diào)節(jié)均可正常操作。阻力小。尤其是降膜吸收器內(nèi)阻力更小，可忽略不計。吸收過程同時對溶液進行冷卻，一則允許進氣溫度相對較高如170，二則不需要對濃酸溶液另行冷卻。耐腐蝕優(yōu)良，不對氯化氫產(chǎn)生污染。制造、安裝、維修方便。使用壽命長。(4)解吸塔 由于鹽酸具有腐蝕性，所以解吸塔選用填料塔。1.1.5.4該工藝的技術路線的先進性和合理性可生產(chǎn)高純度且純度穩(wěn)定的氯化氫，這是由于在吸收系統(tǒng)中非氯化氫氣體不能被吸收，從尾氣塔被水泵抽出，因而在濃酸脫吸出的氯化氫氣體中只有少量的水形成的酸霧，經(jīng)冷卻、旋風分離器的分離只剩氯化氫。有利

24、于氯乙烯合成實現(xiàn)分子比自控，可使氯乙烯合成的過量氯化氫降低，從而減少原料氯化氫的消耗定額。有利于提高精餾系統(tǒng)氯乙烯收率。由于氯化氫氣體純度高，合成反應完全，則帶入于精餾系統(tǒng)的二氧化碳等不凝性氣體少，因此精餾系統(tǒng)的尾凝器每次排空量及排空次數(shù)低。有利于提高精餾系統(tǒng)的總收率。鹽酸脫吸法生產(chǎn)的氯化氫幾乎不含其他氣體，在精餾系統(tǒng)的全凝器、塔頂冷卻器及尾凝器的傳熱管壁面不會形成傳熱系數(shù)極地的氣膜，而以傳熱系數(shù)很高的液膜進行傳熱，因此使精餾效率提高。有利于合成氯乙烯生產(chǎn)安全。合成氯化氫只要含要氯氣就很容易在與乙炔反應過程中生成極易爆炸的氯乙炔。采用鹽酸脫吸法生產(chǎn)氯化氫，在夾帶少量游離氯是，經(jīng)氯化氫吸收和脫吸

25、系統(tǒng)，大部分溶于水生成次氯酸，鹽酸，其余微量氯氣等非氯化氫氣體通過水流泵抽吸而分離，為此在一定游離氯范圍內(nèi)，該法可除去游離氯，提供安全保障。1.2技術經(jīng)濟分析1.2.1技術經(jīng)濟分析說明1.2.1.1技術經(jīng)濟分析依據(jù)本技術經(jīng)濟分析主要依據(jù)國家紀委頒發(fā)的計算19871359號關于印發(fā)建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)的通知以及1988年有國家經(jīng)委印發(fā)試行的工業(yè)企業(yè)技術改造項目的經(jīng)濟評價方法教程，同時參照了化工部有關文件的規(guī)定確定的。1.2.1.2生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)10萬噸pvc氯化氫的合成產(chǎn)品方案：全部用于生產(chǎn)聚氯乙烯1.2.1.3實施進度本項目擬2年建成，生產(chǎn)期按12年計算，整個計算期為1

26、4年。1.2.1.4總投資估算(1)基本建設投資4000萬元，資金全部由信托公司和財政貸款，利息12.5%。(2)流動資金估算流動資金按總成本的25%計，為1000萬元，向財政貸款，利息12.5%。1.2.1.5職工人數(shù)及工資總額本項目職工定員為70人，根據(jù)勞動局工資管理條例，工資額按每人每年12000元計算。1.2.2財務評價1.2.2.1生產(chǎn)成本估算(1)按生產(chǎn)費用要素直接計算氯化氫的生產(chǎn)成本表1-1 原料成本估計表原料名稱規(guī)格單耗(m3/m3)單價（萬元/m3）單位原料成本（萬元/m3）氫氣95%0.1050.2350.0247氯氣97%0.9720.320.311總量0.3357(2)

