年产10万吨盐酸装置吸收课程设计.doc

1 年产年产 10 万吨盐酸装置吸收工序工艺设计万吨盐酸装置吸收工序工艺设计 内容摘要内容摘要：盐酸广泛用于钢铁、电镀和钢铁结构件的酸洗过程中，同时也 用于化学制药、稀土生产等行业 。铁合成炉生产盐酸是目前国内大多数氯碱 厂普遍应用的生产技术 , 其吸收工艺虽几经变革 , 目前大都采用降膜塔、填 料塔二级或三级吸收法制盐酸 。本设计中的反应器部分由容易被酸腐蚀的铁 制成而不用耐腐蚀的其他金属 。 本文综述了国内外盐酸生产方面的现状及进展，分析了现有装置的优点和 存在的问题。针对这些问题，结合课题需求，对现有的生产工艺进行了改进处 理，设计了盐酸装置的生产工艺，完成了盐酸生产后期的吸收工段、二次吸收 工序的设计，这些设计在一定程度上克服了现有工艺的缺陷。 关键词：关键词： 盐酸 工艺设计 2 An annual output of 50000 tons of hydrochloric acid device absorption process process design Abstract: Hydrochloric acid is widely used in steel, electroplating and steel structure in the process of the acid, Also used to chemical medicine, rare earth in production, etc. Iron synthesis furnace production hydrochloric acid is the present domestic most LvJianChang general use in production technology, Though the absorption process several change, At present most used falling film tower, packed tower level 2 or 3 absorb legal hydrochloric acid.l The design of the reactor in part by the easy to acid corrosion of metal into and not the other metal corrosion. This paper reviewed the hydrochloric acid production status and progress, Analyzes the advantages of existing units and the existing problems. To solve these problems, the demand with subject, the existing production technology was improved processing, design the hydrochloric acid device production craft, completed the hydrochloric acid production later absorption section, secondary absorption process design, the design to a certain extent the process of the existing overcome defects. Keywords: hydrochloric acid Process design 3 引引 言言.6 第一章、第一章、 综述综述.7 1.1 盐酸的性质特点及应用7 1.2 盐酸的工艺历史7 1.3 盐酸的生产工艺8 1.4 盐酸吸收工艺及存在问题9 1.4.1 盐酸吸收系统的作用.9 1.4.2 吸收工艺流程简述.9 1.4.3 吸收过程存在的问题.9 1.5 本文研究主要内容及意义10 第二章、第二章、 盐酸生产工艺流程及改进设计盐酸生产工艺流程及改进设计.11 2.1 产品性质11 2.1.1 物理性质.11 2.1.2 化学性质.11 2.1.3 产品规格.11 2.1.4 主要指标测定方法.12 2.1.5 产品性能与用途.12 2.1.6 产品包装、运输及贮存.12 2.2 主要原料性能与规格12 2.2.1 原料的理化性质.12 2.3 各主要生产工艺过程的基本原理13 2.4 生产工序及生产流程说明14 2.4.1 氯化氢合成.14 2.4.2 氯化氢的吸收.14 2.4.3 产品的贮存输送和包装.15 2.5 安全生产基本原则15 2.5.1 基本原则.15 2.5.2 压力容器安全使用条件.15 2.5.3 安全检修.15 2.5.4 防火防爆.15 2.5.5 主要安全技术指标.15 2.5.6 工业卫生及防护.15 2.5.7 废气来源及特性.16 2.5.8 废液来源及特性.16 4 2.5.9 环保处理措施.16 2.5.10 环保指标.16 2.6 产品主要消耗定额16 