年产10万吨氯碱车间氯化氢合成工段的初步设计大学毕业设计(编辑修改稿)

年产10万吨氯碱车间氯化氢合成工段的初步设计大学毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

年代以前电子工业用高纯氯化氢的制备，一直是将浓硫酸滴加到盐酸中，将其中的水吸收掉，使过饱和氯化氢气体析出。 20世纪 80 年代以后制备方法发展到用浓硫酸与烘焙干的氯化钾反应，生成高纯氯化氢气体，用压缩机压入钢瓶中。 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。 盐酸脱吸法制高纯氯化氢广泛用于 PVC、氯丁二烯和高纯盐酸的生产 中。 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 是八十年代初为适应我国电子工业的迅速发展而提出的。 在技术上市较先进的方法。 此种方法生产的氯化氢气体纯度在 %以上。 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的工艺已广泛应用于生产。 它是通过稀酸在绝热 吸收塔吸收有机氯化物生产中的副产氯化氢，提浓后，进入解吸塔脱析出来高浓氯化氢气体。 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，主要是从石油化工副产氯化氢作为原料来制备高纯氯化氢。 石油化工副 产氯化氢气体，其中水含量低，对不锈钢和碳钢基本无腐蚀。 对于此种气体的净化通常采用精馏或吸附的方法，但齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 4 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，而吸附的方法操作过程繁琐，需频烦的更换吸附剂，生产成本高。 本设计采用的方法是合成法制备氯化氢气体。 设计依据 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院下发的毕业设计任务书。 《化工工艺设计手册》一书 自身在黑龙江昊华化工有限公司氯碱车间实习的相关信息与知识。 《化工设备设计手册》 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。 盐城市合德镇地处我国东部江苏沿海的中部，东临黄海，南与南通市毗邻，北与连云港接壤，西与扬州、淮安相连，对接长三角，铁路、公路、水路、航空四种运输方式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，沿海滩涂土地资源也相对充足。 氯碱工业的副产物氯气及氯化氢等可用于下游橡胶、塑料、医药工业的发展。 再加上政府对于海洋工业的扶植，重点发展盐化工，增加了再此地建氯碱厂的优势。 设计规模与生产制度 生产能力入下表 14所示。 表 14 生产能力 产品名称 氢氧化钠 生产时间 8000 小时 处理量 吨 /小时 生产制度 本车间工作人员的工作制度为三班制，每班 8小时连续生产，按四班三倒制度运转，其中管理人员实行一班制。 人员组成如表 15 所示 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 5 表 15 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 12 四班三倒制 7 维修工 3 四班三倒制 原料与产品规格 主要原料规格及技术指标 原料气组成如下表 16 所示 表 16 原料气组成 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（℃） 25 25 进料压力（ MPa） 产品规格 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 % 产 品盐酸浓度 20%22% 经济核算 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齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 6 依据。 经济核算必须考虑到一切可能存在的因素：用于原材料、劳动力、设备维修、动力和其他公用工程等方面的直接生产成本，还包括车间的管理费、销售费用以及其他费用。 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 元 /吨，低压蒸汽为 65 元 /吨。 原料 海盐 费用的计算如下： m海 盐 =146250t/a 所以， W1=146250240=35 100 000 元 冷却水费用的计算如下： m = 1 9 7 7 4 7 . 7 + 4 2 8 9 6 . 7 9 + 3 2 1 6 1 8 . 3 + 1 6 9 1 2 . 8 6 8 0 00 = 4 6 3 3 4 0 5 2 0 0 k g冷 却 水 （ ） 所以， W2=4633405200/1000=1853362. 80 元 /年 冷冻盐水费用的计算如下： m = 7 9 3 6 . 7 3 8 0 0 0 = 6 3 4 9 3 8 4 0 k g盐 水 所以， W3=125063493840/1000=79367300 元 /年 低压蒸汽费用的计算如下： m = 3 3 2 . 1 6 8 0 0 0 = 2 6 5 7 2 8 0 k g蒸 汽 所以， W4=652657280/1000= 元 /年 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 17。 表 17 经济核算表 序号 指标名称 计算单位 设计指标 成本 /万元 1 生产规模 t/a 10wt 氯碱 — 2 车间定员 人 28 3 原 盐 t/a 146250 3510 4 原料水 t/a 5 蒸汽耗量 t/a 6 冷凝水耗量 t/a 7 冷冻盐水 t/a 8 设备数量及投资 台 10 400 9 车间建筑面积 m2 260 100 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 7 第 2 章 工艺设计和计算 工艺原理 工业上生产氯化氢目前都是用氯气和氢气直接合成，因原料气中含有氧气，此时氢气也会与氧气发生燃烧反应，合成炉内燃烧 方程式如下： Cl2 + H2 2HCl O2 + 2H2 2H2O 机理分析：氯气和氢气在没有光照射或光线很弱、低温、常压下，其反应速度很慢，只有在加热的条件下，或在光线照射下及触煤的影响下，才能迅速的 发生 化合 作用，甚至发 生爆炸性。 