年产10万吨氯碱合成工段的初步设计样本.doc

摘要
本设计是以氯化氢为产品，年产10万吨氯碱车间氯化氢合成工段初步设计。说明书首先叙述了合成氯化氢意义和作用，中国外氯化氢合成研究现实状况和发展前景。其次介绍了本设计设计依据，厂址选择，原材料及产品规格。确定工艺路线，工艺步骤简述，和整个生产过程物料和热量衡算。对氯化氢合成炉、吸收器和解析塔等关键设备进行了计算和对应选型，并综合各方面原因对车间部署，自动控制，安全和环境保护工程和公用工程进行了合理设计。完成了0字设计说明书，同时对生产步骤图，车间平立面部署图和主体设备图进行了绘制。

关键词：氯化氢；氯碱；合成；工艺路线

Abstract
Hydrogen chloride is the product of the the design, the preliminary design of an annual output of 100,000 tons of chlor-alkali workshop hydrogen chloride Section. Manual first expounded the significance and role of the synthesis of hydrogen chloride, hydrogen chloride synthesis of current research and development prospects at home and abroad. Second, it describes the design basis of the design, site selection, raw material and product specifications. Determine the process route, a brief description of the process, as well as material and heat balance of the entire production process. Hydrogen chloride synthesis furnace, the main equipment of the absorber, as well as analytical tower were calculated and the corresponding selection, and integration of various factors on the plant layout, automatic control, safety and environmental protection engineering and public works for a reasonable design. Completed a 20,000-word design specification, flow chart of production workshop and facade layout and the main equipment Figure drawing.

Keywords: Hydrogen chloride; Chlor-alkali; Synthesis;Process route

目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 总 论 1
1.1概述 1
1.1.1生产意义和作用 1
1.1.2中国外现实状况及发展前景 1
1.1.3产品性质和特点 2
1.1.4产品生产方法概述 3
1.2设计依据 4
1.3厂址选择 4
1.4设计规模和生产制度 4
1.4.1设计规模 4
1.4.2 生产制度 5
1.5 原料和产品规格 5
1.5.1 关键原料规格及技术指标 5
1.5.2 产品规格 6
1.6 经济核实 6
第2章 工艺设计和计算 7
2.1 工艺原理 7
2.2 工艺路线选择 8
2.3 工艺步骤简述 9
2.3.1 工艺步骤示意图 9
2.3.2 工艺步骤简述 9
2.4 物料衡算 10
2.4.1 生产能力及原料氯气和氢气量计算 10
2.4.2 合成炉物料衡算 10
2.4.3 降膜吸收器物料衡算 13
2.4.4 解吸塔物料衡算 14
2.4.5 尾气吸收塔物料衡算 15
2.5 热量衡算 16
2.5.1 合成炉热量衡算 16
2.5.2 石墨冷却器热量衡算 22
2.5.3降膜吸收器热量衡算 24
2.5.4解吸塔热量衡算 26
2.5.5 尾气吸收塔热量衡算 27
2.5.6石墨换热器热量衡算 29

2.5.7盐水石墨冷却器热量衡算 30
2.6 Aspen模拟 31
2.6.1全步骤Aspen模拟图 31
2.6.2氯化氢合成炉Aspen模拟图 31
2.6.3降膜吸收器Aspen模拟图 32
第3章 设备选型 35
3.1 关键设备计算 35
3.1.1合成炉炉体直径计算 35
3.1.2合成炉换热面积计算 35
3.1.3合成炉炉高计算 39
3.1.4合成炉灯头尺寸计算 39
3.1.5爆破膜尺寸计算 42
3.1.6 厚度计算 43
3.1.7 封头选择及计算 44
3.2 其它设备计算及选型 45
3.2.1石墨冷却器计算及选型 45
3.2.2降膜吸收器计算及选型 46
3.2.3 尾气吸收塔计算及选型 47
3.2.4解吸塔计算及选型 48
3.2.5石墨换热器计算及选型 49
3.2.6盐水石墨冷却器计算及选型 52
第4章 设备一览表 53
第5章 车间设备部署 54
第6章 自动控制 55
第7章 安全和环境保护 57
7.1 安全 57
7.2 三废产生情况 58
7.3 三废处理情况 58
第8章 公用工程 58
8.1 供水 58
8.2 供电 59
8.3 供暖 59
8.4 通风 60
参考文件 60
致谢 61

