年產(chǎn)30000噸PVC裝置產(chǎn)品精制工序工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

年產(chǎn)30000噸PVC裝置產(chǎn)品精制工序工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄前言5摘要6第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)7一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)7二 設(shè)計(jì)規(guī)模 7三 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)7四 產(chǎn)品性質(zhì)及用途8五 原料規(guī)格及來(lái)源11第二章 氯乙烯的生產(chǎn)方法及工藝流程 12一 各種生產(chǎn)方法評(píng)述及生產(chǎn)方法的選擇12二 電石乙炔法合成VC的反應(yīng)機(jī)理及物化數(shù)據(jù)13三 生產(chǎn)工藝條件的選擇及主要設(shè)備形式的選擇14四 工藝流程說(shuō)明16五 生產(chǎn)控制表17 第三章 物料衡算17一 氣柜 18二 機(jī)前冷凝器19三 壓縮機(jī) 20四 全凝器 22五 低沸系統(tǒng) 24六 高沸塔26七 產(chǎn)量核算27第四章 熱量衡算27一 進(jìn)料、塔釜、塔頂溫度的計(jì)算28二 全塔相對(duì)揮發(fā)度32三 最小回流比求取 33四 最小理論板數(shù)求取 33五 高沸塔熱量衡算 35第五章 高沸塔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)37一 操作溫度37二 操作壓力 38三 氣液相組成38四 密度的計(jì)算38五 表面張力的計(jì)算 40六 粘度的計(jì)算 41七 流量計(jì)算 42第六章 設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算 44一 塔徑的計(jì)算 44二 塔高的計(jì)算 45三 板式塔形式的選取 47四 溢流裝置 48五 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 50第七章 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算53一、氣相通過(guò)浮閥塔的壓強(qiáng)降 53二、 液泛 54三、霧沫夾帶核算 55四、塔板負(fù)荷性能圖 56第八章 塔的其它附屬設(shè)備的選擇60第九章 改進(jìn)與建議 64第十章 環(huán)境保護(hù)65 后記 68參考文獻(xiàn) 69前 言2009年4月，在老師的帶領(lǐng)下，我們?cè)跐?jì)寧中銀電化廠完成了畢業(yè)實(shí)習(xí)。通過(guò)實(shí)習(xí)，我們熟悉并掌握了關(guān)于聚氯乙烯（PVC）的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝，并初步了解了pvc的發(fā)展和用途，將以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。實(shí)習(xí)結(jié)束后，在老師的指導(dǎo)下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍等途徑，我搜集了大量相關(guān)資料，并進(jìn)行了認(rèn)真的整理與組織工作。為本說(shuō)明書(shū)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備了豐富的一手資料。在參閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)步驟及程序，編制了本說(shuō)明書(shū)。本說(shuō)明書(shū)由三大部分組成。第一部分是概述，包括PVC的發(fā)展概況、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用、未來(lái)工業(yè)展望，廠址的選擇，生產(chǎn)方法的評(píng)述和選擇，工藝配方的確定和主要設(shè)備的選型，原料和產(chǎn)品的主要物化性質(zhì)、技術(shù)規(guī)格和用途，PVC工藝流程敘述。第二部分是工藝計(jì)算，包括物料衡算、熱量衡算和設(shè)備的計(jì)算和選型。第三部分為自控部分，對(duì)流程設(shè)備改進(jìn)建議，以及環(huán)境保護(hù)措施的介紹。本說(shuō)明書(shū)主要依據(jù)濟(jì)寧中銀電化廠PVC生產(chǎn)車間的工藝流程，相關(guān)數(shù)據(jù)也從該廠取得，附帶的工藝流程圖也是依據(jù)該廠的工藝流程圖。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了劉名禮等老師的熱心幫助和指導(dǎo)，在此謹(jǐn)表感謝。同時(shí)，感謝濟(jì)寧中銀電化廠為我們的畢業(yè)實(shí)習(xí)提供了大力的幫助。雖然筆者在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行了大量而認(rèn)真的篩選、組織和整理工作，但是由于筆者的知識(shí)有限，加上時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師及時(shí)提出、指正，不勝感激。 