2.6.1 产品消耗定额的计算基础及计算原理.16 2.6.2 副产品及排放物的处理.16 2.7 设备16 2.7.1 设备工艺要求.16 2.7.2 设备能力核算及平衡.17 第三章、第三章、 盐酸生产装置的物料及能量衡算盐酸生产装置的物料及能量衡算.18 3.1 物料衡算18 3.1.1 合成炉物料衡算计算依据.18 3.1.2 计算.18 3.1.3 进出合成炉气体.19 3.1.4 尾部吸收塔物料平衡.20 3.1.5 二段吸收塔的物料平衡.21 3.1.6 一段吸收塔物料平衡.22 3.1.7 包装贮存.23 3.2 能量衡算23 3.2.1 基础数据.23 3.2.2 计算.24 第四章、第四章、 吸收塔的设计吸收塔的设计.27 4.1 二段吸收塔高度与塔径的计算27 4.1.1 塔径D的计算.27 4.1.2 塔高H的计算.28 4.2 液相喷淋装置29 4.3 除雾器29 4.4 二段吸收塔塔高30 第五章、第五章、 设计结果与总结设计结果与总结.31 5.1 主要设备表31 5.2 设计结果31 5.3 设计结果说明31 第六章、第六章、 盐酸生产工艺流程简图盐酸生产工艺流程简图.32 参考文献参考文献.32 5 引引 言言 在我国的“三酸两碱”生产中，盐酸是生产工艺变化较大的一种。1949 年我国盐 酸产量仅 0.3 万吨，全部采用合成法生产，其应用领域也极为单一，主要用作化学 试剂及食品等很少几个领域。改革开放后，随着我国氯碱工业和盐酸下游行业的迅 速发展，为我国的盐酸工业提供了良好的发展环境和空间，在生产方面，除氯碱行 业外，化肥、农药、聚酯等行业作为副产盐酸的新生力量发展迅猛。在消费领域， 随着有机合成工业的发展，盐酸的应用领域也获得了极大开拓，用途更加广泛，制 药、矿石选矿处理、化工、饲料添加剂、净水剂、稀土等下游行业对盐酸的需求量 增长迅猛。1986 年，我国盐酸产量首次突破 200 万吨大关，1993 年突破 300 万吨大 关，2000 年达到 442.11 万吨，2006 年达到 730.58 万吨，规模递增的速度越来越快。 尤其值得一提的是，1990 年我国 262.3 万吨的盐酸总产量中，副产盐酸已占到 142.65 万吨，首次超过合成法盐酸，表明盐酸产品结构和技术水平有了质的跨越。 此间，美国、日本、加拿大、德国等产量也均超过 500 万吨，而且都是以副产品盐 酸为主。 经过 60 年的发展，我国盐酸工业目前已演变为副产酸占主导地位，并跻身世界 盐酸生产大国行列。与此同时，盐酸的产品结构、生产技术水平也有了突飞猛进的 进步 6 第一章、第一章、 综述综述 1.1 盐酸的性质特点及应用盐酸的性质特点及应用 盐酸，学名氢氯酸，是氯化氢（化学式：HCl）的水溶液，相对密度为 1.20， 无色或微黄色易挥发性液体，有刺激性气味，是一元酸。氯化氢（HCl） ，在某些火 山喷出的气体中曾大量发现。盐酸是氯化氢的水溶液，是强酸，具有酸的通性，在 哺乳动物的胃液中也有微量存在。据推测，在地球的原始大气层中含有 20:3:1 比例 的 H2O、CO2和 HCl，因此原始海洋亦含有相当浓度的氯化氢，它溶解一些矿物成 为今天海洋的盐分。 主要用于生产各种氯化物；在湿法治金中提取各种稀有金属；在有机合成、 纺织漂染、石油加工、制革造纸、电镀熔焊、金属酸洗中是常用酸；在有机药物 生产中，制普鲁卡因、盐酸硫胺、葡萄糖等不可缺少；在制取动物胶、各种染料 时也有用武之地；在食品工业中用于制味精和化学酱油；医生还直接让胃酸不足 的病人服用极稀的盐酸治疗消化不良；在科学研究、化学实验中它是最常用的化 学试剂之一。因此，盐酸的制法工艺具有十分重要的意义。 1.2 盐酸的工艺历史盐酸的工艺历史 15 世纪意大利的手稿中记载如何制成盐酸，但这种水溶液在此前就为炼金术师 所使用，那是将食盐和硫酸铁共同蒸馏发生的气体溶解于水而成。1650 年前后 Glauder 开发用硫酸分解食盐的制法。1772 年 Priestley 最先捕集到氯化氢气体制 得纯盐酸并试验其性质。1810 年 Davy 证明其为氧与氢的化合物。 1791 年法国的科学家获得路布兰制碱法的专利，拥有日产 250300kg 的工厂。 该法用硫酸钠、石灰石和制造纯碱。但欧洲缺乏天然的硫酸钠矿，因此用硫酸和食 盐为原料制造硫酸钠并副产盐酸。由于法国革命，工厂在 1793 年关闭。爱尔兰人趁 英国政府取消重盐税之机会采用路布兰法于 1823 年在英国设厂。开始时副产的氯化 氢气体用 150m 高的烟筒排放空中，但因其相对密度较大，已构成雾幕下降，对植 物造成严重损害。1836 年采用焦炭为填料的洗涤塔用水吸收此气体以减少工厂对周 围的影响。1863 年英国政府颁布了世界上第一个有关环境保护法的碱工业法令，限 各工厂必须将产生的氯化氢气体回收 95%以上，并规定排出气体中氯化氢含量不得 超过 0.454g/m3。 早期盐酸的用途不大，市场需求量很少。由于纺织工业的发展需用大量的漂粉， 许多盐酸便被二氧化锰氧化用来制造氯气，作为漂粉的原料。 MnO2+4HClMnCl2+Cl2+2H2O 这还仅有一半的氯化氢未加利用，而且二氯化锰没有工业用途，致使漂粉成本 很高。