【文章內容簡介】 HCl 濃度 %（ mol） 0 2 4 6 8 12 14 17 溫度（ ℃ ） 100 化學性質 鹽酸容易與許多金屬起反應，放出氫氣而生成鹽類，與堿類發(fā)生中和反應生成鹽和水。 2HCl + Fe = FeCl2 + H2 HCl +NaOH=NaCl+H2O 國內外對于制備高純氯化氫氣體的方法有很多。 解吸發(fā)。 20 世紀 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。 20世紀 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，生成高純氯化氫氣體，用壓縮機壓入鋼瓶中。 鹽酸脫析法。將濃鹽酸置于脫析塔中加熱脫析制氯化氫氣體。鹽酸脫吸法制高純氯化氫廣泛用于 PVC、氯丁二烯和高純鹽酸的生產 中。 合成法。氯氣和氫氣在合成 爐中進行燃燒反應，生成 氯化氫氣體 是八十年代初為適應我國電子工業(yè)的迅速發(fā)展而提出的。在技術上市較先進的方法。此種方法生產的氯化氫氣體純度在 %以上。 工業(yè)副產酸脫析法。隨著鹽酸脫析法的逐步推廣，副產酸脫析生產氯化氫工藝的工藝已廣泛應用于生產。它是通過稀酸在絕熱 吸收塔吸收有機氯化物生產中的副產氯化氫，提濃后，進入解吸塔脫析出來高濃氯化氫氣體。 石油化工副產氯化氫提純法。目前電子級氯化氫出口國，如美國，主要是從石油化工副產氯化氫作為原料來制備高純氯化氫。石油化工副 產氯化氫氣體，其中水含量低，對不銹鋼和碳鋼基本無腐蝕。對于此種氣體的凈化通常采用精餾或吸附的方法，但齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 4 由于 其中乙炔和乙炔雜質的沸點與氯化氫沸點相近，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，生產成本高。 本設計采用的方法是合成法制備氯化氫氣體。 設計依據(jù) 齊齊哈爾大學化學與化學工程學院下發(fā)的畢業(yè)設計任務書。 《化工工藝設計手冊》一書 自身在黑龍江昊華化工有限公司氯堿車間實習的相關信息與知識。 《化工設備設計手冊》 廠址選擇 根據(jù)廠址選擇的原則與要求 ，將本設計的廠址選在江蘇省鹽城市合德鎮(zhèn)。 鹽城市合德鎮(zhèn)地處我國東部江蘇沿海的中部，東臨黃海，南與南通市毗鄰，北與連云港接壤，西與揚州、淮安相連，對接長三角，鐵路、公路、水路、航空四種運輸方式構成了四通八達的交通運輸網(wǎng)絡 。鹽城市沿海生態(tài)環(huán)境有相對較好、容量較大的優(yōu)勢，沿海灘涂土地資源也相對充足。氯堿工業(yè)的副產物氯氣及氯化氫等可用于下游橡膠、塑料、醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展。再加上政府對于海洋工業(yè)的扶植，重點發(fā)展鹽化工，增加了再此地建氯堿廠的優(yōu)勢。 設計規(guī)模與生產制度 生產能力入下表 14所示。 表 14 生產能力 產品名稱 氫氧化鈉 生產時間 8000 小時 處理量 噸 /小時 生產制度 本車間工作人員的工作制度為三班制，每班 8小時連續(xù)生產，按四班三倒制度運轉，其中管理人員實行一班制。人員組成如表 15 所示 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 5 表 15 車間人員組成 序號 職能名稱 人數(shù) 人員配備班制 1 車間主任 1 八小時工作制 2 班長 3 四班三倒制 3 技術員 3 四班三倒制 4 分析檢驗員 3 四班三倒制 5 中控室操作員 3 四班三倒制 6 操作工 12 四班三倒制 7 維修工 3 四班三倒制 原料與產品規(guī)格 主要原料規(guī)格及技術指標 原料氣組成如下表 16 所示 表 16 原料氣組成 物質 氯氣（ V%） 氫氣（ V%） 純度 含氫 含二氧化碳 — 含氧氣 含水分 含氮氣 進料溫度（℃） 25 25 進料壓力（ MPa） 產品規(guī)格 本設計工段的主要產品為氯化氫氣體及鹽酸。 