【年產(chǎn)10萬噸鹽酸工藝設(shè)計11000字（論文）】

年產(chǎn)10萬噸鹽酸工藝設(shè)計摘要氯化氫氣體在常溫下為無色且具有刺激性氣味，它的水溶液（鹽酸）作為基礎(chǔ)性原料“三酸兩堿”之一，用于鋼鐵、電鍍和鋼鐵結(jié)構(gòu)件的酸洗過程，同時也用在化學制藥、稀土生產(chǎn)等行業(yè)中。如今隨著不透性石墨設(shè)備的發(fā)展，制取鹽酸的合成爐已有一開始的鐵合成爐發(fā)展到“二合一”合成爐、“三合一”石墨合成爐等。通過對這幾種合成爐的對比，本設(shè)計采用“三合一”石墨爐，對鹽酸生產(chǎn)工藝進行了設(shè)計，內(nèi)容包括鹽酸生產(chǎn)工藝，鹽酸生產(chǎn)過程的物料與能量衡算，尾氣吸收計算。設(shè)計出塔高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)為10萬噸鹽酸處理量，達到設(shè)計目的。關(guān)鍵詞：氯化氫；合成爐；工藝設(shè)計；吸收目錄TOC\o"1-3"\h\u13981摘要 24403引言 629551綜述 7274941.1鹽酸的性質(zhì)及用途 7224281.2鹽酸的工藝歷史 7180071.3鹽酸的生產(chǎn)歷史 871641.4鹽酸工藝及存在問題 9168311.4.1鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡介 9306771.4.2工藝路線的確定 10197471.4.3三合一石墨爐法工藝過程中存在的問題 11239261.5課題的目的和意義 11222622鹽酸生產(chǎn)工藝流程 1365252.1產(chǎn)品性質(zhì) 13311102.1.1物理性質(zhì) 1311482.1.2化學性質(zhì) 13155132.1.3產(chǎn)品規(guī)格 14150332.2主要原料性質(zhì)與規(guī)格 14308832.2.1原料的理化性質(zhì)[10] 14212382.2.2原料來源 1543472.2.3原料組成 1652172.3合成反應條件和機理 1693452.3.1反應條件 17279322.3.2反應機理分析 1742312.4生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程說明 18138272.4.1氯化氫合成 18163882.4.2氯化氫吸收 18301012.5主要設(shè)備[1] 1920821（1）三合一石墨合成爐 199003（2）氫氣阻燃器 2012060（3）氯氣阻燃器 2013536（4）尾氣洗滌塔 20238033鹽酸生產(chǎn)裝置的物料及熱量衡算 21219853.1物料衡算 21325723.1.1計算依據(jù) 21204683.1.2計算 2173342.4.3產(chǎn)品的貯存 23190603.1.3進出合成爐氣體 23215183.1.4三合一合成爐吸收段物料衡算 24210273.1.5尾氣吸收塔物料衡算 26193053.2熱量衡算 27308384尾氣吸收塔的設(shè)計 3031734.1尾氣吸收塔高度與塔徑的計算[13][14] 3036524.1.1塔徑D的計算 30253004.1.2填料層高度Z的計算 31238164.2除霧器 33131714.3液體分布器的計算 3469294.4管徑尺寸計算 3413769（1）塔頂軟化水進口管道 3431320（2）塔底稀酸出口管道 344668（3）塔頂廢氣排出管道 3528366（4）塔底進氣管道 35116594.5筒體壁厚計算 35287754.6人孔 36300264.7封頭 36241084.8尾氣吸收塔塔高 3623832V預=8.529÷60×3=0.284 364880第五章安全與“三廢”處理 36313945.1工藝物料特性及防護措施 366205.1.1氯氣的物料特性及防護措施 37242495.1.2氫氣的物料特性及防護措施 3785185.1.3鹽酸的物料特性及防護措施 38317365.2三廢處理 4019143結(jié)論 4112247參考文獻 41引言在我國的“三酸雙堿”生產(chǎn)中，鹽酸的生產(chǎn)過程是相對可變的。上世紀50年代，中國的鹽酸產(chǎn)量僅為0.3萬噸，應用領(lǐng)域相對簡單，主要用作化學試劑和食品等。改革開放以來，隨著我國氯堿工業(yè)和鹽酸工業(yè)的快速發(fā)展，市場需求為鹽酸工業(yè)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境和空間。在消費領(lǐng)域，隨著有機合成工業(yè)的發(fā)展，鹽酸在應用領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，應用范圍越來越廣。經(jīng)過近60年的發(fā)展，我國大部分鹽酸工業(yè)目前使用石墨制的三硝酸合成爐生產(chǎn)鹽酸。三合一爐是由合成鹽酸生產(chǎn)過程中氯化氫的合成、吸收和冷卻的三種化學工藝組成的設(shè)備。曾經(jīng)用于生產(chǎn)合成鹽酸在中國二十多年來,特別是在工業(yè)和氯殺蟲劑和堿,并且獲得了良好的性能,無論是在質(zhì)量、類型或卷生產(chǎn)鹽酸已成為主要生產(chǎn)國之一鹽酸的世界。

