化工专业毕业设计

1、毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目：5万t/a食品级高纯酸合成装置初步设计姓 名 * * 学 号 * 院 系 化学与化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2010级 指导教师 * * * 2014年5月10日新乡学院本科毕业论文（设计） 目 录 摘 要1ABSTRACT2第1章 概述31.1 产品的意义与作用31.2 国内外的现状与发展前景31.3 盐酸的工艺历史31.4 盐酸的性质51.4.1 物理性质51.4.2 化学性质51.5 食品级高纯酸的技术规程61.5.1 范围61.5.2 规范性引用文件61.5.3 分子式和相对分子质量61.5.4 要求61.6 原料气来源及性质71

2、.6.1 氯气的来源71.6.2 氯气的性质71.6.3 氢气的来源81.6.4 氢气的性质8第2章 工艺原理及设备92.1 生产工艺原理92.1.1 合成段工艺原理92.1.2 氯化氢合成机理92.1.3 吸收段工艺原理102.2 主要工艺设备112.2.1 “二合一”石墨合成炉112.2.2 氢气柜112.2.3 尾气吸收塔122.2.4 阻火器12第3章 物料衡算143.1 基础数据143.2 合成炉物料衡算143.2.1 进合成炉物料的计算143.2.2 出合成炉物料的计算163.2.3 合成炉物料衡算表163.3 氯化氢冷却器物料衡算表163.4 一级降膜吸收塔物料衡算表173.5

3、二级降膜吸收塔物料衡算表183.6 尾部填料吸收塔物料衡算表18第4章 热量衡算194.1 基础数据204.2 合成炉热量衡算204.2.1 原料气带入的热量204.2.2 混合气带走的热量214.2.3 合成炉内反应摩尔反应热的计算214.2.4 计算灯头温度及反应产生的热量234.2.5 合成炉夹套冷却水用量计算254.3 石墨冷却器热量衡算254.3.1 气体进入冷却器带入的热量254.3.2 氯化氢溶解放热264.3.3 冷凝酸带走热量264.3.4 混合气带走的热量264.3.5 石墨冷却器带走的热量264.3.6 石墨冷却器冷却水用量264.4 吸收系统热量衡算274.4.1 混合

4、气进吸收系统的热量274.4.2 尾气放空带走的热量274.4.3 吸收剂带入的热量274.4.4 成品酸带走的热量274.4.5 氯化氢溶解放出的热量284.4.6 冷却水用量计算28第5章 设备计算295.1 合成炉炉体直径的计算295.2 合成炉换热面积的计算305.2.1 合成炉内侧对流传热系数的计算305.2.2 合成炉外侧对流传热系数的计算315.2.3 合成炉总传热系数的计算325.2.4 合成炉传热面积计算335.3 石墨换热器换热面积计算345.4 石墨换热器尺寸设计345.5 合成炉炉高的计算365.6 合成炉有关管径计算365.6.1 氯气管直径的计算365.6.2 氢气

5、管直径的计算365.6.3 冷却水进出口管直径的计算375.6.4 合成气出口管直径的计算38参考文献39附录一40致 谢41新乡学院本科毕业论文（设计）摘 要本设计承担年产5万吨食品级高纯酸合成装置的初步设计。食品级高纯酸是指可用于食品行业的高纯盐酸。高纯盐酸在食品加工中作酸度调节剂和食品工业用加工助剂。在氯碱生产企业中，通常采用氯气和氢气直接化合生成氯化氢气体，然后用水吸收氯化氢气体制取盐酸。本设计采用二合一石墨合成炉，氯气和氢气在合成炉内燃烧并冷却，然后在降膜吸收塔里进行多级吸收制得盐酸。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；二是对主要设备进行了设备尺

6、寸计算及换热面积计算；最后绘制了石墨冷却器图和工艺流程图。关键词：盐酸；氯化氢；工艺设计1ABSTRACTThe design bears an annual 50,000 tons of high purity food grade acid synthesis device preliminary design.Food-grade high purity hydrochloric acid is used for high purity hydrochloric acid in food industry.High purity hydrochloric acid as acidity