產品氯化氫的純度 % 產 品鹽酸濃度 20%22% 經濟核算 化工工程建設項目在籌備階段就要進行費用估算，目的是給項目主管部門提供決策齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 6 依據(jù)。經濟核算必須考慮到一切可能存在的因素：用于原材料、勞動力、設備維修、動力和其他公用工程等方面的直接生產成本，還包括車間的管理費、銷售費用以及其他費用。 在本設計中，經調查 海鹽 的市場價為 240 元 /噸， 冷凍鹽水的市場價為 1250 元 /噸，冷卻水的市場價為 元 /噸，低壓蒸汽為 65 元 /噸。 原料 海鹽 費用的計算如下： m海 鹽 =146250t/a 所以， W1=146250240=35 100 000 元 冷卻水費用的計算如下： m = 1 9 7 7 4 7 . 7 + 4 2 8 9 6 . 7 9 + 3 2 1 6 1 8 . 3 + 1 6 9 1 2 . 8 6 8 0 00 = 4 6 3 3 4 0 5 2 0 0 k g?冷 卻 水 （ ） 所以， W2=4633405200/1000=1853362. 80 元 /年 冷凍鹽水費用的計算如下： m = 7 9 3 6 . 7 3 8 0 0 0 = 6 3 4 9 3 8 4 0 k g?鹽 水 所以， W3=125063493840/1000=79367300 元 /年 低壓蒸汽費用的計算如下： m = 3 3 2 . 1 6 8 0 0 0 = 2 6 5 7 2 8 0 k g?蒸 汽 所以， W4=652657280/1000= 元 /年 本車間定員 28 人，每人每月平均工資為 3000 元，則每年工人的工資總費用為1008000 元 本設計的經濟核算見表 17。 表 17 經濟核算表 序號 指標名稱 計算單位 設計指標 成本 /萬元 1 生產規(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 設備數(shù)量及投資 臺 10 400 9 車間建筑面積 m2 260 100 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 7 第 2 章 工藝設計和計算 工藝原理 工業(yè)上生產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，此時氫氣也會與氧氣發(fā)生燃燒反應，合成爐內燃燒 方程式如下： Cl2 + H2 2HCl O2 + 2H2 2H2O 機理分析：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。其反應為鏈鎖反應。 (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 兩個活化的氯原子。 Cl2 2Cl熱 或 光 (2)鏈傳遞：活化的氯原 子 (C1 )再與氫分子作用生成一個 氯化氫分子和一個活 化的 氫原子 (H )，這個活化的氫原子又與一個氯 氣 分子作用，生成一個氯化氫分子和一個活 化 的氯原 子 。 這樣 繼續(xù)下去構成一個鏈鎖性的反應。即： C l H 2 H C l+ H+ ① C l 2 C lH C l +H + ② C l 2 C lH C l +H + ③ C l H 2 H C l+ H+ ④ (3)鏈的終止：當在鏈鎖反應過程中，如有外來因 素與 C1和 H化合，則反應被破壞而使活性消失 。 ①在氧氣的存在下燃 燒 破壞 H的活性 ，從 而使鏈鎖反應中斷， H + O 2 H O 2 +C l O 2 C lO 2 ②在反應過程中元素自身 的 結合也可以使鏈終止。 H H 2+ H 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 8 C l2+C l C l H C l H C l+ ③在反應過程中 ， 由于活性氫原 子 與 活性氯原子 在 設備內壁碰撞也會 發(fā) 生鏈的終止。 