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,,應(yīng)化XXXX,年產(chǎn)10000t 31%鹽酸的工業(yè)設(shè)計(jì),講述人：,中南大學(xué) 化工計(jì)算與工藝設(shè)計(jì),,設(shè)計(jì),指導(dǎo)老師?|,2017年9月15日,|,,,目錄 Contents,,PART 01 項(xiàng)目總論,PART 02 設(shè)計(jì)方案,PART 03 工藝計(jì)算,PART 04 設(shè)備選型,PART 05 設(shè)備布置,,,,PART 06 環(huán)境與安全,,項(xiàng)目總論,第一部分,項(xiàng)目背景,任務(wù)要求,,,,,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于制備高純度氯化氫的方法很多。例如，解吸法，鹽酸脫析法，合成法，工業(yè)副產(chǎn)酸脫析法，石油化工副產(chǎn)氯化氫提純法等。就目前工業(yè)上的合成來(lái)說(shuō)，合成法成為世界各國(guó)生產(chǎn)鹽酸的主要方法。 我國(guó)在合成氯化氫氣體的生產(chǎn)過(guò)程中不斷進(jìn)行改革創(chuàng)新，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)工藝流程。目前，由于三合一合成爐的廣泛使用，生產(chǎn)效率大幅度提高，也使得氯化氫及鹽酸的合成工藝達(dá)到了一個(gè)新的高度。,,? 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1.生產(chǎn)能力： 10000 t/a 31% 的鹽酸。 2.生產(chǎn)原料： 原料氫氣組成（體積百分?jǐn)?shù)）： H2 90.2%；N2 1.5%；O2 0.6%；其余為水。 原料氯氣組成（體積百分?jǐn)?shù)）： Cl2 74%；H2 2%；CO2 5.5%；N2 15%；其余為水。,年工作日為300d；每日工作時(shí)間24h,第二部分,,生產(chǎn)方法選擇,工藝流程,設(shè)計(jì)方案,,,合成法成為世界各國(guó)生產(chǎn)鹽酸的主要方法,直接合成法分兩步： ?氯氣與氫氣作用生成氯化氫氣體，本項(xiàng)目中采用燃燒法合成氯化氫氣體。 ?用水吸收氯化氫氣體生產(chǎn)鹽酸。 合成氯化氫的反應(yīng)如下： Cl2+H2→2HCl,,,合成爐,B,A,C,“二合一”爐合成、冷卻在爐體內(nèi)完成, 吸收在爐體外進(jìn)行, 既可以生產(chǎn)氯化氫氣體, 又可以部分吸收生產(chǎn)鹽酸,可以滿(mǎn)足不同的需要。,石墨“三合一”爐具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、拆裝檢修方便、使用壽命長(zhǎng)、操作彈性強(qiáng)、鹽酸質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn), 被廣泛采用。,鐵合成爐由于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量直接在空氣中冷卻, 造成操作環(huán)境溫度高, 鹽酸產(chǎn)品中鐵離子的含量高,質(zhì)量低,已被許多的企業(yè)淘汰。,,三合一爐合成法 由氯氫處理來(lái)的氯氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)氯氣緩沖罐、氫氣緩沖罐、 氯氣阻火器 , 氫氣阻火器, 在三合一爐頂部燃燒生成氯化氫氣體, 再通過(guò)三合一爐的冷卻吸收段, 由尾氣回收塔來(lái)的稀酸吸收成濃鹽酸, 尾氣由三合一爐底部封頭側(cè)上部出來(lái)進(jìn)入尾氣塔。 經(jīng)過(guò)計(jì)量后的純水,由尾氣回收塔頂部進(jìn)入, 吸收尾氣中的氯化氫變成稀酸后,作為 吸收液進(jìn)入三合一爐。 尾氣回收塔頂部出來(lái)的不溶性氣體 (尾氣), 用水力噴射器抽出,再經(jīng)尾氣液封罐分離, 尾氣經(jīng)排空管排入大氣中,下水可流入下水道, 也可用泵加壓,循環(huán)用于水力噴射器 , 再作為工業(yè)鹽酸的吸收水 。氯化氫的燃燒熱和溶解熱可用冷卻水帶走 。