編者 2010年5月25日摘要：中國(guó)的聚氯乙烯工業(yè)興起于20世紀(jì)50年代，不斷的成長(zhǎng)壯大，產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，技術(shù)日益進(jìn)步，氯乙烯工業(yè)的發(fā)展不但增強(qiáng)了我國(guó)的綜合國(guó)力，更從實(shí)際中豐富了人們的生活。本設(shè)計(jì)闡述了PVC在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用及未來(lái)工業(yè)展望，生產(chǎn)方法的評(píng)述和選擇及PVC生產(chǎn)的基本工藝流程。并重點(diǎn)對(duì)30000/年P(guān)VC生產(chǎn)的精餾階段進(jìn)行相關(guān)的工藝計(jì)算，其中主要包括物料衡算、熱量衡算和設(shè)備的計(jì)算和選型，設(shè)備計(jì)算選擇了高沸塔的相關(guān)計(jì)算。文章最后對(duì)自控部分、工廠關(guān)于聚氯乙烯車間的環(huán)境保護(hù)做了簡(jiǎn)要介紹。關(guān)鍵詞：30000噸/年 聚氯乙烯（PVC） 精餾 高沸塔 Abstract ：Chinas polyvinyl-chloride industry emerged in the 1950s, which maitans unceasing growth , not only strengthened our countrys comprehensive status, but aslo has enriched peoples life from actual. This design elaborated the development of PVC in the domestic and foreign, the status and the function in the national economy and the future industry predict that the production method narration and the choice, raw material and the product main transformation nature, the technical norms and the use, and PVC production basic technical process。It emphatically carries on the related process design to 30000 ton/year PVC productions selective evaporation stage, which has consummated the design theory.It mainly includes the material balance, the thermal graduated arm to calculate that with equipments computation and the shaping. Ihe equipment computation has chosen the related computation of the high boiling point tower. The article has made a brief introduction of the automatic control and the environmental protection of the polyvinyl-chloride workshops.Key words: 30000t/year polyvinyl chloride (PVC) selective evaporation high boiling point tower 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目：氯乙烯車間2 產(chǎn)品名稱：氯乙烯3 產(chǎn)品規(guī)格：純度為99.94 年生產(chǎn)能力：30000 PVC二、設(shè)計(jì)規(guī)模：本組的設(shè)計(jì)規(guī)模是年產(chǎn)30000噸PVC。三、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1、生產(chǎn)能力：30000t PVC/年（以100%PVC計(jì)） 2、年工作日：300天（以7200小時(shí)/年計(jì)）3、自堿洗塔來(lái)物料流率：組分VCEDCN2C2H2H2O總計(jì)Kg/h47209012020 8050304、VC損失：合成、分離工段的跑、冒、滴、漏損失：9kgVC/TPVC(從壓縮工段扣除)；聚合工段分離、干燥損失：20kgVC/TPVC;5、氣柜T=25 OC（298.15 K） P=0.005MPa(表壓)6、 壓縮工段工藝條件：（1）機(jī)前冷凝器：t入=25 OC（298.15K） t出=10 OC（283.15K）（2）一段壓縮： P入=0.004MPa(表壓) P出=0.15MPa(表壓) t入= 10OC（283.15K） 中間冷卻 t出= 30OC（303.15K） 二段壓縮： P入=1.5at(表壓) P出=0.52MPa(表壓) t入= 30OC（303.15K） 機(jī)后冷卻至 t出= 40OC（313.15K）7、全凝器： t出=13OC（288.15K） P出=0.51MPa(表壓)8、水分離器內(nèi)除水80%（w%）9、尾氣冷凝器：t出=-30OC（243.15K） P出=0.50MPa(表壓)10、 低沸塔工藝條件：（1）塔頂餾出液中：VC50%（W%）（2）塔低出料含乙炔量：0.0001 %（W%）（3）操作壓力：0.5MPa(表壓)（4）放空尾氣中VC含量12%（w%）11、 高沸塔工藝條件：（1）塔頂氣體EDC濃度：0.08%（W%）（2）塔釜物料中VC濃度：20%（W%）（3）操作壓力：0.25MPa（表壓）（4）釜加熱水溫度：t入=90OC（363.15K） t出=75OC（348.15K）12、聚合工段：聚合率85%（W%），未聚合VC回收率90%（W%）13、所有設(shè)備計(jì)算：全凝器、尾氣冷凝器、低沸塔、高沸塔。