1、湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料1.2 鹽酸的性質與用途1.2.1 鹽酸的性質物理性質：外觀與性狀：無色或微黃色易揮發(fā)性液體，有刺鼻的氣味。pH:65%, H2/CI2W4%1.3.3.3鹽酸HCL31wt%,Fe HCI+H湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計（論文）過程管理資料如此下去則光線的一個光量子可使大量分子迅速化合。鏈的終止：當在鏈鎖反應過程中，如果有外來因素與C1和H化合，則反應即被破壞而使活性消失，活性消失的具體條件是：在原料氣帶入的氧氣的存在下可燃破壞H的活性而使鏈鎖反應中斷，如：H +O2HO2CP+O2CIO2在反應過程中出于元素的自身結合也可以使鏈終止。如：H + H-

2、 H2CI+C卜 CI2H +CI- HCI在反應過程中由于活性氫原子成活性氯原子與設備內壁碰撞也有時會產(chǎn)生鏈的終止。但是總 起來說，這些反應的可能性都是很小的，因為氯和氫的原于的濃度與分子濃度相比是極其微 小的。2.2工藝路線確定氯氣和氫氣的合成反應在常溫下進行得很慢，但在高溫下則化合反應相當劇烈，合成反 應所釋放的熱量相當大，氯化氫氣體極易融于水，伴有溶解熱釋放出來。氯化氫在水中的溶 解度與溫度有關，溫度越高，溶解度越小，為此采用了移去熱量的生產(chǎn)工藝流程。2.1.1 具體工藝路線原料氫氣由電解系統(tǒng)出來后經(jīng)冷卻、洗滌，大大降低了氣相溫度，經(jīng)壓力變送器、氣液 分離器、流量控制閥、開關安全閥、阻

3、燃器進入合成爐燃燒器。原料氯氣經(jīng)節(jié)流穩(wěn)壓調節(jié)后， 經(jīng)壓力變送器、流量控制閥、開關安全閥、阻燃器進入合成爐燃燒器，原料氯氣和氫氣經(jīng)節(jié)流控制，以1.0:1.05-1.10的比例在石英套筒式燃燒器中混合燃燒。石英的傳熱較慢，套筒口 積蓄的熱量不易散失，能經(jīng)常保持引發(fā)溫度以使合成反應持續(xù)進行。合成的氯化氫氣體中心 溫度在1000 c以上，爐壁溫度也可達400500r。為此在爐壁上方設置循環(huán)酸分布器，使 循環(huán)酸能冷卻石墨爐膛壁，在微真空作用下，氯化氫氣體進入吸收冷卻塔部分，來自尾氣吸 收塔的稀酸在吸收塔頂部經(jīng)分布器加入圓塊孔式吸收冷卻器，在該部分吸收更多的氯化氫氣 體，在吸收塔底部，增濃的鹽酸在重力作用

4、下進入鹽酸儲罐，尾氣則進入尾氣吸收塔，經(jīng)來 自頂部的軟化水洗滌后排空。湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計（論文）過程管理資料2.1.2工藝流程示意圖總流程圖2.3 主要設備選型2.3.1 氫氣柜在工業(yè)化大生產(chǎn)流程中為力求氫氣供給持續(xù)、穩(wěn)定 將輸氫羅絲鼓風機或水環(huán)泵送來的氫氣貯存于氣柜之 作用在于調節(jié)和平衡，即在供給氫氣量多于正常合成爐使 需的量時，可將多余部分暫貯存于氣柜中；若發(fā)生氯化氫或 流量增加時氣柜中的氫氣會自動供給合成爐。一旦輸氫 臨時故障氣柜內的氫氣足以維持其最低流量的供給防 然停爐情況發(fā)生。氣柜由簡體、支架和鐘罩三部分組成.詳見右圖所示。為圓形柱狀，周圍有壓鐵固定，側而有放水或清理內部用 孔