第1章 总 论
1.1概述
1.1.1生产意义和作用
工业上用电解饱和食盐水方法来制取NaOH、Cl2、H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称之为氯碱工业。NaOH、Cl2和H2全部是关键化工生产原料，能够深入加工成多个化工产品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎包含国民经济及人民生活各个领域。
氯化氢在化工生产中液有广泛用途。在有机化学工业中，氯化氢是极为关键基础原料，可和烯烃和炔烃发生液相加成反应，或在有催化剂作用下进行加成反应以制取氯乙烯、氯乙烷和氯丁二烯等关键化工产品。还可和烃类发生氧氯化反应生成二氯乙烷、氯苯、三氯乙烯和四氯化碳等氯烃产品。在电子工业中，氯化氢可用于硅外延生长、气相抛光、吸杂、刻蚀和结晶处理等工艺。在石油工业中，对由渗透率低石灰岩组成储油结构进行酸化，可扩大岩层裂缝，提升油流动性和渗透率。
1.1.2中国外现实状况及发展前景
1.1.2.1氯碱工业中国外现实状况及发展前景
世界氯碱生产集中度较高，其中半数集中在亚洲，但其规模普遍较小。世界氯碱技术发展总体方向是规模大型化，节能降耗技术将成为关键，新建和扩建氯碱产能90%以上将采取离子膜法工艺。
中国氯碱工业创建于20世纪20年代。近几年，中国氯碱生成工艺即使有了较大改变，采取优异生成工艺生产装置逐年增加，不过，总来说，生产工艺和国外相比相对落后，再加上其它部分原因，生产成本普遍较高[5]。
1.1.2.2氯化氢合成中国外现实状况及发展前景
伴随石油化工蓬勃兴起，对氯需求量大幅增加，推进了氯碱工业发展，为了利用大量副产物氢气，合成法制盐酸发展起来了。现在中国外对于制备高纯度氯化氢方法很多。比如，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提纯法等。本世纪上半叶合成法逐步成为世界各国生产盐酸关键方法。
中国在合成氯化氢气体生产过程中不停进行革新，引进国外优异工艺步骤。今年来，因为石墨炉广泛使用，生产效率大幅度提升，也使得氯化氢及盐酸合成工艺达成了新技术水平。
1.1.3产品性质和特点
1.1.3.1氯化氢性质
1、物理性质
氯化氢分子量为36.46，在常温下为无色气体，含有刺激性气味。氯化氢比空气重，标准状态下密度为1.639g/L。临界温度为51.54℃，临界压力为8314KPa，临界密度为0.42g/cm3。氯化氢在水中溶解度很大，不一样温度下，氯化氢在水中溶解度见下表。
表1-1 氯化氢在水中溶解度（101.3KPa）
温度 ℃
溶解度 LHCl/LH2O
0
506.5
10
473.9
20
442.0
30
411.5
40
385.7
50
361.6
60
338.7
氯化氢在101.3KPa压力下，沸点为-85℃，凝固点为-114.2℃。氯化氢比热容在常压下15℃时为0.8124KJ/（Kg·℃），在0—1700℃范围内，可按下式计算（其误差为1.5%） 式中，T为绝对温度，K。
氯化氢能和空气中水蒸气形成烟雾，所以，氯化氢在空气中能发烟。无水氯化氢在常温及607.8 KPa压力下可液化，在沸点时密度为1.194g/ml。
2、化学性质
（1）干燥氯化氢不和金属反应。
（2）氯化氢和三氧化硫作用可生成氯磺酸：
SO2 + HCl = HSO3Cl
（3）氯化氢和不饱和烃在催化剂作用下可发生加成反应：
C2H2 + HCl = C2H3Cl
1.1.3.2盐酸性质
1、物理性质
氯化氢水溶液成为盐酸。盐酸是一个挥发性酸，纯净盐酸是无色透明溶液。但在工业盐酸中常有铁、氯或有机物而呈黄色。
15℃时不一样浓度盐酸密度建表1-2
表1-2 盐酸溶液沸点
浓度%
0.16
8.16
17.13
23.82
30.55
31.52
32.49
33.46
34.42
35.38
密度g/ml
1.000
1.040
1.085
1.120
1.155
1.160
1.165
1.179
1.175
1.180
盐酸溶液在在大气压下沸点见表1-3
表1-3 盐酸溶液在在大气压下沸点
HCl浓度%（mol）
0
2
4
6
8
10.5
12
14
17
18.5
26.3
温度（℃）
100
101.8
103.3
