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1、年产10万吨盐酸工艺设计The Process Design for An Annual Output of 100kt of Hydrochloric Acid目 录摘要IAbstractII引言1第一章 综述21.1 盐酸的性质及用途21.2 盐酸的工艺历史21.3 盐酸的生产历史31.4 盐酸工艺及存在问题41.4.1 盐酸生产工艺流程简介41.4.2 工艺路线的确定51.4.3 三合一石墨炉法工艺过程中存在的问题61.5 课题的目的和意义6第二章 盐酸生产工艺流程82.1 产品性质82.1.1 物理性质82.1.2 化学性质82.1.3 产品规格92.2 主要原料性质与规格92.2.1
2、 原料的理化性质92.2.2 原料来源102.2.3 原料组成102.3 合成反应条件和机理112.3.1反应条件112.3.2 反应机理分析112.4 生产工序及生产流程说明122.4.1 氯化氢合成122.4.2 氯化氢吸收132.4.3 产品的贮存132.5 主要设备13第三章 盐酸生产装置的物料及热量衡算143.1 物料衡算143.1.1 计算依据143.1.2 计算153.1.3 进出合成炉气体163.1.4 三合一合成炉吸收段物料衡算173.1.5 尾气吸收塔物料衡算193.2 热量衡算20第四章 尾气吸收塔的设计234.1 尾气吸收塔高度与塔径的计算234.1.1 塔径D的计算2
3、34.1.2 填料层高度Z的计算244.2 除雾器264.3 液体分布器的计算264.4 管径尺寸计算264.5 筒体壁厚计算274.6 人孔284.7 封头284.8 尾气吸收塔塔高28结论29致谢30参考文献31附录A 尾气吸收塔设备图32附录B 盐酸工艺流程图33年产10万吨盐酸工艺设计摘要：氯化氢在常温下为无色且具有刺激性气味的气体，氯化氢的水溶液（盐酸）作为基础原料“三酸两碱”之一，广泛应用于钢铁、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。 近年来随着不透性石墨设备的发展，制取盐酸的合成炉已有最初的铁合成炉发展到“二合一”合成炉、“三合一”石墨合成炉等。通过对
4、这几种合成炉的比较，本设计采用“三合一”石墨炉，对盐酸生产后期的吸收工段、尾气吸收工段的物料平衡以及能量平衡进行了计算，设计出塔高3840mm，塔径700mm的填料式尾气吸收塔，该塔处理尾气量为612.78m3/h,产出10%稀盐酸量为9975.54kg/h，满足年产10万吨盐酸处理量，达到设计目的。关键词：氯化氢合成炉；工艺设计；吸收The Process Design for An Annual Output of 100kt of Hydrochloric AcidAbstract: Hydrogen chloride is colorless and excitant odor of
5、gas in ordinary temperature. The aqueous solution of hydrogen chloride (hydrochloric acid) as one of basic material “three acid two alkali”, widely used in steel, electroplating and steel structure in the process of acid, also used to chemical medicine, rare earth in production, etc. In recent years
6、, with no permeability graphite equipment development, producing hydrochloric acid synthesis furnace has first joint into furnace development to two-in-one synthesis furnace, three-in-one graphite synthesis furnace, etc. Based on the comparison of several synthesis furnace, the design uses three-in-