對(duì)所設(shè)計(jì)設(shè)備作能量衡算和設(shè)備工藝計(jì)算。四、產(chǎn)品性質(zhì)及用途（一）產(chǎn)品性質(zhì)聚氯乙烯 英文名稱：Polyvinyl chloride polymer 簡(jiǎn)寫(xiě)： PVC 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：CH2CHCln外觀： 白色粉末分子量： 40600111600密度： 1.351.45 g/mL表觀密度：0.400.65 g/mL比熱容： (0100)：1.0451.463J/(g)熱導(dǎo)率： 0.1626W/(mK)折射率： =1.544顆粒直徑：緊密（XJ）型 30100m 疏松（SG）型 60150m糊樹(shù)脂 1.2 2 m軟化點(diǎn)： 7585熱分解點(diǎn): 100開(kāi)始降解出氯化氫溶解性： 不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。溶于酮類、脂類和氯烴類溶劑。毒性： 無(wú)毒無(wú)臭化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定;不易被酸、堿腐蝕。本色為微黃色半透明狀，有光澤。透明度勝于聚乙烯、聚苯烯，差于聚苯乙烯，隨助劑用量不同，分為軟、硬聚氯乙烯，軟制品柔而韌，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折處會(huì)出現(xiàn)白化現(xiàn)象。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90的硫酸、濃度為60的硝酸和濃度20的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80，于130開(kāi)始分解變色，并析出HCI。工業(yè)聚氯乙烯樹(shù)脂主要是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，所以聚氯乙烯沒(méi)有明顯的溶點(diǎn)，約在80左右開(kāi)始軟化，熱扭變溫度（ 1.82MPa負(fù)荷下）為70-71 ，加壓下150開(kāi)始流動(dòng)，并開(kāi)始緩慢放出氯化氫，致使聚氯乙烯變色（由黃變紅、棕、甚至于黑色）。 危 害：聚氯乙烯是經(jīng)常使用的一種塑料，是由聚氯乙烯樹(shù)脂、增塑劑和防老劑組成的樹(shù)脂，本身并無(wú)毒性。但所添加的增塑劑、防老劑等主要輔料有毒性，日用聚氯乙烯塑料中的增塑劑，主要使用對(duì)（鄰）苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯等，這些化學(xué)品都有毒性，聚氯乙烯的防老劑硬脂酸鉛鹽也是有毒的。含鉛鹽防老劑的聚氯乙烯(PVC)制品和乙醇、乙醚及其他溶劑接觸會(huì)析出鉛。含鉛鹽的聚氯乙烯用作食品包裝與油條、炸糕、炸魚(yú)、熟肉類制品、蛋糕點(diǎn)心類食品相遇，就會(huì)使鉛分子擴(kuò)散到油脂中去，所以不能使用聚氯乙烯塑料袋盛裝食品，尤其不能盛裝含油類的食品。另外，聚氯乙烯塑料制品在較高溫度下，如50度左右就會(huì)慢慢地分解出氯化氫氣體，此氣體對(duì)人體有害，因此聚氯乙烯制品不宜作為食品的包裝物。污 染：常規(guī)的PVC等材料的電線電纜是相當(dāng)嚴(yán)重的污染源。在制造、使用及廢棄處理時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生大量的二惡英、鹵氫酸、鉛等有害物質(zhì)；PVC材料燃燒時(shí)會(huì)發(fā)生很大的濃煙，并產(chǎn)生有害的HCL氣體；而且大部分PVC材料中含有Pb（鉛）、Cd（鎘）等（用作電纜穩(wěn)定劑）多種有害重金屬，會(huì)對(duì)人體健康造成一定的危害；焚燒或掩埋后，會(huì)造成對(duì)土壤和水源的污染。 氯乙烯英文名稱：chloroethylene分子式： C2H3Cl 分子量: 62.50 色味態(tài)： 無(wú)色、有醚樣氣味的氣體熔點(diǎn)()：-159.8 沸點(diǎn)()：-13.4相對(duì)密度(水=1)：0.91相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)：2.15飽和蒸氣壓(kPa)：346.53(25)臨界溫度()： 142臨界壓力(MPa)： 5.60引燃溫度()： 415爆炸上限%(V/V)： 31.0爆炸下限%(V/V)： 3.6溶解性：微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多數(shù)有機(jī)溶劑。主要用途：用作塑料原料及用于有機(jī)合成，也用作冷凍劑等。