105.3
108.0
109.7
109.0
105.2
92.0
82.7
69.0
2、化学性质
盐酸轻易和很多金属起反应，放出氢气而生成盐类，和碱类发生中和反应生成盐和水。
2HCl + Fe = FeCl2 + H2
HCl +NaOH=NaCl+H2O
1.1.4产品生产方法概述
中国外对于制备高纯氯化氢气体方法有很多。
1、解吸发。20世纪70年代以前电子工业用高纯氯化氢制备，一直是将浓硫酸滴加到盐酸中，将其中水吸收掉，使过饱和氯化氢气体析出。20世纪80年代以后制备方法发展到用浓硫酸和烘焙干氯化钾反应，生成高纯氯化氢气体，用压缩机压入钢瓶中。
2、盐酸脱析法。将浓盐酸置于脱析塔中加热脱析制氯化氢气体。盐酸脱吸法制高纯氯化氢广泛用于PVC、氯丁二烯和高纯盐酸生产中。
3、合成法。氯气和氢气在合成炉中进行燃烧反应，生成氯化氢气体是八十年代初为适应中国电子工业快速发展而提出。在技术上市较优异方法。此种方法生产氯化氢气体纯度在99.99%以上。
4、工业副产酸脱析法。伴随盐酸脱析法逐步推广，副产酸脱析生产氯化氢工艺工艺已广泛应用于生产。它是经过稀酸在绝热吸收塔吸收有机氯化物生产中副产氯化氢，提浓后，进入解吸塔脱析出来高浓氯化氢气体。
5、石油化工副产氯化氢提纯法。现在电子级氯化氢出口国，如美国，关键是从石油化工副产氯化氢作为原料来制备高纯氯化氢。石油化工副产氯化氢气体，其中水含量低，对不锈钢和碳钢基础无腐蚀。对于此种气体净化通常采取精馏或吸附方法，但因为其中乙炔和乙炔杂质沸点和氯化氢沸点相近，极难采取精馏方法脱除得洁净，而吸附方法操作过程繁琐，需频烦更换吸附剂，生产成本高。
本设计采取方法是合成法制备氯化氢气体。
1.2设计依据
1、齐齐哈尔大学化学和化学工程学院下发毕业设计任务书。
2、《化工工艺设计手册》一书
3、本身在黑龙江昊华化工氯碱车间实习相关信息和知识。
4、《化工设备设计手册》
1.3厂址选择
依据厂址选择标准和要求，将本设计厂址选在江苏省盐城市合德镇。
盐城市合德镇地处中国东部江苏沿海中部，东临黄海，南和南通市毗邻，北和连云港接壤，西和扬州、淮安相连，对接长三角，铁路、公路、水路、航空四种运输方法组成了四通八达交通运输网络。盐城市沿海生态环境有相对很好、容量较大优势，沿海滩涂土地资源也相对充足。氯碱工业副产物氯气及氯化氢等可用于下游橡胶、塑料、医药工业发展。再加上政府对于海洋工业扶植，关键发展盐化工，增加了再此地建氯碱厂优势。
1.4设计规模和生产制度
1.4.1设计规模
生产能力入下表1-4所表示。
表1-4 生产能力
产品名称
氢氧化钠
生产时间
8000小时
处理量
12.5吨/小时
1.4.2 生产制度
本车间工作人员工作制度为三班制，每班8小时连续生产，按四班三倒制度运转，其中管理人员实施一班制。人员组成如表1-5所表示
表1-5 车间人员组成
序号
职能名称
人数
人员配置班制
1
车间主任
1
八小时工作制
2
班长
3
四班三倒制
3
技术员
3
四班三倒制
4
分析检验员
3
四班三倒制
5
中控室操作员
3
四班三倒制
6
操作工
12
四班三倒制
7
维修工
3
四班三倒制
1.5 原料和产品规格
1.5.1 关键原料规格及技术指标
原料气组成以下表1-6所表示
表1-6 原料气组成
物质
氯气（V%）
氢气（V%）
纯度
97.16
97.45
含氢
0.34
97.45
含二氧化碳
0.21
—
含氧气
0.99
0.01
含水分
0.18
2.48
含氮气
1.12
0.06
进料温度（℃）
25
25
进料压力（MPa）
0.21
0.21
1.5.2 产品规格
本设计工段关键产品为氯化氢气体及盐酸。
产品氯化氢纯度 99.9%
产品盐酸浓度 20%-22%
1.6 经济核实
化工工程建设项目在筹备阶段就要进行费用估算，目标是给项目主管部门提供决议依据。经济核实必需考虑到一切可能存在原因：用于原材料、劳动力、设备维修、动力和其它公用工程等方面直接生产成本，还包含车间管理费、销售费用和其它费用。
在本设计中，经调查海盐市场价为240元/吨，冷冻盐水市场价为1250元/吨，冷却水市场价为0.4元/吨，低压蒸汽为65元/吨。
原料海盐费用计算以下：
=146250t/a
所以，W1=146250×240=35 100 000元
冷却水费用计算以下：

