30kta氯化氢氧化制氯气生产工艺初步设计化学工程与工艺
时间：2021-11-03 08:53:07 来源：网友投稿
30kt/a 氯化氢氧化制氯气生产工艺初步设计 摘 摘 要
氯气是一种重要的化工原料应用极其广泛。应用于化学、冶金、造纸、纺织、制药、石油工业、饮用水消毒和环境保护工业。我国的氯产品有 200 多种，主要有 70 多个。但是，使用氯的过程会产生副产物 HCl。目前，运行的企业多采用水吸收法，将副产 HCl 制成盐回收或低价出售。盐酸的价格便宜、腐蚀性较强、储存难、不易长时间运输。当盐酸滞销时只能采取中和排放的方法，这样既会造成氯资源的浪费，也带来了环境问题。人们逐渐意识到要进行 HCl 气体的回收利用，将氯元素循环使用。
由氯化氢制备氯气的方法主要有：电解法、直接氧化法、和催化剂法。其中，电解法投资大、能耗高，直接氧化法存在废液处理难、HCl 转化不完全等问题，因此，电解法和直接氧化法不能获得高的经济价值。催化氧化法最早的工艺是由Deacon在1868年发明，此方法在工业中已有较为广泛的使用,本设计采用Deacon法 根据 Deacon 工艺流程，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型进行稳态模拟计算。采用 Aspen 流程模拟软件对流程进行了模拟，对工艺参数进行了优化，得到了适宜的操作条件。对流程中所涉及的设备进行选型，并进一步绘制了物料流程图、带控制点的工艺流程图以及主要设备的工艺条件图。
关键词：
氯气；氯化氢氧化；Deacon 工艺
ABSTRACT Chlorine is an important chemical raw material which has been widely used. It is used in chemical, metallurgy, papermaking, textile, pharmaceutical, petroleum industry, disinfection of drinking water and environmental protection industry. Chlorine products have more than 200 in China, there are more than 70 main products. However, the use of chlorine will produce a byproduct of HCl. Enterprises uses the water absorption method to absorb chlorine, the by-product HCl will be recoverd or sell. Hydrochloric acid is cheap, strong corrosive, hard storage, easy transport for a long time. When hydrochloric acid unsalable ,we can only take method to neutralize them and emission them. However, chlorine will cause the waste of resources, but also brings environmental problems. The awareness which is carrying out the recycling of HCl gas, and recycle the chlorine element is growing. Method of preparation of chlorine from hydrogen chloride are: electrolysis, direct oxidation and catalyst. The electrolysis of high investment, high energy consumption, direct oxidation of existing wastewater treatment difficult, HCl transformation is not completely, therefore, the electrolysis and direct oxidation method can’t obtain high economic value. The process as early as the catalytic oxidation method was invented by Deacon in 1868, the use of this method has been widely in industrial field. According to the process, we select appropriate operation modules and thermodynamic methods and establish process model to calculate the steady-state simulation. Using the Aspen to simulate the process,then process parameters were optimized to obtain the optimal operation condition. The selection of the process involved in the equipment, and further draw the material flow chart process conditions, process flow chart with control points and main equipment.
KEY WORDS：
：
Chlorine; hydrogen chloride oxidation; Deacon process
目
录
第一章 概述
..................................................................................................................... 1 1.1 工艺设计概述
...................................................................................................... 1 1.1.1 设计要求
................................................................................................... 1 1.1.2 设计内容
................................................................................................... 1 1.2 产品概述
