年产10万吨氯碱车间氯化氢合成工段的初步设计

摘要本设计是以氯化氢为产品，年产10万吨氯碱车间氯化氢合成工段的初步设计。说全和环境保护工程以及公用工程进行了合理的设计。完成了20000字的设计说明书，同AbstractHydrogenchlorideistheproductofthethedesign,thepreliminarydesignofanannualoutputof100,000tonsofchlor-alkaliworkshophydrogenchloride,hydrogenchloridesynthesisofcurrentresearchanddeprospectsathomeandabroad.Second,itdescribesthedesignbasisofthedesign,siteselection,rawfHydrogenchloridesynthesisfurnacaswellasanalyticaltowerwerecalculatedandofvariousfactorsontheplantprotectionengineeringandpublicworksforareasonabledesign.Completeda20,000-worddesignspecification,flowchartofproductionworkshopandfacadelayoutandtKeywords:Hydrogenchloride;Chlor-alkali;Synthesis;Processroute摘要 I 1.1概述 1.1.1生产的意义与作用 1.1.2国内外的现状及发展前景 1.1.3产品的性质与特点 21.1.4产品的生产方法概述 1.2设计依据 41.3厂址选择 41.4设计规模与生产制度 4 4 41.5原料与产品规格 1.5.1主要原料规格及技术指标 51.5.2产品规格 5 5 72.1工艺原理 72.2工艺路线的选择 2.3工艺流程简述 92.3.1工艺流程示意图 92.3.2工艺流程简述 2.4物料衡算 92.4.1生产能力及原料氯气与氢气量的计算 2.4.2合成炉的物料衡算 2.4.3降膜吸收器的物料衡算 2.4.4解吸塔的物料衡算 2.4.5尾气吸收塔的物料衡算 2.5热量衡算 2.5.1合成炉的热量衡算 2.5.2石墨冷却器的热量衡算 2.5.3降膜吸收器的热量衡算 2.5.4解吸塔的热量衡算 2.5.5尾气吸收塔的热量衡算 2.5.6石墨换热器的热量衡算 2.5.7盐水石墨冷却器的热量衡算 2.6Aspen模拟 2.6.1全流程的Aspen模拟图 2.6.2氯化氢合成炉的Aspen模拟图 2.6.3降膜吸收器的Aspen模拟图 3.1关键设备的计算 3.1.1合成炉炉体直径的计算 3.1.2合成炉换热面积的计算 3.1.3合成炉炉高的计算 3.1.4合成炉灯头尺寸的计算 3.1.5爆破膜尺寸的计算 3.1.6厚度的计算 3.1.7封头的选择及计算 3.2其他设备的计算及选型 3.2.1石墨冷却器的计算及选型 3.2.2降膜吸收器的计算及选型 3.2.3尾气吸收塔的计算及选型 3.2.4解吸塔的计算及选型 483.2.5石墨换热器的计算及选型 3.2.6盐水石墨冷却器的计算及选型 第5章车间设备布置 7.1安全 7.2三废产生情况 7.3三废处理情况 8.1供水 8.2供电 8.3供暖 598.4通风 致谢 世界氯碱生产集中度较高，其中半数集中在亚洲，但其规模普遍较小。世界氯碱技术发展总体方向是规模大型化，节能降耗技术将成为重点，新建和扩建氯碱产能90%以我国氯碱工业创建于20世纪20年代。近几年，我国的氯碱生成工艺虽然有了较大1.1.3产品的性质与特点氯化氢的性质标准状态下的密度为1.639g/L。临界温度为51.54℃,临界压力为8314KPa,临界密度为0.42g/cm³。氯化氢在水中的溶解度很大，不同温度下，氯化氢在水中的溶解度见下表1-1氯化氢在水中的溶解度(101.3KPa)温度℃溶解度LHCI/LH₂O0常压下15℃时为0.8124KJ/(Kg·℃),在0—1700℃范围内，可按下式计算(其误差为在常温及607.8KPa压力下可液化，在沸点时密度为1.194g/ml。(1)干燥的氯化氢不与金属反应。(2)氯化氢与三氧化硫作用可生成氯磺酸：SO₂+HCl=HSO₃Cl(3)氯化氢与不饱和烃在催化剂作用下可发生加成反应：C₂H₂+HCl=C₂H₃Cl盐酸的性质表1-2盐酸溶液的沸点密度g/m表1-3盐酸溶液在在大气压下的沸点HCl度n%1.1.4产品的生产方法概述加到盐酸中，将其中的水吸收掉，使过饱和氯化氢气体析出。20世纪80年代以后制备2、盐酸脱析法。将浓盐酸置于脱析塔中加热脱析制氯化氢气体。盐酸脱吸法制高3、合成法。氯气和氢气在合成炉中进行燃烧反应，生成氯化氢气体是八十年代初氯化氢气体纯度在99.99%以上。4、工业副产酸脱析法。随着盐酸脱析法的逐步推广，副产酸脱析生产氯化氢工艺5、石油化工副产氯化氢提纯法。