年產(chǎn)10萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)講解

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（2016 屆）題目：年產(chǎn)10萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名：鄭浩東 學(xué)號(hào)：2120姓52076 指導(dǎo)教師：詹益民 職稱（學(xué)位）：合作導(dǎo)師：職稱（學(xué)位）： 完成時(shí)間：完成年 月日成績(jī):黃山學(xué)院教務(wù)處制學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明茲呈交的學(xué)位論文,是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成 果。本人在論文寫作中參考的其他個(gè)人或集體的研究成果，均在 文中以 明確方式標(biāo)明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利 禾口責(zé)任。聲明人（簽名）：年產(chǎn)10萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)Process design of vinyl chloride with annal output of

2、 100kt摘要Abstract、八-刖言第一章緒論21.1 聚氯乙烯21.1.1 聚氯乙烯性質(zhì)和用途21.2 氯乙烯VC 312.1 氯乙烯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 3123我國(guó)VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè) 31.3 氯乙烯制取方法31.4 氯乙烯的合成31.4.1 反應(yīng)機(jī)理41.4.2 催化劑的選取 41.5 氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述41.5.1 生產(chǎn)工藝流程41.5.2 主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) 5第二章工藝計(jì)算2.1 物料衡算6211計(jì)算依據(jù)62.1.2各單元的物料衡算72.2 熱量衡算152.2.1 熱量衡算式152.2.2 有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 152.2.3 相應(yīng)各個(gè)設(shè)備的熱量衡算16第三章主要

3、設(shè)備及管道管徑設(shè)計(jì)與選型223.1 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)與選型 223.1.1 已知條件223.1.2 數(shù)據(jù)計(jì)算233.1.3 手孑L 253.1.4 封頭的選擇253.2 精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)與選型253.2.1 求精儲(chǔ)塔的氣、液相負(fù)荷 273.2.2 求操作線方程 273.2.3 塔徑的計(jì)算283.2.4 精微塔有效高度的計(jì)算 313.2.5 管徑的計(jì)算313.3 主要管道管徑的計(jì)算與選型383.3.1 HCI 進(jìn)料管383.3.2 乙塊氣進(jìn)料管393.3.3 石墨冷卻器的進(jìn)料管393.3.4 多筒過(guò)濾器的進(jìn)料管393.3.5 轉(zhuǎn)化器的進(jìn)料管 403.3.6 轉(zhuǎn)化器的出料管 403.3.7 石墨冷卻器進(jìn)料

4、管 403.3.8 部分管道一覽表41第四章生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)414.1生產(chǎn)中常見物質(zhì)的危害及處理方法 錯(cuò)誤！未定義書簽。結(jié)論42參考文獻(xiàn)44附錄44附錄A工藝流程圖54附錄B主要設(shè)備圖44年產(chǎn)10萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝鄭浩東(21207052076)指導(dǎo)老師：詹益民摘要：氯乙烯是化學(xué)工業(yè)重要有機(jī)化工原料，其市場(chǎng)供需量也愈來(lái)愈龐大，在化工生產(chǎn)中的地位不斷 攀升。由于 近年來(lái)全世界氯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快，其產(chǎn)量及消費(fèi)需求也都迅猛增長(zhǎng)；而在國(guó)內(nèi)也隨著我國(guó)聚氯乙烯等行業(yè)的不 斷發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)氯乙烯消費(fèi)量的不斷增加。本設(shè)計(jì)主要對(duì)氯乙烯的物性、用途及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀進(jìn)行分析， 對(duì)其

5、現(xiàn)有各種生產(chǎn)工藝做簡(jiǎn)要介紹，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求確定了本生產(chǎn)工藝流程，對(duì)氯乙烯的生產(chǎn)、分離及提純階段 精播塔進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并根據(jù)物性及操作條件等 綜合因素對(duì)塔設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)、選型，對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行相 應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。做出我認(rèn)為年產(chǎn)20萬(wàn)噸氯乙烯理想的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵字：增加；氯乙烯；聚氯乙烯；精儲(chǔ)塔；計(jì)算Process design of vinyl chloride with annal output of1OOktAbstractzVinyl chloride is an important organic chemical raw materials in chemical industr