1綜述鹽酸的性質(zhì)及用途（1）物理性質(zhì)（2）用途鹽酸用途廣泛。用于生產(chǎn)無機氯化物、有機氯化物等化工產(chǎn)品;例如，作為生產(chǎn)氯化銨和氯化鋅等氯化物的原料。鹽酸通常用于食品工業(yè)生產(chǎn)醬油的產(chǎn)品。它也用于制造淀粉、葡萄糖水解醇等。鹽酸通常用于鋼鐵產(chǎn)品的機械酸洗，以去除氧化物、氧化膜和氧化鐵片。醫(yī)藥產(chǎn)品的制造，如麻黃堿鹽酸鹽、氯化鋅等。用于工業(yè)冶金生產(chǎn)、電鍍、鋼鐵、蝕刻等行業(yè)的稀有金屬的鉆孔和提取，作為金屬表面的清洗劑REF_Ref32349\r\h[1]REF_Ref32356\r\h[2]。1.2鹽酸的工藝歷史15世紀的意大利手稿描述了鹽酸是如何制造的，但是這種水溶液以前是煉金術(shù)士用來將烹飪鹽和硫酸鐵聯(lián)合蒸餾過程中產(chǎn)生的氣體溶解在水中的。1650年左右，格勞德開始用硫酸分解食鹽。1772年，普里斯特利是第一個捕獲氯化氫以獲得純鹽酸并測試其性質(zhì)的人。1810年，戴維證明了它是氧和氫的化合物。1791年，法國科學家獲得了生產(chǎn)lubran堿的專利，日產(chǎn)量為250-300公斤。該工藝使用硫酸鈉、石灰石和苛性鈉。但是歐洲天然缺乏這種礦物質(zhì)，所以硫酸鈉是由硫酸和食鹽制成的，副產(chǎn)品是鹽酸。這家工廠因法國大革命于1793年關(guān)閉。1823年，愛爾蘭人利用英國政府廢除重鹽稅的機會在英國建立工廠。最初產(chǎn)生的氯化氫氣體通過150米高的煙囪釋放到空氣中，但由于其相對較高的密度，形成了霧幕，對植物造成了嚴重的損害。1836年，填充焦炭的洗滌塔用水吸收氣體，以減少工廠對環(huán)境的影響。1863年，英國政府頒布了世界上第一部工業(yè)涂料法和《環(huán)境保護法》，限制義務(wù)恢復95%以上的植物生產(chǎn)的氯化氫氣體和estipulando氫氯化物含量在氣體放電可能不會超出0.454g/m3。早期使用鹽酸的量不大，市場需求很少。由于紡織業(yè)的發(fā)展有大量的漂白粉，大量的鹽酸將二氧化錳氧化后用來產(chǎn)生氯氣，作為漂白粉的原料。Mn在這個過程中，氯化氫的使用量只有一半，二氯錳沒有工業(yè)用途，這使得流化床粉塵非常昂貴。后來，通過1866年的《韋爾登法》和1870年的《執(zhí)事法》，氯的回收和原材料的使用得到了改善。第二次世界大戰(zhàn)后，石化、塑料等聚合物工業(yè)的快速發(fā)展，改變了氯化氫、鹽酸的生產(chǎn)路線。自1970年代末以來，由于越來越多的國家對氯氟烴的生產(chǎn)施加了連續(xù)的限制，從原料中提取的氯化氫的生產(chǎn)比例繼續(xù)下降，而合成氯化氫的生產(chǎn)則有所增加。1.3鹽酸的生產(chǎn)歷史230多年前，Priesly在1772年收集氯和氫來生產(chǎn)純鹽酸并測試其性能。我國的鹽酸生產(chǎn)也有近70年的歷史，鹽酸生產(chǎn)一般包括氣體生產(chǎn)、冷卻、吸收。近來，在我國多數(shù)廠商經(jīng)過鐵爐、水冷卻、空氣冷卻、黑煙熱、隔熱或剛吸收，成為“三者合一”。當然也有生產(chǎn)氯化氫，空氣冷卻，水冷卻，石墨冷卻等的鐵路，它們在我國將長期持續(xù)下去。"三合一"鹽酸在生產(chǎn)生產(chǎn)以后，由于沒有把各種防止腐敗的因素的材料和技術(shù)放在一起而真正堅持下來，發(fā)揮作用的工廠很少。但由于工藝結(jié)構(gòu)細致，占用面積小，生產(chǎn)靈活性大，還有許多其他優(yōu)點。經(jīng)過多年的退潮，直到年中才被大型氯廠考慮。從目前的生產(chǎn)設(shè)備來看，主要設(shè)備是合成爐，其次是尾氣吸收塔、稀酸緩沖罐、冷卻塔、循環(huán)水池等。1.4鹽酸工藝及存在問題1.4.1鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡介鹽酸的生產(chǎn)方法主要分為合成法和輔助生產(chǎn)法，其中合成法按使用法又分為鐵質(zhì)合成法，膜式吸收法，黑聯(lián)合法和膜式吸收法，三合石墨路。