【正文】 計算 ........................................... 36 .................................. 36 ........................................ 37 一段降膜吸收塔換熱面積 計算 ..................... 37 二段降膜吸收塔換熱面積計算 ..................... 37 第六章 設計結論 ........................................... 39 參 考 文 獻 ............................................... 40 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 目錄 致 謝 .................................................... 41 沈陽化工大學 科亞學院學士學位論文 引言 1 引 言 在我國的 “三酸兩堿 ”生產(chǎn)中，鹽酸是生產(chǎn)工藝變化較大的一種。改革開放后，隨著我國氯堿工業(yè)和鹽酸下游行業(yè)的迅速發(fā)展，為我國的鹽酸工業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和空間，在生產(chǎn)方面，除氯堿行業(yè)外，化肥、農(nóng)藥、聚酯等行 業(yè)作為副產(chǎn)鹽酸的新生力量發(fā)展迅猛 ??1 。1986 年，我國鹽酸產(chǎn)量首次突破 200 萬噸大關， 1993 年突破 300 萬噸大關， 2020 年達到 萬噸， 2020 年達到 萬噸，規(guī)模遞增的速度越來越快。此間，美國、日本、加拿大、德國等產(chǎn)量也均超過 500 萬噸，而且都是以副產(chǎn)品鹽酸為主 ??2 。與此同時，鹽酸的產(chǎn)品結構、生產(chǎn)技術水平也有了突飛猛進的進步。氯化氫（ HCl），在某些火山噴出的氣體中曾大量發(fā)現(xiàn)。據(jù)推測，在地球的原始大氣層中含有 20:3:1 比例的 2HO、 2CO 和HCl ，因此原始海洋亦含有相當濃度的氯化氫，它溶解一些礦物成為今天海洋的鹽分。因此，鹽酸的 用途非常的廣泛 。 1650 年前后 Glauder 開發(fā)用硫酸分解食鹽的制法。 1810 年 Davy證明其為氧與氫的化合物 [3]。該法用硫酸鈉、石灰石和制造純堿。由于法國革命，工廠在 1793 年關閉。開始時副產(chǎn)的氯化氫氣體用 150m高的煙筒排放空中，但因其相對密 度較大，已構成霧幕下降，對植物造成嚴重損害。 1863 年英國政府頒布了世界上第一個有關環(huán)境保護法的堿工業(yè)法令，限各工廠必須將產(chǎn)生的氯化氫氣體回收 95%以上，并規(guī)定排出氣體中氯化氫含量不得超過 。由于紡織工業(yè)的發(fā)展需用大量的漂粉，許多鹽酸便被二氧化錳氧化用來制造氯氣，作為漂粉的原料。后來通過 1866年的 Weldon法和 1870年的 Deacon法提高了氯氣回收率和原料的利用率，大大降低了成本，正適應英國紡織工業(yè)發(fā)展的需要。第一次世界大戰(zhàn)后各國紛紛調整其工業(yè)結構。 第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工和塑料等聚合物工業(yè)的迅速發(fā)展，使氯化氫和鹽酸生產(chǎn)路線又起了變化。從 70 年代后期以來，由于越來越多的國家對氟氯烴產(chǎn)品的生產(chǎn)陸續(xù)加以限制，副產(chǎn)氯化氫產(chǎn)量的比例持續(xù)下降，而合成氯化氫的產(chǎn)量則有所上升。氯化氫氣體冷卻后被水吸收成為鹽酸。在生產(chǎn)上，往往采取使另一種原料過量的方法使有害的、價格較昂貴的原料充分反應。 鹽酸的生產(chǎn) 合成工業(yè)的飛速發(fā)展，綜合利用有機化合物在氯化過程中大量產(chǎn)生的氯化氫氣體，用來生產(chǎn)副產(chǎn)品鹽酸成為大勢所趨。在我國生產(chǎn)鹽酸也有近 70 年的歷史了，鹽酸的生產(chǎn)一般都包括氣體的產(chǎn)生、冷卻、吸收。隨著有機家中，副產(chǎn)品鹽酸的產(chǎn)量已經(jīng)超沈陽化工大學學士學位論文 第一章 文獻綜述 4 過合成法生產(chǎn)的鹽酸，時至今日副產(chǎn)鹽酸依然是鹽酸工業(yè)中性價比和資源利用效率最高的工藝路線。 （ 2）石墨爐合成、水冷、風冷、絕熱吸收、膜式吸收。 近年來，我國多數(shù)廠家均走過了鐵爐、水冷、風冷、石墨冷、絕熱吸收或膜式吸收 , 近而改為 “三合一 ”生產(chǎn)工藝。 “三合一 ”爐生產(chǎn)鹽酸 , 自投運以來，由于存在諸多因素防腐材料及技術不過關 , 真正堅持下來 , 并且發(fā)揮 作用的生產(chǎn)廠家極少。但由于該工藝結構緊湊 , 占地面積小 , 生產(chǎn)彈性大等諸多優(yōu)點。 圖 11 鹽酸的生產(chǎn)工藝流程圖 從目前的生產(chǎn)設備看 , 主要設備是合成爐 , 其次是尾氣吸收塔 , 稀酸槽罐緩沖器、冷卻塔、循環(huán)水池等。 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 文獻綜述 5 本文研究主要內(nèi)容如下： （ 1）通過對現(xiàn)有的鹽酸生產(chǎn)設 備及工藝進行優(yōu)化選擇，設計年產(chǎn) 6000噸鹽酸的生產(chǎn)工序； （ 2）針對目前的鹽酸生產(chǎn)企業(yè)普遍存在的鹽酸吸收工藝的不足之處，設計鹽酸吸收工段及三段吸收工藝。隨著環(huán)境保護保護要求的日益提高，對生產(chǎn)系統(tǒng)尾氣的排放更加嚴格，那些高能耗、高污染，低產(chǎn)出的企業(yè)最后必將被淘汰。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)濟效益，同時符合我國的建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的基本國家方針政策 。 吸收工藝流程簡述 從氫氣處理工序送來的氫氣經(jīng)緩沖罐和阻火器后，與從液氯工序送來的氯氣體積分數(shù)大于 70％的氯氣同時進入鹽酸合成爐下部的燈頭內(nèi)燃燒，生成氯化氫氣體。氯化氫氣體通過空氣冷卻至 45℃ 左右后，進入降膜吸收器， 被由尾氣塔過來的稀酸吸收，產(chǎn)出質量分數(shù)為 ％～ ％ 的成品酸。 吸收過程存在的問題 經(jīng)查閱國內(nèi)外文獻資料分析總結，通常情況下，鹽酸吸收系統(tǒng)存在的問題主要有以下幾點： 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 文獻綜述 6 (1)氯化氫氣體夾帶有大量水霧、泡沫，進入吸收器后，影響到氯化氫與列管水膜的充分接觸，且鹽酸生成時產(chǎn)生的熱量不易移走，以致吸收效率不高。 (3)舊鹽酸吸收系統(tǒng)的洗滌塔、清洗塔、回收塔等設備全部采用玻璃鋼材料制作，投資成本高，且設備制作周期長。 鹽酸的密度隨濃度增加而上升，隨 溫度 的增加而降低， 20℃ 時 %鹽酸密度為， %的鹽酸密度為 。 表 21 恒沸點組成．沸點溫度隨壓力變化表 項目 數(shù)據(jù) 壓力 KPa 700 740 760 800 恒沸點 壓力 KPa 化學性質 鹽酸能與酸堿指示劑反應；和堿發(fā)生中和反應，生成氯化物和水；能 與活潑金屬單質反應，生成氫氣；能和金屬氧化物反應，生成鹽和水；和鹽反應生成新酸和新鹽；與大部分碳酸鹽和碳酸氫鹽反應生成二氧化碳和水；具有還原性等。 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 產(chǎn)品性質及其它 9 b) 石油井的酸化，許多油田是石灰?guī)r和沙石巖組成。 c) 礦產(chǎn)品的加工。 e) 烯烴、炔烴的加成反應。 g) 其它用途，用于染料工業(yè)、制革工業(yè)、印染工業(yè)及食品、醫(yī)藥工業(yè)等。 b) 副產(chǎn)鹽酸按 Q/SHG． J 0 21 1 7 執(zhí)行。 ⑵ 產(chǎn)品包裝貯運 成 品 進入鹽酸貯罐，根據(jù)包裝容器的具體情況，開動酸泵，直接裝入火車槽車或者汽車槽車，運往廠外，也可用酸泵打至高位槽供廠內(nèi)生產(chǎn)使用。 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 產(chǎn)品性質及其它 10 表 25 不同溫度的氯氣溶解度 溫度 (℃ ) 0 20 30 40 50 60 70 80 90 下 1 升水中溶解氯氣（克） 表 26 氯氣在不同壓力下液化溫度 表壓（ M Pa） 0 液化溫度 (℃ ) 25 15 5 0 5 10 氯氣對人體的侵害隨濃度不同而差異甚大。 