10万吨PVC氯化氢的盐酸脱吸法工艺合成设计

1、摘 要氯化氢（Hydrogen chloride ）主要用于生产各种浓度的盐酸和电石法生产PVC。目前国内外主要有三种合成工艺，合成法工艺、盐酸脱吸法工艺、副产盐酸脱吸法工艺。本设计选用盐酸脱吸法工艺。本工艺的流程概述：所谓盐酸脱吸法就是氯化氢气体先用稀盐酸吸收得到浓盐酸，浓盐酸在再沸解吸得到纯度较高的氯化氢气体，因在吸收时除氯化氢以外的其他气体基本不被吸收。原料氯气和氢气分别经缓冲罐和阻火器进入合成炉底部燃烧器，合成的氯化氢气体从合成炉顶部出来。出来的气体经冷却管冷却后从顶部进入降膜吸收器，与来自稀酸储罐的20%22%的稀盐酸溶液并流接触吸收，得到的约31%36%的浓盐酸溶液从吸收器底部出来

2、进入浓酸储罐，少量未吸收的氯化氢气体和其他杂质气体进入尾气塔再次吸收。浓盐酸用泵打入解吸塔内，再沸解吸后的氯化氢气体经水冷和盐水冷却器除水干燥后进入氯乙烯合成车间，解吸后的稀酸恒沸物经冷却后进入稀酸储罐，以供再吸收用。本工艺主要优点是，稀盐酸可以循环利用，这样就可以减少污染和原料的用量，该工艺合成的氯化氢气体纯度高，纯度波动性小，有利于生产高纯度盐酸和减小合成PVC时的用量。关键词：氯化氢合成；盐酸脱吸法；合成炉计算AbstractMainly used for the hydrogen chloride is production of various of concentration hy

3、drochloric acid and calcium carbide production of PVC. Currently there are three major Synthesis Process at home and abroad:Synthesis Process, hydrochloric acid desorption Process, the by-product hydrochloric acid desorption Process.The design select hydrochloric acid desorption Process:The process

4、outlined in the flow: The so-called hydrochloric acid desorption of hydrogen chloride gas is the method first used diluted hydrochloric acid to be absorbed HCl , HCl again in the reboiler desorption of high purity hydrogen chloride gas , In addition to absorbing hydrogen chloride gas other than the

5、fundamental absorption is not . Raw materials chlorine and hydrogen respectively enter into buffer tank fire retardant first and then enter into the furnace bottom burner, Synthesis of hydrogen chloride gas discharge from the top of furnace. The hydrogen chloride gas pass by cooling tube and then en

6、tering from the top of the absorber. Hydrogen chloride gas and the concentration of 20% 22% acids solution which from the tank of hydrochloric acid is absorption in flowing contacts, the concentration of hydrochloric acid solution is about 31%36%, which discharge from the bottom of absorber then ent

7、er into concentrated acid tank ,Few amount of hydrogen chloride gas which not be absorbed and other impurities gas enter into the exhaust gas absorption tower again. Concentrated hydrochloric acid with pump into the desorption tower, the Reboiler desorption of hydrogen chloride gas by saline water c

8、ooler and water cooler then entering PCE Synthesis Workshop . The azeotrop of Desorption of acid produced is cooled by cooler which then entered acid tank, for the Cycle use of absorption.The main advantage of the Process is that dilute hydrochloric acid can be recycled. This will reduce pollution a

9、nd the amount of raw materials, this process synthesis of high-purity hydrogen chloride gas, and hydrogen chloride gass purity is small fluctuations, So it is Conducive to the production of high purity hydrochloric acid and decreased the amount of hydrogen chloride when synthetic PVC.Keywords: Synth

10、esis of hydrogen chloride; hydrochloric acid desorption method; the calculation of furnace目 录绪论11说明书21.1总论21.1.1设计依据21.1.2设计指导思想21.1.3设计范围21.1.4产品的规格21.1.5生产方法及工艺流程21.2技术经济分析51.2.1技术经济分析说明51.2.2财务评价51.2.3盈利性分析61.2.4投资回收期71.2.5盈亏平衡分析71.3总图运输81.3.1设计基础资料81.4化工工艺81.4.1生产制度81.4.2原料技术要求及其简介81.4.3产品说明及其简介

11、91.4.4流程叙述101.5自控仪表及通讯101.5.1自控仪表101.5.2通讯111.6土建111.6.1设计范围111.6.2建设设计111.6.3抗震设计111.6.4施工要求121.7电力供应121.7.1设计范围121.7.2车间环境特征121.7.3负荷等级121.7.4电源状况121.7.5配线方式121.7.6照明121.7.7防雷、接地及防静电121.8余热利用、通风131.8.1余热利用131.8.2通风131.9供水、排水131.9.1气象资料131.9.2设计原则131.9.3水源及输水管道131.9.4消防给水管道设施及设计原则141.9.5循环冷却水141.9.

