1、畢 業 設 計（論 文）（冶金化工系 ）題目 30wtPVC/a 氯乙烯合成工段設計專業應用化工技術班級姓名學號指導教師完成日期 2011 年 5 月 16 日2011 年 10 月 10 日目錄摘要.1第一章緒論.21.1 聚氯乙烯工業地發展簡況 .21.2 聚氯乙烯工業在國民經濟中地作用 .31.3 聚氯乙烯制品 .31.4 市場預測 .第二章氯乙烯合成工段設計.42.1 氯乙烯合成方法選擇 .42.1.1 電石乙炔法.52.1.2 二氯乙烷法.52.1.3 乙烯氧氯化法.52.2 氯乙烯地性質 .62.2.1 氯乙烯地物理性質 . 62.2.2 氯乙烯地化學性質 . 82.2.3 世界各

2、國對氯乙烯地允許濃度標準 .92.3 生產原料 .92.3.1 乙炔.92.3.2 氯化氫.102.3.3 輔助材料.102.4 氯乙烯混合脫水和合成地原理 .112.4.1 混合脫水地原理 .112.4.2 合成反應原理.122.5 混合與合成工藝條件地確定2.5.1 混合脫水條件地選擇 .132.5.2 氯乙烯合成條件地選擇 .132.6 電石法 VC 合成工段生產工藝地工序組成 .14132.6.1 混合脫水與合成生產工藝流程簡述 . 142.6.2 合成生產控制指標 .15第三章工藝計算.163.1 物料衡算 .163.1.1 混合器進口氣體物料衡算 .163.1.2 第一段混合脫水石

3、墨冷卻器物料衡算 .173.1.3 第二段混合脫水石墨冷卻器物料衡算 .183.1.4 酸霧過濾器物量衡算 .183.1.5 轉化器物量衡算 . 193.2 熱量衡算 .193.2.1 第一段混合脫水石墨冷卻器熱量衡算 .193.2.2 第二段混合脫水石墨冷卻器熱量衡算 .203.2.3 預熱器熱量衡算. 203.2.4 機前預冷器（總）物料熱量橫算 .21第四章主要設備選型.224.1 石墨冷卻器 .224.2 轉化器地設計 .234.3 主要設備一覽表 .25附錄一一 . 26附錄二.27致謝.28參考文獻. 29摘要本設計是年產 30 萬噸聚氯乙烯地氯乙烯合成工段地初步工藝設計 .簡單介

4、紹了氯乙烯 地性質和主要用途，產品地生產和消費狀況，以及其市場預測.闡述了氯乙烯在生產生活中地顯著作用和重要地位 .原料地組成和性質及其生產工藝流程.根據有關資料及有關文獻，在生產工藝確定地基礎上進行了物料衡算，熱量衡算及設備選型 .關鍵詞：合成 聚氯乙烯 氯乙烯第一章 緒 論1.1聚氯乙烯工業地發展簡況20 世紀地 30 年代 50 年代是塑料工業迅速發展地時期 .在此期間有許多合成塑料如聚氯 乙烯、聚苯乙烯等形成工業化 .自 1835 年法國化學家 V.Regnault 首先發現了氯乙烯，于 1838 年他又觀察到聚合體，這 就是最早地聚氯乙烯 .1872 年包曼 (Baumann) 報導

5、了氯乙烯地制備，并觀察到在強烈陽光照 射后，氯乙烯逐漸變成一種無定形地白色固體物.經歷數十年直到 1910 年德國與美國研究了氯乙烯在紫外線和過氧化物存在下地聚合反應.1910 年， Ostromislensky 在進行氯乙烯研究時，也獲得氯乙烯聚合物，稱之為 Cauprene chloride.1920 年，德國研究聚氯乙烯已相當 活躍，這時美國聯碳化學公司與杜邦公司對氯乙烯聚合物地制備發表了專利.這標志著氯乙烯及其聚合物地制造已進入實用技術階段 .1920 年，在美國地柏寨森 (BURGHAUSAN) 地 瓦克(WACKER) 公司制取聚醋酸乙烯，用它與氯乙烯共聚制得一種新材料.該材料易加

6、工，且不再發生分解因它具有內增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，開辟了以內增塑地辦法解 決了聚氯乙烯地加工 .另一方面也為聚氯乙烯從共聚改性作出了開拓性地工作 .對聚氯乙烯發 展起到積極地推動作用 .又于 1932 年發現聚氯乙烯地低分子增塑劑.英國帝國化學公司于1937 年采用高沸點液體如磷酸酯類增塑聚氯乙烯，得到了類似橡膠地物質，從而第一次打 破了傳統地橡膠市場，成為橡膠材料地代用品 .德國法本公司于 1932 年采取乳液聚合法生產聚氯乙烯，定名為 “伊奇利特 ” (Igelit，) 以后 于 1933年美國碳化物和碳化學公司系統地 “貝克菜特 ” (BAKBLITE) 公司等用溶液聚合法建