7、regulator and the food industry processing aids in food processing.In the chlor-alkali producers, usually using chlorine and hydrogen combine to form hydrogen chloride gas directly,and then water absorption of hydrogen chloride gas system hydrochloride.This design uses diad graphite synthetic furnac

8、e.Chlorine and hydrogen in the synthesis of combustion in the furnace and cooling, and then be prepared to absorb the multi-stage falling film absorber in hydrochloric acid. This design there are three main elements: first, the whole process of hydrochloric acid were synthesized material balance、hea

9、t balance；second is the main equipment for the equipment sizing and calculation of heat transfer area；finally, draw a flow chart diagram and graphite cooler.Key words：Hydrochloric acid；Hydrogen chloride；Process design第1章 概述1.1 产品的意义与作用氯气作为氯碱工业的有毒副产品，不能直接排入大气，必须将其转化为有经济价值的含氯产品，以维持氯碱工业的良性发展。因此氯产品的生产与开

10、发对氯碱行业的健康发展起着决定性作用。随着人们环保意识的增强，对以氯碱工业为基础的化工生产中所造成的污染及其产品对环境造成的影响越来越重视，某些有机氯产品因此被停产。高纯盐酸作为重要的的无机氯产品愈发得到重视。食品级高纯酸是高纯盐酸的重要一种，主要应用于食品行业,可用于制造味精、化学酱油等调味品，也可用于水解淀粉制造酒精和葡萄糖以及用作酸度调节剂等。1.2 国内外的现状与发展前景国内外生产食品级高纯酸的方法有多种，包括盐酸脱吸法、三合一石墨炉法、二合一石墨炉法等。尽管食品级高纯酸合成工艺及工艺流程有许多种类，但均包括原料气的冷却、洗涤、干燥、净化，节流稳压调节，混合燃烧，换热，吸收，尾气放空等

11、基本步骤。在食品级高纯酸合成工艺方面，我国与国际先进水平相比，差距较大，尚有很大的发展潜力。节能降耗、降低游离氯含量、减少尾气排放等是未来食品级高纯酸合成工艺的发展方向。 目前，国内外的单位或学者一般都致力于食品级高纯酸合成炉的改进、食品级高纯酸合成回路（包括合成、冷却、吸收）的模拟与优化、基于宏观能源（水、电、原料等）的食品级高纯酸合成系统工艺操作参数的优化、设备自动化水平的提高及安全装置的改进等。1.3 盐酸的工艺历史“三酸”之中盐酸的发现和制备都比硫酸和硝酸为晚，虽然早在炼金时代就已发现氯化氢气体，但是人们并未重视这种无色有强烈刺激性的气体。直到15世纪才有“盐酸”这一名词。1648年德

12、国药剂师Glauder将食盐和硫酸放人蒸馏釜中加热制取硫酸钠，并将逸出的刺激性气体用水吸收得到一种酸性溶液。因为食盐来自海水，格劳伯就将盐酸称之为“海盐精”。这是实验室制备盐酸最古老的方法，因原料价廉易得，装置亦较简单，直到今天在化学教学中讲解氯化氢和盐酸时，仍在用这种制备方法。此外采用盐卤（主要成分是氯化镁）水解制取盐酸的方法也较古老。反应方程式可表示为： 2MgCl2+H2OMgO·MgCl2+2HCl（反应温度110120）1807年英国著名化学家Davy在研究电解食盐水时，除得到氢氧化钠溶液外，还得到了纯净的氢气和氯气，并证明氯化氢为氯和氢的化合物，从而为氯碱工业的诞生打下了

13、理论和实验基础。自19世纪始，硫酸钠曾经风行一时，大量用于制硫化碱（硫化钠）和纯碱，在造纸、玻璃和医药方面应用广泛，需求量很大。但制备硫酸钠熔块的同时放出的氯化氢气体并末利用，直接排入大气后，造成严重的空气污染。1863年英国政府颁布了世界上第一个有关环境保护的碱工业法令，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。于是生产工厂采用水吸收的方法来处理，得到了大量的酸性溶液盐酸。19世纪末，由于大功率直流发电机研制成功，扫除了氯碱工业发展的最大技术障碍。1890年在德国建成第一个制氯工厂，1893年在美国纽约建成第一个采用隔膜法电解食盐水制取烧

