氯化氫合成工藝設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 成人高等教育 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 氯化氫合成工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院 XX學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班 級(jí) 化學(xué)工程與工藝 姓 名 XXX 指導(dǎo)教師 XXX （2015年07月）摘要本設(shè)計(jì)是以氯化氫為產(chǎn)品，年產(chǎn)10萬(wàn)噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設(shè)計(jì)，說(shuō)明書首先闡述了合成氯化氫的意義與作用，國(guó)內(nèi)外氯化氫合成的研究現(xiàn)狀一級(jí)發(fā)展前景。其次介紹了本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)依據(jù)，廠址選擇，原材料及產(chǎn)品規(guī)格。確定工藝路線，工藝流程的簡(jiǎn)述，以及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的物料和熱量守恒。對(duì)氯化氫合成爐、吸收器等主要設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算以及相應(yīng)的選擇型，并綜合各方面因素對(duì)車間布置，自動(dòng)控制，安全和環(huán)境保護(hù)工程進(jìn)行了合理

2、的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：氯化氫；合成；工藝路線 目錄引言第一章、總論1.1國(guó)內(nèi)外的發(fā)展前景第二章、氯化氫的性質(zhì) 2.1物理性質(zhì)2.2化學(xué)性質(zhì)第三章、原料與產(chǎn)品的規(guī)格3.1主要原料3.2規(guī)格第四章、工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算4.1工藝原理 4.2工藝流程簡(jiǎn)述與流程圖 4.3工藝指標(biāo)及控制參數(shù) 4.4工藝路線的選擇第五章、物料衡算 5.1進(jìn)合成爐各物質(zhì)的量 5.2出合成爐各物質(zhì)的量 5.3吸收水用量計(jì)算第六章、熱量恒算6.1合成爐熱量恒算6.2降膜吸收器熱量恒算第七章、主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算7.1管道計(jì)算7.1.1氫氣管道計(jì)算7.1.2氯氣管道計(jì)算7.2氯化氫總管計(jì)算7.3循環(huán)水管道計(jì)算7.4設(shè)備計(jì)算7.5設(shè)備一覽表第八章

3、、設(shè)備布置8.1車間布置的基本原則8.2氯化氫合成車間的布置第九章、安全注意事項(xiàng)9.1安全技術(shù)9.2氯化氫對(duì)人體的傷害9.3預(yù)防措施第十章、參考文獻(xiàn)引言氯化氫是氯堿企業(yè)中最基本的無(wú)機(jī)酸和化工原料之一，也是氯堿做好氯氣產(chǎn)品生產(chǎn)能力平衡的關(guān)鍵產(chǎn)品和大的化學(xué)合成法產(chǎn)品，其在居民經(jīng)濟(jì)的所有部門均很重要，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身，有輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)氯氣和氫氣合成氯化氫，用水吸收制成鹽酸和高純酸。氯化氫氣體送入氯乙烯工序與乙炔反應(yīng)生成氯乙烯。 第一章 總論1.1氯化氫合成的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展前景隨著石油化工的蓬勃興起，對(duì)氯的需求量增大，推動(dòng)了氯堿工業(yè)的

4、發(fā)展，為了利用大量的副產(chǎn)物氫氣，合成法制鹽酸發(fā)展起來(lái)了。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)制備高純酸的方法很多，例如，解吸法，鹽酸脫析法，合成法，工業(yè)副產(chǎn)酸脫析法，石油化工副產(chǎn)氯化氫提純法等等，本世紀(jì)上半葉合成法逐漸成為全世界各國(guó)生產(chǎn)氯化氫的主要方法。我國(guó)在合成氯化氫生產(chǎn)過(guò)程中不斷進(jìn)行革新，引進(jìn)國(guó)外發(fā)展流程，近年來(lái)，由于石墨爐的廣泛使用，生產(chǎn)效率大幅度提高，也使得氯化氫和鹽酸的合成工藝達(dá)到了新的技術(shù)水平。第二章 氯化氫的性質(zhì) 2.1氯化氫物理性質(zhì)氯化氫分子量為36.46，在常溫下為無(wú)色氣體，具有刺激性氣味，氯化氫比氫氣重，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為1.639g/L，臨界溫度51.54，臨界壓力為8314Kpa，臨界密度為