后来通过 1866 年的 Weldon 法和 1870 年的 Deacon 法提高了氯气回收率和原 料的利用率，大大降低了成本，正适应英国纺织工业发展的需要。 自 1895 年食盐溶液电解法制氯和烧碱工业化以来，盐酸可以用电解产生的氯和 氢直接合成。第一次世界大战后各国纷纷调整其工业结构。1923 年英国最后一个路 7 布兰制碱法的工厂关闭，盐酸的生产逐渐为直接合成法所代替。 第二次世界大战以后，石油化工和塑料等聚合物工业的迅速发展，使氯化氢和 盐酸生产路线又起了变化。总的来说，副产氯化氢和盐酸产量比重增大，而合成盐 酸的比重下降。从 70 年代后期以来，由于越来越多的国家对氟氯烃产品的生产陆续 加以限制，副产氯化氢产量的比例持续下降，而合成氯化氢的产量则有所上升。 工业上制取盐酸时，首先在反应器中将氢气点燃，然后通入氯气进行反应，制 得氯化氢气体。氯化氢气体冷却后被水吸收成为盐酸。在氯气和氢气的反应过程中， 有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，防止了对空气的污染。在 生产上，往往采取使另一种原料过量的方法使有害的、价格较昂贵的原料充分反应。 然后用水吸收生成的氯化氢气体，其中氯化氢是在合成塔里合成的。 1.3 盐酸的生产工艺盐酸的生产工艺 自 1772 年由 Priesly 最先搜集到氯气和氢气制得纯盐酸并试验其性质，至今有 230 多年的历史了。在我国生产盐酸也有近 70 年的历史了，盐酸的生产一般都包括 气体的产生、冷却、吸收。盐酸工业的生产工艺主要有合成法和副产法。随着有机 合成工业的飞速发展，综合利用有机化合物在氯化过程中大量产生的氯化氢气体， 用来生产副产品盐酸成为大势所趋。从上世纪 50 年代开始，在工业发达国家中，副 产品盐酸的产量已经超过合成法生产的盐酸，时至今日副产盐酸依然是盐酸工业中 性价比和资源利用效率最高的工艺路线。 从我国目前的生产工艺看, 主要有以下几种： （1）铁炉合成、风冷、水冷、石墨冷、绝热吸收、膜式吸收。 （2）石墨炉合成、水冷、风冷、绝热吸收、膜式吸收。 （3）合成、冷却、吸收为一体的“ 三合一”炉生产，该工艺最为先进。 近年来，我国多数厂家均走过了铁炉、水冷、风冷、石墨冷、绝热吸收或膜式 吸收, 近而改为“三合一”生产工艺。当然也有正在使用铁炉生产氯化氢气体, 采用风 冷、水冷、石墨冷却氯化氢气体供生产用，并且将在我国持续相当长一段时间。 “三 合一”炉生产盐酸, 自投运以来，由于存在诸多因素防腐材料及技术不过关, 真正坚 持下来, 并且发挥作用的生产厂家极少。设备生产厂也举步维艰。但由于该工艺结 构紧凑, 占地面积小, 生产弹性大等诸多优点。在经历了年代到年代中期的低潮后, 终于被广大氯碱厂所重视。 8 图1-1 盐酸的生产工艺流程图 从目前的生产设备看, 主要设备是合成炉, 其次是尾气吸收塔, 稀酸槽罐缓冲器、 冷却塔、循环水池等。 1.4 盐酸吸收工艺及存在问题盐酸吸收工艺及存在问题 1.4.1 盐酸吸收系统的作用盐酸吸收系统的作用 盐酸吸收系统的主要作用是把反应炉生成的高温氯化氢混合气体降温冷却洗去 硫化物等杂质，再用水或稀酸吸收生成质量分数为35的浓盐酸，以供解吸收工序 使用，并且使尾部排空气体中氯化氢体积分数不超过限定值，达到环保要求。 吸收系统的另一个重要作用是为反应炉制造-0.20.5 kPa的负压，这样才能使反 应炉产生的高温、有毒有害的氯化氢气体不外溢，从而保证工作人员的安全。 1.4.2 吸收工艺流程简述吸收工艺流程简述 从氢气处理工序送来的氢气经缓冲罐和阻火器后，与从液氯工序送来的氯气体 积分数大于70的尾氯同时进入盐酸合成炉下部的灯头内燃烧，生成氯化氢气体。 为保证氯气反应完全，要严格控制进炉氢气适当的过量。氯化氢气体经炉体夹套、 冷却水槽和石墨冷却器用循环水冷却至45左右后，进人降膜吸收器，被由尾气塔 过来的稀酸吸收，产出质量分数为31.031.5 的成品酸。降膜吸收器中未被吸 收的氯化氢气体由水流喷射泵抽至尾气塔，用纯水吸收，其他不凝性气体经液封槽 放空。 1.4.3 吸收过程存在的问题吸收过程存在的问题 经查阅国内外文献资料分析总结，通常情况下，盐酸吸收系统存在的问题主要 有以下几点： （1）从洗涤塔出来的氯化氢气体，夹带有大量水雾、泡沫，进入吸收器后，影 响到氯化氢与列管水膜的充分接触，且盐酸生成时产生的热量不易移走，以致吸收 效率不高。 （2）从回收塔出来的尾气中也带有大量的水雾，在引风机中容易冷凝成弱酸性 液体，直接冲击运转的叶轮，引起风机振动加大，风机故障率升高，增加了设备维 修量；同时，由于风机效率的下降，使工艺操作波动大，吸收效率更差，尾气排放 9 经常超标，对周围居住环境造成污染，常引起周围居民的投诉。 （3）旧盐酸吸收系统的洗涤塔、清洗塔、回收塔等设备全部采用玻璃钢材料制 作，投资成本高，且设备制作周期长。 1.5 本文研究主要内容及意义本文研究主要内容及意义 针对上述问题，本文提出在现有的盐酸吸收系统流程上进行重新优化设计， 通过综合技术改造，降低投资成本，创建资源节约型和环境友好型企业。 