目前电子级氯化氢出口国，如美国，主要是从石由于其中乙炔和乙炔杂质的沸点与氯化氢沸点相近，很难采用精馏的方法脱除得干净，1.2设计依据1.3厂址选择根据厂址选择的原则与要求，将本设计的厂址选在江苏省盐城市合德镇。构成了四通八达的交通运输网络。盐城市沿海生态环境有相对较好、容量较大的优势，1.4设计规模与生产制度生产能力入下表1-4所示。表1-4生产能力产品名称氢氧化钠生产时间处理量8000小时12.5吨/小时其中管理人员实行一班制。人员组成如表1-5所示 表1-5车间人员组成序号职能名称人数人员配备班制1车间主任1八小时工作制2班长3四班三倒制3技术员3四班三倒制4分析检验员3四班三倒制5中控室操作员3四班三倒制6操作工四班三倒制7维修工3四班三倒制1.5原料与产品规格原料气组成如下表1-6所示物质氯气(V%)氢气(V%)纯度含氢含二氧化碳含氧气含水分含氮气进料温度(℃)进料压力(MPa)本设计工段的主要产品为氯化氢气体及盐酸。产品氯化氢的纯度99.9%产品盐酸浓度20%-22%化工工程建设项目在筹备阶段就要进行费用估算，目的是给项目主管部门提供决策在本设计中，经调查海盐的市场价为240元/吨，冷冻盐水的市场价为1250元/吨，冷却水的市场价为0.4元/吨，低压蒸汽为65元/吨。m海=146250t/a所以，W₁=146250×240=35100000元所以，W₄=65×2657280/1000=172723本车间定员28人，每人每月平均工资为3000元，则每年工人的工资总费用为1008000元本设计的经济核算见表1-7。序号指标名称计算单位设计指标成本/万元1生产规模t/a10wt氯碱23456789车间定员原盐原料水蒸汽耗量冷凝水耗量冷冻盐水设备数量及投资车间建筑面积人台0m-4633405.263493.84第2章工艺设计和计算Cl₂+H₂4→2HCl(1)链的引发：在合成氯化氢的过程中，氯气与氢气在光照的作用下，首先，氯气(2)链传递：活化的氯原子(C1·)再与氢分子作用生成一个氯化氢分子和一个活化的氢原子(H·),这个活化的氢原子又与一个氯气分子作用，生成一个氯化氢分子和一Cl·+H₂→HCl+H①H:+Cl₂→HCl+Cl·②H+Cl₂→HCl+Cl③Cl·+H₂→HCl+H……④①在氧气的存在下燃烧破坏H·的活性，从而使链锁反应中断，H+O₂—→HO₂Cl+O₂→ClO₂2.2工艺路线的选择来自氢气车间的氢气与来自氯气车间的氯气在合成炉底部的燃烧器混合点火燃烧，温度可达到2000℃以上。合成炉夹套的冷却水将反应放出的热量带走，气体在合成炉顶部温度降为350℃左右，经石墨冷却器冷却至170℃左右，进入降膜吸收器，与来自尾气塔的稀酸进行并流吸收，降膜吸收器底部生成的酸的浓度可达35%左右，供解吸塔解吸用。未被吸收的气体进入尾气吸收塔，用来自解吸塔的稀酸吸收，生成的酸供降膜吸收器使用。由解吸塔脱出的氯化氢气体进入石墨冷却器进行冷却，至40℃,再进入盐水石墨冷却器，由冷冻盐水将氯化氢气体冷却至-12℃—-18℃,得到2.4物料衡算生产能力年产10万吨氯碱，年产时间按8000h计算，则合成炉合成炉氯化氢的产量物质氯气(mol%)氢气(mol%)纯度含氢含氮气含二氧化碳含水分含氧气进料温度(℃)进料压力(MPa) 2.4.2合成炉的物料衡算合成气进合成炉的各物质的量原料氢气的量=纯氢气的摩尔量/氢气的摩尔分数各组分的含量=原料氢气的量×组分的摩尔分数原料氯气的量=纯氯气的摩尔量/氯气的摩尔分数ZH₂(m)=156.771×2=313.542kg/h氮气：2N₂(mol)=0.0962+1.715=1.8112kmol/h2N₂(m)=1.8112×28=50.714kg/hZO₂(m)=4.2517×18=76.5306kg/hZO₂(m)=1.532×32=49.024kg/h氯气：2Cl₂(mol)=148.81kmol/hZO₂(m)=148.81×71=10565.5kg/hZO₂(m)=0.3216×44=14.1504kg/h总进料(mol)=156.771+148.81+1.8112+4.2517+1.53=313.5kmol/h总进料(m)=313.542+10565.5+50.714+76.5306+49.024+14.15042H₂+O₂→2H₂O②G,=G=148.81Kmol/hG=2×Gg=2×148.81=297.62Kmol/hmg=G×M=297.62×36.5=10863.13kg/h②氧气燃烧所消耗的氢气及生成的水的量为：2H₂+O₂→2H₂O剩余的氢气的量为：m,=4.897×2=9.794kg/hG=156.771-148.81-3.064=4.897Kmol/h二氧化碳、氮气没有参与反应量不变总出料(m)=10863.13+131.68+9.794+50.714+14.1504=11069.471kg/h表2-2HCl合成炉的物料平衡表输入，kg/hkg/hH₂N₂H₂OH₂OH₂O₂N₂Cl₂CO₂CO₂总计因总进料量(m)≈总出料量(m),所以物料守衡。2.4.3降膜吸收器的物料衡算塔气21%盐酸盐酸降膜吸收器吸收剂用量的计算吸收剂用20%的稀盐酸，假定氯化氢的吸收率为99%,出塔盐酸的浓度为35%。