1、年產10萬噸氯乙烯工藝設計項目設計方案第一章緒論1.1聚氯乙烯1.1.1聚氯乙烯性質和用途1常溫常壓下，氯乙烯（vinylchloride,CH2=CHCl是無色氣體，具有微甜氣味，微溶丁水，溶丁輕類，醇，酰，氯化溶劑和丙酮等有機溶劑中，氯乙烯沸點-13.9C,易聚合，并能與乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯、丙烯臘、丙烯酸酯等單體共聚，而制得各種性能的樹脂，加工成管材、面膜、塑料地板、各種壓塑制品、建筑材料、涂料和合成纖維等。近年來世界和中國聚氯乙烯樹脂消耗比例分別見表1.1和表1.2。表1.1近年來世界聚氯乙烯樹脂消耗比例品種比例/%品種比例/%管材33薄膜片材13PVC護墻板8PVC地板

2、地磚3硬薄膜和片材8軟合成皮革3制吹塑制品5制電線電纜8品其他6品其他13合計60合計40表1.2近年來中國聚氯乙烯樹脂消耗比例品種比例/%品種比例/%管材14薄膜片材11PVC護墻板18PVC地板地磚8硬薄膜和片材15軟合成皮革7制吹塑制品5制電線電纜4品其他5品其他1357431.2.1氯乙烯在國民經濟中的地位和作用自1835年法國化學家V.Regnault首先發現了氯乙烯，于1838年他乂觀察到聚合體，這就是最早的聚氯乙烯。聚氯乙烯自工業化問世至今，六十多年來仍處不衰之勢。占目前塑料消費總量的29恕上。到上世紀末，聚氯乙烯樹脂大約以3%勺速度增長。這首先是由于新技術不斷采用，產品性能亦不

3、斷地得到改進，品種及牌號的增加，促進用途及市場的拓寬。其次是制造原料來源廣、制造工藝簡單。產品質量好。在耐燃性、透明性及耐化學藥品性能方面均較其它塑料優異。乂它是氯堿行業耗“氯”的大戶，對氯堿平衡起著舉足輕重的作用。從目前世界主要聚氯乙烯生產國來說：一般耗用量占其總量的2030%特別是60年代以來，由于石油化工的發展，為聚氯乙烯工業提供廉價的乙烯資源，引起了人們極大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路線的轉換和新制法以及聚合技術不斷地更新，使聚氯乙烯工業獲得迅猛的發展。1.2.2我國VC的產需狀況及預測1998年我國PVCT量和表觀需求量分別為160萬噸和317萬噸。在世界上產量僅次于美國（639

4、萬噸）、日本（263萬噸）居第三位。2000年前后，計劃新建和擴建PVC能力至少為88萬噸/年，估計此期間大量沒有競爭能力的電石法小廠將閑置，所以總產能有可能達220萬噸/年水平，其中乙烯法將達134.6萬噸/年，從目前占31%上升到61%1.3氯乙烯制取方法1835年法國人V.勒尼奧用氫氧化鉀在乙醇溶液中處理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世紀30年代，德國格里斯海姆電子公司基于氯化氫與乙煥加成，首先實現了氯乙烯的工業生產。初期，氯乙烯采用電石，乙煥與氯化氫催化加成的方法生產，簡稱乙煥法。以后，隨著石油化工的發展，氯乙烯的合成迅速轉向以乙烯為原料的工藝路線。1940年，美國聯合碳化物公司開發了二

5、氯乙烷法。為了平衡氯氣的利用，日本吳羽化學工業公司乂開發了將乙煥法和二氯乙烷法聯合生產氯乙烯的聯合法。1960年，美國氏化學公司開發了乙烯經氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，開發成以乙烯為原料生產氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速發展。乙煥法、混合烯煥法等其他方法由于能耗高而處于逐步被淘汰的地位。1.4氯乙烯的合成2氯乙烯是由乙煥與氯化氫在升汞催化劑存在下的氣相加成的。1.4.1反應機理C2H2HClHgCl2CH2CHCl+124.8kJ/mol（1-6）上述反應實際上是非均相的，分5個步驟來進行，其中表面反應為控制階段。I外擴散乙快、氯化氫向碳的外表面擴散；II擴散乙快、氯化氫經碳

