（論文）年產(chǎn)7萬噸氯乙烯單體工藝設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計

1、年產(chǎn)7萬噸氯乙烯單體工藝設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計摘 要氯乙烯(VC)是一種應(yīng)用于高分子化工的重要單體，其生產(chǎn)工藝的研究及探討，隨著聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展越來越受到廣泛關(guān)注。在眾多的生產(chǎn)方法中，電石乙炔法生產(chǎn)氯乙烯是目前工業(yè)化生產(chǎn)的主要方法。由該反應(yīng)的特點知氯乙烯合成反應(yīng)需要升汞（）作為催化劑進行氣固相催化反應(yīng)，然后經(jīng)過水洗，堿洗和精餾等操作過程得到精氯乙烯單體。設(shè)計中以乙炔法為理論基礎(chǔ)，通過物料衡算得到生產(chǎn)過程中原料的消耗量以及其他各種物質(zhì)的流量；通過熱量衡算得到各個設(shè)備的熱負(fù)荷，以及冷卻過程中冷卻介質(zhì)的消耗量；通過設(shè)備計算進行反應(yīng)器類型的選擇，各種工藝尺寸的確定以及傳熱面積的校核。關(guān)鍵詞：氯乙烯；生產(chǎn)工

2、藝；升汞；精餾；衡算AbstractVinyl chloride(VC) is an important monomer which applied to high polymer chemical industry，the study and discuss for the production technology attract more and more concern as the development of the polyvinyl chloride industry.During many production methods，its the main method to p

3、roduct vinyl chloride by using calcium carbide in the industry at present.Its known that the catalyst of is necessary for the gas-solid catalytic reaction,then the vinyl chloride monomer can be obtained by water washing,alkaline washing and distillation.Acetylene method is the theoretical basis for

4、the design, the consumption of raw materials and the flow of other substances can be got through the material balance;The heat load of various equipment and the consumption of cooling medium in cooling process can be obtained through the heat balance; The choice of reactor type, size of the various

5、processes and the check of heat transfer area can be mixed through the equipment computing.Keywords: vinyl chloride; production technology ；; distillation; computing目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232394791 摘 要 PAGEREF _Toc232394791 h I HYPERLINK l _Toc232394792 Abstract PAGEREF _Toc232394792 h

6、II HYPERLINK l _Toc232394794 第一章 文獻綜述 PAGEREF _Toc232394794 h 1 HYPERLINK l _Toc232394795 1.1化學(xué)品名稱 PAGEREF _Toc232394795 h 1 HYPERLINK l _Toc232394796 1.2理化性質(zhì) PAGEREF _Toc232394796 h 1 HYPERLINK l _Toc232394797 1.3 主要生產(chǎn)方法 PAGEREF _Toc232394797 h 2 HYPERLINK l _Toc232394798 1.4危險性概述 PAGEREF _Toc23239

7、4798 h 2 HYPERLINK l _Toc232394799 1.5泄漏應(yīng)急處理 PAGEREF _Toc232394799 h 3 HYPERLINK l _Toc232394800 1.6操作處置與儲存 PAGEREF _Toc232394800 h 3 HYPERLINK l _Toc232394801 1.7我國聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展 PAGEREF _Toc232394801 h 3 HYPERLINK l _Toc232394802 第二章 設(shè)計方案論述 PAGEREF _Toc232394802 h 4 HYPERLINK l _Toc232394803 2.1電石法工藝概述

8、 PAGEREF _Toc232394803 h 4 HYPERLINK l _Toc232394804 2.2原料氣的制備 PAGEREF _Toc232394804 h 4 HYPERLINK l _Toc232394805 2.3氯乙烯的合成及精餾 PAGEREF _Toc232394805 h 4 HYPERLINK l _Toc232394806 2.4 設(shè)計要點 PAGEREF _Toc232394806 h 5 HYPERLINK l _Toc232394807 2.4.1 乙炔制備的設(shè)計要點 PAGEREF _Toc232394807 h 5 HYPERLINK l _Toc2

