年產(chǎn)12.5萬噸鹽酸工程二段吸收工序工藝設計

1、任務書畢業(yè)設計（論文）任務書（理工類）題目名稱：年產(chǎn)12.5萬噸鹽酸工程二段吸收工序工藝設計學院（系）：化學工程學院 專業(yè)：化學工程與工藝 姓名： 學號： 指導教師： 職稱：副教授 本科生畢業(yè)設計（論文）須知：1.認真學習理解沈陽化工大學本科生畢業(yè)設計（論文）管理規(guī)范。2.努力學習，刻苦鉆研，勇于實踐創(chuàng)新，保質(zhì)保量的完成任務書規(guī)定的內(nèi)容。3.尊敬指導教師，虛心向指導教師請教。4.獨立完成畢業(yè)設計(論文)任務，不得抄襲和弄虛作假。5.要嚴格遵守紀律，服從領導，愛護儀器設備，遵守操作規(guī)程和各項規(guī)章制度。6.負責打掃實驗室、設計室衛(wèi)生，確保學習場所整潔、安靜。 7.按照任務書規(guī)定的工作進程認真填寫畢

2、業(yè)設計（論文）工作手冊。 8.畢業(yè)設計（論文）完成后，將任務書同畢業(yè)設計（論文）一同交給指導教師。畢業(yè)設計（論文）題目：年產(chǎn)12.5萬噸鹽酸工程二段吸收工序工藝設計Title:An annual output of 125,000 tons of hydrochloric acid absorption step process design engineering Sec一、題目來源（在合適的項目前劃）（）結(jié)合科研（）結(jié)合生產(chǎn)實際（）自擬題目（）其他二、設計（論文）要求，設計參數(shù)。結(jié)合生產(chǎn)實際及工藝過程設計年產(chǎn)量 12.5 萬噸鹽酸工程二段吸收工序工藝設計。其中開工率為 330 天/年，吸收

3、效率 99.5%，一段吸收稀酸含量32%，二段吸收稀酸含量22%，尾部吸收成品酸含量6%，貯存和包裝損失 0.1% ，進爐氯氣與氫氣比為 1：1.1。符合工藝設計要求，滿足環(huán)境保護條例等其他相關條件。三、個人重點工作。1、工藝流程設計、工藝條件選擇2、主要設備工藝尺寸計算及選型3、工程產(chǎn)能與消耗定額的估算4、繪制帶控制點的工藝流程圖5、鹽酸生產(chǎn)過程中廠區(qū)布置基本原則6、英文文獻查閱與翻譯四、各階段工作進度安排及應完成的工作量。前期準備：查閱相關教材及有關文獻，了解本設計的工藝過程，學習簡單的CAD制圖知識，并作出設計大體規(guī)劃。進行有關數(shù)據(jù)的查詢與一些相關計算。中期進度：完成設計綜述部分，有關物

4、性數(shù)據(jù)計算，物料衡算，熱量衡算等。查找有關英文文獻并翻譯。完成設備的尺寸計算與選型，對工藝流程有初步規(guī)劃，廠區(qū)總體布局等。后期任務：完成設計正文部分，并編寫設計任務書。繪制流程圖布置圖，制作PPT等。五、應閱讀的資料及主要參考文獻。1 陳濱.鹽酸配置，化學工業(yè)出版社，1997。2 陳敏恒.化工原理，上冊，化學工業(yè)出版社，1999。3 王國勝.化工原理課程設計，大連理工大學出版社，2005。4 金志浩主編.管殼式換熱器原理與設計，遼寧科學技術出版社，20015 化工設備設計全書編輯委員會.廢熱鍋爐，化學工業(yè)出版社，2002。6 李作政主編.鹽酸生產(chǎn)與管理，中國石化出版社，1992。7 盧煥章等編

5、著.石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊上冊，化學工業(yè)出版社，1982。8 天津大學物理化學教研室編。物理化學上冊，高等教育出版社，2004。9 李作政鹽酸裝置與管理技術M北京：中國石化出版社，1992：8-1210 陳濱鹽酸M北京：化學工業(yè)出版社，1997：31-5011 吳德榮主編.化工工藝設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社2009.0612 化工設備設計全書編輯委員會，上?？茖W技術出版社，198813 北京化工研究院“板式塔”專題組浮閥塔M北京：燃料化學出版社， 1972195-197 14王松漢主編.鹽酸裝置技術, 中國石化出版社，1994。15 石油部設計院合編。石油化工設計參考資料二,工藝計算圖表（內(nèi)

6、部資料），燃料化學工業(yè)部石油化工設計院出版，1972。指導教師：年 月 日教研室主任：年 月 日學院（系）蓋章年 月 日沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文摘要摘要鹽酸是重要的無機化工原料，在工業(yè)以及生活中有著廣泛的用途，例如金屬清洗，洗礦產(chǎn)品加工，石油井酸洗，和烯烴、炔烴等發(fā)生加成反應。此外,鹽酸還廣泛用于印染工業(yè)、制革工業(yè)、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。隨著社會的不斷發(fā)展與進步，各個行業(yè)對鹽酸的需求也不斷增長。因此，為滿足市場需求，需要對鹽酸生產(chǎn)裝置進行不斷優(yōu)化設計，對工藝過程進行優(yōu)化改進，以提高生產(chǎn)能力。眾所周知，鹽酸的吸收工藝是鹽酸生產(chǎn)制造過程中的一個重要的環(huán)節(jié)。吸收工藝的優(yōu)劣決定生產(chǎn)設備的生產(chǎn)效率，資源