12、6排水141.10安全及消防141.10.1劳动安全141.10.2消防141.11工业健康与劳动保护151.12维修151.13能源利用151.13.1合理地使用能量151.13.2采用新技术合理地使用能量151.14环境保护及综合运用152计算部分162.1概述162.2生产能力及原料用量计算162.2.1生产能力162.2.2氯化氢用量计算162.3合成炉的相关计算172.3.1原料气的组成和用量172.3.2物料衡算182.3.3热量衡算192.3.4计算冷却水的用量232.3.5合成炉炉体直径及夹套直径计算242.3.6合成炉换热面积的计算252.3.7合成炉高的计算292.3.8合

13、成炉工艺尺寸计算292.4石墨冷却管长度计322.4.1数学模型322.4.2计算342.5降膜吸收塔的计算和选型382.5.1物料恒算382.5.2选型392.5.3计算吸收剂用量392.5.4用水量计算402.6解吸塔计算412.6.1物料恒算412.6.2塔的计算412.7换热器和分离器的物料恒算442.8石墨换热器的计算442.8.1数学模型452.8.2计算472.9盐水石墨冷却器简算502.9.1盐水移走的热量502.9.2盐水的用量512.9.3换热面积的计算512.10浓酸泵的计算和选型512.10.1选型参数的计算512.10.2选型的依据522.10.3选型522.11浓酸

14、和稀酸储罐522.11.1浓酸储罐522.11.2稀酸储罐52总结53致谢54参考文献55绪论氯化氢是生产盐酸和电石法生产PVC的重要原料。而聚氯乙烯（PVC）又是主要通用塑料品种之一，在世界五大塑料中的产量仅次于聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），居世界第三。目前国内大多采用电石法生产PVC，而氯化氢作为电石法生产PVC的原料之一，其产量与质量便成了直接影响PVC发展的重要因素。开发新的合成工艺、运用先进的设备、综合利用能源是合成氯化氢的发展方向。目前国内外主要有三种合成方法：合成法、盐酸脱吸法和副产盐酸法。国内使用合成法居多，即氯气与氢气合成氯化氢，经空冷、水冷后直接输送到氯乙烯的合成系统。这

15、种方法工艺流程简单，工艺成熟稳定，但其生产的氯化氢气体纯度较低约90%-96%，给氯乙烯的合成带来了很多不利因素。国外主要采用盐酸脱吸法，本法生产的氯化氢纯度高（大于99%），纯度波动小，有利于后面氯乙烯合成。副产盐酸法主要适合小型聚氯乙烯生产装置，以综合利用有机氯化物的副产氯化物，来制取高纯度的氯化物供氯乙烯装置用，本法制得的氯化物纯度也可达99.9%。从八十年代开始，随着对氯化氢纯度的要求的提高，我国也渐渐从合成法向盐酸脱吸法过度。合成炉是合成氯化氢的主要设备。目前工业上应用比较广泛的是钢制合成炉，它又分为空气冷却式和水冷夹套式两种。80年代后，由于离子膜法生产氯碱工艺的大力推广应用，且该

16、法要求使用高纯盐酸，这一需求促使了石墨合成炉的发展，工业上多见用炉外壁喷淋冷却水式。国外大多已采用石墨合成炉，我国也渐渐从钢制合成炉向石墨合成炉发展。各种二合一、三合一石墨合成炉都投入了使用并取得了很好的效果。所以本设计选用了耐腐蚀的二合一石墨合成炉，石墨降膜式吸收器，石墨冷却器和石墨冷却管。这些设备虽增加了一次性投资但却延长了设备的寿命。本设计主要选用了较好的盐酸脱吸法工艺及较好的设备得到纯度约为99.9%的的氯化氢气体。该工艺具有连续操作，反应时间短，压力要求不高，以及前面所说的氯化氢纯度高，纯度波动性小的特点。但也存在原料用量大，解吸率不高，石英灯头腐蚀等问题。该工艺可用于大行化生产。本