5、；支架為圍繞筒體的鋼架結構，柱架上均安有滑輪與鐘 連.每個柱架頂端均有槽鋼或角鋼對應連接固定；鐘罩恰似圓錐接簡體（倒簡體）的蓋狀物，罩 頂有人孔，罩內周圍吊有壓鐵塊，罩頂四周也設有壓塊以增重加壓232 .阻火器2.3.3 氯氣緩沖器氯氣緩沖器位于氯氣離心式壓縮機出口，進合成爐阻火閥門之前。它是一個臥式的圓筒體，兩端 為橢圓形封頭，詳見右圖。其上部有個較大的人孔 便于清理，底部設有排凈口，旁路設有穩(wěn)壓裝置.阻火器位于氫氣和氯氣進爐前管道上， 是氫氣系統(tǒng)特有 其構造與氣液分離器相同，詳見右圖。圓筒體底部的分布板 不是填料，而是鵝卵石及少量的瓷環(huán)。其作用在于：一旦輸 供氫壓力下降.使正常氯氫配比失控

6、，燃燒的火焰很可能從 中倒回，若回火至氣柜，爆炸不可避免， 阻火器能有效地阻 回入氣柜， 同時可以使其熄滅于此，相當有效地保護氣柜和 路的安全。的設備上放的氨故障,燃燒器擋火焰輸氧管往往 中其 用所 鹽酸發(fā)生 止突湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計(論文)過程管理資料其作用在于使氯氣流緩沖減壓，配上穩(wěn)壓自控。有效地控制、調節(jié)氯氣壓力為穩(wěn)定合成 爐生產(chǎn)，調節(jié)進爐氯、氫配比起重要平衡作用234 合成爐目前，國內外的爐型主要分為兩大類：鐵制爐和石墨 制爐耐腐蝕性能差，使用壽命短，合成反應難以利用，操 境較差，目前采用較少。我所在的氯化氫工段前段時間還 用鐵制爐的，不過現(xiàn)在已經(jīng)停止使用了，因為鐵質爐反應 靈敏了

7、，而且都是手動閥來調節(jié)的，生產(chǎn)的量也比較小本, 現(xiàn)是在用石墨合成爐在生產(chǎn)鹽酸的。石墨合成爐一般是立式圓筒型石墨設備，由爐體、冷 置、燃燒反應裝制、安全防爆裝置、吸收裝置、視鏡等附 成。石墨爐分而合一石墨爐和三合一石墨爐。二合一石墨 將合成和冷卻集為一體，三合一石墨爐是將合成、冷卻、 集為一體的爐子。石墨合成爐一般是立式圓筒型石墨設備，由爐體、冷 置、燃燒反應裝制、安全防爆裝置、吸收裝置、視鏡等附 成。三合一石墨爐，石英燃燒器安裝在爐的頂部，噴出的火焰方向朝下。合成段為一圓筒狀, 由酚醛浸漬的不透性石墨制成，設有冷卻水夾套，爐頂有一環(huán)型的稀酸分配槽，內徑與合成 段筒體相同。從分配槽溢出的稀酸沿內

8、壁向下流，一方面冷卻爐壁，另一方面與氯化氫接觸 形成濃度稍高的稀鹽酸作吸收段的吸收劑。與合成段相連的吸收段由六塊相同的圓塊孔式石 墨元件組成，其軸孔為吸收通道，徑向孔為冷卻水通道。為強化吸收效果，增加流體的擾動, 每個塊體的軸向孔首末端加工成喇叭口狀，并在塊體上表面加工有徑向和環(huán)形溝槽，經(jīng)過上 一段吸收的物料在此重新分配進入下一塊體，直至最下面的塊體。未經(jīng)吸收的氯化氫，經(jīng)下 封頭汽液分離后去尾氣塔，成品鹽酸經(jīng)液封送入儲槽。根據(jù)HCI的產(chǎn)量計算得到31冊酸504.5662t/d,選用SHL-90型三合一合成爐6臺項目HHDg重量(kg)產(chǎn)量(35%)鹽酸 t/d)SHL-908475780408

