年产60000吨氯化磷生产工艺设计方案.docx

1、年产60000吨氯化磷生产工艺设计方案 前言 三氯化磷是我国无机盐工业中经常使用的一种重要产品，又称“氯化亚磷”，简称“氯化磷”。分子式：PCl3。为无色透明带有刺激味的发烟液体。如果有微量游离黄磷存在时，则为浑浊黄色液体。有毒及腐蚀性，可溶于苯、乙醚、氯仿、二硫化碳、四氯化碳，与水反应强烈，并放出白色烟雾状有刺激腐蚀性的氯化氢气体。反应时会产生火花，甚至引起爆炸。遇水或潮解能分解为盐酸和磷酸，对镍和铅以外的其他金属有强烈腐蚀性，使金属变质，导致形成易燃的氢气。与氧作用生成氧氯化磷，与硫作用生成硫氯化磷，蒸汽刺激粘膜引起酸类烧伤。三氯化磷与许多有机物反应生成磷酸酯类，是生产多种有机磷农药的原料

2、，可用于制造农药敌百虫、硫氯化磷、氧氯化磷、亚磷酸、亚磷酸酯和其他磷化物，还可用作氯化剂、半导体掺杂源，乙醚分析中的催化剂和高纯磷的制备等1。 近年来，受资源、能源和环境问题的影响，世界磷酸盐产品市场趋于饱和，磷化工产品的市场竞争日趋激烈。做大做优做强我国磷化工产业，尤其是精细磷化工产业，是我国磷化工行业必须认真面对的问题，也是我国磷化工产业健康快速可持续发展的基石。我国磷化工产品不但品种、规格不多，甚至精细磷化工产品还需从国外进口，许多国内各行业需要的高质量磷化工产品必须依靠进口。我国磷化工行业产品结构不够合理，低附加值的无机磷化工产品比例过大，高附加值的有机磷产品比例较小，很多企业的产品还

3、停留在几种大宗传统产品上18。 三氯化磷做为一种基础化工原料，使用广泛，需求量大；目前工业上生产三氯化磷主要有3种工艺，第一种是氯气与磷酸盐类（如磷酸钙）反应制得，第二种是氯气与液态黄磷直接反应制得，第三种是以三氯化磷为溶剂，将黄磷溶于其中，再在混合液中通入氯气反应制得，该法简称为溶剂法。第一种方法工艺生产路线复杂，投资大，生产成本高，第二种方法反应剧烈，操控性不强，安全性差，第三种方法生产工艺比较简单，投资小，也比较容易操控，安全系数较高。目前国内主要以第三种方法进行生产，本文也主要介绍以溶剂法生产三氯化磷的工艺在工艺流程图设计过程中主要的安全注意事项4。摘要 本设计是以磷和液氯为原料年产6

4、万吨三氯化磷合成工段工艺流程设计。经国内外各生产工艺的比较，采用了以三氯化磷为溶剂，氯气氯化黄磷生产三氯化磷工艺，在合成三氯化磷的生产中，先将磷变为熔融状态，液氯汽化；氯化釜内有三氯化磷成品。本设计主要对三氯化磷生产进行了工艺设计、三废处理、生产安全的设计、物料衡算，主要精馏工段的设计计算。并绘制了工艺流程图、立面图和平面布置图。关键字：三氯化磷；合成；工艺设计 AbstractThis design is based on phosphorus and liquid chlorine as raw material to produce 60000 tons of phosphorus tr

5、ichloride synthesis section process design. Via the comparison of the production process at home and abroad, adopted the phosphorus trichloride as solvent, chlorine chloride yellow phosphorus trichloride production process, in the synthesis of phosphorus trichloride production, phosphorus into molte

6、n state, first liquid chlorine vaporization; Chloride kettle with phosphorus trichloride finished products. This design is mainly on the phosphorus trichloride production process design, the design of the three wastes treatment, production safety and material balance, the calculation in the design o