14、碱和氯气的工厂。为了利用大量的副产品氢气，用合成法生产盐酸也就顺埋成章地相应发展起来。合成法生产盐酸原理简单。氢气在纯净的氯气中燃烧即可得到高浓度的氯化氢气体，经水吸收即可成质地纯正的盐酸。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。本世纪20年代，中国著名化学实业家吴蕴初在1921年试制味精成功，1922年他和张崇新合资创办上海天厨味精厂，产品畅销国内及东南亚各国，并远销美国。为解决生产味精的必需原料盐酸，吴蕴初在上海建立了我国第一家氯碱厂，这就是1929年他集资创办的天原电化厂。第二年该厂即投产，主要产品为盐酸、烧碱和漂白粉三种，盐酸用合成法生产。我国在合成盐酸和干燥氯化氢气体的

15、生产过程中不断进行技术改革，引进国外先进工艺流程，使产量和质量获得高速增长，近年来，由于石墨合成炉广泛使用，生产效率大幅提高。盐酸吸收工艺，采用多级降膜式冷却吸收，通过石墨降膜式吸收塔实现高浓度盐酸的生产。随着现代接术的发展，“二合一”石墨合成炉、“三合一”石墨合成炉炉的应用，使得合成盐酸的工艺达到了新的水平。而且现阶段正进行着“四合一”合成炉的试制也为我国盐酸进一步发展提供了有利条件。1.4 盐酸的性质1.4.1 物理性质盐酸是无色液体，有腐蚀性，为氯化氢的水溶液，具有刺激性气味。由于浓盐酸具有挥发性，挥发出的氯化氢气体与空气中的水蒸气作用形成盐酸小液滴，所以会看到酸雾。主要成分：氯化氢，水

16、含量：31%熔点（）：-35°C沸点（）：57°C相对密度（水=1）：1.20相对蒸气密度（空气=1）：1.26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，氯化氢能溶于苯。1.4.2 化学性质1与酸碱指示剂反应遇紫色石蕊试液、pH试纸变红色，遇无色酚酞无明显现象（不变色）。2强酸性，与碱发生中和反应，生成氯化物和水HCl+NaOH=NaCl+H2O3与活泼金属单质反应，生成氢气 Zn+2HCl=ZnCl2+H24和金属氧化物反应，生成盐和水MgO+2HCl=MgCl2+H2O5和盐反应，生

17、成新酸和新盐FeS+2HCl=H2S+FeCl2（实验室制取硫化氢）6与大部分碳酸盐或碳酸氢盐（HCO3-）反应，生成二氧化碳和水CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O（实验室制取二氧化碳）7还原性NaClO+2HCl=NaCl+Cl2+H2O1.5 食品级高纯酸的技术规程警告盐酸具有强腐蚀性，操作者应采取适当的安全和健康措施，接触人员应佩戴防护眼镜、耐酸手套等防护用品。1.5.1 范围本标准适用于氯气和氢气合成经水吸收制得的食品添加剂盐酸。该产品在食品加工中作酸度调节剂和食品工业加工助剂。1.5.2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引

18、用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版本均不适用于本标准。GB 1901990危险货物包装标志GB/T 66782003化工样品采样通则GB/T 66802003液体化工样品采样通则GB 27601996食品添加剂使用卫生标准1.5.3 分子式和相对分子质量 分子式：HCl 相对分子质量：36.46（按2007年国际相对原子质量）1.5.4 要求 外观：无色或浅黄色透明液体。 食品添加剂盐酸应符合表1要求。 表1 要求 项目指标 总酸度（以HCl计）， 31.0铁（以Fe计）， 0.0005硫酸盐（以SO42-计）， 0.007游离氯（以Cl计）， 0.003还原物（以SO3计