7、的有效利用率，生產(chǎn)成本的高低，環(huán)境污染程度等重要指標。鑒于上述原因，本論文綜述了關于我國鹽酸生產(chǎn)工藝、吸收裝置的工作原理及研究方向，本文重點參照沈陽化工有限公司生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)工藝及流程。為滿足市場需求，擴大鹽酸產(chǎn)量。本文設計了年產(chǎn)量12.5萬噸的鹽酸裝置及生產(chǎn)工藝，進行鹽酸生產(chǎn)的物料衡算和熱量衡算，完成了鹽酸生產(chǎn)后期的二段吸收工序的工藝設計。制備工藝流程圖、廠區(qū)布置圖、編寫設計任務書等。這些設計在一定程度上克服了現(xiàn)有工藝的缺陷。提高了鹽酸的產(chǎn)量，滿足當前社會環(huán)境。由于個人能力有限，該設計定有不足與待優(yōu)化之處，希望得能到更多寶貴的指導意見。關鍵詞：鹽酸生產(chǎn)工藝；二段吸收工段；降膜吸收器沈陽化工大

8、學學士學位畢業(yè)論文bstractAbstractHydrochloric acid (HCl) is an important inorganic chemical raw material, which has been used in a wide range of purposes, such as metal cleaning, acid oil wells, wash mineral processing, and alkene, alkyne addition reaction and so on. Furthermore, HCl is also widely used in l

9、eather industry, printing and dyeing industry, medicine, food and other fields. With the rapid economic development of socitety, the demand for hydrochloric acid is developed quickly in varieties of industries. Therefore, in order to meet market demand, it is necessary to expand HCl production with

10、increasing production capacity by optimize the units and process design for hydrochloric acid production. As known, the absorption process of hydrochloric acid is an important part for the production process of hydrochloric acid. The absorption process depends on a series of indicators, including th

11、e production efficiency, effective utilization of resources, production costs, environmental pollution and so on.Based on the above reasons, this paper reviews the research on hydrochloric acid production process, principle and research work. This thesis focused HCl production processes according to

12、 the production plant of Shenyang Chemical Co., Ltd. To meet the need of market and expand production of hydrochloric acid, this thesis designed an annual output of 125,000 tons of hydrochloric acid production appratus and production process. The mass and heat balances of HCl production were also ca

13、lculated, and the design of the second absorption step for the post-production of HCl was completed. The flow diagrams, plant layout and designtasks book were prepared. These designs to some extent overcome the drawbacks of the prior processes to increase the the production of HCl and meet the deman

14、d of current social environment. Due to the limited capacity of the author, the set design has to be optimized at the inadequate and I hope to be able to obtain more valuable guidance.Key words: Hydrochloric acid production process; absorption section; falling film absorber; absorption沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文

15、目錄目 錄引言1第一章 文獻綜述31.1設計概述31.2鹽酸31.3 鹽酸的用途51.4鹽酸的制法71.5 鹽酸的生產(chǎn)工藝81.6氯化氫的吸收91.7氯化氫的吸收裝置及其存在問題101.8生產(chǎn)裝置介紹121.9 研究意義12第二章 鹽酸裝置及工藝142.1主要裝置設備142.2生產(chǎn)原理142.3生產(chǎn)工藝指標162.4主要技術操作控制條件162.5 操作要點及注意事項172.6 原料的主要消耗定額182.7設備能力核算及平衡表19第三章 鹽酸生產(chǎn)裝置的物料及能量衡算203.1合成爐物料衡算203.2 尾部吸收塔的物料衡算223.3二段吸收塔的物料衡算243.4一段吸收塔物料平衡263.5包裝與貯

16、存283.6熱量的衡算283.7熱量計算30第四章 設備計算選型334.1尾部吸收塔334.2二段降膜吸收塔的熱量衡算364.3二段降膜吸收塔換熱面積計算384.4一段降膜吸收塔的熱量衡算394.5一段降膜吸收塔換熱面積的計算41第五章 設計結(jié)果與總結(jié)425.1 主要設備表425.2結(jié)論42參考文獻43致謝44英文翻譯45沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文引言引言近年來，化工技術不斷更新完善，許多工業(yè)大國的化工生產(chǎn)趨向大型化、自動化、連續(xù)化、經(jīng)濟化、環(huán)?；确较虬l(fā)展。各國工藝過程也不斷更新?lián)Q代，由于這些先進技術的不斷發(fā)展，導致落后的生產(chǎn)設備與工藝技術必然面臨淘汰的局面。然而鹽酸作為一種重要的化工原料

17、，在化工生產(chǎn)工業(yè)中，它有著舉足輕重的地位。它的生產(chǎn)方式及市場需求帶動著化學工業(yè)的蓬勃發(fā)展。因此，鹽酸生產(chǎn)工藝的設計及工業(yè)化進程顯得尤為重要。我生產(chǎn)國“三酸兩堿”的過程中，鹽酸的生產(chǎn)工藝是變化較大的一種。新中國成立初期，我國鹽酸產(chǎn)量相對較低。其生產(chǎn)方法極為單一，生活中用途也比較少。主要用于化學試劑及食品等極少數(shù)領域。跟隨著工業(yè)改革的步伐，鹽酸的生產(chǎn)與用途也漸漸在國內(nèi)打開市場，為國家工業(yè)化的進程迎來另一個新春。隨著改革步伐的加快，導致了我國氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅速發(fā)展，為鹽酸工業(yè)的發(fā)展提供了良好的發(fā)展環(huán)境和市場空間，使我國的鹽酸在生產(chǎn)和消費方面持續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭。在生產(chǎn)的有關方面，如化肥生

18、產(chǎn)、農(nóng)藥制備、聚酯的生產(chǎn)等相關行業(yè)成為副產(chǎn)鹽酸的新動力迅猛發(fā)展。然而在消費的過程中，由于有機合成的不斷發(fā)展，使得鹽酸的有關應用得到極大的開拓，用途空間也得到較大的提升。例如石油化學工業(yè)、印染行業(yè)、藥物制備、礦石篩選加工、飼料中的添加劑、稀土行業(yè)等相關下游行業(yè)對鹽酸的需求比較大。致使我國鹽酸產(chǎn)量在1993年突破300萬噸大關，2003年達到527.64萬噸，2006年達到730.58萬噸的大關，因此鹽酸生產(chǎn)規(guī)模遞增的速度變得越來越快。經(jīng)過60余年的發(fā)展，我國鹽酸工業(yè)已經(jīng)躋身鹽酸生產(chǎn)的世界大國行列。與此同時，鹽酸的生產(chǎn)技術水平也是突飛猛進，為進一步滿足了當前市場需求。擴大生產(chǎn)在所難免，由此也帶來了