27、年燃燒動力費為60萬元(3)固定資產(chǎn)原值固定資產(chǎn)形成率按90%計固定資產(chǎn)原值=基本建設投資×90%=×90%=3600萬元(4)銷售費根據(jù)市場調(diào)查得，氯化氫的價格為1萬元/立方米故年銷售收入=0.8×8951.4=7161.12萬元銷售費按銷售收入的0.5%計，則銷售費=7161.12×0.5%=35.8萬元表1-2 總成本估算表序號項目估算方法成本原料費單價×消耗定額×年產(chǎn)量3022.31包裝材料費單價×消耗定額×年產(chǎn)量28.37燃料動力費單價×消耗定額×年產(chǎn)量60工人工資及附加費年平均工資&

28、#215;定員人數(shù)×1.1193.24車間固定資產(chǎn)基本折舊固定資產(chǎn)原值×折舊率62.5大修理基金固定資產(chǎn)原值×（3%6%）23.5車間經(jīng)費+×2%65.198車間成本+3325.118企業(yè)管理費×（6%9%）199.507工廠成本+3524.625銷售費用銷售收入×1%35.8固定成本+3560.4251.2.3盈利性分析社會折現(xiàn)率：該參數(shù)與銀行貸款利息有關，現(xiàn)在工業(yè)貸款利率為12.5%，故取社會折現(xiàn)率為12.5%。由前面知，此項目初始投資為4000萬元，年銷售收入為17902萬元，年折舊費為32.5萬元，計算期為14年，年經(jīng)營成本3

29、614.135萬元，綜合稅率為50%，計算內(nèi)部收益率（irr）為：(1)方案第t年（t=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14）的凈現(xiàn)金流量cft為：cft=(7161.12-3614.135-62.5)×(1-50%)+62.5=1804.74萬元而方案第零年的凈現(xiàn)金流量cf0為：cf0=-4000萬元(2)對應于收益率i的方案凈現(xiàn)值計算公式為：npv=2828(p/a,i,14)-40000=2828×(1+i)14-1/i(1+i)14-4000(3)取不同的收益率進行試算i1=70%,npv1=4.700萬元i2=71%,npv2=-2.3

30、85萬元由計算結果知，令i1=70%,i2=71%,則有npv1=4.700萬元，npv2=-2.385萬元，i2-i1=1%，說明滿足線性插值法條件。(4)用線性插值法求irrirr=70%+（71%-70%）×4.700/（4.700+2.385）=70.66%由于irr=70.66%>14.5%，說明該項目在經(jīng)濟上是合算的，方案可接受。1.2.4投資回收期1.2.4.1靜態(tài)評價第一年到第三年：cft=-4000+2828=-1172萬元第一年到第四年：cft=-4000+353.5×2=1656萬元所以t=3+1172/（1172+1656）=3.41年故投資回

31、收期（靜態(tài)）為4年1.2.4.2動態(tài)評價由公式t=r-(r-k×i0)/(1+i0)得t=2828-(2828-4000×12.5%)/(1+12.5%)=1.6年加上建設期2年，則動態(tài)回收期為3.6年（4年）1.2.5盈虧平衡分析計算變動成本如下：cr=(1-r)p-cf/q=(1-50%)×4000-3560.425/8951.4=1999.6萬元盈虧平衡圖見圖1-1圖1-1 盈虧平衡圖1.3總圖運輸1.3.1設計基礎資料1.3.1.1地形、地貌該裝置建在四川金路集團樹脂廠，場地為廣闊的平地1.3.1.2氣象(1)土壤最大凍結深度為0m，雪的最大深度為2mm(

32、2)全年及夏季主導風向頻率為西北風(3)全年平均溫度為17.5，平均壓力為765mmhg，最低溫度為3.21.4化工工藝1.4.1生產(chǎn)制度本車間為連續(xù)操作、連續(xù)生產(chǎn)的車間、8000小時計，每日三班，每班8小時的連續(xù)生產(chǎn)。1.4.2原料技術要求及其簡介1.4.2.1原料技術規(guī)格 合成氯化氫的原料氫氣和氯氣濃度不能太低。如果太低將會影響產(chǎn)品的純度并且會使原料用量增加，具體要求見表1-3。表1-3原料技術表物質(zhì)氯氣氫氣純度要求93%90%進了氣速510m/s812m/s是否會發(fā)生爆炸與氫氣混合會與氯氣和空氣混合都會1.4.2.1原料簡介氯氣物化性質(zhì)：黃綠色氣體,有窒息性氣味。分子式cl2，分子量70