19、）， 0.007不挥发物， 0.05重金属（以Pb计）， 0.0005砷（As）， 0.0001 1.6 原料气来源及性质1.6.1 氯气的来源合成盐酸所用的氯气是由离子膜工段电解钾盐水制得的，再经氯气总管送至氯干燥工序处理后，送到氯化氢合成工序来生产盐酸的。1.6.2 氯气的性质通常情况下为有强烈刺激性气味的黄绿色的有毒气体,标况下密度3.21kg/m3，熔沸点较低，常温常压下，熔点为-101.00，沸点-34.05，常温下把氯气加压至600700kPa或在常压下冷却到-34都可以使其变成液氯Cl2，可溶于水，且易溶于有机溶剂（例如：四氯化碳），难溶于饱和食盐水。1体积水在常温下可溶解2体积

20、氯气，形成黄绿色氯水，密度为3.170g/l。 1与磷的反应 2P+5Cl2（过量）=2PCl5（条件：点燃） 现象：产生白色烟雾. 2与氢气的反应 H2+Cl2=2HCl（条件：点燃） 现象：H2在Cl2中安静地燃烧，发出苍白色火焰。 3与金属的反应，如，钠在氯气中燃烧 2Na+Cl2=2NaCl（条件：点燃） 现象：钠在氯气里剧烈燃烧，产生大量的白烟，放热。 4与其他非金属的反应 实验证明，在一定条件下，氯气还可与S、Si等非金属直接化合。 2S+Cl2=S2Cl2（条件：点燃）1.6.3 氢气的来源同氯气一样，合成盐酸所用的氢气是由离子膜工段电解钾盐水制得的，再经氢气总管送至氢处理工序处

21、理后，送到氯化氢工序经阻火器进入合成炉生产盐酸。1.6.4 氢气的性质氢气一种重要的工业气体。无色、无味、无臭、易燃。常压下沸点-252.8，临界温度-239.9，临界压力1.32MPa，临界密度30.1g/l。在空气中含量为474（体积）时，即形成爆炸性混合气体。常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。可燃性（可在氧气中或氯气中燃烧）：2H2+O2=2H2O（条件：点燃）点燃不纯的氢气要发生爆炸，点燃氢气前必须验纯。还原性（使某些金属氧化物还原）H2+CuO=Cu+H2O（置换反应）第2章 工艺原理及设备2.1 生产工艺原理2.1.1 合成段工艺原理盐酸的生产方式主要

22、有两种，一种是直接合成法，另一种是生产无机或有机产品的副产品。而我们采用的是电解产品氯气和氢气直接化合合成盐酸。氯气和氢气以1：1.10的配比在二合一石墨合成炉底部石英灯头上燃烧，其中氯气进入石英灯头内管，与外套管中的氢气充分混合燃烧，燃烧后合成气温度可以升高到2000以上，反应热由夹套内冷却水移走。因原料气中含有氧气，氢气也会与氧气发生燃烧反应，合成炉内化学反应方程式如下：主反应：H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g） H=-184.6kJ/mol副反应：2H2（g）+O2（g）=2H2O（g） H=-483.6kJ/mol2.1.2 氯化氢合成机理氯气与氢气在无光照射或光线很弱、低温、常

23、压条件下，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媒的影响作用，才能迅速的化合，甚至产生爆炸性的化合，其反应为连锁反应。1链引发 氯分子吸收热或光量子的能量后，首先受激发而被解离为两个活性氯自由基，成为连锁反应的开始；· 活性能 E1=242.8kJmol2链转移（或称链增长） 活性氯自由基Cl·与氢分子作用，生成氯化氢分子和活性的氢自由基H·，后者再与氯分子作用，生成一个氯化氢分子和一个活性的氯原子，就如接力赛跑一样一个一个地传递下去，构成连锁反应；Cl·+H2HCl+H· 活性能 E2=25.1kJmolH·