19、一系列人們不愿看到的問題。由于大規(guī)模的工業(yè)發(fā)展，勢必給環(huán)境、土地資源等帶來一定壓力。然而，為了滿足人們?nèi)找鏀U張的生活需求，以及繼續(xù)發(fā)展國家工業(yè)化進程，我們不得不采取措施，使鹽酸工藝水平與生產(chǎn)技術也需不斷創(chuàng)新，科研投入不斷擴大，以解決上述問題的同時滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)水平。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鹽酸的作用在人們生活中也變得越來越重要，需求也不斷擴大。隨著國內(nèi)市場對鹽酸的需求不斷擴大，鹽酸的生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，致使當下探索鹽酸生產(chǎn)的新技術及工藝變得尤為重要。本文首先綜述了當前國內(nèi)外鹽酸生產(chǎn)的現(xiàn)狀，分析生產(chǎn)制備過程中凸顯的問題。然后針對大規(guī)模鹽酸生產(chǎn)裝置、吸收工段、二段吸收

20、工序的工藝設計進行了探索性的優(yōu)化與改進，以期能達到提高鹽酸生產(chǎn)效率及裝置的合理利用率、原料的循環(huán)利用、降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排等目的。本文設計了年產(chǎn)12.5萬噸的鹽酸裝置的工藝設計，主要以鹽酸的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)方法、工藝流程等為基礎，合成爐、吸收塔等相關設備為設計對象，進行物料的計算和熱量的衡算及設備尺寸的計算與選型、完善二段吸收工序工藝設計、工藝流程圖的制備等。完成初略的整體工藝設計。55沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文第一章文獻綜述第一章 文獻綜述1.1 設計概述眾所周知鹽酸在化工的生產(chǎn)中是重要的原料之一，在工業(yè)以及生活中有著廣泛的用途。往往作為各種氯化物的原材料；在濕法治金中用來提取各種稀有金屬

21、；在有機物的合成、石油加工、紡織漂染、制革造紙、金屬酸洗中是常用酸；在食品工業(yè)中用于制味精和食用醬油等；在有機化學藥物的生產(chǎn)中，是制普魯卡因不可缺少的原料；在制取動物膠、各種染料時也有用武之地；另外，醫(yī)生還直接讓胃酸不足的病人服用含量極低的鹽酸治療消化不良；在科學研究、化學實驗中它是最常用的化學試劑之一。總而言之，鹽酸在我們的生活及有關的工業(yè)中都有著至關重要的作用。所以，鹽酸的生產(chǎn)方法與制造工藝都有著十分重要的地位。我們知道氫氣與氯氣在沒有外加條件時反應比較緩慢，只有在明亮的光照或加熱或催化媒介存在的條件下，才能迅速發(fā)生反應生成氯化氫。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中常采用加熱來促使使氫氣與氯氣反應，來制備

22、氣態(tài)的氯化氫，再經(jīng)過吸收裝置吸收來生產(chǎn)鹽酸。在整個反應過程中的關鍵是生產(chǎn)中鹽酸的吸收，只有最大量的有效吸收才能確保鹽酸的生產(chǎn)總量和生產(chǎn)效率，所以通過研究設計出合理的合成爐、吸收塔裝置和工藝路線是相當重要的，本次設計是為了算出適合年產(chǎn)12.5萬噸鹽酸生產(chǎn)工藝工段吸收裝置的吸收塔的塔高塔徑，膜式吸收塔的換熱面積，合成爐的產(chǎn)量等同時完善鹽酸生產(chǎn)的主要工藝流程及廠區(qū)布置概況。1.2鹽酸（1）鹽酸的物理性質(zhì)鹽酸化學式（HCl）是氯化氫溶于水形成的水溶液，有毒和腐蝕性并有刺激性氣味，純鹽酸是無色或淺黃色的液體，可以看做是酸類化合物，逸出的氯化氫遇潮濕空氣會成白色酸霧，即發(fā)煙。工業(yè)鹽酸因含鐵鹽雜質(zhì)，因而成黃

23、色。鹽酸化學式（HCl）是強酸，可使石蕊、甲基橙變紅，可與金屬氧化物（堿性氧化物）發(fā)生中和反應，跟金屬活性在氫前面的金屬發(fā)生置換反應，除此之外，還可跟某些鹽發(fā)生復分解反應。鹽酸化學式（HCl）的密度隨濃度增加而上升，隨溫度的增加而降低，20時31.0%鹽酸密度為1.154 g/cm3，35.0%的鹽酸密度為1.174 g/cm3。表1-1 主要物理和熱力學性質(zhì)項目數(shù)據(jù)沸點，-85.05-114.22時的熔化熱，kJ/mol1.9924-85.05時的氣化熱，kJ/mol16.1421臨界溫度，51.54臨界壓力，MPa8.316臨界密度，g/cm30.41臨界壓縮系數(shù)0.117氣體密度，g/

24、cm3 1.639液體密度，g/ cm31.187生成焓，kJ/mol92.31熵，J/mol.k186.78焓，kJ/mol8.64摩爾熱容，kJ/mol29.12熔點，-114.22氯化氫極易溶于水，溶解度隨溫度升高而降低，在常壓下不同溫度時的溶解度見表1-2。表1-2 101.3kPa時氯化氫在水中的溶解度溫度，溶解度，gHCl/100g溶度蒸汽中H2O，%（摩爾）-18.3-15-10010203040506048.948.2747.3145.1544.0442.0240.2238.6837.3435.940.00700.01780.04600.12300.28500.635在不同的壓

