年产5万吨盐酸装置二段吸收工序工艺设计

年产5万吨盐酸装置二段吸收工序工艺设计内容摘要：盐酸广泛用于钢铁、电镀和钢铁结构件的酸洗过程中，同时也用于化学制药、稀土生产等行业。铁合成炉生产盐酸是目前国内大多数氯碱厂普遍应用的生产技术,其吸收工艺虽几经变革,目前大都采用降膜塔、填料塔二级或三级吸收法制盐酸。本设计中的反应器部分由容易被酸腐蚀的铁制成而不用耐腐蚀的其他金属。本文综述了国内外盐酸生产方面的现状及进展，分析了现有装置的优点和存在的问题。针对这些问题，结合课题需求，对现有的生产工艺进行了改进处理，设计了盐酸装置的生产工艺，完成了盐酸生产后期的吸收工段、二次吸收工序的设计，这些设计在一定程度上克服了现有工艺的缺陷。关键词：盐酸；二段吸收；工艺设计；目录TOC\o"1-5"\h\z引言 3\o"CurrentDocument"第一章、综述 4\o"CurrentDocument"1.1盐酸的性质特点及应用 4\o"CurrentDocument"1.2盐酸的工艺历史 41.3盐酸的生产工艺 5\o"CurrentDocument"1.4盐酸吸收工艺及存在问题 6\o"CurrentDocument"1.4.1盐酸吸收系统的作用 6\o"CurrentDocument"1.4.2吸收工艺流程简述 6\o"CurrentDocument"1.4.3吸收过程存在的问题 6\o"CurrentDocument"1.5本文研究主要内容及意义 7第二章、盐酸生产工艺流程及改进设计 72.1产品性质 7\o"CurrentDocument"2.1.1物理性质 72.1.2化学性质 72.1.3产品规格 7\o"CurrentDocument"2.1.4主要指标测定方法 8\o"CurrentDocument"2.1.5产品性能与用途 8\o"CurrentDocument"2.1.6产品包装、运输及贮存 8\o"CurrentDocument"2.2主要原料性能与规格 9\o"CurrentDocument"2.2.1原料的理化性质 92.3各主要生产工艺过程的基本原理 10\o"CurrentDocument"2.4生产工序及生产流程说明 102.4.1氯化氢合成 102.4.2氯化氢的吸收 112.4.3产品的贮存输送和包装 112.5安全生产基本原则 11\o"CurrentDocument"2.5.1基本原则 112.5.2压力容器安全使用条件 11\o"CurrentDocument"2.5.3安全检修 11\o"CurrentDocument"2.5.4防火防爆 112.5.5主要安全技术指标 112.5.6工业卫生及防护 12\o"CurrentDocument"2.5.7废气来源及特性 122.5.8废液来源及特性 122.5.9环保处理措施 12\o"CurrentDocument"2.5.10环保指标 12\o"CurrentDocument"2.6产品主要消耗定额 12\o"CurrentDocument"2.6.1产品消耗定额的计算基础及计算原理 12\o"CurrentDocument"2.6.2副产品及排放物的处理 122.7设备 13设备的结构特性、技术数据、工作条件、生产强度能力、负满载率以\o"CurrentDocument"及特殊设备工艺要求 132.7.2设备能力核算及平衡 13第三章、盐酸生产装置的物料及能量衡算 133.1物料衡算 133.1.1合成炉物料衡算计算依据 13计算 143.1.3进出合成炉气体 153.1.4尾部吸收塔物料平衡 163.1.5二段吸收塔的物料平衡 173.1.6—段吸收塔物料平衡 18\o"CurrentDocument"3.1.7包装贮存 193.2能量衡算 19\o"CurrentDocument"3.2.1基础数据 193.2.2计算 20第四章、吸收塔的设计 224.1二段吸收塔高度与塔径的计算 224.1.1塔径D的计算 224.1.2塔高H的计算 234.2液相喷淋装置 244.3除雾器 244.4二段吸收塔塔高 24\o"CurrentDocument"第五章、设计结果与总结 25\o"CurrentDocument"5.1主要设备表 25\o"CurrentDocument"5.2设计结果 25\o"CurrentDocument"5.3设计结果说明 25第六章、盐酸生产工艺流程简图 26参考文献 26引言在我国的“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0.3万吨，全部采用合成法生产，其应用领域也极为单一，主要用作化学试剂及食品等很少几个领域。改革开放后，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，在生产方面，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3/26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，我国盐酸产量首次突破200万吨大关，1993年突破300万吨大关，2000年达到442.11万吨，2006年达到730.58万吨，规模递增的速度越来越快。尤其值得一提的是，1990年我国262.3万吨的盐酸总产量中，副产盐酸已占到142.65万吨，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。