中南大學(xué)大四課程設(shè)計(jì)鹽酸生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)答辯ppt演示文檔

,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,目前國內(nèi)外對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)上的合成來說，合成法成為世界各國生產(chǎn)鹽酸的主要方法。我國在合成氯化氫氣體的生產(chǎn)過程中不斷進(jìn)行改革創(chuàng)新，積極主動學(xué)習(xí)國外先進(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+H22HCl,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、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 由氯氫處理來的氯氣和氫氣分別經(jīng)過氯氣緩沖罐、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, 再通過三合一爐的冷卻吸收段, 由尾氣回收塔來的稀酸吸收成濃鹽酸, 尾氣由三合一爐底部封頭側(cè)上部出來進(jìn)入尾氣塔。經(jīng)過計(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)手冊該鹽酸的水蒸氣分壓,p=17.05mmHg=2.27 kPa,x=0.1326kmol18.0157×0.1326=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程所發(fā)生的熱量變化，而不需要考慮過程的顯熱、潛熱和反應(yīng)熱，因此統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法可以簡化計(jì)算過程。 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)來自化學(xué)工藝手冊、天津大學(xué)出版化工原理下冊附錄等,式中：D 塔徑，m; Vs氣體體積流量，m3/s; u 操作空塔氣速，m/s,混合氣密度V=1.2525kg/m3 水的密度L=1000 kg/m3，則,=,=0.215,由化工原理下冊圖8-23中的散裝填料泛點(diǎn)線可查出，橫坐標(biāo)為0.215時的縱坐標(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)過程中沒有固體產(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)過熱交換可將廢熱收集利用。,氫氣易燃易爆，同時反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)過于劇烈也會產(chǎn)生爆炸；故生產(chǎn)操作時需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程，同時生產(chǎn)使用的電氣設(shè)備也需要達(dá)到相應(yīng)的防爆等級。,工藝使用的氯氣是有毒氣體，操作時需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程；同時，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火災(zāi)危險物質(zhì)，需要配備相應(yīng)等級的消防設(shè)備。,產(chǎn)品酸的濃度較高，對人體有腐蝕性，故需要定期檢查輸送管路是否有泄漏，同時需要配備相應(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,