6、y, its market supply and demand quantity will become more and more large and the position of Vinyl chloride will be rise in chemical production. Due to the production of vinyl chloride is develop! ng very fast in the world, the production and consumption demand are growing rapidly; With the continuo

7、us development of PVC industry in China, our country's vinyl chloride consumption als o increased. This design mainly analyze the vinycl hloride 'phsysical properties, use and producti on, and consumption status at home and abroad.Also brifely introducing the existing production process .Acc

8、ording to the requirement of design task,making sure the production process and cal culating the production, separation and purification of vinyl chloride. Considering the comprehen sive factors such as physical properties, operating conditions and so on,we calculate the tower eq uipment 'sstruc

9、ture, design, select type, and calculate the design of auxiliary equipment.Finally making the ideal design scheme from my side which can output 100 kt of vinyl chloride every ye arKey words： Addition;Vinyl chloride;Poly vinyl Chloric! e; Distillation column;Calculate刖百本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，對(duì)年產(chǎn)二十萬(wàn)噸氯乙烯的工藝初步設(shè)計(jì)

10、，廣泛收集了聚氯乙 烯（Polyvinyl Chloride，簡(jiǎn)稱 PVC、氯乙烯（vinyl Chloride;簡(jiǎn)稱 VC 工藝化工設(shè)計(jì)的相關(guān)資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)PVC的性質(zhì)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了介紹，并著重對(duì)VC 工藝發(fā)展?fàn)顩r、工藝選擇、性質(zhì)、工藝流程及合成原理，相關(guān)的物料性質(zhì)、物料衡 算、設(shè)備選型、 管道設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計(jì)為主，參考了大量資料和書籍，力求接近實(shí)際、切合 實(shí)際。第一章緒論1.1 聚氯乙烯1.1.1 聚氯乙烯性質(zhì)和用途常溫常壓下，氯乙烯（vinyl chloride , CH2二CHCI是無(wú)色氣體，具有微甜氣味，微溶于水， 溶于煌類，醇，醐，氯化溶劑和丙酮等有

11、機(jī)溶劑中，氯乙烯沸點(diǎn)-13.9 C,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(lái)世界和中國(guó)聚氯乙烯樹脂消耗比例分別見表1.1和表12。表1.1近年來(lái)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(hù)墻板8PVC地板地磚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(jì)60合計(jì)40表1.2近年來(lái)中國(guó)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(hù)墻板18PVC地板地磚8硬薄膜和片材15軟合

12、成皮革7制吹塑制品5制電線電纜4品其他5品其他13合計(jì)57合計(jì)4391.2 氯乙烯VC1.2- 1氯乙烯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用自1835年法國(guó)化學(xué)家V.Regnault首先發(fā)現(xiàn)了氯乙烯，于1838年他又觀察到聚合體， 這就是最早的聚氯乙烯。聚氯乙烯自工業(yè)化問世至今，六十多年來(lái)仍處不衰之勢(shì)。占目前 塑料 消費(fèi)總量的29%以上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹脂大約以3%的速度增長(zhǎng)。這首先是由于新技 術(shù)不斷采用，產(chǎn)品性能亦不斷地得到改進(jìn)，品種及牌號(hào)的增加，促進(jìn)用途及市場(chǎng)的拓寬。其次 是制造原料來(lái)源廣、制造工藝簡(jiǎn)單。產(chǎn)品質(zhì)量好。在耐燃性、透明性及耐化學(xué)藥品性能方面均 較其它塑料優(yōu)異。又它是氯堿行業(yè)耗“氯”的

13、大戶，對(duì)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(chǎn)國(guó)來(lái)說(shuō)：一般耗用量占其總量的2030%。特別是60年代以來(lái)，由于石油化工的發(fā)展，為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價(jià)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(zhuǎn)換和新制法以及聚合技術(shù)不斷地更新，使聚氯乙 烯工業(yè)獲得迅猛的發(fā)展。1.2.2我國(guó)VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè)1998年我國(guó)PVC產(chǎn)量和表觀需求量分別為160萬(wàn)噸和317萬(wàn)噸。在世界上產(chǎn) 量?jī)H次 于美國(guó)（639萬(wàn)噸）、日本（263萬(wàn)噸）居第三位。2000年前后，計(jì)劃新建和擴(kuò)建PVC能 力至少為88萬(wàn)噸/年，估計(jì)此期間大量沒有競(jìng)爭(zhēng)能力的電石法小廠將閑置，所以總產(chǎn)能有可能 達(dá)22