氯氣化學性質活潑，易與大多數(shù)金屬及非金屬化合生成各種化合物，在氫氣中燃燒生成氯化氫。 氫氣在 氧氣中的爆炸范圍為 5%%，在空氣中的爆炸范圍 5%%，生產(chǎn)中應特別注意防止爆炸事故發(fā)生． 氫氣能和一些強氧化劑作用，以致發(fā)生強烈反應。 Cl.+H2 ? HCl +H． H. +Cl2 ? HCl +C1． c) 鏈終止，當受到外界能與 ，游離基便失去活性而使鏈終止。一般說來兩個簡單的游離基互相碰撞時是不能合并的，即 ② 式的終止是不存在的 。含氯的副產(chǎn)鹽酸氣采取燃燒法進行凈化處理。氯化氫被水或稀鹽酸吸收后，就可制成鹽酸。而我們氯化氫工段采用的是電解產(chǎn)品氯氣和氫氣直接合成鹽酸的。 氫氯燃燒化合采取氫氣 過剩，并 出 燃燒器 在 合成爐內(nèi)進行，在反應生成的火焰中完成生成氯化氫的反應，火焰最高為 1400℃ ，合成的氯化氫和經(jīng)燃燒處理的氯化氫經(jīng)合成爐爐壁散熱，出合成爐氣體 的溫 度在 400500℃ 左右，由爐頂出口進入散熱器，采用空氣自然冷卻。 在一段吸收塔不能吸收的氣體與少量吸收的氯化氫由膜式塔底部排出，經(jīng)過上 升管引至二段膜式吸收塔頂部，與尾部吸收塔流出的稀酸在管內(nèi)并流向流動吸收，制得的稀酸由底部流出進入一段吸收塔頂部。 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 產(chǎn)品性質及其它 13 產(chǎn)品的貯存輸送和包裝 當酸貯缶液面接近 米時，應另換其它空槽，根據(jù)包裝容器的具體情況，開動酸泵，直接裝入火車槽車，或者汽 車槽車運往廠外，也可用酸泵打至高位槽供廠內(nèi)生產(chǎn)使用。 安全生產(chǎn)基本原則 基本原則 操作人員必須正確使用所規(guī)定的方法操作。 安全檢修 ⑴ 定期檢查各控制閥門，指示儀表，防火防爆裝置必須保持靈敏。 防火防爆 ⑴ 加強操作、搞好設備維護，防止易燃、易爆和有毒物質外冒，保護勞動環(huán)境 ，防止人氣污染。 ⑶ 氫氣設備管線必須有靜電防護。 ⑵ 堅守工作崗位，不違章作業(yè)，發(fā)現(xiàn)隱患及時排除和報告，確保安全生產(chǎn)。 環(huán)保指標 尾氣 HCI 含量 ≤400mg/m3 下水 PH 6—9沈陽化工大學學士學位論文 第三章 物料衡算 15 第三章 物料衡算 基礎數(shù)據(jù) a) 生產(chǎn)規(guī)模 :年產(chǎn) 6000 噸 b) 生產(chǎn)時間：年開工 300 天，日開工 24 小時 . c）產(chǎn)品要求： 31% d) 儲存及包裝損失： % e) 進爐 22:Cl H 范圍： 1: f) 一段吸收塔吸收率為： 50% 二段吸收塔吸收率為： 45% 三段吸收塔吸收率為： 5% g) 原料組成（干基）： 表 31 原料組成（干基） 名稱 Cl2 H2 CO O2 N2 CO2 含量 95% % % % % % 表 32氫氣原料組成（干基） ② 名稱 H2 O2 N2 含量 98% % % 注： ① H2O（ g） 重量百分含量 % ② H2O（ g） 含量按與所在地大氣壓平衡水蒸汽分壓計算 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 物料衡算 16 合成爐物料衡算 出爐氯化氫的量 6 0 0 1 0 0 0 0 . 3 1 2 5 8 . 7 2 1 3 7 . 0 9 5 83 0 0 2 4 ( 1 0 . 1 % ) ( 1 0 . 0 5 % ) k g h k m o l h?? ??? ? ? ? ? 滿足生產(chǎn) 2Cl 的量 21 3 .5 4 7 9 2 5 1 .5 6 9 12Cln H Cl k m o l h k g h? ? ? 進合成爐 2H 的量 ⑴ 原料 2H 帶入 2H 的量 2239。7 .5 8 1 3 0 .0 0 4 0 0 .0 3 0 9 0 .0 0 1 098%on k g h k m o l h?? ? ? ⑵ 原料 2Cl 帶入 2O 的量 2 22 5 1 .5 6 9 1 0 .0 0 5 0 .0 4 1 4 1 .3 2 4 095%on k m o l h k g h?? ? ? ? 2 0 . 0 4 1 4 0 . 0