【正文】 空間，我國鹽酸生產(chǎn)和消費持續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭。在生產(chǎn)方面，除氯堿行業(yè)外，化肥、農(nóng)藥、聚酯等行業(yè)作為副產(chǎn)鹽酸的新生力量發(fā)展迅猛。在消費領域，隨著有機合成工業(yè)的發(fā)展，鹽酸的應用領域也獲得了極大開拓，用途更加廣泛，制藥、礦石選礦處理、化工、飼料添加劑、凈水劑、稀土等下游行業(yè)對鹽酸的需求量增長迅猛。 鹽酸的性質(zhì)與用途 鹽酸的性質(zhì) 物理性質(zhì)： 外觀與性狀： 無色或微黃色易揮發(fā)性液體，有刺鼻的氣味。 pH： 7 （呈酸性） 湖南工業(yè)大學?？粕厴I(yè)設計（論文） 2 熔點 (℃ )： (純 ) 沸點 (℃ )： (20%) 相對密度 (水 )=1： 相對蒸氣密度 (空氣 )=1： 化學性質(zhì)： 強酸性，和堿反應生成氯化物和水 HCl + NaOH = NaCl + H2 O 能與碳酸鹽反應，生成二氧化碳，水 K2 CO3 + 2HCl = 2KCl+ CO2↑ + H2 O 能與活潑金屬單質(zhì)反應 ,生成氫氣 Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ 鹽酸能與硝酸銀反應，生成不溶于稀硝酸的氯化銀，氯化銀不能溶于水。 HCl+AgNO3===HNO3+AgCl↓ 鹽酸的用途 鹽酸是 重要的無機化工原料，廣泛用于染料、醫(yī)藥、食品、印染、皮革、冶金等行業(yè)。鹽酸能用于制造氯化鋅等氯化物（氯化鋅是一種焊藥），也能用于從礦石中提取鐳、釩、鎢、錳等金屬，制成氯化物。 隨著有機合成工業(yè)的發(fā)展，鹽酸（包括氯化氫）的用途更廣泛。如用于水解淀粉制葡萄糖，用于制造鹽酸奎寧（治療瘧疾?。?等多種有機藥劑的鹽酸鹽等。 原材料規(guī)格及技術(shù)指標 氯氣的來源及性質(zhì) 氯氣的來源 合成鹽酸所用的氯氣是由離子膜工段電解食鹽水制得的，再經(jīng)氯氣總管送至氯干燥工序處理后，送到氯化氫工序來生產(chǎn)鹽酸的。 氯氣的性質(zhì) 物理性質(zhì)： 顏色，氣味，狀態(tài)：通常情況下為有刺激性氣味的黃綠色的氣體 密度：比空氣密度大 易液化，熔沸點較低，壓強為 101kPa、溫度為 ℃時易液化。液態(tài)氯為金黃色。如果將溫度繼續(xù)冷卻到 101℃時，液氯變成固態(tài)氯。 湖南工業(yè)大學專科生畢業(yè)設計（論文） 3 溶解性：易溶于 有機溶劑，難溶于飽和食鹽水。 1 體積水在常溫下可溶解 2體積氯氣，形成氯水，產(chǎn)生的次氯酸具有漂白性，且可使蛋白質(zhì)變質(zhì)，且易見光分解。 化學性質(zhì)： 毒性 氯氣是一種有毒氣體，它主要通過呼吸道侵入人體并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和鹽酸，對上呼吸道黏膜造成有害的影響：次氯酸使組織受到強烈的氧化；鹽酸刺激黏膜發(fā)生炎性腫脹，使呼吸道黏膜浮腫，大量分泌黏液，造成呼吸困難，所以氯氣中毒的明顯癥狀是發(fā)生劇烈的咳嗽。 1L 空氣中最多可允許含氯氣 毫克，超過這個量就會引起人體中毒。 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＋ 3Cl2＝ 2FeCl3（條件：點燃） 與金屬反應 鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉 化學方程式： 2Na＋ Cl2＝ 2NaCl（條件：點燃） 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+Cl2=2HCl（條件：點燃或光照） 氫氣的來源及性質(zhì) 氫氣的來源 ： 同氯氣一樣，合成鹽酸所用的氫氣是由離子膜工段電解食鹽水制得的，再經(jīng)氫氣總管送至氫處理工序處理后，送到氯化氫工序來生產(chǎn)鹽酸的 。 氫氣的性質(zhì) ： 分子量： 液體密度 (平衡狀態(tài)， ℃ )： 169kg/m3 氣體密度 (， 0℃ )： 比容 (， ℃ )： 氣液容積比 (15℃ ， 100kPa)： 974L/L 湖南工業(yè)大學?？