根据塔内HCl的量守恒，可得：G=L×(X₁-X₂)①I单位时间内通过吸收塔的溶剂量，kmol/hX₁,X₂——分别为出塔及进塔液体中溶质组分的摩尔比吸收剂为21%的盐酸，出塔盐酸的浓度为35%。mk=2192.26×18=39460.68kg/h出塔气体质量流量的计算出塔气体中剩余的氯化氢的量为GHC=G×0.954×(1-0.99)=3kmol/h所以，出塔气体总的质量流量为m=315.84kg/h出塔液体质量流量的计算因为进塔液体与出塔液体中水的量是不变的，所以输入，kg/h输出，kg/h进吸收器混合气HC110863.13出吸收器混合气HC1109.5H₂9.794H₂9.794N₂50.174N₂50.174CO₂14.1504CO₂14.1504吸收剂用量49954.23出吸收器液体流量60708.74总计61023.70161024.582.4.4解吸塔的物料衡算进塔液体质量流量的计算出塔液体质量流量的计算出塔液体为20%的盐酸。出塔液中水的量为出塔气体质量流量的计算G=311.74kmol/h进塔物质的量，kg/h出塔物质的量，kg/h进塔液体35%盐酸60708.74总计60708.74出塔气体11380.49出塔液体49328.2560708.742.4.5尾气吸收塔的物料衡算进塔液体质量流量的计算尾气塔的进塔液体的质量流量等于解吸塔的出塔液体的质量流量。进塔气体质量流量的计算进塔气体中氯化氢的摩尔流量为3mol/h,其余混合气体的摩尔流量为14.35kmol/h出塔气体质量流量的计算设从降膜吸收器中未被吸收的氯化氢气体在尾气吸收塔中全部吸收，则成成炉m塔气=206.341kg/h出塔液体为21%的盐酸，因为出塔液体与进塔液体中水的量是不变的，则出塔液体的质量流量为表2-4尾气吸收塔的物料平衡表输入kg/h输出kg/h进塔气体HCl出塔气体H₂O131.68H₂OH₂N₂CO₂吸收剂49328.25总计49644.09H₂N₂CO₂出塔液体49437.7549044.092.5热量衡算2.5.1合成炉的热量衡算原料气各组分在25℃时的比热容见表2-6表2-6原料气各组分25℃的比热容物质N2=(313.542×14.27+50.714×1.047+76.5306×4.18+49.024×0.913H₂+Cl₂→2HCl△H=92.31kJ/mol[l]2H₂+O₂→2H₂O△H=241.82kJ/mol|]合成炉内放出总的热量为两反应放出的热量之和：T合成炉灯头温度，K物质的a、b、c见下表2-5。表2-7各物质恒压比热容常数表物质名称abC适用温度氢气3.25×10³0.501×10*298-2500氯气0.24×10=-2.83×10²298-3000氯化氢4.07×10-298-2500水氧气4.17×10-30.32×10⁵-1.66×10Cp)=27.29+3.25×10³+0.501×10⁵TCc₃)=36.89+0.24×10³+(-2.83)×10°T²Cgcn=26.02+4.07×10³+1.08×10T²AC=(2×26.02-27.29-36.89)+(2×4.07-3.25-0.24)×10³T+(2×1.08-0.501+2.83)×10⁵T-2=-12.14+4.65×10³T+4.489×10⁵T-2=2.305×10⁶T²-1.349×10²T+3.819-4.498×10²/(T-298.15Cr(oy=30.01+10.7×10³T+0.32×10°T²Cp=29.95+4.17×10-³T-1△C₂=(2×30.01-2×27.29-29.95)+(2×10.7-2×3.25-4.17)×10³T+(2×0.32-2×0.501+1.66)×10⁵T-2=-24.51+10.73×10-³T+1.298×10-⁵T-2=5.36×10⁶T²-2.772×10²T+7.787-1.326×10²/(T-298.15)=297.62×10³×[92.31+2.305×10⁶T²-1.349×10-²T+3.819-4.498×10²/(T-298.15)]+3.064×10³×[241.82+5.36×10⁶T²-2.772×10-²T+7.787-1.326×10²/(T-298.15)]=2.89×10⁷+0.702T²-4.09×10³T-1.344×10⁸/(T-298.15) _合成气入口温度，℃合成气出口温度为350℃,由定压比热容的计算式计算得各物质在出口温度下的表2-8各物质在350℃下的比热容物质氯化氢氢气氮气二氧化碳水Cp(kJ·kmol/k)29.9229.4647.55+0.00103×47.55+0.0058×计算冷却水用量合成气入口温度25℃,出口温度350℃,在平均温度187.5℃,查气体比热容共线物质N₂CO₂H₂OH₂Q,=C,·G,·△t=29.3×1.8112×(350-25)=17.25×103kJ/hQ₀=Co·Gco·△t=36.82×0.3216×(350-25)=3.85×10³kJ/h=80.6×10³kJ/hQ₁=C·G·△t=29.02×297.62×(350-25)=2807×10³kJ/h冷却冷却水上水冷却水回水Q,=Cn,·Gn,·△t=28.3×4.897×(350-25)=45.04×10³kJ/hO=Qk,+Oo+Qo+Qa+QQ=Q+Q-Q=(708981.3+22909394.18-2953740)kJ/h=20664635.46kJ/h输入kJ/h输出kJ/h原料气带入的热量708981.3合成反应放出的热量22909394.16总计23618375.46合成气带走的热量2953740冷却水带走的热量20664635.4623618375.462.5.2石墨冷却器的热量衡算表2-11各物质在350℃下的比热容物质N₂CO₂H₂OH₂C,(kJ·kmol/k)所以，各物质进石墨冷却器带入的热量分别为Q,=C·Gx,·△t'=30.46×1.8112×350Q=Co·Gno·△f'=35.4×7.3157×350Q'ig=C'·G·△f=30.54×297.62×350Q=(19.31+5.49+90.64+3181.3+48.5)×10³=3345240kJ/h各物质出石墨冷却器带入的热量表2-12各物质在170℃下的比热容物质N₂CO₂H₂OHClH₂C。(kJ·kmol/k所以，各物质出石墨冷却器带走的热量分别为：O=Co.·Ga.·Al”=36.82×0.3216×170Qo=C·Gno·At”=33.9×7.3157×170=42.16×10³K.J/·出塔出塔气降膜吸收器=1552154.22kJ/h冷却水的用量冷却水的进口温度为27℃,温差为10℃,冷却水的比热容为4.18KJ/kg·℃输入kJ/h输出kJ/h混合气带入的热量3345240总计3345240混合气带走的热量冷却水带走的热量33452401552154.221793085.782.5.3降膜吸收器的热量衡算盐酸进塔液体为20%的盐酸溶液，进塔温度为10℃,则进吸收器的液体带入的热量为C=0.2×0.795+0.8×4.174=3.49kJ/kg·℃Q=Cp×m₁×△t进吸收器的气体带入的热量假设从石墨冷却管出来的气体进入降膜吸收器时没有热量损失，则=(9.022+2.01+42.16+14氯化氢溶解放出的热量Q₃=N·QN=G×0.99=297.62×0.99=294.64kmol/h所以Q=294.64×62.7×10³=18473928kJ/h出吸收器气体带走的热量出塔气体的温度为40℃,出塔气体各组分在此温度下的比热容见表2-14物质HClH₂N₂CO₂H₂OCp(kJ/kg.℃)4.174=10.71×315.84×40=135305.86kJ/h出吸收器液体带走的热量出塔液体为35%的盐酸，温度为40℃,出塔液体带走的热量为Cp=0.77×0.35+4.174×0.65=2.987kJ/kg·℃=2.987×57133.86×40=6826353.6kJ/h冷却水的用量冷却水要移走的热量为：=13443645.08kJ/h设冷却水进口温度为27℃,温差为10℃,则冷却水的用量为输入kJ/h输出kJ/h进吸收器气体带入的热量1545052进吸收器液体带入的热量386324.54氯化氢的溶解热18473928总计20405304.54出吸收器液体带走的热量6826353.6出吸收器气体带走的热量135305.86冷却水带走的热量13443645.0820405304.54化氢化氢2.5.4解吸塔的热量衡算35%盐酸盐酸进塔液体带入的热量Q=Cp₁×m₁×△t出塔液体带走的热量Q₂=Cp₂×m₂×△t出塔气体带走的热量O₃=Cp₃×m₃×△t氯化氢气体从盐酸中解析出来需要的热量N=311.74kmol/h所以，氯化氢解析出来所需要的热量为=19546.1kg/h蒸汽用量由再沸器提供的热量为：再沸器进口蒸汽压力为0.2MPa,由文献查得此时水的汽化热为2205KJ/kg,则蒸汽输入kJ/h输出kJ/h进塔液体带入的热量6826353.6再沸器提供的热量732422.24总计755877.84出塔液体带走的热量6905955出塔气体带走的热量633274.74氯化氢解析需要的热量19546.1755877.842.5.5尾气吸收塔的热量衡算进塔气体带入的热量假设从降膜吸收器出来的气体进入尾气吸收塔时没有热量损失，则进塔气体带入的热量为Q=Cp×m×△t进塔液体带入的热量假设从解吸塔出来的液体进入尾气吸收塔时没有热量损失，则进塔液体带入的热量为出塔气体带走的热量出塔气体的温度为35℃,各组分在35℃的比热容为物质N₂H₂CO₂H₂OCp(kJ/kg.