7、f the main distillation section. And draw a process flow diagram, elevation and plane layout.Key words：Phosphorus trichloride; Synthesis; Process design目录第一章 绪论1.1选题的意义三氯化磷用途十分广泛，大量用于制造敌百虫、甲胺磷、乙酰甲胺磷、稻瘟净等有机磷农药的原料，也是乙烯利、三氯硫磷、三氯氧磷、亚磷酸、磷酸三苯酯等的原料，还可用于医药、染料、香料等其它有机合成工业。三氯化磷可与烷基醇、芳基卤化物反应制造有机磷农药（如敌百虫、稻瘟净等），

8、也可与水、甘氨酸、甲醛等反应制成除草剂、草甘磷等。也是制造五氯化磷、三氯氧磷、三氯硫磷、亚磷酸及其酯类的原料。它与脂肪醇制成烷基亚磷酸酯或烷基磷酸酯常用作表面活性剂、水处理剂、阻燃剂、增塑剂等；与芳香醇反应生成芳基亚磷酸酯，用作稳定剂；与格利亚试剂反应制成三烷基膦或三芳基膦，用作催化剂；与磷化氢反应制成三辛基膦氧化物，用作溶剂、萃取剂；也用于制造染料纳夫妥AS、缩合剂、医药氯化剂、磺胺嘧啶、磺胺五甲氧嘧啶、雷米邦A等。由三氯化磷制得的烷基磷酸酯，还可作用重金属萃取剂、汽油预燃料添加剂、抗泡剂、纤维处理剂、润滑油添加剂、低温液压液体和溶剂等；也可用于珠光金属的垫层。由于磷系化工产品有各自独具的优

9、良性能，在很多领域内取代了原非磷系功能性的化工产品，就以三氯化磷为原料的磷系产品为例；如高效、低毒的有机磷农药，新型水处理剂、阻燃剂、增塑剂和稳定剂等，随着国民经济的发展，需求量与日俱增，受国内、国外扩大转基因玉米和大豆的种植的影响，除草剂草甘膦需求快速增长，从而更加拉动了生产草甘膦原料三氯化磷等的需求。合成材料用稳定剂随着聚氯乙烯等产量迅速增长，按目前生产水平还需上百倍增长才能满足需要，而增塑剂工业也要在材料工业迅速发展的现况下尽快赶上节奏，提升规模，发展工艺，以满足材料工业的需要。作为农业的一大支柱农药生产，对十三亿人口的中国来说是一大命脉，我国土地辽阔，每年由于使用农药可减少粮食损失40

10、0多亿斤，棉花90多万担，油料30多万担。但防治面积仅占农业病虫害面积的80%左右，且全国平均用药量每一亩为130 克，而同期日本仅杀虫剂使用量就为302 克/ 亩(均以100%有效成份计)。由此可见，我国植保水平还比较低，发展以有机磷农药为主的化学农药是确保农业丰收的重要任务。据统计，我国磷化合物农药的总产量分别占我国当年化学农药总产量的65.5%和73.7%。由于有机磷农药具有高效、低毒及广谱性等优点，经济效益和社会效益都比较明显，深受农民欢迎。近几年来发展速度加快，有机磷农药在化学农药中的比重在不断增长。从农药品种看，目前磷化合物农药见产的约有60余种，其中以三氯化磷为原料的磷化合物农药

11、就占42种之多，且目前产销量最大的五种杀虫剂(甲胺磷，敌百虫，敌敌畏，乐果及氧化乐果)，除乐果外都是以三氯化磷为原料的有机磷农药，现唯一见产的三个调节剂(乙烯利，增甘磷及乙二磷酸)，三个杀菌剂(稻瘟净，异稻瘟净及乙磷铝)和二个除草剂(草甘磷，调节磷和胺草磷)亦都是由三氯化磷出发生产的。由此可见，三氯化磷是有机磷农药的重要原料，开发三氯化磷就成为发展有机磷农药的首要任务，生产出合格的三氯化磷具有重要意义2。1.2厂址的选择1.2.1选择原则1、厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区，并在储运、机修、公用工程和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。4 i! A, up; x7 D1 s7 f