33、.91。相對密度1.47(0369.77kpa)。熔點-101。沸點-34.5。蒸氣密度2.49。蒸氣壓506.62kpa(5atm10.3)。溶于水和易溶于堿液。遇水生成次氯酸和鹽酸,次氯酸再分解為鹽酸新生態(tài)氯、氧和氯酸。氯與一氧化碳在高熱條件下，可生成光氣。本品不燃，但可助燃。在日光下與易燃氣體混合時會發(fā)生燃燒爆炸。與許多物質(zhì)反應引起燃燒和爆炸。主要危害：主要經(jīng)呼吸道侵入，損害上呼吸道；空氣中氯濃度較高時也侵入深部呼吸道。人吸入500ppm/5m，就會危害到健康。氫氣物化性質(zhì)：通常情況下無色無味的氣體，密度小于空氣。分子式h2分子量2.016，氣體相對密度，101.325kpa(1atm)

34、和70時(空氣=1)為0.7。常溫常壓下氫氣性質(zhì)穩(wěn)定，在加熱或點燃條件下與許多物質(zhì)發(fā)生反應。氫氣與空氣和氯氣混合會發(fā)生爆炸，與空氣的爆炸極限是4-74.2%（體積百分比），與氯氣混合的爆炸極限是5-87.5%（體積百分比）。1.4.3產(chǎn)品說明及其簡介1.4.3.1產(chǎn)品說明表1-4 產(chǎn)品物性表物質(zhì)純度外觀狀態(tài)氯化氫99.9%無色有刺激性氣味、透明氣體1.4.3.2產(chǎn)品簡介性質(zhì)：純度99.995。無色氣體，對人體皮膚產(chǎn)生強烈刺激，有令人窒息的刺激性臭味。氣體密度1.522kg/m3(21.1)；液體密度842kg/m3(21.1)。沸點-85。熔點-114.2。極易被水吸收，生成強腐蝕性鹽酸；極易

35、在乙醇和乙醚中分解，與許多有機物質(zhì)反應迅速。高純氯化氫用于電子工業(yè)中外延生長前硅和砷化鎵高溫氣相刻蝕，清除鈉離子；還用于金屬表面化學處理；激光用混合氣，膠片生產(chǎn)及碳纖維表面處理。1.4.4流程敘述1.4.4.1濃酸制備從電解裝置來的氫氣經(jīng)緩沖罐后再經(jīng)阻火器進入合成爐低部的燃燒器（石英或石墨燈頭）點火燃燒，原料氯氣由電解裝置氯干燥系統(tǒng)送來經(jīng)氯氣緩沖罐后再經(jīng)阻火器進入合成爐燈頭的內(nèi)管，與外套管的氫氣混合燃燒，混合氣體溫度可達到2000以上。合成反應放出的熱借合成爐外壁的冷卻水帶走，氣體到爐頂部位的溫度降到350-400左右，在經(jīng)石墨冷卻管被冷卻到170左右，進入降膜式吸收塔頂部，氣體在塔內(nèi)自上而下