............................................................................................................. 1 1.2.1 氯气的物理性质
......................................................................................... 1 1.2.2 氯气的化学性
............................................................................................ 2 1.3 原料概述
............................................................................................................. 2 1.3.1 氧气的物理性质
......................................................................................... 2 1.3.2 氧气的化学性质
......................................................................................... 3 1.4 原料概述
............................................................................................................. 3 1.4.1 氯化氢的物理性质
...................................................................................... 3 1.4.2 氯化氢的化学性质
...................................................................................... 4 1.5 氯化氢氧化制氯气的生产工艺发展史
................................................................... 4 1.5.1 不同反应工艺方法的比较
........................................................................... 4 1.5.2 工艺方法的选择
......................................................................................... 5 第二章 工艺原理及流程说明
............................................................................................ 7 2.1 生产工艺原理及特点
........................................................................................... 7 2.1.1 工艺原理
................................................................................................... 7 2.1.2 工艺特点
................................................................................................... 8 2.2 工艺流程说明
...................................................................................................... 8 2.2.1 反应过程
................................................................................................... 8 2.2.2 分离过程
.................................................................................................... 8 2.2.3 催化剂回收
................................................................................................ 9 2.2.4 事故停车控制
............................................................................................. 9 2.3 主要设备及工艺参数
......................................................................................... 10 2.3.1 合成工序
................................................................................................. 10 2.3.2 分离工序
................................................................................................. 10 第三章 物料衡算
............................................................................................................ 14 3.1 物料衡算的基本原理
......................................................................................... 14 3.2 料衡算的基本任务
............................................................................................. 14 3.3 系统物料衡算
.................................................................................................... 14
3.3.1 系统总物料衡算
....................................................................................... 14 3.3.2 塔器类物料衡算
