【年產(chǎn)10萬(wàn)噸鹽酸工藝設(shè)計(jì)11000字（論文）】

年產(chǎn)10萬(wàn)噸鹽酸工藝設(shè)計(jì)摘要氯化氫氣體在常溫下為無(wú)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(guò)程，同時(shí)也用在化學(xué)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(kāi)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(guò)對(duì)這幾種合成爐的對(duì)比，本設(shè)計(jì)采用“三合一”石墨爐，對(duì)鹽酸生產(chǎn)工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括鹽酸生產(chǎn)工藝，鹽酸生產(chǎn)過(guò)程的物料與能量衡算，尾氣吸收計(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)為10萬(wàn)噸鹽酸處理量，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞：氯化氫；合成爐；工藝設(shè)計(jì)；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(wèn)題 9168311.4.1鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介 9306771.4.2工藝路線的確定 10197471.4.3三合一石墨爐法工藝過(guò)程中存在的問(wèn)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(xué)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(lái)源 1543472.2.3原料組成 1652172.3合成反應(yīng)條件和機(jī)理 1693452.3.1反應(yīng)條件 17279322.3.2反應(yīng)機(jī)理分析 1742312.4生產(chǎn)工序及生產(chǎn)流程說(shuō)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(jì)算依據(jù) 21204683.1.2計(jì)算 2173342.4.3產(chǎn)品的貯存 23190603.1.3進(jìn)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(jì) 3031734.1尾氣吸收塔高度與塔徑的計(jì)算[13][14] 3036524.1.1塔徑D的計(jì)算 30253004.1.2填料層高度Z的計(jì)算 31238164.2除霧器 33131714.3液體分布器的計(jì)算 3469294.4管徑尺寸計(jì)算 3413769（1）塔頂軟化水進(jìn)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(jìn)氣管道 35116594.5筒體壁厚計(jì)算 35287754.6人孔 36300264.7封頭 36241084.8尾氣吸收塔塔高 3623832V預(yù)=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(hù)措施 366205.1.1氯氣的物料特性及防護(hù)措施 37242495.1.2氫氣的物料特性及防護(hù)措施 3785185.1.3鹽酸的物料特性及防護(hù)措施 38317365.2三廢處理 4019143結(jié)論 4112247參考文獻(xiàn) 41引言在我國(guó)的“三酸雙堿”生產(chǎn)中，鹽酸的生產(chǎn)過(guò)程是相對(duì)可變的。上世紀(jì)50年代，中國(guó)的鹽酸產(chǎn)量?jī)H為0.3萬(wàn)噸，應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)簡(jiǎn)單，主要用作化學(xué)試劑和食品等。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)氯堿工業(yè)和鹽酸工業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)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(fèi)領(lǐng)域，隨著有機(jī)合成工業(yè)的發(fā)展，鹽酸在應(yīng)用領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，我國(guó)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(guò)程中氯化氫的合成、吸收和冷卻的三種化學(xué)工藝組成的設(shè)備。曾經(jīng)用于生產(chǎn)合成鹽酸在中國(guó)二十多年來(lái),特別是在工業(yè)和氯殺蟲(chóng)劑和堿,并且獲得了良好的性能,無(wú)論是在質(zhì)量、類(lèi)型或卷生產(chǎn)鹽酸已成為主要生產(chǎn)國(guó)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(wú)機(jī)氯化物、有機(jī)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(jī)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(jì)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(lái)將烹飪鹽和硫酸鐵聯(lián)合蒸餾過(guò)程中產(chǎn)生的氣體溶解在水中的。1650年左右，格勞德開(kāi)始用硫酸分解食鹽。1772年，普里斯特利是第一個(gè)捕獲氯化氫以獲得純鹽酸并測(cè)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(guó)科學(xué)家獲得了生產(chǎn)lubran堿的專(zhuān)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(guó)大革命于1793年關(guān)閉。1823年，愛(ài)爾蘭人利用英國(guó)政府廢除重鹽稅的機(jī)會(huì)在英國(guó)建立工廠。最初產(chǎn)生的氯化氫氣體通過(guò)150米高的煙囪釋放到空氣中，但由于其相對(duì)較高的密度，形成了霧幕，對(duì)植物造成了嚴(yán)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(duì)環(huán)境的影響。1863年，英國(guó)政府頒布了世界上第一部工業(yè)涂料法和《環(huán)境保護(hù)法》，限制義務(wù)恢復(fù)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(huì)超出0.454g/m3。