36、流動，與來自尾氣塔的沿降膜式吸收管壁呈膜狀流下的稀酸，進行并流接觸吸收，由低部排出的酸濃度達31%-36%，借位差進入濃酸槽供解吸用。未被吸收的氣體由低部排入填料式尾氣塔，被解吸系統(tǒng)來的20%-22%的稀酸吸收，未吸收的尾氣借水流泵抽出，經(jīng)分離器排入下水道，送至污水處理系統(tǒng)。1.4.4.2濃鹽酸脫吸生產(chǎn)氯化氫濃鹽酸經(jīng)濃酸泵送入填料式解吸塔進行氯化氫的脫吸，解吸塔低部排出的物料進入與之相連接的再沸器，借管外通入的蒸汽加熱，使物料中的氯化氫和少量水蒸汽蒸發(fā)上升，與塔頂向下流的濃鹽酸進行熱量和質(zhì)量的交換，將酸中的氯化氫脫吸出來，直至塔底及再沸器處達到恒沸物的平衡態(tài)為止。脫除的氯化氫氣體由塔頂進入石墨

37、冷卻器由外管冷卻水冷至室溫，再進入由冷凍鹽水石墨冷卻器冷卻到-12-18并經(jīng)酸霧分離器除去夾帶的酸霧，獲得干燥的氯化氫送至氯乙烯裝置。解吸塔低部排出的稀酸是濃度為20%-22%的氯化氫與水的恒沸物，經(jīng)與濃酸換熱后，冷卻至40以下進入稀酸槽，以供再吸收制備鹽酸，循環(huán)利用。1.5自控儀表及通訊1.5.1自控儀表在整套裝置中，可設計兩個控制車間，一個為氯化氫合成吸收控制車間，選擇ddz-作為電力自動控制裝置，一個為濃鹽酸解吸冷卻干燥控制車間，可選擇計算機作為自動控制裝置。主要自控原料氣進料的溫度和壓力、合成爐出口溫度和壓力、吸收氯化氫所用的稀酸的量，均選擇滿足dat2要求的電汽儀表，其余的則采用就地

38、指示儀表。注意事項：(1)氯化氫合成車間的控制要放在二摟，他的設計與使用是根據(jù)相關的條款和內(nèi)容而決定的，這些條款涉及到動力裝置的防爆與防火安全性。(2)在控制室，控制箱與計算機操作臺應用玻璃隔開，同時還應具有空調(diào)與電力設施。(3)整個系統(tǒng)都充滿了氣體，要加強防火防暴的安全控制。1.5.2通訊全車間設置四部電話與總機相連，某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題互相用電話聯(lián)系。1.6土建1.6.1設計范圍本工廠占地400m2。該設計是工程設計，包含有眾多條款，如工廠建筑，生活設施設計，最后還包括建筑材料的選擇。1.6.2.1氣象資料風壓400pa1.6.2.2水文學資料在工廠建筑中，地下水位為188.56mm186.0

39、3mm，地質(zhì)狀況：地表主要由微小的粘土顆粒堆積而成，地震為7裂度。1.6.2建設設計生產(chǎn)車間，生活設施的設計根據(jù)總體分布要求來進行設計，技術裝備的分布將在下面分別解釋說明。(1)整個車間的布置取決于生產(chǎn)要求，在生產(chǎn)車間中，根據(jù)防爆性的要求，氯化氫合成部分屬于一級防火，故建筑設計中防火標準為一級。(2)根據(jù)生產(chǎn)的需要，生產(chǎn)領域含有兩層，并卻具有天窗，工廠建筑結構采取了傳統(tǒng)的防洪增強欄，生活設施采用了兩層磚。(3)建筑材料的選擇：建筑結構采用了單層鋼筋混凝土。1.6.3抗震設計按7裂度設計1.6.4施工要求按規(guī)范執(zhí)行1.7電力供應1.7.1設計范圍該設計包括車間電力，照明設施，建筑防雷接地，工藝設

40、備防靜電，車間防暴。1.7.2車間環(huán)境特征所有工段均為q-2級防爆危險場所。1.7.3負荷等級類負荷1.7.4電源狀況電源為：380/220v，三相四線制進線。采用分表計量，電框選用pgl2低壓開關框，q-2級場所選用la5821-2型，廠礦用防爆防腐控制按鈕。1.7.5配線方式放射式，控制線選用kvv-0.5kv塑料控制電纜。1.7.6照明生產(chǎn)崗位采用混合照明，其它為正常照明，電源為380/220v，采用xrm101-14-2型控制箱。1.7.7防雷、接地及防靜電二類防雷建筑物，屋頂采用接閃器避雷和網(wǎng)格避雷，輔助接地與防雷接地相關（包括設備金屬外殼）等電位防靜電。1.8余熱利用、通風1.8.