12、 H2、厂址应靠近水量充足、水质良好，电力供应充足的地方。) w& V% a6 b5 O# g/ b3、厂址应选在有便利交通的地方。2 + _) a% V* 9 L: y- _4、选厂应注意节约用地，不占或少占耕地，厂区的面积形状和其它条件应满足工艺流程合理布置的需要，并要予留适当的发展余地。: c0 ?; G1 B* w1 |1 X* r a5、选厂应注意当地的自然环境条件，工厂投产后对周围环境造成的影响作出预评价，工厂的生产区和居民区的建设地点应同时选定。1.2.2选择的优势该公司有电厂、氯碱厂和黄磷厂；生产原料来源方便，电力供给充足，具有很大的优势。产品供给公司生产草甘膦，不必考虑产品的

13、销售，具有很大的竞争优势。世界磷矿资源分布十分广泛，几乎所有国家都有，但分布不平衡，具有工业开采和商业开发价值的优质磷矿床很少。据美国地质调查局统计，截止到2008 年底，世界磷矿石储量为 150 亿 t，储量基础为470 亿 t，我国磷矿资源储量大，约占世界磷资源的30%。主要分布在云南( 40.87亿t)、湖北( 30.39亿t)、贵州( 28.03亿t)、湖南( 20.44亿t)和四川( 16. 37亿t)。云南省是我国磷矿资源大省。 1.3 设计原则和依据1.3.1设计原则1、具体贯彻选择厂址时所考虑的党和国家政策，切实注意节约用地，少占或不占农田，少拆或不拆民房，减少投资。2、符合工

14、艺条件要求，使生产作业线顺通，连续和短捷。避免主要生产区作业线交叉往返。3考虑工厂的生产安全、卫生、厂内建、构筑物间的距离必须满足防火。卫生、安全等的要求，应把产生有大量烟、尘及有害气体的车间布置在厂区的下风方向。4、因地制宜，结合厂址的地形、地质、水文、气象等条件进行布置。5、满足厂内的发展，使近期建设和远期发展相结合。6、满足厂内外交通运输要求，避免人流与货运路线的交叉。7、满足地上，地下工程管线铺设的要求。力求工程管线最短。大动力设施靠近供电。8、南磷集团自1989年成立以来一直专注于磷化工品的生产和出口，凭借自己丰富的矿产资源、能源的优势和现代的管理理念，在国际国内的磷化工市场占有举足

15、轻重的地位。从1997年一直终保持黄磷和赤磷出口中国第一的地位，并从2004年开始成为中国第二大磷酸出口商。拥有煤矿和磷矿资源优势，配套建设了自有的动力车间，原料和能源供应稳定可靠，并具有明显的成本优势。云南安一精细化有限公司是属南磷集团，为充分利用已有的产业优势和清洁能源优势，进一步完善和夯实循环经济产业链，南磷集团和新安化工集团强强联合，投资12亿元建设10万吨草甘膦项目，共同打造循环化工产业链航母。 地处云南省昆明市寻甸县金所工业园区。如下图所示：1.3.2设计依据根据云南南磷集团安一精细化工有限公司设计三氯化磷合成工段工艺。1.3.2.1国家、行业及地方相关法律、法规、规章及规范性文件

16、（1）中华人民共和国安全生产法（中华人民共和国主席令第13号，2014年修正，2014年12月1日起施行） （2）中华人民共和国消防法（修订版）2008（中华人民共和国主席令第6号）（3）中华人民共和国环境保护法（中华人民共和国主席令第9号）（2014年修正，2015年1月1日起施行）（4）中华人民共和国职业病防治法（中华人民共和国主席令第52号）（5）中华人民共和国突发事件应对法（中华人民共和国主席令第69号）（6）中华人民共和国劳动合同法（中华人民共和国主席令第65号）（7）建设工程安全生产管理条例（国务院令第393号）（8）特种设备安全监察条例（国务院令第549号）（9）工伤保险条例（国