本文研究主要内容如下： （1）通过对现有的盐酸生产设备及工艺进行优化选择，设计年产5万吨盐酸的 生产工序； （2）针对目前的盐酸生产企业普遍存在的盐酸吸收工艺的不足之处，设计盐酸 吸收工段及二段吸收工艺。 我国大部分企业仍然停留在高耗低产的运转现状。随着环境保护保护要求的日 益提高，对生产系统尾气的排放更加严格，那些高能耗、高污染，低产出的企业最 后必将被淘汰。通过本设计工作，能为一些企业的优化生产工艺，节约能源提供借 鉴。这既有利于降低企业生产成本，提高资源利用率，增加经济效益，同时符合我 国的建设资源节约型、环境友好型社会的基本国家方针政策。 10 第二章、第二章、 盐酸生产工艺流程及改进设计盐酸生产工艺流程及改进设计 2.1 产品性质产品性质 2.1.1 物理性质物理性质 盐酸是无色或浅黄色的液体，有氯化氢的刺激气味，有毒有腐蚀性，浓盐酸在 潮湿空气中放出氯化氢而发烟，盐酸是一种挥发性酸，也是极强的无机酸。 盐酸的密度随浓度增加而上升，随浓度的增加而降低，20时 31.0%盐酸密度 为 1.154g/cm3，35.0%的盐酸密度为 1.174g/cm3。 盐酸是恒沸点液体，而恒沸点组成与恒沸点温度却随压力不同稍改变。 项目数据 压力 KPa0.133700740760800 恒沸点106.424107.819108.584110.584 压力 KPa0.13320.30620.26820.22220.155 表 2-1 恒沸点组成沸点温度随压力变化表 2.1.2 化学性质化学性质 盐酸能与酸碱指示剂反应；和碱发生中和反应，生成氯化物和水；能与活泼金 属单质反应，生成氢气；能和金属氧化物反应，生成盐和水；和盐反应生成新酸和 新盐；与大部分碳酸盐和碳酸氢盐反应生成二氧化碳和水；具有还原性等。 2.1.3 产品规格产品规格 指标名称优级品一级品合格品 总酸度（以 HCI%计）31.031.031.0 铁 0.0060.0080.01 硫酸盐（以 S0%计） 2 4 0.0050.03 砷， % 0.00010.00010.0001 灼烧残渣， % 0.080.100.15 氧化物（C1%计）0.0050.0080.010 表 2-2 Q/SHG-004003-2005 % 项 目指标 总酸度（以 HCI%计） 31.0 铁 % 0.001 硫酸盐（以 S0%计） 2 4 0.007 氧化物（以 Cl 计） 0.003 还原物（以 S0计） 2 4 0.007 灼烧残渣， % 0.05 重金属（以 P b%计） 0.0005 砷 % 0.0001 表 2-3 食品添加剂盐酸的要求 11 指标名称 指标 总酸度（以 HCI%计）31.0 外观浅黄色透明液体无浮油 表 2-4 副产盐酸的要求 2.1.4 主要指标测定方法主要指标测定方法 GB320-93 工业用合成盐酸 2.1.5 产品性能与用途产品性能与用途 a) 金属清洗，在拉管，抽丝，电镀，油漆、镀锡等进一步加工前，必须将氧 化铁皮以酸洗方法清除干挣。 b) 石油井的酸化，许多油田是石灰岩和沙石岩组成。这些地下组织的渗透率 比较低，在采油过程中可以利用盐酸能和这些岩石起化学反应的性质，把盐酸注入 油井的地下岩结构中，使岩层产生裂缝，以贯通油层之问的间隔，将油汇集在一起， 提高油的流动性和渗透性，从而提高油井的采油率。 c) 矿产品的加工。 d) 无机物的制造。 e) 烯烃、炔烃的加成反应。 f) 烃类的氧氯化反应。 g) 其它用途，用于染料工业、制革工业、印染工业及食品、医药工业等。 2.1.6 产品包装、运输及贮存产品包装、运输及贮存 (1) 产品检验方法产品检验方法 a) 合成盐酸按 GB 320 执行。 b) 副产盐酸按 Q/SHGJ 0 2-1 1 7 执行。 c) 食晶盐酸按 GB18 9 7 执行。 (2) 产品包装贮运产品包装贮运 成晶进入盐酸贮罐，根据包装容器的具体情况，开动酸泵，直接装入火车槽车 或者汽车槽车，运往厂外，也可用酸泵打至高位槽供厂内生产使用。 2.2 主要原料性能与规格主要原料性能与规格 2.2.1 原料的理化性质原料的理化性质 (1) 氯气的理化性质 氯气是一种黄绿色，有刺激性嗅味的气体，对人体有刺激粘膜的毒害作用，氯 气密度 3,214kg/m (0，101.325kPa)，液化温度(101.325kPa) -33.9(也有-34.05或 - 34.6)，氯气溶于水、酒精、四氯化碳等液体中，含水氯气腐蚀性强，0以 下生成 Cl28H2O 的黄绿色结品，因此含水氯气管道冬季应保温。 温度()02030405060708090 101.325KPa 下 1 升水 中溶解氯气（克） 14.607.295.724.593.922.792.732.221.27 表 2-5 不同温度的氯气溶解度 12 表压（M Pa） 00.0480.11 7 0.2080.2640.3250.396 液化温度() -34.5-25-15-5 0510 表 2-6 氯气在不同压力下液化温度 氯气对人体的侵害随浓度不同而差异甚大。 空气中的含氯量（mg/m3）对人体的作用 1.0 可长时间工作 12从事轻工作 6 小时 4不能坚持工作 2 81020 分钟即中毒 35500.51 小时死亡 90010 分钟内死亡 表 2-7 空气中不同含氯量对人体的影响 操作环境空气中最高允许浓度 1 mgm3。 