所以，W2=0.4×/1000=1853362. 80元/年
冷冻盐水费用计算以下：

所以，W3=1250×/1000=79367300元/年
低压蒸汽费用计算以下：

所以，W4=65×/1000=172723.2元/年
本车间定员28人，每人每个月平均工资为3000元，则每十二个月工人工资总费用为1008000元
本设计经济核实见表1-7。
表1-7 经济核实表
序号
指标名称
计算单位
设计指标
成本/万元
1
生产规模
t/a
10wt氯碱
—
2
车间定员
人
28
100.8
3
原盐
t/a
146250
3510
4
原料水
t/a
4.5wt
37694.752
5
蒸汽耗量
t/a
2657.28
17.27232
6
冷凝水耗量
t/a
4633405.2
185.33628
7
冷冻盐水
t/a
63493.84
7936.73
8
设备数量及投资
台
10
400
9
车间建筑面积
m2
260
100
第2章 工艺设计和计算
2.1 工艺原理
工业上生产氯化氢现在全部是用氯气和氢气直接合成，因原料气中含有氧气，此时氢气也会和氧气发生燃烧反应，合成炉内燃烧方程式以下：
Cl2 + H2 2HCl
O2 + 2H2 2H2O
机理分析：氯气和氢气在没有光照射或光线很弱、低温、常压下，其反应速度很慢，只有在加热条件下，或在光线照射下及触煤影响下，才能快速发生化合作用，甚至发生爆炸性。其反应为链锁反应。
(1)链引发：在合成氯化氢过程中，氯气和氢气在光照作用下，首先，氯气分子吸收光量子从而被离解成两个活化氯原子。