9、32394808 2.4.2 氯化氫制備的設(shè)計要點 PAGEREF _Toc232394808 h 5 HYPERLINK l _Toc232394809 2.4.3 合成的設(shè)計要點 PAGEREF _Toc232394809 h 5 HYPERLINK l _Toc232394810 2.4.4 精餾的設(shè)計要點 PAGEREF _Toc232394810 h 5 HYPERLINK l _Toc232394811 第三章 工藝計算 PAGEREF _Toc232394811 h 7 HYPERLINK l _Toc232394812 3.1物料衡算 PAGEREF _Toc232394812

10、 h 7 HYPERLINK l _Toc232394813 3.1.1原料計算 PAGEREF _Toc232394813 h 7 HYPERLINK l _Toc232394814 3.1.2原料氣組成 PAGEREF _Toc232394814 h 7 HYPERLINK l _Toc232394815 3.1.3原料氣進入量 PAGEREF _Toc232394815 h 8 HYPERLINK l _Toc232394816 3.1.4石墨冷凝器計算 PAGEREF _Toc232394816 h 8 HYPERLINK l _Toc232394817 3.1.5反應(yīng)器計算 PAGE

11、REF _Toc232394817 h 10 HYPERLINK l _Toc232394818 3.1.6水洗塔計算 PAGEREF _Toc232394818 h 12 HYPERLINK l _Toc232394819 3.1.7堿洗塔計算 PAGEREF _Toc232394819 h 14 HYPERLINK l _Toc232394820 3.1.8全凝器計算 PAGEREF _Toc232394820 h 15 HYPERLINK l _Toc232394821 3.1.9低沸塔計算 PAGEREF _Toc232394821 h 16 HYPERLINK l _Toc23239

12、4822 3.1.10高沸塔計算 PAGEREF _Toc232394822 h 18 HYPERLINK l _Toc232394823 3.2熱量衡算 PAGEREF _Toc232394823 h 19 HYPERLINK l _Toc232394824 3.2.1各組分的 PAGEREF _Toc232394824 h 19 HYPERLINK l _Toc232394825 3.2.2各組分的 PAGEREF _Toc232394825 h 21 HYPERLINK l _Toc232394826 3.2.3熱量衡算方法 PAGEREF _Toc232394826 h 21 HYPE

13、RLINK l _Toc232394827 3.2.4石墨冷凝器熱量衡算 PAGEREF _Toc232394827 h 21 HYPERLINK l _Toc232394828 3.2.5合成塔熱量衡算 PAGEREF _Toc232394828 h 23 HYPERLINK l _Toc232394829 3.2.6全凝器熱量衡算 PAGEREF _Toc232394829 h 27 HYPERLINK l _Toc232394830 3.3設(shè)備計算 PAGEREF _Toc232394830 h 29 HYPERLINK l _Toc232394831 3.3.1轉(zhuǎn)化器的設(shè)備計算 PAG

14、EREF _Toc232394831 h 29 HYPERLINK l _Toc232394832 3.3.2高沸塔的設(shè)備計算 PAGEREF _Toc232394832 h 34 HYPERLINK l _Toc232394833 第四章 總結(jié) PAGEREF _Toc232394833 h 58 HYPERLINK l _Toc232394834 參考文獻 PAGEREF _Toc232394834 h 59 HYPERLINK l _Toc232394835 致謝 PAGEREF _Toc232394835 h 60第一章 文獻綜述1.1化學(xué)品名稱 化學(xué)品中文名稱： 氯乙烯 化學(xué)品英文名

15、稱： chloroethylene 中文名稱2： 乙烯基氯 英文名稱2： vinyl chloride CAS No.： 75-01-4 分子式：結(jié)構(gòu)式： 分子量： 62.50 1.2理化性質(zhì)外觀與性狀： 無色、有醚樣氣味的氣體 熔點()： -159.8 沸點()： -13.4 相對密度(水=1)： 0.91 相對蒸氣密度(空氣=1)： 2.15 飽和蒸氣壓(kPa)： 346.53(25) 臨界溫度()： 142 臨界壓力(MPa)： 5.60 辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值： 1.38 引燃溫度()： 415 爆炸上限%(V/V)： 31.0 爆炸下限%(V/V)： 3.6 溶解性： 微溶于水，