7、one graphite furnace, and the materials balance and energy balance are calculated in the hydrochloric acid production later absorption section, and exhaust absorption process, design a high tower is 3840mm, diameter is 700mm packing style exhaust absorber, exhaust gas processing capacity of the towe
8、r is 612.78m3/h, the output 10% hydrochloric acid is 9975.54kg/h, meet the annual output of 100kt tons of hydrochloric acid treatment, and the design purposes is achieved.Keyword:hydrochloric acid synthesis furnace; process design; absorption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
9、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
10、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。第一章 综述1.1 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
11、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12。1.2 盐酸的工艺历史15世纪意大利的
12、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250300kg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
13、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+4HClMnCl2+Cl2+2H2O此过程氯化氢的利用率仅有一半，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
14、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
15、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
16、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
17、视。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。1.4 盐酸工艺及存在问题1.4.1 盐酸生产工艺流程简介盐酸的生产方法主要分为合成法和副产法，其中合成法根据使用不同的合成炉又分为铁合成炉和膜式吸收法、石墨合成炉和膜式吸收法、三合一石墨炉法。铁合成炉和膜式吸收法一般用来生产纯度要求不高的盐酸产品，用这种方法生产出的盐酸一般含铁都能达到0.2mg/L以下，但达到0.1mg/L以下较困难。石墨合成炉和膜式吸收法采用二合一石墨炉，所以被一些企业称为二合一法，该法的特点是可以方便的将氯化氢气体分配给盐酸生产或PVC生产。三合
18、一石墨炉法主要用于高纯盐酸的生产。副产法主要是利用在有机合成工业中的氯化过程可得到的副产物，将生成的氯化氢同有机氯化物RCl设法分离后，用水吸收氯化氢便得到了盐酸。这里对常用的石墨合成炉和膜式吸收法和三合一石墨炉法的典型流程做一简述。（1）石墨合成炉和膜式吸收法工艺流程原料氢气由电解氢气站送来，经氢气缓冲罐，压力为0.070.1MPa再经阻火器进入石墨合成炉底部的石英灯头。原料氯气是氯氢处理来的氯气或者是液化后的废氯，经缓冲罐，压力0.080.28MPa，然后进入石墨炉底部的石英灯头。该石英灯头为双层石英玻璃套筒式，氯气走里层，氢气走外层。氯气和氢气以（1：1.15)(1:1.20)的比例在石