粕厴I(yè)設計（論文） 4 原料及中間體規(guī)格 原料組成 物質(zhì) 氯氣（ V%） 氫氣（ V%） 純度 含氫 含氮氣 含二氧化碳 — 含水分 含氧氣 進料溫度 (℃ ) 25 25 進料壓力 (MPa) 液氯尾氯 Cl2≥ 65%, H2/Cl2≤ 4% 鹽酸 HCL≥ 31wt%,Fe50ppm,AvCl250ppm 湖南工業(yè)大學專科生畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 工藝流程 產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述 鹽酸的生產(chǎn)主要有兩種方式，一種是直接合成法，另一種是無機或有機產(chǎn)品生產(chǎn)的副產(chǎn)品。而我們氯化氫工段采用的是電解產(chǎn)品氯氣和氫氣直接合成鹽酸的。 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～ :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以升高到 2021℃ 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 mo lKJ /??? 副反應： 2H2+O2=2H2O mo lKJ / 4 1??? 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： H 2+ C l2 2 H C l 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。 Cl2 2Cl熱 或 光 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 )，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(gòu)成一個鏈鎖性的反應。即： C l H 2 H C l+ H+ C l 2 C lH C l +H + C l 2 C lH C l +H + C l H 2 H C l+ 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 + O 2 H O 2 湖南工業(yè)大學?？粕厴I(yè)設計（論文） 6 +C l O 2 C lO 2 在反應過程中出于元素的自身結(jié)合也可以使鏈終止。如： H H 2+ H C l2+C l C l H C l H C l+ 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。 工藝路線確定 氯氣和氫氣的合成反應在常溫下進行得很慢，但在高溫下則化合反應相當劇烈，合成反應所釋放的熱量相當大，氯化氫氣體極易融于水，伴有溶解熱釋放出來。氯化氫在水中的溶解度與溫度有關，溫度越高，溶解度越小，為此采用了移去熱量的生產(chǎn)工藝流程。 具體工藝路線 原料氫氣由電解系統(tǒng)出來后經(jīng)冷卻、洗滌，大大降低了氣相溫度，經(jīng)壓力變送器、氣液分離器、流量控制閥、開關安全閥、阻燃器進入合成爐燃燒器。原料氯氣 經(jīng)節(jié)流穩(wěn)壓調(diào)節(jié)后，經(jīng)壓力變送器、流量控制閥、開關安全閥、阻燃器進入合成爐燃燒器， 原料氯氣和氫氣經(jīng)節(jié)流控制，以 ： 的比例在石英套筒式燃燒器中混合燃燒。石英的傳熱較慢，套筒口積蓄的熱量不易散失，能經(jīng)常保持引發(fā)溫度以使合成反應持續(xù)進行。合成的氯化氫氣體中心溫度在 1000 c 以上，爐壁溫度也可達 400 一 500℃。為此在爐壁上方設置循環(huán)酸分布器，使循環(huán)酸能冷卻石墨爐膛壁，在微真空作用下，氯化氫氣體進入吸收冷卻塔部分，來自尾氣吸收塔的稀酸在吸收塔頂部經(jīng)分布器加入圓塊孔式吸收冷卻器，在該部分吸收更 多的氯化氫氣體，在吸收塔底部，增濃的鹽酸在重力作用下進入鹽酸儲罐，尾氣則進入尾氣吸收塔，經(jīng)來自頂部的軟化水洗滌后排空。 湖南工業(yè)大學專科生畢業(yè)設計（論文） 7 工藝流程示意圖 總流程圖 主要設備選型 氫氣柜 在工業(yè)化大生產(chǎn)流程中．為力求氫氣供給持續(xù)、穩(wěn)定往往將輸氫羅絲鼓風機或水環(huán)泵送來的氫氣貯存于氣柜之中．其作用 在于調(diào)節(jié)和平衡 ,即在供給氫氣量多于正常合成爐使用所需的量時 ,可將多余部分暫貯存于氣柜中 。若發(fā)生氯化氫或鹽酸流量增加時．