健康危害：氯乙烯可以產(chǎn)生急性中毒，急性毒性表現(xiàn)為麻醉作用；長(zhǎng)期接觸可引起氯乙烯病。輕度中毒時(shí)病人出現(xiàn)眩暈、胸悶、嗜睡步態(tài)蹣跚等；嚴(yán)重中毒可發(fā)生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。皮膚接觸氯乙烯液體可致紅斑、水腫或壞死。 慢性中毒時(shí)表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合征、肝腫大、肝功能異常、消化功能障礙、雷諾氏現(xiàn)象及肢端溶骨癥。皮膚可出現(xiàn)干燥、皸裂、脫屑、濕疹等。 本品為致癌物，可致肝血管肉瘤。環(huán)境危害：氯乙烯在環(huán)境中能參與光化學(xué)煙霧反應(yīng)。燃爆危險(xiǎn)：本品易燃，為致癌物。危險(xiǎn)特性：易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。燃燒或無(wú)抑制劑時(shí)可發(fā)生劇烈聚合。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會(huì)著火回燃。有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳、氯化氫。滅火方法：切斷氣源。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場(chǎng)移至空曠處。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳。（二）產(chǎn)品用途聚氯乙烯聚氯乙烯是用途最廣泛的通用塑料之一。聚氯乙稀具有原料豐富（石油、石灰石、焦炭、食鹽和天然氣）、制造工藝成熟、價(jià)格低廉、用途廣泛等突出特點(diǎn)，現(xiàn)已成為世界上僅次于聚乙烯樹(shù)脂的第二大通用樹(shù)脂，占世界合成樹(shù)脂總消費(fèi)量的29%。聚氯乙烯容易加工，可通過(guò)模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進(jìn)行加工。聚氯乙烯主要用于生產(chǎn)人造革、薄膜、電線護(hù)套等塑料軟制品，也可生產(chǎn)板材、門(mén)窗、管道和閥門(mén)等塑料硬制品。 PVC具有很好的隔水性，所以被廣泛用于制造水管，浴簾；此外PVC具有阻燃性能，因?yàn)樵谌紵龝r(shí)，PVC會(huì)釋放出抑制燃燒的氯原子。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90的硫酸、濃度為60的硝酸和濃度20的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80，于130開(kāi)始分解變色，并析出HCI。 工業(yè)聚氯乙烯樹(shù)脂主要是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，但也包含一些結(jié)晶區(qū)域（約），所以聚氯乙烯沒(méi)有明顯的溶點(diǎn)，約在80左右開(kāi)始軟化，熱扭變溫度（ 1.82MPa負(fù)荷下）為70-71 ，在加壓下150開(kāi)始流動(dòng)，并開(kāi)始緩慢放出氯化氫，致使聚氯乙烯變色（由黃變紅、棕、甚至于黑色）。工業(yè)聚氯乙烯重均相對(duì)分子質(zhì)量在4.8-4.8萬(wàn)范圍內(nèi)，相應(yīng)的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為2-1.95萬(wàn)。而絕大多數(shù)工業(yè)樹(shù)脂的重均相對(duì)分子質(zhì)量在10-20萬(wàn)，數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量在4.55-6.4萬(wàn).硬質(zhì)聚氯乙烯（未加增塑劑）具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐候性和耐燃性，可以單獨(dú)用做結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬質(zhì)聚氯乙烯可以用增強(qiáng)材料 1.化工設(shè)備：管道、貯槽、反應(yīng)器及反應(yīng)器襯里、煙囪、鼓風(fēng)機(jī)、泵及閥門(mén)。 2.建 筑：墻紙、地板、建筑板材、門(mén)窗以及防水卷材。 3.電子電器：電線電纜絕緣層、電線套管、電池套管、槽線盒等。 4.包 裝：中空吹塑包裝瓶，可用于食品、調(diào)味品、飲料等包裝、包裝各種物品的軟包裝、啤酒瓶蓋及飲料瓶蓋內(nèi)襯。 5.汽 車：內(nèi)飾件及各種部件的表皮套等、汽車儀表電線絕緣層及護(hù)套、護(hù)管。 6.其 它：日用品，如涼鞋、拖鞋、盤(pán)、盆、盒、水池、洗衣板等、薄膜用品，如農(nóng)用薄地膜、雨衣薄膜、民用薄膜等、小型機(jī)械零件，手輪、螺栓、閥膜、支架等。 7.玩具氯乙烯塑料工業(yè)的重要原料，主要用于生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂。與醋酸乙烯、偏氯乙烯、丁二烯、丙烯腈、丙烯酸酯類及其他單體生成共聚物。也可用作冷凍劑等。此外,還可用于合成1,1，2-三氯乙烷及1，1-二氯乙烯等。五、原料規(guī)格來(lái)源（一）規(guī)格氯乙烯合成對(duì)原料乙炔的純度和雜質(zhì)含量有嚴(yán)格的要求：純 度 純度要求98.5%磷硫含量 磷硫含量要求硝酸銀試紙不變色。