19、英灯头上方燃烧，生成的氯化氢从石墨炉顶部出来，经浸在水里的石墨冷却管冷却后进入石墨冷却器。从石墨冷却器底部出来的氯化氢（温度60）进入洗涤器的底部，用一级膜式吸收器出来的部分盐酸进行洗涤。这部分盐酸自洗涤器顶部进入，与氯化氢呈逆流接触，洗涤氯化氢后成浓酸从底部流出，流入浓酸储槽后当试剂酸出售。经过洗涤的氯化氢通过洗涤器顶部的丝网除雾器后依次进入一级石墨降膜吸收器、二级吸收器、尾气塔，最后经水力喷射器抽吸，由分离罐分离后排空。吸收水是高纯水，用不锈钢管输送来，经玻璃转子流量计计量后首先进入尾气塔，吸收大部分氯化氢尾气后成稀酸，再依次进入二级降膜石墨吸收器、一级石墨吸收器。在降膜石墨吸收器中顺流吸
20、收氯化氢。从一级降膜吸收器中出来的31%的高纯盐酸，小部分去洗涤器，绝大部分盐酸作为成品流入酸储槽。（2）三合一石墨炉法的工艺流程由氢氯工段处理来的氢气和氯气分别经过氢气缓冲罐和氯气缓冲罐、氯气阻火器和各自流量调节阀，以一定的比例进入石墨合成炉顶部的石英灯头。氯气走石英灯头的内层，氢气走石英灯头的外层，两者在石英灯头前混合燃烧，化合成氯化氢气体。生成的氯化氢向下进入冷却吸收段。从尾气塔来的稀酸也从合成炉顶部进入，经分布环成膜状沿合成段壁流到吸收段，经再分配流入块孔式石墨吸收段的轴向孔，与氯化氢一起顺流而下。与此同时，氯化氢不断地被稀酸吸收，氯化氢浓度变得越来越低，稀酸浓度变得越来越高，最后未被
21、吸收的氯化氢由三合一石墨底部的封头出来，进行气液分离，浓盐酸流入盐酸储槽，而未被吸收的氯化氢则进入尾气塔底部。高纯水经转子流量计从尾气塔顶部喷淋而下，吸收逆流而上对的氯化氢而成稀盐酸，并经过液封进入三合一石墨炉，从尾气塔顶出来的尾气用水力喷射泵抽走，经液封灌分离后，不凝废气排入大气。下水经水泵再打往水力喷射器，往复循环一段时间后作为稀盐酸出售，或经碱性物质中和后排入下水道，或作为工业盐酸的吸收液。三合一石墨炉内生成氯化氢的燃烧热和氯化氢溶于水的溶解热被冷却水带走1。1.4.2 工艺路线的确定根据近年来工业发展趋势及国家政策引导，本论文选用三合一石墨盐酸合成炉为研究对象进行分析计算。1.4.3
22、三合一石墨炉法工艺过程中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） 合成炉气体出口温度高于石墨冷却器的需用温度，造成石墨冷却器易损坏；（2） 夹套内壁有结垢现象，可能会引发爆炸等危险；（3） 石英灯头容易破损，使用寿命短；（4） 视镜会出现模糊，破裂现象34；（5） 石墨炉的生产能力通常低于设计能力5；（6） 反应热利用不合理67。以上的问题其中有些可以依靠经验解决，有的则是结构问题，是由于没有系统的分析合成炉以经验设计导致。这类问题较难解决，通常需要技术加以改进。在能源日趋紧张的形势下，节能减排就是一种能源。氯化氢合成反应放出的大量热量如
23、何回收利用是我们关心的问题。对于反应热的利用通常有两种方法：一是使用钢制水夹套氯化氢合成炉副产热水。这种钢合成炉在炉顶部和底部容易受腐蚀，使用寿命短，副产的热水应用范围有限8；二是使用石墨制合成炉副产热水或0.20.3MPa 压力的蒸汽。因石墨是非金属脆性材料，受强度和操作温度的限制，在副产蒸汽时石墨炉筒是生产蒸汽的受压部件，安全上存在一定隐患，采用该方法副产的热水或低压蒸汽热能利用率只能达到40%，产生的热水或蒸汽的温度都不高，有效能损失较大，利用效果并不理想9。1.5 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
24、续保持较快的发展势头。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。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
25、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2.1 产品性质2.1.1 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1.639gL，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2。 主要成分：氯化氢，水。 熔点()：-114.8(纯HCl) 沸点()：108.6(20%恒沸溶液) 相对密度(水=1)：1.20 相对蒸气密度(空气=1)：1
26、.26 饱和蒸气压(kPa)：30.66(21) 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0.8124kJkg，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。表2.1 盐酸浓度密度对照表浓度%0.168.1817.1323.8230.5532.4933.4635.3839.11密度g/mL1.0001.0401.0851.1201.1551.1651.1701.1801.2002.1.2 化学性质 强酸性，和碱反
