專業課程設計題目：年產30萬噸聚氯乙烯的生產工藝設計院部：化學化工學院專業：材料化學班級：1101學號：201106200129學生姓名：王禮銀導師姓名：李谷才完成日期：2014年7月5日課程設計任務書院部：化學化工學院專業：材料化學班級：1101姓名：王禮銀同組人員姓名：課程設計題目：聚氯乙烯的生產工藝設計課程設計內容及設計要求：1、對目標設備進行綜述；2、目標設備生產原料選擇；3、設計合理的技術參數；4、繪制目標設備結構示意圖；5、編制設計說明書。三．課程設計時間安排：6月22日至7月5日第18周：查閱文獻、擬定設計方案。第19周：制定設計方案，編制設計說明書。主要參考資料：[1]米鎮濤.化學工藝學[M].北京:化學工業出版社,2005年.[2]韓冬冰.化工工藝學[M].中國石化出版社，1997年.[3]周志華．尹華杰．化工設備設計基礎．[M]．化學工業出版社,1996年.[4]張濂．許志美．化學反映器分析[M]．

化學工業出版社,2005年.指導教師：李谷才教研室主任：黃先威院教學院長：2014年6月21日目錄1引言 12年產30萬噸聚氯乙烯生產工藝設計 22.1氯乙烯單體的合成路線 22.1.1聯合法 22.2聚氯乙烯工藝設計 2乙炔工段

2氯化氫工段 2氯乙烯工序 3聚合工序 4壓縮冷凝回收

5離心干燥及包裝 52.3物料衡算及設備選擇 5物料衡算 5生產設備 62.4生產過程要求與措施 72.4.1廠內的防火防爆 72.4.2廠內的照明及保暖 72.4.3防靜電防雷措施 82.5三廢的處理 83總結 10參考文獻 111引言聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機械強度高等優異性能,廣泛用于工農業及日常生活等各個領域,尤其是近年來建筑市場對PVC產品的巨大需求,使其成為具備相當競爭力的一個塑料品種。

PVC糊樹脂自20世紀30年代開發以來,已有近70年的歷史。目前全世界PVC糊樹脂總生產能力約200萬t/a,其中,西歐是PVC糊樹脂生產廠家最多、產量最大的地區。我國聚氯乙烯工業起步于于50年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業化生產的熱塑性樹脂，第一個PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投產，生產能力為3000噸／年。此后全國各地的PVC裝置相繼建成投產，到目前為止，我國有PVC樹脂生產企業80余家，遍布全國29個省、市、自治區，總生產能力達220萬噸／年70~75萬t/a。PVC樹脂在我國塑料工業中具有舉足輕重的地位，同時PVC作為氯堿工業中最大的有機耗氯產品，對維持氯堿工業的氯堿平衡具有極其重要的作[1]。

本設計為年產量30萬噸聚氯乙烯車間聚合工段工藝。本次設計采用了氯乙烯單體懸浮聚合工藝。介紹了PVC的聚合工藝，建廠的有關事項及合成聚氯乙烯的流程和設備，對整個生產工藝做出了詳細的敘述。2年產30萬噸聚氯乙烯生產工藝設計2.1氯乙烯單體的合成路線聯合法以乙烯和氯化氫和乙炔反應,相比乙烯和氯氣反應來說,提高了氯乙烯的生產能力,而且減少了氯資源的浪費和減少了壞境的污染。物料平衡式為:CH2=CH2+CH≡CH+Cl22CH2=CH2Cl2.2聚氯乙烯工藝設計乙炔工段