....................................................................................... 15 3.3.3 罐槽类物料衡算
....................................................................................... 21 第四章 能量衡算
............................................................................................................ 27 4.1 能量衡算的基本原理
......................................................................................... 27 4.2 能量衡算的基本任务
......................................................................................... 27 4.3 系统能量衡算
.................................................................................................... 28 4.3.1 系统总能量衡算
....................................................................................... 28 4.3.2 塔器类能量衡算
....................................................................................... 28 4.3.3 罐槽类能量衡算
....................................................................................... 29 第五章 设备选型
............................................................................................................ 31 5.1 反应器选型
....................................................................................................... 31 5.1.1 概述
........................................................................................................ 31 5.1.2 反应器的选型
.......................................................................................... 31 5.1.3 反应器尺寸、材质的确定
......................................................................... 31 5.2 塔设备选型
....................................................................................................... 32 5.2.1 设计标准与依据
....................................................................................... 32
5.2.2 概述
........................................................................................................ 32
5.2.3 塔型比较
................................................................................................. 32 5.2.4 选型基本原则
.......................................................................................... 34
5.2.5 填料塔设备设计 ....................................................................................... 35 5.3 储罐设备选型及设计
......................................................................................... 40 5.3.1 设计标准与依据
....................................................................................... 40
5.3.2 储罐选型及设计 ....................................................................................... 40 5.4 泵的选型
........................................................................................................... 42 5.4.1 概述
........................................................................................................ 42 5.4.2 泵选型基本原则
....................................................................................... 44 5.4.3 泵选型条件
.............................................................................................. 45 5.4.4 泵选型示例
.............................................................................................. 45 5.5 换热器选型与设计
............................................................................................. 47 5.5.1 选型依据与标准