早期使用鹽酸的量不大，市場(chǎng)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(lái)產(chǎn)生氯氣，作為漂白粉的原料。Mn在這個(gè)過(guò)程中，氯化氫的使用量只有一半，二氯錳沒(méi)有工業(yè)用途，這使得流化床粉塵非常昂貴。后來(lái)，通過(guò)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(lái)，由于越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)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(lái)生產(chǎn)純鹽酸并測(cè)試其性能。我國(guó)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(lái)，在我國(guó)多數(shù)廠商經(jīng)過(guò)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(dāng)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?cè)谖覈?guó)將長(zhǎng)期持續(xù)下去。"三合一"鹽酸在生產(chǎn)生產(chǎn)以后，由于沒(méi)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(jiān)持下來(lái)，發(fā)揮作用的工廠很少。但由于工藝結(jié)構(gòu)細(xì)致，占用面積小，生產(chǎn)靈活性大，還有許多其他優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)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(lái)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(wèn)題1.4.1鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)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(chēng)之為二合一法，該法的特點(diǎn)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(jī)合成工業(yè)的氯化過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，將產(chǎn)生的氯化氫與有機(jī)氯化物RCl分離開(kāi)來(lái)，用水吸收氯化氫后產(chǎn)生鹽酸。這里簡(jiǎn)述了三合一石墨爐法的工藝流程過(guò)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(guò)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(guò)石英燈座的內(nèi)層，氫通過(guò)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(jìn)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(guò)再分配,隨著氯化氫流順流而下。同時(shí)氯化氫被稀酸吸收，氯化氫的濃度越來(lái)越低，稀酸的濃度越來(lái)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(lái)，進(jìn)行氣液分離。濃縮的鹽酸流入鹽酸槽，未被吸收的氯化氫進(jìn)入排氣塔的底部。高純水從尾氣塔頂通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)噴射，吸收上游對(duì)面的氯化氫，形成稀鹽酸，通過(guò)液封進(jìn)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(gè)注水器并循環(huán)一段時(shí)間，然后作為稀釋的鹽酸出售，或者在進(jìn)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(lái)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。1.5課題的目的和意義隨著我國(guó)鹽酸和鹽類(lèi)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)鹽酸產(chǎn)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)繼續(xù)保持著快速發(fā)展的趨勢(shì)。在消費(fèi)領(lǐng)域，隨著有機(jī)合成產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鹽酸的應(yīng)用有了很大的擴(kuò)大和廣泛的應(yīng)用，醫(yī)藥，礦石加工，化工，飼料添加劑，凈水劑，稀土類(lèi)等下游行業(yè)對(duì)鹽酸的需求也在迅速增長(zhǎng)。因此，研究氯化氫的合成及設(shè)備工藝是一項(xiàng)非常有意義的工作。因此，本項(xiàng)目的目的是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有鹽酸生產(chǎn)設(shè)備和工藝的研究分析，設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬(wàn)噸鹽酸的生產(chǎn)工藝。本課題的意義在于，通過(guò)對(duì)三合一合成爐運(yùn)行狀況的分析，明確了合成爐運(yùn)行狀況改善的方向。重點(diǎn)分析了尾氣吸收塔的運(yùn)行情況，為改善合成爐的運(yùn)行狀況提供了思路。通過(guò)本次設(shè)計(jì)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(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的基本國(guó)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(duì)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(xué)性質(zhì)強(qiáng)酸性：HCl+NaOH=NaCl+與碳酸鹽反應(yīng)：K與活潑金屬單質(zhì)反應(yīng)：Zn+2HCl=ZnC鹽酸能與硝酸銀反應(yīng)：HCl+AgN2.1.3產(chǎn)品規(guī)格表2.2Q/SHG-004003-2005指標(biāo)名稱(chēng)優(yōu)級(jí)品一級(jí)品合格品總酸度（以HCI%計(jì)）35.035.035.0鐵0.0060.0080.01硫酸鹽（以S0%計(jì)）0.0050.03砷，%≤0.00010.00010.0001灼燒殘?jiān)?