【正文】 求量 大幅 增 長 ，推動(dòng)了氯堿工業(yè)的發(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 了 。 在有機(jī)化學(xué)工業(yè)中，氯化氫是極為重要的基礎(chǔ)原料，可與烯烴與炔烴發(fā)生液相加成反應(yīng)，或在有催化劑作用下進(jìn)行加成反應(yīng)以制取氯乙烯、氯乙烷和氯丁二烯等重要化工產(chǎn)品。完成了 20xx0 字的設(shè)計(jì)說明書，同時(shí) 對(duì)生產(chǎn)流程圖，車間平立面布置圖以及主體設(shè)備圖進(jìn)行了繪制。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。 NaOH、 Cl2 和 H2 都是重要的化工生產(chǎn)原料，可以進(jìn)一步加工成多種化工產(chǎn)品，廣泛用于各工業(yè)。世界氯堿技術(shù)發(fā)展 總體方向是規(guī)模大型化，節(jié)能降耗技術(shù)將成為重點(diǎn)，新建和擴(kuò)建氯堿產(chǎn)能 90%以上將采用離子膜法工藝。今年來，由于石墨爐的廣泛使用，生產(chǎn)效率大幅 度提高，也使得氯化氫及鹽酸的 合成 工藝達(dá)到了新的技術(shù)水平。 氯化氫能與空氣中的水蒸氣形成煙霧，因此，氯化氫在空氣中能發(fā)煙。 解吸發(fā)。在技術(shù)上市較先進(jìn)的方法。對(duì)于此種氣體的凈化通常采用精餾或吸附的方法，但齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 由于 其中乙炔和乙炔雜質(zhì)的沸點(diǎn)與氯化氫沸點(diǎn)相近，很難采用精餾的方法脫除得干凈，而吸附的方法操作過程繁瑣，需頻煩的更換吸附劑，生產(chǎn)成本高。再加上政府對(duì)于海洋工業(yè)的扶植，重點(diǎn)發(fā)展鹽化工，增加了再此地建氯堿廠的優(yōu)勢。 表 17 經(jīng)濟(jì)核算表 序號(hào) 指標(biāo)名稱 計(jì)算單位 設(shè)計(jì)指標(biāo) 成本 /萬元 1 生產(chǎn)規(guī)模 t/a 10wt 氯堿 — 2 車間定員 人 28 3 原 鹽 t/a 146250 3510 4 原料水 t/a 5 蒸汽耗量 t/a 6 冷凝水耗量 t/a 7 冷凍鹽水 t/a 8 設(shè)備數(shù)量及投資 臺(tái) 10 400 9 車間建筑面積 m2 260 100 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算 工藝原理 工業(yè)上生產(chǎn)氯化氫目前都是用氯氣和氫氣直接合成，因原料氣中含有氧氣，此時(shí)氫氣也會(huì)與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，合成爐內(nèi)燃燒 方程式如下： Cl2 + H2 2HCl O2 + 2H2 2H2O 機(jī)理分析：氯氣和氫氣在沒有光照射或光線很弱、低溫、常壓下，其反應(yīng)速度很慢，只有在加熱的條件下，或在光線照射下及觸煤的影響下，才能迅速的 發(fā)生 化合 作用，甚至發(fā) 生爆炸性。和 H這三種方法的主要區(qū)別在于合成爐的不同。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 工藝流程簡述 工藝流程示意圖 F 1 01E 1 08BSC WSTR C10 5PI C10 6TI C10 7TR C10 1P 1 02T1 03E 1 05T 1 06E 1 07TI C10 8FR C10 2FR C10 1T 1 04E 1 02LI C10 4TI10 3FR C10 2TR C10 3P 1 01TI10 6 工藝流程簡述 來自氫氣車間的氫氣與來自氯氣車間的氯氣在合成爐底部的燃燒器混合點(diǎn)火燃燒，溫度可達(dá)到 20xx℃以上。 根據(jù)塔內(nèi) HCl的量守恒，可得： G=L(X1X2) ① 式中 ： G—— 單位時(shí)間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的溶質(zhì)量， kmol/h L—— 單位時(shí)間內(nèi)通過吸收塔的溶劑量， kmol/h X1,X2—— 分別為出塔及進(jìn)塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比 其中， G=G 合 ==吸收劑為 21%的鹽酸 ，出塔鹽酸的濃度為 35%。rrQ Q Q??總 ① ? ?32523 5 2( 2 3 0 . 0 1 2 7 . 2 9 2 9 . 9 5 ) ( 2 1 0 . 7 2 3 . 2 5 4 . 1 7 1 02 0 . 3 2 2 0 . 5 0 1 1 . 6 6 1 02 4 . 5 1 1 0 . 7 3 1 0 1 . 2 9 8 1 0PmCTTTT??? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?2 ）齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3 6 2 22 3 6 2227 2 3 82 9 7 .6 2 1 0 [ 9 2 .3 1 2 .3 0 5 1 0 1 .3 4 9 1 0 3 .8 1 94 .4 9 8 1 0 / 2 9 8 .1 5 ] 3 .0 6 4 1 0 [ 2 4 1 .8 2 5 .3 6 1 02 .7 7 2 1 0 7 .7 8 7 1 .3 2 6 1 0 / 2 9 8 .1 5 ]2 .8 9 1 0 0 .7 0 2 4 .0 9 1 0 1 .3 4 4 1 0 / 2 9 8 .1 5TTTTT T T????? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?（ ）（ ）（ ） 燈頭溫度有如下關(guān)系式： 1 39。 39。 39。 39。 39。33 3 .9 7 .3 1 5 7 1 7 04 2 .1 6 1 0 /dH O H O H OQ C G tKJ h? ? ? ? ? ? ??? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 39。 39。39。23= = ( 2 6 146 6) 10154 505 2 kJ/ h? ? ? ? ??總 氯化氫溶解 放出的 熱 量 3Q N Q??吸 式中： 3Q —— 溶解所放出的總熱量、 KJ/h N —— 吸收了的氯化氫氣體、 mol/h Q吸 —— 氯化氫的吸收熱、 KJ/mo。 39。 39。 39。33 6 .8 2 0 .3 2 1 6 1 7 02 .0 1 1 0 /dCO CO COQ C G tKJ h? ? ? ? ? ? ??? 2 2 239。 39。33 0 . 5 4 2 9 7 . 6 2 3 5 03 1 8 1 . 3 1 0 /dH C l H C l H C lQ C G tK J h? ? ? ? ? ? ??? 2 2 239。 39。P H C l H C l H H H O H O C O C O N NC y C y C y C y C y C? ? ? ? ? 合成氣出口溫度為 350℃ ，由定壓比熱容的計(jì)算式計(jì)算得各物質(zhì)在出口溫度下的 表 28 各物質(zhì)在 350℃下的比熱容 物質(zhì) 氯化氫 氫氣 氮?dú)? 二氧化碳 水 PC （ kJ kmol/k? ） 各物質(zhì)在合成氣中的含量： 2 9 7 .6 2 0 .9 5 43 1 1 .9 7H C lH C l Gy G? ? ?合 224 .8 9 7 0 .0 1 5 73 1 1 .9 7HH Gy G? ? ?合 227 . 3 1 6 0 . 0 2 3 53 1 1 . 9 7HOHO Gy G? ? ?合 220 . 3 2 1 6 0 . 0 0 1 0 33 1 1 . 9 7COCO Gy G? ? ?合 221 .8 1 1 2 0 .0 0 5 83 1 1 .9 7NN Gy G? ? ?合 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 ∴ 39。m = m = 6 0 7 0 8 .7 4 k g / h進(jìn) 塔 液 出 塔 液 出塔液體質(zhì)量流量的計(jì)算 出塔液體為 20%的鹽酸。未被吸收的氣體進(jìn)入尾氣吸收塔 ， 用來自解吸塔的稀酸 吸收，生成的 酸供降膜吸收器使用。 二合一石墨合成爐制取鹽酸工藝的特點(diǎn)：爐內(nèi)合成的氯化氫氣體不與合成爐的鋼鐵部分接觸 ，生成的氯化氫質(zhì)量較高；裝置的生產(chǎn)能力跟過去比也有很大的提高；出合成爐的氯化氫氣體用石墨冷卻器冷卻，跟鋼制冷卻盤管相比，冷卻效果有了很大提高；二合一爐的熱水廢熱也可在此利用。 ①在氧氣的存在下燃 燒 破壞 H (1)鏈的引發(fā)：在合成氯化氫的過程中，氯 氣 與氫 氣 在 光照的作用下 ，首先，氯 氣分子吸收光量子 從 而被離 解成 兩個(gè)活化的氯原子。 表 14 生產(chǎn)能力 產(chǎn)品名稱 氫氧化鈉 生產(chǎn)時(shí)間 8000 小時(shí) 處理量 噸 /小時(shí) 生產(chǎn)制度 本車間工作人員的工作制度為三班制，每班 8小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，按四班三倒制度運(yùn)轉(zhuǎn)，其中管理人員實(shí)行一班制。 設(shè)計(jì)依據(jù) 齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。 工業(yè)副產(chǎn)酸脫析法。 20世紀(jì) 80 年代以后制備方法發(fā)展到用濃硫酸與烘焙干的氯化鉀反應(yīng)，生成高純氯化氫氣體，用壓縮機(jī)壓入鋼瓶中。 