7、立了小型工廠，商品定名為 “維尼”利特 (ViNYILITE).1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地 29%以上 .到上世紀末，聚氯乙烯樹脂大約以 3% 地速度增長 .這首先是由于新技術不斷采用，產品性 能亦不斷地得到改進，品種及牌號地增加，促進用途及市場地拓寬 .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.又它是氯堿行業耗 “氯 ”地大戶，對氯堿平衡起著舉足輕重地作用.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地2030%.特別是 60 年代以來，由于石油化工地發展，為聚氯乙烯工業提

8、供廉價地乙烯資源，引起了人們極大地注意，因而促使氯乙烯合成 原料路線地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地發展.從上述期間可看出聚氯乙烯樹脂在主要生產國地產量與消費量均有近 2% 地增長率， 而在其余國家和地區均略高于 3%.1.2聚氯乙烯工業在國民經濟中地作用聚氯乙烯在常溫下為白色粉末，比重為1.3921.4 不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可溶于酮類和氯烴類溶劑，無毒無臭 .具有很高地化學穩定性和良好地介電性能 .合成樹脂是 塑料工業地基本原料，在一定條件下塑制成一定形狀地材料，在常溫下它地形狀不變，是 材料工業地重要組成部分 .作為熱塑性塑料地原料之一地聚氯乙烯樹脂

9、，在世界各國合成樹脂地生產、品種及消費 上均處領先地位 .我國也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各樹脂及加工制品之主.這主要由于以下原因：(1) 聚氯乙烯材料制品性能優良 .有獨特地使用功能 .( 2) 基礎原料資源廣，為聚氯乙烯樹脂生產發展奠定了物質基礎.(3)以聚氯乙烯制取地合成材料可代替鋼鐵和木材使用，而且節能顯著，每生產1立方 M.通用塑料，其能耗為 148.6 千焦，而生產 1 立方 M 鋼材能耗為 356.7 X106千焦.( 4) 用于農業生產，如地膜、大棚等，為農業生產提供保障 .( 5) 聚氯乙烯塑料不僅在建筑、農業及包裝工業上有著廣泛地用途，在電子器件、 交通運輸、機械和人民生

10、活等各方面，也均得到重用 .1.3聚氯乙烯制品聚氯乙烯作為世界五大通用塑料之一， 今年發展非常迅速， 由于它綜合性能優異， 廣 泛應用于農業、工業、國防、人類日常生活等許多領域.當前高速發展地建筑行業地旺盛需求，也推動著中國聚氯乙烯產業地蓬勃發展.當今世界上，還沒有一個地區或國家地聚氯乙烯產業，有像中國今天這樣擁有一個廣闊地應用市場和高速發展態勢地局面展現于世人面 前.原料和能源圓滿解決之際，將是迎來巨頭爭霸之時.屆時中國地聚氯乙烯無論是產量還是市場消費都會躍居世界第一位，中國地聚氯乙烯有著璀璨地前景.聚氯乙烯樹脂廣泛地用于塑料加工行業，建材，輕工等行業.可用來加工成金屬線包皮，薄片，板材，軟

11、管，管道配件，皮革，軟質制品和玩具，也可用來加工成食品包裝 膜，包裝盒，食品機藥物裝瓶，以及硬管，透明片，型木等 .1.4市場預測在東歐烏克蘭將投產 30 萬噸聚氯乙烯產能，產量著重地滿足國內及周邊地需求，特別 是針對俄羅斯地需求 .俄羅斯本身也有 33 萬噸地聚氯乙烯地裝置，將在 2013 年投產，產量 也是滿足其本國地市場 .除此以外在南美，巴西將在 2012 年投產 21 萬噸地聚氯乙烯產能 .在 金磚四國里面，印度相對來說是比較突出地一個國家，因為在四個國家里面，是唯一一個 在目前沒有顯著新建產能計劃地，這主要是跟印度本身地投資環境、能源價格以及地理位 置有關 .這些因素決定了本地地聚

12、氯乙烯市場將長期、繼續、部分地依賴進口地貨源.隨著我國國民經濟地持續高速發展以及建筑業等對聚氯乙烯消費地強勁拉動，我國聚 氯乙烯地生產能力增長很快 .在中國地聚氯乙烯出口中，電石法是占到了很大地數量.2005年我國聚氯乙烯地生產能力只有877.2 萬噸/年， 2008 年生產能力增加到 1581 萬噸/年，成為世界第一大聚氯乙烯生產國 .截至 2009 年 10 月底，我國聚氯乙烯地生產能力達到約1700萬噸 /年.其中天津大沽化工股份有限公司是目前我國最大地聚氯乙烯生產廠家，生產能力為 70 萬噸 /年，約占我國聚氯乙烯總生產能力地4.2%；其次是中國石化齊魯石油化工股份有限公司，生產能力為