氯气化学性质活泼，易与大多数金属及非金属化合生成各种化合物：在氢气 中燃烧生成氯化氢。 23 232FeClFeCl H2+Cl2一一一一 2 HCL (2) 氢气的理化性质 氢气为无色、无味并且是最轻的气体 Q/SHG-004003-2005 标准状态下为 21.5ml/l。 氢气在氧气中的爆炸范围为 5%-95.26%，在空气中的爆炸范围 5%-72.5%， 生产中应特别注意防止爆炸事故发生 氢气能和一些强氧化剂作用，以致发生强烈反应。 H2+1/2O2燃烧H2 0 l/2H2+l/2 Cl2燃烧HCL (3) 原料来源 氯气来自氯碱分厂电解工段和合成分厂液氯工段产生的废气。 氢气来自氯碱分厂。 氯化盐酸气来自有机氯化。 2.3 各主要生产工艺过程的基本原理各主要生产工艺过程的基本原理 氯气与氢气在弱光照射或低温常压下反应速度很慢，只有在加热或明亮的光照 下或触媒存在下，才会迅速反应生成氯化氢，主反应式为： H2+CL22 HCl+184.096kmol 副反应： 2 H2+O22H2O 2 CO+O22CO2 3 Cl2+2FeFeCl （有过缝氯气存在的非正常情况下才发生） 13 氢气和氯气在波长 400-436 毫微米的紫外光下发生反应时，由下游离基连锁反 应，其光量子效率可高达 10.5，其反应机理如下： a)链引发：氯分子吸收热或光量子的能量后，离解为两个活性氯游离基，成为 链锁反应的升始： Cl2热和光 2Cl b)链传递：活性游离基 C1，与氢分子作用，生成氯化氢分子和活性氢游离基 H， H与氯分子作用生成一个 H C l 和一个 C1，如此一个一个地传递下去构成连锁反 应。 Cl.+H2H Cl +H H. +Cl2HCl+C1 c) 链终止，当受到外界能与 Cl.或 H.结合的物质或基团影响时，游离基便失去 活性而使链终止。 原料气带入氧 2H.+1/2O2H2O Cl.+OClO2 自身结合为气体分子 H+HH2 CI +ClCl2 H+CIHCI 活性游离基与合成炉的壁面碰撞也会发生链终止。一般说来两个简单的游离基 互相碰撞时是不能合并的，即式的终止是不存在的。氢氯燃烧合成关系采取氢过 剩，以确保氯完全反应。含氯的副产盐酸气采取燃烧法进行净化处理。即把含氯的 副产盐酸气与氢氯焰直接接触混合，回收其中氯气。氯化氢被水或稀盐酸吸收后， 就可制成盐酸。 2.4 生产工序及生产流程说明生产工序及生产流程说明 2.4.1 氯化氢合成氯化氢合成 由电解产生的氯气和氢气以及液氯低纯度氯气、沿管道分别经过阻火器、控制 阀、流量计、小阻火器、燃烧器进入合成炉。 含氯副产盐酸气沿管道经控制阀、流量计、燃烧器进入合成炉，燃烧器是以三 支不同直径钢制同心套管组成，装于园台形钢制合成炉底部，燃烧器最外层通含氯 副产盐酸气，中问通氢气，内层通氯气。 氢氯燃烧化合采取氢气过剩，并在燃烧器出 I合成炉内进行，在反应生成的火 焰中完成生成氯化氢的反应，火焰最高为 1400，合成的氯化氢和经燃烧处理的氯 化氢经合成炉炉壁散热，出合成炉气体 R1 度在 400-500左右，由炉顶出口进入散 热器，采用空气自然冷却。 2.4.2 氯化氢的吸收氯化氢的吸收 经过自然冷却的氯化氢进入带有冷却的一段降膜吸收塔顶部，与二段吸收塔流 出的稀酸在管内并流向下流动吸收，制得的盐酸由底部流出，经过液封分别进入酸 储藏。 14 在一段吸收塔不能吸收的气体与少量吸收的氯化氢由膜式塔底部排出，经过上 升管引至二段膜式吸收塔顶部，与尾部吸收塔流出的稀酸在管内并流向流动吸收， 制得的稀酸由底部流出进人一段吸收塔顶部。 在二段吸收塔不能吸收气体和少量末吸收的氯化氢气体由塔底部排出经上升管 引至尾部吸收塔底部进入，在尾部吸收塔内与顶部加入的注加水接触，逆流吸收， 不能吸收气体， 由尾部塔顶部经气液分离器分离后，由尾部塔顶部排空，分离出的盐酸流回尾 部塔，生成的稀酸经液封管流入二段塔塔项。 2.4.3 产品的贮存输送和包装产品的贮存输送和包装 当酸贮缶液面接近 2.5 米时，应另换其它空槽，根据包装容器的具体情况，开 动酸泵，直接装入火车槽车，或者汽车槽车运往厂外，也可用酸泵打至高位槽供厂 内生产使用。盐酸控制系统采用可编程控制系统，简称 PLC 控制。 2.5 安全生产基本原则安全生产基本原则 2.5.1 基本原则基本原则 操作人员必须着用和正确使刚所规定的多，动保护用晶。 2.5.2 压力容器安全使用条件压力容器安全使用条件 合成炉操作压力 19.9kPa，防爆膜抗压 0.1MPa。 2.5.3 安全检修安全检修 1) 定期检查各控制阀门，指示仪表，防火防爆装置必须保持灵敏。 2) 定期检查和处理各设备、管道中的物料、并冬季注意防寒防冻工作。 2.5.4 防火防爆防火防爆 1)加强操作、搞好设备维护，防止易燃、易爆和有毒物质外冒，保护劳动环境， 防止人气污染。 2)生产现场一律不准吸烟、凡因检修施工、必须经批准后方可动火。 3)氢气设备管线必须有静电防护。 