6、的微孔通道向外表面擴散；III表面反應乙快、氯化氫在升汞催化劑活化中心反應發生加成反應生成氯乙烯；IV擴散氯乙烯經碳的微孔通道向外表面擴散；V外擴散氯乙烯自碳外表面向氣流中擴散。1.4.2催化劑的選取15載體活性炭，升汞對丁HCl與C2H2化合生成氯乙烯的反應，要求使用的催化劑具有高活性和高選擇性。目前，電石法生產氯乙烯常用的催化劑是以活性炭為載體（孔隙率即吸苯率=30%機械強度90%沒漬吸附質量分數為10%12痢氯化汞制備而成的，其具體標準參見（YS/T31-1992氯化汞觸媒技術標準）。1.5氯乙烯生產工藝流程簡述1.5.1生產工藝流程圖1.1生產工藝流程由乙快工段送來的精制乙快氣，經乙快

7、砂封，與氯化氫工序送來的氯化氫氣體經緩沖罐通過孔板流量計調節配比（乙快/氯化氫=1/1.051.1）在混合器中充分混合，進入石墨冷卻器，用-35C鹽水間接冷卻，冷卻到-14C±2C,乙快氯化氫混合氣在此溫度下，部分水分以40就酸排出，部分則夾帶丁氣流中，進入申聯的酸霧過濾器中，由硅油玻璃棉捕集器分離，然后混合氣經石墨冷卻器，由流量計控制進入申聯的第一組轉化器，在列管中填裝吸附于活性炭上的升汞催化劑，在催化劑的作用下使乙煥和氯化氫合成轉化為氯乙烯，第一組出口氣有2030咻轉化的乙煥，再進入第二級轉化器繼續轉化，使出口處未轉化的乙煥控制在3姆下，第二組轉化器填裝活性較高的新催化劑，第一組

8、則填裝活性較低的，即由第二組轉化器更換下來的舊催化劑即可。合成反應放出的熱量通過離心泵送來的95100C左右的循環水移去。粗氯乙烯在高溫下帶逸的氯化汞升華物，在填活性炭吸附器中除去，接著粗氯乙烯進入水洗泡沫塔回收過量的氯化氫。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環）接觸得20就酸，裝大貯槽供罐裝外銷，氣體再經堿洗泡沫塔，除去殘余的微量氯化氫后，送至氯乙烯氣柜，最后去精僻工段。1.5.2主要原料和產物的物化性質I氯化氫分子式：HCl分子量：36.5性質：無色有刺激性氣味的氣體。標準狀態下密度為1.00045克/升，熔點-114.80C,沸點-85C。在空氣中發白霧，溶于乙醇、乙酰，極易溶于水

9、，標準狀況下，1升水可溶解525.2升的HCl氣體。規格：純度93漆分0.06%II乙快分子式:GHb分子量:26性質：在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的酰味，工業用乙煥因含有氯化氫、磷化氫等雜質而具有特殊的刺激性臭氣。規格：純度：98.5%不含硫、磷、不申等雜質。III氯乙烯分子式：CH=CHCl分子量：62.50沸點：-13.9C熔點：-160.0C蒸汽相對密度：2.15（空氣為1）液體相對密度：0.9121（20C）爆炸極限：在空氣中3.626.4%（體積）第二章工藝計算2.1物料衡算由于各化工單元操作連續，故采用倒推法，根據轉化率或者損失率計算出原料的投入量，再按順序對各個單元操作進行

10、衡算。2.1.1計算依據I計算基準年產能力：年產100kt的氯乙烯年工作日：以330天計算日產量：100X106-330=3.0455X105kg(2-1)小時產量：3.0455X105-24=12689.5kg(2-即，每小時要合成氯乙烯12689.5kg，以下計算均以1h為基準II化學反應式：主反應：C2H2HClHgCl2CH2CHCl（2-3）副反應：CH2CHClHClCH3CH622-4）HgClC2H2HgCl2g2HCClCHHgCl（2-5）ClCHCHHgClHgCl2CHClCH2HgCl2（2-6）III倒推法計算:（2-8）精僻（氯乙烯的收率1:99.5%）:1268