5、0.42g/cm³，氯化氫在水中溶解度很大，不同溫度下，氯化氫在水中的溶解度表如下2-1：表2-1溫度溶解度0506.510473.920442.030411.540385.750361.660338.7氯化氫在101.3Kpa壓力下，沸點(diǎn)為85，凝固點(diǎn)為114.2，氯化氫的比熱容在常溫下15時(shí)為0.8124KJ/(kg)，在0-1700范圍內(nèi)，可按下式計(jì)算(誤差1.5)：C=0.775+11.2505×105T 式中T為絕對(duì)溫度氯化氫能與空氣中的水氣形成煙霧，氯化氫在空氣中能發(fā)，無(wú)水氯化氫在常溫及667.8Kpa壓力下可液化，在沸點(diǎn)時(shí)，密度為1.194g/ml2.2化學(xué)性

6、質(zhì)干燥的氯化氫不與金屬反應(yīng)氯化氫與金屬反應(yīng)2Hcl + Fe = FeCl2 + H2 氯化氫與堿反應(yīng)Hcl + NaOH = NaCl + H2O第三章 原料與產(chǎn)品規(guī)格3.1主要原料見表3-1： 表3-1 物質(zhì)氯氣氫氣含氫0.498含氧3.03.0含水分0.182.48純度9798 3.2產(chǎn)品規(guī)格本工段的主要產(chǎn)品為氯化氫氣體及鹽酸氯化氫純度9294 鹽酸3133第四章 工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算4.1工藝原理氫氣與氯氣在無(wú)光照射或者光線很弱、低溫、常壓下，其反應(yīng)速度很慢，而在加熱、明亮的光線照射下有觸媒影響作用下，會(huì)迅速的化合甚至產(chǎn)生爆炸性化合，氯氣與氫氣燃燒合成氯化氫過(guò)程會(huì)放出大量的熱，反應(yīng)式如下:H

7、2+Cl2=2HCl+184.62KJ氯氣和氫氣的反應(yīng)機(jī)理為連鎖反應(yīng)鏈的生成:在合成氯化氫過(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2個(gè)活化的氯原子Cl，這倆個(gè)活化的氯原子在與氫分子作用生成1個(gè)氯化氫分子和1個(gè)活化的氫原子H，這個(gè)活化的氫原子又與1個(gè)氯分子作用，生成1個(gè)活化的氯原子，如此繼續(xù)下去構(gòu)成一個(gè)連鎖的反應(yīng)，如下式:Cl2+2HClCl + H2HCl+H+ Cl2HCl+ ClCl+ H2HCl+H.光量子 Cl活化氯原子 H活化氫原子影響氯化氫合成的條件：溫度的影響氯氣和氫氣在常溫、常壓下，無(wú)光條件下反應(yīng)很慢，在440以上迅速反應(yīng)，但高于1500時(shí)有顯著分解現(xiàn)象

8、水分的影響絕對(duì)干燥的氯化氫和氫氣很難反應(yīng)，當(dāng)有微量水分時(shí)，往往可以加慢反應(yīng)速度，但水分超過(guò)5×105時(shí)，對(duì)反應(yīng)速度沒有多大影響，反而產(chǎn)生過(guò)多的冷凝酸。觸媒的影響觸媒是一種催化劑，當(dāng)氯化氫反應(yīng)時(shí)，觸媒接觸石英燈頭時(shí)，也可起接觸作用，促使反應(yīng)速度。4.2工藝流程域簡(jiǎn)述4.2.1工藝流程圖：4.2.2工藝簡(jiǎn)述來(lái)自氯氫處理崗位合格的氫氣和氯氣經(jīng)緩沖罐、總管、阻火器，按比例進(jìn)入合成爐，在燈頭上合成燃燒，生成的氯化氫氣體從合成爐的冷卻段底部導(dǎo)出，溫度控制在45以下，進(jìn)入分配臺(tái)供PVC或進(jìn)入降膜吸收器制成鹽酸或高純酸，氯化氫經(jīng)過(guò)一級(jí)降膜吸收器吸收后，剩余的氯化氫進(jìn)入二級(jí)降膜吸收器再次吸收，吸收后的

