毕业设计__年产5000盐酸合成工艺设计(编辑修改稿)

毕业设计__年产5000盐酸合成工艺设计(编辑修改稿)内容摘要：

....................................................................................... 39 改进后效益 ................................................................................... 40 结论 .................................................................................................... 40 参考文献 ...................................................................................................... 41 致谢 ............................................................................................................. 42 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 引言 1 引言 盐酸是重要的基本化工原料，应用十分广泛在无机化工、有机化工、石油化工、海洋化工中均有很大用途，而且在生活方面也有用途。 例如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、各种染料时也有用处；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。 氯气与氢气在弱光照射或低温常压下反应速度很慢，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。 在工业生产中采用加热来使氢气氯气发生反应 ，在反应过程中 ， 氯化氢气体生产和吸收是关键， 最大限度确保产品酸的质量。 本设计是为 了设计出适合年产 5000 吨盐酸所需要的合成炉、三段式 吸收塔。 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 第一章 文献综述 2 第一章 文献综述 盐酸的国内 外 发展形势 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 万吨，全部采用合成法生产，其应用领域也极其单一，主要用作化学试剂及食品等很少几个领域 [1]。 盐酸是重要的无机化工原料，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业。 随着经济的不断发展，各个行业对盐酸的需求在持续增长 [2]。 改革开放后，随着我国氯碱工业和盐酸下游行业的迅猛 发展，为我国的盐酸工业提供了良好的发展环境和空间，在化工生产方面，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，我国盐酸产量首次通过 200 万吨大关， 1993 年突破 300 万吨大关， 2020 年达到 万吨， 2020 年达到 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 万吨 的盐酸总产量中，副产盐酸已占到 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。 经过 60 多年的发展， 我国盐酸工业日益发展 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。 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 [1]。 盐酸的性质和用途 盐酸的性质 盐酸，学名氢氯酸，是氯化氢的水溶液，无色或微黄色易挥发性液体，有刺激性沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 第一章 文献综述 3 气味是一元酸，可以看 做是酸类化合物，有氯化氢的刺激气味、有毒、 有强腐蚀性，逸出的氯化氢遇潮湿空气生成白色酸雾发生“发烟”现象。 工业盐酸因含铁盐等杂质，因而呈黄色，其相对密度。 氯化氢，在某些火山喷出的气体中曾大量发现，有时候燃烧某些含氯元素的塑料（聚氯乙烯），也能产生该气体。 盐酸具有酸的通性，为一种强酸，能与排在氢前面的金属发生反应生成氢气和金属盐，能与碱及碱性氧化物反应生成金属盐和水 [2]。 盐酸的用途 盐酸是一种重要的工业原料，在国民经济中很多部门的生产需要用盐酸，但不如硫酸、硝酸和磷酸广泛。 因为盐酸没有硫 酸的吸水性，也没有硝酸的氧化作用 [3]。 人体用途 ： 人类和其他动物的胃壁上有一种特殊的腺体，能把吃下去的食盐变成盐酸。 盐酸是胃液的一种成分（浓度约为 ％），它能使胃液保持激活胃蛋白酶所需要的最适合的 PH 值，它还能使食盐中的蛋白质变性而易于水解，以及杀死随食物进入胃里的细菌的作用。 此外，盐酸进入小肠后，可促进胰液、肠液的分泌以及胆汁的分泌和排放，酸性环境还有助于小肠内铁和钙的吸收。 日常用途 [3]： 制取洁厕灵、除锈剂等产品。 工业 用于稀有金属的湿法冶金 [3]：冶炼钨时，先将白钨矿（钨酸钙矿）与碳酸钠混合 ，在空气中焙烧（ 800℃ 900℃）生成钨酸钠将烧结块浸在 90℃的水中，使钨酸钠溶解，并加盐酸酸化，将沉淀下来的钨酸滤出后，再经灼热，生成氧化钨。 漂染工业 [3]： 例如，棉布漂白后的酸洗，棉布丝光处理后残留碱的中和，都要用盐酸。 在印染过程中，有些染料不溶于水，需用盐酸处理，使成可溶性的盐酸盐，才能应用。 金属加工 [3]： 例如，钢铁制件的镀前处理，先用烧碱溶液洗涤以除去油污，再用盐酸浸泡；在金属焊接之前，需在焊口涂上一点盐酸等等，都是利用盐酸能溶解金属氧化物这一性质，以去掉锈。 这样，才能在金属 表面镀得牢，焊得牢。 食品工业 [3]： 例如，制化学酱油时，将蒸煮过的豆饼等原料浸泡在含有一定量盐酸的溶液中，保持一定温度，盐酸具有催化作用，能促使其中复杂的蛋白质进行水解，经过一定的时间，就生成具有鲜味的氨基酸，再用苛性钠（或用纯碱）中和，即得氨基酸钠。 制造味精的原理与此差不多。 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 第一章 文献综述 4 氯化氢及盐酸 工业 发展 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 证明其为氯和氢的化合物 [1]。 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 高的烟囱排放空中，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。 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，由于大气臭氧层遭到日益严重的破坏，根源就是氟氯烃，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。 盐酸的制取 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生成盐酸 [2]。 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 第一章 文献综述 5 合成氯化氢气的反应如下： 22C l + H 2 HC l 这个反应是 在高温和光线作用下进行的，所以实际上可以说是氢气在氯气中均衡的燃烧，当生成氯化氢时，有大量的热能发生。 在氯气与氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，减少了对空气的污染问题。 在生产上，往往采用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，其中的氯化氢是在合成塔里合成的。 盐酸合成基本原理 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 [5]： 22H + C l 2 HC l 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。 2Cl 2Cl 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： 2Cl + H H Cl + H 2H C l HC l C l   H C l H C l C l   2Cl + H H Cl + 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： 沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 第一章 文献综述 6 22H O HO 22Cl O ClO 在反应过程中出于元素的自身结合也可以使链终止。 如： 2H H H 2Cl Cl Cl H Cl HCl 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。 盐酸的生产 技术 工业上盐酸的合成方法有直接合成法、副产回收法等，所谓直接合成法就是将氢气和氯气在燃烧喷嘴处混合，在反应生成的火焰中完成氯化氢的合成反应；副产回收法就是生产各种有机化合物中的副产物进行回收得到。 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迅速发展，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，主要由以下几种： ⑴ 铁炉合成、风冷、水冷、石墨冷、绝热吸收、膜式吸收。 ⑵ 石墨炉合成、水冷、风冷、绝热吸收、膜式吸收。 ⑶ 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。 但由于其工艺结构紧凑，占沈阳化工大学 科亚学院 学士学位论文 [键入文字 ] 第一章 文献综述 7 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。 盐酸的技术规程 范围 据国标 规定了盐酸中原料和中间产品规格，各生产工序流程和工艺控制 指标，安全生产原则及 主要设备结构，产品的用途和生产能力等技术要求。 据国标 适用于以氢气、氯气为原料合成氯化氢，经水吸收生产工业用合成盐酸、食品盐酸，以及重合副产盐酸气用水吸收生产副产盐酸的工艺标准。 规范性引用。