年產(chǎn)1萬噸PVC精餾工段工藝初步設計及高沸塔再沸器設計畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設計(論文)課 題 名 稱 年產(chǎn)1萬噸pvc精餾工段工藝 初步設計及高沸塔再沸器設計 學 生 姓 名 學 號 1040902037 系、年級專業(yè) 生物與化學工程系2010級化學工程與工藝 指 導 教 師 職 稱 2014年 5 月 20 日年產(chǎn)1萬噸pvc精餾工段工藝初步設計及高沸塔再沸器設計 摘 要本次畢業(yè)設計課題為年產(chǎn)1萬噸pvc精餾工段工藝初步設計及高沸塔再沸器設計。本次設計主要完成了pvc工業(yè)生產(chǎn)方法的選擇和優(yōu)化，用a2圖紙繪制了帶控制點的pvc精餾工段工藝流程圖；以設計任務以及計算機為輔助，對pvc精餾工段進行了物料衡算和熱量衡算，列出了相應的物料衡算表和熱量衡算表；對高沸塔再沸

2、器進行了設備結構選型，并作出了詳細的工藝及設備設計計算，采用a2圖紙繪制了高沸塔再沸器設備裝配圖。 本設計在pvc工業(yè)生產(chǎn)方法的選擇上采用了乙炔法，因為它具有設備、工藝簡單，投資低，小規(guī)模經(jīng)營的特點。關鍵詞： 氯乙烯；乙炔法；物料衡算；熱量衡算；高沸塔再沸器；工藝流程the design of annual production capacity of 10,000 tons of pvc distillation process of preliminary design and high boiling tower reboiler design (2010 chemical engine

3、ering and technology,department of biology and engineering ,shaoyang university)tutor: deng xin huasummary the graduation design topic for an annual output of 10000 tons of pvc distillation process of preliminary design and high boiling tower reboiler design. use a2 drawing pvc distillation process

4、flow chart with control points; thedesign task and computer, the pvc distillation section of the material balance and heat balance, lists the corresponding table of material balance and heat balance sheet; the high tower reboiler for equipment selection of structure the design and calculation, and m

5、ake the technology and equipment in detail,using a2 drawing the high tower reboiler equipment assembly drawings. this design uses the method of acetylene in the industrial production of pvcchoice, because it has the equipment,simple process, low investment, smallscale of operation. key words: vinyl

6、chloride; acetylene; material balance; heat balance; high boiling tower reboiler process.目 錄中文摘要 . 英文摘要 1 前 言12 概 述22.1 聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況42.2 聚氯乙烯工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要意義72.3 聚氯乙烯的分類82.4 氯乙烯的生產(chǎn)方法82.5氯乙烯精餾工藝流程112.6 高沸塔再沸器選型133 物料衡算143.1 設計依據(jù)143.2 全凝器物料衡算153.3 全凝器物料衡算163.4 低沸塔物料衡算183.5低沸塔再沸器物料衡算233.6 高沸塔物料衡算263.7二氯乙烷回

7、收塔的物料衡算304 熱量衡算364.1 全凝器的熱量衡算364.2 尾凝器的熱量衡算36 4.3 再沸器的熱量衡算374.4高沸塔成品冷凝器的熱量衡算395 設備設計與選型405.1尺寸設計40 5.2結構選型476結論517參考文獻528致辭53附工程圖紙1 前 言 畢業(yè)設計是工科類學生大學教育體系中一個非常重要的實踐環(huán)節(jié)，工業(yè)科研成果只有通過工程設計，才能轉化為現(xiàn)實的工業(yè)生產(chǎn)力。本次畢業(yè)課題來源于畢業(yè)實習的生產(chǎn)實際。通過此次畢業(yè)設計，培養(yǎng)我們綜合運用所學基礎理論、基礎知識、基本技能和專業(yè)知識的能力。畢業(yè)設計加強了對計算、繪圖、編輯設計文件、使用規(guī)范化手冊等最基本的工作實際能力的培養(yǎng)，提高

8、了我們分析，解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)了我們踏實、細致、嚴格、認真和吃苦耐勞的工作作風。通過完成畢業(yè)課題，進一步提高了我們處理實際問題的能力，并且掌握基本的設計方法，受到初步的工程技術訓練，同時綜合衡量教學質量，以利于提高教學管理水平。并對于增強事業(yè)心和責任感，提高畢業(yè)生全面素質具有重要意義。本次課題結合工業(yè)實際進行設計，全方位鍛煉學生工程設計的基本能力和方法，為更好、更快地適應實際工作奠定良好的基礎。2 概 述氯乙烯是重要的有機化工產(chǎn)品，它的主要用途是生產(chǎn)聚氯乙烯。聚氯乙烯是世界上最早實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的塑料品種之一。由于其具有難燃、抗化學腐蝕、耐磨、電絕緣性優(yōu)良和機械強度較高等優(yōu)點，廣泛應用