鐵合成爐和膜吸法一般用于生產(chǎn)純度不高的鹽酸制品，用這種方法生產(chǎn)的鹽酸含鐵一般都在0.2毫克/L以下，但0.1毫克/L以下比較困難。由于黑聯(lián)合路和膜式吸收法使用了二合一的黑鉛路，所以有些企業(yè)稱之為二合一法，該法的特點是可以把鹽酸氫氣分配到鹽酸生產(chǎn)或PVC生產(chǎn)中去。三合一石墨爐法主要用于高純度鹽酸生產(chǎn)。釜山法主要是在有機合成工業(yè)的氯化過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，將產(chǎn)生的氯化氫與有機氯化物RCl分離開來，用水吸收氯化氫后產(chǎn)生鹽酸。這里簡述了三合一石墨爐法的工藝流程過程。（1）三合一石墨爐法的工藝流程氫氣部分和氯部分分別經(jīng)過緩沖槽和氯緩沖槽、氯阻火器和各自的流量控制閥處理，并按一定比例送入石墨合成爐頂部的石英燈座。氯通過石英燈座的內(nèi)層，氫通過石英燈座的外層。這兩種氣體在石英燈座前一起燃燒，形成氯化氫氣體。產(chǎn)生的氯化氫下降到冷卻吸收相。稀酸塔的尾氣也從合成爐的頂部進入,沿墻流合成部分的吸收截面的分布環(huán)電影形式,流入塊孔的軸向孔石墨吸收一部分通過再分配,隨著氯化氫流順流而下。同時氯化氫被稀酸吸收，氯化氫的濃度越來越低，稀酸的濃度越來越高。最后，未被吸收的氯化氫從三合一石墨底部的頭部出來，進行氣液分離。濃縮的鹽酸流入鹽酸槽，未被吸收的氯化氫進入排氣塔的底部。高純水從尾氣塔頂通過轉(zhuǎn)子流量計噴射，吸收上游對面的氯化氫，形成稀鹽酸，通過液封進入三通石墨爐。從排氣塔頂部排出的廢氣由液壓噴射泵抽走，不冷凝的廢氣經(jīng)封液灌溉后分離到大氣中。水被泵入一個注水器并循環(huán)一段時間，然后作為稀釋的鹽酸出售，或者在進入下水道之前被堿性物質(zhì)中和，或者作為工業(yè)鹽酸的吸收劑。氯化氫在三位一體石墨爐中產(chǎn)生的燃燒熱和氯化氫在水中溶解產(chǎn)生的熱被冷卻水帶走REF_Ref32349\r\h[1]。1.4.2工藝路線的確定根據(jù)近年來工業(yè)發(fā)展趨勢及國家政策引導，本論文選用三合一石墨鹽酸合成爐為研究對象進行分析計算。1.5課題的目的和意義隨著我國鹽酸和鹽類產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國鹽酸產(chǎn)業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和空間，我國鹽酸生產(chǎn)和消費繼續(xù)保持著快速發(fā)展的趨勢。在消費領(lǐng)域，隨著有機合成產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鹽酸的應用有了很大的擴大和廣泛的應用，醫(yī)藥，礦石加工，化工，飼料添加劑，凈水劑，稀土類等下游行業(yè)對鹽酸的需求也在迅速增長。因此，研究氯化氫的合成及設(shè)備工藝是一項非常有意義的工作。因此，本項目的目的是通過對現(xiàn)有鹽酸生產(chǎn)設(shè)備和工藝的研究分析，設(shè)計年產(chǎn)10萬噸鹽酸的生產(chǎn)工藝。本課題的意義在于，通過對三合一合成爐運行狀況的分析，明確了合成爐運行狀況改善的方向。重點分析了尾氣吸收塔的運行情況，為改善合成爐的運行狀況提供了思路。通過本次設(shè)計工作，可以為一些企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，節(jié)約能源提供參考。這不僅有利于降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高資源利用率，也符合我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的基本國策。