....................................................................................... 47
5.5.2 概述
........................................................................................................ 47
5.5.3 选型基本原则
.......................................................................................... 47
5.5.4 换热器选型说明 ....................................................................................... 48
5.5.5 换热器选型详细示例
................................................................................ 53 第六章 环境保护
............................................................................................................ 59 6.1 环境保护规范
.................................................................................................... 59 6.2 三废来源
........................................................................................................... 59 6.2.1 废水
........................................................................................................ 59 6.2.2 固体废物
................................................................................................. 59 6.2.3 噪声
........................................................................................................ 60 6.2.4 废气
........................................................................................................ 60 6.3 三废治理措施
.................................................................................................... 60 6.3.1 废水治理
................................................................................................. 60 6.3.2 固体废物处理
.......................................................................................... 60 6.3.3 噪声治理
................................................................................................. 60 第七章 小结
................................................................................................................... 61 参考文献
........................................................................................................................ 62 致谢
............................................................................................................................... 63 附录
................................................................................................. 错误! 未定义书签。
1.
物料流程图(PFD)
................................................................ 错误! 未定义书签。
2.
物料仪表流程图(PID)
......................................................... 错误! 未定义书签。
3.
主要设备工艺条件图
.......................................................... 错误! 未定义书签。
第一章 概述
第一章 概述 1.1 工艺设计概述 1.1.1 设计要求 本文设计年产 3 万吨氯化氢氧化制氯气的生产装置，每年按 8000 小时计。生产原料为质量分数为≥90%氯化氢，99.5%氧气，产品为质量分数≥99%的氯气。
1.1.2 设计内容 设计氯化氢氧化制氯气生产流程，运用流程模拟软件对整个工艺流程进行模拟计算，包括物料衡算，能量衡算；相关设备（塔设备、泵、换热器、储罐）的选型；以及物料流程图（PFD）、带控制点流程图（PID）、设备条件图的绘制。
1.2 产品概述 有机氯产品是重要的医药、农药和其他精细化工产品的中间体，某些氯产品本身也是重要的工程材料。据统计，在化工行业 1/4 左右的人员从事与氯相关的生产和技术工作，而几乎所有的有机氯源均来自氯气和液氯。我国氯气的年均消耗量达到 580 万吨/年，其中用于制造工程材料领域的占 37%，用于有机化工和无机化工产品生产的分别占 25%和 17%，其他的用于水处理、纸浆等行业。特别重要的耗氯工程塑料当属 PVC，目前国内的总产量达到 355 万吨/年，还远远不能够满足每年超过 600 万吨每年的消耗量； 1.2.1 氯气的物理性质 表 1-1 氯气的物理性质 Table 1-1 physical properties of chlorine 物性 参数 外观与性状 无色透明油状液体 熔点(℃) -101.1