(1)發生。經破碎好的電石裝進電石吊斗，推到提升口，由電動葫蘆吊到三樓，送到發生器加料貯存，用N2置換其中的乙炔氣后，電石在繼續通N2的情況下，經第一貯斗碟伐放入第二貯斗，第二貯斗電石經過電磁振動加料器加入發生器內。電石在發生器內遇水產生乙炔氣，從發生器頂部逸出，電石水解時放出大量的熱，可借連續加入發生器內的水來維持發生器溫度，電石水解之后電石渣漿從溢流管不斷排除，以維持發生器液面，渣漿從排泄口排到地溝，流到沉淀池集中處理，頂部逸出的乙炔氣體經噴淋冷卻后，分別進入氣柜或水環壓縮機。(2)清凈。由發生器送來并經冷卻的乙炔氣，經水環壓縮機加壓到0.05~0.1Mpa左右，進入第一、第二清凈塔，NaOCl溶液由泵打到第二清凈塔頂，從塔底流出再由泵打至第一清凈塔頂。器塔底流出的廢NaOCl溶液與冷卻塔出來的廢水回至廢水貯槽，用泵打到發生器作為補充用水。經清凈后的乙炔氣帶有酸性[2]，進入中和塔用堿液除去，中和塔出來的乙炔氣進入二臺串聯的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。氯化氫工段原料氫氣由電解裝置輸氫泵送來，經過氫氣氣柜緩沖及阻火器，進入鋼制合成爐底部的燃燒器點火燃燒。原料氯氣由電解裝置氯干燥送來經緩沖器后按一定的摩爾比[H2:Cl2=(1.05～1.1):1]進入合成爐燈頭的內管，由下二上經石英燈頭上的斜孔均勻地和外套管的氫氣混合燃燒。燃燒時火焰溫度達到2000℃左右，并發出熱和光，正常火焰呈青白色。合成后的氯化氫氣體，借爐身和夾套冷卻水或散熱翅片散熱，到爐頂出口，溫度降到100～150℃，再進入上蓋帶冷卻水箱的石墨冷卻器，用冷卻水將氯化氫氣體冷卻到40～50℃左右，由下底蓋排出，經閥門控制進入緩沖器，再送人串聯的石墨冷卻器，用-25℃左右的冷凍鹽水，將氣體冷卻到-12℃～-18℃后，進入酸霧分離器，氣體中夾帶的40%鹽酸霧沫由分離器內的有機硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸貯槽。分離器出口的干燥氯化氫氣體經緩沖器進入納氏泵壓縮，借泵內濃度93%以上的硫酸作液封和潤滑。硫酸隨氯化氫排至氣液分離器，自下部流入盤管冷卻器，經水冷卻后循環吸入納氏泵[3]；分離器出口的干燥氯化氫經緩沖器送至氯乙烯合成裝置。氯乙烯工序(1)混合脫水工序。由乙炔工段送來的粗乙炔氣經砂封與來自HCL工序的HCL經緩沖罐通過孔板流量計調節配比在混合器內充分混合，進入石墨冷卻器內在﹣35℃鹽水下進行冷卻到﹣14℃±2℃，C2H2、HCL混合氣體在此溫度下，部分水份以40%左右的酸霧析出，部分酸霧夾帶于氣相中進入多筒過濾器，由含氟硅油棉捕集分離。然后，經二臺石墨預熱器預熱后進入轉化器[4]。(2)合成轉化。干燥、預熱后的混合氣從轉化器上部進入，通過列管中裝填的吸附于活性炭上的HgCl2觸媒轉化為粗氯乙烯，轉化過程反應放熱則通過熱水循環泵循環的熱水移去。粗氯乙烯在高溫下帶逸的HgCl2升華物在填裝活性炭的吸附器中脫除，然后進入精餾系統。(3)水洗、堿洗、氯乙烯壓縮。除貢后的粗氯乙烯進入三合一水洗組合塔，經堿洗塔，出去殘余的微量HCL后進入VC氣柜或經機前冷卻器，出去部分夾帶液，經螺桿壓縮機加壓到0.5~0.6MPa（表壓），經機后冷卻器除去夾帶水和油后，送精餾。

(4)

精餾。由單壓縮機出來的粗氯乙烯氣體進入全凝器，使大部分冷凝液化經低沸加料貯槽，進入低沸塔，未凝聚氣體進入尾氣冷凝器，其冷凝液全部進入低沸塔。低沸塔釜加熱器將冷凝液中低沸物蒸出，經塔頂冷凝器用7℃水或者5℃水控制回流比后，由塔頂匯入尾氣冷凝器處理，塔釜粗氯乙烯進入高沸塔，尾氣冷凝器未冷凝的氣體經變壓吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性氣體排空。由低沸塔進入高沸塔的氯乙烯，經調節閥控制流量，減壓后進入高沸塔。高沸加熱器將氯乙烯逸出，經塔板分離成氯乙烯，經塔頂控制部分回流，大部分氯乙烯進入成品冷凝器，然后進入單體貯槽，按需送聚合工序，在高塔釜分離收集到的1，1二氯乙烷（EDC）為主的高沸物進入殘液槽，定期壓送廢液處理塔，將殘液中的二氯乙烷精制，包裝外銷，未凝VC其他回到氣柜[5]。

(5)