9、于農(nóng)業(yè)、石油化工、輕工、紡織、化學建材、電力、冶金、國防軍工、建材、食品加工等國民經(jīng)濟各命脈部門， 在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位。氯堿工業(yè)是我國基礎原材料產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品種類多、關聯(lián)度大，下游產(chǎn)品達上千個品種，具有較高的經(jīng)濟延伸價值，據(jù)統(tǒng)計，每萬噸氯堿產(chǎn)品所帶動的一次性經(jīng)濟產(chǎn)值在10億元人民幣以上。另外，氯產(chǎn)品也是生活飲用水處理和日用化學品生產(chǎn)的主要原料，與人民生活息息相關。由于氯堿工業(yè)具有的特殊地位，建國以來，一直將主要氯堿產(chǎn)品產(chǎn)量及經(jīng)濟指標作為國民經(jīng)濟統(tǒng)計和考核的重要指標。聚氯乙烯是一種重要的熱塑性樹脂。他經(jīng)過成型加工、改性，可以制成軟質、硬質、泡沫、纖維等塑料制品，性能優(yōu)良，用途很廣。聚

10、氯乙烯是從1930年才開始作為工業(yè)材料的，但現(xiàn)在年產(chǎn)量已逾1100萬噸，約占世界塑料總產(chǎn)量的五分之一，僅次于聚乙烯居第二位。同時生產(chǎn)設備不斷向大型化發(fā)展。據(jù)報道目前最大的氯乙烯生產(chǎn)裝置達36萬噸每年。我國于1958年開始大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在是發(fā)展最快的通用樹脂之一。在我國聚氯乙烯樹脂更是經(jīng)歷了從無到有，由少到多的歷程。聚氯乙烯樹脂是我國武大基礎樹脂之一，我國由于經(jīng)濟的持續(xù)高漲，樹脂合成技術和加工技術的進步，使聚氯乙烯在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、汽車包裝和家電等各大領域得到了廣泛的應用，特別是以氯乙烯樹脂為基料和增塑劑、填料、穩(wěn)定劑、著色劑、改性劑等多種助劑混合后經(jīng)塑化、成型加工而成的聚氯乙烯塑料應用相

11、當廣泛。通用型懸浮法聚氯乙烯樹脂可以加工成軟制品和硬質品。日常生活中常見的電纜外皮、防水卷材、農(nóng)用膜、密封材料等屬于軟制品，塑鋼門窗、上下水管、硬紙板材、管件等一般為硬質品。但是我國的建筑行業(yè)對聚氯乙烯的需求強勁市場缺口較大，而氯乙烯作為聚氯乙烯的單體，只有供應充足才能滿足它的后續(xù)產(chǎn)品有更大的發(fā)展。由于我國的經(jīng)濟的穩(wěn)定增長，對聚氯乙烯的需求量很大，對原料的需求也逐漸增加，因此氯乙烯的發(fā)展前景非常良好。氯乙烯聚合的基本方法有四種：懸浮聚合、乳液聚合、本體聚合及溶液聚合。樹脂產(chǎn)品的物理形態(tài)有粉狀、糊狀、溶液和清漆等。他們各自適應一定的加工工藝或使用范圍。目前主要用懸浮法生產(chǎn)，成品為某種粗細的粒狀樹

12、脂，適宜于壓延、擠出、注射、吹塑等成型加工工藝。最近有關專利報道，對懸浮法做適當改進，可生產(chǎn)代糊用樹脂。在聚氯乙烯生產(chǎn)中，單體氯乙烯的合成是關鍵。其合成工藝路線，可分為電石乙炔法、平衡氧氯化法、乙烯氧氯化法和乙烯乙炔法。電石乙炔法是以電石為原料，先水解得乙炔，然后把乙炔和氯化氫混合，通過氯化汞催化劑合成氯乙烯，這是生產(chǎn)單體氯乙烯的老方法。它具有設備簡單，工藝成熟，投資低，能小規(guī)模經(jīng)營的特點。但存在耗電量大，原料成本高，因安全問題生產(chǎn)規(guī)模受到限制，和鋼鐵工業(yè)爭焦炭，同時會引起汞的污染問題，因而不能適應聚氯乙烯大發(fā)展需要的缺點。 氯乙烯的合成、精餾、聚合一直就是氯乙烯生產(chǎn)的熱點問題。我國有非常豐富

13、的電石資源，以電石為原料生產(chǎn)氯乙烯自然成為國內(nèi)大部分生產(chǎn)氯乙烯工廠的共同選擇。2.1 聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況 聚氯乙烯樹脂，即常說的pvc樹脂，是一個用來表示一類由氯乙烯單體衍生的聚合物和共聚物的敘述性名稱。1930年1933年實現(xiàn)了聚氯乙烯工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，但大規(guī)模的發(fā)展還是在解決了增塑加工方法之后才成為一種用途廣泛的樹脂。1958年聚氯乙烯在我國開始大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在已成為發(fā)展最快的通用樹脂之一。從世界范圍來看，pvc第二大合成樹脂，消費量僅次于聚乙烯。近幾年，全球pvc的總產(chǎn)能一直持續(xù)擴張，但其增長點主要集中在中國。由于世界經(jīng)濟非平衡式發(fā)展，各地區(qū)pvc市場的供求和發(fā)展狀況存在一定的差異，歐