14、0萬(wàn)噸/年水平，其中乙烯法將達(dá)134.6萬(wàn)噸/年，從目前占31%上升到61%。 1.3氯乙烯制取方法1835年法國(guó)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(jì)30年代，德國(guó)格里斯海姆電子公司基于氯化氫與乙快加成，首先實(shí)現(xiàn)了氯乙烯的工業(yè)生 產(chǎn)。初期，氯乙烯采用電石，乙烘與氯化氫催化加成的方法生產(chǎn)，簡(jiǎn)稱乙塊法。以后，隨著石 油化工的發(fā)展，氯乙烯的合成迅速轉(zhuǎn)向以乙烯為原料的工藝路線。1940年，美國(guó)聯(lián) 合碳化物 公司開發(fā)了二氯乙烷法。為了平衡氯氣的利用，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司又開發(fā)了將乙塊法和二 氯乙烷法聯(lián)合生產(chǎn)氯乙烯的聯(lián)合法。1 960年，美國(guó)陶氏化學(xué)公司開發(fā)了乙烯 經(jīng)氧氯

15、化合成氯 乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，開發(fā)成以乙烯為原料生產(chǎn)氯乙烯的完整方法，此法得到了 迅速發(fā)展。乙塊法、混合烯塊法等其他方法由于能耗高而處于逐步被淘汰的地位。1.4 氯乙烯的合成氯乙烯是由乙烘與氯化氫在升汞催化劑存在下的氣相加成的。1.4.1反應(yīng)機(jī)理C2H2 HCI KG?、CH2CHCI + 124 . 8kJ/mol上述反應(yīng)實(shí)際上是非均相的，分5個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行，其中表面反應(yīng)為控制階段。I外擴(kuò)散乙快、氯化氫向碳的外表面擴(kuò)散；II內(nèi)擴(kuò)散乙塊、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散；III表面反應(yīng)乙塊、氯化氫在升汞催化劑活化中心反應(yīng)發(fā)生加成反應(yīng)生成氯乙烯；IV內(nèi)擴(kuò)散氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)

16、散；V外擴(kuò)散 氯乙烯自碳外表面向氣流中擴(kuò)散。142催化劑的選取載體活性炭，升汞對(duì)于HCI與C2H2化合生成氯乙烯的反應(yīng),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(chǎn)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(jī)械強(qiáng)度90%）浸漬吸附質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 12%的氯化汞制備而成的，其具體標(biāo)準(zhǔn)參見（YS/T31- 1992氯化汞觸媒技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）。1.5 氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述1.5.1 生產(chǎn)工藝流程圖1.1生產(chǎn)工藝流程由乙塊工段送來(lái)的精制乙塊氣，經(jīng)乙烘砂封，與氯化氫工序送來(lái)的氯化氫氣體經(jīng)緩沖罐通 過(guò)孔板流量計(jì)調(diào)節(jié)配比（乙快/氯化氫=1/1.051.1 ）在混合器中充分混合，進(jìn)

17、入石墨冷卻器， 用35E鹽水間接冷卻，冷卻到-14C坐C,乙塊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(jìn)入串聯(lián)的酸霧過(guò)濾器中，由硅油玻璃棉捕 集器分離，然后混合 氣經(jīng)石墨冷卻器，由流量計(jì)控制進(jìn)入串聯(lián)的第一組轉(zhuǎn)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烘和氯化氫合成轉(zhuǎn)化為氯乙烯，第一組出口氣中尚有20 30%未轉(zhuǎn)化的乙快，再進(jìn)入第二級(jí)轉(zhuǎn)化器繼續(xù)轉(zhuǎn)化，使出口處未轉(zhuǎn)化的乙塊控制在3%以下， 第二組轉(zhuǎn)化器填裝活性較高的新催化劑，第一組則填裝活性較低的，即由第二組轉(zhuǎn)化器更換下 來(lái)的舊催化劑即可。合成反應(yīng)放出的熱量通過(guò)離心泵送來(lái)的95100C左右的

