【文章內(nèi)容簡介】 用水量計算 ...................................................................................................... 40 解吸塔計算 .............................................................................................................. 41 物料恒算 ........................................................................................................... 41 塔的計算 ........................................................................................................... 41 換熱器和分離器的物料恒算 ................................................................................. 44 石墨換熱器的計算 ................................................................................................. 44 數(shù)學(xué)模型 ........................................................................................................... 45 計算 ................................................................................................................... 47 鹽水石墨冷卻器簡算 ............................................................................................. 50 鹽水移走的熱量 .............................................................................................. 50 鹽水的用量 ...................................................................................................... 51 換熱 面積的計算 .............................................................................................. 51 濃酸泵的計算和選型 ........................................................................................... 51 選型參數(shù)的計算 ............................................................................................ 51 選型的依據(jù) .................................................................................................... 52 選型 ................................................................................................................. 52 濃酸和稀酸儲罐 ................................................................................................... 52 濃酸儲罐 ......................................................................................................... 52 稀酸儲罐 ......................................................................................................... 52 總結(jié) ..................................................................................................................................... 53 致謝 ..................................................................................................................................... 54 參考文 獻 ............................................................................................................................ 55 年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設(shè)計 1 緒論 氯化氫是生產(chǎn)鹽酸和電石法生產(chǎn) PVC 的重要原料。 而 聚氯乙烯（ PVC）又是主要通用塑料品種之一，在世界五大塑料中的產(chǎn)量僅次于聚乙烯（ PE）和聚丙烯（ PP），居世界第三。目前國內(nèi)大多采用電石法生產(chǎn) PVC，而氯化氫作為電石法生產(chǎn) PVC 的原料之一，其產(chǎn)量與質(zhì)量便成了直接影響 PVC 發(fā)展的重要因素。開發(fā)新的合成工藝、運用先進的設(shè)備、綜合利用能源是合成氯化氫的發(fā)展方向。 目前國內(nèi)外主要有三種合成方法：合成法、鹽酸脫吸法和副產(chǎn)鹽酸法。國內(nèi)使用合 成法居多，即氯氣與氫氣合成氯化氫，經(jīng)空冷、水冷后直接輸送到氯乙烯的合成系統(tǒng)。這種方法工藝流程簡單，工藝成熟穩(wěn)定，但其生產(chǎn)的氯化氫氣體純度較低約 90%96%，給氯乙烯的合成帶來了很多不利因素。國外主要采用鹽酸脫吸法，本法生產(chǎn)的氯化氫純度高（大于 99%），純度波動小，有利于后面氯乙烯合成。副產(chǎn)鹽酸法主要適合小型聚氯乙烯生產(chǎn)裝置，以綜合利用有機氯化物的副產(chǎn)氯化物，來制取高純度的氯化物供氯乙烯裝置用，本法制得的氯化物純度也可達%。 