年產10萬噸氯乙烯車間精餾段工藝設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，催化劑磨損大。 　　由反應器出來的反應產物經水淬冷，再冷凝成液態粗二氯乙烷。冷凝器中未被冷凝的部分二氯乙烷及未轉化的乙烯、惰性氣體等經溶劑吸收等步驟回收其中二氯乙烷。所得粗二氯乙烷經精制后進入熱解爐裂解。 乙烯氧氯化法的主要優點是利用二氯乙烷熱裂解所產生的氯化氫作為氯化劑，從而使氯得到了完全利用。 乙烷氧氯化法 采用特制的熔鹽為觸媒，使石油裂解氣中的乙烷在反應器中進行氧氯化和裂解反應，從而制得氯乙烯。這是一條新的工藝路線，有液相法和氣相法，其中液相法比較成熟，其反應為： C2H6 + HCl + O2 KCl－CuCl2－CuCl2 C2H3Cl + 2H2O 2C2H6 + 2HCl + O2 2C2H3Cl + 2H2O C2H6 + 2HCl + O2 C2H4Cl2 +H2O 這種方法可以省去裂解乙烯的步驟，可直接采用粗氯化烴類作氯源，避免了處理氯化烴的麻煩。但該工藝中乙烷的單程轉化率很低，僅為28%左右，而且產物復雜，分離起來也很困難。 （1）乙烷直接氯化將飽和碳氫化合物在不穩定的溫度范圍內，例如在1000℃下與氯氣反應，可生成相當量的氯乙烯。反應式為：C2H6 +2Cl2 → C2H3Cl + 3HCl （2）乙烷氧氯化 反應式為：2C2H6 + Cl2 + 3/2O2 → 2C2H3Cl + 3H2O目前這些方法僅處于實驗階段，工業化方法尚未完成。 氯乙烯精餾形式本章主要以新疆氯堿行業普遍采用的乙炔法制氯乙烯為例。乙炔法制備氯乙烯，制備的粗乙烯經液化后，既含有低沸點物C2HNH2等，也含有高沸點物C2H2ClC2H2ClCH3CHO等，而氯乙烯的沸點位于中間，所以要用兩個塔進行分離，先用低沸塔把低沸物分離出來，再用高沸塔把高沸物分離出來，才能得到較純凈的精氯乙烯。因此以下精餾塔設計包括低沸塔與高沸塔設計。2 低沸精餾塔工藝設計 氯乙烯精餾工序物料衡算的已知條件 原料成分粗氯乙烯溶液，粗氯乙烯含量90%（質量比），乙炔含量2%，二氯乙烷含量2%，水含量6%。 低沸塔操作條件操作壓力（表壓），塔頂溫度30，進料板溫度5，塔釜溫度50；回流比510，全塔效率30%。 高沸塔操作條件操作壓力（表壓），塔頂溫度20，進料板溫度50，塔釜溫度30；，全塔效率30%。 精餾要求%（質量比），乙炔含量≤%。 全凝器的物料衡算 原料成分粗氯乙烯溶液，其中氯乙烯90%（質量比），乙炔2%（質量比），二氯乙烷2%（質量比），水6%（質量比），本次設計要聚氯乙烯的年產量為10萬噸/年，一年生產時間為8000h，即：102000/8000=。 粗氯乙烯溶液中各組分組成的計算 ，則氯乙烯的質量分數90%，即乙炔的質量分數2%，即二氯乙烷的質量分數2%，即水的質量分數6%，即 全凝器物料衡算 故原料液流量 F= + + 低沸塔的物料衡算在低沸塔中，主要進行氯乙烯和乙炔的分離，而不考慮二氯乙烷的影響。，求其質量分數： ω氯乙烯 == 98%ω乙炔 = 根據工藝要求，%，%。為了便于計算，假設一次性把乙炔蒸餾完全。 原料液及塔頂，塔底的摩爾分率乙炔的摩爾質量 MA = 氯乙烯的摩爾質量MB = 進料： 塔頂： 塔底： 原料液及塔頂，塔底的平均摩爾質量 物料衡算原料液處理量： 總物料衡算： 乙炔的物料衡算： F=乙 炔 氯乙烯 D= 炔 氯乙烯 W=乙 炔 氯乙烯 圖21 低沸精餾塔表21 低沸精餾塔物料衡算計算結果組分進料F塔頂D 塔底W流量193 185由圖表21可知物料平衡。 低沸塔塔板數的確定 乙炔—氯乙烯的汽液相平衡數 由化學化工物性數據手冊查得乙炔，氯乙烯的飽和蒸汽壓如下表22，23：表22 氯乙烯的飽和蒸汽壓氯乙烯4020 0 20蒸汽壓 表23 乙炔的飽和蒸汽壓乙炔4020 0 20蒸汽壓1486 2635 4347 根據乙炔，氯乙烯的飽和蒸汽壓，利用泡點方程 計算出乙炔，氯乙烯的汽液相平衡數據如下表24：表24 乙炔，氯乙烯的汽液相平衡數溫度T液相中乙炔的摩爾分數 汽相中乙炔的摩爾分數4020020 圖22 最小回流比的確定 最小回流比和操作回流比采用圖解法求最小回流比，在圖的對角線上自e(，)作垂線即為進料線q線，該線與平衡線的交點坐標為 則最小回流比 是： 故取操作回流比為R=6（低沸塔的操作回流比為5~10） 精餾塔的氣液相負荷 操作線方程精餾段操作線方程： 提餾段操作線方程： 理論板層數由圖22做梯級求得理論塔板數如圖23所示。