17、次设计的主要内容：本设计主要研究盐酸脱吸法合成氯化氢工艺；对氯化氢合成车间进行工艺设计；对主体设备进行选型；对氯化氢合成炉进行设计计算；画出氯化氢合成车间带控制点的工艺流程图；画出氯化氢合成车间的平面布置图及平面管道布置图；以及文献调研，外文资料翻译和编制设计说明书。1说明书1.1总论1.1.1设计依据该工艺是依据西南石油大学化学化工学院毕业设计任务书，按照化学工业部1988年6月发布的“化工工厂初步设计内容深度的规定”进行设计的。1.1.2设计指导思想1.1.2.1遵照市场经济的规律，参考有关法规和标准，精心设计、优化设计方案，精打细算，在保证质量的前提下，力争用最少的资金，搞出最合理的优秀

18、设计。1.1.2.2适应化工生产的特点，搞好配套专业设计，特别是要加强节能、环保、安全、消防及工业卫生和劳动保护方面的配套设计。1.1.3设计范围本设计包括年产10万吨PVC氯化氢的合成的以下几个单元：合成和冷却、吸收、解吸和干燥。此外，还设计到稀酸的循环，合成氯化氢的能源综合利用，以及三废的治理。1.1.4产品的规格氯化氢气体纯度99.9%，1.1.5生产方法及工艺流程1.1.5.1生产方法以氯气和氢气为原料在合成炉底部燃烧器燃烧，并控制氢气与氯气的摩尔比为1.05:11.1:1,其中氯气进入合成炉灯头内管，与外套管中的氢气混合燃烧，燃烧后合成气温度可以升高到2000以上。因原料气中含有氧气

19、，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：主反应：H2+Cl2=2HCl 副反应：2H2+O2=2H2O 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：(1)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。(2)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

20、的氯原于。如此继续下去则构成一个链锁性的反应。即：如此下去则光线的一个光量子可使大量分子迅速化合。(3)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：在反应过程中出于元素的自身结合也可以使链终止。如：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。1.1.5.2工艺流程图带控制点的总工艺流程图附图1.1.5.3主要设备简介(1)二合一石墨合成炉二合一石

21、墨合成炉是集燃烧与冷却于一体,采用水冷夹套式,由于合成炉内气体燃烧会放出大量的热，用水冷夹套式石墨合成炉可以避免因突然中断冷却水而造成的事故。(2)石墨冷却管石墨冷却管在控制对合成气进入降膜式吸收塔的温度有非常重要的作用，因降膜式吸收器选用石墨材质，它的工作温度170，所以合成气进入之前必须先冷却。且它的长短也是影响气体出石墨冷却管温度的显著因素，过短出口温度达不到要求，过长会增加成本。其影响可概括为以下两点：不同形式的石墨冷却器对合成气进口温度的要求是不同的，石墨冷却器允许温度越高，石墨冷却管出口气体温度设计的就可以越高，在石墨冷却管长度相同条件下，系统生产能力就越大,反之就越小。对于同一型

22、号的石墨冷却器，系统生产能力随石墨冷却管设置长度的增加呈线性增加。在石墨冷却管长度不变的情况下，通过强化石墨冷却管的传热，可提高系统生产能力。(3)降膜式吸收器和尾气塔所谓降膜吸收就是在液体在吸收管内成液膜状沿管壁下流吸收。降膜吸收器可分为管壳式和圆块式。降膜吸收可以在长管内也可以在短管内进行，但降膜吸收的长度都不大，一般也不超过3m。降膜吸收器一般与尾气塔配套使用，尾气塔内经过一次吸收的稀酸溶液进降膜吸收器作二级吸收，降膜吸收器未完的尾气进入尾气塔进行二级吸收然后排空。这样主要有以下优点：吸收效率高。对氯化氢气的吸收效率可达99.9%。系统的操作弹性大，生产能力可在较大幅度内调节均可正常操作

23、。阻力小。尤其是降膜吸收器内阻力更小，可忽略不计。吸收过程同时对溶液进行冷却，一则允许进气温度相对较高如170，二则不需要对浓酸溶液另行冷却。耐腐蚀优良，不对氯化氢产生污染。制造、安装、维修方便。使用寿命长。(4)解吸塔 由于盐酸具有腐蚀性，所以解吸塔选用填料塔。1.1.5.4该工艺的技术路线的先进性和合理性可生产高纯度且纯度稳定的氯化氢，这是由于在吸收系统中非氯化氢气体不能被吸收，从尾气塔被水泵抽出，因而在浓酸脱吸出的氯化氢气体中只有少量的水形成的酸雾，经冷却、旋风分离器的分离只剩氯化氢。有利于氯乙烯合成实现分子比自控，可使氯乙烯合成的过量氯化氢降低，从而减少原料氯化氢的消耗定额。有利于提高