水 分 含水要求0.06%生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂的主要原料電石，其技術(shù)條件、檢驗(yàn)規(guī)則、檢驗(yàn)方法和包裝等，都必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10665-2004的要求。技術(shù)要求：表1 電石國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條件項(xiàng)目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品發(fā)氣量（20、101.3kPa）/(L/kg) 300280260乙炔中磷化氫的體積分?jǐn)?shù)/% 0.060.08乙炔中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)/% 0.10粒度（580mm）質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 85篩下物（2.5mm以下）質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 5 注：圓括號(hào)中的粒度范圍可由供需雙方協(xié)商確定。（二）來(lái)源碳化鈣(CaC2)俗稱電石。工業(yè)品呈灰色、黃褐色或黑色，含碳化鈣較高的呈紫色。其新創(chuàng)斷面有光澤，在空氣中吸收水分呈灰色或灰白色。能導(dǎo)電，純度愈高，導(dǎo)電性愈好。在空氣中能吸收水分。加水分解成乙炔和氫氧化鈣。與氮?dú)庾饔蒙汕璋被}。 生產(chǎn)方法有氧熱法和電熱法。一般多采用電熱法生產(chǎn)電石，即生石灰和含碳原料(焦炭、無(wú)煙煤或石油焦)在電石爐內(nèi)，依靠電弧高溫熔化反應(yīng)而生成電石。主要生產(chǎn)過(guò)程是：原料加工；配料；通過(guò)電爐上端的入口或管道將混合料加入電爐內(nèi)，在開(kāi)放或密閉的電爐中加熱至2000左右，依下式反應(yīng)生成電石：GaO+3CCaC2+CO。熔化了的碳化鈣從爐底取出后，經(jīng)冷卻、破碎后作為成品包裝。反應(yīng)中生成的一氧化碳則依電石爐的類型以不同方式排出：在開(kāi)放爐中，一氧化碳在料面上燃燒，產(chǎn)生的火焰隨同粉塵起向外四散；在半密閉爐中，一氧化碳的一部分被安置于爐上的吸氣罩抽出，剩余的部分仍在料面燃燒；在密閉爐中，全部一氧化碳被抽出。第二章 氯乙烯的生產(chǎn)方法及工藝流程一、各種生產(chǎn)方法評(píng)述及生產(chǎn)方法的選擇（1）電石乙炔法 這是最早投入工業(yè)生產(chǎn)的方法，主要反應(yīng)： C2H2HCl CH2=CHCl + Q（110KJ）優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟，投資少，建廠周期短，設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：電石成本高，催化劑HgCl2有毒，污染，不能大規(guī)模生產(chǎn)。該法應(yīng)用有所縮減、但隨著石油價(jià)格的迅速上漲，電石的成本相對(duì)有些降低，電石乙炔法重新受到重視。（2）聯(lián)合法聯(lián)合法以1，2-二氯乙烯（EDC）裂解制取氯乙烯并副產(chǎn)氯化氫，然后以氯化氫與電石乙炔再合成氯乙烯，兩種粗氯乙烯經(jīng)精制得出聚合用的單體。優(yōu)點(diǎn)：利用已有的電石資源和乙炔合成裝置，能夠迅速提高生產(chǎn)能力。缺點(diǎn)：仍需利用大量高價(jià)電石，仍存在汞毒，因此不能持久。主要反應(yīng): C2H2 + HCl CH2=CHCl C2H4 + Cl2 CH2Cl-CH2ClCH2Cl-CH2Cl CH2=CHCl + HCl（3）乙烯氧氯法（平衡氧氯化法） 乙烯氧氯法以純氧為原料，成本比較低，生產(chǎn)裝置的伸縮性也較大，在發(fā)達(dá)國(guó)家以此法為主，主要反應(yīng)：C2H4 +Cl2 CH2Cl-CH2ClCH2=CHCl + HClC2H4 +2HCl + O2 EDC +H2O另外，乙烷的氧氯化制取氯乙烯已有工業(yè)性試驗(yàn)，乙烷價(jià)格比較低，被認(rèn)為有廣闊的前景。近來(lái)石油價(jià)格有所上漲，聯(lián)合法和乙烯氧化法成本相對(duì)于電石乙炔法較高，本廠生產(chǎn)規(guī)模不大，另外電石乙炔法工藝成熟，可利用本廠電解生產(chǎn)的氯化氫，綜合各因素，本設(shè)計(jì)選用電石乙炔法。二、電石乙炔法合成VC的反應(yīng)原理及物化數(shù)據(jù)（一）反應(yīng)機(jī)理電石原料生產(chǎn)氯乙烯的原理是在氯化汞催化劑存在下，將電石水解精制后的乙炔氣與氯化氫加成直接合成氯乙烯: +124.7kJ/mol上述反應(yīng)實(shí)際上是非均相的，分五個(gè)步驟進(jìn)行，其中表面反應(yīng)為控制階段： 外擴(kuò)散 乙炔、氯化氫向炭的外表面擴(kuò)散； 內(nèi)擴(kuò)散 乙炔、氯化氫通過(guò)炭的微孔向內(nèi)表面擴(kuò)散； 表面反應(yīng) 乙炔與氯化氫在氯化高汞活化中心反應(yīng)生成氯乙烯； 內(nèi)擴(kuò)散 氯乙烯通過(guò)炭的微孔向外表面擴(kuò)散； 外擴(kuò)散 氯乙烯自炭外表面向氣流擴(kuò)散。