此间，美国、日本、加拿大、德国等产量也均超过500万吨，而且都是以副产品盐酸为主。经过60年的发展，我国盐酸工业目前已演变为副产酸占主导地位，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。第一章、综述1.1盐酸的性质特点及应用盐酸，学名氢氯酸，是氯化氢（化学式：HC1）的水溶液，相对密度为1.20，无色或微黄色易挥发性液体，有刺激性气味，是一元酸。氯化氢（HCl），在某些火山喷出的气体中曾大量发现。盐酸是氯化氢的水溶液，是强酸，具有酸的通性，在哺乳动物的胃液中也有微量存在。据推测,在地球的原始大气层中含有20:3:1比例的H2O、CO2和HCl，因此原始海洋亦含有相当浓度的氯化氢，它溶解一些矿物成为今天海洋的盐分。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、各种染料时也有用武之地；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。1.2盐酸的工艺历史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证明其为氧与氢的化合物。1791年法国的科学家获得路布兰制碱法的专利，拥有日产250—300kg的工厂。该法用硫酸钠、石灰石和制造纯碱。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高的烟筒排放空中，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0.454g/m3。早期盐酸的用途不大，市场需求量很少。由于纺织工业的发展需用大量的漂粉许多盐酸便被二氧化锰氧化用来制造氯气，作为漂粉的原料。MnO2+4HCl^MnCl2+Cl2+2H2O这还仅有一半的氯化氢未加利用，而且二氯化锰没有工业用途，致使漂粉成本很高。后来通过1866年的Weldon法和1870年的Deacon法提高了氯气回收率和原料的利用率，大大降低了成本，正适应英国纺织工业发展的需要。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。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成为盐酸。在氯气和氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，防止了对空气的污染。在生产上，往往采取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，其中氯化氢是在合成塔里合成的。1.3盐酸的生产工艺自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飞速发展，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,主要有以下几种：（1）铁炉合成、风冷、水冷、石墨冷、绝热吸收、膜式吸收。（2）石墨炉合成、水冷、风冷、绝热吸收、膜式吸收。（3）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。但由于该工艺结构紧凑,占地面积小,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。1F成萨:］一石墨穩琲粘：轉戌吸收垢:4T范眸眠收塔；壬Y酿泵：6咼醛计皇捕:?—水流杲让一麦朮鐵

图1-1盐酸的生产工艺流程图从目前的生产设备看,主要设备是合成炉,其次是尾气吸收塔,稀酸槽罐缓冲器、冷却塔、循环水池等。盐酸吸收工艺及存在问题盐酸吸收系统的作用盐酸吸收系统的主要作用是把反应炉生成的高温氯化氢混合气体降温冷却洗去硫化物等杂质，再用水或稀酸吸收生成质量分数为35％的浓盐酸，以供解吸收工序使用，并且使尾部排空气体中氯化氢体积分数不超过限定值，达到环保要求。吸收系统的另一个重要作用是为反应炉制造-0.2〜0.5kPa的负压，这样才能使反应炉产生的高温、有毒有害的氯化氢气体不外溢，从而保证工作人员的安全。吸收工艺流程简述从氢气处理工序送来的氢气经缓冲罐和阻火器后，与从液氯工序送来的氯气体积分数大于70％的尾氯同时进入盐酸合成炉下部的灯头内燃烧，生成氯化氢气体。为保证氯气反应完全，要严格控制进炉氢气适当的过量。氯化氢气体经炉体夹套、冷却水槽和石墨冷却器用循环水冷却至45°C左右后，进人降膜吸收器，被由尾气塔过来的稀酸吸收，产出质量分数为31.0％〜31.5％的成品酸。降膜吸收器中未被吸收的氯化氢气体由水流喷射泵抽至尾气塔，用纯水吸收，其他不凝性气体经液封槽放空。吸收过程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） 从洗涤塔出来的氯化氢气体，夹带有大量水雾、泡沫，进入吸收器后，影响到氯化氢与列管水膜的充分接触，且盐酸生成时产生的热量不易移走，以致吸收效率不高。（2） 从回收塔出来的尾气中也带有大量的水雾，在引风机中容易冷凝成弱酸性液体，直接冲击运转的叶轮，引起风机振动加大，风机故障率升高，增加了设备维修量；同时，由于风机效率的下降，使工艺操作波动大，吸收效率更差，尾气排放经常超标，对周围居住环境造成污染，常引起周围居民的投诉。