11、9.5-99.5%=12753.26kg=204.052kmol（2-7）轉化器（乙快的轉化率：95%:204.052-95%=214.7915kmol因此，進氣中C2H需214.7915kmol2.1.2各單元的物料衡算圖2.1混合器的物料衡算簡圖C2H和HCl的最適宜的摩爾比是：1:1.051.1本設計選取：nGK:nHCl=1:1.08（2-9）I進料氣組成：表2.1進料氣組成進料氣組分含量/%乙煥氣C2H299.5HO0.5HCl99.95氯化氫HbO0.01惰性氣體（以Q計算）0.04因此，進料氣所需乙快氣：214.7915-99.5%=215.871kmol進料氣所需的氯化氫氣體：

12、214.7915X1.08-99.95%=232.091kmol即，C2H2:214.7915kmol(5584.579kg)HCl:231.975kmol(8467.0875kg)Q:232.091x0.04%=0.0928kmol(2.971kg)H2O:232.091X0.01%+215.871X0.5%=1.1025kmol(19.845kg)II出料氣組成：極少量的水分以濃鹽酸的形式流出，此時課忽略流出的濃鹽酸量。CH2:214.7915kmolHCl:231.975kmolQ:0.0928kmolHO:1.1025kmol(2-10)(2-11)(2-12)III混合器的物料衡算表

13、表2.2混合器的物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%C2H25584.57939.6795584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8467.087560.159Q2.9710.000211Q2.9710.000211H2O19.8450.1410H2O19.8450.1410214074.4825100214074.4825100(2)石墨冷卻器C2H2HCl混合氣k石墨冷卻器O2H2O鹽酸40就酸的形式排圖2.2石墨冷卻器的物料衡算簡圖由丁在石墨冷卻器中，用-35C鹽水間接冷卻，混合氣中水分一部分則以出，部分則混合在氣流中。查閱相關資料，即設混合器中

14、水分以40就酸排出的量占水總量的30%"I進料氣組成:CH:214.7915kmol(5584.579kg)HCl:231.975kmol(8467.0875kg)HO:0.0928kmol1.1025kmol(2.971kg)(19.845kg)II出料氣組成:CH:214.7915kmol(5584.579kg)O2:0.0928kmol(2.971kg)HO:1.1025X(1-30%)=0.7718kmol=13.8915kgmHClmHClmH2O100%40%HCl:mHCl=(0.4士0.6)(0.4-0.6)mH2OX(9.9225-13.8915)=3.969kg8

15、467.0875-3.969=8463.1185kg=231.8665kmol鹽酸：3.969+(19.845-13.8915)=9.9225kg(2-13)(2-14)(215)(2-16)(217)進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%C2Hz5584.57939.679C2H>5584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131Q2.9710.000211Q2.9710.000211III石墨冷卻器的物料衡算表2.3石墨冷卻器的物料衡算表HzO19.8450.141014074.482510013.89150.0009879.922

16、50.00074514074.4821005H>O鹽酸(3)多筒過濾器由相關資料查得，在多筒過濾器中，采用35%曾水性有機硅樹脂的510um細玻璃纖維,可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。假設鹽酸為38%出水量為80%I進料氣組成:CH:214.7915kmol(5584.579kg)HCl:231.975kmol(8463.1185kg)HO:0.0928kmol0.7718kmol(2.971kg)(13.8915kg)II出料氣組成:C2H2:214.7915kmol(5584.579kg)0.0928kmol(2.971kg)HO:13.8915X(1-80%)=2.778

17、3kg鹽酸為38%四X100%=38%mHClmH2O(2-18)mHCl=(0.38士0.62)XmH2O(0.38-0.62)X13.8915=6.8115kg(2-19)HCl:8463.1185-6.8115=8456.307kg(2-20)鹽酸：6.8115+13.8915X80%=17.9247kg(2-21)III多筒過濾器的物料衡算進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%QHa5584.57939.707QR5584.57939.707HCl8463.118560.172HCl8456.30760.125Q2.9710.000211Q2.9710.000211H2O13.891

18、50.000988H2O2.77830.000198表2.4多筒過濾器的物料衡算表Z14064.56100鹽酸17.92470.00127214064.56100(4)石墨預熱器(5)轉化器圖2.3轉化器物料衡算簡圖此時無質量交換，即進出口各物料量不變表2.5石墨預熱器物料衡算表進料/出料/kgW/%C2Hb5584.57939.757HCl8456.30760.202Q2.9710.000212H2O2.77830.000198214046.64100由前面的敘述知，此轉化器轉化率為95%3I進料氣組成：GH:5584.579kg(214.7915kmol)HCl:8456.307kg(23