2鹽酸生產(chǎn)工藝流程2.1產(chǎn)品性質(zhì)2.1.1物理性質(zhì)表2.1鹽酸濃度密度對照表濃度%0.168.1817.1323.8230.5532.4933.4635.3839.11密度g/mL1.0001.0401.0851.1201.1551.1651.1701.1801.2002.1.2化學性質(zhì)強酸性：HCl+NaOH=NaCl+與碳酸鹽反應：K與活潑金屬單質(zhì)反應：Zn+2HCl=ZnC鹽酸能與硝酸銀反應：HCl+AgN2.1.3產(chǎn)品規(guī)格表2.2Q/SHG-004003-2005指標名稱優(yōu)級品一級品合格品總酸度（以HCI%計）35.035.035.0鐵0.0060.0080.01硫酸鹽（以S0%計）0.0050.03砷，%≤0.00010.00010.0001灼燒殘渣，%≤0.080.100.15氧化物（C1%計）≤0.0050.0080.0102.2主要原料性質(zhì)與規(guī)格2.2.1原料的理化性質(zhì)（1）氯氣的理化性質(zhì)助燃性。在一些反應中，氯氣可以支持燃燒，如，鐵在氯氣中燃燒生成氯化鐵化學方程式：2Fe+3Cl與金屬反應鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉化學方程式：2Na+Cl與非金屬反應氫氣在氯氣中燃燒或受到光照生成氯化氫氣體化學方程式：H2（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℃)，標準狀態(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)中應特別注意防止爆炸事故發(fā)生．氫氣能和一些強氧化劑作用，以致發(fā)生強烈反應。H12.2.2原料來源合成鹽酸所用的氯氣是通過離子膜段的鹽水電解制得的，然后通過氯氣主送至氯干燥工藝，再送至氯化氫工藝生產(chǎn)鹽酸;氫是通過電解離子膜段的鹽水產(chǎn)生的，然后通過氫總管送到氫處理工藝，再送到氯化氫工藝生產(chǎn)鹽酸。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含氮氣2.581.6含二氧化碳1.3—含水分0.168(重量比)—含氧氣0.620.4進料溫度(℃)2525進料壓力(MPa)0.210.212.3合成反應條件和機理氯氣與氫氣的合成反應在常溫和散射光線下進行得很慢，但在強光(直射光線或鎂鹽等)照射下或高溫下反應很激烈而爆炸。氯氣和氫氣在光線下引起的反應是由幾個單獨階段組成的。這種反應叫做"鏈鎖反應"REF_Ref2177\r\h[11]。氯化氫的合成過程與溫度、濕度、與煤的接觸、氯化氫的分子量等因素密切相關(guān)。只有在直接合成過程中需要滿足合成氯化氫的條件時，才能建立這個過程。主反應式為：H2+C副反應：2H22.3.1反應條件(1)溫度。氯和氫在常溫，常壓，無光狀態(tài)下反應很慢，在440度以上時迅速化合。在有催化劑存在的條件下，150度的熱和甚至發(fā)生爆炸，在溫度高的情況下反應完全。但是溫度在1500度以上時，隔熱現(xiàn)象就很明顯了。(2)水。絕對干燥的氯和氫氣是難以反應的。水分含量微量時，反應速度可以加快，水是促進氯和氫合成的媒介。(3)氯和氫的分子比。根據(jù)氯化氫的合成原理，氯與氫以1:1的分子比結(jié)合。但實際操作是要控制氫氣的過剩量，過剩量一般小于5%，不超過10%。在氯過量下會影響氯化氫的質(zhì)量。過多的氫氣會造成不安全的爆炸REF_Ref2546\r\h[12]。(4)最佳合成條件摩爾比。n(Cl2):n(H2)=1:（1.05～1.10）為最佳摩爾比。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反應機理分析氯氣和氫氣在沒有光或光線很弱,低溫度、大氣壓力、反應速度非常緩慢,僅在氯氣和氫氣的混合物加熱,或明亮的光線和接觸煤的影響下,可以迅速結(jié)合,甚至產(chǎn)生爆炸性的組合。這個反應是連鎖反應。反應式如下：H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。C鏈轉(zhuǎn)移:活性氯分子(C1·)與氫分子反應生成氯化氫分子和活性氫原子(H·)，再與氯分子反應生成氯化氫分子和活性氯分子。這繼續(xù)形成連鎖反應。即：Cl·+H·+CH·+CCl·+H如此下去則光線的一個光量子可使大量分子迅速化合。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：H·+Cl·+H·+H·Cl·+Cl·H·+C在反應過程中，活性氫原子與活性氯原子與裝置內(nèi)壁的碰撞有時也會導致鏈終止。這些反應不太可能發(fā)生，因為氯和氫的濃度與分子濃度相比非常小。氫-氯燃燒合成關(guān)系需要過量的氫來保證氯反應的完成。鹽酸是當氯化氫被水或稀鹽酸吸收時產(chǎn)生的REF_Ref32349\r\h[1]REF_Ref32356\r\h[2]。2.4生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程說明2.4.1氯化氫合成作為原料的氯和氫氣從電解系統(tǒng)中分離出來，經(jīng)過冷卻和洗滌。