25、強和溫度下，當含有氯化氫的水溶液發(fā)生沸騰時，能夠形成多種氣液相組成不發(fā)生變化的共沸物，在不同壓力的情況下各種恒沸液的有關特性見表1-3。表1-3 鹽酸恒沸液的特性壓力，kPa沸點，密度（25）g/cm3HCl,%（重量）6.73366939710110410613348.72481.20597.578106.424108.584110.007116.1851.11181.10421.09931.09961.09631.09591.09551.093323.4221.88320.91620.36020.29320.22220.17320.15519.734（2）鹽酸的化學性質(zhì)鹽酸可以和多金屬反應

26、，也可與堿金屬進行激烈地反應，與乙烯等有機物發(fā)生加成、取代反應等。其中，在有機物的合成中，鹽酸在生產(chǎn)聚氯乙烯工藝中起著至關重要的作用。此之外，與許多氧化物及其它金屬鹽類作用，與非金屬反應形成各種化合物，在氫氣中燃燒生成氯化氫。主要的一些反應如下。（a）跟活潑金屬起置換反應酸+金屬=鹽+氫氣2HClFe=FeCl2H2（b）跟堿性氧化物反應酸+性氧化物=鹽+水3H2SO4+Fe2O3=Fe2(SO4)33H2O（c）跟堿起中和反應酸+堿=鹽+水2HClCu(OH)2=CuCl22H2O（d）跟某些鹽反應酸+鹽=酸+新鹽H2SO4BaCl2=2HClBaSO41.3 鹽酸的用途鹽酸，又叫氫氯酸，是

27、氯化氫（HCl）溶于水形成的水溶液，是一元強酸密度為1.20。廣泛用于染料行業(yè)、皮革制品、醫(yī)療藥物、金屬冶煉、石油的加工等相關行業(yè)。與此同時鹽酸還能用來生產(chǎn)氯化鋅等氯化物，在金屬提煉中，它能從礦石中提取鎢、釩、錳等金屬。不管生活還是工業(yè)中鹽酸都有較大的用途。隨著國內(nèi)外有機合成步伐的不斷加快發(fā)，鹽酸的用途也不斷增加。在進行焰色反應時，由于氯化物的溶沸點相對較低，燃燒后揮發(fā)比較快，對實驗進程影響較小，所以經(jīng)常利用稀鹽酸來清洗鉑絲?；瘜W醫(yī)療中常用來制造各種有機藥劑的鹽酸鹽，日常生活中制葡萄糖時用來水解淀粉。在國民經(jīng)濟各部門中鹽酸也有較多的應用，主要包括以下幾個方面：（1）用于相關藥品的生產(chǎn)由于鹽酸是

28、一種強酸，所以它能和大多數(shù)金屬鹽類及許多金屬、金屬氫氧化物、金屬氧化物等發(fā)生反應，生成相應的鹽酸鹽。因此，在制備許多無機化學藥品時都要用到鹽酸。在好多有機藥物中也得到廣泛應用，例如在生產(chǎn)鹽酸硫胺、奴佛卡因等有機藥物時也要用鹽酸。這些例子只是鹽酸相關生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)中常用的一些。然而在實際中，鹽酸還有許多的用途。例如在我們的日常生活中，當體內(nèi)胃酸含量較少，引起消化不良食欲不振時，通常我們可以服用一定量的較稀的鹽酸來補充體內(nèi)胃酸的不足，除此之外，無論在化學實驗還是科學研究上，用到鹽酸的地方遠超出我們的想象。（2）用于食品工業(yè)生活中食用的食品，如制造味精、醬油等，在一定溫度下，用一定量的鹽酸溶液液浸泡蒸

29、煮過的豆餅等原料，利用鹽酸特有的催化作用來水解原料中比較復雜的蛋白質(zhì)，經(jīng)過一定的反應時間之后，就能夠生成我們熟悉鮮味氨基酸，再使其與堿發(fā)生中和，即可制得氨基酸鈉。（3）用于有機合成當有催化劑存在時，在一定的反應溫度下，乙炔與氯化氫發(fā)生反應，生成氯乙烯，再在有關誘導劑的作用下，發(fā)生聚合生成聚氯乙烯。（4）用于染漂行業(yè)由于有些染料不易溶于水，所以在印染的過程中，通常使用鹽酸進行處理，使難容染料形成溶解性較好的鹽酸鹽后就能得到較好的應用。除此以外，酸洗漂白后的棉布。（5）用于冶金工業(yè)例如，在進行鎢的煉制時，首先將碳酸鈉和白鎢礦進行混合，在800900的條件下焙燒生成鎢酸鈉。CaWO4+Na2CO3

30、= Na2WO4+CaO+CO2 其次將以上反應的燒結(jié)塊浸在90左右的水中，使鎢酸鈉進行溶解后，再用鹽酸來將其酸化，再濾出沉淀下來的鎢酸，使其灼燒氧化生成氧化鎢。Na2WO4+2HCl = H2WO4+2NaCl H2WO4 = WO3+H2O 最后，將制得的氧化鎢在氫氣流中進行灼熱，就可制得金屬鎢。WO3+3H2 = W+3H2O （6）用來加工金屬在加工金屬的過程中鹽酸用途較為廣泛，例如焊接金屬時，需要用鹽酸來去除焊接口處的鐵銹，才能使焊接的地方更加牢固。除此以外用鹽酸來進行鋼鐵制件的鍍前處理等此外，鹽酸還有較多的用途，如用于石油化工行業(yè)等，本文以上用途的舉例是生活中較為常見的，僅供參考。

31、1.4鹽酸的制法工業(yè)上生產(chǎn)鹽酸的方法主要有合成法和副產(chǎn)法，本文主要討論合成法的生產(chǎn)工藝過程，使用該工藝制取鹽酸時，首先在合成爐中點燃氫氣，然后逐漸通入氯氣，待火焰呈青白色時進行反應，生成氯化氫。當氯化氫通過空冷管冷卻后被水吸收成為鹽酸。為了防止對空氣的污染，在氯氣和氫氣的反應過程中，通過使用過量的氫氣包圍來包圍有毒的氯氣，使氯氣得到充分反應。在該類生產(chǎn)中，通常采取使一種原料過量的方法來使價格比較昂貴的、有害的、不易得到原料進行充分反應，本文中氯氣與氫氣的比按11.1分配。這樣保證安全的同時，能使氯氣發(fā)生完全反應。最后通過吸收器吸收氯化氫而生產(chǎn)鹽酸。首先，使用電解飽和食鹽水的方法來制取原料氣：2

