【導(dǎo)讀】濕空氣中因放出氯化氫而發(fā)煙，鹽酸是一種揮發(fā)性酸，也是極強(qiáng)的無機(jī)酸。金屬鹽類，都能發(fā)生反應(yīng)，生成鹽酸鹽。本設(shè)計(jì)是利用鐵和濃鹽酸反應(yīng)可生成。反應(yīng)器部分由容易被酸腐蝕的鐵制成而不用耐腐蝕的其他金屬。優(yōu)點(diǎn)和存在的問題。針對(duì)這些問題，結(jié)合課題需求，對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)處。設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)在一定程度上克服了現(xiàn)有工藝的缺陷。第一章、生產(chǎn)流程綜述···········································································3. 鹽酸的性質(zhì)特點(diǎn)及應(yīng)用································································3. 鹽酸的工業(yè)制法·································································4. 鹽酸的生產(chǎn)工藝············································&#183

　　

【正文】 ―%95%)247。= kmol 設(shè)二段未吸收氣體帶入水蒸氣 X kmol nN2+nH2+nCO2=++= XX ??? X= kmol 所以，二段未吸收氣體帶入尾部塔水分 = kg 排入二段稀酸 H2O： +―= kg d) 尾部塔入口氣體組成 HCl ―%95%=59 kg H2O kg C2O+H2+N2 kg 尾部塔物料平衡表，見表二。 表二 尾部塔物料平衡表 物 料 入 口 （ kg） 出 口 （ kg） HCl 來自二段塔 59 H2 來自二段塔 CO2 來自二段塔 N2 來自二段塔 H2O 來自二段塔 鹽酸 注加水 排入二段稀酸水 鹽酸 HCl 合計(jì) 二段吸收塔的物料平衡 計(jì)算依據(jù) a) 在吸收塔內(nèi)只有 HCl被吸收，其余氣體都不吸收。 17 b) 在二段塔中吸收鹽酸中 HCl含量的 40%氣體，出口溫度 30℃ 進(jìn)塔物料 a) 稀酸 HCl kg H2O kg 見尾部塔稀酸出口量 b) 由一段塔來的 HCl ―%55%= kg c) 一段塔未吸收氣體帶入水蒸氣量 設(shè)：一段塔平均濃度 30%、溫度平均 40℃ 計(jì)算，查化工設(shè)計(jì)手冊(cè)該鹽酸的水蒸氣分壓 togp=―402732422? p== kPa 設(shè)未吸收氣體中含水蒸汽為 X kmol HCl 247。= XX ??? X= kmol = kg d) 不吸收氣體量不變 kg 出塔物料 a) 未吸收氣體 HCl 59 kg 見尾部塔入口 HCl量 H2O kg 見尾部塔入口 H2O 量 b) 二段塔出稀酸 HCl ―%55%―= kg H2O 出二段塔吸收氣體帶入尾部塔水量 kg 尾部塔流出稀酸帶入水量 kg 一段未吸收氣體帶入二段水量 kg 合計(jì)二段稀酸帶出水量 +―= kg 酸濃度： ? 100%=% 二段吸收塔的物料平衡表，見表三。 表三 二段吸收塔的物料平衡表 物料 入 口 （ kg） 出 口 （ kg） HCl 來自尾部塔稀酸 來自一段氣體 進(jìn)入尾部塔量 59 流入一段塔量 H20 來自尾部塔稀酸 來自一段塔 801 二段未吸收氣體帶出 流入一段稀酸含水 CO2+H2+N2 合計(jì) 一段吸收塔物料平衡 18 入塔物料 a) HCl kg H2O kg N2+H2+CO2 kg b) 稀酸 HCl kg H2O kg 出塔物料 a) 成品酸 HCl %= kg H2O 645247。%= kg b) 未吸收氣體 HCl ―%55%= kg H2O kg H2+N2+CO2 kg c) 成品酸濃度 ? 100%=% 一段吸收塔物料平衡表，見表四。 