不少學(xué)者對(duì)該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，比較成熟的如下：本反應(yīng)的歷程先是氯化氫被吸附于氯化汞催化劑的活化中心上，然后與氣相中乙炔反應(yīng)而生成吸附態(tài)氯乙烯，最后氯乙烯再脫附下來(lái)，即：其中第二步為速度控制步驟。在130175范圍內(nèi)該反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為：式中 V乙炔轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度，kgmol(乙炔)/【kg(催化劑)h】；乙炔分壓，atm；氯化氫分壓，atm；氯乙烯分壓，atm；T溫度，K；R氣體常數(shù)，8.32kJ/（kgmolK）（二）物化數(shù)據(jù)見(jiàn)計(jì)算過(guò)程。三、生產(chǎn)工藝條件的選擇及主要設(shè)備形式的選擇（一）生產(chǎn)工藝條件的選擇不同溫度下，氯乙烯合成反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)（表征反應(yīng)的可能程度）如下：溫度/251001301.3185.6232.754溫度/1501802004.6774.2661.289由上表可見(jiàn)，在25200范圍內(nèi)，均較大。即，在此溫度范圍內(nèi)，都能得到較高平衡分壓的氯乙烯產(chǎn)品。不同溫度下，該反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)K（表征反應(yīng)的快慢程度）如下：溫度/100140181218K329.6722.214212297因此，提高反應(yīng)溫度，有利于加快氯乙烯合成反應(yīng)，獲得較高的轉(zhuǎn)化率。但過(guò)高的溫度易使氯化汞催化劑吸附的氯化高汞升華而隨氣流帶走，降低氯化汞催化劑使用壽命。在生產(chǎn)條件下，反應(yīng)溫度的提高使合成氣中高沸物含量明顯上升：反應(yīng)溫度/135150175187193高沸物含量/%0.140.1830.2670.3210.391因此，在生產(chǎn)條件許可下，應(yīng)盡可能將反應(yīng)溫度控制在100180為好。（二）主要設(shè)備形式的選擇氣液傳質(zhì)設(shè)備的類型很多，特別是近年來(lái)發(fā)展尤快。按氣液接觸基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類，其中有工業(yè)價(jià)值的大致可以分為三類：（1）填料塔填料塔屬于微分接觸逆流操作，塔內(nèi)以填料作為氣液接觸的基本構(gòu)件。填料又可分為通用型填料和精密填料兩大類。拉西環(huán)，鮑爾環(huán)，矩鞍填料等屬于通用型填料。圓網(wǎng)環(huán)，波紋網(wǎng)填料等屬于精密填料。通用型填料效率較低，但適應(yīng)性好。精密填料效率高，但尺寸也苛刻，在很多場(chǎng)合下其適應(yīng)性就受到許多限制。（2）板式塔 板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，塔內(nèi)以塔板作為氣液接觸的基本構(gòu)件。塔板又可分為有降液管和無(wú)降液管兩種，在有降液管的塔板上氣相與液相相互垂直，屬于錯(cuò)流型。無(wú)降液管的塔板（穿流型）則屬于逆流型。這兩類里又包括了許多不同型式的板上氣液接觸部件，如篩孔，柵條，浮閥，泡罩，浮板等。（3）特種接觸塔型 此外，還有一些不屬于填料式和塔板型的特種氣液接觸設(shè)備，例如并流噴射塔、文氏管、臥式管、噴霧塔等，在工業(yè)生產(chǎn)上較有用的是并流噴射塔。 表 板式塔和填料塔的性能比較5.7項(xiàng)目塔型板式塔填料塔壓力降壓力降一般比填料塔大壓力降小，較適于要求壓力降小的場(chǎng)合空塔氣速（生產(chǎn)能力）空塔氣速小空塔氣速大塔效率效率穩(wěn)定，大塔效率比小塔有所提高塔徑在1400mm以下效率較高，塔徑增大，效率會(huì)下降液氣比適應(yīng)范圍較大對(duì)液體噴淋量有一定要求持液量較大較小材質(zhì)要求一般金屬材料制作可用非金屬耐腐蝕材料安裝維修較容易較困難造價(jià)直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低直徑小于800mm，一般比板式塔便宜，直徑增大，造價(jià)顯著增加重量較輕重所以經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)能力、塔效率、流動(dòng)阻力、操作彈性、結(jié)構(gòu)、造價(jià)、安檢等各項(xiàng)指標(biāo)的比較，和本身計(jì)算塔徑為800mm，綜合考慮我將選擇板式塔作為精餾的主要設(shè)備。四、工藝流程說(shuō)明電石乙炔法流程述電石乙炔法生產(chǎn)PVC分為四個(gè)工段，即乙炔工段、合成工段、精餾工段、聚合工段。（1）乙炔工段粉碎為粒徑25-50mm的電石小顆粒裝入吊斗中，由吊車加入發(fā)生器的貯斗中，在加電石的同時(shí)向發(fā)生器連續(xù)加水，電石遇水反應(yīng)生成粗乙炔氣，送至清凈崗位并保持氣柜一定高度。來(lái)自發(fā)生器的粗乙炔氣，經(jīng)冷卻后去水環(huán)泵加壓，然后去清凈，中和除去硫、磷、二氧化碳等雜質(zhì)。經(jīng)冷凝除去水分后，送下一合成工段。（2）合成工段精乙炔、氯化氫兩種原料按1:1.05-1.1進(jìn)行混合，經(jīng)混合脫水系統(tǒng)脫水、預(yù)熱后，通過(guò)裝有吸附的HgCl2的含活性炭觸媒的列管式固定床催化合成粗氯乙烯單體。