14、洲和北美市場對pvc需求的擴張主要依賴對下游高端產(chǎn)品的需求增長，亞洲經(jīng)濟的迅速發(fā)展帶動pvc市場的產(chǎn)銷依然旺盛。此外，從生產(chǎn)工藝路線看，除中國和極少幾個國家以電石法工藝路線生產(chǎn)，絕大部分國家都是采用石油天然氣路線，生產(chǎn)工藝的差別導致了世界各主要地區(qū)pvc的市場價格和生產(chǎn)成本也不盡一致。2006年全球pvc產(chǎn)能約4291.1萬噸，較2005年的4041.1萬噸，增長了6.48%，受2004年全球經(jīng)濟轉好的影響，2005年是pvc產(chǎn)能增加最多的一年，增長率由2004年的4.19%增加到9.72%，尤其僅中國產(chǎn)能就增加了280萬噸，增長率達到35.45%之多。中東地區(qū)pvc產(chǎn)能長期短缺，為了適應需求

15、增長，一些廠家也開始擴大產(chǎn)能，2005年產(chǎn)能增幅也達到了29%。近兩年北美pvc產(chǎn)能并沒有增長，但2008年以后北美pvc產(chǎn)能增加將接近100萬噸，增幅達到12.60%。2.1.1 聚氯乙烯工業(yè)聚氯乙烯化學性質穩(wěn)定，中性無毒，同時既輕又堅固，適應性強且價格便宜。近幾年來聚氯乙烯發(fā)展的很快，在很大范圍上替代了其它有較少問題的材料，如玻璃、金屬、紙、陶瓷和樹木等，在建筑材料、消費用品、醫(yī)療汽車行業(yè)等都有著廣泛的應用。 近年來，我國pvc表觀消費量以年均10%15%左右的速度增長，pvc制品一直以薄膜、人造革、電纜料和鞋類四大系列的軟制品為主。目前在各領域的應用比例正在不斷變化，軟制品消費比例逐年下

16、降，而異型材、管材、板材等主要用作建筑材料的硬制品的消費比例不斷提高。預計到2010年僅化學建材業(yè)對pvc樹脂的需求量將達到200萬t；電子電器工業(yè)中pvc電纜料、電器連接件以及儀器設備殼體等對pvc的需求量也將有較大幅度的增長，將達100萬t。此外，包裝、農(nóng)業(yè)、汽車、醫(yī)療、日常生活用品等領域對pvc的需求量也將不斷增長。 從近幾年我國聚氯乙烯(pvc)行業(yè)發(fā)展趨勢來看，聚氯乙烯消費高速的增長，同時也引發(fā)了我國聚氯乙烯(pvc)的建設熱潮，聚氯乙烯(pvc)市場競爭將更加激烈。同時，近年我國環(huán)保、節(jié)能、減排、差別電價、出口退稅調(diào)整、加工貿(mào)易調(diào)整等政策措施不斷出臺，執(zhí)行力度也比以往任何一年都要來

17、得更猛烈。傳統(tǒng)的pvc生產(chǎn)格局正面臨新的形勢和沖擊，傳統(tǒng)企業(yè)如不能盡快通過技改、創(chuàng)新、改制等手段降本增效、化劣勢為優(yōu)勢，將有被淘汰的危險。2.1.2 國外聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展世界聚氯乙烯工業(yè)中，美國的生產(chǎn)能力和實際產(chǎn)量均居首位，生產(chǎn)工藝先進，產(chǎn)品更新快，各國較多地引進美國的生產(chǎn)技術，所以說，美國是了解世界聚氯乙烯的窗口。西歐聚氯乙烯工業(yè)開發(fā)較早，目前生產(chǎn)技術已比較成熟。日本聚氯乙烯工業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，可是消費水平仍然很低。經(jīng)歷了2009年的動蕩，全球pvc市場將在2010年反彈。但全球信用評級機構惠譽表示：2010年pvc行業(yè)不可能直接轉好。該機構指出：受全球經(jīng)濟狀況依然脆弱和信貸難以保證

18、的影響，到2011年年底，歐洲建筑公司的平均收入預計將下降5%10%，而歐洲近50%的pvc用于建筑業(yè)，pvc市場的動蕩似乎仍未平息。與此同時，美國pvc市場也未見明顯的復蘇跡象。pvc市場人士認為：不同地區(qū)的市場前景不同。在歐洲，英國和伊比利亞半島的建筑業(yè)遭受沖擊較大，而中歐和東歐將會出現(xiàn)強勁復蘇。2009年受金融危機影響，pvc行業(yè)盈利不佳，這對行業(yè)的持續(xù)發(fā)展不利，所以大多數(shù)人認為價格上漲是必要的，回到2008年初水平成為2010年pvc生產(chǎn)商努力的目標。歐洲pvc生產(chǎn)商面臨著嚴峻壓力，多數(shù)是不賠不賺，少數(shù)已經(jīng)變成了負增長。如果2010年的銷量和利潤狀況進一步惡化的話，生產(chǎn)商將不得不下調(diào)開