(2)链传输：活化氯原子(C1·)再和氢分子作用生成一个氯化氢分子和一个活化氢原子(H·)，这个活化氢原子又和一个氯气分子作用，生成一个氯化氢分子和一个活化氯原子。这么继续下去组成一个链锁性反应。即：
①
②
③
④
(3)链终止：当在链锁反应过程中，如有外来原因和C1·和H·化合，则反应被破坏而使活性消失。
①在氧气存在下燃烧破坏H·活性，从而使链锁反应中止，

②在反应过程中元素本身结合也能够使链终止。

③在反应过程中，因为活性氢原子和活性氯原子在设备内壁碰撞也会发生链终止。氯化氢用水吸收后即可成为盐酸。
2.2 工艺路线选择
本设计采取合成法制备氯化氢和盐酸。现在合成法制备盐酸关键有三种方法：铁合成炉制备，二合一石墨合成炉制备，三合一合成炉制备。这三种方法关键区分在于合成炉不一样。
铁合成炉制取盐酸工艺特点：本体不带冷却水套，炉内氯化氢气体会对炉体造成腐蚀，造成铁离子进入氯化氢气体内，经吸收后制取盐酸中含铁量过高，颜色发黄，影响产品质量。
二合一石墨合成炉制取盐酸工艺特点：炉内合成氯化氢气体不和合成炉钢铁部分接触，生成氯化氢质量较高；装置生产能力跟过去比也有很大提升；出合成炉氯化氢气体用石墨冷却器冷却，跟钢制冷却盘管相比，冷却效果有了很大提升；二合一炉热水废热也可在此利用。
三合一石墨合成炉制取盐酸工艺特点：氯气和氢气在套管内混合燃烧，不管负荷大小火焰全部能保持稳定；冷却段采取强化传热技术，在水套内增设导流板，迫使冷却液成螺旋状围绕石墨炉筒外壁流动，提升流速；吸收段采取溢流管外加侧稳压环技术，提升了吸收效果，同时保障了盐酸合格率。
铁合成炉制取盐酸工艺因为生成盐酸质量较低，已被很多企业淘汰。石墨三合一合成炉结构紧凑、传热效率高、检修方便、使用寿命长、操作弹性强，被广泛使用。二合一炉合成、在炉内完成冷却，在炉外进行吸收，既能够生产氯化氢气体，又能够部分吸收生产盐酸，能够满足不一样需求，含有更宽广应用前景。
所以本设计采取“二合一”合成炉制取氯化氢气体。
2.3 工艺步骤简述
2.3.1 工艺步骤示意图

2.3.2 工艺步骤简述
来自氢气车间氢气和来自氯气车间氯气在合成炉底部燃烧器混合点火燃烧，温度可达成℃以上。合成炉夹套冷却水将反应放出热量带走，气体在合成炉顶部温度降为350℃左右，经石墨冷却器冷却至170℃左右，进入降膜吸收器，和来自尾气塔稀酸进行并流吸收，降膜吸收器底部生成酸浓度可达35%左右，供解吸塔解吸用。未被吸收气体进入尾气吸收塔，用来自解吸塔稀酸吸收，生成酸供降膜吸收器使用。由解吸塔脱出氯化氢气体进入石墨冷却器进行冷却，至40℃，再进入盐水石墨冷却器，由冷冻盐水将氯化氢气体冷却至-12℃—-18℃，得到干燥氯化氢气体送至下一工段。
2.4 物料衡算
2.4.1 生产能力及原料氯气和氢气量计算
2.4.1.1 生产能力
年产10万吨氯碱，年产时间按8000h计算，则
氢氧化钠流量为：
2.4.1.2 氯化氢产量
盐水电解方程式为：
所以，
在合成HCL反应中，按计算，
所以， ，
表2-1原料气组成
物质
氯气（mol%）
氢气（mol%）
纯度
97.16
97.45
含氢
0.34
97.45
含氮气
1.12
0.06
含二氧化碳
0.21
—
含水分
0.18
2.48
含氧气
0.99
0.01
进料温度(℃)
25
25
进料压力(MPa)
0.21
0.21
2.4.2 合成炉物料衡算