（3）旧盐酸吸收系统的洗涤塔、清洗塔、回收塔等设备全部采用玻璃钢材料制作，投资成本高，且设备制作周期长。本文研究主要内容及意义针对上述问题，本文提出在现有的盐酸吸收系统流程上进行重新优化设计，通过综合技术改造，降低投资成本，创建资源节约型和环境友好型企业。本文研究主要内容如下：（1）通过对现有的盐酸生产设备及工艺进行优化选择，设计年产5万吨盐酸的生产工序；（2）针对目前的盐酸生产企业普遍存在的盐酸吸收工艺的不足之处，设计盐酸吸收工段及二段吸收工艺。我国大部分企业仍然停留在高耗低产的运转现状。随着环境保护保护要求的日益提高，对生产系统尾气的排放更加严格，那些高能耗、高污染，低产出的企业最后必将被淘汰。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。第二章、盐酸生产工艺流程及改进设计2.1产品性质2.1.1物理性质盐酸是无色或浅黄色的液体，有氯化氢的刺激气味，有毒有腐蚀性，浓盐酸在潮湿空气中放出氯化氢而发烟，盐酸是一种挥发性酸，也是极强的无机酸。盐酸的密度随浓度增加而上升，随浓度的增加而降低，20°C时31.0%盐酸密度为2.1.2化学性质1.154g/cm3，35.0%的盐酸密度为1.174g/cm3。2.1.2化学性质项目数据压力KPax0.133700740760800恒沸点106.424107.819108.584110.584压力KPax0.13320.30620.26820.22220.155盐酸是恒沸点液体，而恒沸点组成与恒沸点温度却随压力不同稍改变。表2-1恒沸点组成．沸点温度随压力变化表盐酸能与酸碱指示剂反应；和碱发生中和反应，生成氯化物和水；能与活泼金属单质反应，生成氢气；能和金属氧化物反应，生成盐和水；和盐反应生成新酸和新盐与大部分碳酸盐和碳酸氢盐反应生成二氧化碳和水；具有还原性等。2.1.3产品规格指标名称优级品一级品合格品总酸度（以HCI%计）31.031.031.0铁0.0060.0080.01硫酸盐（以S02%计）40.0050.03

砷，%< 0.0001 0.0001 0.0001灼烧残渣，%< 0.08 0.10 0.15氧化物（C1%计）< 0.005 0.008 0.010表2-2 Q/SHG-004003-2005% 项 目指标总酸度(以HCI%计)>31.0% 项 目指标总酸度(以HCI%计)>31.0铁%<0.001硫酸盐(以S02-%计)4<0.007氧化物(以Cl计)<0.003还原物(以S02-计)/I<0.007灼烧残渣， % <0.05重金属(以Pb%计)<0.0005砷 % <0.0001表2-3食品添加剂盐酸的要求指标名称指标总酸度(以HCI%计)31.01外观浅黄色透明液体无浮油表2-4副产盐酸的要求GB320-93工业用合成盐酸2.1.5产品性能与用途金属清洗，在拉管，抽丝，电镀，油漆、镀锡等进一步加工前，必须将氧化铁皮以酸洗方法清除干挣。石油井的酸化，许多油田是石灰岩和沙石岩组成。这些地下组织的渗透率比较低，在采油过程中可以利用盐酸能和这些岩石起化学反应的性质，把盐酸注入油井的地下岩结构中，使岩层产生裂缝，以贯通油层之问的间隔，将油汇集在一起，提高油的流动性和渗透性，从而提高油井的采油率。矿产品的加工。无机物的制造。烯烃、炔烃的加成反应。烃类的氧氯化反应。其它用途，用于染料工业、制革工业、印染工业及食品、医药工业等。2.1.6产品包装、运输及贮存产品检验方法．合成盐酸按GB320执行。副产盐酸按Q/SHG．J02-117执行。食晶盐酸按GB1897执行。(2)产品包装贮运成晶进入盐酸贮罐，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。主要原料性能与规格2.2.1原料的理化性质(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/m'(0°C,101.325kPa)，液化温度(101.325kPa)-33.9°C(也有-34.05°C或-34.6°C),氯气溶于水、酒精、四氯化碳等液体中，含水氯气腐蚀性强，0°C以下.生成Cl28H2O的黄绿色结品，因此含水氯气管道冬季应保温。温度(°C) 02030405060708090101.325KPa下1升水14.607.295.724.593.922.792.732.221.27中溶解氯气(克)表2-5不同温度的氯气溶解度表压(MPa) 00.0480.1170.2080.2640.3250.396液化温度(°C) -34.5-25-15-50510表2-6氯气在不同压力下液化温度氯气对人体的侵害随浓度不同而差异甚大。空气中的含氯量(mg/m3) 对人体的作用1.0可长时间工作1—2从事轻工作6小时4不能坚持工作2810—20分钟即中毒35—500.5—1小时死亡90010分钟内死亡表2-7空气中不同含氯量对人体的影响操作环境空气中最高允许浓度1mg／m3。氯气化学性质活泼，易与大多数金属及非金属化合生成各种化合物．：在氢气中燃烧生成氯化氢。2Fe+3ClT2FeCl23岂+― 2HCL氢气的理化性质氢气为无色、无味并且是最轻的气体Q/SHG-004003-2005标准状态下为21.5ml/l。氢气在氧气中的爆炸范围为5%-95.26%，在空气中的爆炸范围5%-72.5%，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。H2+1/2°2燃烧H0l/2H2+l/2Cl2燃烧HCL原料来源