通過導管分別經(jīng)過消化器，控制閥門，油量計，消化器，消化器進入合成爐。燃燒機由不同直徑的鋼制軟管組成，裝在圓臺的鋼制合成繩索的底部，燃燒機外層由氫相通，內(nèi)層由氯相通。作為原料的氯和氫氣經(jīng)過絕對化后，以1.0:1.05~1.10的比例在石英容器容器燃燒器中混合燃燒，完成生成氯化氫的反應?；鹧孀罡呖蛇M行1400次氯化氫合成，熔爐壁發(fā)散熱量。為此，在壁面上安裝循環(huán)酸分布器，使循環(huán)酸能夠冷卻石墨爐壁。2.4.2氯化氫吸收在微真空作用下，氯化氫氣體進入吸收冷卻塔部分。尾氣吸收塔的稀酸通過吸收塔頂部的分配器加入圓形塊孔吸收冷卻器，然后在管內(nèi)流動并向下流動，吸收更多的氯化氫氣體。富集的鹽酸在重力作用下從吸收塔底部流出，通過液封進入鹽酸儲罐。在吸收冷卻塔的末端不吸收氣體和少量吸收的氯化氫氣體從底部出管到尾部吸收進入，在尾部與頂部接觸連接除鹽水吸收塔，逆流高效吸收，被處理后不能被吸收的混濁尾氣經(jīng)液分離器分離后，經(jīng)水泵處理后排空，鹽酸流回尾塔，被分離出的稀酸通過液封流至合成塔末端。2.5主要設(shè)備（1）三合一石墨合成爐（2）氫氣阻燃器（3）氯氣阻燃器（4）尾氣洗滌塔

3鹽酸生產(chǎn)裝置的物料及熱量衡算3.1物料衡算3.1.1計算依據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)10萬噸濃度為35%鹽酸；（2）年操作時間：300天，三班生產(chǎn)；（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含氮氣2.581.6含二氧化碳1.3—含水分0.168(重量比)—含氧氣0.620.4（4）吸收效率為99.5%；（5）貯存和包裝損失為0.1%；（6）進爐氯氫比為1:1.1；（7）假設(shè)氯氣與氫氣完全反應；（8）3臺合成爐同時生產(chǎn)，年產(chǎn)10萬噸鹽酸則每臺合成爐產(chǎn)量為：3.1.2計算過程（1）每臺設(shè)備每小時需要氯氣量及帶進合成爐的各種氣量進爐的氯氣混合氣體總體積35%×1000×4.63×70.906/72.92÷99.5%÷99.9%÷3.214÷95%=519.19m3進爐廢氯氣帶入的氯氣量，查得在標準狀況下氯氣密度3.214kg/m3519.19×95%×3.214=1585.24kg進爐氯氣二氧化碳量查得，在標準狀況下二氧化碳密度1.977kg/m3519.19×1.3%×1.977=13.34kg進爐廢氯氣帶入的氫氣量，查在標準狀況下氫氣密度0.0899kg/m3519.19×0.5%×0.0899=0.23kg進爐廢氯氣帶入的氧氣量，查在標準狀況下氧氣密度1.42kg/m3519.19×0.62%×1.42=4.57kg進爐廢氯氣帶入的氮氣量，查在標準狀況下氮氣密度1.2506kg/m3519.19×2.5%×1.2506=16.23kg進爐廢氯氣帶入的水分，設(shè)進爐水分為Xkg帶入爐內(nèi)水份X=0.75kg（2）進爐氫氣及其帶進的其他氣體質(zhì)量進爐的氫氣體積是氯氣體積的1.1倍1585.24÷3.214×1.1÷98%=553.63m3查得在標準狀況下氫氣密度0.0899kg/m3553.63×0.0899=49.77kg進爐氫氣帶入的氧氣量，查得在標準狀況下得氧氣密度1.42kg/m3553.63×0.4%÷1.42=1.56kg進爐氫氣帶入的氮氣量，查得在標準狀況下氮氣密度1.2506kg/m3553.63×1.6%÷1.2506=7.08kg進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)進合成爐水蒸氣分子為mkmol,根據(jù)道爾頓分壓定律m=0.81kmol18×0.81=14.58kg3.1.3進出合成爐氣體（1）進合成爐氣體氯氣1585.24kg1585.24÷70.906×22.4=500.8m3氫氣0.23+49.77=50kg50÷2×22.4=560m3氧氣4.57+1.56=6.13kg6.13÷32×22.4=4.291m3二氧化碳13.34kg13.34÷44×22.4=6.79m3水0.75+14.58=15.33kg15.33÷18×22.4=19.08m3氮氣16.23+7.08=23.31kg23.31÷28×22.4=18.648m3（2）出合成爐氣體氯化氫1585.24×72.92/70.906=1630.27kg1630.27÷36.46×22.4=1001.6m3氫氣50-1585.24÷70.906×2-6.13÷8=4.52kg4.52÷2×22.4=50.624m3水氯氣帶入水分：0.75kg氫氣帶入水分：14.58kg氧氣和氫氣反應生成的水