℃4.174所以，出塔气体带走的热量为氯化氢溶解放出的热量溶解的氯化氢的量为3kmol/h,则出塔液体带走的热量出塔液体为20%的盐酸，根据热量守恒，出塔液体带走的热量为=135305.86+5149869.3+188.1-86952.1所以，出塔液的质量流量为表2-18尾气吸收塔的热量平衡表输出kJ/h进塔气体带入的热量135305.86出塔气体带走的热量86952.1冷却水回水冷却水回水进塔液体带入的热量6905955出塔液体带走的热量6954496.86氯化氢的溶解热188.1总计7041448.967041448.962.5.6石墨换热器的热量衡算氯化氢氯化氢石墨冷却器冷却水上水氯化氢气体带入的热量假设气体由解吸塔出来进入换热器的过程没有热量损失，则气体带入的热量为Q=Cp₁×m₁×△t=633274.74kJ/h气体带走的热量=0.77×11379.6×40=350491.68kJ/h冷却水用量冷却水要移走的热量为=282783.06kJ/h冷却水的进口温度为27℃,温差为4℃,则冷却水的用量为：表2-19石墨换热器的热量平衡表输入kJ/h输出kJ/h气体带入的热量633274.74气体带走的热量350491.68冷却水移走的热量282783.06总计633274.74633274.742.5.7盐水石墨冷却器的热量衡算冷冻冷冻盐水湿氯化氢干燥氯化氢回水用-25℃的冷冻盐水将氯化氢气体从40℃冷却到-12℃,冷冻盐水出口温度为-16℃Q=Cp₁×m₁×△t气体带走的热量O₂=Cp₂×m₂×△t冷却水用量Q=Q-Q₂冷冻盐水的比热容为3.473kJ/kg.℃,则冷冻盐水的用量为表2-20盐水石墨冷却器的热量平衡表输出kJ/h气体带入的热量350491.68气体带走的热量102416.4冷却水移走的热量248078.28总计350491.682.6.1全流程的Aspen模拟图WEWE页m.0gm机解图2-1全流程的Aspen模拟图全流程的Aspen模拟数据见表2-21表2-21全流程的Aspen模拟数据进料kg/h出料kg/h氯气10668.196氢气389.326吸收剂55319.362水13.2浓酸53048.144废液9083.798氯化氢4178.238尾气80.4032.6.2氯化氢合成炉的Aspen模拟图氯化氢合成炉的模拟图及其模拟数据见图2-2与图2-3图2-2氯化氢合成炉的Aspen模拟图Vot%CurvesWt%CurvesPetro.Curves|PolDisplay:StieameFomat:GEN_MStreamTableTemperatureCHUN1-035501.186ConvergenceStreamResultsGANZAO<<Al▼田田…田中…图2-3氯化氢合成炉的模拟数据(1)Wt%CurvesPetro:CurvesSetupDynamicBlockOptionsH20StreamResultsGANZAOHUN1-0TRACErnacrVol.%CurvesFormatGEN_MStreamTableH2N2H30+图2-4氯化氢合成炉的模拟数据(2)在反应器中输入原料气氯气，氢气以及各原料气中的各组分，选择物性方法，活度系数法，在stream中输入原料气的压力、温度以及各组分的摩尔分率，点击运行之后，即可得到以上模拟数据。2.6.3降膜吸收器的Aspen模拟图降膜吸收器的模拟图及其模拟数据见下图：XJ-VXISHOUXIYEL2-OUTXI-L图2-5吸收器的Aspen模拟图UserTransportSutGeneralizedTransrDynamicDynamicEquipmenEfficienciesandHETransferCoefficientDimensionlessNunEOVariablesSpecGroupsPortsStreamCustomTemperatureCPressurebarNaparFracMoleFlowkmol/hrVolumeFlowcum/hiFpthalyMMkcal/hrMassFowkgh0.0002760.00055319.362257.608XL66162.04760.158<0.001MaterialResultsProflesInterfaceProfilesDisplay:[SkeameFomat:GEN_MStreamTableResultsStreamRes图2-6降膜吸收器的模拟数据(1)▼>》口曲N>×DynamicDynamicEquipmenProfilesEffcienciesandHEDimensionlessNunEOVariablesEIlfilitieeVot%Curves|Wt%Curves|Pelro.CurvesIPaly.CuivesDisplay:SteamsFomatGEN_MN2H30+图2-7降膜吸收器的模拟数据(2)xvCO3-XlL图2-8降膜吸收器的模拟数据(3)在吸收器中输入所需吸收剂的量，吸收剂的温度，以及反应的压力，点击运行之后，即可得到以上模拟数据。第3章设备选型3.1关键设备的计算氯化氢的合成炉是本设计工段的关键设备，现对该设备进行详细的计算。3.1.1合成炉炉体直径的计算Pg——合成炉工作压力，Pa合成炉内压力为0.25MPa,取合成炉内气速为1m/s将以上数据带入上式中，有=3.17m式中，B——合成炉炉体内侧到夹套内侧的厚度，一般取为0.265m所以，合成炉夹套直径为：d'=3.2+0.265=3.465m,取夹套直径为3.5m。