32、NaCl+2H2O = 2NaOH+Cl2+H2 其次，在合成爐中點燃氫氣，然后逐漸通入氯氣，等氣流穩(wěn)定火焰呈青白色時發(fā)生氯化氫：H2+Cl2 = 2HCl 最后，當氯化氫通過空冷管冷卻后通過使用降膜吸收塔和水吸收塔等設備來吸收生產(chǎn)所需產(chǎn)品鹽酸。近幾年來，工業(yè)上通過生產(chǎn)含氯有機物的副產(chǎn)品來制備氯化氫進一步鹽酸。例如，我們熟悉的乙烯跟氯氣的反應，生產(chǎn)二氯乙烷。將其再經(jīng)過有關反應生成氯乙烯同時得到原料氯化氫。氯化氫只是制氯乙烯的副產(chǎn)品。C2H4Cl2 = C2H3Cl+HCl除此之外，合成法中原料氣的來源也可使用其他方法來制備，然而工藝過程較為繁瑣，本文不作過多討論。1.5 鹽酸的生產(chǎn)工藝鹽酸的生

33、產(chǎn)工藝過程中，合成法的歷史較為悠久，自1772 年Priesly最先搜集到氯氣和氫氣制得純鹽酸并試驗其性質(zhì)至今已有230多年的歷史。然而，由于我國工業(yè)化起步較晚，前期發(fā)展也較為緩慢。我國生產(chǎn)鹽酸近的歷史將近70余年，在合成法的生產(chǎn)工藝中。鹽酸的生產(chǎn)一般都包括原料氣體的制備、合成氣的生產(chǎn)、冷卻、吸收等過程。鹽酸的工業(yè)化生產(chǎn)中，主要生產(chǎn)方法有合成法和副產(chǎn)法兩種。隨著化工工業(yè)的飛速發(fā)展，鹽酸的生產(chǎn)工藝也在不斷地革新。使用合成氣制備鹽酸的成產(chǎn)工藝也得到不斷完善，設備組成也不斷進行優(yōu)化改進。使得合成法生產(chǎn)鹽酸的工藝過程成為鹽酸工業(yè)中性價比和資源利用效率較高的工藝路線。目前，在我國生產(chǎn)鹽酸的主要生產(chǎn)工藝有

34、以下幾種：（1）鐵爐合成、風冷、水冷、石墨冷、膜式吸收、絕熱吸收。（2）合成、冷卻、吸收為一體的“三合一”爐生產(chǎn)。（3）石墨爐合成、水冷、風冷、絕熱吸收、膜式吸收。目前，我國多數(shù)廠家均走過合成爐爐、水冷、風冷、石墨冷、絕熱吸收或膜式吸收及水吸收的工藝路線，并且將在我國持續(xù)相當長一段時間。從生產(chǎn)能力，吸收效率，投入成本等方面考慮，通過用使用降膜吸收塔和水吸收塔分段吸收合成氣生產(chǎn)鹽酸的方法較為廣泛。本文著重闡述了此工藝生產(chǎn)鹽酸的方法。主要工藝路線是；原料氣緩沖罐合成爐一段吸收二段吸收尾部吸收尾氣處理。其主要工藝路線如下圖所示。從目前的生產(chǎn)設備看，主要設備是合成爐、鹽酸儲池、降膜吸收塔、水吸收塔、原

35、料氣緩沖罐，稀酸槽罐緩沖器、冷卻塔、循環(huán)水池等。圖1-1 鹽酸的生產(chǎn)工藝流程圖1.6 氯化氫的吸收在合成爐中生產(chǎn)的氯化氫經(jīng)過空冷管冷卻以后進入帶有冷卻的一段降膜吸收塔與來自二段降膜吸收塔的稀酸在吸收管內(nèi)并流向下流動吸收，該過程中制得的鹽酸由一段塔底部流出。未被吸收收的合成氣則從吸收塔塔底流出進入二段塔與來自尾部塔的稀酸并流向下流動吸收，此過程中形成的稀酸則從底部流出進入一段吸收塔。在此階段中未被吸收的合成氣從塔底進入尾部水吸收塔底部與塔內(nèi)向下流動的水呈逆流吸收，此過程中制得的稀酸則進入二段吸收塔，尾氣可通過塔頂?shù)呐趴臻y排出并進行凈化處理。最后，整個生產(chǎn)中制得稀酸則流入鹽酸儲罐，一段吸收：來自合

36、成爐的合成氣從塔頂進入與來自二段塔的稀酸并流向下流動吸收，在一段塔內(nèi)不能不能被吸收的氣體由吸收塔底部排出，通過上升的作用管引流至二段塔頂部，此過程中制得的稀酸則由底部流出進入鹽酸儲罐。通過壓力泵打入鹽酸儲池。二段吸收：來自一段塔的合成氣與來自尾部塔的稀酸在二段塔的吸收管內(nèi)并流向下流動吸收，不能被吸收的氣體則經(jīng)過上升管引至尾部塔塔底，此過程中制得的稀酸經(jīng)過液封管流入一段塔塔頂。尾部吸收：來自二段塔的合成氣在尾部吸收塔內(nèi)向上流動，與來自塔頂部向下流動的水呈逆流吸收，不能被吸收氣體則由尾部塔頂部經(jīng)氣液分離器后，由排空閥排除并作凈化處理。分離出的鹽酸流回尾部塔，生產(chǎn)的稀酸經(jīng)過液封管流入二段塔塔頂。1.

