年产12.5万吨盐酸工程二段吸收工序工艺设计.doc

WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 年产 12 5 万吨盐酸工程二段吸收工序 工艺设计 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 目目 录录 引言引言 1 第一章第一章 综述综述 3 1 1 设计概述 3 1 2 盐酸 3 1 3 盐酸的用途 3 1 4 盐酸的制法 3 1 5 盐酸的生产工艺 3 1 6 氯化氢的吸收 3 1 7 氯化氢的吸收装置及其存在问题 3 1 8 生产装置介绍 3 1 9 研究意义 3 第二章第二章 盐酸装置及工艺盐酸装置及工艺 3 2 1 主要装置设备 3 2 2 生产原理 3 2 3 生产工艺指标 3 2 4 主要技术操作控制条件 3 2 5 操作要点及注意事项 3 2 6 原料的主要消耗定额 3 2 7 设备能力核算及平衡表 3 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 3 1 合成炉物料衡算 3 3 2 尾部吸收塔的物料衡算 3 3 3 二段吸收塔的物料衡算 3 3 4 一段吸收塔物料平衡 3 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 3 5 包装与贮存 3 3 6 热量的衡算 3 3 7 热量计算 3 第四章第四章 设备计算选型设备计算选型 3 4 1 尾部吸收塔 3 4 2 二段降膜吸收塔的热量衡算 3 4 3 二段降膜吸收塔换热面积计算 3 4 4 一段降膜吸收塔的热量衡算 3 4 5 一段降膜吸收塔换热面积的计算 3 第五章第五章 设计结果与总结设计结果与总结 3 5 1 主要设备表 3 5 2 结论 3 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 引言引言 近年来 化工技术不断更新完善 许多工业大国的化工生产趋向大型化 自动 化 连续化 经济化 环保化等方向发展 各国工艺过程也不断更新换代 由于这 些先进技术的不断发展 导致落后的生产设备与工艺技术必然面临淘汰的局面 然 而盐酸作为一种重要的化工原料 在化工生产工业中 它有着举足轻重的地位 它 的生产方式及市场需求带动着化学工业的蓬勃发展 因此 盐酸生产工艺的设计及 工业化进程显得尤为重要 我生产国 三酸两碱 的过程中 盐酸的生产工艺是变化较大的一种 新中国 成立初期 我国盐酸产量相对较低 其生产方法极为单一 生活中用途也比较少 主要用于化学试剂及食品等极少数领域 跟随着工业改革的步伐 盐酸的生产与用 途也渐渐在国内打开市场 为国家工业化的进程迎来另一个新春 随着改革步伐的加快 导致了我国氯碱工业和盐酸下游行业的迅速发展 为盐 酸工业的发展提供了良好的发展环境和市场空间 使我国的盐酸在生产和消费方面 持续保持较快的发展势头 在生产的有关方面 如化肥生产 农药制备 聚酯的生 产等相关行业成为副产盐酸的新动力迅猛发展 然而在消费的过程中 由于有机合 成的不断发展 使得盐酸的有关应用得到极大的开拓 用途空间也得到较大的提升 例如石油化学工业 印染行业 药物制备 矿石筛选加工 饲料中的添加剂 稀土 行业等相关下游行业对盐酸的需求比较大 致使我国盐酸产量在1993年突破300万吨 大关 2003年达到527 64万吨 2006年达到730 58万吨的大关 因此盐酸生产规模递 增的速度变得越来越快 经过60余年的发展 我国盐酸工业已经跻身盐酸生产的世界大国行列 与此同 时 盐酸的生产技术水平也是突飞猛进 为进一步满足了当前市场需求 扩大生产 在所难免 由此也带来了一系列人们不愿看到的问题 由于大规模的工业发展 势 必给环境 土地资源等带来一定压力 然而 为了满足人们日益扩张的生活需求 以及继续发展国家工业化进程 我们不得不采取措施 使盐酸工艺水平与生产技术 也需不断创新 科研投入不断扩大 以解决上述问题的同时满足现代化生产水平 随着国民经济的快速发展 盐酸的作用在人们生活中也变得越来越重要 需求 也不断扩大 随着国内市场对盐酸的需求不断扩大 盐酸的生产规模的不断扩大 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 人们对产品质量要求的不断提高 致使当下探索盐酸生产的新技术及工艺变得尤为 重要 本文首先综述了当前国内外盐酸生产的现状 分析生产制备过程中凸显的问 题 然后针对大规模盐酸生产装置 吸收工段 二段吸收工序的工艺设计进行了探 索性的优化与改进 以期能达到提高盐酸生产效率及装置的合理利用率 原料的循 环利用 降低生产成本 节能减排等目的 本文设计了年产 12 5 万吨的盐酸装置的工艺设计 主要以盐酸的生产工艺 生 产方法 工艺流程等为基础 合成炉 吸收塔等相关设备为设计对象 进行物料的 计算和热量的衡算及设备尺寸的计算与选型 完善二段吸收工序工艺设计 工艺流 程图的制备等 完成初略的整体工艺设计 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 第一章第一章 综述综述 1 1设计概述设计概述 众所周知盐酸在化工的生产中是重要的原料之一 在工业以及生活中有着广泛 的用途 往往作为各种氯化物的原材料 在湿法治金中用来提取各种稀有金属 在 有机物的合成 石油加工 纺织漂染 制革造纸 金属酸洗中是常用酸 在食品工 业中用于制味精和食用酱油等 在有机化学药物的生产中 是制普鲁卡因不可缺少 