從八十年代開始，隨著對氯化氫純度的要求的提高，我國也漸漸從合成法向鹽酸脫吸法 過度。 合成爐是合成氯化氫的主要設(shè)備。目前工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛的是鋼制合成爐，它又分為空氣冷卻式和水冷夾套式兩種。 80 年代后，由于離子膜法生產(chǎn)氯堿工藝的大力推廣應(yīng)用，且該法要求使用高純鹽酸，這一需求促使了石墨合成爐的發(fā)展，工業(yè)上多見用爐外壁噴淋冷卻水式。國外大多已采用石墨合成爐，我國也漸漸從鋼制合成爐向石墨合成爐發(fā)展。各種二合一、三合一石墨合成爐都投入了使用并取得了很好的效果。所以本設(shè)計選用了耐腐蝕的二合一石墨合成爐，石墨降膜式吸收器，石墨冷卻器和石墨冷卻管。這些設(shè)備雖增加了一次性投資但卻延長了設(shè)備的壽命。 本設(shè)計主要選用了較好的鹽酸脫吸法工藝及較好的設(shè)備得到純度約為 %的的氯化氫氣體。該工藝具有連續(xù)操作，反應(yīng)時間短，壓力要求不高，以及前面所說的氯化氫純度高，純度波動性小的特點。但也存在原料用量大，解吸率不高，石英燈頭腐蝕等問題。該工藝 可用于 大行化生產(chǎn)。 本次設(shè)計的主要內(nèi)容：本設(shè)計主要研究鹽酸脫吸法合成氯化氫工藝；對氯化氫合成車間進行工藝設(shè)計；對主體設(shè)備進行選型；對氯化氫合成爐進行設(shè)計計算；畫出氯化氫合成車間帶控制點的工藝流程圖；畫出氯化氫合成車間的平面布置圖及平面管道布置圖；以及文獻調(diào)研，外文資料翻譯和 編制設(shè)計說明書。 西南石油大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 1 說明書 總論 設(shè)計依據(jù) 該工藝是依據(jù)西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，按照化學(xué)工業(yè)部1988 年 6 月發(fā)布的 “化工工廠初步設(shè)計內(nèi)容深度的規(guī)定 ”進行設(shè)計的。 設(shè)計指導(dǎo)思想 遵照市場經(jīng)濟的規(guī)律，參考有關(guān)法規(guī)和標準，精心設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計方案，精打細算，在保證質(zhì)量的前提下，力爭用最少的資金，搞出最合理的優(yōu)秀設(shè)計。 適應(yīng)化工生產(chǎn)的特點，搞好配套專業(yè)設(shè)計，特別是要加強節(jié)能、環(huán)保、安全、消防及工業(yè)衛(wèi)生和勞動保護方面的配套設(shè)計。 設(shè)計范圍 本設(shè)計包括年產(chǎn) 10 萬噸 PVC—氯化氫的合成的以下幾個單元：合成和冷卻、吸收、解吸 和干燥。此外，還設(shè)計到稀酸的循環(huán)，合成氯化氫的能源綜合利用，以及三廢的治理。 產(chǎn)品的規(guī)格 氯化氫氣體純度 ≥%， 生產(chǎn)方法及工藝流程 生產(chǎn)方法 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(yīng)，合成 爐內(nèi) 燃燒 方程式如下： 主反應(yīng)： H2+Cl2=2HCl mo lKJ /??? 副反應(yīng)： 2H2+O2=2H2O m o lKJ / 4 1??? 年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設(shè)計 3 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(yīng)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(yīng)為鏈鎖反應(yīng)。反應(yīng)式如下： H 2+ C l2 2 H C l (1)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 (2)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(yīng)。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。 (3)鏈的終止：當在鏈鎖反應(yīng)過程中，如果有外來因素與 C1和 H化合，則反應(yīng)即被破壞而使活性消失，活性消失的具體條件是： ① 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(yīng)中斷，如： H + O 2 H O 2 +C l O 2 C lO 2 ② 在反應(yīng)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+ ③ 在反應(yīng)過程中由于活性氫原子成活性氯原子與設(shè)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(yīng)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。 工藝流程圖 帶控制點的總工藝流程圖附圖 主要設(shè)備簡介 (1)二合一石墨合成爐 二合一石墨 合成爐是集燃燒與冷卻于一體 ,采用水冷 夾套式 ,由于合成爐內(nèi)氣體燃燒會放出大量的熱，用水冷夾套式石墨合成爐可以避免因突然中斷冷卻水而造成的事故。 西南石油大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 (2)石墨冷卻管 石墨冷卻管在控制對合成氣進入降膜式吸收塔的溫度有非常重要的作用，因降膜式吸收器選用石墨材質(zhì)，它的工作溫度 ≤170℃ ，所以合成氣進入之前必須先冷卻。且它的長短也是影響氣體出石墨冷卻管溫度的顯著因素，過短出口溫度達不到要求，過長會增加成本。其影響可概括為以下兩點： ① 不同形式的石墨冷卻器對合成氣進口溫度的要求是不同的 ， 石墨冷卻器允許溫度越高 ， 石墨冷卻管出 口氣體溫度設(shè)計的就可以越高 ， 在石墨冷卻管長度相同條件下 ， 系統(tǒng)生產(chǎn)能力就越大 ,反之就越小 。 ② 對于同一型號的石墨冷卻器 ， 系統(tǒng)生產(chǎn)能力隨石墨冷卻管設(shè)置長度的增加呈線性增加。在石墨冷卻管長度不變的情況下 ， 通過強化 石墨冷卻管的傳熱 ， 可提高系統(tǒng)生產(chǎn)能力 。 (3)降膜式吸收器和尾氣塔 所謂降膜吸收就是在液體在吸收管內(nèi)成液膜狀沿管壁下流吸收。降膜吸收器可分為管殼式和圓塊式。降膜吸收可以在長管內(nèi)也可以在短管內(nèi)進行，但降膜吸收的長度都不大，一般也不超過 3m。降膜吸收器一般與尾氣塔配套使用，尾氣塔內(nèi)經(jīng)過一次吸收的稀酸溶液進降膜 吸收器作二級吸收，降膜吸收器未完的尾氣進入尾氣塔進行二級吸收然后排空。這樣主要有以下優(yōu)點 ： ① 吸收效率高。對氯化氫氣的吸收效率可達 %。 ② 系統(tǒng)的操作彈性大，生產(chǎn)能力可在較大幅度內(nèi)調(diào)節(jié)均可正常操作。 ③ 阻力小。尤其是降膜吸收器內(nèi)阻力更小，可忽略不計。 ④ 吸