其反应为链锁反应。 (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 气分子吸收光量子 从 而被离 解成 两个活化的氯原子。 Cl2 2Cl热 或 光 (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个活 化 的氯原 子。 这样 继续下去构成一个链锁性的反应。 即： C l H 2 H C l+ H+ ① C l 2 C lH C l +H + ② C l 2 C lH C l +H + ③ C l H 2 H C l+ H+ ④ (3)链的终止：当在链锁反应过程中，如有外来因 素与 C1和 H化合，则反应被破坏而使活性消失。 ①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 + O 2 H O 2 +C l O 2 C lO 2 ②在反应过程中元素自身 的 结合也可以使链终止。 H H 2+ H 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 8 C l2+C l C l H C l H C l+ ③在反应过程中 ， 由于活性氢原 子 与 活性氯原子 在 设备内壁碰撞也会 发 生链的终止。 氯化氢用水吸收后即可成为盐酸。 工艺路线的选择 本设计采用合成法制备氯化氢以及盐酸。 目前合成法制备盐酸主要有三种方法：铁合成炉制备，二合一石墨合成炉制备，三合一合成炉制备。 这三种方法的主要区别在于合成炉的不同。 铁合成炉制取盐酸工艺的特点：本体不带冷却水套，炉内的氯化氢气体会对炉体造成腐蚀，导致铁离子进入氯化氢气体内，经吸收后制取的盐酸中含铁量过高，颜色发黄，影响产品质量。 二合一石墨合成炉制取盐酸工艺的特点：炉内合成的氯化氢气体不与合成炉的钢铁部分接触 ，生成的氯化氢质量较高；装置的生产能力跟过去比也有很大的提高；出合成炉的氯化氢气体用石墨冷却器冷却，跟钢制冷却盘管相比，冷却效果有了很大提高；二合一炉的热水废热也可在此利用。 三合一石墨合成炉制取盐酸工艺的特点：氯气和氢气在套管内混合燃烧，无论负荷大小火焰都能保持稳定；冷却段采用强化传热技术，在水套内增设导流板，迫使冷却液成螺旋状围绕石墨炉筒外壁流动，提高流速；吸收段采用溢流管外加侧稳压环技术，提高了吸收效果，同时保障了盐酸的合格率。 铁合成炉制取盐酸的工艺由于生成的盐酸的质量较低，已被许多企业淘汰。 石墨三合一合成炉结构紧凑、传热效率高、检修方便、使用寿命长、操作弹性强，被广泛使用。 二合一炉合成、在炉内完成冷却，在炉外进行吸收，既可以生产氯化氢气体，又可以部分吸收生产盐酸，可以满足不同的需求，具有更广阔的应用前景。 因此本设计采用“二合一”合成炉制取氯化氢气体。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 9 工艺流程简述 工艺流程示意图 F 1 01E 1 08BSC WSTR C10 5PI C10 6TI C10 7TR C10 1P 1 02T1 03E 1 05T 1 06E 1 07TI C10 8FR C10 2FR C10 1T 1 04E 1 02LI C10 4TI10 3FR C10 2TR C10 3P 1 01TI10 6 工艺流程简述 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 20xx℃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℃，得到的干燥氯化氢气体送至下一工段。 物料衡算 生产能力及原料氯气与氢气量的计算 生产能力 年产 10万吨氯碱，年产时间按 8000h 计算，则 氢氧化钠的流量为： ol /hN aO HG  齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 10 氯化氢的产量 盐水电解方程式为： 2 2 22 2 2Na Cl H O Na O H Cl H    所以，22 1 5 6 .2 5 k m o l/hC l HGG 在合成 HCL 反应中，按 22: :1H Cl  计算， 所以， 2 ol/hClG ，2 ol/hHG  表 21 原料气组成 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 (℃ ) 25 25 进料压力 (MPa) 合成炉的物料衡算 合成炉原料氯气原料氢气合成气 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 原料氢气的量： 各组分的含量 =原料氢气的量 组分的摩尔分数 含氮气： %=含水分： %=含氧气： %= 原料氯气的量 =纯氯气的摩尔量 /氯气的摩尔分数 原料氯气的量： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 11 各组分的含量 =原料氯气的量 组分的摩尔分数 含氢气： %=含氮气： %=含二氧化碳： =含水分： %=含氧气： %=各物料总进料： 氢气： ΣH2(mol)=+= ΣH2(m)= 2=氮气： ΣN2(mol)=+= ΣN2(m)= 28=水： ΣH2O(mol)=+= ΣO2(m)= 18=氧气： ΣO2(mol)=+= ΣO2(m)= 32=氯气： ΣCl2(mol)= ΣO2(m)= 71=CO2： ΣCO2(mol)= ΣO2(m)= 44=总进料 (mol)=+++++ = 总进料 (m)=+++++ = 出合成炉的各物质的量 合成炉 内的两个反应： 22 2H C l HC l ① 2 2 222H O H O ② ① 生成的氯化氢的量为： 22 2H C l HC l 1 1 2。