16、溶于乙醇、乙醚、丙酮等多數(shù)有機溶劑。 主要用途： 用作塑料原料及用于有機合成，也用作冷凍劑等。1.3 主要生產(chǎn)方法50年代以前，聚氯乙烯的原料主要是乙炔，戰(zhàn)后20年，電石產(chǎn)量有很大增長，到1965年全世界產(chǎn)量達到760萬噸，以后由于PVC的原料的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)量降到400余萬噸。在原料變換的初期，曾經(jīng)出現(xiàn)了聯(lián)合法和烯炔法。聯(lián)合法以EDC裂解制取氯乙烯并副產(chǎn)氯化氫，然后以氯化氫與電石乙炔再合成氯乙烯，兩種粗氯乙烯精制得到聚合用的單體。烯炔法即是以石腦油裂解得出乙烯乙炔裂解氣，不經(jīng)分離直接氯化得到氯乙烯。具體生產(chǎn)方法的比較如下：表1.1 生產(chǎn)氯乙烯（VC）所用原料及成本生產(chǎn)方法主要原料消耗原料成本乙炔乙

17、烯乙烷氯化氫氯氣乙炔法0.440.594.7聯(lián)合法0.210.230.594.1乙烯氧氯化法0.490.673.3乙烷氧氯化法0.600.582.31.4危險性概述 健康危害： 急性毒性表現(xiàn)為麻醉作用；長期接觸可引起氯乙烯病。急性中毒：輕度中毒時病人出現(xiàn)眩暈、胸悶、嗜睡、步態(tài)蹣跚等；嚴(yán)重中毒可發(fā)生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。皮膚接觸氯乙烯液體可致紅斑、水腫或壞死。慢性中毒：表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合征、肝腫大、肝功能異常、消化功能障礙、雷諾氏現(xiàn)象及肢端溶骨癥。皮膚可出現(xiàn)干燥、皸裂、脫屑、濕疹等。本品為致癌物，可致肝血管肉瘤。 環(huán)境危害： 氯乙烯在環(huán)境中能參與光化學(xué)煙霧反應(yīng)。 燃爆危險： 本品易燃，為致癌

18、物。1.5泄漏應(yīng)急處理 應(yīng)急處理方法為迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并進行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。盡可能切斷泄漏源。用工業(yè)覆蓋層或吸附/ 吸收劑蓋住泄漏點附近的下水道等地方，防止氣體進入。合理通風(fēng)，加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。如有可能，將殘余氣或漏出氣用排風(fēng)機送至水洗塔或與塔相連的通風(fēng)櫥內(nèi)。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、檢驗后再用。 1.6操作處置與儲存 操作注意事項： 密閉操作，全面通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具（半面罩），戴化學(xué)安全防護眼鏡，穿防靜電

19、工作服，戴防化學(xué)品手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑接觸。在傳送過程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接，防止產(chǎn)生靜電。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。 儲存注意事項： 儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30。應(yīng)與氧化劑1分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。 1.7我國聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展1954年沈陽化工化工研究院開始聚氯乙烯研究，1958年錦西化工廠建成了第一套年產(chǎn)3000噸規(guī)模的生