2.4.2.1 进合成炉各物质量
原料氢气量=纯氢气摩尔量/氢气摩尔分数
原料氢气量：156.25/0.9745=160.399kmol/h
各组分含量=原料氢气量×组分摩尔分数
含氮气：160.399×0.06%=0.0962kmol/h
含水分：160.399×2.48%=3.976kmol/h
含氧气：160.399×0.01%=0.0160kmol/h
原料氯气量=纯氯气摩尔量/氯气摩尔分数
原料氯气量：148.81/0.9716=153.16kmol/h
各组分含量=原料氯气量×组分摩尔分数
含氢气：153.16×0.34%=0.521kmol/h
含氮气：1153.16×1.12%=1.715kmol/h
含二氧化碳：153.16×0.21=0.3216kmol/h
含水分：153.16×0.18%=0.2757kmol/h
含氧气：153.16×0.99%=1.516kmol/h
各物料总进料：
氢气：ΣH2(mol)=156.25+0.521=156.771kmol/h
ΣH2(m)= 156.771×2=313.542kg/h
氮气：ΣN2(mol)=0.0962+1.715=1.8112kmol/h
ΣN2(m)= 1.8112×28=50.714kg/h
水： ΣH2O(mol)=3.976+0.2757=4.2517kmol/h
ΣO2(m)= 4.2517×18=76.5306kg/h
氧气：ΣO2(mol)=0.0160+1.516=1.532kmol/h
ΣO2(m)= 1.532×32=49.024kg/h
氯气：ΣCl2(mol)=148.81kmol/h
ΣO2(m)= 148.81×71=10565.5kg/h
CO2： ΣCO2(mol)=0.3216kmol/h
ΣO2(m)= 0.3216×44=14.1504kg/h
总进料(mol)=156.771+148.81+1.8112+4.2517+1.532+0.3216
=313.5kmol/h
总进料(m)=313.542+10565.5+50.714+76.5306+49.024+14.1504
=11069.461kg/h
2.4.2.2 出合成炉各物质量
合成炉内两个反应： ①
②
① 生成氯化氢量为：
1 1 2

=2×=2×148.81=297.62

② 氧气燃烧所消耗氢气及生成水量为：

2 1 2
1.532
消耗氢气量
生成水量=1.532=3.064

水总摩尔量
水总质量
剩下氢气量为：

二氧化碳、氮气没有参与反应量不变
⑤总出料(mol)=297.62+7.3517+4.897+1.8112+0.3216
=311.97kmol/h
总出料(m)=10863.13+131.68+9.794+50.714+14.1504
=11069.471kg/h
表2-2 HCl合成炉物料平衡表
输入，kg/h
输出，kg/h
H2 313.542
HCl 10863.13
N2 50.714
H2O 131.68
H2O 76.5306
H2 9.794
O2 49.024
N2 50.174
Cl2 10565.5
CO2 14.1504
CO2 14.1504

总计 11069.461
11069.471
因总进料量(m)≈总出料量(m)，所以物料守衡。
2.4.3 降膜吸收器物料衡算

2.4.3.1吸收剂用量计算
吸收剂用20%稀盐酸，假定氯化氢吸收率为99%，出塔盐酸浓度为35%。
依据塔内HCl量守恒，可得：
G=L×(X1-X2) ①
式中：G——单位时间内由气相转入液相溶质量，kmol/h
L——单位时间内经过吸收塔溶剂量，kmol/h
X1,X2——分别为出塔及进塔液体中溶质组分摩尔比
其中， G=G合×0.954×0.99=311.97×0.954×0.99=294.64kmol/h
吸收剂为21%盐酸，出塔盐酸浓度为35%。
所以， X1=0.2655，X2=0.1311
所以，由①式可得，L=