18、循環(huán)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(jìn)入水洗泡沫 塔回收過(guò)量的氯化氫。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸得20%鹽酸，裝 大貯槽供罐裝外銷，氣體再經(jīng)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 去精儲(chǔ)工段。1 .5.2主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)I氯化氫分子式：HCI分子量：36.5性質(zhì)：無(wú)色有刺激性氣味的氣體。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為1.00045克/升，熔點(diǎn).114.80C,沸點(diǎn)- 85T。在空氣中發(fā)白霧，溶于乙醇、乙醐，極易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解525.2升的HCI氣體。規(guī)格：純度93%水分W 0.06%II乙塊分

19、子式：C2H2分子量：26性質(zhì)：在常溫常壓下為無(wú)色氣體，具有微弱的醒味，工業(yè)用乙烘因 含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭氣。規(guī)格：純度：98.5%不含硫、磷、碎等雜質(zhì)。III氯乙烯分子式：CH2=CHCI 分子量：62.50沸點(diǎn)：-139C 熔點(diǎn)：-160.0C蒸汽相對(duì)密度：2.15 （空氣為1）液體相對(duì)密度：0.9121 （20C ）爆炸極限：在空氣中3.626.4% （體積）第二章工藝計(jì)算2.1 物料衡算 由于各化工單元操作連續(xù)，故采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或者損失率計(jì)算出原料 的投入量，再按順序?qū)Ω鱾€(gè)單元操作進(jìn)行衡算。2.1.1 計(jì)算依據(jù)I計(jì)算基準(zhǔn)年產(chǎn)能力：年產(chǎn)100kt的氯乙烯年

20、工作日：以330天計(jì)算日產(chǎn)量：100X 106.330=3.0455X 105 kg2-1)(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)小時(shí)產(chǎn)量：3.0455X 105-24=12689.5 kg即，每小時(shí)要合成氯乙熠12689.5kg，以下計(jì)算均以1 h為基準(zhǔn)。 II化學(xué)反應(yīng)式： 主反應(yīng)：C2H2 HCI H9c八 CH2CH C副反應(yīng)：CH2cHeI HCICH3cHeLC2H2 HgCI2 H9C t H CCTH HCICICHCHHgCI HgCI2 > CHCICH2 HgCI2Hl倒推法計(jì)算：精儲(chǔ)(氯乙烯的收率1 : 99.5%)： 12689.5- 99.5%=12

21、753.26 kg = 204.052 kmol (2-7) 轉(zhuǎn)化器(乙烘的轉(zhuǎn)化率：95%)： 204.052- 95%=214.7915 kmol(2-8)因此,進(jìn)氣中C2H2需214.7915 kmol212各單元的物料衡算(1)混合器的物料衡算QFbHCIQFkO圖2.1混合器的物料衡算簡(jiǎn)圖C2H2和HCI的最適宜的摩爾比是：本設(shè)計(jì)選取：n C2H2 : nHCI = 1:1.08I進(jìn)料氣組成：表2.1進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙燃?xì)釩2H299.5H2O0.5HCI99.95氯化氫H2O0.01惰性氣體(以02計(jì)算)0.04因此，進(jìn)料氣所需乙烘氣：214.7915- 99.5% =

22、215.871 kmol(2-9)進(jìn)料氣所需的氯化氫氣體：214.7915X 1.08. 99.95% = 232.091 kmol(2-10)即，C2H2 ：214.7915 kmol(5584.579 kg)HCI :231.975 kmol (8467.0875 kg)O2 ：232.091 X 0.04% = 0.0928 kmol (2.971 kg)(2-11)H2O :232.091 X 0.01 %+215.871 X 0.5% = 1.1025 kmol (19.845 kg)(2-12)II出料氣組成： 極少量的水分以濃鹽酸的形式流出，此時(shí)課忽略流出的濃鹽酸量C2H2： 2

23、14.7915 kmolHCI ：231.975 kmolO2 ：0.0928 kmolH2O :1.1025 kmolIII混合器的物料衡算表表2.2混合器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H25584.57939.679C2H25584.57939.679HCI8467.087560.159HCI8467.087560.159O22.9710.000211O22.9710.000211H2O19.8450.1410H2O19.8450.1410藝14074.4825100藝14074.4825100(2)石墨冷卻器C2 H2HCI混合氣 石墨冷卻器 02h2o鹽酸圖2