41、1余熱利用1.8.1.1任務和范圍合理利用合成氯化氫余熱1.8.1.2余熱利用方案及熱能綜合利用概況合成氯化氫余熱用85的熱水吸收，出口溫度為95，這些熱水一部分可以供應生活區(qū)的熱水需要，一部分與另外的工藝水混合85左右再用于合成爐的冷卻。1.8.2通風(1)車間有害物質(zhì)：氯化氫、氯氣(2)與空氣混合發(fā)生爆炸的物質(zhì)：氫氣、氯氣(3)換風量的確定生產(chǎn)崗位上換風為：21600m3/h86400m3/h，換氣次數(shù)：8次/h(4)在生產(chǎn)車間中采用排煙通風裝置使空氣流通1.9供水、排水1.9.1氣象資料年平均氣溫17.5，最高31.1，最低3.2夏季平均最大相對溫度24.0最熱月平均氣壓102.9kpa

42、，最熱月平均風速2.5m/s年平均降雨量1149.7mm1.9.2設計原則按化工生產(chǎn)車間要求設計1.9.3水源及輸水管道(1)水源：城市自來水(2)輸水管道：地下部分采用給水鑄鐵管，地上采用鍍鋅鋼管(3)給水設施采用自動補氣式zqs-2型全自動氣壓給水設備1.9.4消防給水管道設施及設計原則(1)車間內(nèi)設置室內(nèi)消火栓(2)單獨放置消防給水管道1.9.5循環(huán)冷卻水工業(yè)上水石墨冷卻器，進水27，出水32，溫差4鹽水石墨冷卻器，進口-15，出口-12，溫差31.9.6排水(1)排水系統(tǒng)室內(nèi)采用鑄鐵管，室外采用缸瓦管(2)污水排入污水站處理后在排入生活污水管網(wǎng)1.10安全及消防1.10.1勞動安全氫氣

43、有爆炸性，因此我們必須嚴格的防止氫氣泄露，如果氫氣濃度達到爆炸極限就有可能發(fā)生爆炸。在生產(chǎn)過程中，要預防氣體的泄露、液體的流失。在車間中，如果我們直接接觸原料和產(chǎn)品，我們的身體就會受到嚴重的傷害。工作時要保證良好的通風狀態(tài)，毒氣濃度始終保持在1ppm以下。嚴禁設備中的壓力超標，否則會引起爆炸。禁止工作前或工作后喝水。1.10.2消防氯化氫合成是一個可爆炸的過程，氫氣與氯氣和空氣混合都會發(fā)生爆炸，前面已述爆炸極限。鑒于此，所有氫氣緩沖罐、氯氣緩沖罐原料的容器均應好好保存，防止靜電接觸，同時氯化氫合成車間的每層都應具有防火控制和諸多滅火器。1.11工業(yè)健康與勞動保護(1)設備平臺、操作地板、梯子及

44、各種機械設備都應有安全屏障。(2)所有的電力設備都應有安全保護監(jiān)測，一流的防爆措施，輸送管線采用電氣儀表測量。(3)高于70的設備管線應采用木制設備來防止燙傷。(4)車間中運輸物質(zhì)原則上使用管線運輸。(5)為保證工人們有適當?shù)牟僮鳝h(huán)境，給車間供熱和通風，通風次數(shù)根據(jù)國家頒布的標準決定。(6)工廠設有澡堂、廁所、女工保健室、更衣室以及休息室；緊急醫(yī)療箱，健康設施根據(jù)二級標準設計。(7)配備工作服、帽子和手套，衣服上無釘狀物且工作時不允許攜帶火種。1.12維修維修人員6名，負責儀表、電器和建筑維修。1.13能源利用1.13.1合理地使用能量車間應合理地選擇能量來使用。例如：氯化氫合成余熱可以得到溫