19、1.68kmol)Q:2.971kgH2O:2.7783kgII出料氣組成：(2-22)(2-23)(2-2CH2CHCl:214.7915X95%<62.5=12753.245kgC2H2:5584.579X(1-95%)=279.229kgHCl:8456.307-214.7915X95%36.5=1008.4117kgO2:2.971kgH2O:2.7783kgIII轉化器的物料衡算:表2.6轉化器的物料衡算表進料/kgW/%出料/kgW/%5584.57939.757CHCHCl12753.24590.792HCl8456.30760.202GHa279.2290.0199Q2.

20、9710.000212HCl1008.41177.179H2O2.77830.000198Q2.9710.000212H2O2.77830.000198Z14046.64100Z14046.64100(6)除汞器由丁汞含量極少，實際操作中課忽略其影響，即物料進、出組分相同表2.7除汞器的物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCHCl12753.24590.792CHCHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179C22.9710.000212Q2.9710

21、.000212H2O2.77830.000198H2O2.77830.000198Z14046.64100Z14046.64100(8)水洗泡沫塔(7)石墨冷卻器進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCHCl12753.24590.792CHCHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H2279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179Q2.9710.000212Q2.9710.000212H2O2.77830.000198H2O2.77830.000198214046.64100Z14046.64100表2.

22、8石墨冷卻器物料衡算表4查閱相關文獻可知，水洗泡沫塔用來回收過量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴淋，一次(不循環)接觸可得20%勺鹽酸。假如回收鹽酸的回收率為98%加入的水量為3955kg。I進料氣組成：CHCHCl:12753.245kgCH2:279.229kgHCl:1008.4117kgQ:2.971kg(2-25)H2O:2.7783+3955=3957.7783kgII出料氣組成：CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kg(2-26)(2-27)(2-28)回收的鹽酸：1008.4117X98吩20%=4941.22kgHC1:1008.4117X(1-9

23、8%=20.168kgO2:2.971kgH2O:3955+2.7783-4941.22X0.8=4.8023kgIII泡沫水洗塔的物料衡算表2.9泡沫水洗塔的物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCHCl12753.2450.708CHCHCl12753.2450.708C2Hz279.2290.0155C2H2279.2290.0155HCl1008.41170.056HCl20.1680.00112Q2.9710.000165Q2.9710.000165H2O3957.77830.22H2O4.80230.000264鹽酸4941.220.274218001.635100

24、218001.635100CH2=CHC1CH三CH圖2.4堿洗泡沫塔物料衡算簡圖I進料氣組成：CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kgHC1:20.168kgO2:2.971kgH2O:4.8023kgII出料氣組成：HC1被堿液吸收，從而出料氣中不含HC1氣體。CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kgO2:2.971kgH2O:4.8023kgIII堿洗泡沫塔的物料衡算表2.10堿洗泡沫塔的物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCHC112753.2450.976CHCHC112753.2450.976C2Hz279.22

25、90.0214GHa279.2290.0214HCI20.1680.00154HCh20.1680.00154Q2.9710.000227Q2.9710.000227H2O4.80230.000364H2O4.80230.00036413060.415100Z13060.4151002.2熱量衡算2.2.1熱量衡算式QiQ2Q3Q4Q5(2-29)Q:物料帶入熱Q:加熱劑或冷卻劑帶入熱Q:過程熱效應Q:物料帶出熱Q:熱損失假設Q是Q的5%此衡算式中，“+”表小放熱，"-”表小吸熱。設混合物的平均比熱容近似等丁各組分熱容與質量分數乘積之和，即CpCiW,含量少的物質對混合體系熱容的影響

26、可忽略不計。同種物質的平均比熱容CpCpiCp2(2-30)in%Cp22.2.2有關物化數據表5表2.11物化數據表溫度/比熱/kcal/(kg-°C)乙烘250.428750.451100.455250.204HCl750.2081100.2085250.45水蒸氣750.4511100.46250.234Q750.241100.244250.846氯乙烯750.83271100.868鹽酸(40%-353.2142.2.3相應各個設備的熱量衡算(1)石墨冷卻器表2.12石墨冷卻器的物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%C2H25584.57939.679C2H255