氯气来自氯碱分厂电解工段和合成分厂液氯工段产生的废气。氢气来自氯碱分厂。氯化盐酸气来自有机氯化。各主要生产工艺过程的基本原理氯气与氢气在弱光照射或低温常压下反应速度很慢，只有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，主反应式为：H2+CL2~2HCl+184.096kmol副反应：2H2+O2—2H2O2CO+O2—2CO23Cl3Cl2+2Fe——FeCl有过缝氯气存在的非正常情况下才发生）氢气和氯气在波长400-436毫微米的紫外光下发生反应时，由下游离基连锁反应，其光量子效率可高达10.5，其反应机理如下：a）链引发：氯分子吸收热或光量子的能量后，离解为两个活性氯游离基，成为链锁反应的升始：Cl2热和光2C1.b）链传递：活性游离基C1,与氢分子作用，生成氯化氢分子和活性氢游离基H.,H.与氯分子作用生成一个HCl和一个C1,如此一个一个地传递下去构成连锁反应。Cl.+H2—HCl+H.H.+Cl2—HCl+C1.c）链终止，当受到外界能与Cl.或H.结合的物质或基团影响时，游离基便失去活性而使链终止。原料气带入氧2H.+1/2O2——H2O①Cl.+O——ClO2 ②自身结合为气体分子H+H——H2CI+Cl——Cl2 H+CI——HCI③活性游离基与合成炉的壁面碰撞也会发生链终止。一般说来两个简单的游离基互相碰撞时是不能合并的，即②式的终止是不存在的。氢氯燃烧合成关系采取氢过剩，以确保氯完全反应。含氯的副产盐酸气采取燃烧法进行净化处理。即把含氯的副产盐酸气与氢氯焰直接接触混合，回收其中氯气。氯化氢被水或稀盐酸吸收后，就可制成盐酸。生产工序及生产流程说明氯化氢合成由电解产生的氯气和氢气以及液氯低纯度氯气、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。含氯副产盐酸气沿管道经控制阀、流量计、燃烧器进入合成炉，燃烧器是以三支不同直径钢制同心套管组成，装于园台形钢制合成炉底部，燃烧器最外层通含氯副产盐酸气，中问通氢气，内层通氯气。氢氯燃烧化合采取氢气过剩，并在燃烧器出I］合成炉内进行，在反应生成的火焰中完成生成氯化氢的反应，火焰最高为1400°C，合成的氯化氢和经燃烧处理的氯化氢经合成炉炉壁散热，出合成炉气体R1度在400-500C左右，由炉顶出口进入散热器，采用空气自然冷却。氯化氢的吸收经过自然冷却的氯化氢进入带有冷却的一段降膜吸收塔顶部，与二段吸收塔流出的稀酸在管内并流向下流动吸收，制得的盐酸由底部流出，经过液封分别进入酸储藏。在一段吸收塔不能吸收的气体与少量吸收的氯化氢由膜式塔底部排出，经过上升管引至二段膜式吸收塔顶部，与尾部吸收塔流出的稀酸在管内并流向流动吸收，制得的稀酸由底部流出进人一段吸收塔顶部。在二段吸收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注加水接触，逆流吸收，不能吸收气体，由尾部塔顶部经气液分离器分离后，由尾部塔顶部排空，分离出的盐酸流回尾部塔，生成的稀酸经液封管流入二段塔塔项。产品的贮存输送和包装当酸贮缶液面接近2.5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。盐酸控制系统采用可编程控制系统，简称PLC控制。安全生产基本原则2.5.1基本原则操作人员必须着用和正确使刚所规定的多，动保护用晶。压力容器安全使用条件合成炉操作压力19.9kPa,防爆膜抗压0.1MPa。安全检修1） 定期检查各控制阀门，指示仪表，防火防爆装置必须保持灵敏。2） 定期检查和处理各设备、管道中的物料、并冬季注意防寒防冻工作。防火防爆1）加强操作、搞好设备维护，防止易燃、易爆和有毒物质外冒，保护劳动环境防止人气污染。2） 生产现场一律不准吸烟、凡因检修施工、必须经批准后方可动火。3） 氢气设备管线必须有静电防护。主要安全技术指标生产岗位空气中有害物质的含量，其最高允许浓度：氯气 l毫克／米3氯化氢 l.5毫克／米32.5.6工业卫生及防护1)所有设备管道不得泄灞、堵塞、确保物料畅通无阻。2)坚守工作岗位，不违章作业，发现隐患及时排除和报告，确保安全生产。气体名称气体爆炸界限体积％下限上限H25.087.5CL295.012.5H24.595.0O295.55.0H24.174.2空气95.925.8H2513CL22214HCL27373表2-8各种气体爆炸极限2.5.7废气来源及特性来自氯化的副产盐酸气，内含少量氢和部分游离氯。来自511重合产生的副产盐酸气，内含少量轻油。2.5.8废液来源及特性来自521氯蜡-70产生的副产盐酸，盐酸浓度在6.1%左右。2.5.9环保处理措施氯化产生的副产盐酸气通入盐酸合成炉燃烧，吸收制成合成盐酸。2.5.10环保指标尾气HCI含量三400mg/m3下水PH6—92.6产品主要消耗定额产品消耗定额的计算基础及计算原理氢气定额：氢实际耗用量m3(标准状态)xO.O898kg/m3m产品产量水定额水实际耗用量(吨)三产品成品量(吨)(3)电定额电实际耗用量(KW.h)m产品成品量(吨)2.6.2副产品及排放物的处理有关副产品排出物的处理概述及综合利用系统氯化产生的副产盐酸气经合成炉燃烧后，经吸收塔吸收制成合成盐酸重合产生的副产盐酸气经吸收塔吸收制成副产盐酸。排出物的处理标准及国家控制排放标准控制项目控制标准