分：X=6.9kg合計水分：0.75+14.58+6.9=22.23kg22.23÷18×22.4=27.664m3氮氣23.31kg23.31÷28×22.4=18.648m3二氧化碳13.34kg13.34÷44×22.4=6.79m3表3.2合成物料平衡表進合成爐物料出合成爐物料kgm3kgm3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氮氣23.3118.64823.3118.648合計1693.351109.611693.67604.5263.1.4三合一合成爐吸收段物料衡算（1）計算依據(jù)在吸收塔內(nèi)只有HCl被吸收，其余氣體都不吸收；在吸收段中吸收氣體中HCl含量的80%，出口溫度為40℃。（2）進塔物料表3.3進塔物料組分進合成爐吸收段物料kgm3氫氣4.5250.624氯化氫氣體1630.271001.6二氧化碳13.346.79水蒸汽22.2327.664氮氣23.3118.64810%稀鹽酸3332.583（3）出塔物料表3.4出塔物料組分出合成爐吸收段物料kgm3氫4.5250.624氯化氫332.58204.3二氧化碳13.346.79水蒸汽5.767.168氮氣23.3118.64835%成品酸4630.273出合成爐吸收段氯化氫氣體質(zhì)量：1630.27×（1-99.5%×80%）=332.58kg出合成爐吸收段水蒸氣質(zhì)量：假設(shè)出塔鹽酸平均濃度30%、溫度平均40℃計算，查化工設(shè)計手冊該鹽酸的水蒸氣分壓logp=9.00117-p=18.33mmHg=2.44kPa設(shè)未吸收氣體中含水蒸汽為xkmolHCl332.58÷36.46=9.12kmolx=0.32kmol18×0.32=5.76kg5.76÷18×22.4=7.168m3(4)出塔的成品酸濃度為3.1.5尾氣吸收塔物料衡算（1）計算依據(jù)在尾氣吸收塔內(nèi)只有HCl被吸收，其余氣體都不吸收；在尾氣吸收塔中吸收進塔氣體中HCl含量的99.98%，出口稀酸濃度為10%。（2）進塔物料表3.5進塔物料組分進尾氣吸收塔物料kgm3氫氣13.56151.872氯化氫997.74612.9二氧化碳40.0220.37水蒸汽17.2821.504氮氣69.9355.944軟化水89788.978合計10116.53871.119（3）出塔物料表3.6出塔物料組分出尾氣吸收塔物料kgm3氫13.56151.872氯化氫0.20.123二氧化碳40.0220.37水蒸汽5.0766.317氮氣69.9355.94410%稀鹽酸9975.548.978合計10104.326243.360出尾氣吸收塔水蒸氣質(zhì)量：尾氣出口溫度20℃，因酸濃度很稀按20℃水絕熱蒸汽壓計算，查得0.02383kgf/cm2,上述氣體總和為11.56kmolx=0.282kmol18×0.282=5.076kg22.4×0.282=6.317m3注加水量由出尾氣吸收塔鹽酸濃度為10%可以計算，注水量滿足方程：x=8978kg3.2熱量衡算（1）計算依據(jù)進三合一合成塔氣體溫度為20℃,出口氣體溫度為40℃；進尾氣吸收塔中氣體溫度為40℃，出口氣體溫度為30℃。（2）該系統(tǒng)是個連續(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：能量輸出=能量輸入+生成能量-消耗能量。1.原料氣體代入的能量原料氣體進爐時的溫度為T，則具有的熱能為：式中：Q入——為原料氣體的能量，kJ/h；F入——為原料氣體的摩爾流量，kg/h；Cp入——為原料氣體的定壓比熱容，J·mol-1·K-1T0——為環(huán)境溫度，K。2.反應熱式中：Q反——為合成反應熱，kJ/h;——為HCl的標準摩爾生成焓，kJ/mol；3.出爐氣體帶走的熱量合成氣體出爐時的溫度為T出，則具有的熱能為：4.定壓比熱容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：式中：Cpm——氣體定壓比熱容，J·mol-1·K-1；T——溫度，K；a,b,c——系數(shù)。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)手冊查的，如下表所示。