37、7氯化氫的吸收裝置及其存在問題1.7.1吸收工藝流程簡述及鹽酸吸收系統(tǒng)的作用本文設計的鹽酸生產(chǎn)吸收工藝較為簡單易懂，同時，操作也較為簡單。首先，氫氣經(jīng)過阻火器和緩沖罐以后，與經(jīng)過處理工段處理過的體積分數(shù)大于85的尾部氯氣一起進入合成爐底部的原料氣噴嘴內(nèi)開始燃燒，再通過燃燒室的加熱升溫，生成氯化氫。由于氯氣有毒，為了使氯氣能夠反應徹底，通常要使進入爐體的氫氣適當?shù)倪^量。氯化氫通過合成爐的夾套空冷管冷卻至90左右，進人一段吸收塔、二段吸收塔、尾吸收塔等吸收裝置，生產(chǎn)出的成品酸的質(zhì)量分數(shù)在31.033.0之間。用純水呈逆流吸收，其他不能吸收的氣體通過排空閥放空并作尾氣處理。在鹽酸的生產(chǎn)中，吸收系統(tǒng)主

38、要有兩方面的作用，首先是將合成爐內(nèi)生成的溫較高的氯化氫混合氣體冷卻降溫后除去硫化物等相關雜質(zhì)，再通過稀酸和水的吸收，使得生成的濃鹽酸質(zhì)量分數(shù)為32左右。一方面供解吸過程使用，另一方面使氯化氫體積分數(shù)在尾部排空的氣體中不超過指定值。從而解決環(huán)保問題。除此以外，吸收系統(tǒng)還能使合成爐產(chǎn)生一定的負壓，使有毒有害的氣體不往外溢，既保障了工作人員的安全也使環(huán)境不被惡化。1.7.2工藝裝置的特點此生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)裝置結(jié)構較為簡單。首先，關于合成爐，在裝置前設有阻火器以及緩沖罐，以保證生產(chǎn)安全。合成爐主要由燃燒噴嘴和燃燒室及夾套式爐體構成。噴嘴噴口朝上。氯氣從內(nèi)管流入，套管殼層走氫氣，采用向上燃燒的方式。為使氯

39、氣反應進行徹底及降低爐內(nèi)氧分壓而降低爆炸極限，通常使通入的氫氣稍微過量。本設計中氯氣與氫氣的比為11.1其次，由于降膜吸收塔呈不透性石墨至多管式的構造。所以吸收水從裝在吸收管最上端的V形切口位置進入，在吸收管內(nèi)沿管內(nèi)壁形成液膜與氯化氫向下并流進行吸收冷卻。該過程制得的鹽酸直接流入鹽酸儲罐。該工藝中初期裝置只是一段吸收，缺陷較為明顯，由于負荷較低會引起吸收管內(nèi)流動的吸收水量較少從而會產(chǎn)生液膜斷裂甚至吸收管斷流的現(xiàn)象，導致吸收效率受到嚴重影響，當管內(nèi)負荷降至起初能力的40時就不能得到濃度穩(wěn)定的鹽酸。為了避免上述現(xiàn)象，現(xiàn)在的裝置使用比較短的石墨吸收管，二段或者多段串聯(lián)以提高吸收率。本設計采用二段串聯(lián)

40、的形式，它能90左右的氯化氫。此外，負荷能減小到最大能力的15以下，在低負荷運轉(zhuǎn)時也很穩(wěn)定，其操作范圍較廣。水吸收塔則是由不透性石墨制的冷卻吸收塔，此工藝中用的是逆流填充式（塔內(nèi)填充石墨制拉西環(huán)）。通過膜式吸收塔以及水吸收塔的共同作用使得總的吸收效率能夠達到99以上，尾氣中氯化氫含量也能達到排放標準。整個過程中由于降膜吸收塔有較高的吸收效率，所以使得水吸收塔的負荷相對較小，溫度也比較低，因而水吸收塔采用玻璃鋼等材料制作。使塔體變得輕量化。1.7.3吸收過程存在的問題經(jīng)查閱國內(nèi)外文獻資料進行分析總結(jié)得出，通常情況下，在鹽酸吸收系統(tǒng)中主要存在以下幾方面問題：（1）在以前的吸收系統(tǒng)中清洗塔、洗滌塔、

41、回收塔等相關設備都采用玻璃鋼為主的材料制作，投資成本較高，且設備制作花費時間較長。（2）從合成爐流出的氯化氫，帶有大量水霧、泡沫，進入降膜吸收塔后，影響氯化氫與列管水膜的充分接觸，同時生成鹽酸時產(chǎn)生的熱量不易被帶走，致使整個過程中吸收效率不是太高。（3）從尾部吸收塔出來的尾氣中也帶有大量的水霧，在引風機中容易冷凝形成弱酸性液體，直接沖擊風機的葉輪，使風機振動加大，導致風機故障率升高，增加了設備維修量與投入經(jīng)費。（4）尾氣排放經(jīng)常超標，對周圍居住環(huán)境造成嚴重污染，常引起周圍居民的投訴。1.8生產(chǎn)裝置介紹目前，我國生產(chǎn)鹽酸多采用組合式分步吸收生產(chǎn)鹽酸裝置，為了滿足當前社會發(fā)展需求，其工藝流程和設備

42、制作在實踐過程中不斷得到優(yōu)化改進。通過實際生產(chǎn)的使用，證明這種生產(chǎn)工藝的可行性與經(jīng)濟性。其設備結(jié)構簡單、傳熱效率高、廠區(qū)空間能夠得到有效利用，拆裝維修方便、設備選材要求不太苛刻、材料價格合適且易得、設備使用壽命長，且操作簡單易行。此種生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外都得到認可，并得以廣泛推廣。合成爐的主體部分是由原料氣燃燒噴嘴、燃燒室所構成的整體的設備。原料氣體由下部送入，向上燃燒。生產(chǎn)的氯化氫由頂部排除，通過空冷管冷卻后進入膜式吸收塔的吸收管被吸收。成品鹽酸從塔底部排出進入鹽酸儲罐。未被吸收的氯化氫尾氣離開膜式吸收塔后在水吸收塔中進行逆流高效的吸收。在此過程中制得的稀酸回流到降膜吸收塔，惰性氣體等廢氣由排空

