1、聚氯乙烯生產畢業論文設計畢業設計（論文）（化工系）題 目年產40萬噸電石法氯乙烯生產工藝設計專 業班 級姓 名學 號指導教師完成日期 2011年6月25日2011年10月10日（論文）鮭前言4第一章文獻綜述81. 1化學品名稱81. 2成分組成信息813危險性概述8第二章 電石法制氯乙烯所用的原料及其性質錯 誤!未定義書簽。21乙烘氧氯化法生產氯乙烯錯誤!未定義書簽。22電石乙烘法生產氯乙烯錯誤!未定義書簽。第三章 電石法制氯乙烯工藝流程錯誤!未定義 書簽。3. 1乙烘性質103. 2生產方法111233影響因素第四畧電石法制氯乙烯工段物料及熱量衡算方法錯誤!未定義書簽。41制備方法134.

2、2鹽酸脫吸法生產氯化氫154. 3副產鹽酸脫吸法生產氯化氫17第五章 電石法制氯乙烯工段的主要設備錯誤! 未定義書簽。51合成部分設備錯誤!未定義書簽。52列管式石墨換熱器錯誤!未定義書簽。53吸收部分設備錯誤!未定義書簽。總結錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。摘要氯乙烯的制備在PVC的生產過程中是一個非常重要的環節，它把從氯化氫裝置送來的干燥 氯化氫氣體和從乙烘裝置送來的精制乙烘氣體 在這里合成反應生成粗氯乙烯，并經過脫水、凈 化、精館等工序后，制成精制氯乙烯，即單體， 用來滿足聚合的需要。本設計主要論述了電石法生產氯乙烯，以及 原料氣的物理性質和化學性質，以

3、及它的用途； 還介紹了生產氯乙烯的主要設備，基本原理和工藝流程（包括脫水系統的工藝流程、合成系統的 工藝流程、凈化系統的工藝流程、壓縮系統的工 藝流程、精憎系統的工藝流程、尾氣吸附的工藝 流程），并講述了各崗位的操作安全、工藝控制 指標，最后還介紹了生產的“三廢”治理，和企 業的發展前景和需要。關鍵詞：乙烘 氯化氫 氯乙烯 工藝流程刖旨l=Jl = =i聚氯乙烯是一種重要的熱塑性樹脂，它經過 成形加工、改性可以制成軟質、硬質、泡沫、纖 維等塑料制品。性能優良、廣范用于塑料管、板、 模、片型材、人造革、電纜、絕緣帶、地板磚、 門框、窗框、玩具、唱片、電器材料及其它日用 品。根據國家發展規劃，今后

4、的聚氯乙烯制品將 在農業、建筑、包裝、汽車、機電等領域有較多 的發展。氯乙烯單體是聚氯乙烯聚合成的原料， 聚氯乙烯工藝的發展帶動了氯乙烯生產工藝的 發展。早在1835年，法國人Regnauk就發現了氯 乙烯,直到1912-1913年，德國化學家F. Klate 和E. Zacharis才發現了氛乙烯和聚氯乙烯的工 業生產方法，較大規模的乳液聚合則到1935年才 由Bitterfeld實現。1940年，美國的古德里奇公 司創建了懸浮聚合，從此以后，聚氯乙烯工業開 始發展，1940年，全世界產量為1.1萬噸，1950 年為22萬噸，1960年達145萬噸，1970年600萬噸, 2001年全球具有

5、聚氯乙烯生產能力3310萬噸/年 （企業180余家）。目前世界上聚氯乙烯生產能力 20年均增速為44%。按生產工藝看，乙烯石油路線 占93%,電石工藝占7%左右。現在，美國生產能 力最大，為720萬噸/年(有生產能力企業14家、 工廠27個)。其次是中國大陸，生產能力為360 萬噸/年，再者是日本，生產能力260萬噸/年。 世界聚氯乙烯生產能力整體增速是在減緩，其中 歐洲、美洲、大洋洲增長轉為緩慢，相反發展中 國家卻增長較快，尤其是近幾年，亞非地區表現 明顯，預計到2003年前后世界聚氯乙烯生產能力 將增至3500萬噸/年。五十年代以前，聚氯乙烯的原料主要是電石乙烘，戰后二十年電石產量有較 大