9、4061160540070 902.3.5 尾氣吸收塔爐。鐵作環(huán)在使太不工段卻裝件組爐是吸收卻裝件組湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計（論文）過程管理資料尾氣吸收塔的作用在于將膜式吸收塔未吸 收的氯化氫氣體再次吸收，使氣相成為合格 尾氣。吸收液是一次水或脫吸后的稀酸。常見 的尾氣吸收塔為絕熱填料塔或膜式吸收塔、大 篩孔的穿流塔。考慮到尾氣中含氯化氫量不多， 采用絕熱吸收是可以將這部分氯化氫氣體吸收掉的。尾氣填料塔結構詳見右圖所示。從結構看，尾氣吸收塔也可分為三個部分。上部為吸收液分播段，采用同一水平面高的 玻璃管插入橡皮塞子中，直通吸收段填料層上 部；底部是帶有擋液器的圓柱體；中部為圓柱 形簡體的吸收段

10、，內填充有瓷環(huán)。236 陶瓷尾氣鼓風機尾氣鼓風機的作用在于將來自尾氣吸收塔的合 抽吸排空。水資源豐富的地區(qū)可采用水噴射泵來代 機。陶瓷制的尾氣鼓風機耐腐蝕、運行穩(wěn)定，是較 風抽吸設備。在其進口配有調節(jié)蝶閥或閘板以調節(jié) 還可以在進出口管間裝上回流管。 其結構詳見右圖殼為鋼制，內襯陶瓷，葉輪同過去的陶瓷改為玻璃 塑料壓蓋，并有八顆壓蓋螺絲固定；機身置于支座 螺栓固定住；葉輪用止動螺栓固定在懸臂梁上。第三章工藝計算3.1 合成系統(tǒng)3.1.1 物料衡算3.1.1.1進合成爐的各物料的量原料氫氣的量：93.75/0.9745=96.203kmol/h含氮氣：96.2030.06%=0.0577kmol/

11、h含水分：96.203 248%=2.3859kmol/h含氧氣：96.203%.01%=0.0096kmol/h原料氯氣的量：89.286/0.9716=91.896kmol/h格尾氣進行替甩氣鼓風為可靠的鼓風量；另外所示。其外鋼。前端有上，用底腳湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料含氫氣：91.896 0.34%=0.3125kmol/h含氮氣：91.896X.12%=1.0293kmol/h含氧氣：91.896%.99%=0.9098kmol/h含水分：91.896%.18%=0.1654kmol/h含二氧化碳：91.896%.21=0.1930kmol/h各物料總進料：氫氣：H

12、(mol)= 93.75+0.3125=94.0625kmol/h藝H(m)= 94.0625 2=188.1250kg/h氮氣：N(mol)= 0.0577+1.0293=1.0870kmol/h藝N(m)= 1.0870 23=30.4360kg/h氧氣：O(mol)= 0.0096+0.9098=0.9194kmol/h藝02(m)= 0.9194 32=29.4208kg/hCO2： 藝CO(mol)= 0.1930kmol/h藝CO (m)= 0.1930 44=8.4920kg/h水：2H2O(mol)= 2.3859+0.1654=2.5513kmol/h202(m)= 2.55

13、13 13=45.9234kg/h氯氣：C(mol)= 91.896kmol/h藝02(m)= 89.2861 71=6339.3131kg/h總進料：總進料(mol)= 94.0625+1.0870+0.9194+0.1930+2.5514+89.2861=188.0993kmol/h總進料(m)= 188.1250+30.4360+29.4208+8.4920+45.9252+6339.3131=6641.7121 kg/h3.1.1.2出合成爐的各物料的量合成爐內的兩個反應：H2+CI - 2HCl2H2+O2 -2H2O生成的氯化氫的量為：H2+ Cl2: 2HCl89.2861 89