24、;+Cl2HCl+Cl· 活性能 E3=12.6kJmol Cl·+H2HCl+H·如此继续，即一个光量子可使大量分子化合，同时放出大量的反应热。 3链终止 当受到外界能与Cl·或H·结合的物质或基团影响时，则使自由基失去活性而发生链终止。 如原料气带入氧气：H·O2 H2OCl·O2 ClO2如自身结合为气体分子（活性能E4=0）： H·H·H2 Cl·Cl·Cl2 H·Cl·HCl 如活性自由基与合成炉的壁面碰撞也会发生链终止。上述反应可视为氢气在氯气中燃烧，燃

25、烧时火焰温度最高达2000，高温下激发的自由基连锁反应生产氯化氢时放出大量的热量，使氯化氢气体温度升高，必须将此热量及时移出，否则反应无法控制，造成安全事故发生。影响氯化氢合成的条件主要有：1温度：氯气和氢气在常温、常压、无光的条件下反应进行很慢，在440以上能迅速化合。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l500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1:l的分子比化合，但实际操作时都是控制氢过量，

26、过剩量一般在5以下，最多不超过10。氯过剩情况下会影响氯化氢的质量，氢过量太多又会造成发生爆炸的不安全因素。4反应热的移出：由合成反应的化学方程式可知，l摩尔氢气与1摩尔氯气化合反应后，产生2摩尔氯化氢气体，并释放出184.196kJ热量。这是指在氯气和氢气纯度为100的情况下而言，实际电解氯气并不那么纯，含有一定量的惰性组分及其它组分。氢气纯度也并是100，且在合成过程中尚有副反应发生。2.1.3 吸收段工艺原理经过空气冷却的氯化氢气体进入带有冷却的一级降膜吸收塔顶部，与二级降膜吸收塔流出的稀酸在管内并流向下流动吸收，制得的成品酸由底部流出，进入酸储存罐。在一级降膜吸收塔不能吸收的气体与少量

27、未吸收的氯化氢气体由降膜吸收塔底部排出，经过上升管引至二级降膜吸收塔顶部，与尾部吸收塔流出的稀酸在管内并流向下流动吸收，制得的稀酸由底部流出进入一级降膜吸收塔顶部。在二级降膜吸收塔不能吸收的气体与少量未吸收的氯化氢气体由降膜吸收塔底部排出经上升管引至尾部填料吸收塔底部进入，在尾部填料吸收塔内与顶部加入的吸收水接触，成逆流吸收，不能吸收的气体经气液分离器分离后，由尾部填料塔顶部放空，分离出的盐酸流回尾部填料塔，生成的稀酸经液封管流入二级降膜吸收塔顶部。吸收水从尾部填料塔顶部加入，吸收氯化氢气体后成低浓度酸液流入二级降膜吸收塔，在二级降膜吸收塔吸收氯化氢气体后返回一级降膜吸收塔，再次吸收氯化氢气体

28、后得成品酸。吸收形式：一二级并流，尾部填料塔（三级）逆流。2.2 主要工艺设备2.2.1 “二合一”石墨合成炉氯气和氢气由合成炉的下部送入，采用向上燃烧方式。从合成炉顶出的氯化氢气体进入石墨冷却槽进一步冷却后，进入吸收塔吸收成合格盐酸送入盐酸储槽。“二合一”炉是一种钢制石墨合成炉。合成炉的外壁采用钢板结构，内衬石墨，钢板和内壁之间是冷却水夹套。氯气和氢气体在合成炉内反应放出大量的反应热，由炉体夹层冷却水吸收；氯化氢气体不与钢铁部分接触，无三氯化铁生成，生产的氯化氢质量提高；合成炉周围环境温度保持常温，操作人员的工作环境得到改善；装置的生产能力较过去大为提高；出合成炉的氯化氢气体采用钢制石墨冷却