6、增長，到1965年，全世界電石產量達到760萬 噸，以后由于聚氯乙烯原料的轉 換，產量降到400余萬噸。在原料變換初期，曾 出現了聯合法和烯烘法，聯合法 以1, 2二氯乙烷(EDC)裂解制取氯乙烯并副產 氯化氫，然后以氯化氫與電石 乙烘再合成氯乙烯，兩種粗氯乙烯經精制得出聚 合用的單體，此法優點在于能利用己有的電石資源和乙烘及合成裝置，能夠迅速 的提高生產能力，缺點則還需利用大量高價電石,因此不能持久。烯烘法即是以石腦油裂解得出乙烯、乙烘裂解 氣，不經分離即直接氯化制取氯乙烯，此法比較 起來投資較大，工藝復雜，成本 也較高，存在也不久。第一套乙烯氧氯化裝置是1964年美國肯塔基州建成的古得里奇

7、工藝，由于此 工藝成本較低，生產能力強大，得以迅速推廣。當時出現的乙烯氯化工藝，主要 為古得里奇的沸騰床法，美國斯托弗公司的固定 床法。美國的氯乙烯原料變換到1969年基本完成，這幾年中氯乙烯的生產量幾乎 增大了一倍，日本的原料變換開始于1965年，1972年電石乙烘法基本停止生產。此后，出現了以純氧為原料的氧氯化法，如日本三井東壓技術，直接氯化，在沸 點下于EDC液相中反應，生成的EDCnyw氣相排出，簡化了分離、洗滌工藝，熱能得以充分利用。氧氯化以純氧為 原料，成本比較低，生產裝置產量的伸縮性也較 大。乙烷的一步氧氯化制取氯乙 烯工藝己在美國進行了工業性試驗，乙烷價格比 較低，報道的成本比

8、乙烯氧氛化法還要低，被認為是有廣闊前途的工藝。但迄今 為止，尚未見有大型生產裝置建成投產的報道。第一章氯乙烯綜述1.1化學品名稱化學品中文名稱：氯乙烯化學品英文名稱：chloroethylene中文名稱：乙烯基氯英文名稱：vinyl chloride分子式：C2H3C1結構式：CHC1二CH?分子量：62. 501. 2成分組成信息有害物成分含量CAS No. 75-01-4氯乙烯$99.99%1. 3危險性概述健康危害：急性毒性表現為麻醉作用； 長期接觸可引起氯乙烯病。急性中毒：輕度中 毒時病人出現眩暈、胸悶、嗜睡、步態蹣跚等; 嚴重中毒可發生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。 皮膚接觸氯乙烯液體可

9、致紅斑、水腫或壞死。 慢性中毒：表現為神經衰弱綜合征、肝腫大、 肝功能異常、消化功能障礙、雷諾氏現象及肢 端溶骨癥。皮膚可出現干燥、脫屑、濕疹等。 本品為致癌物，可致肝血管肉瘤。環境危害：氯乙烯在環境中能參與光化 學煙霧反應。燃爆危險：本品易燃，為致癌物。第二章電石法制氯乙烯所用的原料及其性 質2.1電石乙烘法生產氯乙烯電石乙烘法是生產氯乙烯最早工業化的方法，設備工藝簡單，投資少，產品 純度高。反應基本原理:乙烘和氯化氫在以氯化汞為活性組份，以活性碳為載體的催化劑上氣相反應 生成氯乙烯。主反應:CaC2 十 IW 二 CH 二-CH 十 Ca (OH) 2反應機理:乙烘先與氯化汞加成生成中間加

10、 成物氯乙烯氯汞CH=-CH+HgCls= CLCH=CH-HgCl工藝過程：乙烘和氯化氫按定摩爾比混合進入在列管內裝有氯化汞催化劑反應器進行反應，在反應中放出的熱量，借列管外的循環冷卻水帶走，反應后粗氯乙烯氣體進入水洗塔及堿洗塔，洗去氣體中氯化氫及二氧化碳,堿洗后氣體, 通過干燥塔進行壓縮、全凝、液化，液體氯乙烯通過低沸點塔及高沸點塔，除去高、低沸物，得到精氯乙烯送入貯槽。2.2乙烘性質乙烘又稱電石氣。結構簡式HC三CH,是最簡單的烘燒。化學式C2H2純品乙 烘為無色無氣味的氣體，自電石制取的乙烘含有磷化氫、碎化氫、硫化氫等雜 質而具有特殊的刺激性蒜臭和毒性；常壓下不能液化，升華點為-83.