,,三合一爐合成法,第三部分,,物料衡算,能量衡算,工藝計(jì)算,,,每天理論鹽酸產(chǎn)量：10000/300=33.3（t/d) 根據(jù)每天鹽酸的產(chǎn)量，我們選擇了SHL-50的合成反應(yīng)爐，設(shè)計(jì)了產(chǎn)量為35t/d的合成爐反應(yīng)器。 設(shè)定合成爐內(nèi)吸收率為83%，故每天實(shí)際氯化氫產(chǎn)量：35*1000/24*0.31/0.999/0.83=545.2239（kg/h）=14.9536（kmol/h）,1.總吸收率為97.45%； 3.進(jìn)爐氫氯比為1:1.2； 2.貯存和包裝損失為0.1%； 4.假設(shè)氯氣與氫氣完全反應(yīng)。,,合成爐合成段物料衡算總結(jié)表,,出合成爐吸收段氯化氫氣體： 545.2239×（1-83%）=92.6881 (kg/h)=2.5421（kmol/h）,出合成爐吸收段水蒸氣質(zhì)量： 假設(shè)出塔鹽酸平均濃度31%、溫度平均40℃計(jì)算，查化工設(shè)計(jì)手冊(cè)該鹽酸的水蒸氣分壓,p=17.05mmHg=2.27 kPa,x=0.1326kmol 18.0157×0.1326=2.3881 （kg/h） 0.1328×22.4=3.4510 （m3/h）,,設(shè)未吸收氣體中含水蒸汽為x kmol,,,吸收,,,1、三合一爐合成段：進(jìn)口溫度25℃，出口溫度400℃。 2、三合一爐冷卻吸收段：進(jìn)口溫度400℃，出口溫度40℃。 3、尾氣吸收塔：進(jìn)口溫度40℃，出口溫度30℃。 4、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓100kPa，25℃的焓為零做基準(zhǔn)。,,本設(shè)計(jì)中涉及的氣體組分眾多，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法的特點(diǎn)是不必分成一系列分過(guò)程，只要直接根據(jù)各種氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓表計(jì)算出各物質(zhì)的始態(tài)焓、終態(tài)焓，二者相減即可得出過(guò)程所發(fā)生的熱量變化，而不需要考慮過(guò)程的顯熱、潛熱和反應(yīng)熱，因此統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。 由于反映熱是隨溫度變化的，任意溫度下的反應(yīng)熱應(yīng)該有標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱加上從298K到溫度T之間的焓變來(lái)取得，本設(shè)計(jì)規(guī)定25℃（298K）100KPa的焓為零做基準(zhǔn)。,,計(jì)算方法,,焓值計(jì)算數(shù)據(jù)表如下：（單位kJ/mol）,,合成爐進(jìn)口各股氣體總能量 ∑合進(jìn)=-405397.488 kJ/h 合成爐合成段出口各股氣體總能量 ∑合出=204960.974 kJ/h 合成爐尾氣出口各股氣體總能量 ∑合尾=1903.8780 kJ/h 尾氣吸收塔排空口各股氣體總能量 ∑排空=250.1945 kJ/h 回流稀酸的總能量 ∑稀酸=3.47*303*（1006.25+92.6881*0.85）=1140816.501 kJ/h 出合成塔成品酸酸的總能量 ∑成品酸=2.48*313*（1006.25+92.6881*0.85+545.2239*0.83）=1193523.902 kJ/h,,,,,,,,,,,,,,,,,合成爐能量衡算 Q=∑出口-∑進(jìn)口=（∑成品酸+∑合尾）-（∑稀酸+∑合進(jìn)）=460008.767kJ/h 即合成爐每小時(shí)放出460008.767kJ熱量 合成爐需要的冷卻水：取冷卻水進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為75℃，水溫的平均值為50℃，Cp=4.178kJ/（Kg·℃） Q冷卻÷[Cp，H2O×(55-30)]= 460008.767÷(4.178×50)=2200.999 (kg/h) 尾氣吸收塔能量衡算 Q=∑出口-∑進(jìn)口=（∑稀酸+∑排空）-（∑合尾+∑軟化水）=120259.682kJ/h 即尾氣吸收塔每小時(shí)放出120259.682kJ熱量 尾氣吸收塔需要的冷卻水：取冷卻水進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為35℃，水溫的平均值為30℃，Cp=4.178kJ/（Kg·℃） Q冷卻÷[Cp，H2O×(55-30)]= 