合成盐酸的生产技术

常州工程职业技术学院1常州工程职业技术学院毕业论文（2010届）题目合成盐酸的生产技术学院常州工程职业技术学院专业精细化学品生产技术班级精细0530学号2005000401学生姓名李倩指导教师孙毓韬完成日期2010.05.18常州工程职业技术学院2目录摘要……………………………………………………………………………………..31生产原料的来源……………………………………………………………………41.1氯气的来源及性质………………………………………………………………...41.1.1氯气的来源…………………………………………………………………..41.1.2氯气的性质………………………….……………………………………….41.2氢气的来源及性质…………………………………………………………………41.2.1氢气的来源…………………………………………………………………...41.2.2氢气的性质…………………………………………………………………...41.3原料及中间体规格…………………………………………………………………52合成盐酸的生产技术………………………………..……………………………..52.1盐酸的概要……………………………………………………………...................52.1.1盐酸的性质………………………………………………………………….52.2.2盐酸的用途………………………………………………………………....52.2.3盐酸的生产方法…………………………………………………………….62.2盐酸的生产原理及特点………………………………………………………….62.3合成工艺条件…………………………………………………………....................62.4工艺流程简述………………………………………………………………………63合成炉及工艺控制条件……………………………………………………………73.1合成炉的结构………………………………………………………........................73.2生产工艺控制条件…………………………………………………………………84异常现象产生原因和处理方法……………………………………………………..84.1异常现象产生原因及处理方法…………………………........................................9结论………………………………………………………….........................................11参考文献……………………………………………………….....................................12致谢……………………………………………………………….................................13常州工程职业技术学院3摘要氯碱工业是基本化学工业之一。氯碱工业的主要产品是烧碱、盐酸和液氯。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。而我们氯化氢工段采用的是电解产品氯气和氢气直接合成盐酸的。在国民经济各部门中，盐酸的用途很广,它是重要的无机化工原料，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业。关键词：盐酸，氢气，氯气，生产工艺常州工程职业技术学院41生产原料的来源1.1氯气的来源及性质1.1.1氯气的来源：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。1.1.2氯气的性质(1)物理性质：①颜色，气味，状态：通常情况下为有刺激性气味的黄绿色的气体②密度：比空气密度大③易液化，熔沸点较低，压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。液态氯为金黄色。如果将温度继续冷却到-101℃时，液氯变成固态氯。④溶解性：易溶于有机溶剂，难溶于饱和食盐水。1体积水在常温下可溶解2体积氯气，形成氯水，产生的次氯酸具有漂白性，且可使蛋白质变质，且易见光分解。(2)化学性质：①毒性氯气是一种有毒气体，它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。②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：2Fe＋3Cl2＝2FeCl3（条件：点燃）③与金属反应钠在氯气中燃烧生成氯化钠化学方程式：2Na＋Cl2＝2NaCl（条件：点燃）④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）1.2氢气的来源及性质1.2.1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。1.2.2氢气的性质：(1)分子量：4.032(2)三相点：-254.4℃常州工程职业技术学院5(3)液体密度(平衡状态，-252.8℃)：169kg/m3(4)气体密度(101.325kPa，0℃)：0.180kg/m3(5)比容(101.325kPa，21.2℃)：5.987m3/kg(6)气液容积比(15℃，100kPa)：974L/L1.3原料及中间体规格(1)氢气：H2≥98%，O2/H2≤0.5%(2)氯气：Cl2Cl295%,H2O/Cl2≤0.06%,O2/Cl2≤2.5%,H2/Cl2≤0.4%(3)液氯尾氯：Cl2≥65%,H2/Cl2≤4%(4)盐酸：HCL≥31wt%,Fe50ppm,Av-Cl250ppm2合成盐酸的生产技术2.1盐酸的概要2.2.1盐酸的性质(1)物理性质：外观与性状：无色或微黄色易挥发性液体，有刺鼻的气味。