所以，吸收剂量为
2.4.3.2出塔气体质量流量计算
出塔气体中剩下氯化氢量为GHCl=G合×0.954×（1-0.99）=3kmol/h
所以，mHCl余=109.5kg/h
出塔气体中剩下混合气体量为m混合气=206.341kg/h
所以，出塔气体总质量流量为m出塔气=315.84kg/h
2.4.3.3出塔液体质量流量计算
因为进塔液体和出塔液体中水量是不变，所以

表2-3降膜吸收器物料平衡表
输入，kg/h
输出，kg/h
进吸收器混合气 HCl 10863.13
出吸收器混合气 HCl 109.5
H2O 131.68
H2O 131.68
H2 9.794
H2 9.794
N2 50.174
N2 50.174
CO2 14.1504
CO2 14.1504
吸收剂用量 49954.23
出吸收器液体流量 60708.74
总计 61023.701
61024.58
2.4.4 解吸塔物料衡算

吸收器塔底液体全部进入解吸塔进行解析，则解吸塔物料计算以下：
2.4.4.1进塔液体质量流量计算
解吸塔进塔液量等于吸收塔塔底出塔液量

2.4.4.2出塔液体质量流量计算
出塔液体为20%盐酸。出塔液中水量为：

2.4.4.3出塔气体质量流量计算
依据氯化氢守恒，可得
G=L×(X1-X2)
其中，X1=0.2655，X2=0.1233，
所以，
G=311.74kmol/h
则
表2-5解吸塔物料平衡表
进塔物质量，kg/h
出塔物质量，kg/h
进塔液体 35%盐酸 60708.74
出塔气体 11380.49

出塔液体 49328.25
总计 60708.74
60708.74
2.4.5 尾气吸收塔物料衡算

2.4.5.1进塔液体质量流量计算
尾气塔进塔液体质量流量等于解吸塔出塔液体质量流量。
所以，
2.4.5.2进塔气体质量流量计算
进塔气体中氯化氢摩尔流量为3mol/h，其它混合气体摩尔流量为14.35kmol/h
所以，
2.4.5.3出塔气体质量流量计算
设从降膜吸收器中未被吸收氯化氢气体在尾气吸收塔中全部吸收，则

2.4.5.4出塔液体质量流量计算
出塔液体为21%盐酸，因为出塔液体和进塔液体中水量是不变，则出塔液体质量流量为

表2-4尾气吸收塔物料平衡表
输入 kg/h
输出 kg/h
进塔气体 HCl 109.5
出塔气体 H2O 131.68
H2O 131.68
H2 9.794
H2 9.794
N2 50.174
N2 50.174
CO2 14.1504
CO2 14.1504

吸收剂 49328.25
出塔液体 49437.75
总计 49644.09
49044.09
2.5 热量衡算
2.5.1 合成炉热量衡算

2.5.1.1原料气带入热量
原料气各组分在25℃时比热容见表2-6
表2-6 原料气各组分25℃比热容
物质
Cl2
H2
N2
O2
CO2
H2O
CP（）
2.22
14.72
1.047
0.913
0.837
4.18
所以，原料气带入总热量为