圖23 圖解法求理論塔板數采用圖解法求理論板層數結果為：總理論板層數NT= 進料板位置NF=5考慮到乙炔與氯乙烯屬于非同類化合物與理想溶液的拉烏爾定律有較大的誤差，故取板效率為30%。 所以：精餾段實際板層數N精=4/≈14 提餾段實際板層數N提=≈9 低沸塔其他物性數據的計算精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算，以精餾段為例進行計算。 操作壓力計算塔頂操作壓力 PD=+550=每層塔板壓降= 進料板壓力 精餾段平均壓力 操作溫度的計算 依據操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中氯乙烯和乙炔的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結果如下： 塔頂溫度：=30進料板溫度：=5精餾段平均溫度： 平均摩爾質量計算塔頂平均摩爾質量計算查平衡曲線得 ： 進料板平均摩爾質量計算 由圖解理論板得： 查平衡曲線得： 精餾段平均摩爾質量： 平均密度的計算 a)氣相平均密度的計算由理想氣體狀態方程計算：b)液相平均密度的計算液相平均密度依據下式計算：c)塔頂液相平均密度的計算：由，查化學化工物性數據手冊得： d)進料板液相平均密度的計算： 由， 查化學化工物性數據手冊得： 進料板液相的質量分率： e)精餾段液相平均密度的計算： 液相平均表面張力的計算 液相平均表面張力依據下式計算： a)塔頂液相平均表面張力的計算： 由，查化學化工物性數據手冊得：b)進料板液相平均表面張力的計算： 由，查化學化工物性數據手冊得：c)精餾段液相平均表面張力： 液體平均黏度的計算液體平均黏度依據下式計算：a)塔頂液相平均黏度的計算：由，查化學化工物性數據手冊得： 解得：b)進料板液相平均黏度的計算： 由， 查化學化工物性數據手冊得： 解得： c)精餾段液相平均黏度的計算： 低沸精餾塔的塔體工藝尺寸的計算 圖24為低沸精餾塔示意圖。圖24 低沸精餾塔示意圖 塔徑的計算精餾段的氣，液相體積流率為：由，式中C按計算，其中由化工設計書查取，圖的橫坐標為：取板間距，板上液層高度則：由化工設計書查取，得：=，則空塔氣速為：由化工設計書，按照標準塔徑圓整后為D=塔截面積為實際空塔氣速為： 精餾塔有效高度計算精餾段有效高度為：提餾段有效高度為：故精餾塔的有效高度為 低沸塔塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 因塔徑D=，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下： a)堰長 b)溢流堰高度由 ，選用平直堰，堰上液層高度由化工設計書式近似取E=1，則取板上清液層高度，故 c)弓形降液管寬度和截面積由 由化工設計書得 故 驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設計合理。d)降液管底隙高度由化工設計書取則 故降液管底隙高度設計合理。 塔板布置l 塔板的分塊由化工設計書，因故塔板采用整塊式。l 邊緣區寬度確定由化工設計書，取。l 開孔區面積計算開孔區面積由化工設計書式故 l 篩孔計算及其排列由化工設計書，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為：由化工設計書，篩孔數目n為：由化工設計書，開孔率為： 氣體通過閥孔的氣速為： 低沸塔接管的選型 進料管的選型計算進料流量 進料的平均摩爾質量 進料的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由 ，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細則，確定選用：，其內徑為 塔頂氣體進入冷凝管的選型計算 塔頂氣體流量 塔頂氣體的平均摩爾質量 由，查化學化工物性數據手冊得： 塔頂氣體的平均密度 由化工原理書得： 一般液體流速為，氣體流速為 由， 取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細則，確定選用：，其內徑為 塔頂回流管的選型計算 塔頂回流量 塔頂回流的平均摩爾質量 塔頂回流的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細則，確定選用：，其內徑為 塔底出液管徑的確定 塔底出液量 塔底出液的平均摩爾質量 由于塔底出液含有的氯乙烯，塔底出液的平均密度近似為氯乙烯在的密度。查化學化工物性數據手冊得：