13、 60 萬噸/年，約占國內總生產能力地3.5%.預計到 2012 年，我國聚氯乙烯地總產能將超過 2400 萬噸 /年.第二章 氯乙烯合成工段設計2.1氯乙烯合成方法選擇氯乙烯是一種非常重要地化工原材料，主要用來制備聚氯乙烯（簡稱 PVC）樹脂,也用于 制備偏二氯乙烯、冷凍劑等 .全世界 9 % 地氯乙烯單體都用于生產聚氯乙烯 , 我國目前沒有 專門地氯乙烯生產企業 , 所有地氯乙烯裝置均與聚氯乙烯裝置配套建設 , 完全一體化 .氯乙烯 地生產工藝經歷了多年地工業生產和工藝改造后, 形成了 3 種主要地生產工藝 : 電石乙炔法、二氯乙烷法和乙烯氧氯化法 .2.1.1電石乙炔法電石乙炔法是最早地

14、氯乙烯生產方法它主要利用乙炔和氯化氫為原料，用氧化汞做催化劑進行加成反應，生成氯乙烯.CH -CH HCI CH2=CHCI其優點是工藝成熟、簡單，設備投資低，但由于采用電石作為原料，需要消耗大量電能 使氯乙烯成本上升，反應中所用地催化劑對環境地污染嚴重 電石乙炔法在世界上已基本被淘 汰，但這是我國目前主要地氯乙烯生產方法 2.1.2二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯為原料與氯氣反應生成二氯乙烷（E D C），然后由二氯乙烷熱裂化 制備氯乙烯地方法該法地副產物是 H CI，如果不加以利用，生產成太高與電石乙炔法聯合 起來可以解決 H CI問題但這種方法既不能完全向石油天然氣化工方向轉化，又不能完全擺

15、 脫電石乙炔法，所以沒有發展前途2.1.3乙烯氧氯化法氧氯化法是對利用氯化氫合成有機物地這一類反應地總稱乙烯氧氯化法地化學反應方程式為：CHCH2CI2CH2CICH2CI；CICH2CH2CI CH2二CHCI HCI這種方法是目前缺少氯氣地地區采用地方法這 3 種氯乙烯生產工藝中，除了第一種生產工藝走地是電石路線外，后三種生產工藝均屬于石油路線（即以石油或石油產品為原材料生產氯乙烯）目前在我國，除齊魯石化、上海氯堿總廠、北京化工二廠和天津大沽化工廠四家較大地聚乙烯生產企業采用了以乙烯為原 料地平衡氧氯化法，天津樂金公司直接以進口地氯乙烯為原料外，其余廠家均是電石乙炔法乙炔法生產氯乙烯占氯乙

16、烯總生產能力地63.4 % 電石路線由于存在耗電量大，成本高以及環境污染嚴重等問題，正在被世界各國所淘汰，而石油路線則由于成本低、質量高、污染 小、易于大規模生產等優點，成為目前世界上比較通用地生產工藝但是，隨著石油資源地日益枯竭以及氯乙烯地需求不斷增加，必須有新地氯乙烯生產工藝地誕生石油和天然氣通常是相伴而生，在石油和天然氣當中，石油地應用非常廣泛，而天然氣雖然有極豐富地貯藏量但其在化學工業上地應用還遠遠趕不上石油如何使天然氣替代或部分替代石油在國民經濟中地作用，是人們一直關注地課題尤其是隨，著石油資源地日益減少和天然氣資源地大量 發現，天然氣地轉化和利用越來越受到人們地重視在這種情況下，很

17、自然想到用天然氣、油田氣中地乙烷來取代石油中地乙烯，用于氯乙烯地生產因此,電石法 PVC 在國內還可以生存 相當長時間目前，從國內十大 PVC 生產商地工藝和原料路線地現狀分析，我國 PVC 生產中乙烯法、 電石法和 EDC/ VCM 法基本各占 1/ 3，呈現三足鼎立之勢，是世界各大 PVC 生產國中僅有地 兼有乙烯法、電石法、EDC/ VCM 法 3 種裝置共存地國家電石法 PVC 在中國能夠生存是有其深刻地歷史和現實原因地由于目前中國 PVC 生產地原料路線、資源分布和環境要求地不同，尤其是電石法 PVC 地工藝技術已十分成熟，資源有保證近幾年以來，隨著國際局勢地 緊張，國際原油、天然氣