9、稀酸進(jìn)一級(jí)降膜吸收器吸收，二級(jí)降膜吸收器的尾氣抽入循環(huán)酸罐后由泵輸送至一級(jí)降膜吸收器再次吸收，各合成爐和氯化氫總管的冷凝酸進(jìn)入回收酸罐由泵輸送至鹽酸儲(chǔ)罐。4.3工藝指標(biāo)及控制參數(shù)氫氣純度98 氯氣純度97 氯含氫0.4 氯氣總管壓力0.07MPa0.12 MPa 氫氣總管壓力0.08 MPa 0.1 MPa 氯化氫壓力0.06 Mpa 氯含氫溫度45 氯含氫純度9194 氯含氫含游離氯 0 鹽酸濃度3134 下酸溫度45 點(diǎn)爐前爐內(nèi)含氫0.4 循環(huán)水壓力150KPa200KPa 鹽酸儲(chǔ)罐液位 6.0m 高純酸儲(chǔ)罐液位2.0m6.0m 合成熱水罐4.0m5.0m 采暖熱水罐2.5m4.0m 循環(huán)

10、酸罐1.0m2.0m4.4工藝路線的選擇二合一合成爐工藝特點(diǎn)，爐內(nèi)合成的氯含氫氣體不與合成爐的鋼鐵部分接觸，生成的氯含氫質(zhì)量較高，出合成爐的氣體用石墨冷卻器冷卻，冷卻效果很大提高，熱水廢熱也可再此利用。氫氣和氯氣在力混合燃燒，無(wú)論負(fù)荷大小火焰都保持穩(wěn)定，冷卻段都采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)，在水套內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流板，迫使冷卻液圍繞石墨筒外流動(dòng)，提高流速。吸收段采用溢流管外加側(cè)穩(wěn)壓環(huán)技術(shù)，提高吸收率。二合一合成爐技能產(chǎn)生氯化氫氣體，又能部分制成鹽酸，可以滿足不同的需求，具有更廣闊的應(yīng)用前景。因此本設(shè)計(jì)采用二合一合成爐制氯化氫氣體。第五章 物料恒算5.1進(jìn)合成爐的各物質(zhì)的量（表5-1）原料氫氣量純氫氣摩爾量/氫氣摩

11、爾分?jǐn)?shù)原料氫含量:156.25/0.9745160.399kmol/h各組分的含量原料氫氣量×組分的摩爾分?jǐn)?shù)含氮?dú)?160.399×0.06%=0.0962kmol/h含水分:160.399×2.48%3.976kmol/h含氧氣:160.399×0.01%0.0160kmol/h原料氯氣含量純氯氣摩爾量/氯氣摩爾分?jǐn)?shù)原料氯氣量:148.81/0.9716=153.16kmol/h各組分的含量原料氯氣量×組分摩爾分?jǐn)?shù)含氫氣:153.16×0.34%=0.521kmol/h含水分:153.16×0.18%=0.2757kmol

12、/h含氧氣:153.16×0.99%=1.516kmol/h各物料總進(jìn)料:氫氣:H2（mol）156.25+0.521=156.77kmol/h H2（m）156.771×2=313.542kg/h氯氣:Cl2（mol）=148.81kmol Cl2（m）=148.81×71=10565.5kg/h氮?dú)?N2（mol）=0.0962+1.715=1.8112kmol/h N2（m）=1.8112×28=50.714kg/h水: H2O（mol）=3.976+0.2757=4.2517kmol/h H2O（m）=4.2517×18=76.5306