氣柜中的氫氣會自動供給合成爐。一旦輸氫發(fā)生臨時故障．氣柜內(nèi)的氫氣足以維持其最低流量的供給．防止突然停爐情況發(fā)生。 氣柜由簡體、支架和鐘罩三部分組成．詳見右圖所示。簡體為圓形柱狀，周圍有壓鐵固定，側(cè)而有放水或清理內(nèi)部用的人孔；支架為圍繞筒體的鋼架結(jié)構(gòu)，柱架上均安有滑輪與鐘罩相連．每個柱架頂端均有槽鋼或角鋼對應連接固定 。鐘罩恰似圓錐接簡體 (倒簡體 )的蓋狀物，罩頂有人孔，罩內(nèi)周圍吊有壓鐵塊，罩頂四 周也設有壓塊以增重加壓。 鹽 酸 爐 鹽酸 儲罐 冷卻水 冷卻水 軟化水 氫氣 氯氣 氫氣貯 氯氣緩沖器 湖南工業(yè)大學?？粕厴I(yè)設計（論文） 8 ．阻火器 阻火器位于氫氣和氯氣進爐前管道上，是氫氣系統(tǒng)特有的設備。其構(gòu)造與氣液分離器相同，詳見右圖。圓筒體底部的分布板上放的不是填料，而是鵝卵石及少量的瓷環(huán)。其作用在于：一旦輸氨故障，供氫壓力下降．使正常氯氫配比失控，燃燒的火焰很可能從燃燒器中倒回，若回火至氣柜，爆炸不可避免，阻火器能有效地阻擋火焰回入氣柜，同時可以使其熄滅于此，相當有效地保護氣柜和輸氧管路的安全。 氯氣緩沖器 氯氣緩沖器位于氯氣離心式壓縮機出口，進合成爐阻火閥門之前。它是一個臥式的圓筒體，兩端為橢圓形封頭，詳見右圖。其上部有個較大的人孔便于清理，底部設有排凈口，旁路設有穩(wěn)壓裝置 . 其作用在于使氯氣流緩沖減壓 ,配上穩(wěn)壓自控。有效地控制、調(diào)節(jié)氯氣壓力．為穩(wěn)定合成爐生產(chǎn)，調(diào)節(jié)進爐氯、氫配比起重要平衡作用 . 合成爐 目前，國內(nèi)外的爐型主要分為兩大類：鐵制爐和石墨爐。鐵制爐耐腐蝕性能差，使用壽命短，合成反應難以利用，操作環(huán)境較差，目前采用較少。我所在的氯化氫工段前段時間還在使用鐵制爐的，不過現(xiàn)在已經(jīng)停止使用了，因為鐵質(zhì)爐反應太不靈敏了，而且都是手動閥來調(diào)節(jié)的，生產(chǎn)的量也比較小 本，工段現(xiàn)是在用石墨合成爐在生產(chǎn)鹽酸的。 石墨合成爐一般是立式圓筒型石墨設備，由爐體、冷卻裝置、燃燒反應裝制、安全防爆裝置、吸收裝置、視鏡等附件組成。石墨爐分而合一石墨爐和三合一石墨爐。二合一石墨爐是將合成和冷卻集為一體，三合一石墨爐是將合成、冷卻、吸收集為一體的爐子。 湖南工業(yè)大學?？粕厴I(yè)設計（論文） 9 石墨合成爐一般是立式圓筒型石墨設備，由爐體、冷卻裝置、燃燒反應裝制、安全防爆裝置、吸收裝置、視鏡等附件組成。 三合一石墨爐，石英燃燒器安裝在爐的頂部，噴出的火焰方向朝下。合成段為一圓筒狀，由酚醛浸漬的不透性石墨制成，設有冷卻水夾套，爐頂有一 環(huán)型的稀酸分配槽，內(nèi)徑與合成段筒體相同。從分配槽溢出的稀酸沿內(nèi)壁向下流，一方面冷卻爐壁，另一方面與氯化氫接觸形成濃度稍高的稀鹽酸作吸收段的吸收劑。與合成段相連的吸收段由六塊相同的圓塊孔式石墨元件組成，其軸孔為吸收通道，徑向孔為冷卻水通道。為強化吸收效果，增加流體的擾動，每個塊體的軸向孔首末端加工成喇叭口狀，并在塊體上表面加工有徑向和環(huán)形溝槽，經(jīng)過上一段吸收的物料在此重新分配進入下一塊體，直至最下面的塊體。未經(jīng)吸收的氯化氫，經(jīng)下封頭汽液分離后去尾氣塔，成品鹽酸經(jīng)液封送入儲槽。 根據(jù) HCl 的產(chǎn)量計算得到 31%鹽 酸 ,選用 SHL90 型三合一合成爐 6 臺 項目 H H1 H2 H3 Dg 重量 (kg) 產(chǎn)量 (35%)鹽酸 t/d) SHL90 8475 780 408 406 1160 5400 70～ 90 尾氣吸收塔 尾氣吸收塔的作用在于將膜式吸收塔未吸收的氯化氫氣體再次吸收，使氣相成為合格 尾氣。吸收液是一次水或脫吸后的稀酸。常見的尾氣吸收塔為絕熱填料塔或膜式吸收塔、大篩孔的穿流塔?？紤]到尾氣中含氯化氫量不多，采用絕熱吸收是可以將這部分氯化氫氣體吸收掉的。尾氣填料塔結(jié)構(gòu) 詳見右圖所示。 從結(jié)構(gòu)看，尾氣吸收塔也可分為三個部分。 上部為吸收液分播段，采用同一水平面高的玻璃管插入橡皮塞子中，直通吸收段填料層上部；底部是帶有擋液器的圓柱體；中部為圓柱形簡體的吸收段，內(nèi)填充有瓷環(huán)。 湖南工業(yè)大學?？粕厴I(yè)設計（論文） 10 陶瓷尾氣鼓風機 尾氣鼓風機的作用在于將來自尾氣吸收塔的合格尾氣進