24、精馏系统氯乙烯收率。由于氯化氢气体纯度高，合成反应完全，则带入于精馏系统的二氧化碳等不凝性气体少，因此精馏系统的尾凝器每次排空量及排空次数低。有利于提高精馏系统的总收率。盐酸脱吸法生产的氯化氢几乎不含其他气体，在精馏系统的全凝器、塔顶冷却器及尾凝器的传热管壁面不会形成传热系数极地的气膜，而以传热系数很高的液膜进行传热，因此使精馏效率提高。有利于合成氯乙烯生产安全。合成氯化氢只要含要氯气就很容易在与乙炔反应过程中生成极易爆炸的氯乙炔。采用盐酸脱吸法生产氯化氢，在夹带少量游离氯是，经氯化氢吸收和脱吸系统，大部分溶于水生成次氯酸，盐酸，其余微量氯气等非氯化氢气体通过水流泵抽吸而分离，为此在一定游离氯

25、范围内，该法可除去游离氯，提供安全保障。1.2技术经济分析1.2.1技术经济分析说明1.2.1.1技术经济分析依据本技术经济分析主要依据国家纪委颁发的计算19871359号关于印发建设项目经济评价方法与参数的通知以及1988年有国家经委印发试行的工业企业技术改造项目的经济评价方法教程，同时参照了化工部有关文件的规定确定的。1.2.1.2生产规模及产品方案生产规模：年产10万吨PVC氯化氢的合成产品方案：全部用于生产聚氯乙烯1.2.1.3实施进度本项目拟2年建成，生产期按12年计算，整个计算期为14年。1.2.1.4总投资估算(1)基本建设投资4000万元，资金全部由信托公司和财政贷款，利息12

26、.5%。(2)流动资金估算流动资金按总成本的25%计，为1000万元，向财政贷款，利息12.5%。1.2.1.5职工人数及工资总额本项目职工定员为70人，根据劳动局工资管理条例，工资额按每人每年12000元计算。1.2.2财务评价1.2.2.1生产成本估算(1)按生产费用要素直接计算氯化氢的生产成本表1-1 原料成本估计表原料名称规格单耗(m3/m3)单价（万元/m3）单位原料成本（万元/m3）氢气95%0.1050.2350.0247氯气97%0.9720.320.311总量0.3357(2)年燃烧动力费为60万元(3)固定资产原值固定资产形成率按90%计固定资产原值=基本建设投资90%=9

27、0%=3600万元(4)销售费根据市场调查得，氯化氢的价格为1万元/立方米故年销售收入=0.88951.4=7161.12万元销售费按销售收入的0.5%计，则销售费=7161.120.5%=35.8万元表1-2 总成本估算表序号项目估算方法成本原料费单价消耗定额年产量3022.31包装材料费单价消耗定额年产量28.37燃料动力费单价消耗定额年产量60工人工资及附加费年平均工资定员人数1.1193.24车间固定资产基本折旧固定资产原值折旧率62.5大修理基金固定资产原值（3%6%）23.5车间经费+2%65.198车间成本+3325.118企业管理费（6%9%）199.507工厂成本+3524.

28、625销售费用销售收入1%35.8固定成本+3560.4251.2.3盈利性分析社会折现率：该参数与银行贷款利息有关，现在工业贷款利率为12.5%，故取社会折现率为12.5%。由前面知，此项目初始投资为4000万元，年销售收入为17902万元，年折旧费为32.5万元，计算期为14年，年经营成本3614.135万元，综合税率为50%，计算内部收益率（IRR）为：(1)方案第t年（t=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14）的净现金流量CFt为：CFt=(7161.12-3614.135-62.5)(1-50%)+62.5=1804.74万元而方案第零年的净现金流量CF0

29、为：CF0=-4000万元(2)对应于收益率I的方案净现值计算公式为：NPV=2828(P/A,i,14)-40000=2828(1+i)14-1/i(1+i)14-4000(3)取不同的收益率进行试算i1=70%,NPV1=4.700万元i2=71%,NPV2=-2.385万元由计算结果知，令i1=70%,i2=71%,则有NPV1=4.700万元，NPV2=-2.385万元，i2-i1=1%，说明满足线性插值法条件。(4)用线性插值法求IRRIRR=70%+（71%-70%）4.700/（4.700+2.385）=70.66%由于IRR=70.66%14.5%，说明该项目在经济上是合算的，