27、应生成氯化物和水 HCl + NaOH = NaCl + H2 O 能与碳酸盐反应，生成二氧化碳，水 K2 CO3 + 2HCl = 2KCl+ CO2 + H2 O 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+AgCl2.1.3 产品规格表2.2 Q/SHG-004003-2005指标名称优级品一级品合格品总酸度（以HCI%计）35.035.035.0铁 0.0060.0080.01硫酸盐（以S0%计）0.0050.03砷， % 0.00010.00010.0001
28、灼烧残渣， % 0.080.100.15氧化物（C1%计）0.0050.0080.0102.2 主要原料性质与规格2.2.1 原料的理化性质10（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/m3(0，101.325kPa)，液化温度(101.325kPa) -33.9(也有-34.05或- 34.6)，氯气溶于水、酒精、四氯化碳等液体中，含水氯气腐蚀性强，0以下生成水合氯（Cl28H2O）的黄绿色结品，因此含水氯气管道冬季应保温。 氯气是有毒性气体，主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造
29、成有害的影响：次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。1L空气中最多可允许含氯气0.001毫克，超过这个量就会引起人体中毒。助燃性 在一些反应中，氯气可以支持燃烧，如，铁在氯气中燃烧生成氯化铁化学方程式：2Fe3Cl22FeCl3（条件：点燃）与金属反应 钠在氯气中燃烧生成氯化钠化学方程式：2NaCl22NaCl（条件：点燃）与非金属反应 氢气在氯气中燃烧或受到光照生成氯化氢气体化学方程式：H2+Cl2=2HCl（条件：点燃或光照）（2）氢气的理化性质氢气为无色、无味并且是最轻的气体，气体密度为
30、0.180kg/m3(101.325kPa，0)，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。2.2.2 原料来源合成盐酸所用的氯气是由离子膜工段电解食盐水制得的，再经氯气总管送至氯干燥工序处理后，送到氯化氢工序来生产盐酸的；氢气是由离子膜工段电解食盐水制得的，再经氢气总管送至氢处理工序处理后，送到氯化氢工序来生产盐酸的。2.2.3 原料组成表2.2 原料组成物质氯气（V%）氢气（V%）纯度9598含氢0.598含氮气2.581.6含二氧化碳1.3含水分0.
31、168(重量比)含氧气0.620.4进料温度()2525进料压力(MPa)0.210.212.3 合成反应条件和机理 氯和氢的合成反应在常温和散射光线下进行得很慢，但在强光(直射的阳光或镁焰等)照射或高温下则反应非常迅速剧烈，以致发生爆炸。氯和氢在光线照射下所起的反应是由许多个别阶段构成。这种反应称“链锁反应”11。 氯化氢的合成过程和温度、水分、触煤、氯氢的分子比等等因素关系极大。工业生产方法有直接合成法和其它多种方法。在直接合成法工艺中必需符合氯化氢合成的各种条件时工艺才得以建立。主反应式为：H2+Cl2=2HCl 副反应：2H2+O2=2H2O 2.3.1反应条件 (1) 温度。氯气和氢
32、气在常温、常压、无光的条件下反应进行很慢, 在440 以上即能迅速化合。在触媒存在的条件下, 150 就能剧烈化合, 甚至发生爆炸, 所以在温度高的情况下反应完全。但在温度高于1 500 时, 有显著的热解现象。 (2) 水分。绝对干燥的氯气和氢气是很难起反应的。有微量水分存在时, 可以加速反应速度, 水是促进氯与氢化合的媒介。(3) 氯、氢的分子比。按氯化氢的合成原理, 氯和氢可按11 的分子比化合。但实际操作时都是控制氢过量, 过剩量一般在5%以下, 最多不超过10%。在氯过剩情况下会影响氯化氢的质量。在氢过量太多时会造成发生爆炸的不安全因素12。（4）最佳合成条件摩尔比。n(Cl2):n
33、(H2)=1:（1.051.10）为最佳摩尔比。合成温度。一般指合成炉出口温度400左右为最好。合成压力。氯化氢合成的压力控制在26.339.5kPa(表压)。2.3.2 反应机理分析 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