24、2石墨冷卻器的物料衡算簡(jiǎn)圖由于在石墨冷卻器中，用-35C鹽水間接冷卻，混合氣,中水分一部分則以40%鹽酸的形式排 出，部分則混合在氣流中查閱相關(guān)資料，即設(shè)混合器中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的 30%(2)I進(jìn)料氣組成:(5584.579kg)(8467.0875kg)(2.971kg)(19.845kg)C2H2： 214.7915 kmolHCI ：231.975 kmolO2 ：0.0928 kmolH2O： 1.1025kmolII出料氣組成：C2H2 :214.7915 kmol ( 5584.579kg)O2：0.0928 kmol (2.971kg)H2O:1.1025X(

25、1 -30%)(2-13)=0.7718 kmol =13.8915 kgx1 0 0%40%(2-14)m m HCI H2Omnci=(0.4 寧。.6) m H20二 (0.4- 0.6)X( 9.9225-13.8915)=3.969kg(2-15)HCI： 8467.0875-3.969=8463.1185 kg =231.8665 kmol(2-16)鹽酸：3.969+ (19.845-13.8915)=9.9225 kg(2-17)III石墨冷卻器的物料衡算表2.3石墨冷卻器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H25584.57939.679C2H25584.

26、57939.679HCI8467.087560.159HCI8463.118560.131O22.9710.000211O22.9710.000211H2O19.8450.1410H2O13.89150.00098721鹽酸9.92250.00074514074.4825100工14074.4825100(3)多筒過(guò)濾器由相關(guān)資料查得，在多筒過(guò)濾器中，采用35%憎水性有機(jī)硅樹脂的510um細(xì)玻璃纖維，可 將大部分酸霧分離下來(lái)，以鹽酸的形式排出假設(shè)鹽酸為38%，出水量為80%。I進(jìn)料氣組成:C2H2： 214.7915 kmolC2H2: 214.7915 kmolHCI ：231.975 km

27、olO2 ：0.0928 kmolH2O：0.7718kmolII出料氣組成：。2 ：0.0928 kmol(5584.579kg)(5584.579kg)(8463.1185kg)(2.971kg)(13.8915kg)(2.971kg)H2O:13.8915X( 1-80%) =2.7783 kg鹽酸為38%，mHCImmHCI H2OX 100% = 38%(2-18)mHC= (0.38-0.62)X m。=(0.38- 0.62)X 13.8915=6.8115 kg(2-19)HCI： 8463.1185-6.8115=8456.307kg(2-20)鹽酉菱：6.8115+13.8

28、915X 80%=17.9247 kg(2-21)HI多筒過(guò)濾器的物料衡算進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H25584.57939.707C2H25584.57939.707HCI8463.118560.172HCI8456.30760.125O22.9710.000211O22.9710.000211H2O13.89150.000988H2O2.77830.000198鹽酸17.92470.00127藝14064.5610014064.56100表2.4多筒過(guò)濾器的物料衡算表(4)石墨預(yù)熱器(5)轉(zhuǎn)化器圖2.3轉(zhuǎn)化器物料衡算簡(jiǎn)圖此時(shí)無(wú)質(zhì)量交換，即進(jìn)出口各物料量不變 表2.5石墨預(yù)

29、熱器物料衡算表進(jìn)料/出料«7kgVW%C2H2 HCI02 H2O藝5584.5798456.3072.9712.778314046.6439.75760.2020.0002120.000198100由前面的敘述知，此轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率為95°翩/進(jìn)料氣組成：C2H2：5584.579 kg(214.7915 HCI ：8456.307 kg(231.68 kmol)O2 ：2.971 kgH2O :2.7783 kgII出料氣組成：CH2CHCI : 214.7915X 95% X 62.5 = 12753.245 kgC2H2 :5584.579X( 1-95%) = 279

30、,229 kgHCI :8456.307-214.7915X 95% X 36.5 = 1008.4117kg02 ：2.971 kgH2O ：2.7783 kgIII轉(zhuǎn)化器的物料衡算：表2.6轉(zhuǎn)化器的物料衡算表(2-22)(2-23)(2-24)進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH5584.57939.757CHCHCI12753.24590.792HCI8456.30760.202C2H2279.2290.0199Q2.9710.000212HCI1008.41177.179HO2.77830.000198Q2.9710.000212H2O2.77830.000198藝14046.