13、kg/h氧氣: O2（mol）=0.0160+1.1516=1.532kmol/h O2（m）=1.532×32=49.02kg/h總進(jìn)料:（mol）=156.77+1.8112+4.2517+1.532+148.81=313.174總進(jìn)料:（m）=313.542+10565.5+50.714+76.5306+49.042=11055.26565.2出合成爐各物質(zhì)量（表5-1）合成爐的倆個(gè)反應(yīng): H2+Cl22HCl2H2+O22H2O生成氯化氫的量為: H2+Cl22HCl G氫氣 = G氯氣 =148.81kmol/h G氯化氫=2×G氯氣 =2 ×148.8

14、1=297.62 kmol/h m氯化氫= G氯化氫×M氯化氫=297.62×36=510kg/h 氧氣燃燒所消耗的氫氣及合成的水量為：2H2 + O2 2H 2 O 2 1 2 G氫氣 1.532 G水消耗氫氣量：G氫氣 =2 ×G氧氣=2 ×1.532=3.064kmol/h生成水的量：G水 =2 ×G氧氣=2 ×1.532=3.064kmol/hm 水=3.06×4=15.2 kg/h 水的總摩爾質(zhì)量：G水=4.2175+3.064=7.3157 kmol/h 水的總質(zhì)量：M水=7.315×18= 131.6

15、8kg/h 剩余氫氣的量為：G氫氣 =156.711-148.81-3.064=4.897kmol/h M氫氣=4.89×7=29.794kg 表5-1 輸入kg/h輸出Kg/hH2 313.542 HCl 10863.13N2 50.714H 2 O 131.68 H 2 O 76.5306H2 9.794O2 49.024 N2 50.174Cl2 10565.5總計(jì)：11069.46111069.471因總進(jìn)料量總出料量，所以物料守恒5.3吸收劑用量計(jì)算吸收劑為20%的稀鹽酸，假定吸率99%，出酸濃度為33%,根據(jù)HCl守恒可得：G=2×(x1+x2)式中G單位時(shí)間內(nèi)

16、氣相轉(zhuǎn)向液相的溶質(zhì)量kmol/h 2單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收器的溶劑量kmol/h x1，x2分別為進(jìn)出吸收器液體中溶質(zhì)組分比其中G=G合×0.99=294.64kmol/h所以x1 =0.2655 x2 =0.1311L =.62 kmol/h m水=2192.62×18=39460.68 kg/h所以，吸收劑量為m吸收劑=49950.23 kg/h第六章 熱量衡算6.1合成爐的熱量守恒原料氣帶入的熱量：物質(zhì)Cl2H2 N2 O2H 2 OKJ/Kg.2.221.4721.0470.0134.18所以，原料氣帶入的總熱量為：Q=C×m×t =(313.542

17、×14.27+50.714×1.047+76.5306×4.18+49.02×0.917+10565.5×2.22+14.1504×0.837) ×25=70898.13合成爐內(nèi)倆個(gè)反應(yīng)摩爾反應(yīng)熱計(jì)算： 兩反應(yīng)計(jì)算：H2+Cl22HCl H=92.31KJ2H2+O22H2O H=241.82KJ反應(yīng)放出熱量計(jì)算：Q1=GHCL×Hm1(298.15k)+(Cpm1dT) ×10-3Q2=G H 2 O×Hm2(298.15k)+(Cpm2dT) ×10-3兩反應(yīng)之和：Q總= Q1 +

18、 Q2式中：Q1 ，Q2 合成氯化氫合氧氣的反應(yīng)熱KJ/h GHCL生成HCl氣體的摩爾流量 T燈頭溫度Hm反應(yīng)產(chǎn)物與原料的比熱容G水生成水蒸氣的摩爾流量恒壓比熱容計(jì)算式：Cp = a + b T2生成氯化氫的反應(yīng)：Cpm1 =2Cp(HCl) -Cp(H2 ) -Cp(Cl2 )Cp(HCl)=26.02+4.07×10-3+1.08×105T-2Cpm1 = -12.14+4.65×10-3T+4.489×105T-2所以摩爾反應(yīng)熱：（Cpm1dT）×10-3=2.035×10-6T2-1.349×10-3T +3.81