34、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。氢氯燃烧合成关系采取氢过剩，以确保氯完全反应。氯化氢被水或稀盐酸吸收后，就可制成盐酸12。2.4 生产工序及生产流程说
35、明2.4.1 氯化氢合成原料氯气和氢气由电解系统出来后经冷却、洗涤，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。燃烧器是以两支不同直径钢制同心套管组成，装于圆台形钢制合成炉底部，燃烧器外层通氢气，内层通氯气。原料氯气和氢气经节流控制，以1.0：1.05-1.10的比例在石英套筒式燃烧器中混合燃烧完成生成氯化氢的反应，火焰最高为1400，合成的氯化氢经合成炉炉壁散热，出合成炉气体温度在400-500左右，为此在炉壁上方设置循环酸分布器，使循环酸能冷却石墨炉膛壁。2.4.2 氯化氢吸收在微真空作用下，氯化氢气体进入吸收冷却塔部分。来自尾气吸收塔的稀酸在吸收塔顶部经分布器加入圆
36、块孔式吸收冷却器，在管内并流向下流动吸收更多的氯化氢气体，增浓的盐酸在重力作用下在吸收塔底部流出，经过液封进入盐酸储罐。在吸收冷却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软化水接触，逆流高效吸收，不能吸收的气体由尾部塔顶部经气液分离器分离后，由水流泵抽出经处理后排空，分离出的盐酸流回尾部塔，生成的稀酸经液封管流入合成塔塔项。2.4.3 产品的贮存当酸贮缶液面接近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。2.5 主要设备1（1）三合一
37、石墨合成炉三合一炉是由分离器、壳体、吸收段、合成段、分液盘、炉头以及螺杆连接成的圆形整体结构。将合成、冷却、吸收三个单元操作集为一体，因而具有占地面积小，工艺流程短的特点，另外，石墨具有优良的耐盐酸腐蚀性，生产出的盐酸质量较高。炉顶部装有灯头，喷出的火焰方向朝下。合成段为以圆筒状，由酚醛浸渍的不透性石墨制成，外面有夹套，用冷却水冷却。炉顶有一稀酸分配槽，其内径与合成段圆筒内径相同。稀酸从分配槽溢流流出，沿内壁流下，起到冷却炉壁的作用，并且与氯化氢接触形成稍浓一点的稀酸作为吸收段的吸收剂。与合成段相连的是吸收段，它一般有六块相同的圆块孔式石墨元件组成。轴向孔位吸收通道，径向孔位冷却水通道，为了强
38、化吸收效果，增加流体扰动程度，每个块体的轴向孔末端都被加工成喇叭状，而且在每一个块体表面加工油径向和环形沟槽，经过上面一段吸收的物料在此重新分配进入下一块，直到最下面一块块体。最后，没有被吸收的氯化氢经下封头进行气液分离后，去尾气塔，成品酸经液封流入成品酸储槽。三合一石墨合成炉结构紧凑，占地面积小，1台设备可替代3台设备（铁合成炉、冷却器、两台膜式吸收塔）；合成炉的材质是石墨，耐腐蚀性好，设备使用周期长，减少了维修工作量，降低了维修费用。点炉后升温快，能很快提高氯气量，操作平稳；对原料氯气要求不高，用原料氯气或尾氯气均可满足生产要求。流程简单，设备小，生产出现故障易排除。三合一炉生产的盐酸杂质
39、少，基本上不含铁、硫酸根、砷等，无色透明，不但可以用于化学药品、造纸工业、金属去锈，而且可用于医药、味精等食品用酸。三合一炉不但可生产31%的盐酸，而且还可以生产37%的高纯试剂酸。三合一炉生产工艺的水系统采用了闭路循环方式，尾气塔水抽水作为盐酸的吸收用水，无外排污水。三合一生产系统采用负压操作，系统中无外排尾气。运行稳定，生产效率高，操作简单，对原料氯气要求不高，生产中基本没有是“三废”外排。（2）氢气阻燃器填充有陶瓷环或砾石，作用是防止火焰从盐酸合成装置回燃到供应氢气管道中。（3）氯气阻燃器与氢气阻燃器相似，填充有陶瓷环或砾石，作用是防止火焰从盐酸合成装置回燃到供应的氯气管道中。（4）尾气
40、洗涤塔合成单元中未被吸收的氯化氢气体在此被软化水进一步吸收。从尾气洗涤塔排出的气体主要是过量的氢气、氮气，通过烟筒排入大气。尾气洗涤塔部分为顶部分液器、装有拉西环填料的中部吸收段和带水冷夹套的底部3部分，通过弹簧和拉杆来紧固组合。少量来自盐酸槽的酸流到洗涤器的顶部和中部填充之间，保证洗涤塔中下部的填充湿度。第三章 盐酸生产装置的物料及热量衡算3.1 物料衡算3.1.1 计算依据（1）生产规模：年产10万吨浓度为35%盐酸；（2）年操作时间：300天，三班生产；（3）使用原料氯气和氢气组分表3.1 原料组分 物质氯气（V%）氢气（V%）纯度9598含氢0.598含氮气2.581.6含二氧化碳1.