19、工率，甚至關閉工廠。在地中海一帶，2010年pvc的整體產(chǎn)量將增加3%4%，但由于利潤被壓縮，整個行業(yè)的處境仍相當困難。多數(shù)預測認為2010年歐洲的建筑業(yè)將繼續(xù)萎縮，而pvc業(yè)內(nèi)也普遍認為建筑業(yè)仍是需求最弱的終端市場之一3?；葑u國際評級機構表示：由于基礎設施持續(xù)發(fā)展，pvc行業(yè)的增長仍將快于歐洲的其他行業(yè)。德國市場的pvc銷量已有所改善，特別是在門窗型材領域。上升行情主要來源于中歐和東歐的買家以及德國的經(jīng)濟刺激計劃，這些利好因素使2009年pvc行業(yè)銷量上漲了2%，并有望在2010年持續(xù)上漲。德國政府撥出20億歐元用于重建學校、公共建筑和政府建筑，這將使其2010年對pvc建筑制品的需求量持續(xù)

20、增長。如果歐洲其他地方也能有如此強烈需求的話，那么整個歐洲建筑行業(yè)對pvc的需求量將增加3%4%。但總體來講，由于利潤狀況不樂觀，行業(yè)面臨的處境依然艱難。美國pvc生產(chǎn)能力過剩，市場分析人士預測：今后幾年內(nèi)美國pvc生產(chǎn)能力預計會下降200萬t/a。北美pvc需求疲軟是住房建筑工業(yè)呈下降趨勢所致，20082009年未有改善。據(jù)美國銀行分析家kevinmccarthy分析認為：因出口需求驅動，美國2009年第3季度的pvc開工率有所回升4。然而，市場信息指出，出口的機遇并不強勁，2009年第4季度pvc的開工率仍在80%以下。2009年美國pvc市場一直期待著經(jīng)濟復蘇，這種期待會延續(xù)到2010年

21、年底。市場普遍認為2009年第4季度已經(jīng)是美國pvc行業(yè)周期性的低點。從長遠來看，沒有快速的解決方案，歐美pvc產(chǎn)業(yè)到2013年之前難以恢復到2007年的水平5。2.1.3 中國的聚氯乙烯工業(yè)我國pvc樹脂是伴隨著氯堿工業(yè)而發(fā)展起來的，是燒堿廠主要以氯為主料的產(chǎn)品，也是燒堿廠平衡氯氣的主要手段。由于我國燒堿廠規(guī)模小而分散，致使pvc工業(yè)的發(fā)展先天不足，一直采用電石乙炔為主要原料組織生產(chǎn)，能耗高、污染嚴重和產(chǎn)品成本無競爭力是其三大致命弱勢。但是幾十年來，我國pvc樹脂生產(chǎn)有了很大發(fā)展，無論是樹脂生產(chǎn)技術還是產(chǎn)品質量都有很大提高，原料路線已開始從乙炔路線向乙烯路線方向轉換，產(chǎn)品品種不斷增加，生產(chǎn)能

22、力也迅速增加，質量不斷提高，已基本能滿足制品生產(chǎn)的需要。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，市場對pvc的需求量將不斷增加，pvc行業(yè)要進一步提高產(chǎn)品的專用化和市場化水平，加快我國pvc工業(yè)的發(fā)展步伐，變劣勢為優(yōu)勢，為成為pvc世界強國而努力。2005年中國pvc消費量增長到787萬t，超過美國成為世界上最大的pvc消費市場。據(jù)美國freedonia 集團分析認為:由于建筑業(yè)的快速發(fā)展，驅動了中國的pvc需求以年均8.0%的速率增長。這一快速增長將使中國對pvc的需求量2010年達到1200萬t。中國旺盛的建筑行業(yè)對pvc的需求量占pvc擠壓成型產(chǎn)品的70%。隨著中國要求建筑節(jié)能和降低生產(chǎn)與維修成本，pvc管材和

23、門窗的推廣使用將繼續(xù)支撐這一市場。據(jù)freedonia預計:擠壓成型的pvc年需求增長率為9.2%，2010年達到600萬t。中國東北地區(qū)建筑領域增長最快，對pvc有較大的需求量。pvc包裝市場也在增長，包裝已成為pvc的第2大消費市場，pvc包裝品在消費品和一些規(guī)定的市場上的用量正在迅速擴大，并已進入傳統(tǒng)應用紙和金屬的領域1。據(jù)統(tǒng)計，2006年、2007年、2008年和2009年我國pvc生產(chǎn)能力分別為1158萬t/a、1448萬t/a、1581.5萬t/a和1781萬t/a，產(chǎn)量分別為823.8萬t、971.6萬t、881.6萬t和915萬t。據(jù)統(tǒng)計，2009年年底我國有pvc生產(chǎn)企業(yè)10

24、4家，總生產(chǎn)能力為1781萬t/a，其中電石法94家，生產(chǎn)能力為1362萬t/a，占總生產(chǎn)能力的76.5%。2009年我國pvc總產(chǎn)量為915萬t，其中電石法pvc產(chǎn)量754萬t，占總產(chǎn)量的82.4%。由于國內(nèi)pvc產(chǎn)量不斷增長，中國pvc進口量呈逐年下降趨勢。2007年我國進口pvc130.4萬t，出口75.3萬t，表觀消費量為1026.8萬t。2008年中國pvc進口112.7萬t(比2007年下降13.6%)，出口64.6萬t(比2007年下降14.2%)，表觀消費量為929.7萬t(比2007年下降9.4%)，產(chǎn)量/表觀消費量為94.8%，進口/表觀消費量為12.1%，進口依存度為5.

