化工课程设计说明彭亮Word格式文档下载.docx

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H2原料气：

H286.5%；

N21.5%；

O20.5%，其余为水汽。

；

Cl2原料气：

Cl271%;

H22.0%;

O23%;

N210%,其余为水汽。

本次设计主要内容有三个：

一是对盐酸合成的整个过程进行了物料衡算、热量衡算，二是对合成炉进行了设备尺寸计算和降膜吸收塔换热面积计算，最后绘制了工艺流程图。

关键词：

氯化氢，盐酸，合成工艺

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，应用领域也非常单一，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。

经过60年的发展，我国盐酸工业目前大多采用石墨制三合一盐酸合成炉生产盐酸，三合一炉是将合成盐酸生产过程中氯化氢气体的合成、吸收、冷却三个化工单元过程合并在一个设备中完成。

在我国合成盐酸生产中应用二十多年来,尤其是在农药、氯碱行业中的应用,取得了良好的效果，无论盐酸品质、种类还是产量都已跻身世界盐酸生产大国行列。

盐酸的性质及用途：

盐酸的化学式HCl，相对分子质量36.46，是氯化氢的水溶液，可和水以任意比例混合。

它是一种重要的化工产品，是工业“三酸”之一。

纯净的盐酸是无色、有刺激性气味的液体，具有较强的挥发性。

通常市售的浓盐酸的密度为1.19g/ml，其中HCl的质量分数为31%。

工业用的盐酸因含有FeCl3杂质而略带黄色。

盐酸是强酸，具有酸的通性。

能使酸碱指示剂变色，能与金属活动顺序表中排在氢你的金属发生置换反应，能与碱发生中和反应，能与盐发生复分解反应等。

盐酸的用途很广泛，在化工、食品、机械、纺织、皮革、冶金、电镀、轧钢、焊接、搪瓷等工业中有着广泛的应用。

在化学工业中用于生产无机氯化物、有机氯化物等；

例如作为生产氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡等氯化物的原料。

在食品工业上常用盐酸来制造酱油、味精，也用于淀粉制造、水解酒精与葡萄糖等。

在机械加工中盐酸常用于钢铁制品的酸洗，以除去铁锈、氧化膜、氧化铁皮。

在印刷工业中还用于制造燃料，在纺织工业纤维织物漂白时用作漂白粉液的分解促进剂，用于织物漂白后酸洗，丝光处理后中和等。

在医药行业制造药物，如盐酸麻黄素、氯化锌等。

在冶金工业中用于钻采和提取稀有金属，用于电镀、钢铁、蚀刻工业、金属表面清洗剂。

盐酸的生产历史：

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。

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。

图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。

课题的目的和意义：

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，我国盐酸生产和消费持续保持较快的发展势头。

所以，氯化氢合成及装备技术的研究，是一项很有意义的工作。

因此，本课题的目的是通过对现有的盐酸生产设备及工艺进行研究分析，设计年产10万吨盐酸的生产工序。

本课题的意义在于，通过对三合一法合成炉的运行工况进行分析，明确了合成炉运行工况的改进的方向。

并特别分析了尾气吸收塔的运行工况，这就为合成炉运行工况的改进拓展了思路。

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。

产品物理性质：

盐酸是无色液体，具有腐蚀性，是氯化氢的水溶液（工业用盐酸会因有杂质三价铁盐而略显黄色）。

氯化氢分子量36.46，密度大于空气，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。

氯化氢气体在水中的溶解度很大，随着氯化氢的分压的升高而增加，随着温度的上升而降低。

主要成分：

氯化氢，水。

溶解性：

与水混溶，浓盐酸溶于水有热量放出。

溶于碱液并与碱液发生中和反应。

能与乙醇任意混溶，溶于苯。

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0—1700℃范围内，可按下式计算（其误差为1.5％）C=0.75575+11.2505*10-5T,式中，T为绝对温度K。

表2盐酸浓度密度对照表

浓度%0.168.1817.1323.8230.5532.4933.4635.3839.11

密度g/mL1.0001.0401.0851.1201.1551.1651.1701.1801.200

产品化学性质：

强酸性，和碱反应生成氯化物和水HCl+NaOH=NaCl+H2O

能与碳酸盐反应，生成二氧化碳，水K2CO3+2HCl=2KCl+CO2↑+H2O

能与活泼金属单质反应,生成氢气Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑

盐酸能与硝酸银反应，生成不溶于稀硝酸的氯化银，氯化银不能溶于水。

HCl+AgNO3===HNO3+AgCl↓

盐酸生产工艺流程

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：

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。

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。

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。

盐酸的生产技术：

工业上盐酸的合成方法有直接合成法、副产回收法等，所谓直接合成法就是将氢气和氯气在燃烧喷嘴处混合，在反应生成的火焰中完成氯化氢的合成反应；

副产回收法就是生产各种有机化合物中的副产物进行回收得到。

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。

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迅速发展，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，主要由以下几种：

⑴铁炉合成、风冷、水冷、石墨冷、绝热吸收、膜式吸收。

⑵石墨炉合成、水冷、风冷、绝热吸收、膜式吸收。

⑶合成、冷却、吸收为一体的“三合一”炉生产，该工艺最为先进。

但由于其工艺结构紧凑，占地面积小，生产弹性大等诸多优点。

合成段工艺方法介绍：

盐酸的生产主要有两种方式，一种是直接合成法，另一种是无机或有机产品生产的副产品。

我们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:

1～1.1:

1，其中氯气进入合成炉内，与氢气混合燃烧。

因原料气中含有氧气，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=2HClΔH=92.31kJ/mol

副反应：

2H2+O2=2H2OΔH=241.82kJ/mol

工艺设备介绍：

制造盐酸的主要设备是合成炉和吸收塔。

合成炉是其中关键的设备，它的材料形式有很多种。

在很早以前，有用石英管组成的合成炉，由于价格高、生产能力低，早已被淘汰。

目前许多工厂，仍在采用着钢制合成炉。

随着我国石墨设备制造技术的发展，在盐酸生产中，广泛采用了石墨设备，如水冷合成炉、降膜式吸收塔、盐酸再沸器等，由于石墨耐腐蚀耐高温、传热效率比钢制高三倍，所以是很理想的生产盐酸的材料。

当用水吸收氯化氢时，会放出大量热，会使盐酸温度升高，不利于对氯化氢气体的吸收。

因为当氯化氢气体浓度一定时，如果溶液温度越高，氯化氢气体的溶解度就越低，也就是说制得的盐酸浓度越低。

反之则制得的盐酸浓度越高。

因此在生产时就要想办法把生产的大量热移去，很早以前是采用很多串联陶瓷管进行冷却吸收，近来则用石墨设备冷却吸收。

近几年来，有些工厂合成方面采用石墨制合成炉，它可以使用湿氯气进行生产。

设备体积小、生产效率高。

降膜式吸收塔，为石墨制吸收设备这种设备吸收率很高可达99%以上。

塔身有两部分组成，一是填充段一是石墨吸收器。

列管式壳体为碳钢，列管和上下管板均为不透性石墨制成上下封头为钢衬胶。

在上管板上还粘有吸收液分配头，这是上面开有斜槽的石墨短管。

这种分配头安装的好坏及吸收器总体安装的垂直度，对于吸收液在管内成膜是否均匀、吸收效率的高低至关重要。

只有分配头安装得一样高、一样正才能使各石墨管内有均