尾气含HCI <400mg/m3下水PH6-92.7设备设备的结构特性、技术数据、工作条件、生产强度能力、负满载率以及特殊设备工艺要求Q/SHG-004003-2005。（1）合成炉合成炉是圆柱形，采用20g钢板焊制面成。其规格型号 2000X8000X12,顶部装有防爆膜。合成炉总体积25m3;合成炉顶部温度约400-C； 传热面积为50.2m2,焰度14000C，操作压力19.9kPa，单台炉生产能力50t/d;防爆膜抗压O.IMPa。（2） 膜式吸收塔总高4.99m，直径700mm，有效长度3m，塔顶有防爆膜，列管为浸渍石墨2232x3000mm操作温度小于108°C,操作操作压力19.9kPa,每根管日产酸0.24-1.2Ic（3） 尾部塔材质为A3钢，外形尺寸600x2250,内衬酚醛树脂、填料高度为1m左右，操作温度108C以内，喷淋密度为4-5t/m2小时，常压。2.7.2设备能力核算及平衡设备名称有效容积或有设备折成品生运转备用检修效面积米2产强度吨/米m2率％率％率％1#—6#合成炉25m20.226t/h・m292.0441#—6#吸收塔50m20.049t/h・m292.0441#副产吸收塔40m20.069t/h・m2504.642#副产吸收塔40m20.069t/h・m2504.64表2-9设备能力核算及平衡表第三章、盐酸生产装置的物料及能量衡算物料衡算合成炉物料衡算计算依据a） 生成合成盐酸浓度35%H2含量H2含量1.68% 02含量2.6%H2O含量0.168%（重量比）N2C12含量80% CO2含量6.3%含量10.3%（以上均为体积比）c） 氢气成份H2H2含量98% N2含量1.6%02含量0.4%d）每吨合成盐酸的盐酸气重量比30%d）每吨合成盐酸的盐酸气重量比30%来自氯化产生的盐酸气HC1含量90% C12含量5%e）吸收效率为99.5%N2含量5%（均为体积比）贮存和包装损失0.1%进炉氯氢比为1:1.1氯气与氢气完全反应每台合成炉产量：年产5万吨盐酸，则每台合成炉产量为： 50000 =1.53t/h340x24x43.1.2计算需要有机氯化产生的盐酸气及带进合成炉的各种气体量进炉的盐酸废气混合气体总体积查得在标准状况下，HCl密度1.63kg/m335%x1000x1.53x30%m99.5%m99.9%m1.63m90%=110.17m3/h进炉的盐酸气折成100%盐酸气量35%x1000x1.53x30%m99.5%m90%=179.40kg/h进炉的盐酸气带进氯气量查得在标准状况下了氯气密度3.214kg/m3110.17x5%x3.214=17.70kg/h进炉盐酸气带进惰性气体的氮气计算查得氮气密度1.2505kg/m3110.17x5%x1.2505=6.89kg/h需要液氯废气量及带进合成炉的各种气量有机氯化盐酸气带进的氯气量17.70kg/h进炉废气总体积。[35%x1000x1.53x70%x35.5/36.5m99.5%m99.9%-17.70]m3.214m80%=135.77m3进炉的废氯气带入的氯气量35%x1000x1.53x70%x35.5/36.5m99.5%m99.9%—17.70=349.08kg进炉氯气带入的二氧化碳量，查二氧化碳密度1.9768kg/m3135.77x6.3%x1.9768=16.91kg进炉废氯气带入的氢气量，查得氢气密度0.08987kg/m3135.77x1.68%x0.08987=0.20kg进炉废氯气带入的氧气量，查得氧气密度1.42895kg/m3135.77x2.6%x1.42895=5.04kg进炉废氯气带入的氮气量，查得氮气密度1.2505kg/m3135.77x10.3%x1.2505=17.49kg进炉废氯气带入的水分，设进炉水分为XkgX=0.168%X+349.08+16.91+0.20+5.04+17.49带入炉内水份X=0.65kg进炉氢气及其带进的其他气体(1)进炉的氢气体积是氯气体积的1.1倍(349.08+17.70)m3.214x1.1m98%=128.09m3

查氢气密度0.08987kg/m3 128.09x0.08987=11.51kg进炉氢气带入的氧气量，查得氧气密度1.42895kg/m3128.09x0.4%m1.42895=0.36kg进炉氢气带入的氮气量，查得氮气密度1.2505kg/m3128.09x1.6%m1.2505=1.64kg进炉氢气带入的水分合成炉氢气温度30°C，压力33.3kPa(表压)查30°C时水折合蒸汽压4.3kPa设进合成炉水蒸气分子为mkmol,根据道尔顿分压定律4.3 m33.3+98.03—128.09一22.4m=0.19kmol 18x0.19=3.37kg3.1.3进出合成炉气体a)进合成炉气体氯气349.08+17.70=366.78kg366.78^71x22.4=115.72m3氢气11.51+0.20=11.71kg11.71m2.016x22.4=130.11m3盐酸气179.40x90%=161.46kg161.46^36.5x22.4=99.09m3氧气5.04+0.36=5.4kg5.4^32x22.4=3.78m3二氧化碳16.91kg16.91^44x22.4=8.61m3水0.65+3.37=4.02kg4.02^18.016x22.4=5.00m3氮气17.49+1.64=19.13kg19.13m28x22.4=15.304m3b)出合成炉气体氯化氢161.46+366.78x36.5/35.5=538.57kg538.57^(36.5x2)x22.4=165.26m3氢气17.71m(2x1.008)-366.78m(2x35.5)=0.64kmol2.016x0.64=1.30kg 