的原料 在制取动物胶 各种染料时也有用武之地 另外 医生还直接让胃酸不足 的病人服用含量极低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 总而言之 盐酸在我们的生活及有关的工业中都有着至关重要的作 用 所以 盐酸的生产方法与制造工艺都有着十分重要的地位 我们知道氢气与氯气在没有外加条件时反应比较缓慢 只有在明亮的光照或加 热或催化媒介存在的条件下 才能迅速发生反应生成氯化氢 因此 在工业生产中 常采用加热来促使使氢气与氯气反应 来制备气态的氯化氢 再经过吸收装置吸收 来生产盐酸 在整个反应过程中的关键是生产中盐酸的吸收 只有最大量的有效吸 收才能确保盐酸的生产总量和生产效率 所以通过研究设计出合理的合成炉 吸收 塔装置和工艺路线是相当重要的 本次设计是为了算出适合年产 12 5 万吨盐酸生产 工艺工段吸收装置的吸收塔的塔高塔径 膜式吸收塔的换热面积 合成炉的产量等 同时完善盐酸生产的主要工艺流程及厂区布置概况 1 2 盐酸盐酸 1 盐酸的物理性质 盐酸 化学式 HCl 是氯化氢溶于水形成的水溶液 有毒和腐蚀性并有刺激性 气味 纯盐酸是无色或浅黄色的液体 可以看做是酸类化合物 逸出的氯化氢遇潮 湿空气会成白色酸雾 即发烟 工业盐酸因含铁盐杂质 因而成黄色 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 盐酸 化学式 HCl 是强酸 可使石蕊 甲基橙变红 可与金属氧化物 碱性 氧化物 发生中和反应 跟金属活性在氢前面的金属发生置换反应 除此之外 还 可跟某些盐发生复分解反应 盐酸 化学式 HCl 的密度随浓度增加而上升 随温度的增加而降低 20 时 31 0 盐酸密度为 1 154 g cm3 35 0 的盐酸密度为 1 174 g cm3 表1 1 主要物理和热力学性质 项目数据 沸点 85 05 114 22 时的熔化热 kJ mol 1 9924 85 05 时的气化热 kJ mol 16 1421 临界温度 51 54 临界压力 MPa8 316 临界密度 g cm30 41 临界压缩系数0 117 气体密度 g cm3 1 639 液体密度 g cm3 1 187 生成焓 kJ mol 92 31 熵 J mol k186 78 焓 kJ mol8 64 摩尔热容 kJ mol29 12 熔点 114 22 氯化氢极易溶于水 溶解度随温度升高而降低 在常压下不同温度时的溶解度 见表 1 2 表1 2 101 3kPa时氯化氢在水中的溶解度 温度 溶解度 gHCl 100g溶度蒸汽中H2O 摩尔 18 3 15 10 0 10 20 30 40 50 60 48 9 48 27 47 31 45 15 44 04 42 02 40 22 38 68 37 34 35 94 0 0070 0 0178 0 0460 0 1230 0 2850 0 635 在不同的压强和温度下 当含有氯化氢的水溶液发生沸腾时 能够形成多种气 液相组成不发生变化的共沸物 在不同压力的情况下各种恒沸液的有关特性见表 1 3 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 表1 3 盐酸恒沸液的特性 压力 kPa沸点 密度 25 g cm3HCl 重量 6 7 33 66 93 97 101 104 106 133 48 724 81 205 97 578 106 424 108 584 110 007 116 185 1 1118 1 1042 1 0993 1 0996 1 0963 1 0959 1 0955 1 0933 23 42 21 883 20 916 20 360 20 293 20 222 20 173 20 155 19 734 2 盐酸的化学性质 盐酸可以和多金属反应 也可与碱金属进行激烈地反应 与乙烯等有机物发生 加成 取代反应等 其中 在有机物的合成中 盐酸在生产聚氯乙烯工艺中起着至 关重要的作用 此之外 与许多氧化物及其它金属盐类作用 与非金属反应形成各 种化合物 在氢气中燃烧生成氯化氢 主要的一些反应如下 a 跟活泼金属起置换反应 酸 金属 盐 氢气2HCl Fe FeCl2 H2 b 跟碱性氧化物反应 酸 性氧化物 盐 水3H2SO4 Fe2O3 Fe2 SO4 3 3H2O c 跟碱起中和反应 酸 碱 盐 水2HCl Cu OH 2 CuCl2 2H2O d 跟某些盐反应 酸 盐 酸 新盐H2SO4 BaCl2 2HCl BaSO4 1 3 盐酸的用途盐酸的用途 盐酸 又叫氢氯酸 是氯化氢 HCl 溶于水形成的水溶液 是一元强酸密度 为1 20 广泛用于染料行业 皮革制品 医疗药物 金属冶炼 石油的加工等相关 行业 与此同时盐酸还能用来生产氯化锌等氯化物 在金属提炼中 它能从矿石中 提取钨 钒 锰等金属 不管生活还是工业中盐酸都有较大的用途 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 随着国内外有机合成步伐的不断加快发 盐酸的用途也不断增加 在进行焰色 反应时 由于氯化物的溶沸点相对较低 燃烧后挥发比较快 对实验进程影响较小 所以经常利用稀盐酸来清洗铂丝 化学医疗中常用来制造各种有机药剂的盐酸盐 日常生活中制葡萄糖时用来水解淀粉 在国民经济各部门中盐酸也有较多的应用 主要包括以下几个方面 1 用于相关药品的生产 由于盐酸是一种强酸 所以它能和大多数金属盐类及许多金属 金属氢氧化物 金属氧化物等发生反应 生成相应的盐酸盐 