19、9-4.498×10-3T生成水的反應(yīng):Cpm2 =2Cp(H2O) -Cp(H2 ) -Cp(Cl2 )Cp(H2O) =30.01+10.7×10-3T+0.32×105T-2Cp(O2)=29.95+4.17×10-3T-1.66×105T-2Cpm2 =-24.51+10.73×10-3T+1.298×105T-2所以摩爾反應(yīng)熱：（Cpm2dT）×10-3 =5.36×10-6T-2 -2.772×10-3T+7.787-1.326×102T-298.15第七章 主體設(shè)備計(jì)算7

20、.1管道計(jì)算7.1.1氫氣總管道一般氣流量：1020m/s氫氣壓力為0.181MPa（絕壓）溫度T=40=mp/R T3=2×10-3×0.181×10-3 8.15 =0.139kg/ m3 d= =0.5479m 若選用600×20無(wú)縫管，則U=6.805m/s10m/s 則不符合若選用550×20無(wú)縫管，則U=8.204m/s10m/s 則不符合若選用500×20無(wú)縫管，則U=10.085m/s10m/s 則符合所以選用500×20無(wú)縫管7.1.2氯氣總管道一般氣體流速：1020m/s氫氣壓力為0.181MPa（絕壓）

21、溫度T=40=mp/R T3=2×10-3×0.181×10-3 8.15 =0.139kg/ m3 d= =0.5479m若選用600×25無(wú)縫管，則U=8.536m/s10m/s 則不符合若選用500×25無(wú)縫管，則U=10.538m/s10m/s 則符合所以選用500×25無(wú)縫管7.2氯化氫總管道按4臺(tái)合成爐計(jì)算：取U=40m/sU=11.970m/sd=0.873若選用900×12PVC管，則U=111.970（0.785×0.876×0.876）=39.871m/s40m/s符合要求所以選用90

22、0×12的PVC管7.3循環(huán)水管道取水流速為2m/sd=0.578m若選用600×10的供水管，則水的流速為U=1.985m/s，符合要求7.4設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算合成爐導(dǎo)熱系數(shù):根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)：h1=0.74××()0.57×()0.33×=23.873W/m2.C合成爐高度計(jì)算：S = h × × DH = = = 20.45m21m7.5設(shè)備一覽表序號(hào)名稱位號(hào)規(guī)格數(shù)量1氫氣緩沖罐V-51012400×250012氯氣緩沖罐V-51022400×250013合成爐F-5101產(chǎn)量57h104鹽

23、酸儲(chǔ)罐V-51106000×750035循環(huán)酸罐V51092200×260046循環(huán)酸泵P-5102Q=100 m3h67阻火器V-5104408×909×9108一級(jí)降膜吸收器C-5101YK×160109二級(jí)降膜吸收器C-5102YK×1201010熱水罐V-51215000×60001第八章 設(shè)備布置8.1車間布置的基本原則滿足工藝生產(chǎn)及各專業(yè)設(shè)計(jì)要求，便于安裝、操作、維修，設(shè)備布置要盡量利用工藝特點(diǎn)。嚴(yán)格遵守相關(guān)國(guó)家及行業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格考慮建筑物的安全性，妥善處理防火、防爆、防毒，保證生產(chǎn)安全車間布局應(yīng)合理、整齊、協(xié)調(diào)、美觀、舒適，為工人創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。8.2氯化氫合成車間的布置氯化氫合成生產(chǎn)過(guò)程中，所用的原料許多為易燃易爆品，所以廠房設(shè)計(jì)上要滿足工藝要求，要有良好的操作條件，使生產(chǎn)正常，安全的運(yùn)行，設(shè)備維修也方便可行，具體以下幾點(diǎn)：布置時(shí)一定要滿足工藝流程順序，要保證水平方向和垂直方向的持續(xù)性，對(duì)于有壓差的設(shè)備充分利用高位差布置，以節(jié)約動(dòng)力設(shè)備和使用，在不影響流程的前提下，將較高的設(shè)備集中布置，充分利用空間。設(shè)備布置除了要考慮設(shè)備本身所占有的位置外，必須