31、64100藝14046.64100(6)除汞器由于汞含量極少，實(shí)際操作中課忽略其影響，即物料進(jìn)、出組分相同除汞器的物料衡算：表2.7除汞器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCHCI12753.24590.792CHCHCI12753.24590.792CH279.2290.0199C2H279.2290.0199HCI1008.41177.179HCI1008.41177.179Q2.9710.000212Q2.9710.000212HO2.77830.000198H2Q2.77830.000198藝14046.64100藝14046.64100(7)石墨冷卻器表2.8石

32、墨冷卻器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCHCI12753.24590.792CHCHCI12753.24590.792CH279.2290.0199C2H2279.2290.0199HCI1008.41177.179HCI1008.41177.179O2.9710.00021202.9710.000212HO2.77830.000198H2O2.77830.000198藝14046.64100藝14046.64100(8)水洗泡沫塔1查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，水洗泡沫塔用來(lái)回收過(guò)量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴 淋，一次(不循環(huán))接觸可得20%的鹽酸。假如回收鹽酸的回收率為

33、98%，加入的水量為3955 kg。I進(jìn)料氣組成:CH2CHCI ：12753.245kgC2H2 :279.229 kgHCI ：1008.4117kgO2 ：2.971 kgH2O ：2.7783 +3955 = 3957.7783kgII出料氣組成：CH2CHCI ：12753.245 kgC2H2 :279.229 kg回收的鹽酸：1008.4117X 98%十 20% = 4941.22 kgHCI :1008.4117X( 1 -98%) = 20.168 kg02 ：2.971 kgH2O ：3955+2.7783-4941.22X 0.8 = 4.8023 kgHI泡沫水洗塔的

34、物料衡算(2-25)(2- 26)(2-27)進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCHCI12753.2450.708CHCHCI12753.2450.708C2H2279.2290.0155C2H2279.2290.0155HCI1008.41170.056HCI20.1680.00112Q2.9710.000165O2.9710.000165H2O3957.77830.22H2O4.80230.000264鹽酸4941.220.274藝18001.63510018001.635100表2.9泡沫水洗塔的物料衡算表(9)堿洗泡沫塔圖2.4堿洗泡沫塔物料衡算簡(jiǎn)圖I進(jìn)料氣組成二CH2CH

35、CI ：12753.245 kgC2H2 :279.229kgHCI ：20.168kg02 ：2.971kgH2O ：4.8023kgII出料氣組成：HCI被堿液吸收，從而出料氣中不含HCI氣體。CH2CHCI ：12753.245 kgC2H2 :279.229 kg02 ：2.971 kgH2O ：4.8023 kgIII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(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CHCHCI12753.2450.976CHCHCI12753.2450.976CH279.2290.0214C2H2279.2290.0214HCI20.1680.00154H

36、CI （除去A J、20.1680.00154O2.9710.000227Q2.9710.000227H2O4.80230.0003644.80230.000364藝13060.415100藝13060.415100750.208272.2熱量衡算2.2.1熱量衡算式Qi Q2 Q3 = Q4 Q5(2-29)Qi :物料帶入熱Q2 :加熱劑或冷卻劑帶入熱Q3:過(guò)程熱效應(yīng)Q4 :物料帶出熱Q5 :熱損失假設(shè)Q5是Q2的5%GW，含量此衡算式中，“+”表示放熱，表示吸熱。設(shè)混合物的平均比熱容近似等于各組分熱容與質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積之和，即Cp 少的物質(zhì)對(duì)混合體系熱容的影響可忽略不計(jì)。同種物質(zhì)的平均比熱容

37、C八8聲化30)lnCp1(P2222有關(guān)物化數(shù)據(jù)表表2.11物化數(shù)據(jù)表項(xiàng)目溫度/C比熱/kcal/ (kg C)250.428乙烘750.451100.455250.204HCI1100.2085250.45水蒸750.4511100.46250.234Q750.241100.244250.846氯乙烯750.83271100.868鹽酸(40%-353.214223相應(yīng)各個(gè)設(shè)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(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH5584.57939.679C2"5584.57939.679HCI8467.087560.159HCI