3.1.2合成炉换热面积的计算合成炉内侧对流传热系数的计算根据合成炉内的结构特点，氯气与氢气在灯头处混合燃烧，并迅速喷射至炉体，因表3-1各物质导热系数表物质HClCO₂N₂H₂OH₂0.18×100.29×100.34×100.6750.14×10表3-2各物质粘度表物质HClCO₂N₂H₂OH₂0.02080.0210.02400.01450.011表3-3各物质比热容表物质HClCO₂N₂H₂OH₂Cp(kJ/kg·℃)4.417A=Zy;×λ=1.78W/m·k=1.09kJ/kg·℃合成炉外侧对流传热系数的计算将以上数据代入合成炉夹套侧对流传热系数公式，可得：合成炉总传热系数的计算合成炉总传热系数按下式计算λ炉体材料导热系数(本设计炉体材料为石墨),W/m.℃合成炉炉体外径为d₁=3.25m,取b=0.05m,所以合成炉炉体的对数平均直径为：=3.225m将以上数据代入总传热系数式中：=0.0277合成炉传热面积的计算△t₁=2436.71-27=2436.71℃将以上数据代入换热面积计算公式：3.1.3合成炉炉高的计算所以，合成炉炉高的计算公式为：3.1.4合成炉灯头尺寸的计算氯气管直径的计算=0.28mG,,=156.771kmol/h,T₁,=298.15K,d,=325mm,P₁₂=0.21MPa,冷却水进出口管直径的计算水在不同温度下的温度为27℃,由文献[1查得不同温度下水的密度见表3-4表3-4不同温度下水的密度表温度，℃密度，kg/m³因冷却水的进口温度为27℃,用插值法可求的此温度下的密度：水的流速一般为0.5~3m/s,这里取水的流速为2m/s2m/s,此时密度不一样，根据表3-4中密度的数值，用插值法计算密度，得：合成气出口管的计算口速度一般为5~10m/s,这里取10m/s将上面的数据代入公式，得=0.478m3.1.5爆破膜尺寸的计算如果停、开车时炉内的气体没有置换干净，或是其他原因，造成氢气和其他气体的混合比例达到爆炸范围时，均可引起爆炸事故。因此，除了注意安全操作外，合成炉还应设置安全防爆装置。最常用的爆破装置有爆破膜或重力式防爆盖。而重力式防爆盖常用于喷淋式合成炉中，因此本设计采用的浸没式石墨合成炉所用的防爆装置为爆破膜。爆破膜材料有不透性石墨和高温石棉橡胶板，较常用的为不透型石墨。爆破膜直径的确定：要求在发生爆炸事故时，能通过爆破口迅速将爆破气体尽快地排出设备，以保证炉体的安全，爆破口的尺寸应尽可能大一些，一般要求其直径大于炉体直径的一半，有的爆破膜直径等于炉体直径l2]。爆破膜厚度的确定：爆破膜的厚度目前还没有较准确的计算方法，可用下式进行估爆破膜厚度爆破膜的设计爆破压力为Pw=2×10⁴Pa,由文献查得，不透性石墨的抗弯强度σ≥50MPa,在本设计中取爆破膜的直径为d=2200m将以上数据代入爆破膜厚度的计算式，可得：取爆破膜厚度为20mm3.1.6厚度的计算筒体厚度一般按照以下公式计算：=4.097mm=199.7MPa≤0.9×375=337.5MPa3.1.7封头的选择及计算3.2其他设备的计算及选型3.2.1石墨冷却器的计算及选型合成气进石墨冷却器的温度为350℃,出口为170℃,冷却水进口为27℃,出口温度为52℃。石墨冷却器换热面积的计算公式为：△tm平均对数温差，℃低温侧流体温差：所以，选择GHA700-60(F)型号的列管换热器，公称面积60m²,换热管的有效长度为3000mm,换热管根数为235根。3.2.2降膜吸收器的计算及选型降膜吸收器实际上是一种垂直安装的列管式或圆块孔式换热器。换热器的列管(或块孔上的纵向孔道)相当于许多并列的水冷湿壁塔。上部设置有分配吸收液的溢流管。由文献[3]查得总传热系数K=2090W/m².℃。冷却水进口温度为27℃,出口温度为37℃,氯化氢气体由170℃降至40℃。所以，选择GX650-35型号的管壳式石墨降膜吸收器，系列参数见表3-5公称直径固定管板厚度mm管程数管心距吸收管根数换热面积吸度收管有效长13.2.3尾气吸收塔的计算及选型泛点的计算 ε填料空隙率=0.81m³/m³,A=0.022,塔径的计算塔径的计算公式为空塔气速等于泛点的0.5~0.8,这里取0.6,则空塔气速u=0.6×0.33=0.198m/s圆整后D=700mm塔高的计算填料层高度的计算式为：h=Nr×HETPNr——理论塔板数所以，填料层的高度h=10×0.9=9m取填料塔的封头高度为0.9m,支座为1.5m,所以，填料塔的塔高为H=9+0.9+1.5=11.4m3.2.4解吸塔的计算及选型泛点的计算依据Bain-hougen关联式，计算泛点速度塔径的计算塔径的计算公式为空塔气速等于泛点的0.5~0.8,这里取0.6,则塔高的计算根据Aspen模拟的结果，理论塔板数为15,查得50mm拉西环的等板高度为0.9m,所以，填料层的高度h=15×0.9=13.5m取填料塔的封头高度为0.9m,支座为1.5m,所以，填料塔的塔高为H=13.5+0.9+1.5=15.9m3.2.5石墨换热器的计算及选型管外侧对流传热系数的计算氯化氢气体的定性温度为(70+40/2=55℃,由文献1查得该温度下氯化氢的各物化性质数据见表3-6表3-655℃下氯化氢气体的物化性质数据表性质粘度(cp)导热系数(W/m.