25、2%(比2007年下降0.4百分點)。2009年中國pvc產(chǎn)量為915萬t（比2008年增長3.8%)，進口195.5萬t(比2008年增長73.5%)，出口27.5萬t(比2008年下降57.4%)，表觀消費量為1083.5萬t(比2008年增長16.5%)，產(chǎn)量/表觀消費量為84.4%，進口/表觀消費量為18.0%，進口依存度為15.6%(比2008年增長10.4百分點)。2009年，我國累計進口pvc195.5萬t，同比大幅增長73.5%，進口量所占比例較2008年提高了5.1百分點。進口量猛增嚴重沖擊了國內(nèi)市場。我國已經(jīng)成為世界上最大的pvc生產(chǎn)國和消費國2。2.2 聚氯乙烯工業(yè)在國民

26、經(jīng)濟中的重要意義在20世紀80年代人類步入了高分子時代。聚氯乙烯樹脂作為五大合成高分子材料之一，在我們的當今世界起到了非常重要的作用。合成高分子材料在現(xiàn)代生活中的地位越來越重要，人們的生活一天也離不開塑料制品。聚氯乙烯是非常重要的大宗塑料，可作為鋼鐵、有色金屬、木材、玻璃、紙張等傳統(tǒng)材料的替代品，1噸pvc可以替代9.5m3木材、1噸pvc管材可以替代7.14噸鋼材或10噸鑄鐵管，因此pvc工業(yè)的發(fā)展，有利于資源優(yōu)化配置和節(jié)省社會能源，pvc加工業(yè)是中國塑料工業(yè)中企業(yè)最多的行業(yè)，與上游的氯堿行業(yè)、電石行業(yè)和乙烯行業(yè)，下游的加工企業(yè)生產(chǎn)的關聯(lián)度極高，因此，pvc工業(yè)的發(fā)展，可以帶動和促進國民經(jīng)濟

27、許多行業(yè)的發(fā)展，可以改善人民生活條件，提高人民生活水平。pvc工業(yè)在國民經(jīng)濟中擔負了重要角色。2.3 聚氯乙烯的分類pvc塑料制品種類繁多，具體分類簡介如下：按生產(chǎn)方法分類，分為懸浮法，溶液法，本體法，乳液法；按柔軟性可分為硬質(未增塑)和軟質(增塑)兩大類；按單體種類分為均聚物和共聚物；按樹脂特性分類，可分為通用樹脂和特種樹脂；按應用角度分有板材，管材，異型材，粘接密封材料，皮革，薄膜薄片，鞋料，發(fā)泡制品等。按成型方法分，有單螺桿或雙螺桿擠出機擠出制品，注塑制品；壓延膜、板、彈性地板、多層結構、增強塑料板等；燒結成型蓄電池隔板；汽車用焊縫膠、防砂石擊涂料及中空樹脂材料等。2.4 氯乙烯的生產(chǎn)

28、方法氯乙烯的工業(yè)合成，首先以電石乙炔為原料進行生產(chǎn)，隨著石油化工的發(fā)展，逐漸過渡到以石油乙烯為主。2.4.1電石乙炔法電石乙炔法是以來自食鹽電解的氫與氯氣，經(jīng)過合成爐混合燃燒反應得到干燥氯化氫，再與凈化和脫水后乙炔進行加成反應即得粗氯乙烯，經(jīng)過精制后獲得純氯乙烯單體。(1) 乙炔的發(fā)生主反應 cac2 + 2h2o c2h2 + ca(oh)2 + 130kj/mol (2-1)副反應 cao + h2o ca(oh)2 + 63.6kj/mol (2-2) cas + 2h2o ca(oh)2 + h2s (2-3) ca2n2 + 6h2o 3ca(oh)2 + 2nh3 (2-4) ca

29、3p2 + 6h2o 3ca(oh)2 + 2ph3 (2-5) ca2si + 4h2o 2ca(oh)2 + sih4 (2-6)(2) 氯化氫的合成 h2 + cl2 2hcl + 185.04kj/mol (2-7)(3) 生成氯乙烯反應反應以hgcl2為催化劑，于130180下進行：主反應 chch + hcl ch2chcl + 124.8kj/mol (2-8)當hcl過量時，副反應： ch2chcl + hcl ch3chcl3 (2-9)而當乙炔過量時，易使催化劑中升汞還原為甘汞和水銀，使催化劑失活。電石乙炔法的流程簡圖如圖2-1所示。圖2-1 電石乙炔法工藝流程簡圖電石乙炔