表3.7氣體的定壓摩爾比熱容系數(shù)分子式物質(zhì)名稱a/J·mol-1·K-1103b/J·mol-1·K-2106c/J·mol-1·K-3H2氫氣26.884.347-o.3265Cl氯氣31.69610.144-4.038CO2二氧化碳26.7542.258-14.25N2氮氣27.326.226-0.9502H2O(g)水蒸氣29.1614.49-2.022HCl氯化氫28.171.8101.547查得，氯化氫的標準摩爾生成焓為-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，結(jié)合以上各式可以計算三合一合成爐和尾氣吸收塔每小時的熱量平衡如表所示：表3.8熱量平衡計算結(jié)果名稱Q入/KJQ反應熱/KJQ出/KJ合成塔2.38×1057.65×1054.79×105尾氣吸收塔1.55×1062.005×1059.48×105從熱平衡過程可以看出，氯化氫合成反應放出大量的熱量，具有很大的應用潛力。如何利用這種熱度是一個值得討論的話題。從合成爐的運行情況來看，熱回收和利用的差別是很大的。熱回收利用會改變爐壁溫度和周圍環(huán)境溫度，影響爐膛的運行環(huán)境和生產(chǎn)能力，也會帶來可觀的經(jīng)濟效益。因此，有必要對合成爐的操作條件進行改進。

4尾氣吸收塔的設(shè)計4.1尾氣吸收塔高度與塔徑的計算該塔為填料塔，幾種常用填料的特性數(shù)據(jù)如下表所示REF_Ref4623\r\h[13]REF_Ref4633\r\h[14]：表4.1幾種常用填料的特性數(shù)據(jù)填料名稱尺寸（直徑×高×厚）/mm×mm×mm材質(zhì)及堆積方式填料因子/m-1拉西環(huán)25×25×2.525×25×0.850×50×4.550×50×1瓷質(zhì)，亂堆鋼質(zhì)，亂堆瓷質(zhì)，亂堆鋼質(zhì)，亂堆450260205175鮑爾環(huán)25×2525×25×0.625（直徑）50×50×0.9瓷質(zhì)，亂堆鋼質(zhì)，亂堆塑料，亂堆鋼質(zhì)，亂堆30016017066階梯環(huán)25×12.5×1.438.5×19×1.0塑料，亂堆塑料，亂堆1721154.1.1塔徑D的計算吸收塔采用25mm×25mm×2.5mm的瓷質(zhì)拉西環(huán)以亂堆方式填充混合氣的質(zhì)量流量ωv=（332.58+4.52+13.34+23.31+5.76）×3=1138.53kg/h混合氣密度ρV==1.323kg/m3水的密度ρL=1000kg/m3則=0.5=0.272由化工原理下冊圖8-23中的散裝填料泛點線可查出，橫坐標為0.272時的縱坐標數(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=450m-1；又因液相為清水，故液體密度校正系數(shù)=1；水的粘度=1Mpa.S。泛點氣速為umax===1.148m/s取空塔氣速為泛點氣速的70%，即u=0.7umax=0.7×1.148=0.804m/s則D==0.62m圓整塔徑D=0.7m。在計算空塔氣速，即u===0.621m/s4.1.2填料層高度Z的計算由該段反應溫度30℃查化工原理手冊氣體亨利系數(shù)表得:HCL在30℃時亨利系數(shù)E為0.0022×106mmHgE=0.0022×106÷760×101.33=293.32Kpa所以相平衡系數(shù)m==E===2.89查化工原理附錄得知，30℃及101.33kpa的壓強下空氣的黏度=1.86×10-5pa.s，密度=1.165kg/m3.。查化工原理手冊得知0℃及101.33kpa時氯化氫在空氣中的擴散系數(shù)D0=1.3×10m/s,則30℃及101.33kpa時氯化氫的擴散系數(shù)D=D0（）（）=1.3×10×1×()=1.52×10-5m2/s因此Sc===1.05qn,v=ωv/=1138.53÷3600×4÷3.14÷(0.7)=0.822kg/（m2·s）qn,l=/=8978÷3600×4÷3.14÷(0.7)=6.484kg/（m2·s）H=由化工原理下冊查出相應的常數(shù)值，得到氣相傳質(zhì)單元高度：H=0.557××=0.207m則kYa===10.32kg/(m3·s)=0.283kmol/（m3·s）查得，30℃下水的密度=995.7kg/m3,黏度=80.07×10-5pa.s；又查化工原理下冊得知，30℃下氯化氫在水中（稀溶液）的擴散系數(shù)D’=2.64×10m2/s。