℃)比热容(kJ/kg.℃)数据0.0150.0750.803拟选用GHA500-35(F)型号的换热器，该型号换热器的系列参数见表3-7表3-7GHA500-35(F)型号换热器的系列参数外径mm壁厚mm换热管根数换热面积m²换热管有效长度m5=162.77W/(m².℃)管内侧对流传热系数的计算冷却水的定性温度为(27+32)/2=29℃,文献川查得该温度下冷却水的各物化性质数据见表3-8表3-829℃下冷却水的物化性质数据表性质粘度(cp)导热系数(W/m.℃)比热容(kJ/kg.℃)数据因为2300<R。<10000,所以可用Re>10000公式计算，在乘以一校正值f所以，总传热系数按下式计算：=0.007石墨换热器换热面积的计算石墨换热器换热面积的计算公式为：△tm平均对数温差，℃由前面计算可得总传热系数K=143W/m².℃。冷却水进口温度为27℃,出口温度为31℃,氯化氢气体由70℃降至40℃。所以，石墨换热器的换热面积为由以上计算可知，初选换热器的型号符合要求。3.2.6盐水石墨冷却器的计算及选型在盐水石墨冷却器中，用-25℃的冷冻盐水将氯化氢气体从40℃冷却至-12℃,冷冻盐水的出口温度为-16℃。本设计采用块孔式石墨冷却器，因为块孔式较列管式可使用总传热系数的工厂经验值为K=232.6W/m².℃。所以，石墨冷却器的换热面积为实际的换热面积为算得的换热面积的1.1~1.2倍第4章设备一览表本设计的设备一览表如表4-1所示：表4-1设备一览表序号位号名称型号数量1F101二合一石墨合成炉2E102石墨换热器GHA700-60(F)3T103降膜吸收器GX650-354T104解吸塔①700×114005T106尾气吸收塔①1200×159006E105解吸塔再沸器GHA450-20(F)7E107石墨换热器GHA500-35(F)8E108盐水石墨冷却器9P101稀酸泵IHJ80-65-125P102稀酸泵IHJ80-65-125第5章车间设备布置置、设备与设备之间或设备与建筑物的安全距离。设备的安全距离如表5-1所示。表5-1设备安全距离序号净安全距离，m1泵与泵的间距不小于0.72泵与墙的间距至少1.23泵列与泵列的距离不小于2.04贮槽与贮槽的间距0.4~0.65换热器与换热器的间距至少1.06塔与塔的间距7离心机周围通道不小于1.58反应罐盖上传动装置离天花板的距离不小于0.89反应罐底部与人行通道的距离不小于1.8~2.0反应罐卸料口与离心机的距离不小于1.0~1.5起吊物品与设备最高点距离不小于0.4不常通行的地方，净高不小于工艺设备与道路间距不小于1.0放在17米的操作台上。在降膜吸收器的左侧安装E102石墨换热器，降膜吸收器的右侧依次为换热器E107,盐水石墨冷却器E第6章自动控制温度控制：以解吸塔再沸器为例。再沸器的温度调节阀一般装在热载体的管道上。第7章安全和环境保护(1)水源来源的选择：水源分为地下水(浅层地下水、深层地下水、泉水等)及自(2)净水循环系统：通过冷却水的循环可用以节能。(3)排水系统：工业企业废水排放必须达到国家标准，这是每个企业必须考虑的问8.2供电(1)厂区的变配工程：变电工程就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集(2)车间的电力设计：车间配电的系统图、平面图以及车间电力的材料表等。(3)车间的照明设计：工厂的生产车间等场所照明用灯具应按环境条件、满足工作(4)电气的防爆：特别危险场所除了有触电危险性外，由于电器上的发热、火花和本设计生产岗位采用混合照明，其它为正常照明，电源为380/220V。8.3供暖(1)在冬天比较寒冷的时候采用集中取暖。(2)采暖的介质：对于建筑物的集中布置，应该采用热水取暖，以利于蒸汽和冷凝8.4通风生产岗位上换风为：21600m³/h—86400m³/h,换气次数：7次/h[5]张爱华.我国氯碱工业的现状和发展[J].石油化工技术经济，2004(200):40[6]熊洁羽，王国军，汪斌.石墨制合成炉气体出口温度得确定.中国井矿[9]熊洁羽，王国军，汪斌.石墨制合成炉气体出口温度的确定[J].中国井矿盐，2006,生产中钢制水夹套氯化氢合成炉的设计[J].中国井矿盐，2004,(35):30-35致谢热量衡算、Aspenplus的模拟以及设备的计算及选型。最后，绘制了物料流程图、平立制造业现场管理实践第一部分：材料管理签完名后才向对方说数量有差异，才提出赔偿要求，肯定没人理睬你。2、<现品票>要留下：<现品票>是向前工序反馈情报的重要凭证，也是不良品主要追踪线索之一，附在不良品上退回给前工序(协作厂家)时，3、先来先用乱不得：材料使用的第一原则就是先来先用，这是防止品质产生混乱，保持良好的可追溯性的先决条件之一。4、材料去向要清楚：不是所有的材料都能组装出成品，中途分流的材料要有合理的理由，分流的数量要补回，否则生产计划就不能达成。