【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。 填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。 研究意義針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出在現(xiàn)有的鹽酸吸收系統(tǒng)流程上進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合技術(shù)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）通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的鹽酸生產(chǎn)設(shè)備及工藝進(jìn)行優(yōu)化選擇，；（2）針對(duì)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(shè)計(jì)鹽酸吸收工段及二段吸收工藝。我國(guó)大部分企業(yè)仍然停留在高耗低產(chǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀。隨著環(huán)境保護(hù)保護(hù)要求的日益提高，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)尾氣的排放更加嚴(yán)格，那些高能耗、高污染，低產(chǎn)出的企業(yè)最后必將被淘汰。通過(guò)本設(shè)計(jì)工作，能為一些企業(yè)的優(yōu)化生產(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(jì)效益，同時(shí)符合我國(guó)的建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的基本國(guó)家方針政策。第二章 鹽酸裝置及工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)目前國(guó)內(nèi)高純鹽酸的主要生產(chǎn)工藝是集合成、冷卻、吸收為一體的三合一石墨爐法。近年來(lái)，全國(guó)各地鹽酸生產(chǎn)企業(yè)都在不斷加強(qiáng)技術(shù)改造，裝置設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)，以適應(yīng)更激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。本章以國(guó)內(nèi)現(xiàn)采用的“三合一爐”生產(chǎn)高純鹽酸的裝置為基礎(chǔ)，對(duì)其相關(guān)設(shè)備及工藝進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 新裝置的特點(diǎn)高純鹽酸是離子膜制堿的重要原料，主要用于調(diào)整進(jìn)入離子膜電解槽二次精鹽水的pH值、螯合樹脂塔中樹脂的再生、脫氯淡鹽水的酸化。由于我國(guó)引進(jìn)的離子膜法燒堿裝置的生產(chǎn)廠商不同，對(duì)高純鹽酸的要求也不同。目前國(guó)內(nèi)高純鹽酸的主要生產(chǎn)工藝是集合成、冷卻、吸收為一體的“三合一”石墨爐法?！叭弦粻t”結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理、設(shè)備材質(zhì)過(guò)關(guān)、傳熱效率高、拆裝檢修方便、使用壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單易行、周圍環(huán)境良好、高效節(jié)能。與其他合成法相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）占地面積小，只相當(dāng)于鐵合成爐的1/3。（2）操作范圍廣，可有效地調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力。