2.5.1.2 合成炉内两个反应摩尔反应热计算
①合成炉内两个反应反应热计算式
[1]
[1]
合成反应放出热量计算式

合成炉内放出总热量为两反应放出热量之和：

式中：Qr——合成氯化氢反应热，KJ/h
GHCl——反应生成氯化氢气体摩尔流量，kmol/h
T——合成炉灯头温度，K
ΔH0m1(298.15K)——氯化氢合成反应标准摩尔反应热焓，KJ/h
ΔCPm1——氯化氢合成反应反应产物和原料摩尔比热容系数差值，J/mol.K
Q’r——氧气燃烧反应热，KJ/h
G水——反应生成水蒸汽摩尔流量，kmol/h
ΔH0m2(298.15K)——水蒸汽合成反应标准摩尔反应热焓，KJ/mol
ΔCPm2——水蒸汽合成反应反应产物和原料摩尔比热容系数差值，J/mol.K
②合成炉内两个反应摩尔反应热
恒压比热容计算式为：CP=a+bT+cT-2，式中：a、b、c为常数，由文件[3]查得各物质a、b、c见下表2-5。
表2-7 各物质恒压比热容常数表
物质名称
a
b
c
适用温度
氢气
27.29
3.25×10-3
0.501×105
298-2500
氯气
36.89
0.24×10-3
-2.83×105
298-3000
氯化氢
26.02
4.07×10-3
1.08×105
298-2500
水
30.01
10.7×10-3
0.32×105
298-2500
氧气
29.95
4.17×10-3
-1.66×105
298-3000
因为ΔCP为生成物CP和反应物CP之差，所以两个反应ΔCP计算以下：
生成氯化氢反应：

所以摩尔反应热：

生成水反应：

所以摩尔反应热：

2.5.1.3计算灯头温度[9]及反应放出热量
①

灯头温度有以下关系式：
②
式中：G合——合成气摩尔流量，kmol/h
C’p合——合成气恒压摩尔比热容，J/mol.K
t——合成气入口温度，℃
t1——灯头温度，℃
混合气体C’P可用下面式子算得：

合成气出口温度为350℃，由定压比热容计算式计算得各物质在出口温度下
表2-8 各物质在350℃下比热容
物质
氯化氢
氢气
氮气
二氧化碳
水
（）
29.92
29.46
30.83
47.55
37.4
各物质在合成气中含量：

∴
=30.09KJ/mol·℃
将G合，C’P，t代入②式并联立①、②可得：

解之,得T=2736.86K，即合成炉灯头温度为2736.86K。
将灯头温度带入①式，可得反应放出总热量
所以，反应放出总热量为：

2.5.1.4计算冷却水用量
合成气入口温度25℃，出口温度350℃，在平均温度187.5℃，查气体比热容共线图可得混合气中各组分比热容
表2-9 各物质在187.5℃下比热容
物质
N2
CO2
H2O
HCl
H2
（）
29.3
36.82
33.9
29.02
28.3
所以，合成气带走热量计算以下：

所以，合成气带走总热量为：

冷却水移走热量

取冷却水温差为25℃，查得=4.18KJ/kg·℃
冷却水用量为

表2-10 合成炉热量衡算表
输入 kJ/h
输出 kJ/h
原料气带入热量 708981.3
合成气带走热量 2953740
合成反应放出热量 22909394.16
冷却水带走热量 20664635.46
总计 23618375.46
23618375.46
2.5.2 石墨冷却器热量衡算

石墨冷却器合成气体入口温度℃，出口温度为℃
2.5.2.1 各物质进石墨冷却器带入热量
表2-11 各物质在350℃下比热容
物质
N2
CO2
H2O
HCl
H2
（）
30.46
48.79
35.4
30.54
28.3
所以，各物质进石墨冷却器带入热量分别为：

所以，进石墨冷却器带入热量为：

2.5.2.2 各物质出石墨冷却器带入热量
表2-12 各物质在170℃下比热容
物质
N2
CO2
H2O
HCl
H2
（）
29.3
36.82
33.9
29.02
28.3
所以，各物质出石墨冷却器带走热量分别为：

所以，出石墨冷却器带走热量为：

2.5.2.3 冷却水用量
冷却水进口温度为27℃，温差为10℃，冷却水比热容为4.18KJ/kg·℃
冷却水移走热量为：

所以，冷却用量为：

表2-13 石墨冷却器热量衡算表
输入 kJ/h
输出 kJ/h
混合气带入热量 3345240
混合气带走热量 1552154.22

冷却水带走热量 1793085.78
总计 3345240
3345240
2.5.3降膜吸收器热量衡算

2.5.3.1 进吸收器液体带入热量
进塔液体为20%盐酸溶液，进塔温