因此 在制备许多无机化学药品时都 要用到盐酸 在好多有机药物中也得到广泛应用 例如在生产盐酸硫胺 奴佛卡因 等有机药物时也要用盐酸 这些例子只是盐酸相关生产工业生产中常用的一些 然 而在实际中 盐酸还有许多的用途 例如在我们的日常生活中 当体内胃酸含量较 少 引起消化不良食欲不振时 通常我们可以服用一定量的较稀的盐酸来补充体内 胃酸的不足 除此之外 无论在化学实验还是科学研究上 用到盐酸的地方远超出 我们的想象 2 用于食品工业 生活中食用的食品 如制造味精 酱油等 在一定温度下 用一定量的盐酸溶 液液浸泡蒸煮过的豆饼等原料 利用盐酸特有的催化作用来水解原料中比较复杂的 蛋白质 经过一定的反应时间之后 就能够生成我们熟悉鲜味氨基酸 再使其与碱 发生中和 即可制得氨基酸钠 3 用于有机合成 当有催化剂存在时 在一定的反应温度下 乙炔与氯化氢发生反应 生成氯乙 烯 再在有关诱导剂的作用下 发生聚合生成聚氯乙烯 4 用于染漂行业 由于有些染料不易溶于水 所以在印染的过程中 通常使用盐酸进行处理 使 难容染料形成溶解性较好的盐酸盐后就能得到较好的应用 除此以外 酸洗漂白后 的棉布 5 用于冶金工业 例如 在进行钨的炼制时 首先将碳酸钠和白钨矿进行混合 在800 900 的条件下焙烧生成钨酸钠 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 CaWO4 Na2CO3 Na2WO4 CaO CO2 其次将以上反应的烧结块浸在90 左右的水中 使钨酸钠进行溶解后 再用盐 酸来将其酸化 再滤出沉淀下来的钨酸 使其灼烧氧化生成氧化钨 Na2WO4 2HCl H2WO4 2NaCl H2WO4 WO3 H2O 最后 将制得的氧化钨在氢气流中进行灼热 就可制得金属钨 WO3 3H2 W 3H2O 6 用来加工金属 在加工金属的过程中盐酸用途较为广泛 例如焊接金属时 需要用盐酸来去除 焊接口处的铁锈 才能使焊接的地方更加牢固 除此以外用盐酸来进行钢铁制件的 镀前处理等 此外 盐酸还有较多的用途 如用于石油化工行业等 本文以上用途的举例是 生活中较为常见的 仅供参考 1 4 盐酸的制法盐酸的制法 工业上生产盐酸的方法主要有合成法和副产法 本文主要讨论合成法的生产工 艺过程 使用该工艺制取盐酸时 首先在合成炉中点燃氢气 然后逐渐通入氯气 待火焰呈青白色时进行反应 生成氯化氢 当氯化氢通过空冷管冷却后被水吸收成 为盐酸 为了防止对空气的污染 在氯气和氢气的反应过程中 通过使用过量的氢 气包围来包围有毒的氯气 使氯气得到充分反应 在该类生产中 通常采取使一种 原料过量的方法来使价格比较昂贵的 有害的 不易得到原料进行充分反应 本文 中氯气与氢气的比按1 1 1分配 这样保证安全的同时 能使氯气发生完全反应 最后通过吸收器吸收氯化氢而生产盐酸 首先 使用电解饱和食盐水的方法来制取原料气 2NaCl 2H2O 2NaOH Cl2 H2 其次 在合成炉中点燃氢气 然后逐渐通入氯气 等气流稳定火焰呈青白色时 发生氯化氢 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 H2 Cl2 2HCl 最后 当氯化氢通过空冷管冷却后通过使用降膜吸收塔和水吸收塔等设备来吸 收生产所需产品盐酸 近几年来 工业上通过生产含氯有机物的副产品来制备氯化氢进一步盐酸 例 如 我们熟悉的乙烯跟氯气的反应 生产二氯乙烷 将其再经过有关反应生成氯乙 烯同时得到原料氯化氢 氯化氢只是制氯乙烯的副产品 C2H4Cl2 C2H3Cl HCl 除此之外 合成法中原料气的来源也可使用其他方法来制备 然而工艺过程较 为繁琐 本文不作过多讨论 1 5 盐酸的生产工艺盐酸的生产工艺 盐酸的生产工艺过程中 合成法的历史较为悠久 自1772 年Priesly最先搜集到 氯气和氢气制得纯盐酸并试验其性质至今已有230多年的历史 然而 由于我国工业 化起步较晚 前期发展也较为缓慢 我国生产盐酸近的历史将近70余年 在合成法 的生产工艺中 盐酸的生产一般都包括原料气体的制备 合成气的生产 冷却 吸 收等过程 盐酸的工业化生产中 主要生产方法有合成法和副产法两种 随着化工 工业的飞速发展 盐酸的生产工艺也在不断地革新 使用合成气制备盐酸的成产工 艺也得到不断完善 设备组成也不断进行优化改进 使得合成法生产盐酸的工艺过 程成为盐酸工业中性价比和资源利用效率较高的工艺路线 目前 在我国生产盐酸的主要生产工艺有以下几种 1 铁炉合成 风冷 水冷 石墨冷 膜式吸收 绝热吸收 2 合成 冷却 吸收为一体的 三合一 炉生产 3 石墨炉合成 水冷 风冷 绝热吸收 膜式吸收 目前 我国多数厂家均走过合成炉炉 水冷 风冷 石墨冷 绝热吸收或膜式 吸收及水吸收的工艺路线 并且将在我国持续相当长一段时间 从生产能力 吸收 效率 投入成本等方面考虑 通过用使用降膜吸收塔和水吸收塔分段吸收合成气生 产盐酸的方法较为广泛 本文着重阐述了此工艺生产盐酸的方法 主要工艺路线是 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 原料气 缓冲罐 合成炉 一段吸收 二段吸收 尾部吸收 尾气处理 其主要工 艺路线如下图所示 从目前的生产设备看 主要设备是合成炉 盐酸储池 降膜吸收塔 水吸收塔 原料气缓冲罐 稀酸槽罐缓冲器 冷却塔 循环水池等 图1 1 盐酸的生产工艺流程图 1 6 氯化氢的吸收氯化氢的吸收 在合成炉中生产的氯化氢经过空冷管冷却以后进入带有冷却的一段降膜吸收塔 与来自二段降膜吸收塔的稀酸在吸收管内并流向下流动吸收 