11、8-C,在 1.19X105Pa壓強下，熔點為-81C；易燃易爆，空氣中爆炸極限很寬，為2. 5% 80%；難溶于水，易溶于石油醛、乙醇、苯等有機溶劑，在丙酮中溶解度極大, 在1.2MPa下，1體積丙酮可以溶解300體積乙烘，液態乙烘稍受震動就會爆炸, 工業上在鋼筒內盛滿丙酮浸透的多孔物質，在11.2MPa下將乙烘壓入丙酮， 安全貯運。用途：金屬的焊接和切割、有機合成、原子吸收光譜、標準氣、校正氣、 合成橡膠、照明。分子結構：C原子以sp雜化軌道成鍵、分子為直線形的非極性分子。純乙烘為無色芳香氣味的易燃、有毒氣體。熔點(118. 656kPa) -80.8-C, 沸點-849,相對密度 0.

12、6208(-82/4*0 ,折射率 1. 00051,折光率 1. 0005(0*0, 閃點(開杯)-17.78C,自燃點305*Co在空氣中爆炸極限23%-72.3% (vol)。 微溶于水，易溶于乙醇、苯、丙酮等有機溶劑。在159和1.5MPa時，乙烘在丙 酮中的溶解度為237g/L,溶液是穩定的。工業品乙烘帶輕微大蒜臭。由碳化鈣(電 石)制備的乙烘因含磷化氫等雜質而有惡臭。乙烘分子量26.4 ,氣體比重0. 91 （ Kg/m3）,火焰溫度31509,熱值 12800 （千卡/m3）在氧氣中燃燒速度7. 5 ,純乙烘在空氣中燃燒2100度左右， 在氧氣中燃燒可達3600度。化學性質很活潑

13、，能起加成、氧化、聚合及金屬取代等反應。乙烘在常溫常壓下為具有麻醉性的無色可燃氣體。純時沒有氣味，但是在 有雜質時有討厭的大蒜氣味。比空氣輕，能與空氣形成爆炸性混合物，極易燃 燒和爆炸。微溶于水，在259、101.325kPa時，在水中的溶解度為094cm3/cm3。 溶于酒精、丙酮、苯、乙瞇等。在15弋、一個大氣壓下，一個容積的丙酮可溶 解25個容積的乙烘，而在12個大氣壓下，可溶解300個容積的乙決。與汞、銀、 銅等化合生成爆炸性化合物。能與氟、氯發生爆炸性反應。在高壓下乙烘很不 穩定，火花、熱力、磨擦均能引起乙烘的爆炸性分解而產生氫和碳。因此，必 須把乙烘溶解在丙酮中才能使它在髙壓下穩定

14、。一般，在乙烘的發生和使用管 道中的乙烘的壓力均保持在1個大氣壓的表壓以下。2.3生產方法碳化鈣法是最古老且迄今仍在工業上普遍應用的乙烘生產方法。它是使電 石與水在乙烘發生器中作用而制得乙烘：CaCz+2H1OC2H2+Ca（OH）2lkg電石（含碳化鈣80%）可得乙烘約3101 （常溫、常壓）。工業上應用的乙塊發生器分干式和濕式兩種。由于反應放熱大，乙烘發生 器結構的設計應能使反應熱迅速移出，并防止局部過熱與超溫超壓；電石分解 應盡量完全，并避免乙烘在150C以上發生聚合等副反應。小型發生器多用濕 式，用水量為化學計量值的若干倍（1kg碳化鈣加水820kg）,排出稀石灰乳 同時移出反應熱。大

15、型裝置多用干式發生器，類型甚多。較多的為臥式螺旋推 進型或立式塔板型。干式發生器用水量大大減少（約與所用碳化鈣等重），排出 的石灰渣含水4%,污染大為城輕，有些工廠也用大型的濕式發生器，操作較 安全，但稀石灰灰漿的處理較麻煩。電石為固體物料，運輸方便，制得乙烘濃度很高，只需簡單精制即可使用。 故碳化鈣法應用比較普遍，既可大規模生產，也可少量發生以用于焊接或切割。 但生產電石能耗太高，發展受到限制。碳化鈣法乙烘濃度為9698.5%,含有硫化物、磷化氫、神化氫、氨和乙烘 衍生物等雜質，此等物質能使催化劑中毒咸腐蝕金屬，在作為化工原料使用前 常用稀硫酸、次氯酸鈉溶液(氯通入稀氫氧化鈉溶液)分別洗滌凈