5、材料台面摆放有学问：合理的摆放不仅能够节约空间，提高取拿准确度，降低作业工时，并能使台面3S活动得以维持。6、副料管理决不可是一笔糊涂帐：缺少副料，生产一样无法进行。副料的好坏不仅直接影响着品质，它还在成本中占据一定比例。7、不良品退回要确认：向前工序退回良品和自责品，最终失去的将是别人对你的信任，此外，还浪费双方无谓的人力和财力资源。8、盘点的时候要仔细：盘点是一段不得已暂时中止生产，只有支出没收入的非常时期，务必在短时间内、高精度的加以完成。9、不用的时候封存好：不用的材料不等于不要!需要时，能迅速、准竞争者巴不得你天天都在报废，决对不会同情你!11、追加工、选别要有样品：对作业人员来说，文件远不如样品直观，只有设定了上下限样品，才能进行自主判定；才能将作业差异控制在所12、库存太多是浪费，太少又不安全：库存好比是吃饭，吃多了，撑着!吃少了，不管饱!不仅要看菜吃饭，还得量肚而行。决定材料库存量的基本原则是：适时、适量、适价、适地、适质。材料的基本订购法13、算准在线库存量：单品材料在线库存太多，说明材料的派发方法和包装质量有问题。部件在线库存过多，说明各工序工时不平衡，前后衔14、部件先行不贪多：如果产品是一列火车，那么部件就是火车头。只有火车头先开动，整列火车才会动，而且火车头总是同步领先于后边的完整无缺的搬运，能为缩短作业工时、提高生产效率、降低库存提供17、特殊材料，特别管理：之所以特殊，是由于在我们现有的科技力量下不容易大量获得，即使获得了，也要通过特别的管理手法，才能确保18、特采不慎是自杀：特采是品质下降的开始；是未经市场认可的冒险行19、申领手续要齐全：办理手续不仅仅是为了留下一个凭证，也是为了精20、从一开始就降低材料成本：材料成本包括使用量和单价两个要素，要降低材料成本就必须在这两方面下工夫，但是，其前提条件是要确保21、早早反馈不良情报，救人也救已：因情报交流不顺畅而延误的时间成本，比起不良材料自身的价值要大得多!不早点反馈给别人，就别指望能早日解决!1、所有的管理活动都不能离开最基本的管理目标，管理手段只有领先于时代的要求，企业才有生存和发展的可能。现场要管理的对象(生产作业方法(Method)作业环境(Environment)等五大部分，即4M1E。而围绕其所展开的最基本的目标活动为：提升品质(Quality)、降低成本(Costing)、确保交货期(Deadline)、确保人身安全(Safety)提高士气2、新人更要耐心去指导：新进公司，就像到了国外一样，人生地不熟的，门都摸不着，哪谈得上对公司有所贡献呢!3、抽象指示听不懂：没有具体内容的指示，使部下无所适从，要么不去做，要么靠自己的想象发挥来做，必然导致作业结果出现偏差。即发4、缺席顶位有陷阱：有许多作业不良，就是由于顶位人员不熟练而造成的。平时有计划地培养全能工，是填平缺席陷阱，避过危机的有效方法之一。5、个别辅导与集中指导相结合：能力差的要个别辅导，使其达到平均水平。集中指导是为了明确集体目标，强调协同配合意识，以及借用众6、调动每一个人的积极性：健全的奖惩制度是基础，高明的指示、命令是调动积极性的关键。积极性一旦调动起来，再棘手的难题都能得到7、光讲不干不是将：上司的行动就是最好的命令!谁都喜欢追随善解8、筑起良好的上下关系：主动亲近部下，赢得信赖和尊重后，指导部下才有可能成功。积极贴近上司，学习其优秀的品德、才能，拓展自己10、褒贬部下要不失时机：事过境迁，对部下的表扬或批评才姗姗来迟，部下会以为你根本就没放在心上，有说和没说的效果差不多。适时表扬的含义：不漏听、不漏看、不忘记部下取得的成果；要及时在众人面前表扬；可以借助他人来表扬。表扬时注意事项：莫要夸大其实；就事论事，切莫言及他人他事(如：把以前的旧帐一笔一笔搬出来，B、批人要留“皮”,不往死里整(如：事先未对当事人“吹风”,就直接招集众人，当着大家的面，点名道姓地数落起来；当着不相关的第三者，或者资格更低者的面前批评；到处发布批评的言辞；实际处罚不再信任，错一回批一次，以后就不再使用该人；不采取相应的实际11、管理人员更要有问题意识：按部就班地完成工作目标，还不能说是万事大吉，现场的问题总是不停地涌现，要改善的项目永无止境。实战注意事项：①、仅靠老经验已无法应付的工作是否增多?②、是否认为世上只有自己的专业高?③、是否不愿与其它部门更多地沟通?④、计划中途变更的次数是否增多?⑤、多品种，少批量，短期限的生产任务是否越来越多?⑥、是否重视最终业绩?⑦、有无轻视外语?⑧、有无轻视电脑的学习与应用?⑨、发觉问题和处理问题的能力有无提高?12、巡视不是做样子：百闻不如一见，看一百份报告、听一百次汇报，都13、要有果敢的勇气：遇变处险时，不被传统观念所束缚，要敢于创新、周密计划、大胆试验，才有可能开拓新局面。实战注意事项：①、改变自我的勇气；②、坚韧不拔的勇气；③、倾听忠言的勇气；④、行动的勇气；⑤、信任部下的勇气；⑥、量才用人的勇气；⑦、不轻易与部下妥协的勇气；⑧、公平、公正、公开的勇气；⑨、责为己任的14、指导部下的基本方法—0JT(ONJOBTRAINING):如果部下的业务知识贾乏、办事能力差、工作业绩不理想，其实就是上司指导不