大四课程设计盐酸生产工艺设计答辩课件.pptx

1、应化XXXX年产10000t 31%盐酸的工业设计讲述人：中南大学化工计算与工艺设计设计设计指导老师指导老师 | 20172017年年9 9月月1515日日|目录 ContentsPART 01项目总论PART 02设计方案PART 03工艺计算PART 04设备选型PART 05设备布置PART 06环境与安全项目总论第一部分项目背景任务要求1.成员分工最强大脑人体计算机CAD大白操心大姐Idea生产机化工计算文档编写CAD绘图文献查阅PPT制作方案设计成员介绍团队分工2.项目背景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

2、提纯法等。就目前工业上的合成来说，合成法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改革创新，积极主动学习国外先进工艺流程。目前，由于三合一合成炉的广泛使用，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一个新的高度。3.任务要求 设计任务：设计任务：1.生产能力：10000 t/a 31% 10000 t/a 31% 的盐酸。的盐酸。2.生产原料：原料氢气组成（体积百分数）：原料氢气组成（体积百分数）：H H2 2 90.2% 90.2%；N N2 2 1.5% 1.5%；O O2 2 0.6% 0.6%；其余为水。；其余为水。原料氯气组成（体积百分数）：

3、原料氯气组成（体积百分数）：ClCl2 2 74% 74%；H H2 2 2% 2%；COCO2 2 5.5% 5.5%；N N2 2 15% 15%；其余为水；其余为水。年工作日为年工作日为300d300d；每日工作时间每日工作时间24h24h第二部分生产方法选择工艺流程设计方案1.生产方法选择合成法成为世界各国生产盐酸的主要方法直接合成法分两步：直接合成法分两步： 氯气与氢气作用生成氯化氢气体，本项目中采用氯气与氢气作用生成氯化氢气体，本项目中采用燃烧法合成氯化氢气体。燃烧法合成氯化氢气体。 用水吸收氯化氢气体生产盐酸。用水吸收氯化氢气体生产盐酸。合成氯化氢的反应如下：合成氯化氢的反应如下

4、： ClCl2 2+H+H2 22HCl2HCl1.生产方法选择合成炉BAC“二合一”炉合成、冷却在炉体内完成, 吸收在炉体外进行, 既可以生产氯化氢气体, 又可以部分吸收生产盐酸,可以满足不同的需要。石墨“三合一”炉具有结构紧凑、传热效率高、拆装检修方便、使用寿命长、操作弹性强、盐酸质量好等优点, 被广泛采用。铁合成炉由于生产过程中产生的大量热量直接在空气中冷却, 造成操作环境温度高, 盐酸产品中铁离子的含量高,质量低,已被许多的企业淘汰。2.工艺流程三合一炉三合一炉合成合成法法 由氯氢处理来的氯气和氢气分别经过氯气缓冲罐由氯氢处理来的氯气和氢气分别经过氯气缓冲罐、氢气缓冲罐氢气缓冲罐、 氯

5、气阻火器氯气阻火器 , , 氢气阻火器氢气阻火器, , 在三合一炉顶部燃烧生成氯化氢气体在三合一炉顶部燃烧生成氯化氢气体, , 再通过三合一炉的冷却吸收段再通过三合一炉的冷却吸收段, , 由尾气回收塔来的稀酸吸收成浓盐由尾气回收塔来的稀酸吸收成浓盐酸酸, , 尾气由三合一炉底部封头侧上部出来进入尾气塔尾气由三合一炉底部封头侧上部出来进入尾气塔。经过计量后的纯水经过计量后的纯水, ,由尾气回收塔顶部进入由尾气回收塔顶部进入, , 吸收尾气中的氯化吸收尾气中的氯化氢变成稀酸后氢变成稀酸后, ,作为作为 吸收液进入三合一炉吸收液进入三合一炉。尾气回收塔顶部出来的不溶性气体尾气回收塔顶部出来的不溶性气

