年产12.5万吨盐酸工程二段吸收工序工艺设计

1、任务书毕业设计（论文）任务书（理工类）题目名称：年产12.5万吨盐酸工程二段吸收工序工艺设计学院（系）：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 姓名： 学号： 指导教师： 职称：副教授 本科生毕业设计（论文）须知：1.认真学习理解沈阳化工大学本科生毕业设计（论文）管理规范。2.努力学习，刻苦钻研，勇于实践创新，保质保量的完成任务书规定的内容。3.尊敬指导教师，虚心向指导教师请教。4.独立完成毕业设计(论文)任务，不得抄袭和弄虚作假。5.要严格遵守纪律，服从领导，爱护仪器设备，遵守操作规程和各项规章制度。6.负责打扫实验室、设计室卫生，确保学习场所整洁、安静。 7.按照任务书规定的工作进程认真填写毕

2、业设计（论文）工作手册。 8.毕业设计（论文）完成后，将任务书同毕业设计（论文）一同交给指导教师。毕业设计（论文）题目：年产12.5万吨盐酸工程二段吸收工序工艺设计Title:An annual output of 125,000 tons of hydrochloric acid absorption step process design engineering Sec一、题目来源（在合适的项目前划）（）结合科研（）结合生产实际（）自拟题目（）其他二、设计（论文）要求，设计参数。结合生产实际及工艺过程设计年产量 12.5 万吨盐酸工程二段吸收工序工艺设计。其中开工率为 330 天/年，吸收

3、效率 99.5%，一段吸收稀酸含量32%，二段吸收稀酸含量22%，尾部吸收成品酸含量6%，贮存和包装损失 0.1% ，进炉氯气与氢气比为 1：1.1。符合工艺设计要求，满足环境保护条例等其他相关条件。三、个人重点工作。1、工艺流程设计、工艺条件选择2、主要设备工艺尺寸计算及选型3、工程产能与消耗定额的估算4、绘制带控制点的工艺流程图5、盐酸生产过程中厂区布置基本原则6、英文文献查阅与翻译四、各阶段工作进度安排及应完成的工作量。前期准备：查阅相关教材及有关文献，了解本设计的工艺过程，学习简单的CAD制图知识，并作出设计大体规划。进行有关数据的查询与一些相关计算。中期进度：完成设计综述部分，有关物

4、性数据计算，物料衡算，热量衡算等。查找有关英文文献并翻译。完成设备的尺寸计算与选型，对工艺流程有初步规划，厂区总体布局等。后期任务：完成设计正文部分，并编写设计任务书。绘制流程图布置图，制作PPT等。五、应阅读的资料及主要参考文献。1 陈滨.盐酸配置，化学工业出版社，1997。2 陈敏恒.化工原理，上册，化学工业出版社，1999。3 王国胜.化工原理课程设计，大连理工大学出版社，2005。4 金志浩主编.管壳式换热器原理与设计，辽宁科学技术出版社，20015 化工设备设计全书编辑委员会.废热锅炉，化学工业出版社，2002。6 李作政主编.盐酸生产与管理，中国石化出版社，1992。7 卢焕章等编

5、著.石油化工基础数据手册上册，化学工业出版社，1982。8 天津大学物理化学教研室编。物理化学上册，高等教育出版社，2004。9 李作政盐酸装置与管理技术M北京：中国石化出版社，1992：8-1210 陈滨盐酸M北京：化学工业出版社，1997：31-5011 吴德荣主编.化工工艺设计手册.北京：化学工业出版社2009.0612 化工设备设计全书编辑委员会，上海科学技术出版社，198813 北京化工研究院“板式塔”专题组浮阀塔M北京：燃料化学出版社， 1972195-197 14王松汉主编.盐酸装置技术, 中国石化出版社，1994。15 石油部设计院合编。石油化工设计参考资料二,工艺计算图表（内

6、部资料），燃料化学工业部石油化工设计院出版，1972。指导教师：年 月 日教研室主任：年 月 日学院（系）盖章年 月 日沈阳化工大学学士学位毕业论文摘要摘要盐酸是重要的无机化工原料，在工业以及生活中有着广泛的用途，例如金属清洗，洗矿产品加工，石油井酸洗，和烯烃、炔烃等发生加成反应。此外,盐酸还广泛用于印染工业、制革工业、医药、食品等行业。随着社会的不断发展与进步，各个行业对盐酸的需求也不断增长。因此，为满足市场需求，需要对盐酸生产装置进行不断优化设计，对工艺过程进行优化改进，以提高生产能力。众所周知，盐酸的吸收工艺是盐酸生产制造过程中的一个重要的环节。吸收工艺的优劣决定生产设备的生产效率，资源

