中南大学大四课程设计盐酸生产工艺设计答辩ppt演示文档

,应化XXXX,年产10000t 31%盐酸的工业设计,讲述人：,中南大学化工计算与工艺设计,设计,指导老师|,2017年9月15日,|,目录 Contents,PART 01项目总论,PART 02设计方案,PART 03工艺计算,PART 04设备选型,PART 05设备布置,PART 06环境与安全,项目总论,第一部分,项目背景,任务要求,目前国内外对于制备高纯度氯化氢的方法很多。例如，解吸法，盐酸脱析法，合成法，工业副产酸脱析法，石油化工副产氯化氢提纯法等。就目前工业上的合成来说，合成法成为世界各国生产盐酸的主要方法。我国在合成氯化氢气体的生产过程中不断进行改革创新，积极主动学习国外先进工艺流程。目前，由于三合一合成炉的广泛使用，生产效率大幅度提高，也使得氯化氢及盐酸的合成工艺达到了一个新的高度。, 设计任务：1.生产能力：10000 t/a 31% 的盐酸。2.生产原料：原料氢气组成（体积百分数）：H2 90.2%；N2 1.5%；O2 0.6%；其余为水。原料氯气组成（体积百分数）：Cl2 74%；H2 2%；CO2 5.5%；N2 15%；其余为水。,年工作日为300d；每日工作时间24h,第二部分,生产方法选择,工艺流程,设计方案,合成法成为世界各国生产盐酸的主要方法,直接合成法分两步： 氯气与氢气作用生成氯化氢气体，本项目中采用燃烧法合成氯化氢气体。 用水吸收氯化氢气体生产盐酸。合成氯化氢的反应如下： Cl2+H22HCl,合成炉,B,A,C,“二合一”炉合成、冷却在炉体内完成, 吸收在炉体外进行, 既可以生产氯化氢气体, 又可以部分吸收生产盐酸,可以满足不同的需要。,石墨“三合一”炉具有结构紧凑、传热效率高、拆装检修方便、使用寿命长、操作弹性强、盐酸质量好等优点, 被广泛采用。,铁合成炉由于生产过程中产生的大量热量直接在空气中冷却, 造成操作环境温度高, 盐酸产品中铁离子的含量高,质量低,已被许多的企业淘汰。,三合一炉合成法 由氯氢处理来的氯气和氢气分别经过氯气缓冲罐、氢气缓冲罐、 氯气阻火器 , 氢气阻火器, 在三合一炉顶部燃烧生成氯化氢气体, 再通过三合一炉的冷却吸收段, 由尾气回收塔来的稀酸吸收成浓盐酸, 尾气由三合一炉底部封头侧上部出来进入尾气塔。经过计量后的纯水,由尾气回收塔顶部进入, 吸收尾气中的氯化氢变成稀酸后,作为 吸收液进入三合一炉。尾气回收塔顶部出来的不溶性气体 (尾气), 用水力喷射器抽出,再经尾气液封罐分离, 尾气经排空管排入大气中,下水可流入下水道, 也可用泵加压,循环用于水力喷射器 , 再作为工业盐酸的吸收水 。氯化氢的燃烧热和溶解热可用冷却水带走 。,三合一炉合成法,第三部分,物料衡算,能量衡算,工艺计算,每天理论盐酸产量：10000/300=33.3（t/d)根据每天盐酸的产量，我们选择了SHL-50的合成反应炉，设计了产量为35t/d的合成炉反应器。设定合成炉内吸收率为83%，故每天实际氯化氢产量：35*1000/24*0.31/0.999/0.83=545.2239（kg/h）=14.9536（kmol/h）,1.总吸收率为97.45%；3.进炉氢氯比为1:1.2；2.贮存和包装损失为0.1%；4.假设氯气与氢气完全反应。,合成炉合成段物料衡算总结表,出合成炉吸收段氯化氢气体： 545.2239（1-83%）=92.6881 (kg/h)=2.5421（kmol/h）,出合成炉吸收段水蒸气质量：假设出塔盐酸平均浓度31%、温度平均40计算，查化工设计手册该盐酸的水蒸气分压,p=17.05mmHg=2.27 kPa,x=0.1326kmol18.01570.1326=2.3881 （kg/h）0.132822.4=3.4510 （m3/h）,设未吸收气体中含水蒸汽为x kmol,吸收,1、三合一炉合成段：进口温度25，出口温度400。2、三合一炉冷却吸收段：进口温度400，出口温度40。3、尾气吸收塔：进口温度40，出口温度30。