18、價格暴漲，導致了以乙烯工藝路線地 PVC 成本增加，從而突顯了我國 電石法 PVC地成本優勢于是國內再度掀起了電石法 PVC 地投資與裝置改擴建地熱潮 在目 前電石法 PVC 利潤空間比較大地時候，新建裝置一定要防止低水平地重復建設，要廣泛吸收同行業地先進技術和經驗，真正做到高起點、高水平.2.2氯乙烯地性質2.2.1氯乙烯地物理性質化學式：C2H3C1 ;結構簡式：CH2=CHCI ;式量：625 常溫常壓下，是無色、微溶于水、具有麻醉性地芳香氣味地氣體.冷凝點：-139C;凝固點：-1597C液體氯乙烯地密度比水輕.如下表 2-1、2-2 為氯乙烯不同壓力下地沸點、不同溫度下地潛熱等表 2

19、-1 氯乙烯在不同壓力下地沸點壓力（表壓）atm012345kPa0101.325202.650303.975405.300506.625沸點/C-13.95.5316.225.733.539.7表 2-2 不同溫度下氯乙烯地潛熱溫度/c潛熱/(J/g)溫度/c潛熱/(J/g)-20358.820335.8-10352.130328.70347.540320.710342.150311.5表 2-3 氯乙烯蒸氣壓力和溫度地關系溫度/C壓力/105Pa溫度/C壓力/105Pa-28.370.52716.213.010-23.020.68425.724.035-16.610.90333.535.0

20、51-13.611.02339.725.998-8.321.26546.806.044-1.571.63354.878.9004.011.98760.3410.1125.532.109表 2-4 不同溫度下氯乙烯地密度溫度/C密度 /(g/mL)溫度/C密度 /(g/mL)-12.960.969239.570.87331.320.944348.200.855513.490.922359.910.831028.110.8955表 2-5 氯乙烯飽和蒸氣地比容與溫度地關系溫度/C比容 /(mL/g)溫度/C比容 /(mL/g)-3063520105.4-204183079.4-102844080.

21、301995046.310143.36036.2氯乙烯易溶于丙酮、乙醇和烴類，微溶于水，常壓下其在水中地溶解度隨溫度化表 2-6 氯乙烯在水中地溶解度隨溫度地變化溫度/C010152028溶解度/（體積 VC/體積 H2O）0.8080.5720.4330.2920.10氯乙烯易燃，與空氣混合會形成爆炸性混合物，爆炸范圍為4%21.7% （體積分數），所以使用氯乙烯時要特別注意安全 1氯乙烯在空氣中地爆炸范圍為含氯乙烯4 21.7%（體積），在氧氣中地爆炸范圍為含氯乙烯 470%（體積），所以使用氯乙烯時要特別注意安全2在氯乙烯與空氣地混合物中充入氮氣或二氧化碳可縮小其爆炸濃度范圍3氯乙烯和乙

22、炔兩種氣體混合物地爆炸范圍，則依兩者混合比（氯乙烯：乙炔）地縮小而擴大4液態氯乙烯無論從設備或管道向外泄漏，都極其危險（遇到外界火源會起火爆炸（燃燒熱為 1198.1kJ/mol）;它是一種高絕緣性液體，在壓力下快速噴射，會產生靜電積聚而自發 起火爆炸），輸送氯乙烯宜選用低流速，并將設備及管道進行防靜電接地（2）氯乙烯地毒性：通常由呼吸道吸入人體內，較高濃度能引起急性中毒，呈現麻醉前期癥狀，有眩暈、頭痛、惡心、胸悶、步態蹣跚和喪失定向能力等，嚴重時可致昏迷車間空氣中最高允許濃度為30mg/m3.2.2.2氯乙烯地化學性質氯乙烯分子含有不飽和雙鍵和不對稱地氯原子，因而很容易發生均聚反應，也能與其

23、 他單體發生共聚反應，還能與多種無機或有機化合物進行加成、取代及縮合等化學反應（1）有關氯原子地反應CH2=CHCI+NaOH C店CH+NaCI+H20（2）有關雙鍵地反應1與氯化氫加成生成氯乙烷CH2=CHCI+HCITCH2CI -CH2CI2在紫外線照射下能與硫化氫加成生成2-氯乙硫醇CH2=CHCI+H2STHSCH2 -CH2CI3氯乙烯通過聚合反應可生成聚氯乙烯nCH2=CHCT :CH2-CHCI:n-產品規格由于各氯乙烯生產企業工藝過程、操作參數以及產品地應用有所不同，因而氯乙烯產 品地規格也有所不同，中國聚合用氯乙烯地規格如表2-7 所示.表 2-7 中國聚合用氯乙烯地規格

24、工程指標/%工程指標/%氯乙烯純度（質量分數） 99.9水 0.025乙炔（色譜法） 0.001鐵 0.0001HCI 0.0002高沸點物含量（色譜法）197%水分90%吸苯率30%比表面積50m2/g粒度6.5mm 以上含量 40% 1mm 以下含量 1%2氯化汞HgCI210%12%H2OP90%粒度03X6mm2.4氯乙烯混合脫水和合成地原理2.4.1混合脫水地原理表 2-9 溫度與蒸氣分壓地關系溫度/C-20-17-14-10水蒸氣分壓/Pa123161205268鹽酸溶液上水蒸氣分壓/Pa9.913.118.726.0由表知，在同一溫度下，40%左右鹽酸上水蒸氣地分壓遠小于純水，而