30、法歷史悠久，是最早工業(yè)化的。而且工藝流程易掌握。但以電石、石油或天然氣制得乙炔，耗能大、成本高，一些氯乙烯主要生產(chǎn)國均不采用此法。2.4.2 聯(lián)合法電石乙炔法成本高，因而建廠受到限制。隨著石油化工的發(fā)展，在氯乙烯制造中出現(xiàn)了一部分碳源來自石油乙烯，再與電石乙炔相結合來獲得聚氯乙烯單體。這種方法稱為聯(lián)合法。其過程是將石油乙烯與來自電解車間的氯反應生成1，2二氯乙烷，精制后進行裂解得到氯化氫，再與電石乙炔進行加成反應，所得氯乙烯純化后即可作為單體使用。其反應式如下：（1） chch + cl 2 ch2clch2cl （2-10）（2） ch2clchcl 2 ch2chcl + hcl （2-1

31、1）（3） chch + hcl ch2chcl （2-12）聯(lián)合法的生產(chǎn)過程如圖2-2 所示：圖 2-2 聯(lián)合法的生產(chǎn)過程本法生產(chǎn)成本較電石乙炔法為低。2.4.3 乙烯法bicm法(二氯乙烷法)用石油乙烯完全取代電石乙炔，最早是美國shll development netherland公司發(fā)展的。為使生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化氫得到利用，美國采取了應用于四乙基鉛生產(chǎn)的辦法。但這種用量是很有限的。隨著氯乙烯生產(chǎn)規(guī)模的大型化，氯化氫必須找到適宜的出路。后采用迪肯(dcacon)法，將氯化氫氧化為氯，從而使該法得到了完善且更經(jīng)濟。應用該法生產(chǎn)的有荷蘭的shell netherland chemical公

32、司以及德國的basf公司等。其化學反應原理如下：（1）乙烯氯化 ch2ch2+ cl2 ch2clch2cl (2-13)（2）二氯乙烷熱解脫氯化ch2clch2cl ch2chcl + hcl (2-14)（3）氧化氯化氫為氯 2hcl + 1/2o2 cl2 + h2o (2-15)所得的氯用于乙烯氯化反應。孟山都(monsanto)公司以自己的乙烯氯化和裂解專利與凱洛克(kellogg)公司的改進的氯化氫氧化技術相結合，將二氯乙烷法制氯乙烯過程在技術、經(jīng)濟與安全環(huán)保方面更為合理和完善。二氯乙烷法工藝流程框圖示于圖2-3。 圖2-3 二氯乙烷法的vcm工藝流程框圖dlanor法dianor

33、法是由意大利ornozlodenora公司和美國的diamond alkali公司共同開發(fā)的用稀乙烯制氯乙烯技術，并聯(lián)產(chǎn)苯乙烯和其他乙烯氯化物。本法適用于有稀乙烯和副產(chǎn)氯化氫的地區(qū)建立不同規(guī)模的生產(chǎn)裝置。其流程是：以石腦油為原料制乙烯，取得含有乙烯裂解氣，不經(jīng)分離經(jīng)過脫硫、凈化、干燥和除炔的稀乙烯，再經(jīng)加壓分氯，進入液相鼓泡式反應器中，以fecl3為催化劑得到1,2-二氯乙烷，以精制的二氯乙烷經(jīng)過裂解得到氯乙烯。其流程簡圖如圖2-4所示：圖2-4 稀乙烯制造氯乙烯單體流程圖2.4.4 確定生產(chǎn)方案 上述簡單介紹了幾種氯乙烯的生產(chǎn)方法，對比其特點，本次設計決定選用電石乙炔法。本設計采用電石乙炔法

34、生產(chǎn)粗氯乙烯。此法是以電石為原料，電石水解生產(chǎn)乙炔，氯堿生產(chǎn)中產(chǎn)生的氯氣和氫氣直接合成法合成氯化氫，由乙炔和氯化氫經(jīng)凈化后在轉化器中合成粗氯乙烯單體，粗氯乙烯單體經(jīng)精餾后得到精氯乙烯單體，精氯乙烯單體經(jīng)懸浮聚合得到pvc。此法工藝成熟，設備簡單，投資低，能小規(guī)模經(jīng)營。生產(chǎn)出的粗氯乙烯純度高，乙炔的轉化率也非常高，完全滿足工業(yè)上的要求。但是這種方法存在耗電量大，原料成本高，因安全問題生產(chǎn)規(guī)模受到限制，和鋼鐵工業(yè)爭焦炭，同時引起汞的污染問題，因而不能適應pvc大發(fā)展的需要等缺點。電石乙炔法已逐漸被淘汰，但我國多數(shù)工廠仍用此法。2.5氯乙烯精餾工藝流程 自壓縮機送來的粗氯乙烯，先進入全凝器，用工業(yè)水

35、或0冷凍鹽水進行間接冷卻，使大部分氯乙烯氣體冷凝液化，液體氯乙烯利用位差進入水分離器，利用密度差連續(xù)分層，除水后進入低沸塔，全凝器中未冷凝氣體(主要進入尾氣冷凝器，其冷凝液主要由氯乙烯及乙炔組成）作為回流液返入低沸塔頂部，低沸塔底部的加熱釜借轉化器循環(huán)熱水來進行加熱，以將沿塔板下流的液相中的低沸物蒸出。氣相沿塔板向上流動并與塔板上液相進行同樣的熱量及質量交換，最后經(jīng)塔頂冷凝器以0冷凍鹽水將其冷凝作為塔頂回流液，不冷凝氣體亦由塔頂經(jīng)全凝器通入尾氣冷凝器處理，低沸塔底脫除低沸物的氯乙烯利用位差送入中間槽。尾氣冷凝器(用35冷凍鹽水冷卻)排出的不冷凝氣體，經(jīng)尾氣吸附裝置，回收其中氯乙烯組分后，惰性氣