第一章 概述
物性 参数 沸点(℃) -34 密度（kg/m 3 ）
3.21 闪点(℃) 不可燃气体闪点无意义 水溶性 可溶于水 1.2.2 氯气的化学性
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损伤：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。症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L 空气中最多可允许含氯气 0.001mg，超过这个量就会引起人体中毒。氯气支持燃烧，许多物质都可在氯气中燃烧。（除少数物质如碳等）。
1.3 原料概述 氧在自然界中分布最广，占地壳质量的 48.6%，是丰富度最高的元素。在烃类氧化、废水处理、火箭推进剂以及航空、航天和潜水中供动物及人进行呼吸等方面均需要用氧。动物呼吸、燃烧和一切氧化过程（包括有机物）都消耗氧气。但空气中的氧能通过植物的光合作用不断地得到补充。在金属的切割和焊接中。是用纯度 93.5%~99.2%的氧气与可燃气（如乙炔）混合，产生极高温度的火焰，从而使金属熔融。冶金过程离不开氧气。为了强化硝酸和硫酸的生产过程也需要氧。不用空气而用氧与水蒸气的混合物吹人煤气气化炉中，能得到高热值的煤气。医疗用气极为重要。
1.3.1 氧气的物理性质 表 1-2 氧气物理性质 Table 1-2 physical properties of oxygen 物性 参数 外观与性状 无色无味气体
第一章 概述
物性 参数 熔点(℃) -218.8 沸点(℃) -183.1 密度（kg/m 3 ）
1.331 临界温度（℃）
-118.95 临界压力（MPa）
5.08 1.3.2 氧气的化学性质 氧气的化学性质比较活泼。除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧气反应，这些反应称为氧化反应，而经过反应产生的化合物（有两种元素构成，且一种元素为氧元素）称为氧化物。一般而言，非金属氧化物的水溶液呈酸性，而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。此外，几乎所有的有机化合物，可在氧中剧烈燃生成二氧化碳与水。化学上曾将物质与氧气发生的化学反应定义为氧化反应，氧化还原反应指发生电子转移或偏移的反应。氧气具有助燃性，氧化性。
1.4 原料概述 氯化氢（HCl），一个氯化氢分子是由一个氯原子和一个氢原子构成的，是无色而有刺激性气味的气体。其水溶液俗称盐酸，学名氢氯酸。相对分子质量为36.46。氯化氢极易溶于水，在 0℃时，1 体积的水大约能溶解 500 体积的氯化氢。
氯化氢主要用于制染料、香料、药物、各种氯化物及腐蚀抑制剂。
1.4.1 氯化氢的物理性质 表 1-3 氯化氢物理性质 Table 1-3 physical properties of hydrogen chloride 物性 参数 外观与性状 无色而有刺激性气味的气体 熔点(℃) -114.2 沸点(℃) -85 密度（kg/m 3 ）
1.477 临界温度（℃）
-118.95
第一章 概述
临界压力（MPa）
5.08 溶解性 72g/100mL（20℃）（标准压强）
饱和蒸气压（Pa）
4225.6（20℃）
1.4.2 氯化氢的化学性质 氯化氢，腐蚀性的不燃烧气体，与水不反应但易溶于水，空气中常以盐酸烟雾的形式存在。易溶于乙醇和醚，也能溶于其它多种有机物；易溶于水，在 25℃和 1 大气压下，1 体积水可溶解 503 体积的氯化氢气体。干燥氯化氢的化学性质很不活泼。碱金属和碱土金属在氯化氢中可燃烧，钠燃烧时发出亮黄色的火焰：
氯化氢气体溶于水生成盐酸，当药水瓶打开时常与空气中的小水滴形成盐酸酸雾。工业用盐酸常成微黄色，主要是因为三氯化铁的存在。常用氨水来检验盐酸的存在，氨水会与氯化氢反应生成白色的氯化铵微粒。氯化氢有强烈的偶极，与其它偶极产生氢键。氯化氢的水溶液为盐酸。
1.5 氯化氢氧化制氯气的生产工艺发展史 早在一百多年前，已有进行氯化氢转化为氯气氯化氢氧化制氯气的生产工艺概述方法的研究。到目前为止，氯化氢制备氯气的方法主要可分为 3 类：电解法、直接氧化法和催化氧化法。电解法是通过电解的方式将氯化氢转化为氯气， 并可分为干法和湿法；直接氧化法是利用 MnO 2 、H 2 O 2 、NO 2 和 NOHSO 4 等无机氧化剂直接氧化氯化氢制备氯的一种方法，典型的有 Weldson 法、Kel-Chlor 过程和 DEGUSSA 法等；催化氧化法是在催化剂条件下，用氧气将氯化氢氧化为氯和水的方法，具有代表性的有 Deacon 过程、Shell 法和日本住友的技术。
1.5.1 不同反应工艺方法的比较 表 1-4 不同工艺方法的比较 Table 1-4 comparison of different process methods
工艺方法 催化剂 优缺点 研究阶段 电解法 湿法 ——— ——— 产品纯度高、投资大、能耗高、成本高、对杂质敏感。
工业化
第一章 概述
工艺方法 催化剂 优缺点 研究阶段 干法 ——— ——— 能耗高、成本高、对杂质敏感。
小试 直接氧化法 Weldson MnO 2
副产物量大、转化率低。
小试 Kel-Chlor NO 2 -NOHSO 4
存在副反应、有硫酸废液、 设备复杂。
小试 DEGUSSA H 2 O 2
原料消耗大、转化率低。
小试 催化氧化法 Deacon CuCl 2 /沸石 最早提出的方法，单程转化率低、催化剂寿命短。
中试 Shell
CuCl 2 /SiO 2
腐蚀严重、工艺不稳定，建成工业化装置但已停产。
工业化 UMITOMO （日本住友 ）
固定床/Ru 催化剂寿命长，数套工业化装置稳定运行，但催化剂昂贵、投资成本高。
工业化 Benson
流化床/CuCl 2
单程转化率高，但仪表投资大、操作及控制难。
中试 TH-FCu （清华大学）
流化床/Cu 催化剂活性好、单程转化率高，但操作及控制难。
中试 1.5.2 工艺方法的选择 从表 1-4 可以看出，采取直接氧化法存在的问题是：反应设备复杂、产物分离困难、能耗较大、废液处理。因此直接氧化法难于实现工业化应用。目前，实现工业化并稳定运行的工艺有拜耳的盐酸电解法和日本住友化学的催化氧化法。虽然，通过持续改进，拜耳公司已经建成氧去极化阴极（ODC）电解盐酸制氯气的工业化生产装置，并稳定运行。但是拜耳公司的电解法存在运行成本高，投资大等缺点。与此同时，电解过程对盐酸原料中的杂质的存在非常敏感，然而副产的氯化氢气体或盐酸中都或多或少含有其他杂质，因此，盐酸电解制氯技术无法得到广泛工业的推广应用。因此，具有氯化氢原料适应性强，能耗低、操作稳定等优点的催化氧化法就成为国内外氯化氢制氯技术发展的热点。催化氧化法是在催化剂存在下， 氯化氢与氧气发生氧化反应生成氯气的方法。
其化学反应方程式为：
第一章 概述
J k
28.356 +
1/2H2O + 1/2Cl2
1/4O2 + HCl
公式（1-1）
这是一个可逆的放热反应， 从工业化应用角度来讲，该反应过程具有无副反应、反应压力低能耗低等优点，但存在使用催化剂、反应温度高、受反应平衡制约，物料腐蚀性强等问题。