22.4x0.64=14.336m3水氯气带入水分1.37kg氢气带入水分6.84kg氯气、氢气带入氧10.1+0.41=10.51kgH2+1/2O2=H205.4X16185.4X1618X=6.075kg二氧化碳16.91kg16.91^44x22.4=8.61m3进合成炉物料kgm3出合成炉物料kgm3氯366.78115.7200氢11.71130.111.3014.336合计氮气0.65+3.37+6.075=10.095kg17.49+1.64=19.13kg10.095^18.016x22.4=12.55m310.095^18.016x22.4=12.55m319.13^28x22.4=15.304m3盐酸气161.4699.09538.57165.26氧5.43.7800二氧化碳16.918.6116.918.61水4.025.0010.09512.55氮气19.1315.30419.1315.304合计585.41377.614586.005216.06表3-1合成物料平衡表3.1.4尾部吸收塔物料平衡a)计算依据(1)在吸收塔内只有盐酸气被吸收，其余气体都不吸收(2)在尾部塔吸收盐酸中，HC1含量为5%,尾气出口温度为20°C尾部吸收塔出料盐酸气 538.57"1—99.5%)=2.69 kg 2.69^36.5=0.07kmol氢气 1.3kg 1.3^2.016=0.64 kmol二氧化碳16.91kg 16.91^44=0.38kmol氮气 19.13kg 19.13^28=0.68kmol水尾气出口温度20C，因酸浓度很稀按20C水绝热蒸汽压计算，查得0.02383kgf/cm2,上述气体总和为1.77kmol0.02383_0.02383_X__1 而X=0.042218.02x0.0422=0.76kg注加水量650x1.53m99.9%+0.76-10.095=986.16kg排入二段塔酸量盐酸气538.57x99.5%x5%=26.79kg水注加水986.16kg尾气排出水0.76kg二段未吸收气体带入水二段吸收塔盐酸中HCl含量16%，温度30C，查化工设计手册未吸收水蒸气压togp=8.97075—2300togp=8.97075—2300273+30p=24mmHg=3.2kPa未吸收气体中HCl(538.57-538.57x99.5%x95%)m36.5=0.808kmol设二段未吸收气体带入水蒸气XkmolnN2+nH2+nCO2=0.68+0.64+0.38=1.7kmol

X=0.815kmol24X=0.815kmol97.83—1.7+0.808+X所以，二段未吸收气体带入尾部塔水分 18.02x0.815=14.69kg排入二段稀酸H2O：986.16+14.69—0.76=1000.09kge)尾部塔入口气体组成HC1538.57—538.57x99.5%x95%=29.49kgH2O14.69kg C2O+H2+N2 37.04kg物料入口（kg）出口（kg）HCl来自二段塔29.492.69H2来自二段塔1.31.3CO2来自二段塔16.9116.91N2来自二段塔19.1319.13H2O来自二段塔14.690.76盐酸注加水986.16排入二段稀酸水1000.09盐酸HCl26.79合计1067.681067.67表3-2尾部塔物料平衡表3.1.5二段吸收塔的物料平衡a）计算依据（1） 在吸收塔内只有HCl被吸收，其余气体都不吸收。（2） 在二段塔中吸收盐酸中HCl含量的40%气体，出口温度30°Cb）进塔物料稀酸HCl 26.79kgH2O 1000.09kg见尾部塔稀酸出口量由一段塔来的HCl538.57—538.57x99.5%x55%=243.84kg一段塔未吸收气体带入水蒸气量设：一段塔平均浓度30%、温度平均40C计算，查化工设计手册该盐酸的水蒸气分压togp=9.00117—2422togp=9.00117—2422273+40p=18.33mmHg=2.44kPa设未吸收气体中含水蒸汽为XkmolHCl243.84^36.5=6.68kmolX=0.217kmol2.44_XX=0.217kmol97.83—6.68+1.81+X18.02x0.217=3.92kg不吸收气体量不变87.13kg出塔物料(1)未吸收气体

HCl29.49kg 见尾部塔入口HCl量H2O14.69kg 见尾部塔入口H2O量二段塔出稀酸HC1 538.57—538.57x99.5%x55%—2.69=241.15kgH2O 出二段塔吸收气体带入尾部塔水量14.69kg尾部塔流出稀酸带入水量1000.09kg一段未吸收气体带入二段水量3.92kg合计二段稀酸带出水量1000.09+3.92—14.69=989.32kg酸浓度：989.32；241.15x100%=19・60%物料入口(kg)出口(kg)HCl来自尾部塔稀酸26.79进入尾部塔量29.49来自一段气体243.84流入一段塔量241.15H20来自尾部塔稀酸1000.09二段未吸收气体带出14.69来自一段塔3.92流入一段稀酸含水989.32CO2+H2+N237.3437.34合计1311.981311.99表3-3二段吸收塔的物料平衡表3.1.6一段吸收塔物料平衡入塔物料H2H2O10.095kg