27、84.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131Q2.9710.000211Q2.9710.000211H2O19.8450.1410H2O13.89150.000987鹽酸9.92250.000745Z14074.482510014074.4825100進料溫度：ti=25C出料溫度：t2=-13C以進料溫度ti=25C為計算基準:C乙煥=1.792kJ/(kgC)C水蒸氣=1.8842kJ/(kgC)C氯化氫=0.8541kJ/(kgC)C氧氣=0.9798kJ/(kgC)C水=4.175kJ/(kgC)Y水(冷凝熱)=-2229.4636k

28、J/(kgC)計算：Q:進料溫度為25C,即Q1=0Q:Q3=Q3.1+Q3.2(2-31)Q3.1:生成40%勺鹽酸時，HCl的水溶液生成的熱，35430kcal/kmol5則冷卻器只能中HCl溶丁水放出的熱量為：148345.4 X(8467.0875-8463.1185)士36.5=16131.04kJ(2-32)Q.2:水液化放出的熱，2435.0X(19.845-13.8915)=14496.7725kJ(2-33)Q3=Q3.1+Q3.2=16131.04+14496.7725=30627.8125kJ(2-34)Q:Q4=Q乙煥+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣+Q鹽酸=5584.57

29、9X1.792X(-13-25)+8467.0875X0.8541X(-13-25)+2.971X0.9798X(-13-25)+1.884X13.8915X(-13-25)+9.9225X3214X(-13-25)=-380287.4916-274806.0985-110.6175-994.5.77=-1868053.498kJ(2-35)Q:5%XQ=Q.Q1+Q+Q=Q+Q(2-32).0+Q2+30627.8125=-1868053.498+0.05Q2(2-36)Q2=-1998611.906kJQ:Q5=Q2X5%=-99930.5953kJ(2-37)表2.13石墨冷卻器熱量衡算

30、表/kJ物料/kJQHa0GHa-380287.4916HCl0HCl-274806.0985Q0Q-110.6175H2O0H2O-994.5202冷凝熱30627.8125鹽酸-1211854.77鹽水吸熱-1998611.906損失-99930.5953-1967984093(2)石墨預熱器進料溫度：t1=-13C出料溫度：t2=75C以進料溫度t1=-13C為計算基準:C乙煥=1.80kJ/(kgC)C水蒸氣=1.884kJ/(kgC)C氯化氫=0.858kJ/(kgC)C氧氣=0.9798kJ/(kgC)C氯乙烯=0.8502kJ/(kgC)計算：Q:進料溫

31、度為75C,即Q=0Q:由反應式，Q:Q4=Q乙煥+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣=5584.579X1.8X(75+13)+8456.307X0.858X(75+13)+2.971X0.9798X(75+13)+2.7783X1.884X(75+13)=884597.3136+638485.0037+256.1667+460.62=1523799.104kJ(238)Q:Q5=Q2X5%Q1+Q+Q=Q4+Q).0+Q2+0=1523799.104+0.05Q2Q2=1603999.057kJQ:Q5=Q2X5%=1603999.057X0.05=80199.9528kJ(2-39)表2.14石

32、墨預熱器熱量衡算表物料/kJ物料出口/kJQHa0C2H2884597.3136HCl0HCl638485.0037Q0O2256.1667H2O0H2O460.62蒸汽加熱1603999.057損失80199.95281603999.0571603999.057(3)轉化器由前面計算可知，轉化器的物料核算此處的熱損失為1.5%。進料溫度：t1=75C出料溫度：t2=110C以進料溫度ti=75C為計算基準：C乙煥=1.884kJ/(kgC)C水蒸氣=1.888kJ/(kgC)C氯化氫=0.871kJ/(kgC)C氧氣=1.005kJ/(kgC)C氯乙烯=0.8502kJ/(kgC)計算：Q:

33、進料溫度為75C,即Q=0Q:由反應式，Q3=124.8X214.7915X103=2840660.546kJ(2-40)Q:Q4=Q氯乙烯+Q乙煥+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣=12753.245X0.8502X(110-75)+279.229X1.884X(110-75)+1008.4117X0.871X(110-75)+2.7783X1.888X(110-75)+2.971X1.005X(110-75)=379498.3115+18412.3603+30741.4307+183.5901+104.5049=428940.1974kJ(2-41)Q:Q5=Q2X1.5%Q1+Q+Q=Q4+Q