因此，国内外研究者对该过程进行了广泛而深入的研究， 特别在催化剂研究和反应器开发方面形成了大量的研究成果，以日本住友化学为代表的公司成功实现了该方法的工业化生产。
第二章 工艺原理及流程说明
第二章 工艺原理及流程说明 2.1 生产工艺原理及特点
2.1.1 工艺原理
HCl 制备氯气反应主要利用 Deacon 过程，是在固定床反应器中，Cu、Ru、Cr 等的氧化物或氧化物催化剂的条件下，在高温 350-450℃氧气直接将氯化氢氧化为氯气：
ol -13.8kal/m = H
O H + Cl 1/2O + 2HCl2 2 2△ →
公式（1-2）
人们习惯将以上反应称为 Deacon 反应。对于 Deacon 反应，以 CuCl2 作催化剂，一个大家普遍认同的机理为：第一步铜由+2 价变为+1 价，释放出氯气，同时，氯化亚铜被氧气氧化为二价铜氧化物及氯化物，第二步，CuO，CuCl 2 （g）与原料 HCl 反应，生成氯化铜和水，形成完整循环：
(g) Cl + 2CuCl(s) (s) 2CuCl
2 2
公式（1-3）
(s) CuCl CuO, 1/2O + (s) 2CuCl
2 2 2
公式（1-4）
O(g) H + (s) 2CuCl 2HCl(g) + (g) CuCl CuO,2 2 2
公式（1-5）
更为详细的反应机理如下：
CuO 的形成：
l 15.0kal/mo = H
(g) Cl + CuO(s) (g) 1/2O + (s) CuCl2 2 2△ →
公式（1-6）
HCl 的吸收：
) Cu(OH)Cl(g HCl(g) + CuO(s) →
公式（1-7）
O(g) 1/2H + (s) 1/2CuO2Cl ) Cu(OH)Cl(s2 2→
公式（1-8）
(s) 1/2CuCl + 1/2CuO(s) (s) Cl 1/2CuO2 2 2→
公式（1-9）
吸收过程可合并为：
ol -28.8kal/m = H
O(g) H + (s) CuCl
2HCl(g) + CuO(s)2 2△ →
公式（1-10）
价态变化：
(g) 1/2Cl
+ CuCl(s) = (s) CuCl2 2
公式（1-11）
(g) 1/2Cl +
CuO(s) (g) 1/2O + CuCl(s)2 2→
公式（1-12）
Deacon 过程普遍认同的机制为第 1 步，铜由+2 价变为+1 价，释放出氯气，同时 CuCl 2 被氧气氧化为+2 价铜氧化物及氯化物；第 2 步，CuO、CuCl 2 与原料
第二章 工艺原理及流程说明
氯化氢反应，生成氯化铜和水，形成完整循环。
氯化反应即金属氯化物的生成步骤为放热反应，低温下有利于提高氯化氢转化率，而氧化反应即目的产物氯气的生成步骤为吸热反应，高温下有利于提高氯气的产率。通过铜的氧化物和氯化物的循环互变完成氯元素从 HCl 形态到单质形态的迁移，催化剂实际起了物质元素的储备迁移作用，这种作用有利于克服HCl 氧化平衡的能障，同时控制反应温度，使 HCl 转化率达到最大值。
2.1.2 工艺特点 （1）放热反应
HCl 催化氧化制氯气反应，是 HCl 气体在催化剂存在的情况下，利用氧气氧化生成 Cl 2 和 H 2 O 并放出热量，该部分反应热大约为 396k J/kg HCl。
（2）转化率和选择性高
氯化氢氧化制氯气反应氯化氢的转化率在 85%以上，平均约 1.17kg 氯化氢即可转化为 1kg 氯气，经济效益明显。
（3）催化剂再生周期长
氯化氢催化氧化制氯气反应的催化剂选择类分子筛催化剂，在制作过程中通过负载复合金属盐以满足其反应需要的活性中心，由于反应过程中不会生成含炭物质覆盖其活性中心，寿命较长，再生周期约在 1 年左右。
2.2 工艺流程说明 2.2.1 反应过程
原料氯化氢经过氯化氢增压泵 P-101 增压至 0.15MPa，然后与来自罐区的氧气混合后进入合成塔 R-101 在压力 0.15MPa 左右，温度在 360~380℃条件下在催化剂上进行反应大部分转化为氯气。
2.2.2 分离过程 本工艺合成塔底部流出的工艺气体中，氯气含量约 80%，还含有未完全反应的 HCl 和 O 2 以及生成的水，需进一步分离得到纯度较高的氯气。合成塔塔底流出的温度约为 360℃的气体首先经过导热油换热器 E-102 用低温导热油冷至150℃后再经水冷器 E-103 冷却至 40℃进入气液分离罐 V-102 进行初步的分离，罐底的浓盐酸去盐酸收集装置，罐顶部的气体至水洗塔 T-201 进行下一步分离，
第二章 工艺原理及流程说明
塔底的稀盐酸一部分循环回水洗塔，另一部分去盐酸处理装置，塔顶的气体经干燥冷却器 E-202 冷却至 15℃后进入干燥塔 T-202 进行除水干燥，干燥后的气体经氯气压缩机 C-201 增压至 0.46MPa 后进入氯气吸收塔 T-203 进行氯气吸收，吸收剂为四氯化碳和少量助剂组成的有机溶液。吸收塔塔底含大部分氯气和少量氧气的四氯化碳经脱气增压泵 P-204A/B 增压至 0.48MPa 后进入脱气塔 T-204 进行氧气脱除，脱气塔塔顶的氧气循环至氯气吸收塔 T-203，塔底的含氯气的四氯化碳经精馏增压泵 P-205A/B 增压至 1.08MPa。后经精馏塔进料预热器 E-207 预热至120℃后进入氯气精馏塔 T-205 进行精馏分离，氯气精馏塔塔顶的液氯产品一部分回流维持精馏塔稳定运行，一部分进入液氯储罐。氯气精馏塔塔底分离后的四氯化碳至四氯化碳一级冷却器 E-210 冷至 40℃进入开停车罐 V-201 后经四氯化碳循环泵 P-203A/B 增压后进入四氯化碳二级冷却器 E-204 冷却到 25℃循环回氯气吸收塔 T-203 进行循环利用。氯气吸收塔 T-203 塔顶的含少量四氯化碳的氧气经洗涤塔 T-206 吸收氧气中携带的四氯化碳，吸收剂为六氯丁二烯和少量的助剂。洗涤塔塔顶的氧气返回至 R-101 循环利用，洗涤塔塔底的含四氯化碳的吸收剂经吸收剂换热器 E-211 预热后进入回收塔 T-207 分离出四氯化碳，塔顶分离出的四氯化碳经回收塔塔顶冷凝器 E-212 冷却后一部分回流维持回收塔操作稳定，另一部分到达开停车罐 V-201 与补充的四氯化碳和氯气精馏塔 T-205 塔底的四氯化碳混合后返回至氯气吸收塔 T-203 循环利用。
2.2.3 催化剂回收
催化剂使用一段时间后，床层上部首先因为长时间的反应造成负载物的部分流失而逐渐失活，并缓慢发展到床层下部。反应过程中生成的高温水蒸汽会加速催化剂中活性组分的流失，故催化剂在运行较长的一段时间后需要对其重新负载或更换新催化剂。
2.2.4 事故停车控制
工艺流程中出现事故时，处理原则是应迅速通知上下工段，切除与上下工段联系，将事故控制在尽可能小的范围内，而不要影响到所有工段。流程中可能出现的生产事故有：反应器飞温、设备泄露、再沸器故障、电力中断等。
（1）反应器飞温
当反应器发生飞温，温度难以控制时，首先将合成塔进料阀关闭，停止进料，并增大换热盘管的冷却介质流量，关闭合成塔出口管线至水洗塔前的各阀门以及各个床层冷激管路的阀门。若反应塔飞温过程中，温度不能及时有效控
第二章 工艺原理及流程说明
制，可向塔内通入压缩空气，迅速将合成塔的温度降下来，保证反应塔处于安全状态。
（2）设备泄露
流程中出现设备泄露时，应立即切断设备前后的阀门，打开旁通管路或者备用设备，保证下游设备在正常工况下运行。若出现泄露严重的情况，应立即停车，保证人员安全。
（3）再沸器故障