其他裝置的負(fù)荷低于最大負(fù)荷的40％以下時(shí)，就不能得到穩(wěn)定的鹽酸濃度，但“三合一”爐吸收塔為多段，吸收效率高，當(dāng)負(fù)荷低到最大能力的15％時(shí)也能得到穩(wěn)定的鹽酸濃度，因而可以有效地調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力。（3）由于設(shè)備由不透性石墨制作，熱交換均勻，故冷卻水可以溫水(30～40 oC)狀態(tài)回收，設(shè)備周圍沒有水蒸氣產(chǎn)生，所以周圍環(huán)境良好，空氣清新。（4）維修管理容易，由于“三合一”爐冷卻、吸收的6塊元件操作溫度不高，因而粘成一個(gè)整體，這樣設(shè)備墊片少，再加之采用塊孔式結(jié)構(gòu)，因而設(shè)備不易泄漏，拆裝修理十分方便。 裝置設(shè)備主要構(gòu)造“三合一”爐由石英燃燒器、石墨爐體和鋼制殼體構(gòu)成，其中爐體為酚醛樹脂浸漬的不透性石墨。主要包括燃燒室，吸收室，分離室。（1）燃燒器燃燒器由燈頭、燈罩組成，燈罩兩端開口走氫氣。燈頭一端開口，一端勻布適量小孔，當(dāng)點(diǎn)燃的氫氣由燈罩噴射而出時(shí)，位于其中心的燈頭噴出氯氣助燃。（2）燃燒室燃燒室為空心圓柱體結(jié)構(gòu)，上端對(duì)稱開前后2孔，一為視鏡用來(lái)觀察火焰，一為封火口用于開停車操作。生產(chǎn)過(guò)程中，從二次塔底部回來(lái)的稀酸需經(jīng)分液盤沿燃燒室內(nèi)壁形成一層保護(hù)液膜均勻流下，故分液盤安裝必須水平。以保證燃燒室內(nèi)壁液膜均勻。同時(shí)，調(diào)節(jié)好上水量與系統(tǒng)壓力，防止進(jìn)酸發(fā)生斷流現(xiàn)象。否則，爐內(nèi)高溫將燒爆分液盤及燃燒室表層，影響合成爐使用壽命。此外，爆掉的石墨碎塊會(huì)砸壞或堵塞吸收室的液體分布器，產(chǎn)生不合格品。（3）吸收室吸收室是進(jìn)行吸收的重要部分，采用便于拆裝的“積木式”結(jié)構(gòu)，每個(gè)換熱塊均布有縱孔、橫孔?？v孔用于氣體吸收。橫孔入冷卻水進(jìn)行熱交換，縱孔頂部的液體分布器是影響氣液吸收效果的關(guān)鍵部件，稀配由它的V形切口溢流進(jìn)人。形成液膜旋轉(zhuǎn)而下，與氣相并流吸收。（4）分離室分離室位于爐體底部，是進(jìn)行氣液分離部位，它的一側(cè)有氣、液出口，根據(jù)氣液的密度不同發(fā)生相分離：另一側(cè)是防爆裝置，采用不透性石墨防爆膜。該“三合一”石墨合成爐高溫區(qū)的石墨爐蓋用吸收液冷卻。視鏡和爐筒外壁用水冷卻，避免因膨脹引起的剪切力。均布吸收液，確保液膜均勻分布，不干壁；筒內(nèi)壁、外壁從上到下都有液體冷卻，各石墨件間用耐熱、耐蝕的墊片密封和連接。 生產(chǎn)原理氯氣與氫氣在弱光照射或低溫常壓下反應(yīng)速度很慢，只有在加熱或明亮的光照下或觸媒存在下，才會(huì)迅速反應(yīng)生成氯化氫，主反應(yīng)式為： 副反應(yīng)： （有過(guò)量氯氣存在的非正常情況下才發(fā)生）氫氣和氯氣在波長(zhǎng)400—436 nm的紫外光下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，由下游離基連鎖反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如下：鏈引發(fā)：氯分子吸收熱或光量子的能量后，離解為兩個(gè)活性氯游離基，成為鏈鎖反應(yīng)的升始： 鏈傳遞：活性游離基C1，與氫分子作用，生成氯化氫分子和活性氫游離基與氯分子作用生成一個(gè)HCl和一個(gè)C1，如此一個(gè)一個(gè)地傳遞下去構(gòu)成連鎖反應(yīng)。 鏈終止：當(dāng)受到外界能與Cl或H結(jié)合的物質(zhì)或基因影響時(shí)，游離基便失去活性而使鏈終止。原料氣帶入氧 ① ②自身結(jié)合為氣體分子 ③活性游離基與合成爐的壁面碰撞也會(huì)發(fā)生鏈終止，一般說(shuō)來(lái)兩個(gè)簡(jiǎn)單的游離基互相碰撞時(shí)是不能合并的，即②式的終止是不存在的。氫氯燃燒合成關(guān)系采取氫過(guò)剩，以確保氯完全反應(yīng)。含氯的副產(chǎn)鹽酸氣采取燃燒法進(jìn)行凈化處理。即把含氯的副產(chǎn)鹽酸氣與氫氯焰直接接觸混合，回收其中氯氣。氯化氫被水或稀鹽酸吸收后，就可制成鹽酸。 