43、閥排出進入大氣或再經(jīng)堿液洗滌后排空。1.9 研究意義針對上述問題，本文進行優(yōu)化設計，通過綜合技術改造，降低投資成本，創(chuàng)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)。本文研究主要內(nèi)容如下：（1）由于各國化工行業(yè)的快速發(fā)展與工業(yè)化進程步伐的不斷加快，工業(yè)化水平也在不斷提高，為了滿足新型產(chǎn)業(yè)的結(jié)構化發(fā)展，我們必須加快工藝技術革新的步伐，以提高工業(yè)生產(chǎn)能力，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)水平的需求。（2）通過對現(xiàn)有的鹽酸生產(chǎn)設備及工藝進行優(yōu)化選擇，設計年產(chǎn)12.5萬噸鹽酸的生產(chǎn)工序；（3）針對目前的鹽酸生產(chǎn)企業(yè)普遍存在的鹽酸吸收工藝的不足之處，設計鹽酸吸收工段及二段吸收工藝。（4）我國大部分企業(yè)仍然停留在高耗低產(chǎn)的運轉(zhuǎn)現(xiàn)狀。隨著環(huán)境

44、保護保護要求的日益提高，對生產(chǎn)系統(tǒng)尾氣的排放更加嚴格，那些高能耗、高污染，低產(chǎn)出的企業(yè)最后必將被淘汰。（5）通過本設計工作，能夠優(yōu)化一些企業(yè)的生產(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)濟效益，同時符合我國的建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的基本國家方針政策。沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文第二章鹽酸裝置及工藝第二章鹽酸裝置及工藝目前國內(nèi)高純鹽酸的主要生產(chǎn)工藝是氣體經(jīng)合成爐、冷卻器、吸收塔等一系列工序來生產(chǎn)制備鹽酸的方法為主。近年來，全國各地鹽酸生產(chǎn)企業(yè)都在不斷加強技術改造，裝置設備的優(yōu)化升級，以適應更激烈的市場競爭。本章以國內(nèi)生產(chǎn)高純鹽酸的裝置為基礎，對其相關設備

45、及工藝進行優(yōu)化設計，使其具備年產(chǎn)12.5萬噸鹽酸的生產(chǎn)能力。2.1主要裝置設備合成爐：（1）燃燒器在合成爐中燃燒器是一個重要的結(jié)構，它是由套管式的噴嘴構成，其殼層走氫氣，管層走氯氣。噴嘴一端開口，勻布適量小孔，當點燃的氫氣由殼層噴射而出時，位于其中心的管內(nèi)噴出氯氣助燃。（2）燃燒室燃燒室為空心圓柱體結(jié)構，上端對稱開前后2個小孔，一個作為視鏡用來觀察火焰，一個作為封火口用于開停車操作。在整個的生產(chǎn)過程中，源源不斷地向吸收塔提供合成氣。吸收塔：本設計中吸收塔主要有水吸收塔和降膜吸收塔。其中氯化氫在降膜吸收塔內(nèi)與水并流接觸進行膜式吸收，在水吸收塔內(nèi)與水逆流吸收。未被吸收的尾氣通過排空閥排除并作尾氣處

46、理。此設計的優(yōu)點在于使合成氣能夠大量被吸收，以提高生產(chǎn)效率與吸收效率，降低生產(chǎn)成本，減小能耗與環(huán)境污染。此外，本設計還包含了阻火器，緩沖罐，儲罐等設備。2.2生產(chǎn)原理氯氣與氫氣在弱光照射或低溫常壓下反應速度很慢，而在加熱或有明亮光照及有關催化媒介存在的條件下，才會發(fā)生快速反應生成氯化氫，主反應方程式為：H2 + Cl2 2HCl +184.096kJ/mol副反應：2H2 + O2 2H2O2CO + O2 2CO2氫氣與氯氣在波長為400436 nm的紫外光下發(fā)生反應時，由下游離基連鎖反應，其光量子效率可高達10.5，其主要反應機理如下：鏈引發(fā)：當氯氣分子吸收光子的能量或吸收熱量后，解離為兩

47、個帶活性的氯游離基，成為鏈鎖反應的開始：Cl2 2Cl(有光和熱存在的條件下才能反應)鏈傳遞：當帶活性的游離基C1，與氫分子發(fā)生作用，生成的氯化氫分子和帶活性的氫游離基，帶活性的氫游離基再與氯化氫分子作用生成一個HCl和一個C1，這樣一個接一個地傳遞下去形成連鎖反應。Cl + H2 HCl + HH + HCl HCl + Cl鏈終止：當受到來自外界的能及Cl或H結(jié)合的物質(zhì)或基因影響時，游離基便失去活性而使鏈終止。例如原料氣帶入氧2H + 1/2O2 H2OCl + O2 ClO2還有就是自身結(jié)合為氣體分子2H H2Cl +Cl Cl2H + Cl HCl除此以外，活性游離基與合成爐的壁面碰撞

48、也會發(fā)生鏈終止。一般來說，兩個簡單的游離基互相碰撞時是不能合并的，就如式的終止是不存在的。通常，氫氣與氯氣燃燒合成的關系采取氫氣過剩，以確保氯氣能夠完全反應。含氯的副產(chǎn)鹽酸氣體采取系統(tǒng)回收凈化處理?；厥掌渲械穆葰?。氯化氫被水或稀鹽酸吸收后，就可制成鹽酸。2.3生產(chǎn)工藝指標在鹽酸的生產(chǎn)中，其相關的生產(chǎn)工藝指標尤為重要。一方面，它關系著生產(chǎn)過程的安全性，另一方面，它影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在生產(chǎn)中，如果工藝指標控制不當，有可能引起燃燒乃至爆炸等重大的安全事故。因此，需擬出相關的工藝系數(shù)。2.3.1 生產(chǎn)的點火指標氫氣：體積分數(shù)98，含氧量0.4，壓力要求0.0600.080 Mpa；氯氣：體積分數(shù)90，含