34、>.0+Q2+2840660.546=428940.1974+0.015Q2Q2=-2448447.054kJC5:Q5=Q2X5%=-2448447.054X0.015=-36726.7058kJ/kJ/kJC2Hz0CHCHCl379498.3115HCl0C2F218412.3603Q0HCl30741.4307HzO0Q104.5049反應熱2840660.546HbO183.59010循環水-2448447.054損失-36726.7058392213.4916392213.4916(4)石墨冷卻器進料溫度：ti=110C出料溫度：t2=25C以進料溫度ti=110C為計算基準

35、：C乙蝦1.905kJkJ/(kgC)C水蒸氣=1.926kJkJ/(kgC)C氯化氫=0.873kJkJ/(kgC)C氧氣=1.021kJkJ/(kgC)C氯乙烯=0.857kJkJ/(kgC)計算Q:進料溫度為110C,即Q=0Q:Q3=0（無反應或冷凝熱產生）Q:Q4=Q氯乙烯+Q乙煥+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣=12753.245X0.857X(25-110)+279.229X1.905X(25-100)+1008.4117X0.873X(25-100)+2.7783X1.926X(25-100)+2.971X1.021X(25-100)=-946354.5452-45214.1558

36、-74829.1902-454.8355-257.8382=-1067110.565kJ(2-42)Q:Q5=Q2X1.5%Q1+Q+Q=Q4+C5.0+Q2+0=-1067110.565+0.05Q2Q2=-1123274.279kJQ:Q5=Q2X5%=-1123274.279X0.05=-56163.7140kJ/kJ/kJCHCHCl0CHCHCl-946354.5452C2Hz0C2H2-45214.1558HCl0HCl-74829.1902Q0Q-257.8382H2O0H2O-454.8355循環水-1123274.279損失-56163.7140-1123274.279-11

37、23274.279(5)冷卻水消耗：I鹽水：已知：鹽水用丁石墨冷卻器除去水氣,進料溫度：ti=-35C出料溫度：t2=-20C40就水的比熱容：C鹽水=3.214kJ/(kgC)Q=mCP(t2-ti)=1998476.924m=1998476.924士(15X3.214)=41453.5765kJ(2-43)II循環水:在石墨預熱器中，進料溫度：t1=110C出料溫度：t2=95C95C時：C水=4.214kJ/(kgC)(2-45)(2-4110C時：C水=4.238kJ/(kgC)C平均=(4.214+4.238)士2=4.226kJ/(kgC)4)Q=1603999.057kJ.需水量

38、:m=1603999.057士(4.226X15)=25303.6608kg在轉化器中，進料溫度：t1=95C出料溫度：t2=110CQ=2448447.054kJ需水量：m=2448447.054-4.226-(110-95)=38625.131kg(2-46)在石墨冷卻器中，進料溫度：t1=15C出料溫度t2=95C95C時：C水=4.214kJ/(kgC)15C時：C水=4.187kJ/(kg-°C)C平均=(4.214+4.187)-2=4.2kJ/(kgC)(247)Q=1123274.279kJ需水量：m=1123274.279-4.2X(95-15)=3343.0782

39、kg(2-48)表2.17水消耗綜合表物料相應設備熱量/kJ/kJ鹽水石墨冷卻器1998476.92441453.5765循石墨預熱器1603999.05725303.6608環轉化器2448447.05438625.131水1123274.2793343.0782石墨預熱器中的水可由轉化器出來的水來提供。石墨冷卻器中出來的水乂可以提供給轉化器實際用水38625.131kg第三章主要設備及管道管徑設計與選型3.1轉化器的設計與選型3.1.1已知條件1此處的轉化器為列管式固定床反應器。催化劑粒度：0.756.5mm，載體機械強度應90%HgCl2含量：10.5%12.5%水分的含量：小丁0.3%

40、松裝粒度：540640g/L空速：2540m3/（m3催化劑h）時，轉化率最高反應溫度：新觸媒，150C:舊觸媒，180C反應壓力：0.05MPa采用經驗設計法6:SVVr(3-1)V一原料混合氣進料流量，m3Vr一催化劑床層體積，m3Sv一空I可流速,h-1假定空間流速Sv=30m3/（m3催化劑h）表3.1轉化器的進料組分表進料質量/kg物質的量/kmol5584.579214.7915HCl8456.307231.68O22.9710.093H2O2.77830.1545Z14046.64446.71833.1.2數據計算(3-2)混合氣的體積流量：V=446.7183X22.4=100