14、.28612*89.2861摩爾量：2X89.2861=178.5922kmol/h質量：178.5722 36.5=6517.8853kg/h氧氣燃燒所消耗的氫氣及生成的水的量為:湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料2H2+O2-k2H2O2*0.9194 0.91942*0.9194生成水的量為：2 0.9194=1.8388kmol/h水的總摩爾量：1.8388+2.5513=4.3901kmol/h水的總質量：4.3901X8=79.0218kg/h剩余的氫氣的量為：總氫氣量-生成氯化氫用的-氧氣燃燒所用的量=94.0625-89.2861-0.9194=3.8570kmol/

15、h二氧化碳、氮氣沒有參與反應量不變，所以總出料總出料(mol)= 178.5922+4.3902+3.8570+0.1930+1.0870 =188.0993kmol/h總出料(m)= 6518.6153+79.0236+3.8570 2X8.4920+30.4360=6641.7121 kg/h因總進料量(m)=總出料量(m)，所以物料守衡則每合成爐臺:合成氣進料kmol/hkg/hHCI29.76201086.3142H20.64281.2857H2O0.731713.1703N20.18125.0727CO0.03221.4153總量31.35001106.95203.1.3 熱量衡算3

16、.1.3.1合成爐內兩個反應反的相關計算合成爐內兩個反應反應熱的計算式H2+CI2 -2HCl2H2+O2 -2H2O合成反應放出的熱量計算式為：H 92.31KJ / molH 241.82KJ / mol湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料QUGHCIX?H0m1(298.15K)+(f298.15?CPm1dt)X0-3湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計（論文）過程管理資料0TK3QrGH2。 Hm2（298.15K） （298.15KCpm2dT） 10 Q總QrQr式中：Qr合成氯化氫的反應熱、KJ/hGHCI- 反應生成氯化氫氣體氣摩爾流量、kmol/hT合成爐燈頭溫度、KHm1（2

17、98.15K）氯化氫合成反應的標準摩爾反應熱焓、KJ/hCPm1-氯化氫合成反應的反應產(chǎn)物與原料的摩爾比熱容系數(shù)差值、J/mol.KQ氧氣燃燒的反應熱、KJ/hG水一一反應生成的水蒸汽的摩爾流量、kmol/hHm2（298.15K）水蒸汽合成反應的標準摩爾反應熱焓、KJ/molCpm2-水蒸汽合成反應的反應產(chǎn)物與原料的摩爾比熱容系數(shù)差值、J/mol.K合成爐內兩個反應的摩爾反應熱恒壓比熱容的計算式為：Cp=a+bT+cT-2，式中：a、b、c為常數(shù)，由文獻3查得各物質 的a、b、c見表。各物質恒壓比熱容常數(shù)表物質名稱abc適用溫度氫氣27.283.261030.502105298-2500氯氣

18、36.900.25103-2.82105298-3000氯化氫26.034.061031.09105298-2500水30.0010.711030.33105298-2500氧氣29.964.18103-1.67105298-3000因為AC為生成物CP與反應物CP之差，所以兩個反應的AC計算如下:CP(H2)27.28 3.26 1030.502 105T2CP(Cl2)36.90 0.25 103( 2.82) 105T2CP(HCI)26.03 4.06 1031.09 105T2CPm1(2 26.0327.2836.9)(2 4.063.260.25) 103T(2 1.090.50

19、22.82)105T26.06 2.305 103T 2.265 105T2所以摩爾反應熱:6 2 21.153 10 T 0.0067T 1.909 2.265 10 /仃生成氯化氫反應:CPm12CP(HCl)CP(H2)CP(Cl2)TK298.15KCpm1dT)10TK298.15K(6.0632.305 10 T522.2645 10 T )dT10298.15) 10湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料生成水的反應：CPm22CP(H2O)CP(H2)CP(Cl2)CP(H2O)30.00 10.71 103T 0.33 105T2湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計（論文）過程管理