25、當進一步降低溫度時，將生成更濃地鹽酸，水蒸氣分壓更低，可獲得更好地除水效果在混合冷凍脫水過程中，冷凝地40%左右鹽酸，除一部分以液膜狀自石墨冷卻器列管內壁流出外，另一部分呈極微細地酸霧”直徑在幾個微 M 以下）懸浮于混合氣流中，形成氣溶膠”，用一般氣液相分離設備是捕集不到地而采用浸漬 35%憎水性有機硅樹脂地510um 細玻璃纖維，可以將其大部分分離下來有人對此種玻璃纖維除酸霧地過程進行顯微攝影（如圖 3.1.1 所示），發現 氣溶膠”與垂直地玻璃棉相撞之后，大部分霧粒被截留， 借重力向下流動地過程中逐漸變大，最后滴落下來并排出 5圖 2-1 浸硅油玻璃棉除酸霧原理采用乙炔與氯化氫混合冷凍脫水

26、工藝，由于能將氣體降低到-14C左右，此時地水蒸氣分壓只有 0.145mmHg，折算含水量可低達 0.0165%.由于原料氣含水量地降低，給氯乙烯合 成系統帶來很大效益.乙炔與氯化氫加成生成氯乙烯地反應在氯化汞催化劑（活性炭為體）存在下，在轉換器內 進行.2.4.2合成反應原理主反應：CH二CH+HCIHgCl2*CH2CHCI+.8kJ/mol副反應C ZZ三UII十2ZZC7 C ZZj C1I三C VZ +C C：IIC2、反應機理乙炔與氯化氫在 HgCI2 催化劑存在下地氣相加成反應實際上是非均相地，反應過程分5 個步驟：（其中表面反應為控制階段）1外擴散乙快、氯化氫向碳地外表面擴散；

27、2內擴散 乙炔、氯化氫經碳地微孔通道向外表面擴散；3表面反應乙炔、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；4內擴散 氯乙烯經碳地微孔通道向外表面擴散；5外擴散 氯乙烯自碳外表面向氣流中擴散2.5混合與合成工藝條件地確定2.5.1混合脫水條件地選擇（1）脫水溫度（-12-16C）（2 ）玻璃棉地影響過濾層用 510um 粗地玻璃絲做成幾個微 M 大小孔隙地玻璃纖維層，并用憎水性有 機硅樹脂浸漬 （含樹脂 35%）.浸漬層對 20%以上地鹽酸耐腐蝕性較差，使用一段時間后因 涂層侵蝕剝落，凝聚地酸滴不易流下而隨氣流帶走，所以需定期更換玻璃纖維（一般半年更換一次 ）.2.5.2氯乙烯合成

28、條件地選擇1、 摩爾比提高原料氣乙炔或氯化氫氣地濃度（即分壓 ）或使一種原料氣配比過量，都有利于反應速度和轉化率增加 .但當乙炔過量時，易使催化劑中升汞還原為甘汞或水銀造成催化劑很 快失去活性，而當氯化氫過量太高，則不但增加原料消耗定額，還會增加已合成地氯乙烯 與氯化氫加成生成 1,1-二氯乙烷副產物地機會 .因此，宜控制乙炔與氯化氫摩爾比在1 ：1.05 1.10 范圍，實際生產操作中，應結合合成氣中轉化氯化氫及乙炔含量地分析值來實 現摩爾比控制地 .2、 反應溫度提高反應溫度有利于加快氯乙烯合成反應地速度，獲得較高地轉化率.但是，過高地溫度易使催化劑吸附地氯化高汞升華而隨氣流帶逸，降低催化

29、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4570C餾分地液體，屬二氯乙烯類物質，而催化劑上地升汞被還原成甘汞或水銀.因此，工業生產中盡可能將合成反應溫度控制在100180C范圍.3、 空間流速空間流速是指單位時間內通過單位體積催化劑地氣體量 （氣體量習慣以乙炔量來表示， 其單位為m3 乙炔/ m3 催化劑 h.乙炔地空間流速對氯乙烯地產率有影響，當空間流速增加時，氣體與催化劑地接觸時間減少，乙炔地轉化率隨之降低反之，當空間流速減少時，乙炔轉化率提高，但高沸點副產物量也隨之增多，這時生產能力隨之減小在實際生產中，比較恰當地乙炔空間流速為2540m3 乙炔/ m3 催化劑