45、度很高的熱水，這可以提供生活區(qū)的熱水。1.13.2采用新技術合理地使用能量水溫的高低、水蒸氣再沸加熱可采用自動控制儀表來合理地供應和使用能量，這樣能避免能量損失和人力浪費。1.14環(huán)境保護及綜合運用本設計22%的稀鹽酸進行了循環(huán)利用；氯化氫氣體回收利用；至于排放的廢水可經(jīng)過污水站處理后在排入生活污水管網(wǎng)。2計算部分2.1概述生產(chǎn)工藝流程框圖如圖2-1所示圖2-1 生產(chǎn)工藝流程框圖原料氯氣和氫氣經(jīng)過合成爐底部燃燒后，合成氣從塔頂出來經(jīng)冷卻后進入降膜式吸收器被吸收后得到31%35%的濃鹽酸溶液，該溶液進入濃酸儲罐后用泵打入再沸解吸塔，解吸后得到的氯化氫氣體經(jīng)冷卻干燥后純度為99.9%去氯乙烯合成車

46、間，恒沸酸去稀酸儲罐供吸收用。2.2生產(chǎn)能力及原料用量計算2.2.1生產(chǎn)能力確定要計算年產(chǎn)10萬噸pvc的氯化氫用量，年產(chǎn)時間按8000h計算。2.2.2氯化氫用量計算由資料可查得樹脂干燥后成品要求揮發(fā)份（包括水分）含量在0.4%-0.45%之間，這里取樹脂中含其他組分的量為0.42%（質(zhì)），則10萬噸pvc中雜質(zhì)的量：10×108×0.42%=4.2×105kg那么純樹脂的量為9.95×107kg。在vc懸浮聚合成pvc時，轉化率一般為80%-90%。這里取氯乙烯(vc)的轉化率為85%（質(zhì)），則vc的量為：(9.958×107)/0.85=

47、11.715×107kg根據(jù)生產(chǎn)條件可得每小時所需的氯乙烯的量為：(11.715×107)/ (8000×62.5)=234.306kmol/h在合成vc中由于乙炔與氯化氫是按1:1.051:1.1，所以氯化氫是過量的，在計算所需氯化氫是應以乙炔為計算基準.合成vc過程中，一般控制未轉化的乙炔量在1%3%(摩爾)。根據(jù)乙炔合成系統(tǒng)，其高沸物質(zhì)的含量一般在0.1%0.5%，其他損失可以忽略。取乙炔的轉化率為0.99，選擇性為0.995,則乙炔轉化為vc的乙炔的量為234.306kmol/h，那么每小時合成vc是進料的乙炔量為：234.306/(0.99×0

48、.995)=237.862kmol/h采用鹽酸脫吸法生產(chǎn)的氯化氫純度很高，其純度可達99.9%，可使乙炔：氯化氫由1:1.051:1.1降到1:1.021:1.05，取比值為1.03，則每小時所需的氯化氫的量為：(237.862×1.03)/0.999=245.244kmol/h2.3合成爐的相關計算2.3.1原料氣的組成和用量因合成氯化氫時氯氣與氫氣比為1:1.051:1.1，氫氣是過量的,這里取比值為1.05。原料氯氣與氫氣的組成如表3-1，合成系統(tǒng)中記氯化氫損失為1%，則原料氣用量：氯氣：244.244/(0.99×2)=122.622kmol/h氫氣：244.244

49、/2=128.753kmol/h表3-1 原料氣組成物質(zhì)氯氣（v%）氫氣（v%）純度97.1697.45含氫0.3497.45含氮氣1.120.06含二氧化碳0.21含水分0.182.48含氧氣0.990.01進料溫度()2525進料壓力(mpa)0.210.212.3.2物料衡算2.3.2.1進合成爐的各物料的量原料氫氣的量：128.753/0.9745=132.122kmol/h含氮氣：132.122×0.06%=0.0793kmol/h含水分：132.122×2.48%=3.277kmol/h含氧氣：132.122×0.01%=0.0132kmol/h原料氯