41、06.49m3由式得：Vr=10006.49-30=333.5497m3選管子：57X3.5mm管子徑d=0.05m，管長6m催化劑的裝填高度為5.7m333.5497n-管子數：一0.0525.7(3-3)429803根每個轉化器用2401根管子，則轉化器為298.3-2401可取為13個轉化器。循環水帶走的傳熱量2448447.054kJ,由丁進出口溫度變化不大，即近似為包溫。(11095)(11075)-tm(3-4)2=25CK取經驗值100.貝U,A需2448447.054=979.3788m2(3-5)Ktm10025A實際=3.14ndl=3.14X13X2401X0.05X5.

42、7=27932.5137m2(36)A實際?A需要能滿足要求。選取：殼體大丁400mm用鋼板卷焊而成7,殼體徑D取決丁傳熱管數n,排歹U方式和管心距。D=t(no1)+(23)do式中：t管心距，t=1.25d。d。一換熱管外徑nc一橫過管束中心線的管數，該值與管子排列有關。本設計采用正三角形排歹0,貝Unc=1.1Vn=1.1<2401=54(3-7)t=1.25d。=1.25X0.057=0.07125m(3-8)D=t(nc-1)+2.5d。=0.07125X54+2.5X0.057=3.9185m(3-9)圓整到4000mm參考文獻，為了滿足及時轉移反應放出的熱量，采用把轉化器換

43、熱分為三層，三層同時進行散熱。3.1.3手孔8反應最高壓力為1.5atm選用平焊法蘭手孔。公稱壓力PN0.06MPa公稱直徑DN250mmH=190mm采用皿類材料，墊片的材料采用普通的石棉橡膠板。其標記為：手孔U(A.G)250-0.6HG/T21529-953.1.4封頭的選擇根據手冊6,選用錐形封頭。由于該設備可直接看做列管式換熱器，故可直接查閱手冊8，可得在0.6MPa下，管徑為4000mm勺封頭厚度可取14mm3.2精館塔的設計與選型6由堿洗塔頂部出來的粗氯乙烯氣體經排水罐部分脫水后進入機前冷卻器冷卻至510C,除去粗VC中的大部分水分、提高了氣體的密度后，經氯乙烯壓縮機壓縮至V0.

44、75MPa,送機后冷卻器降溫至50C左右除去部分油水進入精僻段。氯乙烯的精僻主要是將壓縮崗位送來的氯乙烯氣體在0.550.60MPa下，在全凝器全部液化為15C的過冷液體，VC液體進水分離器，含有不凝氣體氯乙烯氣體進入尾氣冷凝器,用-35C冷凍鹽水進一步分離，冷凝液體也進入水分離器，由水分離器的液體VC先送至低沸塔進行一級精僻去除乙煥和氮氣、氧氣等低沸物，再送至高沸塔經二級精僻除去二氯乙烷等高沸物，在塔頂可得到純度大于99.95%的精制單體送至聚合工序。A-輕組分：C2H2沸點溫度：t=-83.6CB-產品VC:CH2CHCl沸點溫度：t=-13.9CC-重組分：CH2ClCH2Cl沸點溫度：

45、t=5760C以上沸點均為常壓。I已知條件：在精僻段以前由于二氯乙烷的含量極少，故將其視為氯乙烯一同進行各種物料和熱量衡算。由于此時要精制氯乙烯故將其視為單一化合物進行計算。由前面轉化器的物料衡算可知，此轉化器的轉化率為95%主反應的收率為94.44%,因此得：均以小時計算二氯乙烷的摩爾質量：21.479kmol氯乙烯的摩爾質量：385.413kmol乙煥的摩爾質量：22.691kmol總的進料量：F=21.479+385.413+22.691=214.7915kmol(3-10)II設計條件：操作壓力：0.7MPa進料熱狀況：泡點進料回流比：R=2Rmin單板壓降：<0.7kpa板效率

