年產(chǎn)20萬噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(完整版)

　　

【正文】 22 表 物化數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 溫度 /℃ 比熱 /kcal/（ kg℃ ） 計(jì)算： Q1 : 進(jìn)料溫度為 25℃，即 Q1 =0 Q3 : Q3= + （ 231） ：生成 40%的鹽酸時(shí)， HCl 的水溶液生成的熱， 35430 kcal/kmol[5] 則冷卻器只能中 HCl溶于水放出的熱量為： （ ）247。℃ ） C 水蒸氣 = kJ/（ kg℃ ） C 氯乙烯 = kJ kJ/（ kg℃ ） 計(jì)算： Q1 : 進(jìn)料溫度為 75℃，即 Q1 =0 Q3 : 由反應(yīng)式， Q3 = 103 = kJ （ 240） Q4 : Q4 = Q 氯乙烯 +Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水蒸氣 = （ 11075） + （ 11075） + （ 11075） + （ 11075） + （ 11075） = ++++ = kJ （ 241） Q2 ： Q5 = Q2 % ∵ Q1＋ Q2＋ Q3 = Q4＋ Q5 ∴ 0+ Q2+ = + Q2 ∴ Q2 = kJ Q5 ： Q5 = Q2 5% = = kJ 26 表 轉(zhuǎn)化器熱量衡算表 物料 入口 /kJ 物料 出口 /kJ C2H2 0 CH2CHCl HCl 0 C2H2 O2 0 HCl H2O 0 O2 反應(yīng)熱 H2O 循環(huán)水 損失 Σ Σ （ 4） 石墨冷卻器 進(jìn)料溫度： t1 = 110℃ 出料溫度： t2 = 25℃ 以進(jìn)料溫度 t1 = 110℃為計(jì)算基準(zhǔn)： C 乙炔 = kJ kJ/（ kg℃ ） C 氧 氣 = kJ/（ kg℃ ） 23 C 氧 氣 = kJ/（ kg I 進(jìn)料氣組成： CH2CHCl ： kg C2H2 : kg HCl ： kg O2 ： kg H2O ： + 7910 = （ 225） II 出料氣組成： CH2CHCl ： kg C2H2 : kg 回收的鹽酸： 98%247。 假設(shè)鹽酸為 38%，出水量為 80%。 95%= kmol （ 28） 因此，進(jìn)氣中 C2H2 需 kmol （ kg） 各單元的物料衡算 （ 1）混合器的物料衡算 圖 混合器的物料衡算簡圖 乙炔 氯化氫 混合器 C2H2 HCl O2 H2O 14 C2H2 和 HCl 的最適宜的摩爾比是： 1:～ [2] 本設(shè)計(jì)選取： nC2H2 : nHCl = 1: I 進(jìn)料氣組成： 表 進(jìn)料氣組成 進(jìn)料氣 組分 含量 /% 乙炔氣 C2H2 H2O 氯化氫 HCl H2O 惰性氣體（以 O2 計(jì)算） 因此，進(jìn)料氣所需乙炔氣： 247。所以，工業(yè)上乙炔發(fā) 生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞及管件。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸得 20%鹽酸，裝大貯槽供罐裝外銷，氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔，除去殘余的微量氯化氫后，送至氯乙烯氣柜，最后去精餾工段。 V 含氧量 原料氣 (主要存 在于氯化氫中 )中含量用較高時(shí)，將威脅安全生產(chǎn)、特別當(dāng)合成轉(zhuǎn)化率較差，造成尾氣放空中含乙炔量較高時(shí)，氧在放空氣相中也被濃縮．就更有潛在的危險(xiǎn)，系統(tǒng)中的氧能與活性碳在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳，使精餾系統(tǒng)出現(xiàn)問題。 III 水分 水分過高易與混合氣中氯化氫形成鹽酸，使轉(zhuǎn)化器設(shè)備及管線受到嚴(yán)重腐蝕，腐蝕的產(chǎn)物二氯化鐵、三氯化鐵結(jié)晶體還會堵塞管道，威脅正常生產(chǎn)。h 。 II 反應(yīng)溫度 提高反應(yīng)溫度有利于加快氯乙烯合成反應(yīng)的速度，獲得較高的轉(zhuǎn)化率。以乙炔與氯化氫氣相合成氯乙烯的反應(yīng)來說，在 100～ 180℃ 范圍的熱力學(xué)平衡常數(shù)是很高的，說明在上述溫度下該反應(yīng)如達(dá)到平衡，則有獲得高收率氯乙烯產(chǎn)品的可能。 