4、标准大气压100kPa，25的焓为零做基准。,本设计中涉及的气体组分众多，采用统一基准焓法的特点是不必分成一系列分过程，只要直接根据各种气体统一基准焓表计算出各物质的始态焓、终态焓，二者相减即可得出过程所发生的热量变化，而不需要考虑过程的显热、潜热和反应热，因此统一基准焓法可以简化计算过程。 由于反映热是随温度变化的，任意温度下的反应热应该有标准反应热加上从298K到温度T之间的焓变来取得，本设计规定25（298K）100KPa的焓为零做基准。,计算方法,焓值计算数据表如下：（单位kJ/mol）,合成炉进口各股气体总能量 合进=-405397.488 kJ/h合成炉合成段出口各股气体总能量 合出=204960.974 kJ/h合成炉尾气出口各股气体总能量合尾=1903.8780 kJ/h尾气吸收塔排空口各股气体总能量排空=250.1945 kJ/h回流稀酸的总能量稀酸=3.47*303*（1006.25+92.6881*0.85）=1140816.501 kJ/h出合成塔成品酸酸的总能量成品酸=2.48*313*（1006.25+92.6881*0.85+545.2239*0.83）=1193523.902 kJ/h,合成炉能量衡算Q=出口-进口=（成品酸+合尾）-（稀酸+合进）=460008.767kJ/h即合成炉每小时放出460008.767kJ热量 合成炉需要的冷却水：取冷却水进口温度为25，出口温度为75，水温的平均值为50，Cp=4.178kJ/（Kg）Q冷却Cp，H2O(55-30)= 460008.767(4.17850)=2200.999 (kg/h)尾气吸收塔能量衡算Q=出口-进口=（稀酸+排空）-（合尾+软化水）=120259.682kJ/h即尾气吸收塔每小时放出120259.682kJ热量 尾气吸收塔需要的冷却水：取冷却水进口温度为25，出口温度为35，水温的平均值为30，Cp=4.178kJ/（Kg）Q冷却Cp，H2O(55-30)= 120259.682(4.17810)=2878.403 (kg/h),第四部分,反应器选择,关键设备设计与计算,设备选型一览表,设备选型,（1）具有适宜的流体力学条件，流动性能好，有利于热量传递和质量传递；（2）合理的结构，能有效的加速反应；（3）保证压力和温度符合操作条件；（4）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。,经计算每天合成塔的生产量为33.3t/d，故选用生产量为35t/d的型号为SHL-50的三合一合成炉。,本项目选用尾气吸收塔作为关键设备进行设计与计算，该塔为填料塔，吸收塔采用25mm25mm2.5mm的瓷质拉西环以乱堆方式填充。,数据来自化学工艺手册、天津大学出版化工原理下册附录等,式中：D 塔径，m; Vs气体体积流量，m3/s; u 操作空塔气速，m/s,混合气密度V=1.2525kg/m3 水的密度L=1000 kg/m3，则,=,=0.215,由化工原理下册图8-23中的散装填料泛点线可查出，横坐标为0.215时的纵坐标数值为0.04。即由公式计算出空塔气速，取空塔气速为泛点气速的70%，即可计算出塔径D=0.3m,最后计算得实装填料层高度Z =0.1016m因氯化氢吸收是化学吸收，而不是物理吸收，数据计算结果异常属正常现象，本项目合理取填料塔的塔高Z=3.1m。,关键设备图,第五部分,设备布置要求,本工艺设备布置,设备布置,考虑因素,设备布置图平面图,设备布置图剖视图,第六部分,环境保护,卫生安全,环境与安全,废气中含有二氧化碳、氢气、氮气、水，以及微量的氯化氢气体，采用水吸收法方式进行废弃的处理从尾气吸收塔出来的尾气 中 HCl的约为199mg/L,工艺用水中冷却水可以循环使用，吸收用水基本不产生废水。,工艺生产过程中没有固体产生。,反应器以及吸收塔产生的热量让冷却水带走，经过热交换可将废热收集利用。,氢气易燃易爆，同时反应器内反应过于剧烈也会产生爆炸；故生产操作时需要严格按照操作规程，同时生产使用的电