生產(chǎn)工藝指標(biāo) 點(diǎn)火指標(biāo)氫氣：氫的體積分?jǐn)?shù)≥98％，含氧≤％，~ Mpa；氯氣：氯的體積分?jǐn)?shù)≥90％，含氫≤％，~ Mpa；“三合一”爐系統(tǒng)：含氫≤％。 正常生產(chǎn)指標(biāo)氫氣：氫的體積分?jǐn)?shù)≥98％，含氧≤％，~ Mpa；氯氣：氯的體積分?jǐn)?shù)≥70％，含氫≤％，壓力 ~ MPa。 其他指標(biāo)： ～:；尾氣塔出口尾氣負(fù)壓： 5000～5000Pa；尾氣塔塔體溫度： ≤60℃；“三合一”爐出酸溫度： ≤55℃；工業(yè)水壓力(水力噴射器進(jìn)口) ≥ MPa 主要技術(shù)操作控制條件 成品酸控制條件編號(hào)控制項(xiàng)目控制要求指標(biāo)分析方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試地點(diǎn)負(fù)責(zé)人控制等級(jí)頻率1合成酸HCl≥31％GB320—1993槽車質(zhì)管處公司1次／車副產(chǎn)酸HCl≥31％GB320—1993槽車質(zhì)管處公司1次／車工業(yè)酸HCl≥31％GB320—1993槽車質(zhì)管處公司1次／車食品酸HCl≥31％GB320—1993槽車質(zhì)管處公司1次／車2火車槽車裝車上空測(cè)尺誤差HCl≥31％GB320—1993槽車質(zhì)管處公司1次／車表21 成品酸操作控制條件 存在問(wèn)題與改進(jìn)針對(duì)“三合一”石墨爐投入使用時(shí)的安全及實(shí)際操作情況，對(duì)該生產(chǎn)系統(tǒng)從工藝、設(shè)備及操作上進(jìn)行了一系列的改進(jìn)。（1）尾氣系統(tǒng)改進(jìn)在傳統(tǒng)的“三合一”爐的設(shè)計(jì)中，循環(huán)液罐只設(shè)進(jìn)口、出口及不凝氣排出口。但在運(yùn)行中，工藝要求氫過(guò)量[n(Cl2 ):n(H2 )=:～:]，因此，水力噴射器下來(lái)的稀酸中不可避免地帶有部分氫氣。在罐內(nèi)液位下降時(shí)，空氣進(jìn)入罐內(nèi)會(huì)形成爆炸性氣體。導(dǎo)致爆炸。國(guó)內(nèi)不少企業(yè)出現(xiàn)過(guò)此類事故。為杜絕此類事故，筆者設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開車前即修改工藝，增設(shè)1臺(tái)水封槽，使經(jīng)尾氣塔未被純水吸收的剩余廢氣由水力噴射泵帶入水封槽。氣體經(jīng)水封槽分離后排人大氣，水力噴射器下來(lái)的稀酸流人循環(huán)液罐。為了進(jìn)一步提高尾氣系統(tǒng)的安全系數(shù)，在循環(huán)液罐內(nèi)通人少量氮?dú)獗３止迌?nèi)微正壓，并要求保持罐內(nèi)液位在80％以上，減少氫氣在罐內(nèi)停留的時(shí)間及停留量。 （2）爐門改進(jìn)“三合一”爐原設(shè)計(jì)有2個(gè)視鏡，其中1個(gè)既有視鏡的功能。又有爐門的作用，在點(diǎn)火時(shí)必須拆除這個(gè)視鏡。通人空氣才能點(diǎn)火。在通人氯氣點(diǎn)火后，至少需要10 min的時(shí)間來(lái)安裝視鏡，這樣，大量的空氣將進(jìn)入爐體內(nèi)，造成氯化氫的純度降低，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了很大的隱患，并增大了操作強(qiáng)度。根據(jù)相關(guān)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可將該視鏡改為一個(gè)活動(dòng)爐門，操作簡(jiǎn)單快捷，點(diǎn)火后封爐門的時(shí)間縮短為不到1min，大大減少了進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量，保障了安全生產(chǎn)，降低了操作強(qiáng)度。圖21 爐門示意圖（3）鹽酸酸霧處理原設(shè)計(jì)中，鹽酸罐的鹽酸氣通過(guò)水力噴射泵抽吸進(jìn)行處理。