41、3含水分0.168(重量比)含氧气0.620.4（4） 吸收效率为99.5%；（5） 贮存和包装损失为0.1%；（6） 进炉氯氢比为1:1.1；（7） 假设氯气与氢气完全反应；（8） 3台合成炉同时生产，年产10万吨盐酸 则每台合成炉产量为：3.1.2 计算（1）每台设备每小时需要氯气量及带进合成炉的各种气量 进炉的氯气混合气体总体积 35%10004.6370.906/72.9299.5%99.9%3.21495%=519.19m3 进炉的废氯气带入的氯气量，查得在标准状况下氯气密度3.214 kg/ m3 519.1995%3.214=1585.24 kg 进炉氯气带入的二氧化碳量，查得在
42、标准状况下二氧化碳密度1.977 kg/ m3 519.191.3%1.977=13.34 kg 进炉废氯气带入的氢气量，查得在标准状况下氢气密度0.0899 kg/ m3 519.190.5%0.0899=0.23 kg 进炉废氯气带入的氧气量，查得在标准状况下氧气密度1.42 kg/ m3 519.190.62%1.42=4.57 kg 进炉废氯气带入的氮气量，查得在标准状况下氮气密度1.2506 kg/ m3 519.192.5%1.2506=16.23 kg 进炉废氯气带入的水分，设进炉水分为X kg 带入炉内水份X=0.75 kg（2）进炉氢气及其带进的其他气体质量 进炉的氢气体积是
43、氯气体积的1.1倍 1585.24 3.2141.198%=553.63 m3 查得在标准状况下氢气密度0.0899 kg/ m3 553.630.0899=49.77kg 进炉氢气带入的氧气量，查得在标准状况下得氧气密度1.42 kg/ m3 553.630.4%1.42=1.56 kg 进炉氢气带入的氮气量，查得在标准状况下氮气密度1.2506 kg/ m3 553.631.6%1.2506=7.08 kg 进炉氢气带入的水分合成炉氢气温度30，压力33.3kPa(表压)查30时水折合蒸汽压4.3kPa 设进合成炉水蒸气分子为m kmol,根据道尔顿分压定律 m=0.81 kmol 180
44、.81=14.58 kg3.1.3 进出合成炉气体（1）进合成炉气体氯气 1585.24 kg 1585.2470.90622.4=500.8m3氢气 0.23+49.77=50 kg 50222.4=560m3氧气 4.57+1.56=6.13 kg 6.133222.4=4.291 m3二氧化碳 13.34 kg 13.344422.4=6.79 m3水 0.75+14.58=15.33 kg 15.331822.4=19.08 m3氮气 16.23+7.08=23.31 kg 23.312822.4=18.648m3（2）出合成炉气体氯化氢 1585.2472.92/70.906=163
45、0.27 kg 1630.2736.4622.4=1001.6 m3氢气 50-1585.2470.9062-6.138=4.52 kg4.52222.4=50.624 m3水 氯气带入水分： 0.75 kg 氢气带入水分： 14.58 kg 氧气和氢气反应生成的水分： X=6.9 kg 合计水分：0.75+14.58+6.9=22.23 kg 22.231822.4=27.664 m3氮气 23.31 kg 23.312822.4=18.648 m3二氧化碳 13.34 kg 13.344422.4=6.79 m3表3.2 合成物料平衡表进合成炉物料出合成炉物料kgmkgm氯气1585.24500.800氢气505604.5250.624氯化氢00163
