年产10万吨氯碱合成工段的初步设计

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）摘要本设计是以氯化氢为产品，年产10万吨氯碱车间氯化氢合成工段的初步设计。说明书首先阐述了合成氯化氢的意义与作用，国内外氯化氢合成的研究现状以及发展前景。其次介绍了本设计的设计依据，厂址选择，原材料及产品规格。确定工艺路线，工艺流程的简述，以及整个生产过程的物料和热量衡算。对氯化氢合成炉、吸收器以及解析塔等主要设备进行了计算以及相应的选型，并综合各方面因素对车间布置，自动控制，安全和环境保护工程以及公用工程进行了合理的设计。完成了20000字的设计说明书，同时对生产流程图，车间平立面布置图以及主体设备图进行了绘制。关键词：氯化氢；氯碱；合成；工艺路线62AbstractHydrogen chloride is the product of the the design, the preliminary design of an annual output of 100,000 tons of chlor-alkali workshop hydrogen chloride Section. Manual first expounded the significance and role of the synthesis of hydrogen chloride, hydrogen chloride synthesis of current research and development prospects at home and abroad. Second, it describes the design basis of the design, site selection, raw material and product specifications. Determine the process route, a brief description of the process, as well as material and heat balance of the entire production process. Hydrogen chloride synthesis furnace, the main equipment of the absorber, as well as analytical tower were calculated and the corresponding selection, and integration of various factors on the plant layout, automatic control, safety and environmental protection engineering and public works for a reasonable design. Completed a 20,000-word design specification, flow chart of production workshop and facade layout and the main equipment Figure drawing.Keywords: Hydrogen chloride; Chlor-alkali; Synthesis;Process route目 录摘要IABSTRACTII第1章 总 论11.1概述11.1.1生产的意义与作用11.1.2国内外的现状及发展前景11.1.3产品的性质与特点21.1.4产品的生产方法概述31.2设计依据41.3厂址选择41.4设计规模与生产制度41.4.1设计规模41.4.2 生产制度51.5 原料与产品规格51.5.1 主要原料规格及技术指标51.5.2 产品规格61.6 经济核算6第2章 工艺设计和计算72.1 工艺原理72.2 工艺路线的选择82.3 工艺流程简述92.3.1 工艺流程示意图92.3.2 工艺流程简述92.4 物料衡算102.4.1 生产能力及原料氯气与氢气量的计算102.4.2 合成炉的物料衡算102.4.3 降膜吸收器的物料衡算132.4.4 解吸塔的物料衡算142.4.5 尾气吸收塔的物料衡算152.5 热量衡算162.5.1 合成炉的热量衡算162.5.2 石墨冷却器的热量衡算222.5.3降膜吸收器的热量衡算242.5.4解吸塔的热量衡算262.5.5 尾气吸收塔的热量衡算272.5.6石墨换热器的热量衡算292.5.7盐水石墨冷却器的热量衡算302.6 Aspen模拟312.6.1全流程的Aspen模拟图312.6.2氯化氢合成炉的Aspen模拟图312.6.3降膜吸收器的Aspen模拟图32第3章 设备选型353.1 关键设备的计算353.1.1合成炉炉体直径的计算353.1.2合成炉换热面积的计算353.1.3合成炉炉高的计算393.1.4合成炉灯头尺寸的计算393.1.5爆破膜尺寸的计算423.1.6 厚度的计算433.1.7 封头的选择及计算443.2 其他设备的计算及选型453.2.1石墨冷却器的计算及选型453.2.2降膜吸收器的计算及选型463.2.3 尾气吸收塔的计算及选型473.2.4解吸塔的计算及选型483.2.5石墨换热器的计算及选型493.2.6盐水石墨冷却器的计算及选型52第4章 设备一览表53第5章 车间设备布置54第6章 自动控制55第7章 安全和环境保护577.1 安全577.2 三废产生情况587.3 三废处理情况58第8章 公用工程588.1 供水588.2 供电598.3 供暖598.4 通风60参考文献60致谢61第1章 总 论1.1概述1.1.1生产的意义与作用工业上用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2、H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称之为氯碱工业。NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。氯化氢在化工生产中液有广泛的用途。在有机化学工业中，氯化氢是极为重要的基础原料，可与烯烃与炔烃发生液相加成反应，或在有催化剂作用下进行加成反应以制取氯乙烯、氯乙烷和氯丁二烯等重要化工产品。还可与烃类发生氧氯化反应生成二氯乙烷、氯苯、三氯乙烯和四氯化碳等氯烃产品。在电子工业中，氯化氢可用于硅外延生长、气相抛光、吸杂、刻蚀和结晶处理等工艺。在石油工业中，对由渗透率低的石灰岩组成的储油结构进行酸化，可扩大岩层裂缝，提高油的流动性和渗透率。1.1.2国内外的现状及发展前景1.1.2.1氯碱工业的国内外现状及发展前景世界氯碱生产集中度较高，其中半数集中在亚洲，但其规模普遍较小。世界氯碱技术发展总体方向是规模大型化，节能降耗技术将成为重点，新建和扩建氯碱产能90%以上将采用离子膜法工艺。我国氯碱工业创建于20世纪20年代。近几年，我国的氯碱生成工艺虽然有了较大的变化，采用先进的生成工艺的生产装置逐年增加，但是，总的来说，生产工艺与国外相比相对落后，再加上其他一些因素，生产成本普遍较高5。1.1.2.2氯化氢合成的国内外现状及发展前景随着石油化工的蓬勃兴起，对氯的需求量大幅增长，推动了氯碱工业的发展，为了利用大量的副产物氢气，合成法制盐酸发展起来了。目前国内外对于制备高纯度氯化氢的方法很多。例如，解吸法，盐酸脱析法，合成法，工业副产酸脱析法，石油化工副产氯化氢提纯法等。本世纪上半叶合成法逐渐成为世界各国生产盐酸的主要方法。我国在合成氯化氢气体的生产过程中不断进行革新，引进国外先进工艺流程。今年来，由于石墨炉的广泛使用，生产效率大幅度提高，也使得氯化氢及盐酸的合成工艺达到了新的技术水平。1.1.3产品的性质与特点1.1.3.1氯化氢的性质1、物理性质氯化氢分子量为36.46，在常温下为无色气体，具有刺激性气味。氯化氢比空气重，标准状态下的密度为1.639g/L。临界温度为51.54，临界压力为8314KPa，临界密度为0.42g/cm3。氯化氢在水中的溶解度很大，不同温度下，氯化氢在水中的溶解度见下表。表1-1 氯化氢在水中的溶解度（101.3KPa）温度 溶解度 LHCl/LH2O0506.510473.920442.030411.540385.750361.660338.7氯化氢在101.3KPa压力下，沸点为-85，凝固点为-114.2。氯化氢的比热容在常压下15时为0.8124KJ/（Kg·），在01700范围内，可按下式计算（其误差为1.5%） 式中，T为绝对温度，K。氯化氢能与空气中的水蒸气形成烟雾，因此，氯化氢在空气中能发烟。无水氯化氢在常温及607.8 KPa压力下可液化，在沸点时密度为1.194g/ml。2、化学性质（1）干燥的氯化氢不与金属反应。（2）氯化氢与三氧化硫作用可生成氯磺酸：SO2 + HCl = HSO3Cl（3）氯化氢与不饱和烃在催化剂作用下可发生加成反应：C2H2 + HCl = C2H3Cl1.1.3.2盐酸的性质1、物理性质 氯化氢的水溶液成为盐酸。盐酸是一种挥发性酸，纯净的盐酸是无色透明的溶液。但在工业盐酸中常有铁、氯或有机物而呈黄色。 15时不同浓度盐酸的密度建表1-2表1-2 盐酸溶液的沸点浓度%0.168.1617.1323.8230.5531.5232.4933.4634.4235.38密度g/ml1.0001.0401.0851.1201.1551.1601.1651.1791.1751.180盐酸溶液在在大气压下的沸点见表1-3表1-3 盐酸溶液在在大气压下的沸点HCl浓度%（mol）0246810.512141718.526.3温度（）100101.8103.3105.3108.0109.7109.0105.292.082.769.02、化学性质盐酸容易与许多金属起反应，放出氢气而生成盐类，与碱类发生中和反应生成盐和水。2HCl + Fe = FeCl2 + H2HCl +NaOH=NaCl+H2O1.1.4产品的生产方法概述 国内外对于制备高纯氯化氢气体的方法有很多。1、解吸发。20世纪70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。2、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。3、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