17、务院令第586号）（10）中华人民共和国特种设备安全法（国家主席令第4号，自2014年1月1日起施行）；（11）危险化学品名录（2015年版）（12）国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化工工艺目录和调整首批重点监管危险化工工艺中部分典型工艺的通知（安监总管三20133号）（13）国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知（安监总管三201312号）（14）危险化学品建设项目安全设施设计专篇编制导则的通知（安监总厅管三201339号）（15）国家安全监管总局办公厅关于印发首批重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知（安监总厅管三2011142号）（16）云南省劳动

18、保护条例（云南省人大常委会公告第68号）（17）云南省人民政府贯彻落实国务院关于进一步加强企业安全生产工作通知的实施意见（云政发2010157号）（18）云南省劳动防护用品监督管理办法（云南省安全生产监督管理局公告第3号） （19）云南省安全生产条例（2007年11月29日经云南省十届人民代表大会常务委员会第32次会议通过，2008年1月1日起施行） （20）产业结构调整指导目录（2015年修正）（21）劳动防护用品监督管理规定（国家安全生产监督管理总局令第1号）（22）生产安全事故应急预案管理办法（国家安全生产监督管理总局令第17号）（23）建设项目安全设施“三同时”监督管理暂行办法（国家安

19、全生产监督管理总局令第36号） （24）危险化学品重大危险源监督管理暂行规定（国家安全生产监督管理总局令第40号，自2011年12月1日起施行）1.3.2.2 国家、行业及地方相关标准、规范 （1）工业企业总平面设计规范（GB50187-2012）（2）化工企业总图运输设计规定（GB50489-2009）（3）建筑设计防火规范（GB50016-2014）（4）建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）（5）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）（6）爆炸危险环境电力装置设计规范（GB50058-2014）（7）工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识（GB7231-2003）（8）工

20、业金属管道设计规范（GB50316-2000（2008年版）（9）压力容器（GB1502011）（10）生产过程危险和有害因素分类与代码（GB/T13861-2009）（11）建筑灭火器配置设计规范（GB50140-2005）（12）室外排水设计规范（GB50014-2006）（13）危险化学品重大危险源辨识（GB18218-2009）（14）安全色（GB2893-2008）（15）供配电系统设计规范（GB 50052-2009）（16）低压配电设计规范（GB50054-2011）（17）常用化学危险品贮存通则（GB15603-1995）（18）大气污染物综合排放标准（GB 16297-199

21、6）（19）化工建设项目安全设计管理导则（AQ/T3033-2010）（20）化工企业工艺安全管理实施导则（AQ/T3034-2010）（21）生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则（AQ/T9002-2006）（22）危险场所电气安全防爆规范（AQ3009-2007）（23）化工企业腐蚀环境电力设计规程（HG/T20666-1999）（24）固定式压力容器安全技术监察规程（TSG R0004-2009）1.4 防雷、防静电接地设施1) 本项目供配电系统采用TN-S系统。接地保护主要包括环绕配电室接地干线和生产区域的接地干线，接地支线和接地极，组成公共接地网。2) 接地装置将采用热镀锌角钢、

22、扁钢和圆钢。接地线与厂区接地网连接共地，联合接地电阻不大于4欧。3) 带电体或带电部位与地面、建筑物、人体、其它设备带电体、管道间的安全距离满足规范要求。4) 各储罐、生产设备、金属管道、支架、构件、部件，一律采用接地，所有金属管道连接处（如法兰），进行跨接。同时使用前须经县级防雷中心检测，合格后方能使用。 5) 针对雷电引起火灾、爆炸的危险因素，对电气设备依照国家规定、行业标准装设闪接器，并设有独立的接地网。对感应雷击的防护措施是将被保护物的一切金属部分接地，以防雷电所引起的静电感应产生静电火花；将建筑物内的金属回路连接为一个闭合回路，同时将设备接地，以防雷电的电磁感应的危害。6）根据建筑物