2.5.5 主要安全技术指标主要安全技术指标 生产岗位空气中有害物质的含量，其最高允许浓度： 氯气 l 毫克米 3 氯化氢 l.5 毫克米 3 2.5.6 工业卫生及防护工业卫生及防护 1) 所有设备管道不得泄灞、堵塞、确保物料畅通无阻。 2) 坚守工作岗位，不违章作业，发现隐患及时排除和报告，确保安全生产。 气体名称气体爆炸界限 体积% 下 限 上 限 H2 CL2 5.0 95.0 87.5 12.5 H2 O2 4.5 95.5 95.0 5.0 15 H2 空气 4.1 95.9 74.2 25.8 H2 CL2 HCL2 5 22 73 13 14 73 表 2-8 各种气体爆炸极限 2.5.7 废气来源及特性废气来源及特性 来自氯化的副产盐酸气，内含少量氢和部分游离氯。 来自 5 11 重合产生的副产盐酸气，内含少量轻油。 2.5.8 废液来源及特性废液来源及特性 来自 5 2 1 氯蜡-70 产生的副产盐酸，盐酸浓度在 6.1%左右。 2.5.9 环保处理措施环保处理措施 氯化产生的副产盐酸气通入盐酸合成炉燃烧，吸收制成合成盐酸。 2.5.10 环保指标环保指标 尾气 HCI 含量400mg/m3 下水 PH 69 2.6 产品主要消耗定额产品主要消耗定额 2.6.1 产品消耗定额的计算基础及计算原理产品消耗定额的计算基础及计算原理 (1) 氢气定额：氢气定额： 氢实际耗用量 m3（标准状态）0.0898kg/m3产品产量 (2) 水定额水定额 水实际耗用量（吨）产品成品量（吨） (3) 电定额电定额 电实际耗用量(KW.h)产品成品量（吨） 2.6.2 副产品及排放物的处理副产品及排放物的处理 (1) 有关副产品排出物的处理概述及综合利用系统有关副产品排出物的处理概述及综合利用系统 氯化产生的副产盐酸气经合成炉燃烧后，经吸收塔吸收制成合成盐酸。 重合产生的副产盐酸气经吸收塔吸收制成副产盐酸。 (2) 排出物的处理标准及国家控制排放标准排出物的处理标准及国家控制排放标准 控制项目 控制标准 尾气含 HCI 400mg/m3 下水 PH6-9 2.7 设备设备 2.7.1 设备工艺要求设备工艺要求 Q/SHG-004003-2005。 (1) 合成炉合成炉 合成炉是圆柱形，采用 2 0 g 钢板焊制面成。其规格型号20008000X 12， 顶部装有防爆膜。合成炉总体积 25m3; 合成炉顶部温度约 400-C； 传热面积为 16 50.2m2，焰度 14000C，操作压力 19.9kP a，单台炉生产能力 50t/d;防爆膜抗压 0.lMPa。 (2) 膜式吸收塔膜式吸收塔 总高 4.99m，直径 700mm，有效长度 3 m，塔顶有防爆膜，列管为浸渍石墨 2232 3000mm 操作温度小于 l08， 操作操作压力 19.9kP a，每根管日产酸 0.24- 1.2 I c (3) 尾部塔尾部塔 材质为 A3 钢，外形尺寸 6002250， 内衬酚醛树脂、填料高度为 1 m 左右， 操作温度 108以内，喷淋密度为 4-5t/m2小时，常压。 2.7.2 设备能力核算及平衡设备能力核算及平衡 设备名称有效容积或有 效面积 米 2 设备折成品生 产强度吨/米 m2 运转率% 备用率% 检修率% 16合成炉 2 5m20.226t/hm292.044 16吸收塔 5 0 m20.049 t/hm292.0 44 1副产吸收塔 4 0 m20.069 t/hm2504.64 2副产吸收塔 4 0 m20.069 t/hm2504.64 表 2-9 设备能力核算及平 17 第三章、第三章、 盐酸生产装置的物料及能量衡算盐酸生产装置的物料及能量衡算 3.1 物料衡算物料衡算 3.1.1 合成炉物料衡算计算依据合成炉物料衡算计算依据 a)生成合成盐酸浓度 35% b)使用的氯气以液氯废气为主要成份 Cl2含量 80% CO2含量 6.3% H2含量 1.68% O2含量 2.6% N2 含量 10.3% （以上均为体积比） H2O 含量 0.168%（重量比） c)氢气成份 H2含量 98% N2含量 1.6% O2含量 0.4% d)每吨合成盐酸的盐酸气重量比 30%来自氯化产生的盐酸气 HCl 含量 90% Cl2含量 5% N2含量 5%（均为体积比） e)吸收效率为 99.5% f)贮存和包装损失 0.1% g)进炉氯氢比为 1：1.1 h)氯气与氢气完全反应 i)每台合成炉产量： 年产 10 万吨盐酸，则每台合成炉产量为：t/h06 . 3 424340 100000 3.1.2 计算计算 a)需要有机氯化产生的盐酸气及带进合成炉的各种气体量 （1）进炉的盐酸废气混合气体总体积 查得在标准状况下，HCl 密度 1.63 kg/m3 35%10003.0630%99.5%99.9%1.6390%=220.34 m3/h (2)进炉的盐酸气折成 100%盐酸气量 35%10003.0630%99.5%90%=358.8 kg/h (3)进炉的盐酸气带进氯气量 查得在标准状况下了氯气密度 3.214 kg/ m3 220.345%3.214=35.40 kg/h (4)进炉盐酸气带进惰性气体的氮气计算 查得氮气密度 1.2505 kg/ m3 220.345%1.2505=13.78 kg/h b)需要液氯废气量及带进合成炉的各种气量有机氯化盐酸气带进的氯气量 (1)35.40 kg/h 进炉废气总体积。 