≤0.080.100.15氧化物（C1%計(jì)）≤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(yīng)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：2Fe+3Cl與金屬反應(yīng)鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉化學(xué)方程式：2Na+Cl與非金屬反應(yīng)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：H2（2）氫氣的理化性質(zhì)氫氣為無(wú)色、無(wú)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%，生產(chǎn)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)烈反應(yīng)。H12.2.2原料來(lái)源合成鹽酸所用的氯氣是通過(guò)離子膜段的鹽水電解制得的，然后通過(guò)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(guò)電解離子膜段的鹽水產(chǎn)生的，然后通過(guò)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?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)0.210.212.3合成反應(yīng)條件和機(jī)理氯氣與氫氣的合成反應(yīng)在常溫和散射光線下進(jìn)行得很慢，但在強(qiáng)光(直射光線或鎂鹽等)照射下或高溫下反應(yīng)很激烈而爆炸。氯氣和氫氣在光線下引起的反應(yīng)是由幾個(gè)單獨(dú)階段組成的。這種反應(yīng)叫做"鏈鎖反應(yīng)"REF_Ref2177\r\h[11]。氯化氫的合成過(guò)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(guò)程中需要滿足合成氯化氫的條件時(shí)，才能建立這個(gè)過(guò)程。主反應(yīng)式為：H2+C副反應(yīng)：2H22.3.1反應(yīng)條件(1)溫度。氯和氫在常溫，常壓，無(wú)光狀態(tài)下反應(yīng)很慢，在440度以上時(shí)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(yīng)完全。但是溫度在1500度以上時(shí)，隔熱現(xiàn)象就很明顯了。(2)水。絕對(duì)干燥的氯和氫氣是難以反應(yīng)的。水分含量微量時(shí)，反應(yīng)速度可以加快，水是促進(jìn)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(shí)際操作是要控制氫氣的過(guò)剩量，過(guò)剩量一般小于5%，不超過(guò)10%。在氯過(guò)量下會(huì)影響氯化氫的質(zhì)量。過(guò)多的氫氣會(huì)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(yīng)機(jī)理分析氯氣和氫氣在沒(méi)有光或光線很弱,低溫度、大氣壓力、反應(yīng)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(gè)反應(yīng)是連鎖反應(yīng)。反應(yīng)式如下：H鏈的引發(fā)：在合成氯化氫的生產(chǎn)過(guò)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。C鏈轉(zhuǎn)移:活性氯分子(C1·)與氫分子反應(yīng)生成氯化氫分子和活性氫原子(H·)，再與氯分子反應(yīng)生成氯化氫分子和活性氯分子。這繼續(xù)形成連鎖反應(yīng)。即：Cl·+H·+CH·+CCl·+H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(guò)程中，如果有外來(lái)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：H·+Cl·+H·+H·Cl·+Cl·H·+C在反應(yīng)過(guò)程中，活性氫原子與活性氯原子與裝置內(nèi)壁的碰撞有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鏈終止。這些反應(yīng)不太可能發(fā)生，因?yàn)槁群蜌涞臐舛扰c分子濃度相比非常小。氫-氯燃燒合成關(guān)系需要過(guò)量的氫來(lái)保證氯反應(yīng)的完成。鹽酸是當(dāng)氯化氫被水或稀鹽酸吸收時(shí)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(shuō)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(lái)，經(jīng)過(guò)冷卻和洗滌。通過(guò)導(dǎo)管分別經(jīng)過(guò)消化器，控制閥門(mén)，油量計(jì)，消化器，消化器進(jìn)入合成爐。燃燒機(jī)由不同直徑的鋼制軟管組成，裝在圓臺(tái)的鋼制合成繩索的底部，燃燒機(jī)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(guò)絕對(duì)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(yīng)?；鹧孀罡呖蛇M(jìn)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(jìn)入吸收冷卻塔部分。尾氣吸收塔的稀酸通過(guò)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(dòng)并向下流動(dòng)，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(guò)液封進(jìn)入鹽酸儲(chǔ)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(jìn)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(guò)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(jì)算依據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)10萬(wàn)噸濃度為35%鹽酸；（2）年操作時(shí)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?dú)?.