表四 一段吸收塔物料平衡表 物料 進(jìn) 料 （ kg） 出 料 （ kg） HCl 來自二段稀酸 來自合成爐 去成品酸 未吸收氣體帶出 H2O 來自二段稀酸 來自合成爐 成品酸帶出 未吸收氣體帶出 N2+H2+CO2 來自合成爐 去二段吸收塔 合 計(jì) 包裝貯存 入料 ： HCl kg H2O kg 鹽酸： += kg 損失： % 出料： HCl %= kg H2O %= kg 鹽酸： += kg 熱量平衡： 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 合成鹽酸定額： Cl2 kg/t H2 kg/t HCl kg/t 水 kg/t 電 kw/h 19 物料組成： a) Cl2：來自液氯的廢氣 組成： Cl2 80%； CO2 %； H2O %(重 )； H2 %； O2 %； N2 %。 b) H2：來自食鹽電解 組成： H2 98%； N2 %； O2 % c) HCl：來自合成潤滑油及氯化石蠟生產(chǎn)的氯化工序 組成： HCl 95%； Cl2 5% 注： 以上組成百分?jǐn)?shù)除 H2O 為重量百分?jǐn)?shù)外， 其他均為體積百分?jǐn)?shù)。 物料衡算：（以生產(chǎn) 1 噸 %鹽酸為計(jì)算基礎(chǔ)） a) 由 Cl2 帶進(jìn)合成爐的各組份量：查氯堿手冊(cè) P47 各種氣體的密度（ kg/m3） Cl2： ； CO2： ； O2： ； H2： ； N2： ； HCl： Cl2： 147―209247。5%= kg 247。71= kmol 247。247。80%= m3 CO2： %= kg 247。44= kmol H2O： %= kg 247。18= kmol H2： %= kg 247。2= kmol O2： %= kg 247。32= kmol N2： %= kg 247。28= kmol b) 由 H2 帶進(jìn)合成爐的各組份量： H2： ―= kg 247。2= kmol 247。247。98%= O2： %= kg 247。32= kmol N2： 247。247。98%%= kg 247。28= kmol c) 由 HCl帶進(jìn)合成爐的各組份量： HCl： 209247。= kmol Cl2： 209247。5%= kg 247。71= kmol d) 進(jìn)合成爐的各組分氣體總量（以 kmol數(shù)計(jì)） Cl2： ； H2： ； CO2： ； H2O： O2： ； N2： ； HCl： ； 總計(jì) ： kmol e) 出合成爐的各組分氣體總量 （ 以 kmol計(jì) ） 20 Cl2： 0； H2： ； CO2： ； H2O： ； N2： ； HCl： ； 總計(jì)： kmol 計(jì)算： 供給熱 a) 水 1 t 水耗電 kwh 1 kwh=860 kcal 1 kcal= kJ Q1 當(dāng)量 =86012=2064 kcal= kJ Q1 等價(jià) =121512=15012 kcal= kJ b) 電 Q2 當(dāng)量 =8601=860 kcal= kJ Q2 等價(jià) =34331=3433 kcal= kJ c) 燃燒熱 查氯堿手冊(cè) P114: 1/2 H2+1/2 Cl2=HCl+ kcal(25℃ 左右 ) Qa=21000=91328 kcal=382392 kJ 查氯堿手冊(cè) P114： H2+1/2 O2= H2O + kcal Qb=21000=7803 kcal=32671 kJ 查氯堿手冊(cè) P89：氣體比熱（千卡 /公斤 ℃ ） HCl=； Cl2=； H2= 原料進(jìn)爐溫由 ℃ 升到 25℃ 吸收熱量： Qc=(209+147+)(25―)=1281 kcal=5364 kJ Q3=Qa+Qb―Qc=382392+32671―5364=409699 Kj d) 吸收熱： 由化工設(shè)計(jì)手冊(cè) P16212 查得，氯化氫的吸收放熱所得鹽酸的濃度有關(guān)。吸收生成 %濃度的鹽酸時(shí)，放熱為 kcal/kg/水。 