35%10003.0670%35.5/36.599.5%99.9%-35.403.21480%=271.54m3 (2)进炉的废氯气带入的氯气量 35%10003.0670%35.5/36.599.5%99.9%35.40=699.60 kg (3)进炉氯气带入的二氧化碳量，查二氧化碳密度 1.9768 kg/ m3 271.546.3%1.9768=33.82 kg 18 (4)进炉废氯气带入的氢气量，查得氢气密度 0.08987 kg/ m3 271.541.68%0.08987=0.40 kg (5)进炉废氯气带入的氧气量，查得氧气密度 1.42895 kg/ m3 271.542.6%1.42895=10.08 kg (6)进炉废氯气带入的氮气量，查得氮气密度 1.2505 kg/ m3 271.5410.3%1.2505=34.98 kg (7)进炉废氯气带入的水分，设进炉水分为 X kg %168 . 0 98.3408.1040 . 0 82.3360.699 X X 带入炉内水份 X=1.131 kg c)进炉氢气及其带进的其他气体 (1)进炉的氢气体积是氯气体积的 1.1 倍 (699.60+34.98) 3.2141.198%=256.18 m3 查氢气密度 0.08987 kg/ m3 256.180.08987=23.02kg (2)进炉氢气带入的氧气量，查得氧气密度 1.42895 kg/ m3 256.180.4%1.42895=0.72 kg (3)进炉氢气带入的氮气量，查得氮气密度 1.2505 kg/ m3 256.181.6%1.2505=3.28kg (4)进炉氢气带入的水分合成炉氢气温度 30，压力 33.3kPa(表压)查 30时水 折合蒸汽压 4.3kPa 设进合成炉水蒸气分子为 m kmol,根据道尔顿分压定律 03.98 3 . 33 3 . 4 4 . 2218.256 m m=0.38 kmol 180.38=6.74 kg 3.1.3 进出合成炉气体进出合成炉气体 a)进合成炉气体 氯气 699.60+34.98=733.56 kg 733.567122.4=231.44m3 氢气 23.02+0.40=23.42 kg 23.422.01622.4=260.22m3 盐酸气 358.890%=322.92 kg 322.9236.522.4=198.18 m3 氧气 5.04+0.36=5.4 kg 5.43222.4=3.78 m3 二氧化碳 33.82 kg 33.824422.4=17.22 m3 水 0.65+3.37=4.02 kg 4.0218.01622.4=5.00 m3 氮气 34.98+1.64=36.62 kg 36.622822.4=29.296m3 b)出合成炉气体 氯化氢 322.92+733.5636.5/35.5=1077.14kg 1077.14(36.52) 22.4=330.52 m3 氢气 35.42(21.008)-733.56(235.5)=1.28 kmol 2.0161.28=2.60kg 22.41.28=28.67 m3 水 19 氯气带入水分 2.74 kg 氢气带入水分 13.68 kg 氯气、氢气带入氧 20.2+0.82=21.02 kg H2+1/2O2=H20 X=12.15 kg 1816 8 .10X 合计 1.30+6.74+12.55=20.19 kg 20.1918.01622.4=12.55 m3 氮气 34.98+3.28=38.26 kg 38.262822.4=30.608 m3 二氧化碳 33.82 kg 33.824422.4=17.22 m3 进合成炉物料出合成炉物料 kgmkgm 氯733.56231.4400 氢 23.42260.222.6028.67 盐酸气322.92198.181077.14330.52 氧10.43.7800 二氧化碳33.8217.2233.8217.22 水4.025.0010.09512.55 氮气38.2630.60838.2630.608 合计 1170.82755.221172.01216.06 表 3-1 合成物料平衡表 3.1.4 尾部吸收塔物料平衡尾部吸收塔物料平衡 a)计算依据 (1) 在吸收塔内只有盐酸气被吸收，其余气体都不吸收 (2) 在尾部塔吸收盐酸中，HCl 含量为 5%，尾气出口温度为 20 b)尾部吸收塔出料 盐酸气 1077.1(199.5%)=5.38kg2.6936.5=0.14mol 氢气 2.6kg 2.6/16=1.28kmol 二氧化碳 33.82kg 33.82/44=0.769kmol 氮气 38.26kg 19.1328=1.36kmol 水 尾气出口温度 20，因酸浓度很稀按 20水绝热蒸汽压计算，查得 0.02383kgf/cm2,上述气体总和为 3.54kmol X=0.0844 54 . 3 1 02383 . 