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(jìn)爐氯氫比為1:1.1；（7）假設(shè)氯氣與氫氣完全反應(yīng)；（8）3臺(tái)合成爐同時(shí)生產(chǎn)，年產(chǎn)10萬(wàn)噸鹽酸則每臺(tái)合成爐產(chǎn)量為：3.1.2計(jì)算過(guò)程（1）每臺(tái)設(shè)備每小時(shí)需要氯氣量及帶進(jìn)合成爐的各種氣量進(jìn)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(jìn)爐廢氯氣帶入的氯氣量，查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氯氣密度3.214kg/m3519.19×95%×3.214=1585.24kg進(jìn)爐氯氣二氧化碳量查得，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳密度1.977kg/m3519.19×1.3%×1.977=13.34kg進(jìn)爐廢氯氣帶入的氫氣量，查在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣密度0.0899kg/m3519.19×0.5%×0.0899=0.23kg進(jìn)爐廢氯氣帶入的氧氣量，查在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣密度1.42kg/m3519.19×0.62%×1.42=4.57kg進(jìn)爐廢氯氣帶入的氮?dú)饬?，查在?biāo)準(zhǔn)狀況下氮?dú)饷芏?.2506kg/m3519.19×2.5%×1.2506=16.23kg進(jìn)爐廢氯氣帶入的水分，設(shè)進(jìn)爐水分為Xkg帶入爐內(nèi)水份X=0.75kg（2）進(jìn)爐氫氣及其帶進(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1585.24÷3.214×1.1÷98%=553.63m3查得在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣密度0.0899kg/m3553.63×0.0899=49.77kg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1.42kg/m3553.63×0.4%÷1.42=1.56kg進(jìn)爐氫氣帶入的氮?dú)饬?，查得在?biāo)準(zhǔn)狀況下氮?dú)饷芏?.2506kg/m3553.63×1.6%÷1.2506=7.08kg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設(shè)進(jìn)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(jìn)出合成爐氣體（1）進(jìn)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?dú)?6.23+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(yīng)生成的水分：X=6.9kg合計(jì)水分：0.75+14.58+6.9=22.23kg22.23÷18×22.4=27.664m3氮?dú)?3.31kg23.31÷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(jìn)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?dú)?3.3118.64823.3118.648合計(jì)1693.351109.611693.67604.5263.1.4三合一合成爐吸收段物料衡算（1）計(jì)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(jìn)塔物料表3.3進(jìn)塔物料組分進(jìn)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?dú)?3.3118.64810%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?dú)?3.3118.64835%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(jì)算，查化工設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jì)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(jìn)塔氣體中HCl含量的99.98%，出口稀酸濃度為10%。（2）進(jìn)塔物料表3.5進(jìn)塔物料組分進(jìn)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?dú)?9.9355.944軟化水89788.978合計(jì)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?dú)?9.9355.94410%稀鹽酸9975.548.978合計(jì)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(jì)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(jì)算，注水量滿足方程：x=8978kg3.2熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)進(jìn)三合一合成塔氣體溫度為20℃,出口氣體溫度為40℃；進(jìn)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(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，能量積累為零。所以過(guò)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(jìn)爐時(shí)的溫度為T(mén)，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(yīng)熱式中：Q反——為合成反應(yīng)熱，kJ/h;——為HCl的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，kJ/mol；3.出爐氣體帶走的熱量合成氣體出爐時(shí)的溫度為T(mén)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(jiàn)的關(guān)聯(lián)式為：式中：Cpm——?dú)怏w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(cè)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(chēng)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?dú)?7.326.226-0.9502H2O(g)水蒸氣29.1614.49-2.022HCl氯化氫28.171.8101.547查得，氯化氫的標(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：表3.8熱量平衡計(jì)算結(jié)果名稱(chēng)Q入/KJQ反應(yīng)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(guò)程可以看出，氯化氫合成反應(yīng)放出大量的熱量，具有很大的應(yīng)用潛力。如何利用這種熱度是一個(gè)值得討論的話題。從合成爐的運(yùn)行情況來(lái)看，熱回收和利用的差別是很大的。熱回收利用會(huì)改變爐壁溫度和周?chē)h(huán)境溫度，影響爐膛的運(yùn)行環(huán)境和生產(chǎn)能力，也會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要對(duì)合成爐的操作條件進(jìn)行改進(jìn)。