49、氫量1.0，壓力要求0.1500.250 Mpa：2.3.2 正常生產(chǎn)指標氯氣：體積分數(shù)70，含氫量2.0，壓力要求 0.150.20 MPa：氫氣：體積分數(shù)98，含氧量0.4，壓力要求0.060.08 Mpa：2.3.3 其他指標工藝中理論上氯氣和氫分子比為1.00：而實際生產(chǎn)中則為 1.051.001.10；本設計中選擇的比為 11.10尾部吸收塔出口尾氣負壓： -50005000Pa；尾部的水吸收塔塔體溫度： 60；工業(yè)水壓力(水力噴射器進口) 0.25 MPa2.4主要技術操作控制條件生產(chǎn)中成品酸操作控制條件如表2-1表2-1 成品酸操作控制條件編號控制項目控制要求指標分析方法標準測試

50、地點負責人控制等級頻率1合成酸HCl31GB3201993槽車質(zhì)管處公司1次車副產(chǎn)酸HCl31GB3201993槽車質(zhì)管處公司1次車工業(yè)酸HCl31GB3201993槽車質(zhì)管處公司1次車食品酸HCl31GB3201993槽車質(zhì)管處公司1次車2火車槽車裝車上空測尺誤差HCl31GB3201993槽車質(zhì)管處公司1次車2.5 操作要點及注意事項2.5.1生產(chǎn)過程操作要點（1）在車間操作過程中，正確把握操作要點與謹記開車時的注意事項是至關重要的。（2）執(zhí)行點火操作時禁止正視點火孔，防止火焰噴出燒傷工作人員。當一次點火不成功時，應立刻停止原料氣的送入，并立即加入氮氣，20分鐘左右后關閉氮氣閥門。拆下氫氣

51、管口及視鏡，讓泵抽空氣置換系統(tǒng)內(nèi)的氣體，然后重新分析氣體組成。使得氫氣的體積分數(shù)0.5符合生產(chǎn)要求后再重新點火。（3）當氫氣點燃后，在打開氯氣閥門時，要緩慢打開使氯氣少量流出避免火焰熄滅而導致點火失敗。當火焰逐漸變?yōu)榍喟咨珪r，即刻封好爐門，然后才可加大氫氣、氯氣的流量，嚴格控制氯氣、氫氣的分子比，使火焰保持青白色。2.5.2 注意事項（1）我們知道，工藝過程中是通過氯氣和氫氣混和燃燒生成氯化氫再用純水吸收來生產(chǎn)高純度的鹽酸。由于3種氣體同時存在，爆炸的危險性相對來說也就大大增加。然而在實際的生產(chǎn)中，對于爆炸極限而言，其上限值和下限值都應該考慮一定的誤差及外界因素。如果進入爐體內(nèi)部氯氣和氫氣比例

52、控制得比較好，使氧氣在尾氣中的體積分數(shù)小于5，那么氫氣就會因為缺乏最低的氧氣需要量而不會爆炸。反之，當操作不當使氫氣的量不足時，就會導致尾氣中的氧的含量增加，給氫氣的爆炸營造良好條件，再在外界因素影響下（如靜電或閃電）而導致尾氣系統(tǒng)的爆炸。因此，操作過程中氫的供給要適當過量。常見幾種混合氣體的爆炸極限見表2-2。表2-2 幾種混合氣體的爆炸極限%爆炸范圍爆炸氣體類型氫氯氫氧氫空氣氫氯氯化氫下限5.095.04.595.54.195.95.020.075.0上限87.512.595.05.074.225.813.014.073.0（2）由于氯氣和氫氣流量在生產(chǎn)中容易受到外界因素的影響，發(fā)生波動的

53、可能性較大。為了能夠防止系統(tǒng)中未能燃燒的氯氣和氫氣自然化合而發(fā)生爆炸，操作中應該盡量控制氫氣的穩(wěn)定流量，保證氯氣能夠反應徹底而不排入大氣中。（3）當合成爐在沒有嚴格抽空和進行系統(tǒng)置換時不準點火，禁止在不用泵抽空的情況下進行連續(xù)點火。（4）應該經(jīng)常把氫氣管路里的積水放出，尤其在冬季更應隨時將水放盡以防止積水在管路里凍結(jié)而撐壞管路造成經(jīng)濟損失。2.6 原料的主要消耗定額2.6.1 原料消耗定額的計算基礎及計算原理（1）氯氣的定額：HCl%×1000(kg/m³) 尾氣HCl含量（kg/m3)×V排除廢氣（m³/h) 產(chǎn)量（t/h)×35.536.5

54、（2）氫氣的定額：氫氣的實際耗用量：m³(標準狀態(tài)) ×0.0898kg/m³產(chǎn)品質(zhì)量（3）水的定額水的實際耗用量（噸）÷產(chǎn)品成品量（噸）（4）副產(chǎn)鹽酸氯化氫的定額：尾氣HCl含量（kg/m3)×V排除廢氣（m³/h) 產(chǎn)量（t/h)（5）電的定額電的實際耗用量（kW·h）÷產(chǎn)品成品量（噸）2.6.2 歷年定額及產(chǎn)量表2-3 歷年定額及產(chǎn)量年份實際產(chǎn)量定額項目單位年平均實際2001合成鹽酸128776氯氣Kg311.6氫氣Kg12水t7電kWh0.6副產(chǎn)鹽酸1640氯化氫Kg306水t6.5電kWh0.82002合成鹽酸126484氯氣Kg304.6氫氣Kg11.2水t2.5電kWh3.1副產(chǎn)鹽酸424氯化氫Kg313水t3.7電kWh1.32003合成鹽酸124596氯氣Kg308.6氫氣Kg9.7水t1.38電kWh1.8副產(chǎn)鹽酸754氯化氫Kg274水t2.7電kWh1.82.6.3 副產(chǎn)品及排放物的處理（1）