23、防雷设计规范（GB50057-2010），落实该项目中各类防雷建筑物防直击雷和防雷电波侵入的措施：（1）防直击雷措施：采用装设在建筑物上的接闪器(避雷针、避雷网)、引下线、接地装置等避雷装置(每根引下线的冲击接地电阻10 Q)并采取等电位连接；（2）防雷电感应措施：将建筑物内设备、管道构架等主要金属物就近接地(其工频接地电阻10 Q)，平行长金属物间的净距小于100 mm时采用金属线跨接；（3）防雷电波侵入措施：低压线路全长采用埋地电缆引入时，入户端将电缆金属外皮(套管)接地。对于存在爆炸危险环境的车间，其入户端电缆金属外皮(套管)除接地外，还应与防雷的接地装置相连；（4）为了保持防雷装置有良

24、好的保护性能，对其进行经常性检查和定期试验。对于避雷针、引下线和接地装置，检查其是否完好，各部分连接、防护是否良好。对防雷接地装置和其它接地装置一样，定期进行检查和测定其接地电阻。避雷装置安全检测工作由有关部门批准的检测单位每年定期进行一次；（5）为防止跨步电压，接地装置距建筑物出入口和人行道的距离不小于3m，否则，采取其它安全措施；（6）严禁在装有接闪器的构筑物上架设通讯线、广播线或低压线。1.5采取的其他电气安全措施1) 为防止电气设备线路因过载、短路等故障，产生引燃温度、引起电气火灾，除按常规设置过载、过电流、短路等电气保护装置。2) 配电室设置在生活区的办公楼，远离粉尘、高温及储存和使

25、用腐蚀性物品的场所。3) 配电室的设计符合供配电系统设计规范（GB50052-2009）及低压配电设计规范（GB50054-2011）的相关要求。4) 配电室的门向外开启，室内的电缆沟采取防水和排水措施。5) 配电室按照建筑灭火器设计规范(GB50140-2005) 配备2台2kg手提式CO2灭火器。6) 现场电缆汇线槽采取防止老鼠等小动物触及带电体、咬坏电缆绝缘层造成电气事故，导致火灾的措施。7) 配电室的门、窗关闭密合；与室外相通的洞、通风孔设防止鼠、蛇类、鸟雀等小动物进入的网罩。落地式配电箱的底部宜抬高，室内宜高出地面50mm以上，室外高出地面200mm以上。底座周围采取封闭措施，并应能

26、防止鼠、蛇类等小动物进入箱内。本项目采用阻燃电缆。电线采用穿钢管布线、电缆桥架或汇线槽、电缆沟铺设，导线与现场设备的连接处、导线穿墙处要做好密封隔断。8) 具有火灾爆炸危险的场所、静电对产品质量有影响的生产过程，以及静电危害人身安全的作业区，所有的金属用具及门窗零部件、移动式金属车辆、梯子等均设计接地。9) 生产装置区的设备及管线做接地处理，生产运行管理必须坚持定期检验和加强日常维护，始终保持区域内电器设施、电缆连接、防雷、防静电设施的完好状态，避免产生电气火花、静电火花、电弧火花等火源。10) 项目建成后，防雷、防静电设施必须由防雷检测部门检测并出具检测报告。电气设备，避雷设施属国家强制性监

27、检对象，每年雨季前，对其进行检测。11) 生产装置中的电气设备外壳和电气设备外导体均设可靠的接地保护。插座回路装设剩余电流断路器。设施设计按漏电保护器安全监察规定和漏电保护器安装和运行（GB13955-92）的要求。1.6化工自动控制（1）实现连续化生产操作，突破间歇式工艺生产的瓶颈。（2）在生产工艺进行工艺参数自动控制，见表1。表1 三氯化磷生产工艺参数控制序号控制方法要求1温度控制在三氯化磷生产过程中，要不断调节液氯的气化温度、塔顶温度、釜温等。2压力控制用热水代替蒸汽对液氯进行气化，使用调节阀调节对气化后的氯气加入量进行反应釜的压力控制，使反应压力达到平稳。3液位控制使用远传式浮球液位计