该过程中制得的盐酸 由一段塔底部流出 未被吸收收的合成气则从吸收塔塔底流出进入二段塔与来自尾 部塔的稀酸并流向下流动吸收 此过程中形成的稀酸则从底部流出进入一段吸收塔 在此阶段中未被吸收的合成气从塔底进入尾部水吸收塔底部与塔内向下流动的水呈 逆流吸收 此过程中制得的稀酸则进入二段吸收塔 尾气可通过塔顶的排空阀排出 并进行净化处理 最后 整个生产中制得稀酸则流入盐酸储罐 一段吸收 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 来自合成炉的合成气从塔顶进入与来自二段塔的稀酸并流向下流动吸收 在一 段塔内不能不能被吸收的气体由吸收塔底部排出 通过上升的作用管引流至二段塔 顶部 此过程中制得的稀酸则由底部流出进入盐酸储罐 通过压力泵打入盐酸储池 二段吸收 来自一段塔的合成气与来自尾部塔的稀酸在二段塔的吸收管内并流向下流动吸 收 不能被吸收的气体则经过上升管引至尾部塔塔底 此过程中制得的稀酸经过液 封管流入一段塔塔顶 尾部吸收 来自二段塔的合成气在尾部吸收塔内向上流动 与来自塔顶部向下流动的水呈 逆流吸收 不能被吸收气体则由尾部塔顶部经气液分离器后 由排空阀排除并作净 化处理 分离出的盐酸流回尾部塔 生产的稀酸经过液封管流入二段塔塔顶 1 7 氯化氢的吸收装置及其存在问题氯化氢的吸收装置及其存在问题 1 7 1 吸收工艺流程简述及盐酸吸收系统的作用吸收工艺流程简述及盐酸吸收系统的作用 本文设计的盐酸生产吸收工艺较为简单易懂 同时 操作也较为简单 首先 氢气经过阻火器和缓冲罐以后 与经过处理工段处理过的体积分数大于85 的尾部 氯气一起进入合成炉底部的原料气喷嘴内开始燃烧 再通过燃烧室的加热升温 生 成氯化氢 由于氯气有毒 为了使氯气能够反应彻底 通常要使进入炉体的氢气适 当的过量 氯化氢通过合成炉的夹套 空冷管冷却至90 左右 进人一段吸收塔 二段吸收塔 尾吸收塔等吸收装置 生产出的成品酸的质量分数在31 0 33 0 之 间 用纯水呈逆流吸收 其他不能吸收的气体通过排空阀放空并作尾气处理 在盐酸的生产中 吸收系统主要有两方面的作用 首先是将合成炉内生成的温 较高的氯化氢混合气体冷却降温后除去硫化物等相关杂质 再通过稀酸和水的吸收 使得生成的浓盐酸质量分数为32 左右 一方面供解吸过程使用 另一方面使氯化 氢体积分数在尾部排空的气体中不超过指定值 从而解决环保问题 除此以外 吸收系统还能使合成炉产生一定的负压 使有毒有害的气体不往外 溢 既保障了工作人员的安全也使环境不被恶化 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 1 7 2 工艺装置的特点工艺装置的特点 此生产工艺的生产装置结构较为简单 首先 关于合成炉 在装置前设有阻火 器以及缓冲罐 以保证生产安全 合成炉主要由燃烧喷嘴和燃烧室及夹套式炉体构 成 喷嘴喷口朝上 氯气从内管流入 套管壳层走氢气 采用向上燃烧的方式 为 使氯气反应进行彻底及降低炉内氧分压而降低爆炸极限 通常使通入的氢气稍微过 量 本设计中氯气与氢气的比为1 1 1 其次 由于降膜吸收塔呈不透性石墨至多管式的构造 所以吸收水从装在吸收 管最上端的V形切口位置进入 在吸收管内沿管内壁形成液膜与氯化氢向下并流进 行吸收冷却 该过程制得的盐酸直接流入盐酸储罐 该工艺中初期装置只是一段吸 收 缺陷较为明显 由于负荷较低会引起吸收管内流动的吸收水量较少从而会产生 液膜断裂甚至吸收管断流的现象 导致吸收效率受到严重影响 当管内负荷降至起 初能力的40 时就不能得到浓度稳定的盐酸 为了避免上述现象 现在的装置使用 比较短的石墨吸收管 二段或者多段串联以提高吸收率 本设计采用二段串联的形 式 它能90 左右的氯化氢 此外 负荷能减小到最大能力的15 以下 在低负荷 运转时也很稳定 其操作范围较广 水吸收塔则是由不透性石墨制的冷却吸收塔 此工艺中用的是逆流填充式 塔 内填充石墨制拉西环 通过膜式吸收塔以及水吸收塔的共同作用使得总的吸收效 率能够达到99 以上 尾气中氯化氢含量也能达到排放标准 整个过程中由于降膜 吸收塔有较高的吸收效率 所以使得水吸收塔的负荷相对较小 温度也比较低 因 而水吸收塔采用玻璃钢等材料制作 使塔体变得轻量化 1 7 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进行分析总结得出 通常情况下 在盐酸吸收系统中主 要存在以下几方面问题 1 在以前的吸收系统中清洗塔 洗涤塔 回收塔等相关设备都采用玻璃钢为 主的材料制作 投资成本较高 且设备制作花费时间较长 2 从合成炉流出的氯化氢 带有大量水雾 泡沫 进入降膜吸收塔后 影响 氯化氢与列管水膜的充分接触 同时生成盐酸时产生的热量不易被带走 致使整个 过程中吸收效率不是太高 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 3 从尾部吸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形成 弱酸性液体 直接冲击风机的叶轮 使风机振动加大 导致风机故障率升高 增加 了设备维修量与投入经费 4 尾气排放经常超标 对周围居住环境造成严重污染 常引起周围居民的投 诉 1 8 生产装置介绍生产装置介绍 目前 我国生产盐酸多采用组合式分步吸收生产盐酸装置 为了满足当前社会 发展需求 其工艺流程和设备制作在实践过程中不断得到优化改进 通过实际生产 的使用 证明这种生产工艺的可行性与经济性 其设备结构简单 传热效率高 