36、體經(jīng)壓力自控的減壓閥排空。中間槽的粗氯乙烯借閥門減壓后連續(xù)進入高沸塔，向下流的液相經(jīng)塔底的加熱釜將氯乙烯組分蒸出。上升的蒸汽與塔板上液相進行同樣的熱量及質量交換，至塔頂排出精氯乙烯氣相，經(jīng)塔頂冷凝器以0冷凍鹽水將其冷凝作為塔頂回流，大部分氣相則進入成品冷凝器，用工業(yè)水或0冷凍鹽水間接冷卻將氯乙烯全部冷凝下來，利用位差流入成品貯槽中，根據(jù)聚合裝置需要，借氯乙烯氣化槽中單體氣化壓力，將成品單體間歇壓送至該裝置使用。自高沸塔底分離收集到的1，1-二氯乙烷為主的高沸點物質，間歇排放入高沸物貯槽，并由填料塔或蒸餾塔回收其中氯乙烯或4070的餾分。上述流程中，也可在成品冷凝器之后設置固堿干燥器，以脫除精氯

37、乙烯中的水分含量。全凝器機后冷卻器單壓機尾凝器低塔再沸器低塔低塔加料槽高塔三塔變壓吸附高塔再沸器edc貯槽單體貯槽 2.6高沸塔再沸器選型立式熱虹吸式再沸器選擇理由：立式熱虹吸式再沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動力，這就構成了工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結構緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時間短，增加了流體在管內(nèi)的流動速度，減少了污垢的沉積，不易結垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設備及運行費用低等顯著優(yōu)點。用熱水作加熱介質方便殼程的清洗。故選用立式熱虹吸式再沸器。3 物料衡算3.1 設計依據(jù)3.1.1年產(chǎn)1萬噸pvc精餾工段

38、工藝初步設計及高沸塔再沸器設計任務書3.1.2 生產(chǎn)能力 1萬噸/年pvc，根據(jù)工業(yè)上連續(xù)生產(chǎn)的特點，取年平均生產(chǎn)時間為7200小時，每小時需純vc量：3.1.3 生產(chǎn)時間根據(jù)工業(yè)上連續(xù)生產(chǎn)的特點，取年平均生產(chǎn)時間為7200小時3.1.4進料組成表3.1.1 全凝器進料組成組分氮氣乙炔氯乙烯乙醛二氯乙烷水0.0192920.0433870.9191980.0004910.0055870.0120543.1.5 產(chǎn)品聚合度 產(chǎn)品聚合度為98%，vc收率:98%3.1.6 單體產(chǎn)品規(guī)格 vcm99.95%,乙炔0.002%3.1.7壓力 低沸塔壓力0.65mpa,高沸塔壓力0.35mpa3.1.8

39、氣化率全凝器氣化率為0.05，尾凝器氣化率為0.753.1.9 分離要求塔釜vcm收率99%（摩爾分數(shù)，下同）;塔釜vcm含乙炔0.002%。3.2 全凝器物料衡算3.2.1 物料衡算示意圖 圖3.2.1 全凝器物料衡算示意圖3.2.2所需粗vc混合氣體的計算每小時需純vc量：1446.16kg/h，則。3.2.3 安托因公式 3.2.4 進料組成表3.2.2 全凝器進料組成表組分氮氣乙炔氯乙烯乙醛二氯乙烷水摩爾分數(shù)0.0192920.0433870.9191980.0004910.0055870.012054n(kmol/h)0.4858 1.0924 23.13490.01260.1410

40、.302m(kg/h)13.602428.40241446.16240.55513.95345.436全凝器部分氣化，部分冷凝，壓力p=650kpa ，氣化率為0.05，試差當t=281.6k時， 計算結果如下表：表3.2.3 全凝器氣液平衡表組分進料zit/klgpipi/kpap/kpakixiyin20.019281.65.7778832650121.280.0027510.333412613乙炔0.043281.64.77787765012.11910.0278840.335096119vcm0.919281.60.362306500.35390.9498840.331529168乙醛

41、5e-04281.62.6863.566500.097790.0005144.94573e-05edc0.006281.61.544.6646500.007180.0058794.12507e-05水0.012281.60.921.1166500.001720.0126872.11686e-0510.9995991 混合物中總進料為：，全凝器中的溫度為8.2。3.3 尾凝器物料衡算3.3.1物料衡算示意圖圖3.3.1 尾凝器物料衡算示意圖3.3.2 進料組成 全凝器未冷凝的部分進入尾凝器繼續(xù)冷凝，即全凝器95%的液體進入尾凝器冷凝尾凝器壓力p=650kpa 尾凝器的氣化率為0.75 試差當t=