当脱气塔工艺再沸器出现故障时，应及时关闭再沸器的入口、出口阀门，同时将导热油再沸器开启；若是导热油再沸器出现故障，工艺气体的热量利用应首先保障与故障再沸器对应的工艺再沸器的热利用，保证流程不因再沸器故障而停运。
（4）电力故障
流程运行中，若电力出现中断情况，则首先将各机泵及压缩机电源关闭，将各设备及管线各阀门关闭，保证系统压力，同时启用备用电源，待电力故障解决后，依次开启各阀门及机泵，转入正常运转。
2.3 主要设备及工艺参数 2.3.1 合成工序
合成工序主要包括合成塔（R-101），合成塔采用冷激以及盘管移热保证反应在正常温度下进行。该设备主要作用是氧气和氯化氢进行反应生成气相混合物（主要是氯气和未反应的氧气、氯化氢），并及时移走反应所产生的热量，控制塔内各层催化剂的温度。
进料温度：35℃ 出料温度：360℃～420℃ 入口压力：0.15MPa（G）
出口压力：0.12MPa（G）
2.3.2 分离工序
分离工序主要包括水洗塔（T-201）、干燥塔（T-202）、氯气吸收塔（T-203）、脱气塔（T-204）、氯气精馏塔（T-205）、洗涤塔（T-206）、回收塔（T-207）。
（1）水洗塔 T-201
第二章 工艺原理及流程说明
该设备主要作用是对来自合成塔的合成产物进行气液分离，使氯气不断地从罐顶分离出来进行下一步的分离，而氯气中含有的未反应的 HCl 大部分被水吸收从塔底流出去向稀盐酸处理装置进行进一步处理。
进气温度：40℃ 出气温度：40℃ 进液温度：32℃ 出液温度：40℃ 进气压力：0.08MPa(G)
出气压力：0.06MPa(G)
进液压力：0.08MPa(G)
出液压力：0.06MPa(G)
（2）干燥塔
T-202 该设备主要作用是对水洗塔塔顶出来的气体进行干燥除水。
进气温度：15℃ 出气温度：14~30℃ 进液温度：25℃
出液温度：40℃ 进气压力：0.04MPa(G)
出气压力：0.02MPa(G)
进液压力：0.05MPa(G)
出液压力：0.02MPa(G)
（3）氯气吸收塔
T-203 该设备主要作用是对干燥完的氯气进行进一步的分离（主要是分离氯气中的氧气），吸收剂为四氯化碳，利用氯气和氧气在四氯化碳中溶解度的不同从而分理出氧气，吸收塔塔顶出来的氧气去洗涤塔进行四氯化碳的脱除，塔底含有氯气的四氯化碳进入脱气塔进一步分离。
进气温度：40℃ 出气温度：20℃
进液温度：20℃ 出液温度：50℃ 进气压力：0.44MPa(G)
出气压力：0.40MPa(G)
进液压力：0.50MPa(G)
第二章 工艺原理及流程说明
出液压力：0.42MPa(G)
（4）
脱气塔
T-204 该设备主要作用是对含有大部分氯气和少量氧气的四氯化碳进行进一步的脱氧，提高气相中氯气的浓度，便于氯气压缩机将其液化。
进液温度：50℃ 出液温度：86℃ 出气温度：54℃ 进液压力：0.48MPa(G)
出液压力：0.46MPa(G)
出气压力：0.44 MPa(G)
（5）氯气精馏塔
T-205 该设备主要作用是对脱气塔塔底出来的含氯气的四氯化碳进行分离，塔顶精馏出氯气产品，塔底的四氯化碳循环至氯气吸收塔重复利用。
进液温度：120℃ 出液温度：186℃（塔釜）、39℃（塔顶）
进液压力：1.08MPa(G)
出液压力：1.06MPa(G)（塔釜）
出液压力：1.04MPa(G)（塔顶）
（6）洗涤塔
T-206 该设备主要作用是对脱气塔塔顶出来的氧气进行四氯化碳的脱除，塔顶流出纯净的氧气返回合成塔循环利用，吸附剂为六氯丁二烯。
进气温度：20℃ 出气温度：25℃ 进液温度：20℃ 出液温度：42℃ 进气压力：0.40MPa(G)
出气压力：0.36MPa(G)
进液压力：0.43MPa(G)
出液压力：0.38MPa(G)
（7）回收塔
T-207 该设备主要作用是回收四氯化碳。
进液温度：135℃
出液温度：233℃（塔釜）、40℃（塔顶）
进液压力：0.38MPa(G)
第二章 工艺原理及流程说明
出液压力：0.06MPa(G)（塔釜）出液压力：0.02MPa(G)（塔顶）
第三章 物料衡算
第三章 物料衡算 3.1 物料衡算的基本原理 物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量”， 即：
[单位时间进入量]+[单位时间生成量]-[单位时间消耗量]-[单位时间流出量]=[单位时间累积量]； 当系统中没有化学反应时，上式可简化为：
[单位时间进入量]-[单位时间流出量]=[单位时间累积量]； 在稳定状态下：
[单位时间进入量]=[单位时间流出量] 3.2 料衡算的基本任务 通过各个单元间的物料衡算，我们要实现：（1）确定产物的实际产量以及规格，判断是否符合国家标准；（2）确定产品的损失率和回收率；（3）确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标。
通过各个设备的物料衡算，我们要实现：（1）通过物料衡算结果，对生产进行分析，做出判断，提出改进措施；（2）指导工艺设备尺寸的确定及选型。
对总流程进行物料衡算，对所选工艺路线、设计流程进行定量评述，为后阶段的设计提供依据。
3.3 系统物料衡算 3.3.1 系统总物料衡算
第三章 物料衡算
图 3-1 系统总物料衡算图 The total material balance chart diagram of 3-1 system 3.3.2 塔器类物料衡算 表 3-1
合成塔 R-101 物料衡算 Table 3-1 synthesis tower R-101 material balance
5 6A 温度/℃ 34.8 360 压力 MPa 0.25 0.22 气相分率 1 1 摩尔流量 kmol/hr 154.222 132.367 质量流量 kg/hr 5393.834 5393.834 体积流量 cum/hr 1566.892 3159.669 焓
Gcal/hr -2.26 -2.512 质量流量 kg/hr
HCL 3750 562.5 O2 1643.834 944.476 CL2
3099.383 H2O
787.475 CCL4
C4CL6
质量分数
HCL 0.695 0.104 O2 0.305 0.175 CL2
0.575 H2O
0.146 CCL4
原料氯化氢 3750 Kg/h
原料氢气 700 Kg/h 未反应氯化氢 560 Kg/h 工艺水 786 Kg/h
系 统 氯气 3104 Kg/h
第三章 物料衡算
5 6A C4CL6
摩尔流量 kmol/hr
HCL 102.851 15.428 O2 51.372 29.516 CL2
43.712 H2O
43.712 CCL4
C4CL6
摩尔分数
HCL 0.667 0.117 O2 0.333 0.223 CL2
0.33 H2O
0.33 CCL4
C4CL6
*** 气相 ***
密度 kg/cum 3.442 1.707 粘度 cP 0.017 0.026 ***液相 ***
密度
粘度
表 3-2
水洗塔 T-201 物料衡算 Table T-201 material balance of 3-2 scrubber