6、体 ( (尾气尾气), ), 用水力喷射器抽出用水力喷射器抽出, ,再经尾气液封罐分离再经尾气液封罐分离, , 尾气经排空管排入大气中尾气经排空管排入大气中, ,下水可流入下水道下水可流入下水道, , 也可用泵加压也可用泵加压, ,循环用于水力喷射器循环用于水力喷射器 , 再作为工业盐酸的吸收水再作为工业盐酸的吸收水 。氯氯化氢的燃烧热和溶解热可用冷却水带走化氢的燃烧热和溶解热可用冷却水带走 。1.工艺流程三合一炉三合一炉合成合成法法第三部分物料衡算能量衡算工艺计算1.物料衡算每天理论盐酸产量：每天理论盐酸产量：10000/300=33.3（t/d)根据每天盐酸的产量，我们选择了根据每天盐酸的

7、产量，我们选择了SHL-50的合成反应炉，设计了的合成反应炉，设计了产量为产量为35t/d的合成炉反应器。的合成炉反应器。设定设定合成炉内吸收率为合成炉内吸收率为83%，故故每天实际氯化氢产量：每天实际氯化氢产量：35*1000/24*0.31/0.999/0.83=545.2239（kg/h）=14.9536（kmol/h）1.1.总吸收率为总吸收率为97.45%97.45%；3.3.进炉氢氯比为进炉氢氯比为1:1.21:1.2；2.2.贮存和包装损失为贮存和包装损失为0.1%0.1%；4.4.假设氯气与氢气完全反应假设氯气与氢气完全反应。参数假定1.物料衡算成成分分进炉量进炉量（kmol/

8、h)进炉量进炉量（kg/h）出炉量出炉量（kmol/h)出炉量出炉量（kg/h）HCl0014.9536545.2239Cl27.4768530.150700H27.796815.71670.21890.4413CO20.555724.45620.555724.4562N21.641945.99531.641945.9953O20.05051.616500H2O1.002018.05101.103019.8713合成炉合成段物料衡算总结表1.物料衡算出合成炉吸收段氯化氢气体出合成炉吸收段氯化氢气体： 545.2239（1-83%）=92.6881 (kg/h)=2.5421（kmol/h）x4

9、 .22/9953.454562.244413. 05421. 2x10027. 2出合成炉吸收段水蒸气质量出合成炉吸收段水蒸气质量：假设出塔盐酸平均浓度31%、温度平均40计算，查化工设计手册该盐酸的水蒸气分压 p=17.05mmHg=2.27 kPax=0.1326kmol18.01570.1326=2.3881 （kg/h）0.132822.4=3.4510 （m3/h） 设未吸收气体中含水蒸汽为x kmol进尾气吸收塔物料进尾气吸收塔物料Kg/hKg/m3m/h氢气氢气0.44130.07755.6941氯化氢氯化氢92.68811.40166.1585二氧化碳二氧化碳24.45621

10、.69114.4626水蒸汽水蒸汽2.38810.6923.4510氮气氮气45.99531.07642.7465软化水软化水1006.2510001.00625出尾气吸收塔物料出尾气吸收塔物料Kg/hKg/m3m/h氢氢气气0.44130.08275.3360氯化氢氯化氢0.38131.4969.2936二氧化碳二氧化碳24.45621.80613.5416水蒸汽水蒸汽1.23050.7391.6650氮气氮气45.99531.14940.0307稀盐稀盐酸酸1085.034910001.0850尾气吸收塔衡尾气吸收塔衡算算1.物料衡算Kg/h氢氯化氢二氧化碳水蒸汽氮气Kg/h氢气氯化氢二氧

11、化碳水蒸汽氮气吸收1.能量衡算基础数据设定1、三合一炉合成段：进口温度25，出口温度400。2、三合一炉冷却吸收段：进口温度400，出口温度40。3、尾气吸收塔：进口温度40，出口温度30。4、标准大气压100kPa，25的焓为零做基准。1.能量衡算本设计中涉及的气体组分众多，采用统一基准焓法的特点是不必分成一系列分过程，只要直接根据各种气体统一基准焓表计算出各物质的始态焓、终态焓，二者相减即可得出过程所发生的热量变化，而不需要考虑过程的显热、潜热和反应热，因此统一基准焓法可以简化计算过程。 由于反映热是随温度变化的，任意温度下的反应热应该有标准反应热加上从298K到温度T之间的焓变来取得，本