7、的有效利用率，生产成本的高低，环境污染程度等重要指标。鉴于上述原因，本论文综述了关于我国盐酸生产工艺、吸收装置的工作原理及研究方向，本文重点参照沈阳化工有限公司生产装置的生产工艺及流程。为满足市场需求，扩大盐酸产量。本文设计了年产量12.5万吨的盐酸装置及生产工艺，进行盐酸生产的物料衡算和热量衡算，完成了盐酸生产后期的二段吸收工序的工艺设计。制备工艺流程图、厂区布置图、编写设计任务书等。这些设计在一定程度上克服了现有工艺的缺陷。提高了盐酸的产量，满足当前社会环境。由于个人能力有限，该设计定有不足与待优化之处，希望得能到更多宝贵的指导意见。关键词：盐酸生产工艺；二段吸收工段；降膜吸收器沈阳化工大

8、学学士学位毕业论文bstractAbstractHydrochloric acid (HCl) is an important inorganic chemical raw material, which has been used in a wide range of purposes, such as metal cleaning, acid oil wells, wash mineral processing, and alkene, alkyne addition reaction and so on. Furthermore, HCl is also widely used in l

9、eather industry, printing and dyeing industry, medicine, food and other fields. With the rapid economic development of socitety, the demand for hydrochloric acid is developed quickly in varieties of industries. Therefore, in order to meet market demand, it is necessary to expand HCl production with

10、increasing production capacity by optimize the units and process design for hydrochloric acid production. As known, the absorption process of hydrochloric acid is an important part for the production process of hydrochloric acid. The absorption process depends on a series of indicators, including th

11、e production efficiency, effective utilization of resources, production costs, environmental pollution and so on.Based on the above reasons, this paper reviews the research on hydrochloric acid production process, principle and research work. This thesis focused HCl production processes according to

12、 the production plant of Shenyang Chemical Co., Ltd. To meet the need of market and expand production of hydrochloric acid, this thesis designed an annual output of 125,000 tons of hydrochloric acid production appratus and production process. The mass and heat balances of HCl production were also ca

13、lculated, and the design of the second absorption step for the post-production of HCl was completed. The flow diagrams, plant layout and designtasks book were prepared. These designs to some extent overcome the drawbacks of the prior processes to increase the the production of HCl and meet the deman

14、d of current social environment. Due to the limited capacity of the author, the set design has to be optimized at the inadequate and I hope to be able to obtain more valuable guidance.Key words: Hydrochloric acid production process; absorption section; falling film absorber; absorption沈阳化工大学学士学位毕业论文

15、目录目 录引言1第一章 文献综述31.1设计概述31.2盐酸31.3 盐酸的用途51.4盐酸的制法71.5 盐酸的生产工艺81.6氯化氢的吸收91.7氯化氢的吸收装置及其存在问题101.8生产装置介绍121.9 研究意义12第二章 盐酸装置及工艺142.1主要装置设备142.2生产原理142.3生产工艺指标162.4主要技术操作控制条件162.5 操作要点及注意事项172.6 原料的主要消耗定额182.7设备能力核算及平衡表19第三章 盐酸生产装置的物料及能量衡算203.1合成炉物料衡算203.2 尾部吸收塔的物料衡算223.3二段吸收塔的物料衡算243.4一段吸收塔物料平衡263.5包装与贮

16、存283.6热量的衡算283.7热量计算30第四章 设备计算选型334.1尾部吸收塔334.2二段降膜吸收塔的热量衡算364.3二段降膜吸收塔换热面积计算384.4一段降膜吸收塔的热量衡算394.5一段降膜吸收塔换热面积的计算41第五章 设计结果与总结425.1 主要设备表425.2结论42参考文献43致谢44英文翻译45沈阳化工大学学士学位毕业论文引言引言近年来，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

17、，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

18、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

19、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，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