50、氣的量：122.622/0.9716=126.206kmol/h含氫氣：126.206×0.34%=0.429kmol/h含氮氣：126.206×1.12%=1.414kmol/h含氧氣：126.206×0.99%=1.249kmol/h含水分：126.206×0.18%=0.227kmol/h含二氧化碳：126.206×0.21=0.256kmol/h各物料總進料：氫氣：h2(mol)=128.753+0.429=129.182kmol/h h2(m)= 129.182×2=258.364kg/h氮氣：n2(mol)=1.414+0

51、.0793=1.4933kmol/h n2(m)= 1.4933×28=41.812kg/h氧氣：o2(mol)=1.249+0.0132=1.2622kmol/h o2(m)= 1.2622×32=40.390kg/hco2： co2(mol)=0.256kmol/h o2(m)= 0.256×44=11.661kg/h水： h2o(mol)=0.277+3.277=3.554kmol/h o2(m)= 3.544×18=63.972kg/h氯氣：cl2(mol)=122.622kmol/h o2(m)= 122.622×71=8709.13

52、6kg/h總進料：總進料(mol)=122.622+3.554+0.256+1.2622+129.182=260.876kmol/h 總進料(m)=8709.136+258.364+41.812+11.661+40.390+63.792 =9122.33kg/h2.3.2.2 出合成爐的各物料的量合成爐內(nèi)的兩個反應： 生成的氯化氫的量為： 摩爾量：2×122.622=245.244kmol/h 質(zhì)量：245.244×36.5=8951.406kg/h 氧氣燃燒所消耗的氫氣及生成的水的量為：2h2 + o2 2h2o2*1.2622 1.2622 2*1.2622 生成水的量

53、為：2×1.2622=2.5244kmol/h水的總摩爾量：3.554+2.5244=6.0784kmol/h水的總質(zhì)量：6.0784×18=109.4112kg/h 剩余的氫氣的量為：總氫氣量-生成氯化氫用的-氧氣燃燒所用的量=129.182-122.622-2×1.2622=4.0356kmol/h 二氧化碳、氮氣沒有參與反應量不變，所以總出料總出料(mol)=245.244+2.5244+3.554+0.256+1.4933+4.0356 =257.1037kmol/h總出料(m)=8951.406+8.0712+109.412+11.661+41.812

54、=9122.33kg/h因總進料量(m)=總出料量(m)，所以物料守衡。2.3.3熱量衡算2.3.3.1合成爐內(nèi)兩個反應反的相關計算 合成爐內(nèi)兩個反應反應熱的計算式h2+cl2 2hcl 2h2+o2 2h2o 合成反應放出的熱量計算式為： 式中：qr合成氯化氫的反應熱、kj/hghcl反應生成氯化氫氣體氣摩爾流量、kmol/h t合成爐燈頭溫度、kh0m1(298.15k)氯化氫合成反應的標準摩爾反應熱焓、kj/hcpm1氯化氫合成反應的反應產(chǎn)物與原料的摩爾比熱容系數(shù)差值、j/mol.kqr氧氣燃燒的反應熱、kj/hg水反應生成的水蒸汽的摩爾流量、kmol/hh0m2(298.15k)水蒸汽合成反應的標準摩爾反應熱焓、kj/molcpm2水蒸汽合成反應的反應產(chǎn)物與原料的摩爾比熱容系數(shù)差值、j/mol.k合成爐內(nèi)兩個反應的摩爾反應熱恒壓比熱容的計算式為：cp=a+bt+ct-2，式中：a、b、c為常數(shù)，由文獻3查得各物質(zhì)的a、b、c見表2-2。表2-2 各物質(zhì)恒壓比熱容常數(shù)表物質(zhì)名稱abc適用溫度氫氣27.283.260.502298-2500氯氣36.900.25-2.82298-3000氯化氫26.034.061.0929