30、方案可接受。1.2.4投资回收期1.2.4.1静态评价第一年到第三年：CFt=-4000+2828=-1172万元第一年到第四年：CFt=-4000+353.52=1656万元所以T=3+1172/（1172+1656）=3.41年故投资回收期（静态）为4年1.2.4.2动态评价由公式T=R-(R-Ki0)/(1+i0)得T=2828-(2828-400012.5%)/(1+12.5%)=1.6年加上建设期2年，则动态回收期为3.6年（4年）1.2.5盈亏平衡分析计算变动成本如下：Cr=(1-r)P-CF/Q=(1-50%)4000-3560.425/8951.4=1999.6万元盈亏平衡图见

31、图1-1图1-1 盈亏平衡图1.3总图运输1.3.1设计基础资料1.3.1.1地形、地貌该装置建在四川金路集团树脂厂，场地为广阔的平地1.3.1.2气象(1)土壤最大冻结深度为0m，雪的最大深度为2mm(2)全年及夏季主导风向频率为西北风(3)全年平均温度为17.5，平均压力为765mmHg，最低温度为3.21.4化工工艺1.4.1生产制度本车间为连续操作、连续生产的车间、8000小时计，每日三班，每班8小时的连续生产。1.4.2原料技术要求及其简介1.4.2.1原料技术规格 合成氯化氢的原料氢气和氯气浓度不能太低。如果太低将会影响产品的纯度并且会使原料用量增加，具体要求见表1-3。表1-3原

32、料技术表物质氯气氢气纯度要求93%90%进了气速510m/s812m/s是否会发生爆炸与氢气混合会与氯气和空气混合都会1.4.2.1原料简介氯气物化性质：黄绿色气体,有窒息性气味。分子式Cl2，分子量70.91。相对密度1.47(0369.77kPa)。熔点-101。沸点-34.5。蒸气密度2.49。蒸气压506.62kPa(5atm10.3)。溶于水和易溶于碱液。遇水生成次氯酸和盐酸,次氯酸再分解为盐酸新生态氯、氧和氯酸。氯与一氧化碳在高热条件下，可生成光气。本品不燃，但可助燃。在日光下与易燃气体混合时会发生燃烧爆炸。与许多物质反应引起燃烧和爆炸。主要危害：主要经呼吸道侵入，损害上呼吸道；空

33、气中氯浓度较高时也侵入深部呼吸道。人吸入500ppm/5M，就会危害到健康。氢气物化性质：通常情况下无色无味的气体，密度小于空气。分子式H2分子量2.016，气体相对密度，101.325KPa(1atm)和70时(空气=1)为0.7。常温常压下氢气性质稳定，在加热或点燃条件下与许多物质发生反应。氢气与空气和氯气混合会发生爆炸，与空气的爆炸极限是4-74.2%（体积百分比），与氯气混合的爆炸极限是5-87.5%（体积百分比）。1.4.3产品说明及其简介1.4.3.1产品说明表1-4 产品物性表物质纯度外观状态氯化氢99.9%无色有刺激性气味、透明气体1.4.3.2产品简介性质：纯度99.995。

34、无色气体，对人体皮肤产生强烈刺激，有令人窒息的刺激性臭味。气体密度1.522kg/m3(21.1)；液体密度842kg/m3(21.1)。沸点-85。熔点-114.2。极易被水吸收，生成强腐蚀性盐酸；极易在乙醇和乙醚中分解，与许多有机物质反应迅速。高纯氯化氢用于电子工业中外延生长前硅和砷化镓高温气相刻蚀，清除钠离子；还用于金属表面化学处理；激光用混合气，胶片生产及碳纤维表面处理。1.4.4流程叙述1.4.4.1浓酸制备从电解装置来的氢气经缓冲罐后再经阻火器进入合成炉低部的燃烧器（石英或石墨灯头）点火燃烧，原料氯气由电解装置氯干燥系统送来经氯气缓冲罐后再经阻火器进入合成炉灯头的内管，与外套管的氢

35、气混合燃烧，混合气体温度可达到2000以上。合成反应放出的热借合成炉外壁的冷却水带走，气体到炉顶部位的温度降到350-400左右，在经石墨冷却管被冷却到170左右，进入降膜式吸收塔顶部，气体在塔内自上而下流动，与来自尾气塔的沿降膜式吸收管壁呈膜状流下的稀酸，进行并流接触吸收，由低部排出的酸浓度达31%-36%，借位差进入浓酸槽供解吸用。未被吸收的气体由低部排入填料式尾气塔，被解吸系统来的20%-22%的稀酸吸收，未吸收的尾气借水流泵抽出，经分离器排入下水道，送至污水处理系统。1.4.4.2浓盐酸脱吸生产氯化氢浓盐酸经浓酸泵送入填料式解吸塔进行氯化氢的脱吸，解吸塔低部排出的物料进入与之相连接的再