42、258.2k時， 表3.3.2 尾凝器組成表組分進料zitlgpipi/kpap/kpakixiyin20.333412613258.5 5.67 62980.5280465096.893120060.0045723170.443026045乙炔0.3350961194.41 3419.5661445.2608709910.0798674480.420172343vcm0.331529168-0.01 97.304069790.1496985690.9151339450.136994242乙醛4.94573e-052.23 22.83178980.035125830.000178976.286

43、47e-06edc4.12507e-050.95 1.1789444280.0018137610.000164112.97656e-07水2.11686e-050.17 0.1978906320.0003044478.45971e-052.57554e-081 1 尾凝器中溫度為-14.5，給定vc回收率為0.9944。3.3.4 出料結果全凝器與尾凝器冷凝后進入低沸塔，冷凝結果如下：表 3.3.3 出料組成表組分質量分數(shù)zi進料量f kg/hl1(kg/h)l2(kg/h)l總(kg/h)f低(kmol/h)n20.0013 2.0596 1.9566 0.02581.9824 0.0708

44、 乙炔0.0123 19.487 18.5125 0.2438 18.7563 0.7214 vcm0.9730 1541.5338 1468.3859 19.3404 1487.7263 23.7998 乙醛0.0004 0.6337 0.6021 0.0079 0.610 0.0138 edc0.0094 14.8925 14.1477 0.1863 14.334 0.1448 水0.0037 5.8619 5.5689 0.0733 5.6421 0.3135 1 1584.3102 1524.8986 25.0641 3.4 低沸塔物料衡算3.4.1物料衡算示意圖 圖3.4.1 低沸塔

45、物料衡算示意圖3.4.2 進料組成低沸塔進料組成 冷凝后進入低沸塔的摩爾流量低塔進料如下表：表3.4.2 低塔進料表組分質量分數(shù)zi進料量f kg/hl1(kg/h)l2(kg/h)l總(kg/h)f低(kmol/h)n20.0013 2.0596 1.9566 0.02581.9824 0.0708 乙炔0.0123 19.487 18.5125 0.2438 18.7563 0.7214 vcm0.9730 1541.5338 1468.3859 19.3404 1487.7263 23.7998 乙醛0.0004 0.6337 0.6021 0.0079 0.610 0.0138 edc

46、0.0094 14.8925 14.1477 0.1863 14.334 0.1448 水0.0037 5.8619 5.5689 0.0733 5.6421 0.3135 1 1584.3102 1524.8986 25.0641 由于組成為多組分，即在低沸塔處為多組分進料，需利用清晰分割計算低塔出料組成，分離要求為：塔釜vcm99%(摩爾分數(shù)，下同），塔釜vcm中含乙炔0.002%。根據(jù)設計要求，乙炔為輕關鍵組分，vcm為重關鍵組分。假定 物料衡算如下表：表3.4.3 低塔物料衡算表組分進料餾出液釜液xi,ffixi,ddixi,bbin20.0028 0.0708 0.0670 0.06

47、87 0.000000 0.0000 乙炔0.0287 0.7214 0.7010 0.719 0.000002 0.000048 vc收率vcm0.9493 23.7998 0.2319 0.23790.9799 23.7501 0.99乙醛0.0005 0.0138 0.0000 0.0000 0.0005 0.012 edc0.0058 0.1448 0.0000 0.0000 0.0060 0.1442 水0.0130 0.3135 0.0000 0.0000 0.0135 0.3245 1.0000 25.0641 1.0000 1.02581.0000 24.0373 3.4.3塔

48、頂溫度和塔底溫度的計算進料溫度的計算利用試差，利用安托因公式計算出各組分的飽和蒸汽壓，進而求得進料溫度（泡點進料），如下表：表3.4.4 低塔進料溫度表組分進料xit/klgpipi/kpap/kpakiyin20.0028 280.8 5.7686 78255.1483 650120.3925 0.3349 乙炔0.0287 4.7596 7665.3940 11.7929 0.3384 vcm0.9493 0.3496 0.2237 0.3441 0.3267 乙醛0.0005 2.6640 61.5025 0.0946 0.0000 edc0.0058 1.5246 4.4619 0.0

49、069 0.0000 水0.0130 0.8983 1.0550 0.0016 0.0000 1.0000 1.000058 由上表可知，進料溫度為7.8。同理，塔頂溫度（露點）計算如下表：表3.4.5 低塔塔頂溫度表組分xi,dt/klgpipi/kpap/kpakixin20.0670 272.0 5.7334 72153.9636 650111.0061 0.0006 乙炔0.7010 4.6286 5668.8569 8.7213 0.0804 vcm0.2319 0.2149 164.0387 0.2524 0.9190 乙醛02.5047 42.6191 0.0656 0.0000 edc01.3105 2.7255 0.0042 0.0000 水00.6290 0.5674 0.0009 0.0000 11.0000由上表可知，塔頂溫度為-1。塔底溫度（泡點）計算計算如下表：表3.4.6 低塔塔釜溫度表組分xi,bt/klgpipi/kpap/kpakiyin20316.9 5.8936 104349.9460 650160.5384 0.0000 乙炔0.000002 5.2241 22338.3248 34.3667 0.0001 vcm0.9799 0.8215 0.6629 1.0199 0.9994 乙