0 X 18.020.0422=1.52kg c)注加水量 6501.5399.9%+0.76-10.095=986.16 kg d)排入二段塔酸量 20 盐酸气 1077.1499.5%5%=53.58 kg 水 注加水 986.16 kg 尾气排出水 1.52 kg 二段未吸收气体带入水 二段吸收塔盐酸中 HCl 含量 32%，温度 30，查化工设计手册未吸 收水蒸气压 togp=8.97075 p=48mmHg=6.4 kPa 30273 2300 未吸收气体中 HCl (1077.1-538.5799.5%95%)36.5=1.616kmol 设二段未吸收气体带入水蒸气 X kmol nN2+nH2+nCO2=0.68+0.64+0.38=2.4 kmol X=1.630 kmol X X 808 . 0 7 . 183.97 24 所以，二段未吸收气体带入尾部塔水分 18.020.815=29.38 kg 排入二段稀酸 H2O：986.16+29.381.52=2000.18 kg e)尾部塔入口气体组成 HCl 1077.141077.199.5%95%=58.98 kg H2O 14.69 kg C2O+H2+N2 64.084 kg 物料入口（kg） 出口（kg） HCl 来自二段塔 58.985.38 H2来自二段塔 2.62.6 CO2 来自二段塔 33.8233.82 N2 来自二段塔 38.2638.26 H2O 来自二段塔 29.381.42 盐酸 注加水 986.16排入二段稀酸水 2000.19 盐酸HCl 53.58 合计2135.362135.36 表 3-2 尾部塔物料平衡表 3.1.5 二段吸收塔的物料平衡二段吸收塔的物料平衡 a)计算依据 (1)在吸收塔内只有 HCl 被吸收，其余气体都不吸收。 (2)在二段塔中吸收盐酸中 HCl 含量的 40%气体，出口温度 30 b)进塔物料 稀酸 HCl 53.58 kg H2O 2000.18 kg 见尾部塔稀酸出口量 由一段塔来的 HCl 1077.141077.199.5%55%=487.68 kg 21 一段塔未吸收气体带入水蒸气量 设：一段塔平均浓度 30%、温度平均 40计算，查化工设计手册该盐酸 的水蒸气分压 togp=9.00117 p=36.66mmHg=4.88 kPa 40273 2422 设未吸收气体中含水蒸汽为 X kmol HCl 487.6836.5=13.36kmol X=0.434 kmol X X 81 . 1 336.1383.97 44 . 2 18.020.217=7.84 kg 不吸收气体量不变 174.26kg c)出塔物料 (1)未吸收气体 HCl 58.98 kg 见尾部塔入口 HCl 量 H2O 29.38 kg 见尾部塔入口 H2O 量 (2)二段塔出稀酸 HCl 1077.141077.199.5%55%5.38=482.30 kg H2O 出二段塔吸收气体带入尾部塔水量 29.38 kg 尾部塔流出稀酸带入水量 2000.18 kg 一段未吸收气体带入二段水量 7.84 kg 合计二段稀酸带出水量 2000.18+7.8429.38=1978.64kg 酸浓度：100%=39.20% 15.24132.989 15.241 物料入口（kg）出口（kg） HCl来自尾部塔稀酸 53.58 来自一段气体 487.64 进入尾部塔量 58.98 流入一段塔量 482.30 H20来自尾部塔稀酸 2000.18 来自一段塔 7.84 二段未吸收气体带出 29.38 流入一段稀酸含水 989.32 CO2+H2+N274.6874.68 合计2623.962623.98 表 3-3 二段吸收塔的物料平衡表 3.1.6 一段吸收塔物料平衡一段吸收塔物料平衡 a)入塔物料 (1)HCl 1077.14 kg H2O 20.19 kg N2+H2+CO2 74.68 kg (2)稀酸 HCl 482.30 kg H2O 989.32 kg b)出塔物料 (1)成品酸 HCl 1077.1499.5%=1071.76kg H2O 13001.5399.9%=995.50 kg 22 (2)未吸收气体 HCl 1077.141077.199.5%55%=487.68 kg H2O 3.92 kg H2+N2+CO2 74.68 kg (3)成品酸浓度 100%=70.22 50.99514.1077 14.1077 物料进料（kg）出料（kg） HCl来自二段稀酸 582.30 来自合成炉 538.57 去成品酸 535.88 未吸收气体带出 243.84 H2O来自二段稀酸 989.32 来自合成炉 10.095 成品酸带出 995.50 未吸收气体带出 3.92 N2+H2+CO2来自合成炉 37.34去二段吸收塔 37.34 合 计1816.4751816.48 表 3-4 一段吸收塔物料平衡表 3.1.7 包装贮存包装贮存 入料： HCl 1077.76 kg H2O 995.50 kg 盐酸：1077.76 +995.50=2073.26 kg 损失： 0.1% 出料