46、：30%原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率及其對應的沸點：xF=0.05t=40Cxd=0.3t=-5CxW=0.00001t=50cIII精僻塔的物料衡算：乙煥的摩爾質量：Ma=26kg/kmol氯乙烯的摩爾質量：MB=62.5kg/kmol總物料衡算：214.7915=D+W乙煥物料衡算：214.7915X0.05=0.3D+0.00001W(3-11)聯立解得:D=71.597kmol/hW=357.986kmol/hIV塔板數的計算7理論板數N的求取采用圖解法求理論板數:由聚氯乙烯工藝學查得乙快一氯乙烯的氣液平衡數據，繪出xy圖求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比。在xy圖中的

47、對角點上，自點e(0.05,0.05)作垂線ef即為進料線(q線)，該線與平衡線的交點坐標為yq=0.2xq=0.05故最小回流比為:Rminxdyqyqxq°.3°.20.670.20.05(3-12)取操作回流比為:minR=2R=1.34(3-13)3.2.1求精僻塔的氣、液相負荷L=RD=1.34X71.597=95.94kmol/hV=(R+1)D=(1.34+1)X71.597=167.54kmol/h(3-14)(3-15)L'=L+F=95.94+214.7915=525.52kmol/hV'=V=167.54kmol/h3.2.2求操作線方

48、程精僻段操作線方程為：(3-16)LDy-xxdVV95.9471.597x0.3167.54167.540.57x0.128(3-17)提僻段操作線方程為:y'捉、脆(3-18)525x3579860.00001167.54525.523.137x'6.8106圖解法求理論板數采用圖解法求理論板數，求解結果為：精僻段板數=1.7塊提僻段板數=5塊由丁乙快與氯乙烯屆丁非同類化合物，與理想溶液的拉烏爾定律有較大誤差，故取板效率為30%即精僻段實際板數=1.7/0.3=5.6676塊提僻段實際板數=5/0.3=16.6717塊即第6塊板為進料板。3.2.3塔徑的計算8I已知條件操作

49、壓力：0.7MPa操作溫度：塔頂溫度：tD=-5C進料板溫度：tf=40C精僻段平均溫度：tm=(40-5)/2=17.5CII平均摩爾質量塔頂平均摩爾質量的計算：MVd=0.3X26+(1-0.3)X62.5=51.55kg/mol(3-19)進料板平均摩爾質量的計算：MVfq62.5kg/mol精僻段的平均摩爾質量：MVm=(51.55+62.5)/2=57kg/mol(3-20)取MV產MmIII平均密度氣相平均密度的計算:由理想氣體狀態方程計算，即PMvm7"RTm700578.314(17.5273.15)16.51kg/m3(3-21)液相平均密度的計算:液相平均密度依下

50、式計算，即1/Lmai/i(3-22)塔頂液相平均密度的計算:由tD=-5C,由手冊6查得:A470kg/m3b948kg/m3(3-23)LDm10.3/4700.7/948726.38kg/m3進料板液相平均密度計算由tF=40C,由手冊查得：3A230kg/mB890kg/m3此處由于aB教大，故可近似為LFm890kg/m3精僻段液相平均密度為：(3-24)3Lm(890726.38)/2808.19kg/mIV.液體表面力的計算：液相平均表面力可依下式計算，即LmXii(3-25)由手冊查得，液相平均表面力近似為2.567mN/mV塔徑的計算：精僻段的氣、液相體積流率為：VMvm&#

51、39;3600vm167.5457360016.5130.161m/s(3-26)LMLm3600Lm95.94573600808.190.00188m3/s(3-27)maxC(3-28)式中C由手冊查圖得，圖的橫坐標為K)1/2(3-29)0.0001883600808.19)1/20.1613600(16.510.082取板間距HT=0.4m，板上液層高度hL=0.06m則，HT-hL=0.4-0.06=0.34m再由圖得C2q=0.068C2Q(淑Q.20.068Q.22.567200.0451(3-30)Umax0.0451808.19-16.5116.510.312m/s取安全系數為0.7,則空塔氣速為u=0.7umax(3-31)=0.7X0.312=0.218m/sD:(3-32)40.1610.2180.97m按標準塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為：At-D24-12(3-33)40.785m2實際空塔氣速：u0.1610.205m/s(3-34)0.7853.2.4精僻塔有效高度的計算精僻段有效高度為：Z精(N精-1)Ht(6-1)0.4(3-35)5m提留段有效高度為：Z:17-；&a