38、8463.118560.131Q2.9710.000211Q22.9710.000211HO19.8450.1410H2O13.89150.000987鹽酸9.92250.000745藝14074.482510014074.4825100進(jìn)料溫度:I = 25 C出料溫度：t2=-13C以進(jìn)料溫度ti=25C為計(jì)算基準(zhǔn):C 乙烷=1.792 kJ/ (kg C)C水蒸氣=1.8842 kJ/ (kg C)C氯化氫 =0.8541 kJ/ (kg C)C 氧氣=0.9798 kJ/ (kg C)C 水(i)=4.175 kJ/ (kg C)Y水c令凝熱)="2229.4636 kJ/(

39、 kg C)C 40% 鹽酸=3214 kJ/(kg C)計(jì)算：Qi :進(jìn)料溫度為25 C，即Q1 =0(2-31)Q3 :Q3= Q3.1 4- Q3.2Q3.1 :生成40%的鹽酸時(shí)，HCI的水溶液生成的熱，35430 kcal/kmol(5)則冷卻器只能中HCI溶于水放出的熱量為：148345.4X( 8467.0875-8463.1185 十 36.5 = 16131.04 kJ(2-32)Q32 ：水液化放出的熱、2435.0X( 19.845-13.8915= 14496.7725 kJ(2-33)Q3 = Q3.1 + Q3,2 = 16131.04+14496.7725 = 3

40、0627.8125 kJ(2-34)Q4:Q4 = Q乙塊+ Q氯化氫+ Q氧氣+ Q水蒸氣+ Q鹽酸=5584.579X 1.792X(-13-25) +8467.0875X 0.8541 X(-13-25) +2.971 X 0.9798X( -13-25) +1.884X 13.8915X( -13-25) +9.9225X 3214X( -13-25)=-380287.4916-274806.0985-110.6175-994.5202-1211854.77=-1868053.498 kJ(2-35)Q2 :5% X Q2=Q5Qi + Q2 + Qs=Q4+ Q5 (2-32) 0+

41、 Q2+30627.8125 = -1868053.498+0.05Q(2-36) Q2=-1998611.906 kJQ5： Q5 = Q2X 5% = -99930.5953 kJ(2-37)表2.13石墨冷卻器熱量衡算表物料入口 /kJ物料出口 /kJC2H20C2H2-380287.4916HCI0HCI-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(yù)熱器進(jìn)料溫度：ti = -13C出料

42、溫度：t2 = 75 E以進(jìn)料溫度ti = -13C為計(jì)算基準(zhǔn):C 乙狹=1.80 kJ/ (kg ;C)C水蒸氣=1.884 kJ/ (kg C)C 氯化氫=0.858 kJ/ (kg C)73C 氧氣=0.9798 kJ/ (kg -C)C氯乙烯 =0.8502 kJ/ (kg C)計(jì)算:進(jìn)料溫度為75C，即Qi=0Q3 :Q4 :Q4 = Q乙煥+ Q氯化氫+ Q氧氣+ Q水蒸氣=5584.579X 1.8X(75+13) +8456.307X 0.858X( 75+13)+2-971X 0.9798 X(75+13) +2.7783X 1.884X( 75+13)=884597.313

43、6+638485.0037+256.1667+460.62=1523799.104kJ(2-38)Q2：Q5=Q2X5%Qi + Q2 + Qs = Q4 + Q5 0+ Q2+O =1523799.104+0.05 Q 02=1603999.057 kJQ5 ：Q5 = Q2X 5%(2-39)=1603999.057X0.05=80199.9528kJ表2.14石墨預(yù)熱器熱量衡算表物料入口 /kJ物料出口 /kJC2H20C2H2884597.3136HCI0HCI638485.0037Q002256.1667H2O0H2O460.62蒸汽加熱1603999.057損失80199.9528