Q4=（ 1000―355 ） =138740 kcal=580904 kJ ∑Q 當(dāng)量供 =Q1+Q2+Q3+Q4=++409699+580904= kJ ∑Q 等價(jià)供=Q1+Q2+Q3+Q4=++409699+580904= (1) HCl帶入熱： 查基本有機(jī)化學(xué)工程 P284： HCl(氣 )H0393―H 0298= kcal/mol Qa=1000=6613 kcal= kJ (2) CO2 帶入熱： 查基本有機(jī)化學(xué)工程 P284： CO2 H0393―H 0298= kcal/mol Qb=1000= kcal= Kj (3) H2O 帶入熱： 查基本有機(jī)化學(xué)工程 P284： H2O（氣） H0393―H 0298= kcal/mol Qc=1000= kcal= kJ (4) N2 帶入熱： 21 查基本有機(jī)化學(xué)工程 P284： N2 H0393―H 0298= kcal/mol Qd=1000= kcal= kJ (5) H2 帶入熱： 查基本有機(jī)化學(xué)工程 P284： H2 H0393―H 0298= kcal/mol Qe=1000= kcal= kJ Q6=Qa+Qb+Qc+Qd+Qe=++++= kJ (6) 酸帶出熱： 查氯堿手冊(cè) P89： %鹽酸 40 時(shí) C= kcal/kg Q7=100040―Q14―Q15=24376―74―=15748 kcal= KJ 2 有效熱： a) 燃燒熱 Q3=409699 kJ b) 注加水 酸帶出水分： 100―355=645 kg 尾氣帶出水分：尾部塔出口稀酸的濃度 28%、尾氣溫度 95℃ 。 查化工設(shè)計(jì)手冊(cè) P16177 得， 9 28%鹽酸水蒸汽分壓為：291mmHg()吸收后剩余氣體除水以外的氣 體 mol數(shù)為： n=― ―= kmol 設(shè)尾氣中含 n1 kmol的水 11nnn? = n1= kmol 所以注加水量： 645+18=658 kg Q5=172=113 kcal= kJ c) 冷卻水有效熱 （ 1） 進(jìn)吸收塔熱焓值： 查氯堿手冊(cè) P84 氣體比熱（ kcal/kg℃ ） N2=； H2O=； CO2=； HCl=； H2= 二段吸收塔高度與塔徑的計(jì)算 本段塔為填料塔 幾種常用填料的特性數(shù)據(jù) 填料名稱 尺寸（直徑 高 厚） /mmmmmm 材質(zhì) 及堆積方式 填料因子 ? /m1 拉西環(huán) 2525 2525 5050 50501 瓷質(zhì)，亂堆 鋼質(zhì)，亂堆 瓷質(zhì)，亂堆 鋼質(zhì)，亂堆 450 260 205 175 鮑爾環(huán) 2525 瓷質(zhì)，亂堆 300 22 2525 25（直徑） 5050 鋼質(zhì)，亂堆 塑料，亂堆 鋼質(zhì)，亂堆 160 170 66 階梯環(huán) 25 19 塑料，亂堆 塑料，亂堆 172 115 塔徑 D 的計(jì)算 吸收塔采用 25mm25mm 的瓷質(zhì)拉西環(huán)以亂堆方式填充 混合氣的質(zhì)量流量 ωv=++=混合氣密度 ρV=2 2 .4/ 1 8 .0 3/ 1 .2 5683 2 .6 3/ 1 .9 772 .6 / 0. 0 8 9 864 9 4 .6 8 / 1 .6 ????? =水的密度 ρL=1000kg/m3 則 )(LVVL ????=)(= 由化工原理下冊(cè)圖 318 中的亂堆填料泛點(diǎn)線可查出，橫坐標(biāo)為 時(shí)的縱坐標(biāo)數(shù)值為 ，即 u2maxLVg ????? = 由上表得知， 25mm25mm陶瓷拉西環(huán)（亂堆）的填料因子 ? =450m1；又因液相為清水，故液體密度校正系數(shù) ? =1；水的粘度 ?L=。泛點(diǎn)氣速為 umax=???? ? =0 .211 .5 0 5 114 5 0 1 0 0 09 .8 10 .1 2 2 ??? ??=取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的 70%，即 u===則 D= 3600/?? ? = 圓整塔徑 D=。在計(jì)算空塔氣速，即 u= ?2S/4DV? 2() ???=塔高 H 的計(jì)算 填料層高度 Z的計(jì)算 由該段反應(yīng)溫度 30℃ 查化工原理手冊(cè)第一冊(cè) 1229 氣體亨利系數(shù)表得 : HCL在 30℃ 時(shí)亨利系數(shù) E為 106mmHg E=106247。760= 所以相平衡系數(shù) m= Epyii=iipyy E= pE = = 查化工原理附錄得知， 30℃ 及 的壓 強(qiáng)下空氣的黏度 23 ? =， 密度 ? =。查化工原理下冊(cè)表 22 得知 0℃ 及 時(shí) 氯化氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) D0=10 5? m2 /s,則 30℃ 及 D=D0（pp0）（0 TT ） 23 =10 5? 