化學(xué)性質(zhì) （ 1）干燥的氯化氫不 與金屬反應(yīng)。氯化氫比空氣重，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為 。近幾年，我國的氯堿生成工藝雖然有了較大的變化，采用先進(jìn)的生成工藝的生產(chǎn)裝置逐年增加，但是，總的來說，生產(chǎn)工藝與國外相比相對(duì)落后，再加上其他一些因素，生產(chǎn)成本普遍較高 [5]。 氯化 氫在化工生產(chǎn)中液有廣泛的用途 。對(duì)氯化氫合成爐、吸收器以及解析塔等主要設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算以及相應(yīng)的選型，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)工程以及公用工程進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)。確定工藝路線，工藝流程的簡述，以及整個(gè)生產(chǎn)過程的物料和熱量衡算。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及國民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。 我國氯堿工業(yè)創(chuàng)建于 20 世紀(jì) 20 年代。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 氯化氫的性質(zhì) 物理性質(zhì) 氯化氫分子量為 ，在常溫下為無色氣體，具有刺激性 氣味。無水氯化氫在常溫及 KPa 壓力下可液化，在沸點(diǎn)時(shí)密度為 。 20 世紀(jì) 70 年代以前電子工業(yè)用高純氯化氫的制備，一直是將濃硫酸滴加到鹽酸中，將其中的水吸收掉，使過飽和氯化氫氣體析出。此種方法生產(chǎn)的氯化氫氣體純度在 %以上。 本設(shè)計(jì)采用的方法是合成法制備氯化氫氣體。 設(shè)計(jì)規(guī)模與生產(chǎn)制度 生產(chǎn)能力入下表 14所示。其反應(yīng)為鏈鎖反應(yīng)?；?，則反應(yīng)被破壞而使活性消失 。 鐵合成爐制取鹽酸工藝的特點(diǎn)：本體不帶冷卻水套，爐內(nèi)的氯化氫氣體會(huì)對(duì)爐體造成腐蝕，導(dǎo)致鐵離子進(jìn)入氯化氫氣體內(nèi)，經(jīng)吸收后制取的鹽酸中含鐵量過高，顏色發(fā)黃，影響產(chǎn)品質(zhì)量。合成爐夾套的 冷卻水將反應(yīng)放出的熱量帶走，氣體在合成爐頂部溫度降為 350℃左右，經(jīng)石墨冷卻器冷卻至 170℃左右，進(jìn)入降膜吸收器，與來自尾氣塔的稀酸進(jìn)行并流吸收，降膜吸收器底部生成的酸的濃度可達(dá) 35%左右，供解吸塔解吸用。 所以， X1=， X2= 因此，由 ① 式可得， L= 2 9 4 .6 4 2 1 9 2 .6 2 k m o l/h0 .2 6 5 5 0 .1 3 1 1 ?? m = 2 1 9 2 .2 6 1 8 = 3 9 4 6 0 .6 8 k g / h?水 所以，吸收劑的量為 mm = = 49 95 4. 23 kg /吸 收 劑 出塔氣體質(zhì)量流量的計(jì)算 出塔氣體中剩余的氯化氫的量為 GHCl=G 合 （ ） =3kmol/h 所以 ， mHCl 余 =出塔氣體中剩余的混合氣體的量為 m 混合氣 =所以，出塔氣體總的質(zhì)量流量為 m 出塔氣 = 出塔液體質(zhì)量流量的計(jì)算 因?yàn)檫M(jìn)塔液體與出塔液體中水的量是不變的，所以 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 mm = = 60 70 8 .74 kg /h 5水出 塔 液 表 23 降膜吸收器的物料平衡表 輸入， kg/h 輸出， kg/h 進(jìn)吸收器混合氣 HCl 出吸收器混合氣 HCl H2O H2O H2 H2 N2 N2 CO2 CO2 吸收劑用量 出吸收器液體流量 總計(jì) 解吸塔的物料衡算 20%鹽酸氯化氫35%鹽 酸 吸收器的塔底液體全部進(jìn)入解吸塔進(jìn)行解析，則解吸塔的物料計(jì)算如下： 進(jìn)塔液體質(zhì)量流量的計(jì)算 解吸塔的進(jìn)塔液的量等于吸收塔塔底的出塔液的量 39。PQtt GC?? ?總合 合 ② 式中： G 合 —— 合成氣的摩爾流量， kmol/h C’p 合 —— 合成氣的恒壓摩爾比熱容， J/ t—— 合成氣入口溫度， ℃ t1—— 燈頭溫度， ℃ 混合氣體的 C’P 可用下面的式子算得： 2 2 2 2 2 2 2 239。33 0 . 4 6 1 . 8 1 1 2 3 5 01 9 . 3 1 1 0 /dN N NQ C G tK J h? ? ? ? ? ? ??? 2 2 239。 39。 39。 39。 39。 39。 3