30、 h.此時，既能保證乙炔有較高地轉化率，又能保證高沸點副產物含量減少4、合成反應壓力地選擇由生產原理可知，該反應系統為一個氣體分子數減少地反應系統，加壓操作會提高轉化率；但壓力高，對設備、材料要求也相應提高；若系統出現負壓，反應物料易燃、易爆，一旦漏入空氣，將引起爆炸 常壓下轉化率已經相當高，因此工業上采用常壓操作，絕對壓力0.120.15MPa，以能克服流程阻力即可2.6電石法VC合成工段生產工藝地工序組成2.6.1混合脫水與合成生產工藝流程簡述圖 2-1 生產工藝流程方框圖由乙炔工段送來地精制乙炔氣，經乙炔砂封，與氯化氫工序送來地氯化氫氣體經緩沖 罐通過孔板流量計調節配比（乙炔/氯化氫=1

31、/10511）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戈C，乙炔氯化氫混合氣在此溫度下，部分水分以 40%鹽酸排出，部分則夾帶于氣流中，進入串聯地酸霧過濾器中，由硅油玻璃棉捕 集器分離，然后混合氣經石墨冷卻器，由流量計控制進入串聯地第一組轉化器，在列管中 填裝吸附于活性炭上地升汞催化劑，在催化劑地作用下使乙炔和氯化氫合成轉化為氯乙 烯，第一組出口氣中尚有20間減少，乙炔地轉化率隨之降低反之，當空間流速減少時，乙炔轉化率提高，但高沸點副30%未轉化地乙炔，再進入第二級轉化器繼續轉化，使出口處未轉化地乙炔控制在3%以下，第二組轉化器填裝活性較高地新催化劑，第一組則

32、填裝活性較低地，即由第二組轉化器更換下來地舊催化劑即可合成反應放出地熱量通過離心泵送來地 95100C左右地循環水移去.粗氯乙烯在咼溫下帶逸地氯化汞升華物，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地氯化氫.泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環）接觸得20%鹽酸，裝大貯槽供罐裝外銷，氣體再經堿洗泡沫塔，除去殘余地微量氯化氫后，送至氯乙烯氣柜，最后去精餾工段2.6.2合成生產控制指標表 3 氯乙烯合成工藝參數設備名稱指標名稱單位指標壓力atm 1.5混合器乙炔流量：氯化氫流量1: 1.05混合氣溫度C25進料溫度C25石墨冷卻器出料溫度C-13鹽水進口溫度C-35鹽水出口

33、溫度C-20多筒過濾器混合氣含水% 0.08進料溫度C-13石墨預熱器出料溫度C75循環水進口溫度C110循環水出口溫度C95反應溫度（新觸媒）C 150反應溫度（舊觸媒）C 180卸大蓋溫度C 95第三章 工藝計算3.1物料衡算設計依據生產能力：年產 30 萬噸地聚氯乙烯年工作日：以 300 天計算年工作時間：以 7200 小時計算日產量：30X104X103/300=106 kg小時產量： 105/24=41666.7kg氯乙烯合成設計計算指標：HCl 和 C2H2 設定分子比 1.07乙炔轉化率： 97.5% ， 其中轉化為二氯乙烷地為 0.6% 乙炔純度 :C2H2 99% ， N2

34、0.7% ， O2 0.3%氯化氫純度： HCl 94% ， H2、 N2 等 6%3.1.1混合器進口氣體物料衡算（1） HCl 和 C2H2 合成地 VC 量 =38819.87578Kg/h =621.1180124kmol/h（2） 合成工序收率 96%，則 合成乙炔通量 =646.9979296kmol/h ，含乙炔 99%地氣體量 =653.5332622kmol/h （不含水蒸氣） 合成氯化氫通量 =692.2877847kmol/h ，94%氯化氫流 736.4763667kmol/h已知 10C乙炔氣夾帶水蒸汽量乙炔氣輸送壓力 149.3KPa（絕壓），溫度 10C，水蒸氣分

35、壓 1.226KPa, 則乙炔分壓 148.07KPa,水蒸氣體積百分數 =0.82117%,乙炔體積百分數 =99.179%夾帶地水蒸氣量 =5.411022728kmol/h氯化氫氣體夾帶水蒸氣量氯化氫輸送壓力134.63Kpa（絕壓），溫度 40C,冷凝酸濃度 30%，水蒸氣分壓 2.454KPa（1mmHg=133.3Pa）水蒸氣百分數 =1.82277%，摩爾流量 =13.67523269kmol/h綜上所述繪制混合器物料平衡表如下表3-1表 3-1 混合器物料平衡表入料(kmol/h)出料(kmol/h)乙炔氣總量646.9979296混合氣750.1499005C2H2646.9

36、979296C2H2646.9979296N2+O2653.5332622HCl692.2877848H2O5.411022728H2、 N2、 O250.72391462氯化氫總量750.1499005H2O19.08625541HCl692.2877847H2、N244.188582H2O13.675232693.1.2第一段混合脫水石墨冷卻器物料衡算已知：氯化氫進氣溫度40C，氯化氫比熱 29.16KJ/kmol KN2 比熱 29.14 KJ/kmol K 乙炔氣進氣溫度 10C，乙炔氣比熱 45.43 KJ/kmol K水比熱 33.74 KJ/kmol K簡化計算，兩種氣體均按純成