20、產(chǎn)裝置。緊接著北京、天津、上海等地相繼又建成4套年產(chǎn)6000噸的裝置。60年代各省市又陸續(xù)新建了一批，聚氯乙烯工業(yè)得到了較快的發(fā)展，至1987年聚氯乙烯的生產(chǎn)能力已經(jīng)達到64.54萬噸。聚氯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展大體來說可以分為兩個階段：1980年以前側(cè)重于產(chǎn)量的增長，80年代則在考慮產(chǎn)量增長的同時，重視質(zhì)量的提高和品種的增加，并普遍開始重視產(chǎn)品的應(yīng)用以及開發(fā)，使得聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展進入一個新的階段。1987聚氯乙烯產(chǎn)量達到57.8萬噸，居全國合成樹脂的首位。第二章 設(shè)計方案論述2.1電石法工藝概述電石經(jīng)過一系列破碎過程進入乙炔發(fā)生器，與水進行反應(yīng)，生成的乙炔氣經(jīng)清凈處理以后進入氣柜，然后與來自氯化氫

21、合成的干燥氯化氫氣體按一定比例進入混合器中混合?；旌虾髿怏w進轉(zhuǎn)化器進行反應(yīng)，轉(zhuǎn)化后生成的氯乙烯氣體，再經(jīng)冷凝器冷凝為粗氯乙烯液體，送入低沸塔蒸出粗氯乙烯液體中的乙炔等低沸點物，冷凝器未冷凝的氣體經(jīng)尾氣冷凝器再回收后放空。塔釜液體再入高沸點蒸餾塔蒸出氯乙烯氣體，經(jīng)分離和成品冷凝器冷凝成為液體氯乙烯進入單體貯槽以備聚合使用。2.2原料氣的制備乙炔制備：碎電石在水解槽中水解制得乙炔，水解后經(jīng)過清凈達到合成所需要的濃度后送至氣柜貯存。氯化氫制備：通過電解制得的氯氣和氫氣在燃燒爐內(nèi)燃燒，然后進行冷卻除雜得到合格的氯化氫氣體送至氣柜貯存。2.3氯乙烯的合成及精餾合成：調(diào)節(jié)乙炔和氯化氫的分子配比為1：1.0

22、51.1在混合器內(nèi)均勻混合，然后進入石墨冷凝器冷凝出去部分水分，預(yù)熱后送至至合成爐內(nèi)在升汞催化劑的作用下加成制得氯乙烯單體。制得的粗氯乙烯單體先經(jīng)過除汞器除汞，然后經(jīng)過水洗和堿洗除去殘余的氯化氫，而后壓縮至精餾崗位。精餾：粗氯乙烯氣體冷凝液化經(jīng)水分離器除水后，然后進入低沸塔蒸出低沸物，塔底出來的氯乙烯借壓差進入高沸塔，塔頂出來的精氯乙烯氣體進入冷凝器冷凝，然后進入貯槽供聚合使用。2.4 設(shè)計要點2.4.1 乙炔制備的設(shè)計要點液位：水解槽的液位太低乙炔氣會漏氣，液位太高會串氣，兩種情況都很危險。液位應(yīng)控制在60%70%。循環(huán)冷卻水量：由于水解反應(yīng)放出大量熱，如不及時反應(yīng)熱會導(dǎo)致爆炸的發(fā)生。2.4

23、.2 氯化氫制備的設(shè)計要點燃燒爐的壓力：燃燒內(nèi)在加壓下操作，產(chǎn)品氯化氫不用納氏泵而直接借系統(tǒng)壓力送至氯乙烯裝置。分子配比：氯化氫與乙炔的分子配比控制在1.1：1。2.4.3 合成的設(shè)計要點乙炔氣和氯化氫氣的配比。提高原料氣的濃度，反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)化率會增加，但是氯化氫太多副反應(yīng)加劇，不利于氯乙烯的合成，一般兩者的配比控制為1：1.051.1。合成溫度：溫度升高，反應(yīng)速率加快，催化劑活化，形成許多的微小通道，增強了催化劑吸附能力，從而提高了催化劑的催化效率。但是由于反應(yīng)放熱，升高溫度，催化劑的活性降低，使用壽命縮短，該工藝盡可能控制在100至180。循環(huán)冷卻水量。在開始反應(yīng)時，熱點在催化劑的上層，為