1( 27330273? )23 =105m2/s 因此 ScG =D??=5 ?? ? = G=ωv/? =247。36004247。247。()2 =（ ） W= L? /? =247。36004247。247。()2 =（ ） HG = )(ScWG ??? 由化工原理下冊(cè)表 27 中查出相應(yīng)的常數(shù)值，得到 HG = () 0 .50 .5 1 (1 .0 5 0 )(4 .4 8 1 ) ? = 則 kYa=?GHV= （ ） 查上冊(cè)附錄得知， 30℃ 下水的密度 ? =,黏度 L? =；又查化工原理下冊(cè)表 23 得知， 30℃ 下氯化氫在水中（稀溶液）的擴(kuò)散系數(shù)D=109 m2/s。因此 ScL =39。LD??=9 ?? ? = 將各已知值帶入式 HL = LL )(Sc)W( ??? 查化工原理下冊(cè)表 28 的相應(yīng)的常數(shù)值，得到 HL =103 0 .50 .2 25 ( 30 4 .6 )) 4 .4 8 1( ??= 則 kx a=?LHL= （ m3 .s） 根據(jù)吸收總系數(shù)與膜系數(shù)的關(guān)系可知 aK1Y=ak1y+akmx= 1 ? =+= K Y a= =（ m3 .s） =（ m3 .h) 對(duì)于吸收操作，用傳質(zhì)單元法計(jì)算填料層高度 V=++=L=22 ???? ?? = S= ?Lmv 24 清水吸收， X2 =0,Y*2 =0 AA11*22*211 1)(1Y YYY YY ?? ?? 吸收率 A? = %100 ?=% 則 ????? 16 .41aK VH YOG N OG = 0 . 4 3 6 ]0 . 8 8 11 10 . 4 3 6 )ln [ ( 10 . 4 3 61 1S]YY YYS)1ln [ (S1 1 *22*21 ????? = Z=HOG N OG == 實(shí)裝填料層高度 Z39。 === 液相噴 淋裝置 填料塔的液相噴淋是十分重要的，它直接影響到塔內(nèi)填料表面的利用率。噴淋裝置的結(jié)構(gòu)形式很多。本設(shè)計(jì)選擇蓮蓬式噴灑器。 蓮蓬高度 y=（ ～ ） D 所以 y=400=280mm 除霧器 一般情況下，由拉西環(huán)填料塔出來的氣相中不含有大量霧沫夾帶（因?yàn)檫@種塔中允許的空塔氣速不大）不需考慮除霧問題，但在有些情況下，例如塔頂?shù)囊后w噴淋裝置產(chǎn)生濺液現(xiàn)象較嚴(yán)重，操作中的空塔氣速過大，或者工藝過程不允許出來的氣相中夾帶霧滴，此時(shí)則需考慮除霧裝置。本設(shè)計(jì)選擇折板除霧器。 查化工原理手冊(cè)得知除霧板由 50503 的角鋼組成 所以除霧器高 50mm 所以吸收塔高 H=Z+y+50=810+280+50=1140mm= 25 第四章、 設(shè)計(jì)結(jié)果與總結(jié) 主要設(shè)備表 表 41 主要設(shè)備表 設(shè)備代號(hào) 設(shè)備名稱 BA101～ 106 裂解爐 DA101 初分餾塔 DA102 燃料油汽提塔 DA103 酸水汽提塔 E107 急冷油換熱器 E110 急冷水空冷器 E112 冷卻器 E114 稀釋蒸汽發(fā)生器 S101A,B 過濾器 廢熱鍋爐 R101A,B 貯罐 設(shè)計(jì)結(jié)果 （ 1）本文以現(xiàn)采用的生產(chǎn)高純鹽酸的裝置為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了年產(chǎn) 10 萬噸鹽酸生產(chǎn)裝置及吸收工序、二段吸收工序，得出主要結(jié)論如下： 產(chǎn)品純度 ： % 二段吸收塔為填料塔 二段進(jìn)塔物料： 二段生成鹽酸量： 塔高： 塔徑： 設(shè)計(jì)結(jié)果說 明 本設(shè)計(jì)采用填料塔作為鹽酸的吸收塔使用，由于二段吸收過程中有一定的熱量產(chǎn)生，使部分鹽酸液體重新氣化為氣 體，所以對(duì)整體鹽酸生產(chǎn)產(chǎn)出造成一定幅度的減產(chǎn)。 所以在塔得外壁接通橫向水冷器，以起到吸收反應(yīng)熱的作用，加大吸收塔的吸收率。 26 致 謝 參考文獻(xiàn)