20、資料各物質在合成氣中的含量：yHClGHClG合29.76200.949331.3500yH2GH24.036531.35000.0205GH2OG合0.731731.350.0233Cp(o2)29.96 4.18 103T 1.67 105T2Cpm2(2 30 29.96 27.28)(2 10.714.18 3.26) 103T52(2 0.33 1.67 0.502) 10 T35212.26 5.63 10 T 0.663 10 T所以摩爾反應熱:3905.55 0.663 105/(T298.15) 103.1.3.2計算燈頭溫度及反應放出的熱量合成爐內放出總的熱量為兩反應放出的

21、熱量之和:Q總QrQr(1)362245.244 10 92.31 1.153 10 T 0.0067T 1.9092.265 102/(T 298.15)245.244 103 241.82 2.8115 106T20.0014T 3.906 0.66 102/(T 298.15)22.768 1060.29T21678.477T 55.152 105/(T 298.15)此時得到一個熱量與合成爐燈頭溫度的關系試，而燈頭溫度有下面的關系式:t1式中：G合一一合成氣的摩爾流量、kmol/hCP合-合成氣的恒壓摩爾比熱容、J/mol.K t合成氣入口溫度/T-298.15）、Ct1燈頭溫度、C由

22、文獻3查得各物質定性溫度下的CP見表2-3。混合氣體的CP可用下面的式子算得:CPyHClCHClyH2CH2yH2OCH2OyCO2CCO2yN2CN2定性溫度下各物質的CP物質氯化氫氫氣氮氣二氧化碳水CP/KJ.kmol/C)29.1233.9329.12137.12933.577TKTK298.15 KCPm2dT )103298.15K(佗2635.63 103T50.663 105T22)dT 102.815 103T213.938TG合湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料 Cp合=0.949329.12+0.0205 38.93+0.0233 38.577+0.0010 3

23、7.129+0.0058 29.12=29.3276KJ./kmolC將G合，CP,t代入式并聯(lián)立(1)、(2)可得：31.3500 29.3276 (T-298.15)=-2.8646 106+0.0364T2-200.4298T-6.7894105/(T-298.15)解之得T=2441.77C，則合成爐燈頭溫度為2426.75Co所以反應放出的總的熱量為：Q總(t1-t) G合CP合(2441.77 298.15) 31.3500 29.32766=2.519110 KJ /h3.1.3.3 計算冷卻水的用量設定合成氣出口溫度為350C,T出=273.15+350=623.15K,則合成

24、氣帶走的熱量如下計算:氮氣:623.15K-27.86 4.27 103T dT295.15 K9.28KJ/molyCO20.032231.35000.0010GN20.181231.350.0058103QN227.86623.15 298.15-23234.27 103623.15 298.15 103QdN2氧化碳:QnN2QC2QNV5K0.1812295.1544.141.6815 103K5J/h2Q水蒸汽:(325 44.14化笑 n 聊廳軸QH2。295.15K1039.2q9.06 10 T ( 8.54 105T2)dT 1019.06 10332528.53 10532

25、51) 103233|322 10173.48860.56Q1 10 KJ/h3G合湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）過程管理資料氯化氫:Qd(325 30110.71 10332520.33 1053251) 103233H2OnH2o10Q14KJ/m0317 10310.214 7.4726 103KJ/h湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計（論文）過程管理資料3.2 冷卻系統(tǒng)已知：合成氣流量冷卻段合成氣體入口溫度 t1=350C，出口溫度 t2=170C稀鹽酸氯化氫含量較少作純水計算，冷卻水入口溫度27C，溫差4C,冷卻水的比熱容為4.18J/mol.K3.2.1 計算合成氣帶走的總熱量氮氣:443

26、.1533QN2(27.86 4.27 103T)dT 103298.15(145 27.864.27 14521030.5) 103KJ/mo12.67KJ/moIQHCI623.15K352329515K(26.03 4.60 10 T 1.09 10 T )dT 101(325 26.03 -24.60 10332521.09 1053251) 103QHCInHCIQHCI29.76201038.3796 249.3937 103KJ/h623.15K氫氣：295.15K(27.28 326 103T.502 10打2)dT 103(325 27.2813.26 10332520.50