24、延長催化劑的使用壽命，防止熱點下移，需要嚴(yán)格控制冷卻水的流量。2.4.4 精餾的設(shè)計要點精餾過程中，壓力、溫度、惰性氣體、水分會影響精餾操作。具體設(shè)計如下：操作壓力：低沸塔在0.49MPa至0.59MPa之間最適合。高沸塔中因為高沸物使混合物的沸點增高，可適當(dāng)降低壓力，一般選取0.24MPa至0.35MPa，本設(shè)計取高沸塔操作壓力為0.34MPa。精餾溫度：應(yīng)盡可能使溫度設(shè)定在較高值，以降低生產(chǎn)成本，一般低于在操作壓力下的混合物的沸點。惰性氣體的含量?？刂频蕉栊詺怏w的含量，可以減少放空損失，提高精餾效率，惰性氣體的含量應(yīng)小于5%。水分含量：水分能水解氧與氯乙烯生成的低分子過氧化物，產(chǎn)生氯化氫、

25、甲酸、甲醛等腐蝕設(shè)備，所以應(yīng)控制水分在100PPM至200PPM。第三章 工藝計算3.1物料衡算3.1.1原料計算由設(shè)計任務(wù)知生產(chǎn)能力為7萬噸氯乙烯（VC）/年，工作日取8000小時，合成氯乙烯的轉(zhuǎn)化率98.6%，生成VC的選擇性98.4%，氯乙烯純度達到99.9%，取(摩爾分?jǐn)?shù))各物質(zhì)的起始量： 即143.7035kmol/h由知純的乙炔起始量為即3850.957kg/h取所以純的HCl的起始量為即5946.765kg/h3.1.2原料氣組成3.1.2.1乙炔氣表3.1.1 乙炔氣組成組分合計質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wt%)990.970.03100摩爾分?jǐn)?shù)(mol%)99.05540.90120.043

26、41003.1.2.2 HCl氣表3.1.2 HCl氣組成組分合計質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wt%)990.970.03100摩爾分?jǐn)?shù)(mol%)98.67901.26040.06061003.1.3原料氣進入量乙炔氣具體乙炔氣各物質(zhì)進料量（kmol/h）乙炔氣 149.5261148.11371.34750.0649HCl氣具體乙炔氣各物質(zhì)進料量（kmol/h）HCl氣 165.1062162.92512.08100.10013.1.4石墨冷凝器計算3.1.4.1衡算依據(jù)原料氣進口溫度10，出口溫度-15，冷凝鹽酸濃度40wt%3.1.4.2鹽酸中HCl與的比例由鹽酸濃度知其中3.1.4.3計算 = 1 *

27、 GB3 出口含水量X因為鹽酸水蒸氣分壓由安托因方程，其中壓力單位為mmHg得代入數(shù)據(jù)得X=0.0356kmol/h = 2 * GB3 冷凝鹽酸量冷凝的水量=，即2.3292kg/h冷凝的HCl量=，即0.0426kmol/h所以冷凝的40%鹽酸量為0.172kmol/h3.1.4.4物料衡算表表3.1.3 冷凝器物料衡算組分進口 出口kmol/hkmol/h148.1137148.1137162.9251162.88253.42853.42850.1650.0356凝酸00.0426凝酸00.1294總計314.6323314.63233.1.5反應(yīng)器計算3.1.5.1 前臺轉(zhuǎn)化器物料衡算

28、 = 1 * GB3 主副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)： = 2 * GB3 計算由設(shè)計任務(wù)知第一次轉(zhuǎn)化率為70%，所以轉(zhuǎn)化的量剩余的量=生成的量=原料氣含水量=0.0356kmol/h生成的VC量=生成的EDC的量=轉(zhuǎn)化的量生成的VC的量原料氣含水量 = = 3 * GB3 物料衡算表表3.1.4 前臺轉(zhuǎn)化器物料衡算組分 進口出口148.11373850.956244.43411155.28663.428595.9983.428595.998162.88255945.211357.61522102.95480.03560.64080000102.02076376.2938001.6233160.706