冷凍站

+5℃水系統。從液氨槽出來的液氨經過5℃水分配臺流入蒸發器，液氨變成氣態氨帶走蒸發器外工業水熱，合格的5℃水由5℃水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸發器內汽化的氨背螺桿氨壓機抽走，經壓縮到1.5Mpa（表壓）左右的過熱氣態氨進入油分離器[6]，分離后的氣態氨進入蒸發式冷凝管列管內，被外管水冷卻成液氨，進入熱虹吸氨貯液器，溢流到液氨貯槽完成制冷循環。

﹣35℃鹽水系統。從液氨貯槽出來的液氨首先進入經濟冷卻器過冷后，獲得的低溫液氨經鹽水分配臺節流膨脹進入蒸發器盤管，吸收管外鹽水的熱量而氣化，是管外鹽水溫度降低，合格的﹣35℃鹽水由泵送往合成、聚合使用。氣態氨自蒸發器吸入螺桿壓縮機內，經壓縮后的過熱氣態氨進入油分離器，分離后的油后進入蒸發式冷凝器，被水間接冷凝為液氨，流入熱虹吸氨貯液器，再溢流到液態氨貯槽，完成制冷循環。

在池內加工業水，再加氯化鈣，將鹽水比重調制1.28～1.29，按需送鹽水蒸發器。

（6）溴化鋰系統

溴化鋰制冷是以蒸汽為動力，利用“溴化鋰與水”組成的二元溶液為工質對，在真空狀態下，水蒸發作為制冷劑，從而吸收載冷劑（冷媒水）熱負荷，達到所需的合格7℃水送到合成工序。溴化鋰水溶液作為吸收劑，常設和低溫下強烈地吸收水蒸汽，通過高溫（蒸汽）將水份釋放和循環水冷卻吸收，周而復始實現制冷循環[7]。聚合工序本工藝流程全過程控制采用DSC集散控制。首先將合格的脫離子水、VCM單體、分散劑、引發劑及其他助劑按配方要求精確計量后，由泵加入到經閃蒸真空防粘釜處理后的聚合釜中，用循環熱水升溫至制定溫度后進行恒溫反應，在最短反應時間、壓力降達到配方要求后加入種植劑終止反應。漿料由泵送至料漿貯槽，為反應的單體經回收單體真空泵回收至VC氣柜，去回收裝置進行加壓冷凝回收。壓縮冷凝回收因聚合反應的收率≤85%，故釜內有未參加聚合反應的氯乙烯單體，經過聚合釜及排放槽泄壓后仍有0.3～0.5MPA的余壓，可直接用5℃水和﹣35℃鹽水經過一級、二級冷凝器進行冷凝，當其壓力處于5KPa～0.3

Mpa時再進行加壓冷凝，成為回收單體備聚合使用，不凝性氣體則從排空管排向大氣。離心干燥及包裝由氣提塔出來的PVC料漿，以離心機分離大部分水份后得到約含水20%~25%的濕PVC樹脂，之后由螺旋輸送器送到干燥系統進行干燥。樹脂干燥器采用脈沖氣流干燥塔及旋風干燥床，熱風為干燥熱源，干燥好的PVC從圓盤振動篩篩選后被羅茨鼓風機抽如料倉[8]。料倉里的PVC成品經全自動縫包、稱重、碼垛、分析合格后入庫。

2.3物料衡算及設備選擇2.3.1（1）生產能力

年產30萬噸的聚氯乙烯

年工作日：以300天計算

日產量：30×104×103/300=106

kg/d小時產量：30×104×103/300×24=4.17×104kg/h聚合物一般進行到轉化率為85%～90%，再加上在洗滌樹脂、包裝工段的損失，這里取轉化率為88%。x=4.17×104/88%=4.74×104

kg

∴每小時要合成氯乙烯4.74×104

kg。生產設備見表1:表1主要設備及其生產能力序號設備規格/型號數量1乙炔砂封Φ1200×30012HCl緩沖罐V=30m213混合器Φ900×400014石墨冷卻器GHA800-10535多筒過濾器Φ1600×400016石墨預熱器GHB1600-33517廢酸貯罐V=10m238轉化器Φ4000×9700279除汞器Φ2400×4850110單體貯槽2840×30002411料漿槽5000×13500612汽提塔2000×12861型613混料槽260m3型614旋風干燥器（床）3100×9200615聚合釜JB/T4725—92242.4生產過程要求與措施廠內的防火防爆措施可燃物質達到了它的燃點就能引起燃燒。而導線及各種電氣設

備的絕緣大都是可燃材料。電氣設備過熱以及電火花、電弧甚至靜電都能引起火災。

設備過熱大致有以下幾種:

(1)

短路電力網中的火災大都是由短路引起的。短路后電流急劇增加可達正常值的幾百倍引起過熱。造成短路的原因,一是電氣設備或導線失去應有的絕緣能力，

二是在安裝檢修或操作使用中工作疏忽引起短路。前者有因絕緣老化或局部磨損腐蝕失去絕能力。

(2)

過載線路或設備長期國負荷運行。過載后電流增加，時間一長也會引起火災。

撲滅電氣火災的方法切斷電源切斷電源就切除了電氣火災的來源,同時也減少了救火人員觸電的危險,切斷電源后還可采用普通的滅火器滅火。切除電源時應盡量做到以下幾點電氣設備如水淋、煙熏后絕緣程度下降,切斷電源時應使用絕緣工具,以防觸電。操作時應先斷開接觸器或斷路器切斷電深再拉開隔離開關或刀開關。如果采取剪斷電線的方法切除

電源時,應做到正確剪線。如果條件限制

,必須帶電滅火時應注意做到電氣設備起火

,不能用普通的泡沫滅火劑,只能用干砂覆蓋,或用二氧化碳，二氧二溴甲烷或干粉滅火劑,防止人員觸電。用四氯化碳滅火器,要防止中毒[9]。因四氯化碳受熱,與空氣中的作用,會生成有毒的光氣COCl2和Cl2，要打開門窗或戴上防毒面具。用二氧化碳滅火時

,要注意防止凍傷和室息。因二氧化碳是液態的,噴射后,大量吸熱可形成達-78.5℃的低溫,并隔絕氧氣。車間照明及采暖措施照明用電是工廠企業最為基本的電力需求,

照明質量的好壞對生產安全、勞動生產率、產品質量和勞動衛生都有直接關系。采用高效節能電光源及其照明電器附件。

電光源種類繁多,

用途各異,

但均要求三高,

即:

高發光效率、高壽命、高顯色性。因此在工廠照明中,

應優先選用高強度氣體放電燈有高壓鈉燈和金屬鹵化物燈

,

尤其是金屬鹵化物燈是第3代光源中的佼佼者,

是光色和顯色指數要求較高的儀表裝配車間、機加車間、汽機房運轉層等工業廠房的首選光源。當一種光源不能滿足色溫或顯色性要求時,

也可采用兩種光源的混光光源,

混光光源能充分發揮高強氣體放電燈的優點,

達到節約能耗、提高照度,

改善光色的照明效果。

照明電器附件推廣使用低損耗、性能優的光源電子附件包括電子鎮流器、電子變壓器、電子觸發器等。

選用高效率、配光合理的照明燈評價燈具的關鍵指標是燈具效率,

燈具的效率及配光曲線取決于燈具反射面的材質、加工精度及外形。拋光鋁對可見光的反射率最高,

在工廠照明設計中宜優先采用。燈具外型要求:

第一,

配光曲線適中,

一般選用介于深照和廣照之間的寬口燈具最為合適;