N2+H2+CO237.34kgH2O989.32kg稀酸HCl241.15kg出塔物料(1)成品酸HCl538.57x99.5%=535.88kg H2O650x1.53m99.9%=995.50kg(2)未吸收气体HCl 538.57—538.57x99.5%x55%=243.84kgH2O 3.92kg H2+N2+CO2 37.34kg(3)成品酸浓度538.57:995.50应00%"1%物料进料(kg)出料(kg)HCl来自二段稀酸241.15去成品酸535.88来自合成炉538.57未吸收气体带出243.84H2O来自二段稀酸989.32成品酸带出995.50来自合成炉10.095未吸收气体带出3.92N2+H2+CO2来自合成炉37.34去二段吸收塔37.34合计1816.4751816.48表3-4一段吸收塔物料平衡表

3.1.7包装贮存入料：HCl538.88kg H2O995.50kg盐酸：535.88+995.50=1531.38kg损失：0.1%出料：HC1535.88x99.9%=535.34kgH2O995.50x99.9%=994.5kg盐酸：535.34+994.5=1529.84kg3.2能量衡算3.2.1基础数据a）合成盐酸定额:Cl2147.00Cl2147.00kg/hH25.28kg/hHCl209.00HCl209.00kg/h水12.00kg/h电1.00kw/hb）物料组成：（1）C1电1.00kw/hb）物料组成：（1）C12:来自液氯的废气组成：Cl280%； CO26.3%H21.68%O22.6%⑵H2:来自食盐电解组成：H298%； N21.6%；H2O0.168%（重）N2 10.3%。O20.4%（3）HCl：来自合成润滑油及氯化石蜡生产的氯化工序组成：HCl95%；Cl25%注：以上组成百分数除H2O为重量百分数外，其他均为体积百分数c）物料衡算：（以生产1吨35%盐酸为计算基础）⑴由Cl2带进合成炉的各组份量：查氯碱手册P47各种气体的密度（kg/m3）Cl2：Cl2：3.220；CO2：1.9768；HCl：1.640O2：1.430；H2：0.090；N2：1.250；Cl2：147—209+1.64x5%x3.22=126.48kg126.48^71=1.78kmol 126.48m3.22m80%=49.10m3CO2：49.10x6.3%x1.9768=6.11kg6.11詁4=0.14kmolH2O：126.48x0.168%=0.21kg0.21^18=0.0117kmolH2：49.10x1.68%x0.09=0.074kg0.074^2=0.037kmolO2：49.10x2.6%x1.43=1.83kg1.83^32=0.057kmolN2：49.10x10.3%x1.25=6.32kg6.32^28=0.226kmol由H2带进合成炉的各组份量：H2：5.28—0.074=5.21kg5.21^2=2.60kmol 5.21m0.09m98%=59.1m3O2：59.1x0.4%x1.43=0.34kg0.34^32=0.0105kmolN2：5.21m0.09m98%x1.6%x1.25=1.18kg1.18^28=0.042kmol由HC1带进合成炉的各组份量：HC1：209^36.5=5.73kmolCl2：209m1.64x5%x3.22=20.52kg20.52^71=0.289kmolCl2：2.07；HCl2：2.07；H2：2.637；CO2：0.140；H2O：0.0117总计：10.92kmolO2：0.0675；N2：0.268；HCl：5.73；出合成炉的各组分气体总量(以kmol计)a)供给热3.2.2Cl2：3.2.2Cl2：0；N2：0.268计算H2：0.567；CO2：HCl：9.87；0.140； H2O：0.143；总计：10.99kmol水1t水耗电0.2kw・h1kw・h=860kcal1kcal=4.187kJQ1当量=0.2x860x12=2064kcal=8641.97kJQ1等价=1215x12=15012kcal=62855.30kJ电Q2当量=860x1=860kcal=3600.82kJQ2等价=3433x1=3433kcal=14373.97kJ燃烧热查氯碱手册P114:1/2H2+1/2Cl2=HCl+22.06kcal(25°C左右)Qa=22.06x2.07x2x1000=91328kcal=382392kJ查氯碱手册P114：H2+1/2O2=H2O+57.8kcalQb=57.8x0.0675x2x1000=7803kcal=32671kJ查氯碱手册P89：气体比热(千卡/公斤C)HCl=0.191； Cl2=0.113； H2=3.4原料进炉温由7.8C升到25C吸收热量：Qc=(0.191x209+0.113xl47+3.4x5.28)(25—7.8)=1281kcal=5364kJQ3=Qa+Qb—Qc=382392+32671—5364=409699Kjb)吸收热：由化工设计手册P16-212查得，氯化氢的吸收放热所得盐酸的浓度有关。吸收生成35.5%(由于浓度接近，数据相差不大，不影响计算结果，故使用35.5%的数据)浓度的盐酸时，放热为215.1kcal/kg/水。20/26