29、水冷却，和钢制冷却盘管相比冷却效果大大提高；“二合一”炉的热水废热可再次利用。2.2.2 氢气柜在工业化大生产流程中，为力求氢气供给持续、稳定，往往将输氢罗丝鼓风机或水环泵送来的氢气贮存于气柜之中，其作用在于调节和平衡，即在供给氢气量多于正常合成炉使用所需的量时,可将多余部分暂贮存于气柜中。若发生氯化氢或盐酸流量增加时，气柜中的氢气会自动供给合成炉。一旦输氢发生临时故障，气柜内的氢气足以维持其最低流量的供给，防止突然停炉情况发生。气柜由简体、支架和钟罩三部分组成，详见图1所示。简体为圆形柱状，周围有压铁固定，侧而有放水或清理内部用的人孔；支架为围绕筒体的钢架结构，柱架上均安有滑轮与钟罩相连。每

30、个柱架顶端均有槽钢或角钢对应连接固定；钟罩恰似圆锥接简体（倒简体）的盖状物，罩顶有人孔，罩内周围吊有压铁块，罩顶四周也设有压块以增重加压。 图1 氢气柜2.2.3 尾气吸收塔尾气吸收塔的作用在于将膜式吸收塔未吸收的氯化氢气体再次吸收，使气相成为合格尾气。吸收液是一次水或脱吸后的稀酸。常见的尾气吸收塔为绝热填料塔或膜式吸收塔、大筛孔的穿流塔。考虑到尾气中含氯化氢量不多，采用绝热吸收是可以将这部分氯化氢气体吸收掉的。尾气吸收塔可分为三个部分，上部为吸收液分播段，采用同一水平面高的玻璃管插入橡皮塞子中，直通吸收段填料层上部；底部是带有挡液器的圆柱体；中部为圆柱形简体的吸收段，内填充有瓷环。2.2.4

31、 阻火器 阻火器位于氢气和氯气进炉前管道上，是氢气系统特有的设备。其构造与气液分离器相同，详见图2。圆筒体底部的分布板上放的不是填料，而是鹅卵石及少量的瓷环。其作用在于：一旦输氨故障，供氢压力下降，使正常氯氢配比失控，燃烧的火焰很可能从燃烧器中倒回，若回火至气柜，爆炸不可避免，阻火器能有效地阻挡火焰回入气柜，同时可以使其熄灭于此，相当有效地保护气柜和输氧管路的安全。 图2 阻火器第3章 物料衡算3.1 基础数据 1生产规模：年产50000吨 2生产时间：年开工300天 3高纯酸：31 4冷凝酸质量分数：36% 5一级降膜吸收塔吸收率：60 二级降膜吸收塔吸收率：30 三级填料吸收塔吸收率：10

32、 6原料气组成： 表2 氯气原料组成名称含量 981.120.180.520.18表3 氢气原料组成名称含量99.50.060.430.01%3.2 合成炉物料衡算 年产50000吨食品级高纯酸，选用一台二合一石墨合成炉生产。出炉HCl的量 3.2.1 进合成炉物料的计算 1需要的量 2进合成炉的量 原料带入： 原料带入： 则进合成炉的总量为： 3进合成炉的量 原料带入： 原料H2带入： 则进合成炉的总量为： 4进合成炉的量 原料Cl2带入： 原料H2带入： 则进合成炉的总量为： 5进合成炉的量 原料带入： 原料H2带入： 则进合成炉的总量为： 3.2.2 出合成炉物料的计算 合成炉内发生如下

33、反应： 主反应： 副反应： 说明：其他副反应因量极微小，在工程计算中忽略不计。 1合成炉内主反应物料计算： + = 开始： 29.5225 32.5606 0 反应： 29.5225 29.5225 59.0449 结束： 0 3.0381 59.0449 2合成炉内副反应物料计算： + = 开始： 3.0381 0.1601 0.1948 反应： 0.3202 0.1601 0.3202 结束： 2.7179 0 0.5153.2.3 合成炉物料衡算表 表4 合成炉物料衡算表成分进入量（）进入量（）离开量（）离开量（）HCl0059.04492152.777829.52252093.4405