37、分計算，忽略設備散熱，混合氣溫度40C假定一段出口氣體溫度5C,冷凝酸濃度40%，此時其上水蒸氣分壓0.084KPa 系統壓力（絕壓）134.6 KPa,則水蒸氣體積百分數為 0.0624%假定第一段冷卻后氣體含水量為0.5%,剩余水蒸汽含量 7.015652695 kmol/h脫除水分量為 12.07060272 kmol/h,即 217.2708489 Kg/h ,折合 40%鹽 362.1180816Kg/h其中氯化氫含量 =1448472326 Kg/h =3.96841 kmol/h（乙炔比熱 Cp=6.11+0.149T , J/mol K 溫度：10C比熱：482994 J/mo

38、l K）綜上所述繪制第一段混合脫水冷卻器物料平衡表如下表3-2表 3-2 第一段混合脫水冷卻器物料平衡表入料(kmol/h)出料(kmol/h)混合氣750.1499005混合氣1393.056864混合氣646.9979296C2H2646.9979296纖維過濾器最適宜地氣流速度為0.153m/s,則過濾面積：40.51729584m2HCl692.2877847HCl688.3193673H2、 N2、 O250.72391462H2、 N2、 O250.72391462H2O19.08625541H2O7.01565269540%鹽酸362.1180816H2O217.2708489H

39、Cl144.84723263.1.3第二段混合脫水石墨冷卻器物料衡算根據混合脫水后剩余地水含量反算脫水后氣體組分設混合脫水后排酸濃度=40%，氣體含水量 0.03%（ V），則脫水后剩余水量=0.415285954kmol/h脫水量=6.600366741kmol/h，即 118.8066013Kg/h，折合 40%鹽酸量=198.0110022Kg/h其中氯化氫含量 79.20440089 Kg/h=2.169983586 kmol/h見下表 3-3 為第二段混合脫水石墨冷卻器出口混合氣體組分流量表 3-3 第二段混合脫水石墨冷卻器出口混合氣體組成kmol/hNm3/hKg/hC2H2646

40、.997929614492.75362HCl686.149383815369.7462惰性氣體50.723914621136.215688H2O0.4152859549.302405374小計1384.28651431008.0179140%鹽酸198.0110022H2O118.8066013HCl79.204400893.1.4酸霧過濾器物量衡算系統壓力（絕壓）：134.6kPa,系統溫度：-12C,混合氣工況流量為： 6.199146264m3/s3.1.5轉化器物量衡算(乙炔空速轉化器熱量)1、轉化器反應后氣體組成(1)全部水分與乙炔合成乙醛：C2H2 +H20TC2H4O261844

41、生成乙醛量為：0.415285954 Kg/h(2)生產氯乙烯量：630.8229814 kmol/h(3)生產二氯乙烷量(按 1,1-EDC 計算多氯化物)3.881987578 kmol/h(4)消耗地乙炔量 635.1202549 kmol/h(5)消耗地 HCI 量 638.5869565 kmol/h(6)剩余地乙炔量 11.87767471 kmol/h(7)剩余地 HCl 量 47.56242724 kmol/h綜上計算列出轉化器物料平衡表3-4表 3-4 轉化器物料平衡表進料混合氣1384.28651431008.01791C2H2646.997929614492.75362H

42、Cl686.149383815369.7462惰性氣體50.723914621136.215688H2O0.4152859549.302405374出料反應后氣體745.284271516694.36768VC630.822981414130.434781,1-EDC3.88198757886.95652174C2H4O0.4152859549.302405374C2H211.87767471266.0599135HCl47.562427241065.39837惰性氣體50.723914621136.2156883.2熱量衡算3.2.1第一段混合脫水石墨冷卻器熱量衡算HCl 冷卻：Q 仁 70

43、6548.913KJ/hC2H2 冷卻：Q2=1028759.058KJ/hH2、N2、O2 等冷卻 Q3=51733.32052KJ/h水蒸氣冷卻 Q4=22538.95902KJ/h水分冷凝： Q5=540787.143KJ/hHCl 溶解： Q6=242578.5574KJ/h總熱量 =2592945.951KJ/h有效溫差計算：（熱流體溫度為 T,冷流體溫度為 t）T1:40t1: 0T2: 5t2: 3 tm:15.98816875石墨冷卻器傳熱系數取 34.98w/m2C ,則換熱面積=1291.19332m2 ,冷卻水量=206.4381669m3/h3.2.2第二段混合脫水石墨

44、冷卻器熱量衡算有效溫差計算：（熱流體溫度為 T,冷流體溫度為 t）T1: 5t1: -35T1:-12t2 :-30 tm:28.58137451乙炔冷卻： Q1=49682.971KJ/hHCl 冷卻： Q2=341213.6768KJ/h水蒸汽冷凝 Q3=4024.038073KJ/h惰性氣體冷卻： Q4 =25127.61283KJ/h水分冷凝： Q5=300441.365KJ/h40%鹽酸溶解熱： Q6=132645.1943KJ/h總熱量 :1303134.858 KJ/h石墨冷卻器傳熱系數取為 23.26 w/m2 :C則換熱面積 =544.4951807m2冷卻鹽水用量 =71.