粗氯乙烯氣體經(jīng)凈化、水洗、堿洗、機(jī)前冷卻器、水分離器，由壓縮機(jī)加壓后送至精餾工段。（3）精餾工段來(lái)自合成工段壓縮機(jī)的粗氯乙烯，經(jīng)全凝器冷凝、水分離后進(jìn)入低沸塔進(jìn)行精餾，分離大部分雜質(zhì)，低沸塔塔釜液體進(jìn)入高沸塔進(jìn)一步精餾塔頂?shù)玫捷^純的氯乙烯單體，經(jīng)成品冷凝器冷凝后進(jìn)入單體儲(chǔ)罐，然后進(jìn)入聚合工段。從全凝器出來(lái)的未冷凝的氣體進(jìn)入尾氣冷凝器回收氯乙烯，尾氣經(jīng)過(guò)吸收裝置排空。 （4）聚合工段將精氯乙烯單體在聚合釜中按一定的配方和操作條件,聚合為聚氯乙烯樹(shù)脂。五、生產(chǎn)控制表自控流程設(shè)計(jì)是流程圖設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，化工生產(chǎn)過(guò)程中，任何單元設(shè)備對(duì)流程設(shè)計(jì)都有一定的要求，且有一定的共性。在精餾工段典型的單元設(shè)備主要有低沸塔、高沸塔，下面介紹其自控流程部分。（一）、低沸塔由于低沸塔的塔底物料為主要產(chǎn)品，采用按提餾段指標(biāo)控制方案，塔底設(shè)置一自控裝置。但塔頂壓力穩(wěn)定是平穩(wěn)操作的重要因素，因?yàn)樗攭毫Φ淖兓瘜⒁鹚?nèi)氣相流量和塔板上氣液平衡條件的變化，從而使操作條件改變，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此塔頂也需要一自控裝置。1、塔頂?shù)头兴斣O(shè)有一壓力儀表，在出口管道上設(shè)置一壓力調(diào)節(jié)閥，將溫度表的測(cè)溫點(diǎn)與調(diào)節(jié)閥用線路連接，在線路中加入一壓力記錄控制儀表。同時(shí)在出口管道上設(shè)一裝有旁路閥的并聯(lián)管道，當(dāng)自控失靈時(shí)可以進(jìn)行手控調(diào)節(jié)，保證壓力穩(wěn)定。當(dāng)塔頂壓力過(guò)低時(shí)，壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)將調(diào)節(jié)閥關(guān)小，使塔頂排氣量降低，使壓力自動(dòng)回升至設(shè)定壓力。2、塔底低沸塔塔釜設(shè)有一液位計(jì)指示塔釜中液位，同時(shí)再沸器也設(shè)有一液位指示控制儀表，儀表與再沸器熱水進(jìn)口的調(diào)節(jié)閥相連。當(dāng)?shù)头兴脑俜衅髦幸何贿^(guò)低時(shí)，調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)調(diào)小開(kāi)度，使進(jìn)入再沸器的熱水量減少，從而使液位復(fù)原；當(dāng)再沸器中液位過(guò)高時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度將增大，使進(jìn)入再沸器的熱水量增加，使液位降低。（二）、高沸塔由于高沸塔塔頂物料為主要產(chǎn)品，采用按精餾段指標(biāo)控制方案，塔頂設(shè)置一自控裝置。為控制塔釜液位，塔底再沸器也設(shè)置一液位自控裝置。1、塔頂高沸塔塔頂設(shè)有一溫度儀表，在出口管道上設(shè)置一溫度調(diào)節(jié)閥，將溫度儀表的測(cè)溫點(diǎn)與調(diào)節(jié)閥用線路連接，在線路中加入一溫度指示控制儀表。同時(shí)在出口管道上設(shè)一裝有截止閥的并聯(lián)管道，以防止自控失靈時(shí)可以手控調(diào)節(jié)。雙管齊下保證產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)塔頂溫度過(guò)低時(shí)，溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)將調(diào)節(jié)閥關(guān)小，使塔頂氣體流量降低，使溫度自動(dòng)回升至設(shè)定溫度。2、塔底高沸塔塔釜設(shè)有一液位計(jì)指示釜中液位，同時(shí)塔釜再沸器設(shè)有一液位指示控制儀表，與再沸器熱水進(jìn)口的調(diào)節(jié)閥相連。在熱水進(jìn)口管道上設(shè)一裝有旁路閥的并聯(lián)管道，當(dāng)自控失靈時(shí)可以進(jìn)行手控調(diào)節(jié)，使再沸器中液位穩(wěn)定。當(dāng)再沸器中液位過(guò)低時(shí)，調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)調(diào)小開(kāi)度，使進(jìn)入再沸器的熱水量減少，從而使液位復(fù)原；當(dāng)再沸器中液位過(guò)高時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度將增大，使進(jìn)入再沸器的熱水量增加，使液位降低。第三章 物料衡算1、根據(jù)設(shè)計(jì)要求，列表如下：生產(chǎn)能力：30000T PVC/年名稱組分VCEDCN2C2H2H2O總計(jì)分子量kg/kmol62.599282618流 量kg/h47209012020805030質(zhì)量含量 w%93.841.792.390.401.59摩爾含量x0.8788001064.990.00900.0517堿洗塔氣柜機(jī)前冷凝器壓縮機(jī)機(jī)后冷凝器油水分離器全凝器低沸塔高沸塔 成品冷凝器尾氣冷凝器油水分離器 水 2、工藝流程圖概況（方塊圖）：一 、氣柜： 進(jìn)料氣柜堿洗塔 出料 冷凝水（1）來(lái)自堿洗塔的物料流率同理可以得： （3）冷凝水的求?。