36、沸器，借管外通入的蒸汽加热，使物料中的氯化氢和少量水蒸汽蒸发上升，与塔顶向下流的浓盐酸进行热量和质量的交换，将酸中的氯化氢脱吸出来，直至塔底及再沸器处达到恒沸物的平衡态为止。脱除的氯化氢气体由塔顶进入石墨冷却器由外管冷却水冷至室温，再进入由冷冻盐水石墨冷却器冷却到-12-18并经酸雾分离器除去夹带的酸雾，获得干燥的氯化氢送至氯乙烯装置。解吸塔低部排出的稀酸是浓度为20%-22%的氯化氢与水的恒沸物，经与浓酸换热后，冷却至40以下进入稀酸槽，以供再吸收制备盐酸，循环利用。1.5自控仪表及通讯1.5.1自控仪表在整套装置中，可设计两个控制车间，一个为氯化氢合成吸收控制车间，选择DDZ-作为电力自动

37、控制装置，一个为浓盐酸解吸冷却干燥控制车间，可选择计算机作为自动控制装置。主要自控原料气进料的温度和压力、合成炉出口温度和压力、吸收氯化氢所用的稀酸的量，均选择满足DAT2要求的电汽仪表，其余的则采用就地指示仪表。注意事项：(1)氯化氢合成车间的控制要放在二搂，他的设计与使用是根据相关的条款和内容而决定的，这些条款涉及到动力装置的防爆与防火安全性。(2)在控制室，控制箱与计算机操作台应用玻璃隔开，同时还应具有空调与电力设施。(3)整个系统都充满了气体，要加强防火防暴的安全控制。1.5.2通讯全车间设置四部电话与总机相连，某个环节出现问题互相用电话联系。1.6土建1.6.1设计范围本工厂占地40

38、0m2。该设计是工程设计，包含有众多条款，如工厂建筑，生活设施设计，最后还包括建筑材料的选择。1.6.2.1气象资料风压400Pa1.6.2.2水文学资料在工厂建筑中，地下水位为188.56mm186.03mm，地质状况：地表主要由微小的粘土颗粒堆积而成，地震为7裂度。1.6.2建设设计生产车间，生活设施的设计根据总体分布要求来进行设计，技术装备的分布将在下面分别解释说明。(1)整个车间的布置取决于生产要求，在生产车间中，根据防爆性的要求，氯化氢合成部分属于一级防火，故建筑设计中防火标准为一级。(2)根据生产的需要，生产领域含有两层，并却具有天窗，工厂建筑结构采取了传统的防洪增强栏，生活设施采

39、用了两层砖。(3)建筑材料的选择：建筑结构采用了单层钢筋混凝土。1.6.3抗震设计按7裂度设计1.6.4施工要求按规范执行1.7电力供应1.7.1设计范围该设计包括车间电力，照明设施，建筑防雷接地，工艺设备防静电，车间防暴。1.7.2车间环境特征所有工段均为Q-2级防爆危险场所。1.7.3负荷等级类负荷1.7.4电源状况电源为：380/220V，三相四线制进线。采用分表计量，电框选用PGL2低压开关框，Q-2级场所选用LA5821-2型，厂矿用防爆防腐控制按钮。1.7.5配线方式放射式，控制线选用KVV-0.5KV塑料控制电缆。1.7.6照明生产岗位采用混合照明，其它为正常照明，电源为380/

40、220V，采用XRM101-14-2型控制箱。1.7.7防雷、接地及防静电二类防雷建筑物，屋顶采用接闪器避雷和网格避雷，辅助接地与防雷接地相关（包括设备金属外壳）等电位防静电。1.8余热利用、通风1.8.1余热利用1.8.1.1任务和范围合理利用合成氯化氢余热1.8.1.2余热利用方案及热能综合利用概况合成氯化氢余热用85的热水吸收，出口温度为95，这些热水一部分可以供应生活区的热水需要，一部分与另外的工艺水混合85左右再用于合成炉的冷却。1.8.2通风(1)车间有害物质：氯化氢、氯气(2)与空气混合发生爆炸的物质：氢气、氯气(3)换风量的确定生产岗位上换风为：21600m3/h86400m3

41、/h，换气次数：8次/h(4)在生产车间中采用排烟通风装置使空气流通1.9供水、排水1.9.1气象资料年平均气温17.5，最高31.1，最低3.2夏季平均最大相对温度24.0最热月平均气压102.9KPa，最热月平均风速2.5m/s年平均降雨量1149.7mm1.9.2设计原则按化工生产车间要求设计1.9.3水源及输水管道(1)水源：城市自来水(2)输水管道：地下部分采用给水铸铁管，地上采用镀锌钢管(3)给水设施采用自动补气式ZQS-2型全自动气压给水设备1.9.4消防给水管道设施及设计原则(1)车间内设置室内消火栓(2)单独放置消防给水管道1.9.5循环冷却水工业上水石墨冷却器，进水27，出