pH：7（呈酸性）熔点(℃)：-114.8(纯)沸点(℃)：108.6(20%)相对密度(水)=1：1.20相对蒸气密度(空气)=1：1.26(2)化学性质：①强酸性，和碱反应生成氯化物和水HCl+NaOH=NaCl+H2O②能与碳酸盐反应，生成二氧化碳，水K2CO3+2HCl=2KCl+CO2↑+H2O③能与活泼金属单质反应,生成氢气④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↓2.2.2盐酸的用途盐酸是重要的无机化工原料，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业。盐酸能用于制造氯化锌等氯化物（氯化锌是一种焊药），也能用于从矿石中提取镭、钒、钨、锰等金属，制成氯化物。随着有机合成工业的发展，盐酸（包括氯化氢）的用途更广泛。如用于水解淀粉制葡常州工程职业技术学院6萄糖，用于制造盐酸奎宁（治疗疟疾病）等多种有机药剂的盐酸盐等。2.2.3盐酸的生产方法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。而我们氯化氢工段采用的是电解产品氯气和氢气直接合成盐酸的。2.2盐酸的生产原理及特点合成盐酸分两步：氯气与氢气作用生成氯化氢，再用水吸收氯化氢生产盐酸。合成氯化氢的反应如下：Cl2+H2→2HCl（条件：点燃）此反应若在低温、常压和没有光照的条件下进行，其反应速率非常缓慢，但在高温和光照的条件下，反应会非常迅速，放出大量热。氯气与氢气的合成反应，必须很好的控制，否则会发生爆炸。由于反应后的气体温度很高，因此，在用水吸收之前必须冷却。当用水吸收氯化氢时，也有很多热量放出，放出热量使盐酸温度升高，不利于氯化氢气体的吸收，因为溶液温度越高，氯化氢气体的溶解度就降低，因此，生产盐酸必须具有移热措施。工业上吸收有两种方法，即冷却吸收法和绝热吸收法。当被吸收气体氯化氢浓度高时，采用绝热吸收法，而氯化氢浓度低时则采用冷却吸收法。以合成法制取氯化氢，气体中氯化氢含量较高，因此多采用绝热吸收法。2.3合成工艺条件（1）温度氯气和氢气在常温、常压、无光的条件下反应进行的很慢，当温度升至440℃以上时，即迅速化合，在有催化剂的条件下，150℃时就能剧烈化合，甚至达到爆炸。所以，在温度高的情况下可以完全反应。如果温度高于500℃，有显著的热分解现象。一般控制合成炉出口温度400~450℃。(2)水分绝对干燥的氯气和氢气是很难反应的，而有微量水分存在时可以加快反应速率，水分是促进氯与氢反应的媒介。一般认为，如果水含量超过0.005%，则对反应速率没有多大的影响。（3）氯氢的分子比氯化氢合成，氯和氢按1:1的分子比化合，实际生产中是氢气过量，一般控制在5%左右，不超过10%，否则，原料成分或操作条件稍有波动，会造成氯气供应过量，这对防止设备腐蚀、提高产品质量、防止环境污染都是不利的，但氢过量太多，则有爆炸的危险。2.4工艺流程简述由氯氢处理工序输送来的氢气，经过氢气缓冲器，氢气阻火器进入合成炉。由氯氢处理工序输送来的氯气经过氯气缓冲器，然后进入合成炉。进入合成炉内的氯、氢按一定的配比，在合成炉的燃烧台上燃烧，生产白色的氯化氢气体。氯化氢气体自炉顶排除，经冷排管被空气冷却，然后进入石墨冷却器，被水冷却，氯化氢气体温度下降50℃左右，冷却常州工程职业技术学院7后的氯化氢气体进入一级降膜吸收塔和由二级降膜吸收塔流下来的稀盐酸并流而下，生产31%的合成盐酸，流入盐酸储槽。在一级降膜吸收塔里未被吸收的氯化氢气体进入二级降膜吸收塔和由填料吸收塔留下来的浓度约为2%左右的稀盐酸并流而下,生成稀酸流入一级降膜吸收塔。在二级降膜吸收塔内有极少部分未被吸收的氯化氢气体和其他的氢气、二氧化碳气体和氮气等废气进入填料吸收塔底部，来自循环水槽的吸收水用循环泵送入填料吸收塔，吸收水和第二极吸收塔来的气体，在塔内进行气液交换，吸收氯化氢气体，生成浓度为2%左右的稀由流入第二降膜吸收塔，未被吸收的气体由水喷射泵抽出排放至大气中，水喷射泵的下水流至循环槽中，一部分作为吸收水，另一部分作为喷射泵用水循环使用。31%盐酸自上而下进入树脂塔，经树脂处理吸附后的盐酸进入盐酸中间槽，一部分经泵再送高纯酸树脂吸附塔处理，达到高纯酸标准后进入高纯酸储槽，另一部分经泵送盐酸发货区。在石墨冷却器中，氯化氢气体中的水分大部分被冷凝析出，并同时吸收氯化氢气体，生成含铁量较高的盐酸流入红酸贮槽。来自离子膜阳床处理的软水（或蒸发一效回水）送入循环吸收水槽，作为吸收水的补充来源。图2.1合成盐酸工艺流程图（合成盐酸工艺流程图是自己用图纸绘的）3合成炉及工艺控制条件3.1合成炉的结构目前，国内外的炉型主要分为两大类：铁制炉和石墨炉。铁制炉耐腐蚀性能差，使用寿命短，合成反应难以利用，操作环境较差，目前采用较少。我所在的氯化氢工段前段时间还在使用铁制炉的，不过现在已经停止使用了，因为铁质炉反应太不灵敏了，而且都是手动阀来调节的，生产的量也比较小，我们工段现是在用石墨合成炉在生产盐酸的。石墨炉分而合一石墨炉和三合一石墨炉。二合一石墨炉是将合成和冷却集为一体，三合一石墨炉是将合成、冷却、吸收集为一体的炉子。石墨合成炉一般是立式圆筒型石墨设备，由炉体、冷却装置、燃烧反应装制、安全防爆装置、吸收装置、视镜等附件组成。三合一石墨炉，石英燃烧器安装在炉的顶部，喷出的火焰方向朝下。合成段为一圆筒状，由酚醛浸渍的不透性石墨制成，设有冷却水夹套，炉顶有一环型的稀酸分配槽，内径与合成段筒体相同。从分配槽溢出的稀酸沿内壁向下流，一方面冷却炉壁，另一方面与氯化氢接触形成浓度稍高的稀盐酸作吸收段的吸收剂。与合成段相连的吸收段由六块相同的圆块孔式石墨元件组成，其轴孔为吸收通道，径向孔为冷却水通道。为强化吸收效果，增加流体的扰动，每个块体的轴向孔首末端加工成喇叭口状，并在块体上表面加工有径向和环形沟槽，经过上一段吸收的物料在此重新分配进入下一块体，直至最下面的块体。未经吸收的氯化氢，经下封头汽液分离后去尾气塔，成品盐酸经液封送入储槽。常州工