4尾氣吸收塔的設(shè)計(jì)4.1尾氣吸收塔高度與塔徑的計(jì)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(chēng)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(jì)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(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=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(diǎn)氣速為umax===1.148m/s取空塔氣速為泛點(diǎn)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(jì)算空塔氣速，即u===0.621m/s4.1.2填料層高度Z的計(jì)算由該段反應(yīng)溫度30℃查化工原理手冊(cè)氣體亨利系數(shù)表得:HCL在30℃時(shí)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(qiáng)下空氣的黏度=1.86×10-5pa.s，密度=1.165kg/m3.。查化工原理手冊(cè)得知0℃及101.33kpa時(shí)氯化氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D0=1.3×10m/s,則30℃及101.33kpa時(shí)氯化氫的擴(kuò)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(cè)查出相應(yīng)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(cè)得知，30℃下氯化氫在水中（稀溶液）的擴(kuò)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(cè)的相應(yīng)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(duì)于吸收操作，用傳質(zhì)單元法計(jì)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(shí)裝填料層高度Z=1.3Z=1.3×1.308=1.700m4.2除霧器一般來(lái)說(shuō),通過(guò)拉西環(huán)填料,氣相不包含霧沫夾帶(因?yàn)榇怂试S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(yán)重,操作空塔時(shí)氣速過(guò)大，或過(guò)程中不允許帶出氣相的霧滴，此時(shí)應(yīng)考慮除霧裝置。本設(shè)計(jì)選用絲網(wǎng)除霧器。為了達(dá)到消泡的效果，在篩網(wǎng)消泡劑的頂部和底部應(yīng)留有適當(dāng)?shù)姆蛛x空間。塔內(nèi)空間高度為900mm，塔頂托盤(pán)與篩網(wǎng)底部距離為600mm。4.3液體分布器的計(jì)算由于圓整后的吸收塔直徑為700mm，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則選用盤(pán)式篩孔型分布器，液體加至分布盤(pán)上，經(jīng)篩孔流下。液體分布盤(pán)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(jì)算流體在管道中流動(dòng)時(shí)，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(jìn)口管道因?yàn)閝v,l=8.978m3/h=0.0025m3/s取水流速u(mài)1=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?yàn)閝v,l‘=8.978m3/h=0.0025m3/s取水流速u(mài)2=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?yàn)閝v,v=151.872+0.123+20.37+6.32+55.944=234.539m3/h=0.065m3/s取廢氣流速u(mài)3=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(jìn)氣管道因?yàn)閝v,v’=151.872+612.98+20.37+21.504+55.944=862.67m3/h=0.2396m3/s取廢氣流速u(mài)3=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(jì)算根據(jù)襯里鋼殼設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，CD130A10—85常壓襯里鋼殼的簡(jiǎn)體，當(dāng)直徑Dg≤4000mm時(shí)，從穩(wěn)定性角度出發(fā)，其壁厚為：式中：S0—?dú)び?jì)算壁厚(mm)，D1—鋼殼簡(jiǎn)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(qiáng)度角度出發(fā)，其壁厚為其中：S0一鋼殼計(jì)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(yīng)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(jì)算，壁厚應(yīng)取S=5mm,但考慮到尾氣再吸收塔的外部環(huán)境差。腐蝕嚴(yán)重等因素，簡(jiǎn)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(duì)焊連接。4.8尾氣吸收塔塔高查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》塔底要預(yù)留3min液體塔底預(yù)留液體體積V預(yù)=8.529÷60×3=0.284塔底預(yù)留高度H==0.738m近似取塔底預(yù)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(hù)措施本項(xiàng)目主要的危險(xiǎn)化學(xué)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?xì)怏w。主要危害有火災(zāi)、爆炸、中毒和腐蝕。5.1.1氯氣的物料特性及防護(hù)措施5