42、水32，温差4盐水石墨冷却器，进口-15，出口-12，温差31.9.6排水(1)排水系统室内采用铸铁管，室外采用缸瓦管(2)污水排入污水站处理后在排入生活污水管网1.10安全及消防1.10.1劳动安全氢气有爆炸性，因此我们必须严格的防止氢气泄露，如果氢气浓度达到爆炸极限就有可能发生爆炸。在生产过程中，要预防气体的泄露、液体的流失。在车间中，如果我们直接接触原料和产品，我们的身体就会受到严重的伤害。工作时要保证良好的通风状态，毒气浓度始终保持在1ppm以下。严禁设备中的压力超标，否则会引起爆炸。禁止工作前或工作后喝水。1.10.2消防氯化氢合成是一个可爆炸的过程，氢气与氯气和空气混合都会发生爆炸

43、，前面已述爆炸极限。鉴于此，所有氢气缓冲罐、氯气缓冲罐原料的容器均应好好保存，防止静电接触，同时氯化氢合成车间的每层都应具有防火控制和诸多灭火器。1.11工业健康与劳动保护(1)设备平台、操作地板、梯子及各种机械设备都应有安全屏障。(2)所有的电力设备都应有安全保护监测，一流的防爆措施，输送管线采用电气仪表测量。(3)高于70的设备管线应采用木制设备来防止烫伤。(4)车间中运输物质原则上使用管线运输。(5)为保证工人们有适当的操作环境，给车间供热和通风，通风次数根据国家颁布的标准决定。(6)工厂设有澡堂、厕所、女工保健室、更衣室以及休息室；紧急医疗箱，健康设施根据二级标准设计。(7)配备工作服

44、、帽子和手套，衣服上无钉状物且工作时不允许携带火种。1.12维修维修人员6名，负责仪表、电器和建筑维修。1.13能源利用1.13.1合理地使用能量车间应合理地选择能量来使用。例如：氯化氢合成余热可以得到温度很高的热水，这可以提供生活区的热水。1.13.2采用新技术合理地使用能量水温的高低、水蒸气再沸加热可采用自动控制仪表来合理地供应和使用能量，这样能避免能量损失和人力浪费。1.14环境保护及综合运用本设计22%的稀盐酸进行了循环利用；氯化氢气体回收利用；至于排放的废水可经过污水站处理后在排入生活污水管网。2计算部分2.1概述生产工艺流程框图如图2-1所示图2-1 生产工艺流程框图原料氯气和氢气

45、经过合成炉底部燃烧后，合成气从塔顶出来经冷却后进入降膜式吸收器被吸收后得到31%35%的浓盐酸溶液，该溶液进入浓酸储罐后用泵打入再沸解吸塔，解吸后得到的氯化氢气体经冷却干燥后纯度为99.9%去氯乙烯合成车间，恒沸酸去稀酸储罐供吸收用。2.2生产能力及原料用量计算2.2.1生产能力确定要计算年产10万吨PVC的氯化氢用量，年产时间按8000h计算。2.2.2氯化氢用量计算由资料可查得树脂干燥后成品要求挥发份（包括水分）含量在0.4%-0.45%之间，这里取树脂中含其他组分的量为0.42%（质），则10万吨PVC中杂质的量：101080.42%=4.2105kg那么纯树脂的量为9.95107kg。

46、在VC悬浮聚合成PVC时，转化率一般为80%-90%。这里取氯乙烯(VC)的转化率为85%（质），则VC的量为：(9.958107)/0.85=11.715107kg根据生产条件可得每小时所需的氯乙烯的量为：(11.715107)/ (800062.5)=234.306kmol/h在合成VC中由于乙炔与氯化氢是按1:1.051:1.1，所以氯化氢是过量的，在计算所需氯化氢是应以乙炔为计算基准.合成VC过程中，一般控制未转化的乙炔量在1%3%(摩尔)。根据乙炔合成系统，其高沸物质的含量一般在0.1%0.5%，其他损失可以忽略。取乙炔的转化率为0.99，选择性为0.995,则乙炔转化为VC的乙炔的