16、化。少量的 乙決也可用干法凈化，采用重輅酸鹽凈化劑、三氯化鐵凈化劑均可達到凈化要 求。23影響因素(1) 發生的溫度 溫度一般維持在338348K。溫度的波動對電石分解速 度有影響。高溫度，電石水解的速度加快，生產能力提高。同時，溫度提高， 乙烘在水中的溶解度減小，乙烘的收率會提高。而溫度過高乙烘氣中水蒸氣含 量就會增加，致使乙烘冷卻塔的負衡增大。(2) 發生的壓力 壓力增大，使乙烘分子密集，增加分解爆炸的可能性。 因此，在一般情況下，壓力不允許超過147kPao另外，壓力增大，使乙烘在水 中的溶解度增大，同時對設備的嚴密件要求也就更高，否則會產生跑漏現象， 這時乙烘的收率及安全均受影響。但壓

17、力太低會造成負壓，空氣會竄入發生器 而引起爆炸。發生器壓力一般在713kPa(3) 液面高度 在生產過程中，生產的Ca(0H)2連續由溢流管排出，從而 保證了發生器液面髙度不變。一般控制波面高度為發生器高度曲3/4。當液面 偏高時，發生器內氣相空間變小，壓力就會波動，給操作帶來不便。液面過高, 會使反應區上移堵塞加料管，甚至會把大量殘渣漿帶到正水封，嚴重威脅著安 全生產。若液面降低，反應區下移，氣相空間增大，發生器的利用率降低，此 時反應溫度與壓力的波動較大，不易控制。若液面太低，以致降到電石加料短 管以下，乙烘就會從加料短管口短路而排出，引起著火或爆炸。(4) 電石粒度電石水解是液一固相反應

18、。其水解速度與電石和水接觸面 大小有關，即與電石粒度有關。電石粒度越小.與水水的接觸面越大，水解速 度也就越快。在此情況下，由于反應劇烈，有可能引起局部過熱而發生分解爆 炸。電石粒度越大，水解速度緩慢，容易造成水解不完全，而導致電石的消耗 定額提高，為了防止事故和保證電石水解完全，對電石粒度的要求，一般為50 80mm較好。（5）電石的純度 在生產中要求電石發氣量大于0. 25m3 / kg知由圖22 可以看出，一定粒度的電石，在相同的時間里，由于純度不同其乙烘的產率就 不一樣。純度高，說明電石碳化鈣的含量高。優質電石含碳化鈣一般為93%, 故水解的乙烘產率就高，發氣量就大。如果雜質含量高，相

19、應的PH）、HS等雜 質氣多，乙烘氣量必然要降低。采用優質電石不但可以提高分解速度，而且可 以減輕淸凈崗位的處理負荷。（6）攪拌 發生器使用攪拌的目的，是不斷更新電石和水的接觸面以破壞 反應過程中生成的氫氧化鈣對電石的包圍，從而提高水解速度。如攪拌速度太 快，電石尚未水解完成，就會被耙至排渣口，會造成損失。攪拌轉速一般控制 在 11. 5r/mino2. 4制備氯化氫合成法生產氯化氫的工藝流程如圖2-1所示圖2-1合成法生產氯化氫的工藝流程1-氫氣柜；2氫氣緩沖器；3、4-阻火器；5-合成爐；6-空氣冷卻器；7-石 墨冷卻器；8、13、17-氯化氫緩沖器；9、10、11-石墨冷卻塔；12-酸霧

20、過濾器; 14-納氏泵；15-氣液分離器；16-硫酸冷卻器；18-氯化氫除沫器原料氫氣由電解槽陰極出來，經過冷卻、洗滌，大大降低了氣相溫度，消 除了氣相中夾帶的堿霧和雜質，由輸氫壓縮機（經復式壓縮機、羅獲鼓風機或鈉 氏泵）送出，在氫氣柜中貯存（在規模較大的生產工藝中設置氣柜以確保氫氣穩 定、壓力平衡）。氫氣的純度在98%以上，經氣液分離器及阻火器進入合成爐（5） 燃燒器。原料氯氣由電解槽陽極出來，經過冷卻、干燥、凈化，使氯氣成為含濕量 其微的干燥氣體。由氯氣壓縮機（離心式壓縮機或納氏泵）送入氯氣緩沖罐（2）, 經穩壓裝置調節，以恒壓送入合成爐與燃燒器，其純度在90%以上，氯內含氫 在0.5%以