第二,

燈具的外形不應是單拋物面反射型,

因為這樣會將大部分的光能發射回燈泡,引起電壓上升和功率增加,

縮短燈的壽命。在工廠照明設計中,

燈具的選用應根據使用方法和使用環境的不同,

在滿足眩光和配光要求條件下,

選用高效且安裝維護方便的燈具,同時還應達到與建筑相協調一致目的。防靜電，防雷措施為預防雷電、靜電對被保護物的破壞

,必須將防雷防靜電設施看成是一個系統工程

,全方位地進行防范。

低壓線路全線采用

電纜直接埋地敷設供電系統

,在人戶端上是否將電纜的金屬外皮，鋼管接到防雷電感應的接地裝置上

。

采用局部埋地敷設的低壓線路

,檢查埋地長度是否與在電纜與架空線連接處是否已裝設避雷器以及避雷器

、電纜金屬外皮

、鋼管和絕緣子鐵腳

、金屬架等是否連在一起接地

,接地電阻是否小于10歐姆[10]。檢查架空金屬管道在進

出建筑物處

,是否每隔

左右接地一次

埋地或地溝內的金屬管道

,在進出建筑物處是否與防雷電感應的接地裝置相連。2.5三廢的處理電石渣的處理電石渣是PVC生產中排放量最大的污染物，大多數廠家在排放前未對其進行處理，給環境造成極大污染。電石渣的處理有幾種方法，如把濾去水的干渣堆積起來，風干后用于建筑(但現在許多城市已禁止電石渣直接用于建筑)、生產次氯酸鈣或生產水泥。我公司用電石渣代替石灰石生產水泥，把從發生器產生的渣漿，用泵送至水泥分廠，經過沉淀、壓濾、混合之后，經立窖燒制、研磨而制成水泥。這樣不但解決了廢渣的排放，也收到了極好的經濟效益。目前電石渣的處理還可用于其它產品的開發，有些已經取得了成功。電石渣上清液的處理電石渣漿經沉淀之后，上層的液體叫上清液。上清液經過進一步分離之后，再經過噴射風冷冷卻到25℃左右備用。其主要用于乙炔工段發生器的補充用水及發生系統沖洗用水，或用于轉化工段水洗塔用水，用其獨特的偏堿性水來除去VC中雜帶的HCI效果較好。實踐證明從水洗塔出來的水的pH值由原來的14降為7左右，從而減輕了堿洗塔的負擔，提高了堿洗塔的運行周期。除了以上兩種途徑之外，剩余的上清液可加入氯氣用以調節pH值至中性之后，把上清液中大部分S卜除去，再經水處理車間統一處理。熱水的綜合利用

熱水來自HCI合成爐夾套熱水、固定床循環熱水、成品散熱器疏水器產生的熱水。此熱水在給高、低塔釜升溫、聚合釜升溫之外，還有多余的熱量不能利用，只能加涼水來降低溫度。為此，結合我公司地處北方的特點，我們加了1臺泵專將一部分熱水用于冬季供暖，節省了取暖蒸汽。又在成品工段蒸汽散熱器之前加了1組散熱器，用來消耗一定量熱水，節約部分蒸汽。熱水的供給量視轉化固定床水溫而定，既節約了能源也解決了天熱時熱水無法平衡需加涼水的問題。尾氣的回收利用PVC生產的尾氣主要產生于轉化工段的尾凝器。從尾凝器排放出來的氣體，其主要成分為氫氣、氮氣、乙炔氣及氯乙烯氣體，其中氯乙烯含量在10%(體積分數)左右。現在尾氣處理的主要方法是采用活性炭，低溫吸附其中的氯乙烯，其余的氫氣、氮氣、乙炔氣因不被吸附而放空。然后再將吸附的氯乙烯解吸出來達到回收氯乙烯的目的，氛乙烯回收率在85%左右?但在解吸過程中需要大量的蒸汽來加熱脫吸，同時在脫吸之后又要用熱風干燥活性炭所吸收的水分，然后用一15℃鹽水冷卻活性炭。這樣就使這種方法操作較復雜，而且其中的乙炔氣不能回收。另外一種方法是離子膜分離法。其原理中國氛堿2003年第1期是利用離子膜對分子有選擇性，從而達到對氯乙烯、乙炔氣體、氫氣、氮氣進行分離。經離子膜分離后，含氯乙烯20%(體積分數)的氣體回到氯乙烯氣柜;含乙炔較多的氣體可根據需要回到轉化器重新反應或放空;而氫氣與氮氣被分離出來放空[14]。這種方法的優點是操作簡單、維護費用較少，其缺點是回收氣體含量較低，從而增加了尾凝器、壓縮機及制冷的負擔及處理量。如能將這兩種方法結合起來，將有可能是今后處理尾氣的方向。轉化水洗塔水的回收利用由于在轉化過程中氯化氫與乙炔的配比在1.05一1.15:1，甚至更高。采用吸收塔吸收多余的HCI制酸之后，再用水洗塔水洗，然后堿洗。現在采用水洗塔用水再循環技術。在水的循環過程中，將一部分水加人HCI吸收塔代替制酸用水，同時在水罐中再補加同量的水來保證循環量。這樣，由于氯乙烯在鹽酸中的溶解度比在水中的溶解度小一半，不但節約用水，而且還減少了氯乙烯的流失，每噸樹脂可降低2kg電石耗，效益相當可觀。3總結本設計為年產30萬噸聚氯乙烯（PVC）的初步工藝流程設計，采用電石為原料，應用懸浮聚合法生產聚氯乙烯。本設計主要針對懸浮法生產工藝流程，物料衡算，熱量衡算，主要設備和管道的設計選型，車間布置和環保措施等相關內容做了簡要介紹。

通過本次設計，對聚氯乙烯工業的發展歷程及其發展前景有所了解。就目前聚氯乙烯的發展現狀來看，我國的聚氯乙烯產量及工業技術有很大的提高，盡管如此，與國外先進的技術相比，我國的聚