44、1603999.0571603999.057(3)轉(zhuǎn)化器由前面計(jì)算可知，轉(zhuǎn)化器的物料核算 此處的熱損失為1.5%。進(jìn)料溫度：3 = 75 C出料溫度：t2=110C以進(jìn)料溫度ti = 75 C為計(jì)算基準(zhǔn):C 乙狹=1.884 kJ/ (kg C)C 水蒸氣=1.888 kJ/ (kg C)C 氯化氫；=0.871 kJ/ (kg C)C 氧氣= 1.005 kJ/ (kg C)C版乙烯； =0.8502 kJ/( kg C)計(jì)算：Qi ：進(jìn)料溫度為75C，即Qi =0Q3 :由反應(yīng)式，Q3= 124.8X214.7915X=2840660.546 kJ(2-40)Q4 :Q4 = Q氯乙烯+Q

45、乙烘+ Q氯化氫+ Q氧氣+ Q水蒸氣=12753.245X 0.8502X (110-75)+279.229X 1.884X (110-75) +1008.4117X 0.871 X( 110-75) +2.7783X 1.888X( 110-75) +2.971 X 1.005X( 110-75)=379498.3115+18412.3603+30741.4307+183.5901 +104.5049=428940.1974 kJ(2-41)Q2：Q5= Q2X 1.5%Qi + Q2 + Q3 = Q4+ Q50+ Q2+2840660.546 = 428940.1974+0.015 Q

46、Q2=-2448447.054 kJQ5 ： Q5 = Q2X 5%=-2448447.054X0.015=-36726.7058 kJ表2.15轉(zhuǎn)化器熱量衡算表物料入口 /kJ物料出口 /kJC2H20CHCHCI379498.3115HCI0C2H218412.3603Q0HCI30741.4307H2O0Q104.5049反應(yīng)熱2840660.546H2O183.59010循環(huán)水-2448447.054損失-36726.7058392213.4916392213.4916(4)石墨冷卻器進(jìn)料溫度：ti=110C出料溫度：t2 =25C以進(jìn)料溫度ti=110C為計(jì)算基準(zhǔn)：C 乙決=1.90

47、5 kJ kJ/ (kg -C)C水暮氣二 1.926 kJ kJ/ (kg C)C氯化氫二 0.873 kJ kJ/ (kg C)C 氧氣=1.021 kJ kJ/ (kg C)C氯乙烯二 0.857 kJ kJ/ (kg C)計(jì)算：Qi： 進(jìn)料溫度為110C,即3 Qi =0Q3：Q3=0(無(wú)反應(yīng)或冷凝熱產(chǎn)生)Q4 :Q4= Q 氯乙烯+Q乙燃+ Q氯化氫+ Q氧氣+ Q水蒸氣=12753.245X 0.857X (25-110) +279.229X 1.905X (25-100) +1008.4117X 0.873X( 25-100) +2.7783X 1.926X( 25-100) +

48、2.971 X 1.021 X( 25-100)=-946354.5452-45214.1558-74829.1902-454.8355-257.8382=-1067110.565 kJ(2-42)Q2：Q5= Q2X 1.5%Qi + Q2 + Q3 = Q4+ Q5 0+ Q2+0= -1067110.565+0.05 Q Q2=-1123274.279 kJQ5 ： Q5 = Q2X 5%=-1123274.279X 0.05 = -56163.7140 kJ表2.16石墨冷卻器熱量衡算表進(jìn)料入口 /kJ物料出口 /kJCHCHCI0CHCHCI-946354.54520C2H2-452

49、14.1558HCI0HCI-74829.1902Q0HO0循環(huán)水-1123274.279-1123274.279(5)冷卻水消耗：I鹽水：已知：鹽水用于石墨冷卻器除去水氣，進(jìn)料溫度：ti = -35 C出料溫度：t2 =-20 C40%鹽水的比熱容：C鹽水=3214 kJ/ (kg C) Q= mCP(t2-r=1998476.924m =:1998476.924* (15X 3.214)二:41453.5765 kJII循環(huán)水：在石墨預(yù)熱器進(jìn)料溫度：3 = 110C出料溫度：t2 =95 C95c時(shí)：(3水=4.214 kJ/ (kg C)110C 時(shí)：Cv 4.238 kJ/ (kg C)C 平均=(4.214+4.238)* 2=4.226 kJ/ (