催化劑 的選取 [15] I 載體活性炭 用作催化劑載體的活性炭，一般是 由低灰分的煤加工制成，并經(jīng) 750～ 950℃ 高溫水蒸氣活化，以氧化 (或稱 “燒掉 ”)成型后炭粒內(nèi)部的揮發(fā)組分，使形成許多微細(xì)的 “孔穴 ”和 “通道 ”。 CH 2＝ CH2 十 C12 → CH 2C1—CH 2C1 （ 14） CH 2C1—CH 2C1 → CH 2＝ CHC1 十 HC1 十 HCl → CH 2＝ CHC1 （ 15） 50 年代后期，開發(fā)出乙烯氧氯化工藝以適應(yīng)不斷增長的對氯乙烯的需求。因此，本設(shè)計(jì)采用乙炔法。今后幾年 ,我國塑料加工業(yè)對 PVC 的需求量會越來越大 ,特別是聚氯乙烯硬制品的發(fā)展迅速 ,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì) ,20xx 年建筑排水管6 70%采用塑料管 。 由于傳統(tǒng)的電石乙炔 法制氯乙烯需要消耗大量電能 , 對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染 , 我國在幾家較大的氯乙烯生產(chǎn)廠引進(jìn)了日本、歐洲的平衡氧氯化生產(chǎn)工藝 , 該工藝由于具有成本低、質(zhì)量高、污染小、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn) , 是目前世界上比較通用的氯乙烯生產(chǎn)工藝。 氯乙烯分子含有不飽和雙鍵和不對稱的氯原子，因而很容易發(fā)生均聚反應(yīng)；也能與其他的單體發(fā)生共聚反應(yīng)，還能與多種無機(jī)或有機(jī)化合物進(jìn)行合成、加成、取代及縮合等化學(xué)反應(yīng)。在一些發(fā)達(dá)國家，聚氯乙烯硬制品占 70％，軟制品涂料和黏合劑占 30％；按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，建材類占 65％，包裝類占 8％，電子電器占 7％，家具／裝飾占 5％，一般消費(fèi)占 4％，其他占 11％。日常生活中常見的電纜外皮、防水卷材、農(nóng)用膜、密封材料等一般由 SG2 和 SG3 樹脂和30％～ 70％增塑劑加工而成，屬于軟制品，主要通過吹塑、壓延、模塑、滾塑等加工方法實(shí)現(xiàn)。 我國通用型懸浮法樹脂劃分為 SGl～ SG8 共 8 個(gè)型號，其聚合度在 800～ 1600 之間。 目前，商品化的 PVC 樹脂的平均相對分子質(zhì)量范圍在 1． 9105～ 5． 0106 之間。Distillation column。而在國內(nèi)也隨著我國聚氯乙烯等行業(yè)的不斷發(fā)展，帶動了我國氯乙烯消費(fèi)量的不斷增加。本設(shè)計(jì)主要對氯乙烯的物性、用途及國內(nèi)外生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對其現(xiàn)有各種生產(chǎn)工藝做簡要介紹，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求確定了本生產(chǎn)工藝流程，對氯乙烯的生產(chǎn)、分離及提純階段精餾塔進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并根據(jù)物性及操作條件等綜合因素對塔設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)、選 型，對輔助設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。Calculate 1 引 言 本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，對年產(chǎn)二十萬噸氯乙烯的工藝初步設(shè)計(jì)，廣泛收集了聚氯乙烯（ (Polyvinyl Chloride，簡稱 PVC）、氯乙烯（ vinyl Chloride。 PVC樹脂與聚乙烯 (PE)樹脂相比，由于碳?xì)滏溨幸肓寺仍?，其物理性能具有特點(diǎn)，氯元素的引入導(dǎo)致聚氯乙烯具有難燃性，在火焰上可以燃燒，同時(shí)放出 HCl、 CO 和苯等物質(zhì)，離 火即自熄。在專用型樹脂方面國內(nèi)自行研究開發(fā)了低聚合度 PVC(聚合度在 400 左右 )、高聚合度PVC(聚合度為 2500、 4000、 6000 等 )、糊用摻混 PVC、交聯(lián) PVC、共聚 PVC 樹脂、食品級和醫(yī)用級 PVC 樹脂、蓄電池隔板和 PVC 熱塑性彈性體等品種。塑鋼門窗，上下水管，硬制板材，管件等一般由 SG5 型以上樹脂和含有 0～ 6％的增塑劑加 工而成，稱為硬制 品，采用壓延、擠出、注塑成型工藝。