26 6D A2 7A 温度/℃ 32 40 40 40 压力 MPa 0.18 0.18 0.16 0.16 气相分率 0 1 0 1 摩尔流量 kmol/hr 49.958 78.007 52.693 75.272 质量流量 kg/hr 900 4193.441 1027.409 4066.032 体积流量 cum/hr 1.202 1117.939 1.3 1214.661 焓
Gcal/hr -3.407 -0.137 -3.495 -0.127 质量流量 kg/hr
HCL
146.493 145.933 0.559 O2
944.37 0.044 944.326 CL2
3085.193 5.754 3079.44 H2O 900 17.384 875.678 41.707 CCL4
C4CL6
质量分数
HCL
0.035 0.142 138 PPM O2
0.225 43 PPM 0.232 CL2
0.736 0.006 0.757
第三章 物料衡算
26 6D A2 7A H2O 1 0.004 0.852 0.01 CCL4
C4CL6
摩尔流量 kmol/hr
HCL
4.018 4.002 0.015 O2
29.513 0.001 29.511 CL2
43.511 0.081 43.43 H2O 49.958 0.965 48.608 2.315 CCL4
C4CL6
摩尔分数
HCL
0.052 0.076 204 PPM O2
0.378 26 PPM 0.392 CL2
0.558 0.002 0.577 H2O 1 0.012 0.922 0.031 CCL4
C4CL6
*** 气相 ***
密度
3.751
3.347 粘度
0.017
0.017 ***液相 ***
密度 kg/cum 748.543
790.177
粘度 cP 2.172
1.134
表 3-3
干燥塔 T-202 物料衡算 Table T-202 material balance of 3-3 in drying tower
7B A9 10A 温度/℃ 15 13.7 13.7 压力 MPa 0.14 0.12 0.12 气相分率 0.981 0 1 摩尔流量 kmol/hr 75.272 2.315 72.957 质量流量 kg/hr 4066.032 41.707 4024.325 体积流量 cum/hr 1251.963 0.055 1438.618 焓
Gcal/hr -0.156 -0.159 -0.008 质量流量 kg/hr
HCL 0.559
0.559 O2 944.326
944.326 CL2 3079.44
3079.44 H2O 41.707 41.707
CCL4
C4CL6
质量分数
HCL 138 PPM
139 PPM
第三章 物料衡算
7B A9 10A O2 0.232
0.235 CL2 0.757
0.765 H2O 0.01 1
CCL4
C4CL6
摩尔流量 kmol/hr
HCL 0.015
0.015 O2 29.511
29.511 CL2 43.43
43.43 H2O 2.315 2.315
CCL4
C4CL6
摩尔分数
HCL 204 PPM
210 PPM O2 0.392
0.405 CL2 0.577
0.595 H2O 0.031 1
CCL4
C4CL6
*** 气相 ***
密度 kg/cum 3.227
2.797 粘度 cP 0.016
0.016 ***液相 ***
密度 kg/cum 766.972 758.052
粘度 cP 2.654 3.009
表 3-4
氯气吸收塔 T-203 物料衡算 Table 3-4 material balance of chlorine absorption tower T-203
25D 11 12A 18 温度/℃ 20 20 49.7 20.4 压力 MPa 0.6 0.54 0.5 0.5 气相分率 0 1 0 1 摩尔流量 kmol/hr 182.04 75.06 226.769 30.33 质量流量 kg/hr 28000.764 4144.601 31076.99 1068.377 体积流量 cum/hr 19.005 327.489 22.235 147.462 焓
Gcal/hr -5.81 -0.011 -5.8 -0.021 质量流量 kg/hr
HCL
0.684 0.128 0.556 O2
978.198 33.871 944.326 CL2 0.764 3142.646 3143.277 0.133 H2O
CCL4 28000 23.074 27899.71 123.362 C4CL6
第三章 物料衡算
25D 11 12A 18 质量分数
HCL
165 PPM 4 PPM 521 PPM O2
0.236 0.001 0.884 CL2 27 PPM 0.758 0.101 124 PPM H2O
CCL4 1 0.006 0.898 0.115 C4CL6
摩尔流量 kmol/hr
HCL
0.019 0.004 0.015 O2
30.57 1.059 29.511 CL2 0.011 44.322 44.331 0.002 H2O
CCL4 182.029 0.15 181.377 0.802 C4CL6
摩尔分数
HCL
250 PPM 16 PPM 503 PPM O2
0.407 0.005 0.973 CL2 59 PPM 0.59 0.195 62 PPM H2O
CCL4 1 0.002 0.8 0.026 C4CL6
*** 气相 ***
密度
12.656
7.245 粘度
0.016
0.019 ***液相 ***
密度 kg/cum 1473.315
1397.691
粘度 cP 0.579
0.375
表 3-5
脱气塔 T-204 物料衡算 Table 3-5 material balance calculation of T-204 of degassing tower
12B 13A 17 温度/℃ 49.8 90.1 51.3 压力 MPa 0.58 0.56 0.54 气相分率 0 0 1 摩尔流量 kmol/hr 226.769 224.666 2.103 质量流量 kg/hr 31076.988 30956.712 120.276 体积流量 cum/hr 22.233 23.524 10.256 焓
Gcal/hr -5.799 -5.525 -0.003 质量流量 kg/hr
HCL 0.128 0.003 0.125 O2 33.871 < 0.001 33.872 CL2 3143.277 3080.071 63.206 H2O
第三章 物料衡算
12B 13A 17 CCL4 27899.711 27876.638 23.074 C4CL6
质量分数
HCL 4 PPM 108 PPB 0.001 O2 0.001 1 PPB 0.282 CL2 0.101 0.099 0.526 H2O
CCL4 0.898 0.901 0.192 C4CL6
摩尔流量 kmol/hr
HCL 0.004 < 0.001 0.003 O2 1.059 trace 1.059 CL2 44.331 43.439 0.891 H2O
CCL4 181.377 181.227 0.15 C4CL6
摩尔分数
HCL 16 PPM 409 PPB ...
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