此種方法存在鹽酸罐被抽負(fù)壓的危險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)曾發(fā)生過(guò)類似事故。筆者通過(guò)增設(shè)1臺(tái)鹽酸氣吸收塔，用循環(huán)液罐內(nèi)的循環(huán)液進(jìn)行吸收，酸性水通過(guò)液封槽流入循環(huán)液罐。開車運(yùn)行結(jié)果表明，此種處理鹽酸氣的方法效果較好。（4）鹽酸儲(chǔ)罐充氮?dú)鉃榱吮苊恹}酸儲(chǔ)罐、高純鹽酸儲(chǔ)罐內(nèi)形成爆炸性混合氣體及防止高純鹽酸儲(chǔ)罐向界區(qū)外送酸時(shí)鹽酸儲(chǔ)罐呈負(fù)壓，在系統(tǒng)開車前即修改工藝，通過(guò)增設(shè)1條氮?dú)夤芫€，對(duì)鹽酸儲(chǔ)罐通人少量氮?dú)?。?）氫氣管的改進(jìn)點(diǎn)火操作：先在設(shè)備外點(diǎn)燃?xì)錃?，再將氫氣管連接到爐體上，氯氣與氫氣混合燃燒后再封閉爐門。原設(shè)計(jì)中氫氣經(jīng)氫氣軟管點(diǎn)燃后插入與爐體相連的氫氣管上，然后再用鐵絲將氫氣軟管固定在合成爐氫氣管上。但在實(shí)際操作中，連接軟管時(shí)，火焰外噴，容易燒到操作人員的手。采用導(dǎo)向管，在氫氣軟管前加一個(gè)法蘭，并在法蘭前裝一節(jié)導(dǎo)向管，與合成爐相連的氫氣管道也增加一個(gè)法蘭，連接氫氣管道通過(guò)螺栓緊固、墊片密封。消除了安全隱患，且便于操作。（6）不合格氯氣處理由于每次停車檢修再重新點(diǎn)爐時(shí)，氯氣純度不合格，但它又不能像氫氣一樣排人大氣中，只好用堿液吸收。原有工藝中沒有用來(lái)吸收不合格氯氣的堿液儲(chǔ)罐，以塑料桶代替。由于桶的容積有限，只好慢慢通入氯氣，氯氣純度不容易合格，延誤了點(diǎn)爐時(shí)間，影響了正常生產(chǎn)。為此，從氯氣緩沖罐出口管道上加一個(gè)短節(jié)及一個(gè)閥門，增加一根碳鋼管直接通到廢氣處理工序的尾氣吸收塔，用塔內(nèi)的堿液來(lái)吸收氯氣，這樣，既縮短了點(diǎn)爐時(shí)間，操作起來(lái)又比較方便。（7）設(shè)置不合格鹽酸儲(chǔ)槽在裝置開停車及生產(chǎn)不正常時(shí)生產(chǎn)的高純酸難免含游離氯、純度不合格。在設(shè)計(jì)中未考慮到這些非正常因素，此時(shí)，所產(chǎn)高純酸成品只能進(jìn)入高純鹽酸儲(chǔ)槽，易造成污染貯存的高純鹽酸。由于此酸可作為工業(yè)酸，增加一條高純鹽酸至工業(yè)酸儲(chǔ)槽的管道。只有當(dāng)系統(tǒng)完全正常。質(zhì)量穩(wěn)定時(shí)，所產(chǎn)高純酸再進(jìn)入高純鹽酸儲(chǔ)槽，并經(jīng)常監(jiān)測(cè)其游離氯含量，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即切換，避免污染貯存的高純鹽酸。（8）結(jié)語(yǔ)通過(guò)選擇“三合一”爐生產(chǎn)高純鹽酸的工藝流程，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)后的生產(chǎn)裝置及工藝流程見圖22。與原來(lái)的工藝相比，改進(jìn)后的工藝更細(xì)化了高純鹽酸生產(chǎn)的操作要點(diǎn)，有利于高純鹽酸的穩(wěn)定生產(chǎn)，并保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。圖22 改進(jìn)后的鹽酸生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖 操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)（1）點(diǎn)火時(shí)，將氫氣軟管置于下風(fēng)向，遠(yuǎn)離合成爐，微開爐前手動(dòng)閥門，送出少量氫氣，置換系統(tǒng)。（2）點(diǎn)火操作禁止正視點(diǎn)火孔，以防火焰噴出傷人。如果一次點(diǎn)火不成功．應(yīng)立即停止送入原料氣體，立即充入氮?dú)猓?5～20 min后關(guān)閉氮?dú)忾y。拆卸氫氣管口及視鏡，讓水力噴射泵抽空氣置換系統(tǒng)內(nèi)的