20、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。55沈阳化工大学学士学位毕业论文第一章文献综述第一章 文献综述1.1 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

21、；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

22、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（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

23、色。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/mol1.9924-85.05时的气化热，kJ/mol16.1421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/

24、cm3 1.639液体密度，g/ cm31.187生成焓，kJ/mol92.31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）-18.3-15-10010203040506048.948.2747.3145.1544.0442.0240.2238.6837.3435.940.00700.01780.04600.12300.28500.635在不同的压

25、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。表1-3 盐酸恒沸液的特性压力，kPa沸点，密度（25）g/cm3HCl,%（重量）6.73366939710110410613348.72481.20597.578106.424108.584110.007116.1851.11181.10421.09931.09961.09631.09591.09551.093323.4221.88320.91620.36020.29320.22220.17320.15519.734（2）盐酸的化学性质盐酸可以和多金属反应

26、，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2HClFe=FeCl2H2（b）跟碱性氧化物反应酸+性氧化物=盐+水3H2SO4+Fe2O3=Fe2(SO4)33H2O（c）跟碱起中和反应酸+碱=盐+水2HClCu(OH)2=CuCl22H2O（d）跟某些盐反应酸+盐=酸+新盐H2SO4BaCl2=2HClBaSO41.3 盐酸的用途盐酸，又叫氢氯酸，是

27、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。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

28、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

29、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800900的条件下焙烧生成钨酸钠。CaWO4+Na2CO3

30、= 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。

31、1.4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11.1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：2

32、NaCl+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：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

33、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

34、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；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

35、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：来自合

36、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.

37、7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31.033.0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

38、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。1.7.2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

39、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11.1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

40、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、

41、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。（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

42、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

43、阀排出进入大气或再经碱液洗涤后排空。1.9 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。（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

44、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。沈阳化工大学学士学位毕业论文第二章盐酸装置及工艺第二章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

45、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

46、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。2.2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 2H2O2CO + O2 2CO2氢气与氯气在波长为400436 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

47、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 + HH + 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 H2OCl + O2 ClO2还有就是自身结合为气体分子2H H2Cl +Cl Cl2H + Cl HCl除此以外，活性游离基与合成炉的壁面碰撞

48、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 生产的点火指标氢气：体积分数98，含氧量0.4，压力要求0.0600.080 Mpa；氯气：体积分数90，含

49、氢量1.0，压力要求0.1500.250 Mpa：2.3.2 正常生产指标氯气：体积分数70，含氢量2.0，压力要求 0.150.20 MPa：氢气：体积分数98，含氧量0.4，压力要求0.060.08 Mpa：2.3.3 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 1.051.001.10；本设计中选择的比为 11.10尾部吸收塔出口尾气负压： -50005000Pa；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 MPa2.4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

50、地点负责人控制等级频率1合成酸HCl31GB3201993槽车质管处公司1次车副产酸HCl31GB3201993槽车质管处公司1次车工业酸HCl31GB3201993槽车质管处公司1次车食品酸HCl31GB3201993槽车质管处公司1次车2火车槽车装车上空测尺误差HCl31GB3201993槽车质管处公司1次车2.5 操作要点及注意事项2.5.1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

51、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（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

52、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%爆炸范围爆炸气体类型氢氯氢氧氢空气氢氯氯化氢下限5.095.04.595.54.195.95.020.075.0上限87.512.595.05.074.225.813.014.073.0（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

53、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2.6.1 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/m³) 尾气HCl含量（kg/m3)×V排除废气（m³/h) 产量（t/h)×35.536.5

54、（2）氢气的定额：氢气的实际耗用量：m³(标准状态) ×0.0898kg/m³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：尾气HCl含量（kg/m3)×V排除废气（m³/h) 产量（t/h)（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2001合成盐酸128776氯气Kg311.6氢气Kg12水t7电kWh0.6副产盐酸1640氯化氢Kg306水t6.5电kWh0.82002合成盐酸126484氯气Kg304.6氢气Kg11.2水t2.5电kWh3.1副产盐酸424氯化氢Kg313水t3.7电kWh1.32003合成盐酸124596氯气Kg308.6氢气Kg9.7水t1.38电kWh1.8副产盐酸754氯化氢Kg274水t2.7电kWh1.82.6.3 副产品及排放物的处理（1）