34、0032.560665.64212.71795.42140.16015.123200H2O（g）0.19483.50640.5159.270.357310.00440.357310.0044总计62.8242179.633662.66392179.62853.3 氯化氢冷却器物料衡算表混合气体从石墨合成炉顶部排出进入氯化氢石墨冷却器，混合气里的水蒸气冷凝并吸收少量的氯化氢气体成冷凝酸，冷凝酸酸度为36%。被冷凝水吸收的HCl量为： 则离开石墨冷却器的HCl量为： 表5 氯化氢冷却器物料衡算表成分进入量（）进入量（）离开量（）离开量（）HCl59.04492152.777858.95942149

35、.718300002.71795.42142.71795.42140000H2O（g）0.5159.27000.357310.00440.357310.00443.4 一级降膜吸收塔物料衡算表离开一级降膜吸收塔的HCl量为： 表6 一级降膜吸收塔物料衡算表成分进入量（）进入量（）离开量（）离开量（）HCl58.95942149.718323.5838859.887500002.71795.42142.71795.42140000H2O（g）00000.357310.00440.357310.0044盐酸稀酸5549.5347成品酸6839.36553.5 二级降膜吸收塔物料衡算表 离开二级降膜

36、吸收塔的HCl量为： 表7 二级降膜吸收塔物料衡算表成分进入量（）进入量（）离开量（）离开量（）HCl23.5838859.88755.89594214.971800002.71795.42142.71795.42140000H2O（g）00000.357310.00440.357310.0044盐酸稀酸4904.619稀酸5549.53473.6 尾部填料吸收塔物料衡算表 吸收剂（清水）从尾部填料吸收塔顶部进入体系 注水量： 表8 尾部填料吸收塔物料衡算表成分进入量（）进入量（）离开量（）离开量（）HCl5.89594214.97180000002.71795.42142.71795.421

37、40000H2O（g）00000.357310.00440.357310.0044盐酸清水4689.6472稀酸4904.619 稀酸（由尾部填料吸收塔进入二级降膜吸收塔）浓度： 稀酸（由二级降膜吸收塔进入一级降膜吸收塔）浓度： 稀酸（由一级降膜吸收塔进入成品酸储存罐）浓度： 第4章 热量衡算4.1 基础数据 1混合气体出合成炉温度为350 2出氯化氢冷却器温度为45 3燃烧热的80%被冷却水移除 4合成炉冷却水进85，出95 5氯化氢冷却器冷却水进28，出33 6吸收塔温度数据 一级降膜吸收塔混合气体进口45 尾部填料塔尾气放空温度30 吸收剂（清水）进口温度30 成品酸出口温度40 冷却水

38、进口28，出口334.2 合成炉热量衡算4.2.1 原料气带入的热量原料气各组分在25时的比热容见表9 表9 原料气各组分25时的比热容 物质CP（kJ/kg·）2.2214.721.0470.9134.18 则原料气带入的总热量为： （1）代入数值可得： 4.2.2 混合气带走的热量 从合成炉出来的混合气各组分的比热容见表10 表10 混合气各组分在350下的比热容物质30.5428.330.4635.4 则反应后混合气带走的热量为 4.2.3 合成炉内反应摩尔反应热的计算 1合成炉内两个反应的反应热的计算式 = 合成反应放出的热量的计算式 （2） （3） 炉内放出的热量为两个反应

39、放出的热量之和： （4） 式中：合成氯化氢的反应热，kJ/h 反应生成氯化氢气体的摩尔流量，kmol/h T合成炉灯头温度，K H0m1（298.15K）氯化氢合成反应的标准摩尔反应热焓，kJ/h CPm1氯化氢合成反应的反应产物与原料的摩尔比热容系数差值，J/mol.K Qr氧气燃烧的反应热，kJ/h G水反应生成的水蒸汽的摩尔流量，kmol/h H0m2（298.15K）水蒸汽合成反应的标准摩尔反应热焓，kJ/mol CPm2水蒸汽合成反应的反应产物与原料的摩尔比热容系数差值，J/mol.K 2合成炉内两个反应的摩尔反应热 恒压比热容的计算式为： CP=a+bT+cT-2 （5） 式中：a