28、对三氯化磷生产中反应釜和计量槽内的黄磷液位测量；使用双法兰液位变送器对液氯贮槽、成品槽及反应釜的液位进行测量。4回流比控制测量冷凝和回流的三氯化磷的流量，根据比值在可变程控制器内控制回流调节阀，控制回流比。5计量控制累加计量涡街流量计中液氯用量，利用位差计算黄磷和成品的计量。通过对三氯化磷生产工艺过程、危险有害因素和三氯化磷生产安全等方面的实践和探索，体现了实现化工生产自动化控制，不但化工企业的技术水平和管理水平得以提高，降低了生产成本，而且提高了产品的产量和质量，减轻劳动强度，改善劳动条件，延长设备使用寿命，提高设备利用能力。第二章 三氯化磷的反应原理及原料性质2.1产品说明2.1.1产品名

29、称及技术指标1、产品名称：三氯化磷2、分子式：PCl33、产品规格和技术指标：执行HG/T29701999标准1名称优级品一级品合格品外观无色透明无色透明无色透明PCl3含量% 99.098.095.0游离磷% 0.00100.0050.010沸程（74.577.5V/V%）96.095.0942.1.2产品的性能1、物理性质1纯净的三氯化磷为无色透明液体，如有磷等杂质存在，则是混浊状带乳白或黄绿色，如铁离子存在可呈微绿色。熔点：112；沸点：76；比重1.574（21）溶于乙醚、氯仿、苯和二硫化碳。2、化学性质1（1）能被水和酒精所分解：PCl3+3H2OH3PO3+3HCL不慎吸入三氯化磷

30、，与体内水反应，生成氯化氢与亚磷酸，皆是酸性腐蚀剂，刺激粘膜，腐蚀肌体，严重者可造成肺水肿，故生产中严防三氯化磷喷出。（2）三氯化磷呈不饱和性，能被O2、S、CL2等氧化生成五价磷化合物。例：三氯氧磷制备：PCL3+H2O+CL2POCL3+2HCL 三氯硫磷制备：PCL3+S PSCL3与CL2反应：PCL3+CL2PCL52.1.3用途用于有机合成工业染料、香料及药品催化剂、溶剂、氯化剂，并用于制PCL3、POCL3、亚磷酸、亚磷酸酯等的原料。2.2化学反应过程及原理2.2.1反应原理黄磷与氯气在沸腾状态下反应生成三氯化磷并放出大量热。主要反应2：P4+6CL24PCL3+1280.6KJ

31、生产时首先在反应罐中放入适量母液，加入溶磷，考虑到生产安全，让磷过量，在母液中加300kg安全磷（即底磷），目前操作中生产1吨三氯化磷投入0.23吨黄磷。按比例通入氯气则生成三氯化磷蒸汽，三氯化磷蒸汽经洗涤冷却液化即为成品。在反应罐内当底磷被氯气反应完后，氯气即与已生成的三氯化磷反应生成五氯化磷淀物，这个反应是放热反应，在正常生产中是不会发生的。只有当反应锅内磷用完后才发生。其反应式如下 ：PCL3+CL2 PCL5+125.4KJ/mol上述生成五氯化磷的反应在生产中是不正常反应，当发现有上述反应进行时就要进行处理，其处理方法就是一点一点的加入磷，使生成的五氯化磷转化（反应）生成三氯化磷，此反应也是放热反应，而且体积增大较多，所以处理时一定要小心，其反应式如下：6PCL5+P410PCL3+535KJ/mol2.2.2原料理论消耗量计算设每吨三氯化磷耗黄磷量为X吨，耗氯气量为Y吨P4+6Cl24PCl31、黄磷消