海ǔ隽?98.15K）氣柜內(nèi)t=25C ， 由1 可查得此時(shí) n=2.502kmol/h 氣柜內(nèi)水損失量（4）從而得到出料的摩爾流率 物料衡算表：組分堿洗塔輸入氣柜輸出w%y%w%y%VC472093.8475.5287.89472094.4975.5289.92EDC901.790.90911.06901.800.90911.08N21202.384.2864.991202.404.2865.10C2H2200.400.76920.89200.400.76920.92H2O801.594.4445.1745.0360.912.5022.985030100.0085.93100.004995.03610083.9863100二、機(jī)前冷凝器物料衡算 (出料283.15K) 氣柜機(jī)前冷凝器 進(jìn)料 出料冷凝水進(jìn)料即氣柜出料 查查參考書(shū)1 ：t=10C ， 由 解得 所以冷凝水的量為 因此 從機(jī)前冷凝器的出料摩爾流率是： 物料衡算表：組分從氣柜輸入機(jī)前冷凝器輸出w%y%w%y%Vc472094.4975.5289.92472095.0275.5291.60EDC901.800.90911.08901.810.90911.10N21202.404.2865.101202.424.2865.20C2H2200.400.76920.92200.400.76920.93H2O45.0360.912.5022.9817.30340.350.96131.174995.036100.0083.9863100.004967.3034100.0082.4456100.00三 . 壓縮機(jī) （一）一段壓縮：（出料T=303.15K）機(jī)前冷凝器壓縮機(jī)一段 進(jìn)料 出料進(jìn)料即機(jī)前冷凝出料：查參考書(shū)1 T=303.15K下 水的飽和蒸汽壓 此時(shí)根據(jù)水的飽和蒸汽壓求出出料中水的最大含量 由于實(shí)際0.01688所以 壓縮一段中沒(méi)有冷凝水出現(xiàn)（二）二段壓縮：（出料T=313.15K）壓縮機(jī)一段壓縮機(jī)二段 進(jìn)料出料進(jìn)料即壓縮一段出料：查參考書(shū)1 ： T=313.15K下 水的飽和蒸汽壓： 此時(shí)根據(jù)水的飽和蒸汽壓求出出料中水的最大含量 由于理論計(jì)算的最大含量0.01187大于實(shí)際含量0.01166所以 壓縮二段中沒(méi)有冷凝水出現(xiàn)（三）壓縮過(guò)程的跑、冒、滴、漏損失和扣除： 由損失的原料組成與壓縮機(jī)出料口物料組成相同：故出料組成為： 物料物料橫算表:組分從機(jī)前冷凝器輸入從壓縮機(jī)后冷凝器輸出w%y%w%y%Vc472095.0275.5291.604682.595.0274.9291.60EDC901.810.90911.1089.28811.810.90191.10N21202.424.2865.20119.0562.424.2525.20C2H2200.400.76920.9319.84060.400.76310.93H2O17.30340.350.96131.1717.16660.350.95371.174967.3034100.0082.4456100.004927.8513100.0081.7907100.00 全凝器尾氣冷凝器四、全凝器 由壓縮機(jī)進(jìn)料油水分離器 全凝器t=13C 出口壓力P =0.51MPa（表壓）=611.325KPa為等溫閃蒸過(guò)程，近似認(rèn)為汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)。設(shè)為理想溶液,則查參考書(shū)2 得： 查參考書(shū)2 得： 查參考書(shū)1 得： 由可得各物料的值，列于下表組分VCEDCN2C2H2H2O壓縮機(jī)輸入（kmol/h）74.920.90194.2520.7631 0.95370.916000.011030.051990.009320.011660.48120.02567_5.74 0.002449進(jìn)料含有不凝組分氮?dú)猓?設(shè)v=0.15由上式求得各物質(zhì)的氣相含量如下： 同理可得 F=81.7907 所以V=12.2686 L=69.5221 不符合要求，重設(shè)v故重設(shè)v=0.10445 ,v合適由求出各物質(zhì)的氣、液相流率和液相組成，圓整后列于下表：物料衡算表組分從壓縮機(jī)輸輸入全凝器輸出(液相)全凝器輸出(氣相)w%y%w%xw%y%VC4682.595.0274.9291.604433.7597.4170.9496.85248.7566.153.9846.59EDC89.28811.810.90191.1089.03071.950.89931.230.25740.070.00260.03N2119.0562.424.2525.200000119.05631.664.25249.78C2H219.84060.400.76310.9311.86380.260.45630.627.97682.120.30683.59H2O17.16660.350.95371.1717.16120.380.95341.300.00540.00140.00030.00354927.8513100.0081.7907100.004551.8057100.00073.249100.0003