40、、b、c为常数，由文献查得各物质的a、b、c见表11 表11 各物质恒压比热容常数表物质名称abc适用温度氢气27.293.25×10-30.501×105298-2500氯气36.890.24×10-3-2.83×105298-3000氯化氢26.024.07×10-31.08×105298-2500水30.0110.7×10-30.32×105298-2500氧气29.954.17×10-3-1.66×105298-3000 因为CP为生成物CP与反应物CP之差，所以两个反应的CP计算如下：

41、 生成氯化氢反应： （6） 所以摩尔反应热： 生成水的反应： （7） 所以摩尔反应热为：4.2.4 计算灯头温度及反应产生的热量 （8） 灯头温度有如下关系式： （9）式中：合成气的摩尔流量，kmol/h 合成气的恒压摩尔比热容，J/mol.K t合成气入口温度， 灯头温度， 混合气体的可用下面的式子算得： （10） 合成气出口温度为350，由定压比热容的计算式计算得各物质在出口温度下的比热容见表12 表12 各物质在350下的比热容物质30.5428.330.4635.4 各物质在合成气中的含量： 代入可得： 将，t代（8）式并联立（8）、（9）可得： 解之,得T=2708.79K，即合成炉

42、灯头温度为2708.79K。 将灯头温度带入（10）式，可得反应放出的总的热量 所以，反应放出的总的热量为： 4.2.5 合成炉夹套冷却水用量计算 合成炉被冷却水移除的热量为，由能量守恒可知 （11）则合成炉被冷却水移除的热量为 合成炉夹套冷却水进口温度85，出口温度95，冷却水比热容为 4.18kJ/kg则冷却水的用量为 4.3 石墨冷却器热量衡算4.3.1 气体进入冷却器带入的热量从合成炉出来的混合气各组分的比热容见表13 表13 混合气各组分在350下的比热容物质30.5428.330.4635.4则混合气进入石墨冷却器带入的热量为 4.3.2 氯化氢溶解放热 36%盐酸积分溶解热 则4

43、.3.3 冷凝酸带走热量 36%的盐酸的热焓 4.3.4 混合气带走的热量冷却后的混合气在45时各组分的比热容见表14 表14 混合气各组分在45下的比热容组分CP（kJ/kg·）0.80371.040614.3191.8745 则混合气带走的热量为 4.3.5 石墨冷却器带走的热量 4.3.6 石墨冷却器冷却水用量 石墨冷却器进口温度28，出后温度33，即温差为5。 4.4 吸收系统热量衡算4.4.1 混合气进吸收系统的热量 这里以吸收塔与尾气塔为隔离体系进行衡算。假设从氯化氢石墨冷却器出来的气体进入降膜吸收器时没有热量损失，则混合气带入吸收塔的热量为 4.4.2 尾气放空带走的热

44、量 尾气各组分在30时的比热容见表15 表15 尾气各组分30下的比热容物质CP（kJ/kg·）28.31.02 则尾气放空带走的热量为 4.4.3 吸收剂带入的热量 已知在30时，水的比热容CP为4.174（kJ/kg·） 则吸收剂带入的热量为 4.4.4 成品酸带走的热量成品酸各组分在40时的比热容见表16 表16 盐酸各组分40下的比热容物质CP（kJ/kg·）0.774.174 ） 则成品酸带走的热量为 4.4.5 氯化氢溶解放出的热量 （12） 式中：溶解所放出的总热量，kJ/h 氯化氢气体量，mol/h 氯化氢的吸收热，kJ/mol 氯化氢溶解放出的热量为： 4.4.6 冷却水用量计算 冷却水带走的热量为 则冷却水用量为 第5章 设备计算5.1 合成炉炉体直径的计算 根据理想气体状态方程可以得到氯化氢气体流量为： （13） 体积流量与圆柱体的直径间的数学关系可得： （14） 两式子联立可得到合成炉炉体直径的计算式如下 （15） 式中，合成气摩尔流量，kmol/h R气体常数，J/（mol·K） T合成炉灯头温度，K u合成炉内气速，m/s 合成炉工作压力，Pa 合成炉内压力为101.325kPa。 根据实践中的经验，按标淮状态下的理想