因此Sc===304.6將各已知值帶入式H=查化工原理下冊的相應的常數(shù)值，得到H=2.36×10×=0.298m則ka===3.143kmol/（m.s）根據(jù)吸收總系數(shù)與膜系數(shù)的關(guān)系可知=+==4.453氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)：Ka==0.225kmol/（m.s）=810kmol/（m.h)對于吸收操作，用傳質(zhì)單元法計算填料層高度Qn,v=997.74/36.46+17.28/18+40.02/44+69.93/28+13.56/2=38.51kmol/hQn,l=8978/18=498.783kmol/h塔截面積：=0.385m2脫吸因數(shù)S=2.89×38.51/498.783=0.223清水吸收，X2=0,Y=0吸收率==99.98%則氣相總傳質(zhì)單元高度：0.123m氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：N==10.637填料層高度：Z=HN=0.123×10.637=1.308m實裝填料層高度Z=1.3Z=1.3×1.308=1.700m4.2除霧器一般來說,通過拉西環(huán)填料,氣相不包含霧沫夾帶(因為此塔允許表面氣體速度很小。)不需要考慮霧,但是在某些情況下,如液體噴霧裝置塔生產(chǎn)液體濺現(xiàn)象更為嚴重,操作空塔時氣速過大，或過程中不允許帶出氣相的霧滴，此時應考慮除霧裝置。本設(shè)計選用絲網(wǎng)除霧器。為了達到消泡的效果，在篩網(wǎng)消泡劑的頂部和底部應留有適當?shù)姆蛛x空間。塔內(nèi)空間高度為900mm，塔頂托盤與篩網(wǎng)底部距離為600mm。4.3液體分布器的計算由于圓整后的吸收塔直徑為700mm，根據(jù)設(shè)計規(guī)則選用盤式篩孔型分布器，液體加至分布盤上，經(jīng)篩孔流下。液體分布盤直徑d=(0.6～0.8)D取d=0.8D=0.8×700=560mm安裝高度y=(0.5～1.0)D取y=0.7D=0.7×700=490mm4.4管徑尺寸計算流體在管道中流動時，液體流速一般為0.5～3m/s,氣體流速一般為10～30m/s（1）塔頂軟化水進口管道因為qv,l=8.978m3/h=0.0025m3/s取水流速u1=0.5m/s管徑d1=0.0798m根據(jù)低壓流體輸送用焊接鋼管規(guī)格（GB/T3091-2008），選取Φ88×4.0的鋼管。（2）塔底稀酸出口管道因為qv,l‘=8.978m3/h=0.0025m3/s取水流速u2=0.5m/s管徑d2=0.0798m根據(jù)低壓流體輸送用焊接鋼管規(guī)格（GB/T3091-2008），選取Φ88×4.0的鋼管。（3）塔頂廢氣排出管道因為qv,v=151.872+0.123+20.37+6.32+55.944=234.539m3/h=0.065m3/s取廢氣流速u3=10m/s管徑d3=0.0910m根據(jù)低壓流體輸送用焊接鋼管規(guī)格（GB/T3091-2008），選取Φ114×4.0的鋼管。（4）塔底進氣管道因為qv,v’=151.872+612.98+20.37+21.504+55.944=862.67m3/h=0.2396m3/s取廢氣流速u3=10m/s管徑d3=0.1747m根據(jù)低壓流體輸送用焊接鋼管規(guī)格（GB/T3091-2008），選取Φ219×6.0的鋼管。4.5筒體壁厚計算根據(jù)襯里鋼殼設(shè)計技術(shù)規(guī)定，CD130A10—85常壓襯里鋼殼的簡體，當直徑Dg≤4000mm時，從穩(wěn)定性角度出發(fā)，其壁厚為：式中：S0—殼計算壁厚(mm)，D1—鋼殼簡體內(nèi)徑(mm)，C一壁厚附加量（mm)。將Dl=700mm，C=1mm代入，其壁厚為4.15mm從強度角度出發(fā)，其壁厚為其中：S0一鋼殼計算壁厚(mm)，γ—介質(zhì)的重度(kg/cm2)，H一液柱高度(cm)，Di一鋼殼筒體內(nèi)徑(mm)，[σ]一材料許用應力(kgf/cm2)，ψ一焊縫系數(shù)，C一壁厚附加量(mm)。將γ=0.001kg/cm2，H=170cm,Di=700mm，[σ]=1270kgf/cm2，ψ=0．9，C=lmm，代入，其壁厚為：1.052mm綜合以上兩種計算，壁厚應取S=5mm,但考慮到尾氣再吸收塔的外部環(huán)境差。腐蝕嚴重等因素，簡體的最終壁厚取S=8mm。4.6人孔為方便填料層裝料填料以及裝卸分布器，將人孔安在填料層上方，人孔直徑取450mm。4.7封頭采用橢圓型封頭，與殼體采用對焊連接。4.8尾氣吸收塔塔高查《化工工藝設(shè)計手冊》塔底要預留3min液體塔底預留液體體積V預=8.529÷60×3=0.284塔底預留高度H==0.738m近似取塔底預留高度750mm吸收塔高H=Z+塔頂+塔底=1700+900+490+750=3840mm=3.84m

5安全與“三廢”處理5.1工藝物料特性及防護措施本項目主要的危險化學品有氯氣、氫氣和氯化氫水溶液。鹽酸是一種腐蝕性物質(zhì)，氫是一種可燃氣體。主要危害有火災、爆炸、中毒和腐蝕。5.1.1氯氣的物料特性及防護措施5