120259.682÷(4.178×10)=2878.403 (kg/h),第四部分,,反應(yīng)器選擇,關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)與計(jì)算,設(shè)備選型一覽表,設(shè)備選型,,,（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，流動(dòng)性能好，有利于熱量傳遞和質(zhì)量傳遞； （2）合理的結(jié)構(gòu)，能有效的加速反應(yīng)； （3）保證壓力和溫度符合操作條件； （4）操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。,,,經(jīng)計(jì)算每天合成塔的生產(chǎn)量為33.3t/d，故選用生產(chǎn)量為35t/d的型號(hào)為SHL-50的三合一合成爐。,,本項(xiàng)目選用尾氣吸收塔作為關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，該塔為填料塔，吸收塔采用25mm×25mm×2.5mm的瓷質(zhì)拉西環(huán)以亂堆方式填充。,數(shù)據(jù)來(lái)自《化學(xué)工藝手冊(cè)》、天津大學(xué)出版《化工原理》下冊(cè)附錄等,,,式中：D ——塔徑，m; Vs——?dú)怏w體積流量，m3/s; u ——操作空塔氣速，m/s,混合氣密度ρV=1.2525kg/m3 水的密度ρL=1000 kg/m3，則,=,=0.215,由化工原理下冊(cè)圖8-23中的散裝填料泛點(diǎn)線(xiàn)可查出，橫坐標(biāo)為0.215時(shí)的縱坐標(biāo)數(shù)值為0.04。即 由公式計(jì)算出空塔氣速，取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的70%，即可計(jì)算出塔徑D=0.3m,,最后計(jì)算得實(shí)裝填料層高度Z =0.1016m 因氯化氫吸收是化學(xué)吸收，而不是物理吸收，數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果異常屬正?，F(xiàn)象，本項(xiàng)目合理取填料塔的塔高Z=3.1m。,,關(guān)鍵設(shè)備圖,,第五部分,,設(shè)備布置要求,本工藝設(shè)備布置,設(shè)備布置,,,考慮因素,,設(shè)備布置圖平面圖,,設(shè)備布置圖剖視圖,第六部分,,環(huán)境保護(hù),衛(wèi)生安全,環(huán)境與安全,,,,,廢氣中含有二氧化碳、氫氣、氮?dú)?、水，以及微量的氯化氫氣體，采用水吸收法方式進(jìn)行廢棄的處理從尾氣吸收塔出來(lái)的尾氣 中 HCl的約為199mg/L,工藝用水中冷卻水可以循環(huán)使用，吸收用水基本不產(chǎn)生廢水。,工藝生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有固體產(chǎn)生。,反應(yīng)器以及吸收塔產(chǎn)生的熱量讓冷卻水帶走，經(jīng)過(guò)熱交換可將廢熱收集利用。,,氫氣易燃易爆，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)過(guò)于劇烈也會(huì)產(chǎn)生爆炸；故生產(chǎn)操作時(shí)需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程，同時(shí)生產(chǎn)使用的電氣設(shè)備也需要達(dá)到相應(yīng)的防爆等級(jí)。,工藝使用的氯氣是有毒氣體，操作時(shí)需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程；同時(shí)，也需要制定好完整的應(yīng)急方案。,生產(chǎn)中用的原料屬于甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)物質(zhì)，需要配備相應(yīng)等級(jí)的消防設(shè)備。,產(chǎn)品酸的濃度較高，對(duì)人體有腐蝕性，故需要定期檢查輸送管路是否有泄漏，同時(shí)需要配備相應(yīng)的急救藥品。,,應(yīng)用化學(xué)XXXX班第6組,導(dǎo)師：,THANKS,謝謝大家的聆聽(tīng),,