45、03429833m3/h3.2.3預熱器熱量衡算有效溫差： T1: 95t1: -12T2:80t2: 60 tm:58.97931542乙炔加熱：Q 仁 2116304.348 KJ/hHCI 加熱：Q2=1440584.354 KJ/h惰性氣體加熱：Q3=106422.8308 KJ/h水分加熱：Q4=1008.845863 KJ/h總熱量：3664320.3 KJ/h預熱器傳熱系數=17.446 w/m2 -C換熱面積 F=989.2255881 m23.2.4機前預冷器（總）物料熱量橫算（1）合成工段過來地氣體： 114kmol/h =2553.6Nm3/h（2）聚合 VC 回收量每小

46、時 PVC 產量 4878.04878Kg/h，則每小時 VC 用量 5891.363261Kg/h，回收量為589.1363261 Kg/h，貝 U 100%VC 體積 211.146459 Nm3/h計量槽壓料時排出氣體量40m3/h聚合回收總量（按 VC 計）為 251.146459 Nm3/h （11.2118955 kmol/h ）設 VC 純度 85%，總體積為 295.4664227 Nm3/h惰性氣體 44.3199634 Nm3/h 即 1.978569795 kmol/h （ N2 計算）（3）冷凝器出口溫度為10C,壓力 105.307 KPa（絕壓），在此溫度下水蒸氣分

47、壓為1.228KPa出口氣體中水蒸汽體積百分數=1.166114313%則水蒸氣流量=1.500685935 kmol/h冷凝水量=19.37731407 kmol/h =348.7916532 Kg/h綜上列機前冷卻器物料平衡表3-5表 3-5 機前冷卻器物料平衡表進口，kmol/h出口，kmol/h合成氣體114回收氣體13.1904653VC642.0348769VC630.8229814VC11.21189551,1-EDC3.8819875781,1-EDC3.881987578惰性氣體N21.978569795C2H4O0.415285954C2H4O0.415285954C2H2

48、11.87767471C2H211.87767471惰性氣體N252.70248442惰性氣體50.72391462水分1.500685935水分20.878合計127.1904653合計712.4129955(5 )換熱面積VC 冷卻熱量 Q1 : 1723061.101 KJ/h1,1-EDC 和乙醛冷卻熱量 Q2 : 11550.64153 KJ/hC2H2 冷卻熱量 Q3 : 26890.1381 KJ/h惰性氣體冷卻熱量 Q4 : 76787.5198 KJ/h水分冷卻熱量 Q5: 35221.186 KJ/h水分冷凝熱量 Q6: 868890.9316 KJ/hVC 比熱：53.6

49、75 KJ/kmol K 平均比熱：53.758 KJ/kmol K總熱量：2742491.518 KJ/h有效溫差：T1 : 60t1 : 0T2 : 10t2: 3 tm 27.00425936冷卻器傳熱系數取為 58.15 w/m2 :C則換熱面積=485.1329835 m2 冷卻水流量=218.3442819 m3/h第四章主要設備選型4.1石墨冷卻器計算兩流體地平均溫度差In25- -13_20一-35t? ti冷流體溫升P =T1-t2兩流體的最初溫差Ti T2t2七1熱流體的溫降兩流體的溫升而:pg=g“25Ti t2_t12513二2.533-20 - -35查文獻5得二=0

50、.89:tm=護進.：tm=0.89 24.7 =21.983查文獻5，列管式換熱器中地總傳熱系數K 地經驗值設 K=100w/（m2-C）S=Q/KAtm查文獻4，浮頭列管式石墨換熱器系列參數組合，選用換熱管有效長度為5000mm,換熱管根數為 625 根,型號：CHA1100-260 （F）, A 型32mm.4.2轉化器地設計已知：空速為 2540m3/m3 催化劑 h 時，轉化率最大1反應溫度：新觸媒：150C,舊觸媒：180CHgCI2 含量：10.5% 12.5%水分含量：小于 0.3%松裝粒度：540640 g/L粒度：0.756.50mm （大于 92%）采用經驗設計法6空間速度：SVV,VR九-選=25132。-3畀=24.7rK 取 100,1638321949= 6553.28m2100 25A實際=n二dtln=3.14 0.05 5.7240117189.23m2TA 實際A 需要能滿足要求殼體大于 400mm 用鋼板卷焊而成