27、2njQJ/mSr6428 1 038884 57106KJ/h所以合成爐混合氣體帶走的熱量為各物質帶走的熱量之和:QdC61053251) 103QdH1.6815 0.56317.4936 249.3937合成爐移出的熱量為=0總0.Q648=(2.5K9h-0.2648) 102.2543冷卻水用量計算35.7106103沐06KJ/h冷卻水用量計算公式:式中：G水一一冷卻水的質量流量、kg/h q合成爐移出的熱量、KJ/h冷卻水進出口的溫差、CCP水冷卻水比熱容、KJ/kg.C考慮到冷卻水的性質，取冷卻水溫差為10C，查得水的比熱容為4.18KJ/kg. C2.2543 1061053

28、930.6220kg/h湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計(論文)過程管理資料氮氣帶走的熱量為：Q氧化碳：dN22.67 0.1812 1030.4838 103KJ/h水:443.15KQC2198.15K(44141 (145 44.14213.22KJ/mol氧化碳帶走的熱量為：QH2O443.15 K(30 10.71298.15K1(145 30 10.7122.55KJ/mol水蒸汽帶走的熱量為:氯化氫：IQHCI443.15K298.15K(26.31(145 26.03 -21.34KJ/mol氯化氫帶走的熱量為:氫氣：QH443.15K9.069.06QCQ103T10103T 8.5

29、4 105T10314528.54 10513.220.3314520.0322 103105T0.332)dT 1031451) 1030.4257 103KJ/h2)dT 1031051451)103QH2O4.604.6010QHCI2.55 0.73171031.8658 103KJ/h3T 1.09 105T2)dT 1031031 4521.09 1 05) 1031.34 29.7620 10339.8811 103KJ/h2298.15K(27283.26103T0.502 105T2)dT 10313(145 27.28 3.26 10323.642KJ/mol14520.5

30、02 1051451) 103氫氣帶走的熱量為：QH合成氣出冷卻系統(tǒng)帶走的總熱量為：Q總=(0.4838+0.4257+1.8658+39.8811+2.3417103=42.4143103KJ/hd23.6430.6428 1032.3417 103KJ/h3.2.2 計算冷卻水流量所以冷卻水要移走的熱量:q=入冷卻系統(tǒng)口的熱量-出冷卻系統(tǒng)口的熱量=264800-42414.3=260.6X 103KJ/h將已知數(shù)據(jù)q、t、Cp 水代入計算公式有計算冷卻水流量：3廠260.6 10G水15585.3kg/h4 4.18湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計(論文)過程管理資料湖南工業(yè)大學專科畢業(yè)設計(論文

31、)過程管理資料3.3 吸收及尾氣處理系統(tǒng)331 計算吸收劑用量這里以吸收塔與尾氣塔為隔離體系進行物料衡算：HCL的量：36.5倉i0.9493+LiX2%=L20.31惰性氣體：GB=GI-GHC卜G水L2=LI+GI0.9493 36.5式中：Li吸收劑(2%鹽酸)的用量L2吸收塔塔底流出液(31%鹽酸)的量GB惰性氣體的量 Gi=31.3500,連立上面、可得：Li=2417.9225kg/h L2=3434.1508kg/hGB=31.3500-29.7620-0.7317=00.8563kmol/h已知：吸收塔的氣體溫度為170C操作壓力：常壓(管程壓力0.3MPa,殼程壓力：0.1MPa)吸收液為2%的稀鹽酸，出口液為31%的濃鹽酸吸收劑為2%的稀鹽酸，進入尾氣塔的溫度為50C；選擇了型號可知氣體入口管徑為1160mm；進入吸收塔的混合氣體中含HCI 94.93%。在氣體吸收過程中，溶質HCI不斷被吸 收，流動過程中由于吸收了溶質，L不斷增大，由于做物料衡算要找到前后不變的物質，所 以對于氣體是其中惰性氣體的流率GB,其中95%的H