年产10万吨盐酸工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产10万吨盐酸工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

收的氯化氢则进入尾气塔底部。 高纯水经转子流量计从尾气塔顶部喷淋而下，吸收逆流而上对的氯化氢而成稀盐酸，并经过液封进入三合一石墨炉，从尾气塔顶出来的尾气用水力喷射泵抽走，经液封灌分离后，不凝废气排入大气。 下水经水泵再打往水力喷射器，往复循环一段时间后作为稀盐酸出售，或经碱性物质中和后排入下水道，或作为工业盐酸的吸收液。 三合一石墨炉内生成氯化氢的燃烧热和氯化氢溶于水的溶解热被冷却水带走 [1]。 工艺路线的确定 根据近年来工业发展趋势及国家政策引导，本论文选用三合一石墨盐酸合成炉为研究对象进行分析计算。 6 三合一石墨炉法工艺过程中存在的问题 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） 合成炉气体出口温度高于石墨冷却器的需用温度， 造成 石墨冷却器易损坏； （ 2） 夹套内壁有结垢现象，可能会引发爆炸等危险； （ 3） 石英灯头容易破损，使用寿命短； （ 4） 视镜会出现模糊，破裂现象 [3~4]； （ 5） 石墨炉的生产能力通常低于设计能力 [5]； （ 6） 反应热利用不合理 [6~7]。 以上 的问题其中有些可以依靠经验解决，有的则是结构问题，是由于没有系统的分析合成炉以经验设计导致。 这类问题较难解决，通常需要技术加以改进。 在能源日趋紧张的形势下，节能减排就是一种能源。 氯化氢合成反应放出的大量热量如何回收利用是我们关心的问题。 对于反应热的利用通常有两种方法：一是使用钢制水夹套氯化氢合成炉副产热水。 这种钢合成炉在炉顶部和底部容易受腐蚀，使用寿命短，副产的热水应用范围有限 [8]；二是使用石墨制合成炉副产热水或 ～ 压力的蒸汽。 因石墨是非金属脆性材料，受强度和操作温度的限制，在副产蒸汽 时石墨炉筒是生产蒸汽的受压部件，安全上存在一定隐患，采用该方法副产的热水或低压蒸汽热能利用率只能达到40%，产生的热水或蒸汽的温度都不高，有效能损失较大，利用效果并不理想 [9]。 课题的目的和意义 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，我国盐酸生产和消费持续保持较快的发展势头。 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。 所以，氯化 氢合成及装备技术的研究，是一项很有意义的工作。 因此，本课题的目的是 通过对现有的盐酸生产设备及工艺进行研究分析，设计年产 10 万吨盐酸的生产工序。 本课题的意义在于，通过对三合一法合成炉的运行工况进行分析，明确了合成炉运行工况的改进的方向。 并特别 分析 了 尾气吸收塔的 运行工况 ， 这就为合成炉运行工况的改进拓展了思路。 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7 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。 8 第二章 盐酸生产 工艺流程 产品性质 物理性质 盐酸是无色液体，具有腐蚀性，是氯化氢的水溶液（工业用盐酸会因有杂质三价铁盐而略显黄色）。 氯化氢分子量 ，密度大于空气，标准状态下的密度为 ／ L，临界温度为 ℃ ，临界压力为 8314kPa。 氯化氢气体在水中的溶解度很大，随着氯化氢的分压的升高而增加，随着温度的上升而降低 [2]。 主要成分：氯化氢，水。 熔点 (℃ )： (纯 HCl) 沸点 (℃ )： (20%恒沸溶液 ) 相对密度 (水 =1)： 相对蒸气密度 (空气 =1)： 饱和蒸气压 (kPa)： (21℃ ) 溶解性：与水混溶，浓盐酸溶于水有热量放出。 溶于碱液并与碱液发生中和反应。 能与乙醇任意混溶，溶于苯。 氯化氢在 压力下，沸点为 —85℃ ，凝固点为 —℃。 