12、设计规定25（298K）100KPa的焓为零做基准。计算方法2.能量衡算进反应器进反应器H298出合成段出合成段/进冷却进冷却吸收段吸收段H673出冷却吸收段出冷却吸收段/进尾气段进尾气段H313出尾气吸收段出尾气吸收段H303H2010823.52375424.13895141.29815Cl2013883.01563554.645625184.875625CO2-293.50917904.836410.0168-59.2264N2011228.65688437.617275145.765675H2O（g）-241.81812958.07138257.260575-75.726225HCl-

13、92.30710693.9305326.722547.2545O2011996.02125468.55485156.08045焓值焓值计算数据表如下：计算数据表如下：（单位kJ/mol）2.能量衡算合成炉进口各股气体总能量合成炉进口各股气体总能量 合进=-405397.488 kJ/h合成炉合成段出口各股气体总能量合成炉合成段出口各股气体总能量 合出=204960.974 kJ/h合成炉尾气出口各股气体总能量合成炉尾气出口各股气体总能量合尾=1903.8780 kJ/h尾气吸收塔排空口各股气体总能量尾气吸收塔排空口各股气体总能量排空=250.1945 kJ/h回流稀酸的总能量回流稀酸的总能量稀

14、酸=3.47*303*（1006.25+92.6881*0.85）=1140816.501 kJ/h出合成塔成品酸酸的总能量出合成塔成品酸酸的总能量成品酸=2.48*313*（1006.25+92.6881*0.85+545.2239*0.83）=1193523.902 kJ/h2.能量衡算合成炉能量衡算合成炉能量衡算Q=出口-进口=（成品酸+合尾）-（稀酸+合进）=460008.767kJ/h即合成炉每小时放出460008.767kJ热量 合成炉需要的冷却水：取冷却水进口温度为25，出口温度为75，水温的平均值为50，Cp=4.178kJ/（Kg）Q冷却Cp，H2O(55-30)= 4600

15、08.767(4.17850)=2200.999 (kg/h)尾气吸收塔能量衡算尾气吸收塔能量衡算Q=出口-进口=（稀酸+排空）-（合尾+软化水）=120259.682kJ/h即尾气吸收塔每小时放出120259.682kJ热量 尾气吸收塔需要的冷却水：取冷却水进口温度为25，出口温度为35，水温的平均值为30，Cp=4.178kJ/（Kg）Q冷却Cp，H2O(55-30)= 120259.682(4.17810)=2878.403 (kg/h)第四部分反应器选择关键设备设计与计算设备选型一览表设备选型1.反应器的选取（1）具有适宜的流体力学条件，流动性能好，有利于热量传递和质量传递；（2）合理

16、的结构，能有效的加速反应；（3）保证压力和温度符合操作条件；（4）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。选取原则反应器型号经计算每天合成塔的生产量为33.3t/d，故选用生产量为35t/d的型号为SHL-50的三合一合成炉。2.关键设备设计与计算本项目选用尾气吸收塔作为关键设备进行设计与计算，该塔为填料塔，吸收塔采用25mm25mm2.5mm的瓷质拉西环以乱堆方式填充。物性参数25mm25mm2.5mm陶瓷拉西环（乱堆）的填料因子 =450 m-130下亨利系数E（kPa） 292.8437空气粘度u（pa.s）0.00001857空气密度kg/m3 1.1650空气扩散系数D0（m2