厂 区空间能够得到有效利用 拆装维修方便 设备选材要求不太苛刻 材料价格合适 且易得 设备使用寿命长 且操作简单易行 此种生产工艺在国内外都得到认可 并得以广泛推广 合成炉的主体部分是由原料气燃烧喷嘴 燃烧室所构成的整体的设备 原料气 体由下部送入 向上燃烧 生产的氯化氢由顶部排除 通过空冷管冷却后进入膜式 吸收塔的吸收管被吸收 成品盐酸从塔底部排出进入盐酸储罐 未被吸收的氯化氢 尾气离开膜式吸收塔后在水吸收塔中进行逆流高效的吸收 在此过程中制得的稀酸 回流到降膜吸收塔 惰性气体等废气由排空阀排出进入大气或再经碱液洗涤后排空 1 9 研究意义研究意义 针对上述问题 本文进行优化设计 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 由于各国化工行业的快速发展与工业化进程步伐的不断加快 工业化水平 也在不断提高 为了满足新型产业的结构化发展 我们必须加快工艺技术革新的步 伐 以提高工业生产能力 满足现代化生产水平的需求 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 2 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12 5万吨盐酸 的生产工序 3 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 4 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 5 通过本设计工作 能够优化一些企业的生产工艺 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 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 第二章第二章盐酸装置及工艺盐酸装置及工艺 目前国内高纯盐酸的主要生产工艺是气体经合成炉 冷却器 吸收塔等一系列 工序来生产制备盐酸的方法为主 近年来 全国各地盐酸生产企业都在不断加强技 术改造 装置设备的优化升级 以适应更激烈的市场竞争 本章以国内生产高纯盐 酸的装置为基础 对其相关设备及工艺进行优化设计 使其具备年产12 5万吨盐酸 的生产能力 2 1 主要装置设备主要装置设备 合成炉 1 燃烧器 在合成炉中燃烧器是一个重要的结构 它是由套管式的喷嘴构成 其壳层走氢 气 管层走氯气 喷嘴一端开口 匀布适量小孔 当点燃的氢气由壳层喷射而出时 位于其中心的管内喷出氯气助燃 2 燃烧室 燃烧室为空心圆柱体结构 上端对称开前后2个小孔 一个作为视镜用来观察火 焰 一个作为封火口用于开停车操作 在整个的生产过程中 源源不断地向吸收塔 提供合成气 吸收塔 本设计中吸收塔主要有水吸收塔和降膜吸收塔 其中氯化氢在降膜吸收塔内与 水并流接触进行膜式吸收 在水吸收塔内与水逆流吸收 未被吸收的尾气通过排空 阀排除并作尾气处理 此设计的优点在于使合成气能够大量被吸收 以提高生产效 率与吸收效率 降低生产成本 减小能耗与环境污染 此外 本设计还包含了阻火器 缓冲罐 储罐等设备 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 2 2 生产原理生产原理 氯气与氢气在弱光照射或低温常压下反应速度很慢 而在加热或有明亮光照及 有关催化媒介存在的条件下 才会发生快速反应生成氯化氢 主反应方程式为 H2 Cl2 2HCl 184 096kJ mol 副反应 2H2 O2 2H2O 2CO O2 2CO2 氢气与氯气在波长为400 436 nm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 其主要反应机理如下 链引发 当氯气分子吸收光子的能量或吸收热量后 解离为两个带活性的氯游 离基 成为链锁反应的开始 Cl2 2Cl 有光和热存在的条件下才能反应 链传递 当带活性的游离基C1 与氢分子发生作用 生成的氯化氢分子和带活 性的氢游离基 带活性的氢游离基再与氯化氢分子作用生成一个HCl和一个C1 这 样一个接一个地传递下去形成连锁反应 Cl H2 HCl H H HCl HCl Cl 链终止 当受到来自外界的能及Cl或H结合的物质或基因影响时 游离基便失 去活性而使链终止 例如原料气带入氧 2H 1 2O2 H2O Cl O2 ClO2 还有就是自身结合为气体分子 2H H2 Cl Cl Cl2 H Cl HCl WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 除此以外 活性游离基与合成炉的壁面碰撞也会发生链终止 一般来说 两个 简单的游离基互相碰撞时是不能合并的 就如 式的终止是不存在的 通常 氢气 与氯气燃烧合成的关系采取氢气过剩 以确保氯气能够完全反应 含氯的副产盐酸 气体采取系统回收净化处理 回收其中的氯气 氯化氢被水或稀盐酸吸收后 就可 制成盐酸 2 3 生产工艺指标生产工艺指标 在盐酸的生产中 其相关的生产工艺指标尤为重要 一方面 它关系着生产过 程的安全性 另一方面 它影响产品的质量 在生产中 如果工艺指标控制不当 有可能引起燃烧乃至爆炸等重大的安全事故 因此 需拟出相关的工艺系数 2 3 1 生产的点火指标生产的点火指标 氢气 体积分数 98 含氧量 0 4 压力要求0 060 0 080 Mpa 氯气 体积分数 90 含氢量 1 0 压力要求0 150 0 250 Mpa 2 3 2 正常生产指标正常生产指标 氯气 