Q4=215.1x(1000—355)=138740kcal=580904kJ当量供EQ=Q1+Q2+Q3+Q4=8641.94+3600.82+409699+580904=1002845.79kJ等价供EQ=Q1+Q2+Q3+Q4=62855.30+14373.97+409699+580904=1067832.27KJHC1带入热：查基本有机化学工程P284：HCl(气)H0393—H0298=0.67kcal/molQa=0.67x9.87x1000=6613kcal=27688.6kJCO2带入热：查基本有机化学工程P284：CO2H0393—H0298=0.894kcal/molQb=0.894x0.140x1000=125.16kcal=524.04KjH2O带入热：查基本有机化学工程P284：H2O(气)H0393—H0298=0.77kcal/molQc=0.77x0.143x1000=110.11kcal=461.03kJN2带入热：查基本有机化学工程P284：N2H0393—H0298=0.661kcal/molQd=0.661x0.268x1000=177.15kcal=741.73kJH2带入热：查基本有机化学工程P284：H2H0393—H0298=0.658kcal/molQe=0.658x0.567x1000=373.09kcal=1562.13kJQ6=Qa+Qb+Qc+Qd+Qe=27688.6+524.04+461.03+741.73+1562.13=30977.53kJ酸带出热：查氯碱手册P89：35.5%(同理)盐酸40°C时C=0.6094kcal/kgQ7=0.6094x1000x40—Q14—Q15=24376—74—855.4=15748kcal=65936.876KJc)有效热：燃烧热Q3=409699kJ注加水酸带出水分：1000—350=650kg尾气带出水分：尾部塔出口稀酸的浓度28%、尾气温度95°C。查化工设计手册P16-177得，95、28%盐酸水蒸汽分压为291mmHg(29.127kPa)吸收后剩余气体除水以外的气体mol数为：35.5n=10.99— 一0.143=1.131kmol36.5设尾气中含n1kmol的水n1=29.127n1=29.127nn1 101.08n1=0.702kmol所以注加水量：650+0.702x18=662.636kgQ5=172x0.663=114kcal=477.206kJ第四章、吸收塔的设计4.1二段吸收塔高度与塔径的计算本段塔为填料塔表4-1 几种常用填料的特性数据填料名称尺寸（直径X高X厚）/mmXmmXmm材质及堆积方式填料因子0/m-125x25x2.5瓷质，乱堆450拉西环25X25X0.8钢质，乱堆26050X50X4.5瓷质，乱堆20550X50X1钢质，乱堆17525X25瓷质，乱堆300鲍尔环25X25X0.6钢质，乱堆16025（直径）塑料，乱堆17050X50X0.9钢质，乱堆66阶梯环25X12.5X1.4塑料，乱堆17238.5X19X1.0塑料，乱堆1154.1.1塔径D的计算吸收塔采用25mmx25mmx2.5mm的瓷质拉西环以乱堆方式填充混合气的质量流量叫=243.84+3.92+37.34=285.1kg/h混合气密度= 285.1Pv=243.84/1.66+2.6/0.08987+32.63/1.9768+38.03/1.2505+3.92/18x22.4=1.2525kg/m3水的密度pL=1000kg/m3则 l(v)0•口 ( )0.5=0.1241①p285.1 1000VL由化工原理下册图3-18中的乱堆填料泛点线可查出，横坐标为0.1241时的纵坐标数值为0.122,即u2”WpV呼=0.122由上表得知，25mmx25mmx2.5mm陶瓷拉西maXgPl环（乱堆）的填料因子0=450m-1；又因液相为清水，故液体密度校正系数屮=1；水的粘度卩=1Mpa.S。泛点气速为L=1.4572m/si'0.122gp I0.122x9.81x1000=1.4572m/su=I =J max 0屮p卩0.2 450x1x1.2525x10.2取空塔气速为泛点气速的70%，即U=0.7Umax=0^7x1.4572=1^02m/s则d*则d*匕竺竺型=0.28mnx1.02圆整塔径D=0.3m。在计算空塔气速，即u=兀/4D2u=兀/4D24x285.1/1.25253600x3.14x(0.3)2=0.8950m/s4丄2塔高H的计算填料层高度Z的计算由该段反应温度30°C查化工原理手册第一册1-229气体亨利系数表得：HCL在30C时亨利系数E为0.0022x106mmHgE=0.0022x106m760x101.33=293.32Kpa所以相平衡系数m=I^E^^E=E=293：32=2.89ppyp101.33ii查化工原理附录得知，30C及101.33kpa的压强下空气的黏度卩=1.86x10-5pa.S,密度p=1.165kg/m3.o查化工原理下册表2-2得知0C及101.33kpa时氯化氢在空气中的扩散系数D°=1.3x10-5m2/s,则30C及101.33kpa时氯化氢的扩散系数D=D0(比)(—)2=1.3x10-5x1x( )2=1.52x10-5m2/s0pT 2730u 1.86x10-5因此Sc= = =1.050GpD1.165X1.52X10-5G二叭/q=285.1m3600x4m3.14m(0.3)2=1.12kg/(m2.s