21、下。原料氯氣和氫氣經節流控制一定的摩爾比（CL“ H2=l： 1.051.1）分別注 入燃燒器的內管和外管，氯氣由下而上經內套管上端側壁幾個排料孔，切線方 向均勻輸出與外套管由下而上的氯氣充分混合燃燒。石英的燃燒器傳熱較慢， 套管口積蓄的熱量不易散失，能經常保持引發溫度，以使合成反應持續進行， 燃燒時火焰溫度可達2000-C以上，并發出青白色火焰。合成后的氯化氫氣體蘊蓄著大量熱量，借散熱翅片或夾套冷卻水冷卻，可 移去部分熱量，降低了爐壁濕度。出合成爐時氣體溫度仍可達400 500C,經 鐵制的空氣冷卻導管冷卻后，氣相溫度可降至150C以下，然后進入圓塊孔或石 墨換熱器）或列管式石墨冷卻器，用工

22、業上水將氯化氫氣體冷卻到40C左右。再 經過下封頭出口的控制閥門進入氣體緩沖器（分離冷凝鹽酸和分配氣體之用）， 分兩路分別進入兩組串聯的列管式石墨冷凝器，以259冷凍鹽水將氣體冷卻 到12189左右，進入酸霧分離器，氣相中夾帶的30%左右的鹽酸霧沫， 經分離器中含氛硅油浸漬處理過的玻璃纖維捕集分離，使氣相氯化氫成為含濕 量小于0.06%的干燥氣體，再進入緩沖器后被納氏泵抽吸，在泵內借助于濃度 為93%以上的硫酸作為液環、密封，由于離心力的作用，使氣體受到壓縮。受 壓后的氯化氯氣體和硫酸一起進入氣液分離器，硫酸從底部排出，經過冷卻后 又被納氏泵吸入循環使用。而氯化氫氣體則由氣液分離器頂部排出，經

23、緩沖器, 除沫器(18)后通往氯乙烯合成裝置。2. 4.1鹽酸脫吸法生產氯化氫經氯化處理后的干燥氯氣進入緩沖器和阻 火器后，再進入三合一鹽酸爐頂部的燃燒器。經 氫氣處理后的清凈氫氣送至緩沖器和砂封阻火 器后，進入三合一鹽酸爐頂部的燃燒器，合成的 氯化氫氣體經爐內石墨塊冷卻，經與來自稀酸 槽，由稀鹽酸泵送來，由轉子流量計控制的稀鹽 酸(濃度為20%左右)接觸吸收成為濃鹽酸 (35%36%)從三合一鹽酸爐底部排出通往尾氣 吸收塔，與稀酸泵送來的另一路稀酸接觸吸收后 流入稀酸貯槽。尾氣吸收塔中未被吸收的極微量 氣體，被水流泵抽送，與二次水一起進入緩沖 罐排出下水道。3536%左右的濃鹽酸，經濃鹽酸泵

24、抽送，由 轉子流量計控制，定量進入解吸塔頂部。其塔底 與再沸器相遇，在飛他殼程走定壓蒸汽加熱，因 此再沸器出口的鹽酸溶液是呈沸騰狀的氣液混 合物。這種沸騰狀的氣液混合物對密度顯然小于 液體，因而使再沸塔循環得以形成。隨著這種沸 騰的氣液混合物從解吸塔底部往上升，與由上噴 淋下來的濃鹽酸進行傳熱，傳質，利用水汽冷凝 釋放的冷凝熱，使鹽酸中氯化氫受熱脫吸出來, 至解吸塔頂部時，氯化氫氣體已經達到相當高的 純度。解吸塔中的氯化氫脫吸直至達到恒沸狀態 的平衡為止。解吸塔頂部出來的氯化氫氣體，經石墨工業 上水冷凝器冷卻后，再經過石墨鹽水冷凝器用 -15C冷缺鹽水冷卻，將氣體冷卻至5 10C,其中絕大部分的水汽被冷凝，生成40% 左右的冷凝鹽酸流入濃鹽酸貯槽。出鹽水冷凝器 的氯化氫氣體，則再經酸霧分離器除去可能夾帶 的酸霧后，成為合格的氯化氫氣體送至氯乙烯單 體合成裝置。從解吸塔底部出來的鹽酸接近于恒沸混合 物（20%21%）,無法再進行解吸，經稀酸冷