体积分数 70 含氢量 2 0 压力要求 0 15 0 20 MPa 氢气 体积分数 98 含氧量 0 4 压力要求0 06 0 08 Mpa 2 3 3 其他指标其他指标 工艺中理论上氯气和氢分子比为1 00 而实际生产中则为 1 05 1 00 1 10 本设计中选择的比为 1 1 10 尾部吸收塔出口尾气负压 5000 5000Pa 尾部的水吸收塔塔体温度 60 工业水压力 水力喷射器进口 0 25 MPa 2 4 主要技术操作控制条件主要技术操作控制条件 生产中成品酸操作控制条件如表2 1 表 2 1 成品酸操作控制条件 编号控制项目控制要求指标分析方法标准测试地点负责人控制 等级 频率 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 2 5 操作要点及注意事项操作要点及注意事项 2 5 1 生产过程操作要点生产过程操作要点 1 在车间操作过程中 正确把握操作要点与谨记开车时的注意事项是至关重 要的 2 执行点火操作时禁止正视点火孔 防止火焰喷出烧伤工作人员 当一次点 火不成功时 应立刻停止原料气的送入 并立即加入氮气 20分钟左右后关闭氮气 阀门 拆下氢气管口及视镜 让泵抽空气置换系统内的气体 然后重新分析气体组 成 使得氢气的体积分数 0 5 符合生产要求后再重新点火 3 当氢气点燃后 在打开氯气阀门时 要缓慢打开使氯气少量流出避免火焰 熄灭而导致点火失败 当火焰逐渐变为青白色时 即刻封好炉门 然后才可加大氢 气 氯气的流量 严格控制氯气 氢气的分子比 使火焰保持青白色 2 5 2 注意事项注意事项 1 我们知道 工艺过程中是通过氯气和氢气混和燃烧生成氯化氢再用纯水吸 收来生产高纯度的盐酸 由于3种气体同时存在 爆炸的危险性相对来说也就大大增 加 然而在实际的生产中 对于爆炸极限而言 其上限值和下限值都应该考虑一定 的误差及外界因素 如果进入炉体内部氯气和氢气比例控制得比较好 使氧气在尾 气中的体积分数小于5 那么氢气就会因为缺乏最低的氧气需要量而不会爆炸 反 之 当操作不当使氢气的量不足时 就会导致尾气中的氧的含量增加 给氢气的爆 炸营造良好条件 再在外界因素影响下 如静电或闪电 而导致尾气系统的爆炸 因此 操作过程中氢的供给要适当过量 常见几种混合气体的爆炸极限见表2 2 表 2 2 几种混合气体的爆炸极限 合成酸HCl 31 GB320 1993槽车质管处公司1 次 车 副产酸HCl 31 GB320 1993槽车质管处公司1 次 车 工业酸HCl 31 GB320 1993槽车质管处公司1 次 车 1 食品酸HCl 31 GB320 1993槽车质管处公司1 次 车 2 火车槽车 装车上空 测尺误差 HCl 31 GB320 1993槽车质管处公司1 次 车 爆炸气体类型 爆炸范围 氢 氯氢 氧氢 空气氢 氯 氯化氢 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 2 由于氯气和氢气流量在生产中容易受到外界因素的影响 发生波动的可能 性较大 为了能够防止系统中未能燃烧的氯气和氢气自然化合而发生爆炸 操作中 应该尽量控制氢气的稳定流量 保证氯气能够反应彻底而不排入大气中 3 当合成炉在没有严格抽空和进行系统置换时不准点火 禁止在不用泵抽空 的情况下进行连续点火 4 应该经常把氢气管路里的积水放出 尤其在冬季更应随时将水放尽以防止 积水在管路里冻结而撑坏管路造成经济损失 2 6 原料的主要消耗定额原料的主要消耗定额 2 6 1 原料消耗定额的计算基础及计算原理原料消耗定额的计算基础及计算原理 1 氯气的定额 HCl 1000 kg m 2 氢气的定额 氢气的实际耗用量 m 标准状态 0 0898kg m 产品质量 3 水的定额 水的实际耗用量 吨 产品成品量 吨 4 副产盐酸氯化氢的定额 5 电的定额 电的实际耗用量 kW h 产品成品量 吨 2 6 2 历年定额及产量历年定额及产量 表 2 3 历年定额及产量 年份实际产量定额项目单位年平均实际 氯气Kg311 6 氢气Kg12 水t7 合成盐酸 128776 电kWh0 6 2001 副产盐酸氯化氢Kg306 下限5 095 04 595 54 195 95 020 075 0 上限87 512 595 05 074 225 813 014 073 0 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 水t6 51640 电kWh0 8 氯气Kg304 6 氢气Kg11 2 水t2 5 合成盐酸 126484 电kWh3 1 氯化氢Kg313 水t3 7 2002 副产盐酸 424 电kWh1 3 氯气Kg308 6 氢气Kg9 7 水t1 38 合成盐酸 124596 电kWh1 8 氯化氢Kg274 水t2 7 2003 副产盐酸 754 电kWh1 8 2 6 3 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 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 国家控制排放标准及生产中排出物的处理标准如下 控制项目控制标准 下水pH6 9 尾气含HCl 4000m m3 2 7 设备能力核算及平衡表设备能力核算及平衡表 表 2 4 设备能力核算及平衡表 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 1 6 合成炉 2 5m20 226t h