47、量为234.306kmol/h，那么每小时合成VC是进料的乙炔量为：234.306/(0.990.995)=237.862kmol/h采用盐酸脱吸法生产的氯化氢纯度很高，其纯度可达99.9%，可使乙炔：氯化氢由1:1.051:1.1降到1:1.021:1.05，取比值为1.03，则每小时所需的氯化氢的量为：(237.8621.03)/0.999=245.244kmol/h2.3合成炉的相关计算2.3.1原料气的组成和用量因合成氯化氢时氯气与氢气比为1:1.051:1.1，氢气是过量的,这里取比值为1.05。原料氯气与氢气的组成如表3-1，合成系统中记氯化氢损失为1%，则原料气用量：氯气：244

48、.244/(0.992)=122.622kmol/h氢气：244.244/2=128.753kmol/h表3-1 原料气组成物质氯气（V%）氢气（V%）纯度97.1697.45含氢0.3497.45含氮气1.120.06含二氧化碳0.21含水分0.182.48含氧气0.990.01进料温度()2525进料压力(MPa)0.210.212.3.2物料衡算2.3.2.1进合成炉的各物料的量原料氢气的量：128.753/0.9745=132.122kmol/h含氮气：132.1220.06%=0.0793kmol/h含水分：132.1222.48%=3.277kmol/h含氧气：132.1220.0

49、1%=0.0132kmol/h原料氯气的量：122.622/0.9716=126.206kmol/h含氢气：126.2060.34%=0.429kmol/h含氮气：126.2061.12%=1.414kmol/h含氧气：126.2060.99%=1.249kmol/h含水分：126.2060.18%=0.227kmol/h含二氧化碳：126.2060.21=0.256kmol/h各物料总进料：氢气：H2(mol)=128.753+0.429=129.182kmol/h H2(m)= 129.1822=258.364kg/h氮气：N2(mol)=1.414+0.0793=1.4933kmol/h

50、 N2(m)= 1.493328=41.812kg/h氧气：O2(mol)=1.249+0.0132=1.2622kmol/h O2(m)= 1.262232=40.390kg/hCO2： CO2(mol)=0.256kmol/h O2(m)= 0.25644=11.661kg/h水： H2O(mol)=0.277+3.277=3.554kmol/h O2(m)= 3.54418=63.972kg/h氯气：Cl2(mol)=122.622kmol/h O2(m)= 122.62271=8709.136kg/h总进料：总进料(mol)=122.622+3.554+0.256+1.2622+129

51、.182=260.876kmol/h 总进料(m)=8709.136+258.364+41.812+11.661+40.390+63.792 =9122.33kg/h2.3.2.2 出合成炉的各物料的量合成炉内的两个反应： 生成的氯化氢的量为： 摩尔量：2122.622=245.244kmol/h 质量：245.24436.5=8951.406kg/h 氧气燃烧所消耗的氢气及生成的水的量为：2H2 + O2 2H2O2*1.2622 1.2622 2*1.2622 生成水的量为：21.2622=2.5244kmol/h水的总摩尔量：3.554+2.5244=6.0784kmol/h水的总质量：

52、6.078418=109.4112kg/h 剩余的氢气的量为：总氢气量-生成氯化氢用的-氧气燃烧所用的量=129.182-122.622-21.2622=4.0356kmol/h 二氧化碳、氮气没有参与反应量不变，所以总出料总出料(mol)=245.244+2.5244+3.554+0.256+1.4933+4.0356 =257.1037kmol/h总出料(m)=8951.406+8.0712+109.412+11.661+41.812 =9122.33kg/h因总进料量(m)=总出料量(m)，所以物料守衡。2.3.3热量衡算2.3.3.1合成炉内两个反应反的相关计算 合成炉内两个反应反应热

53、的计算式H2+Cl2 2HCl 2H2+O2 2H2O 合成反应放出的热量计算式为： 式中：Qr合成氯化氢的反应热、KJ/hGHCl反应生成氯化氢气体气摩尔流量、kmol/h T合成炉灯头温度、KH0m1(298.15K)氯化氢合成反应的标准摩尔反应热焓、KJ/hCPm1氯化氢合成反应的反应产物与原料的摩尔比热容系数差值、J/mol.KQr氧气燃烧的反应热、KJ/hG水反应生成的水蒸汽的摩尔流量、kmol/hH0m2(298.15K)水蒸汽合成反应的标准摩尔反应热焓、KJ/molCPm2水蒸汽合成反应的反应产物与原料的摩尔比热容系数差值、J/mol.K合成炉内两个反应的摩尔反应热恒压比热容的计算式为：CP=a+bT+cT-2，式中：a、b、c为常数，由文献3查得各物质的a、b、c见表2-2。表2-2 各物质恒压比热容常数表物质名称abc适用温度氢气27.283.260.502298-2500氯气36.900.25-2.82298