特別是 PVC 在加工過程中可以添加較4 多的其他改性助劑、大量廉價(jià)的填料，在合適的性能下可以更低的成本制造適用 產(chǎn)品，所以 PVC 比其他 通用樹脂及塑料制品的價(jià)格便宜，性能價(jià)格比優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)效益好，尤其是在建筑領(lǐng)域的角色地位是其他材料所不能取代的。 氯乙烯的主要應(yīng)用是在工業(yè)上進(jìn)行均聚反應(yīng)或共聚的以上生產(chǎn)高聚物。 最初的氯乙烯生產(chǎn)全部以乙炔為原料。電線套管 80%采用塑料管 。 氯乙烯首先在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)是在 20世紀(jì) 30年代，當(dāng)時(shí)是使用電石水解成，乙炔和氯化氫進(jìn)行加成反應(yīng)得到的。在這個(gè)過程中，乙烯、氧氣和氯化氫反應(yīng)生成二氯乙烷，和直接氯化過程結(jié)合在一起，兩者所生成的二氯乙烷一并進(jìn)行裂解得到氯 乙烯，這種生產(chǎn)方法稱為平衡法。因此，活性炭具有非常驚人的表面積，如利用低濕氮?dú)馕椒ɑ虮秸魵鈩討B(tài)吸附法，可測得目前常用的活性炭其每克重量就有 800～ 1000m2 的表面積，這一數(shù)值又稱為活性炭的比表面積。但反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)無催化劑存在時(shí)， 該反應(yīng)在上述溫度范圍的速率幾乎等于零，而以升汞的活性炭催化劑用于反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)過程就大大地被加速，這時(shí)的平衡常數(shù)是很大的，催化劑與乙炔生成了中間絡(luò)合物，再由中間絡(luò)合物進(jìn)一步生成氯乙烯，也即催化劑的存在改變了反應(yīng)的歷程 (機(jī)理 )和反應(yīng)所需的活化能，以達(dá)到加速反應(yīng)的效果。但是，過高的溫度易使催化劑吸附的氯化高汞升華而隨氣流帶逸，降低催化劑活性及使用壽命；此外，在較高溫度下，催化劑在乙炔氣流中可收集到 45～ 70℃ 餾分的液體，屬二氯乙烯類物質(zhì)，而催化劑上的升汞被還原成甘汞或水銀。此時(shí)，既能保證乙炔有較高的轉(zhuǎn)化率，又能保證高沸點(diǎn)副產(chǎn)物含量減少。水分還易使催化劑結(jié)塊，降低催化活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，使乙炔流量增高產(chǎn)生困難。 更值得注意的是，氧在精餾系統(tǒng)中能與氯乙烯單體反應(yīng)形成氯乙烯過氧化物： H 2 C C H C l + O 2 C H 2 HCC l O O nnn （ 19） 后者與精餾系統(tǒng)中微量水分相遇時(shí)，會發(fā)生水解而產(chǎn)生鹽酸，甲酸、甲醛等酸性物質(zhì) , 從而降低單體 pH 值，造成設(shè)備管線的 腐蝕，則產(chǎn)生的鐵離子則污染單體，最終還影響到聚合產(chǎn)品的白度和熱穩(wěn)定性。 主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) I 氯化氫 分子式： HCl 分子量： 性質(zhì)：氯化氫是一種無色有刺激性的氣體，遇到濕空氣則呈白色 煙霧，鼓可做煙霧劑。壓力對乙炔有特殊的意義。 12 規(guī)格：純度： ≥% 不含硫、磷、砷等雜質(zhì) 。 % = kmol （ 29） 進(jìn)料氣所需的氯化氫氣體： 247。 I 進(jìn)料氣組成： C2H2 : kmol （ ） HCl ： kmol （ ） O2 ： kmol （ ） H2O： （ ） II 出料氣組成： C2H2 : kmol （ ） O2 ： kmol （ ） H2O： （ 180%） = kg ∵ 鹽酸為 38%， OHHC 2mmmlHCl? 100% = 38% （ 218） ∴ HClm = （ 247。 20% = kg （ 226） HCl ： （ 198%） = （ 227） O2 ： kg H2O ： 7910+ = kg （ 228） III 泡沫水洗塔的物料衡算 : 20 表 泡沫水洗塔的物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH2CHCl CH2CHCl C2H2 C2H2 HCl HCl O2 O2 H2O H2O 鹽酸 Σ 100 Σ 100 （ 9）堿洗泡沫塔 圖 堿洗泡沫塔物料衡算簡圖 I 進(jìn)料氣組成： CH2CHCl ： kg C2H2 : kg HCl ： O2 ： kg H