氯化氢的比热容在常压下 15℃ 时为 ／ kg℃ ，在 0—1700℃ 范围内，可按下式计算 (其误差为 ％ ) 50 . 7 5 5 7 5 1 1 . 2 5 0 5CT    ,式中， T 为绝对温度 K。 表 盐酸浓度密度对照表 化学性质 强酸性，和碱反应生成氯化物和水 HCl + NaOH = NaCl + H2 O 能与碳酸盐反应，生成二氧化碳，水 K2 CO3 + 2HCl = 2KCl+ CO2↑ + H2 O 能与活泼金属单质反应 ,生成氢气 Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ 浓度 % 密度 g/mL 9 盐酸能与硝酸银反应，生成不溶于稀硝酸的氯化银，氯化银不能溶于水。 HCl+AgNO3===HNO3+AgCl↓ 产品规格 表 Q/SHG0040032020 指标名称 优级品 一级品 合格品 总酸度（以 HCI%计） 铁 硫酸盐（以 S0 24 %计） 砷， % ≤ 灼烧残渣， % ≤ 氧化物（ C1%计） ≤ 主要原料性质与规格 原料的理化性质 [10] （ 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/m3(0℃ ， )，液化温度 () ℃ (也有 ℃ 或 ℃ )，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 水合氯（ Cl28H2O）的黄绿色结品，因此含水氯气管道冬季应保温。 氯气是有毒性气体，主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成有害的影响：次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。 1L 空气中最多可允许含氯气 毫克，超过这个量就会引起人体中毒。 助燃性 在 一些反应中，氯气可以支持燃烧，如，铁在氯气中燃烧生成氯化铁 化学方程式： 2Fe＋ 3Cl2＝ 2FeCl3（条件：点燃） 与金属反应 钠在氯气中燃烧生成氯化钠 化学方程式： 2Na＋ Cl2＝ 2NaCl（条件：点燃） 10 与非金属反应 氢气在氯气中燃烧或受到光照生成氯化氢气体 化学方程式： H2+Cl2=2HCl（条件：点燃或光照） （ 2）氢气的理化性质 氢气为无色、无味并且是最轻的气体，气体密度为 (， 0℃ )，标准状态下为。 氢气在氧气中的爆炸范围为 5%～ %，在空气中的爆炸范围 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。 H C lCl2121O21H222  燃烧燃烧 原料来源 合成盐酸所用的氯气是由离子膜工段电解食盐水制得的，再经氯气总管送至氯干燥工序处理后，送到氯化氢工序来生产盐酸的；氢气是由离子膜工段电解食盐水制得的，再经氢气总管送至氢处理工序处理后，送到氯化氢工序来生产盐酸的。 原料组成 表 原料组成 物质 氯气（ V%） 氢气（ V%） 纯度 95 98 含氢 98 含氮气 含二氧化碳 — 含水分 (重量比 ) — 含氧气 进料温度 (℃ ) 25 25 进料压力 (MPa) 11 合成反应条件和机理 氯和氢的合成反应在常温和散射光线下进行得很慢，但在强光 (直射的阳光或镁焰等 )照射或高温下则反应非常迅速剧烈，以致发生爆炸。 氯和氢在光线照射下所起的反应是由许多个别阶段构成。 这种反应称 “链锁反应 ”[11]。 氯化氢的合成过程和 温度、水分、触煤、氯氢的分子比等等因素关系极大。 工业生产方法有直接合成法和其它多种方法。 在直接合成法工艺中必需符合氯化氢合成的各种条件时工艺才得以建立。 主反应式为： H2+Cl2=2HCl kJ/m  副反应： 2H2+O2=2H2O kJ /m 1 反应条件 (1) 温度。 氯气和氢气在常温、常压、无光的条件下反应进行很慢 , 在 440 ℃ 以上即能迅速化合。 在触媒存在的条件下 , 150 ℃ 就能剧烈化合 , 甚至发生爆炸 , 所以在温度高的情况下反应完全。 