m292 064 1 6 降膜吸收塔 1 6 水吸收塔 100m20 049 t h m292 0 92 0 6 6 4 4 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 第三章盐酸生产装置的物料及能量衡算第三章盐酸生产装置的物料及能量衡算 3 1 合成炉物料衡算合成炉物料衡算 1 物料衡算的计算依据 年产12 5 万吨盐酸 合成盐酸浓度32 开工率330 天 年 使用的氯气以液氯废气为主要成份见表3 1 1 表 3 1 1 合成炉物质含量 以下均为体积比 物质氯气二氧 化碳 氢气氧气氮气水 含量 806 021 082 610 30 618 氢气的成份见表3 1 2 表 3 1 2 氢气的成分 均为体积比 物质氢气氮气氧气 含量98 1 6 0 4 生产过程中吸收效率为99 5 贮存和包装损失为0 1 进合成炉氯气与氢气比为1 1 1 反应过程中氯气与氢气发生完全反应 氢气略过量 以每小时生产盐酸的量作物料衡算 每小时盐酸的量 12 5 10000 1000 330 24 15782 83kg h 则每小时HCl的量为 12 5 10000 1000 32 330 24 99 5 5075 8845kg h HCl的量换成摩尔数即为 5075 8445 36 5 139 053kmol h 则每台合成炉的产量为 125000 1000 330 24 6 2 630 h t 即2 630吨 小时 台 2 计算 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 a 需要液氯废气带进合成炉的氯气量 进合成炉的废氯气带入的氯气的量 139 0653 2 71 4936 82kg 进合成炉氯气带入的二氧化碳的量 139 0653 2 6 02 80 44 230 22kg 进合成炉废氯带入的氢气的量 139 0653 2 1 08 80 2 1 88kg 进合成炉废氯带入的氧气的量 139 0653 2 2 6 80 32 72 31kg 进合成炉废氯带入的氮气的量 139 0653 2 10 3 80 28 250 67kg 进合成炉废氯带入的水分 5501 14 0 168 9 24kg 以上物料衡算相应组成见表3 1 3 表3 1 3 氯气进气物料衡算表 氯气 名称分子量质量 kg kmol数质量分 氯气714936 8269 5389 74 氮气28250 678 954 56 氧气3272 312 261 31 氢气21 880 940 03 二氧化碳44230 225 234 18 水189 240 510 17 合计5501 14100 00 b 进合成炉氢气及其带进的其他气体组成 进合成炉的氢气体积是氯气体积的1 1倍 139 0653 2 1 1 2 152 97kg 进合成炉氢气带入的氧气量 139 0653 2 1 1 98 0 4 32 9 99kg 进合成炉氢气带入的氮气量 139 0653 2 1 1 98 1 6 28 34 96kg 以上物料衡算相应组成见表3 1 4 表 3 1 4 氢气进气物料衡算表 氢气 名称分子量质量 kg kmol数质量分 氢气2152 9776 4977 29 氮气2834 961 2517 67 氧气329 990 315 05 合计197 93100 00 c 出合成炉气体 氯化氢的量 139 0653 36 5 5075 88kg 氢气的量 76 49 0 94 69 5 2 2 26 0 31 2 5 50kg WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 水的量 0 51 2 2 26 0 31 18 101 83kg 氮气的量 250 67 34 96 285 63kg 二氧化碳的量 230 22kg 以上物料衡算相应组成见表3 1 5 表 3 1 5 合成气出炉气体成分衡算表 合成气 名称分子量质量 kg kmol数质量分 HCl 36 55075 88139 0789 07 氮气28285 6310 205 01 氢气25 502 750 10 二氧化碳44230 225 234 04 水18101 835 661 79 合计5699 07100 00 3 2 尾部吸收塔的物料衡算 尾部吸收塔的物料衡算 1 尾部塔物料的计算依据 在吸收塔内只有盐酸气被吸收 其余气体都不吸收 在尾部塔吸收盐酸中 合成6 的稀盐酸 尾气出口温度为20 2 尾部吸收塔的出料组成 盐酸气的量 5075 8845 1 99 50 25 38kg 25 38 36 5 0 70kmol 氢气的量 5 50 2 2 75kmol 二氧化碳的量 230 22 44 5 23kmol 氮气的量 285 63 28 10 20kmol 尾气的出口温度为20 因为酸浓度较稀 所以按20 水计算 查得20 时6 盐酸上方水蒸汽压为15 9mmHg 0 20921 0 70 2 75 5 23 10 20 1 0 20921 0 20921 18 7 26kg 以上物料衡算相应组成见表3 2 1 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 表 3 2 1 三段吸收尾气物料衡算表 尾气 名称分子量质量 kg kmol数质量分数 HCl 36 525 380 704 58 氮气28285 6310 2051 56 氢气25 502 750 99 二氧化碳44230 225 2341 56 水187 260 