17、/s）0.000015630空气扩散系数D（m2/s）1.82408E-05水的密度（kg/m3）995.7水的黏度uL（pa.s)0.000800730下氯化氢（水）的扩散系数D2.64E-09数据来自化学工艺手册、天津大学出版化工原理下册附录等2.关键设备设计与计算塔径D的计算uVDs4式中：式中：D 塔径，塔径，m; Vs气体体积流量，气体体积流量，m3/s; u 操作空塔气速，操作空塔气速，m/s0.5LVVL)(0.5)10002525. 1(165.9691006.25混合气密度V=1.2525kg/m3 水的密度L=1000 kg/m3，则 =0.215由化工原理下册图8-23中

18、的散装填料泛点线可查出，横坐标为0.215时的纵坐标数值为0.04。即由公式计算出空塔气速，取空塔气速为泛点气速的70%，即可计算出塔径D=0.3m04.02.02maxLLVg2.关键设备设计与计算塔高Z的计算无因次气相总传质单元数气相总传质单元高度,OGOGOGOGNmHNHZSYYYYSSNOG*)1 (ln11221123OG,塔截面积);/(,溶解度系数:式中/1/11:其中mkPamkmolHaHkakaKaPKVaKVHLGGGY最后计算得实装填料层高度Z =0.1016m因氯化氢吸收是化学吸收，而不是物理吸收，数据计算结果异常属正常现象，本项目合理取填料塔的塔高Z=3.1m。3

19、. 关键设备设计与计算关键设备图1.设备选型一览表名称位号规格或型号氯气缓冲罐V0101DN70012000.4m3氢气缓冲罐V0102DN70012000.4m3稀酸储罐V0103DN60015000.4m3填料塔T01013003100三合一反应器R0101SHL-50反应器气体出口气体压缩泵P0101A/B175SZB-5-15稀酸输送泵P0102A/B80FY-12-37成品酸输送泵P0103A/B175FY-8-25第五部分设备布置要求本工艺设备布置设备布置1.设备布置要求0201030504考虑考虑因素因素生产工艺对设备布置的要求：在设备布置时要满足工艺流程的顺序，保证水平方向和垂

20、直方向的连续性；设备布置时，应留有一定的间隙，有利于操作及检修；考虑物料的防火、防爆、防毒及控制噪声的要求等等设备安装、检修对布置的要求：根据设备大小及结构，考虑设备安装、检修、拆卸及更换时所需要的空间、面积及运输通道；考虑设备安装和更换时能顺利进出车间等等。厂房建筑对设备布置的要求：笨重设备或运转时会产生很大振动的设备应该布置在厂房的底层，并和其他生产部分隔开；操作台必须统一考虑，以防止平台支柱林立；设备不应布置在建筑物的沉降缝或伸缩缝处等等车间辅助室和生活室的布置：辅助房间有配电室及空调室；生活室包括办公室、化验室、休息室等安全、卫生和防腐蚀问题2.本工艺设备布置设备布置图平面图2.本工艺

21、设备布置设备布置图剖视图第六部分环境保护卫生安全环境与安全1.环境保护废气废水废渣废热废气中含有二氧化碳、氢气、氮气、水，以及微量的氯化氢气体，采用水吸收法方式进行废弃的处理从尾气吸收塔出来的尾气 中 HCl的约为199mg/L工艺用水中冷却水可以循环使用，吸收用水基本不产生废水。工艺生产过程中没有固体产生。反应器以及吸收塔产生的热量让冷却水带走，经过热交换可将废热收集利用。2.项目安全防爆防毒防火防酸氢气易燃易爆，同时反应器内反应过于剧烈也会产生爆炸；故生产操作时需要严格按照操作规程，同时生产使用的电气设备也需要达到相应的防爆等级。工艺使用的氯气是有毒气体，操作时需要严格按照操作规程；同时，也需要制定好完整的应急方案。生产中用的原料属于甲类火灾危险物质，需要配备相应等级的消防设备。产品酸的浓度较高，对人体有腐蚀性，故需要定期检查输送管路是否有泄漏，同时需要配备相应的急救药品。应用化学XXXX班第6组导师：THANKS谢谢大家的聆听