但在温度高于 1 500 ℃ 时 , 有显著的热解现象。 (2) 水分。 绝对干燥的氯气和氢气是很难起反应的。 有微量水分存在时 , 可以加速反应速度 , 水是促进氯与氢化合的媒介。 (3) 氯、氢的分子比。 按氯化氢的合成原理 , 氯和氢可按 1∶ 1 的分子比化合。 但实际操作时都是控制氢过量 , 过剩量一般在 5%以下 , 最多不超过 10%。 在氯过剩情况下会影响氯化氢的质量。 在氢过量太多时会造成发生爆炸的不安全因素 [12]。 （ 4）最佳合成条件 摩尔比。 n(Cl2):n(H2)=1:（ ～ ）为最佳摩尔比。 合成温度。 一般指合成炉出口温度 400℃ 左右为最好。 合成压力。 氯化氢合成的压力控制在 ～ (表压 )。 反应机理分析 氯气与氢气在无光照射或光线很弱、低温、常压下，其反应速度很慢，只有在加热氯氢混合气体，或在明亮的光线照射下及触煤的影响作用下，才能迅速的化合，甚至产生爆炸性的化合。 其反应为链锁反应。 反应式如下： 12 2HC lClH 22   链的引发：在合成氯化氢的生产过程 中，氯与氢在受光线的作用以后，首先，氯分子吸收光量子而被解离成为两个活化的氯原子。   2ClCl 2 光和热 链传递：活化的氯原于 (C1)再与氢分子作用生成一个氯化氢分子和一个活性氢原子(H)，这个活化的氢原子又与一个氯分子作用，生成一个氯化氢分子和一个活性的氯原于。 如此继续下去则构成一个链锁性的反应。 即： C l H 2 H C l+ H+ C l 2 C lH C l +H + C l 2 C lH C l +H + C l H 2 H C l+ H+ 如此下去则光线的一个光量子可使大量分子迅速化合。 链的终止：当在链锁反应过程中，如果有外来因素与 C1和 H化合，则反应即被破坏而使活性消失，活性消失的具体条件是： 在原料气带入的氧气的存在下可燃破坏 H的活性而使链锁反应中断，如： H + O 2 H O 2 +C l O 2 C lO 2 H H 2+ H C l2+C l C l H C l H C l+ 在反应过程中由于活性氢原子成活性氯原子与设备内壁碰撞也有时会产生链的终止。 但是总起来说，这些反应的可能性都是很小的，因为氯和氢的原于的浓度与分子浓度相比是极其微小的。 氢氯燃烧合成关系采取氢过剩，以确保氯完全反应。 氯化氢被水或稀盐酸吸收后，就可制成盐酸 [1~2]。 13 生产工序及生产流程说明 氯化氢合成 原料氯气和 氢气由电解系统出来后经冷却、洗涤，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。 燃烧器是以两支不同直径钢制同心套管组成，装于圆台形钢制合成炉底部，燃烧器外层通氢气，内层通氯气。 原料氯气和氢气经节流控制，以 ： 的比例在石英套筒式燃烧器中混合燃烧完成生成氯化氢的反应，火焰最高为 1400℃ ，合成的氯化氢经合成炉炉壁散热，出合成炉气体温度在 400500℃ 左右，为此在炉壁上方设置循环酸分布器，使循环酸能冷却石墨炉膛壁。 氯化氢吸收 在微真空作用下，氯化氢气体 进入吸收冷却塔部分。 来自尾气吸收塔的稀酸在吸收塔顶部经分布器加入圆块孔式吸收冷却器，在管内并流向下流动吸收更多的氯化氢气体，增浓的盐酸在重力作用下在吸收塔底部流出，经过液封进入盐酸储罐。 在吸收冷却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软化水接触，逆流高效吸收，不能吸收的气体由尾部塔顶部经气液分离器分离后，由水流泵抽出经处理后排空，分离出的盐酸流回尾部塔，生成的稀酸经液封管流入合成塔塔项。 产品的贮存 当酸贮缶液面接近 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。 主要设备 [1] （ 1） 三合一石墨合成炉 三合一炉是由分离器、壳体、吸收段、合成段、分液盘、炉头以及螺杆连接成的圆形整体结构。 将合成、冷却、吸收三个单元操作集为一体，因而具有占地面积。