401 31 合计553 99100 00 0 020921 3 加注水量 12 5 10000 1000 330 24 1 32 101 83 7 26 10637 75kg 10637 75 18 590 99kmol 以上物料衡算相应组成见表3 2 2 表 3 2 2 三段吸收加水量物料衡算表 水 名称分子量质量 kg kmol数质量分 水1810637 79590 99100 00 合计10637 79100 00 4 排入二段吸收塔的稀酸的量 7187 5 65 11 73 1 6 7187 5 65 11 73 3229 17 14 113 HCL量 5070 79 20 28 14 113 712 79kg 712 79 36 5 19 53kmol 6 稀酸量 712 79 100 5 14255 87kg 加注的水的量 1455 87 712 79 13543 07kg 以上物料衡算相应组成见表3 2 3 表 3 2 3 排入二段塔 6 稀盐酸物料衡算表 6 稀盐酸 名称分子量质量 kg kmol数质量分 HCl 36 5712 7919 535 00 水1813543 07752 3995 00 合计14255 87100 00 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 5 尾部吸收塔入口气体组成 来自二段尾气 HCl的量 712 79 25 38 738 17kg 733 08 36 5 20 22kmol H2O的量 13543 07 7 20 10637 75 2912 59kg 2912 59 18 161 81kmol 以上物料衡算相应组成见表3 2 4 表 3 2 4 尾部塔入口气体物料衡算表 二段尾气 名称分子量质量 kg kmol数质量分 HCl 36 5738 1720 2217 69 氮气28285 6310 206 85 氢气25 502 750 13 二氧化碳44230 225 235 52 水182912 59161 8169 81 合计4172 11100 00 3 3 二段吸收塔的物料衡算 二段吸收塔的物料衡算 1 计算依据 在降膜吸收塔内只有HCl被吸收 其余气体都不吸收 在二段塔中合成22 的稀盐酸 出口温度为30 2 出二段塔物料 二段塔尾气物料衡算 HCl的量 712 79 25 38 738 17kg 733 08 36 5 20 22kmol H2O的量 13543 07 7 20 10637 75 2912 59kg 2912 59 18 161 81kmol 以上物料衡算相应组成见表3 3 1 表 3 3 1 二段尾气气体物料衡算表 二段尾气 名称分子量质量 kg kmol数质量分 HCl 36 5738 1720 2217 69 氮气28285 6310 206 85 氢气25 502 750 13 二氧化碳44230 225 235 52 水182912 59161 8169 81 合计4172 11100 00 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 二段塔排入一段塔的稀酸的物料衡算 7187 5 65 11 73 1 22 7187 5 65 11 73 3229 17 47 23 HCl的量为 5050 51 47 23 712 79 3098 15kg 3098 15 36 5 84 88kmol 水的量为 3098 15 21 100 11654 93kg 11654 93 18 647 50kmol 以上物料衡算相应组成见表3 3 2 表 3 3 2 排入一段塔稀酸物料衡算表 22 稀盐酸 名称分子量质量 kg kmol数质量分 HCl 36 53098 1584 8821 00 水1811654 93647 5079 00 合计14753 08100 00 14753 08 3098 1469 3 进二段塔物料 来自尾部塔的稀酸物料衡算 7187 5 65 11 73 1 6 7187 5 65 11 73 3229 17 14 113 HCL量 5070 79 20 28 14 113 712 79kg 712 79 36 5 19 53kmol 6 稀酸量 712 79 100 5 14255 87kg 注加水 1455 87 712 79 13543 07kg 以上物料衡算相应组成见表3 3 3 表 3 3 3 排入二段塔 6 稀盐酸物料衡算表 6 稀盐酸 名称分子量质量 kg kmol数质量分 HCl 36 5712 7919 535 00 水1813543 07752 3995 00 合计14255 87100 00 由一段吸收塔来的HCl的量 5075 88 3098 15 5075 88 25 38 3123 53kg 3123 53 36 5 85 88kmol 水的量 2912 48 11654 93 13543 07 1024 44kg 1024 44 18 56 91kmol 以上物料衡算相应组成见表3 3 4 WORD 资料 下载可编辑 专业技术专业技术 表 3 3 4 一段塔尾气物料衡算表 一段尾气 名称分子量质量 kg kmol数质量分数 HCl 36 53123 5385 5889 07 氮气28285 6310 205 01 氢气25 502 750 10 二氧化碳44230 225 234 04 水181024 4456 911 79 合计4669 32100 3 4 一段吸收塔物料平衡 一段吸收塔物料平衡 1 进入