氯化氫用水吸收后即可成為鹽酸。 工藝路線的選擇 本設計采用合成法制備氯化氫以及鹽酸。目前合成法制備鹽酸主要有三種方法：鐵合成爐制備，二合一石墨合成爐制備，三合一合成爐制備。這三種方法的主要區(qū)別在于合成爐的不同。 鐵合成爐制取鹽酸工藝的特點：本體不帶冷卻水套，爐內的氯化氫氣體會對爐體造成腐蝕，導致鐵離子進入氯化氫氣體內，經吸收后制取的鹽酸中含鐵量過高，顏色發(fā)黃，影響產品質量。 二合一石墨合成爐制取鹽酸工藝的特點：爐內合成的氯化氫氣體不與合成爐的鋼鐵部分接觸 ，生成的氯化氫質量較高；裝置的生產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。 三合一石墨合成爐制取鹽酸工藝的特點：氯氣和氫氣在套管內混合燃燒，無論負荷大小火焰都能保持穩(wěn)定；冷卻段采用強化傳熱技術，在水套內增設導流板，迫使冷卻液成螺旋狀圍繞石墨爐筒外壁流動，提高流速；吸收段采用溢流管外加側穩(wěn)壓環(huán)技術，提高了吸收效果，同時保障了鹽酸的合格率。 鐵合成爐制取鹽酸的工藝由于生成的鹽酸的質量較低，已被許多企業(yè)淘汰。石墨三合一合成爐結構緊湊、傳熱效率高、檢修方便、使用壽命長、操作彈性強，被廣泛使用。二合一爐合成、在爐內完成冷卻，在爐外進行吸收，既可以生產氯化氫氣體，又可以部分吸收生產鹽酸，可以滿足不同的需求，具有更廣闊的應用前景。 因此本設計采用“二合一”合成爐制取氯化氫氣體。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 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火燃燒，溫度可達到 20xx℃以上。合成爐夾套的 冷卻水將反應放出的熱量帶走，氣體在合成爐頂部溫度降為 350℃左右，經石墨冷卻器冷卻至 170℃左右，進入降膜吸收器，與來自尾氣塔的稀酸進行并流吸收，降膜吸收器底部生成的酸的濃度可達 35%左右，供解吸塔解吸用。未被吸收的氣體進入尾氣吸收塔 ， 用來自解吸塔的稀酸 吸收，生成的 酸供降膜吸收器使用。由解吸塔脫出的氯化氫氣體進入石墨冷卻器進行冷卻，至 40℃，再進入鹽水石墨冷卻器，由冷凍鹽水將氯化氫氣體冷卻至 12℃ — 18℃，得到的干燥氯化氫氣體送至下一工段。 物料衡算 生產能力及原料氯氣與氫氣量的計算 生產能力 年產 10萬噸氯堿，年產時間按 8000h 計算，則 氫氧化鈉的流量為： ol /hN aO HG ? 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 10 氯化氫的產量 鹽水電解方程式為： 2 2 22 2 2Na Cl H O Na O H Cl H? ? ? ? 所以，22 1 5 6 .2 5 k m o l/hC l HGG?? 在合成 HCL 反應中，按 22: :1H Cl ? 計算， 所以， 2 ol/hClG ?，2 ol/hHG ? 表 21 原料氣組成 物質 氯氣（ mol%） 氫氣（ mol%） 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) 合成爐的物料衡算 合成爐原料氯氣原料氫氣合成氣 進合成爐的各物質的量 原料氫氣的量 =純氫氣的摩爾量 /氫 氣的摩爾分數(shù) 原料氫氣的量： 各組分的含量 =原料氫氣的量 組分的摩爾分數(shù) 含氮氣： %=含水分： %=含氧氣： %= 原料氯氣的量 =純氯氣的摩爾量 /氯氣的摩爾分數(shù) 原料氯氣的量： 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 年產 10 萬噸氯堿車間氯化氫合成工段的初步設計 11 各組分的含量 =原料氯氣的量 組分的摩爾分數(shù) 含氫氣： %=含氮氣： %=含二氧化碳： =含水分： %=含氧氣： %=各物料總進料： 氫氣： ΣH2(mol)=+= ΣH2(m)= 2=氮氣： ΣN