29、7000.03561.5664合計9892.80639892.80633.1.5.2后臺轉(zhuǎn)化器物料衡算 = 1 * GB3 主副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)： = 2 * GB3 計算由總轉(zhuǎn)化率知第二次轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率為95.3%轉(zhuǎn)化的量剩余的量=生成的VC量=生成的EDC的量=轉(zhuǎn)化的量生成的VC的量 = = 3 * GB3 物料衡算表表3.1.5 后臺轉(zhuǎn)化器物料衡算組分進口出口44.43411155.28662.073653.91363.428595.9983.428595.99857.61522102.954814.5769532.0569102.02076376.2938143.70348981.46

30、251.6233160.70672.3011227.80890.03561.56640.03561.5664總計9892.80639892.80633.1.6水洗塔計算3.1.6.1衡算依據(jù)由設(shè)計任務(wù)知乙醛全部被吸收，水洗后98%的HCl被吸收，VC損失1wt%,水洗后酸性液體含鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，不計其他損失。因此可忽略，的損失，的溶解損失不能忽略。水洗塔壓力為850mmHg,溫度為353.1.6.2計算 = 1 * GB3 由已知條件知98%的HCl被洗掉，所以被吸收的HCl,即因此出口氣體中HCl的含量 = 2 * GB3 因為全部被吸收，所以出口氣體中不含 = 3 * GB3 因為V

31、C損失1%，所以出口氣體中 VC的量 = 4 * GB3 形成2%的鹽酸所需的水的量 水的量，即 = 5 * GB3 出口氣體含水量X 由得算得 = 6 * GB3 噴淋水量噴淋水量=形成2%的鹽酸所需水的量+出口氣體含水量 3.1.6.3物料衡算表表3.1.6 水洗塔物料衡算組分進口出口2.07362.07363.42853.428514.57690.2915143.7034142.26642.30112.30110.0356007.85573.1.7堿洗塔計算3.1.7.1衡算依據(jù)堿洗塔壓力為795mmHg,溫度為30，VC損失1wt%,不計其他損失。水洗液為10%的,循環(huán)至5%時放掉。所

32、以全部被吸收，和的損失忽略不計，而VC得損失不可忽略。3.1.7.2計算 = 1 * GB3 由已知VC損失1%，所以出口氣體中VC的量所以損失的量為1.4277 = 2 * GB3 全部被吸收，所以由知需要的量也為0.2915，即11.66 = 3 * GB3 10%溶液的用量由以下公式得 = 4 * GB3 出口氣體含水量X由得3.1.7.3物料衡算表表3.1.7 堿洗塔物料衡算組分進口出口2.07362.07363.42853.42850.29150142.2664140.84372.30112.30117.85776.27373.1.8全凝器計算3.1.8.1衡算依據(jù) 粗油中乙炔溶解度

33、為0.02%以下，不冷凝，VC損失0.3wt%;因此混合氣體經(jīng)全凝器后大部分VC氣體成為液體，和EDC全部被冷凝，而和部分不冷凝，仍以氣體存在。3.1.8.2計算 = 1 * GB3 損失的VC的量損失的VC量因此冷凝得到的VC(l)的量為 = 2 * GB3 溶解的的量由已知得溶解的的量3.1.8.3物料衡算表表3.1.8 全凝器物料衡算組分進口出口2.07362.04383.42853.4285140.84370.42152.301106.273700140.421202.301106.273700.0298總計154.9206154.92063.1.9低沸塔計算3.1.9.1衡算依據(jù) 粗

34、單體中含在以下，損失。因此可知經(jīng)過精餾塔頂餾出物中不含，全部進入塔釜液中。3.1.9.2計算 = 1 * GB3 VC的含量由已知得損失的VC量為所以塔頂VC的量為0.4213塔釜VC的量為 = 2 * GB3 的含量由已知可得所以塔釜中乙炔的含量因此塔頂餾出物中的含量為 = 3 * GB3 EDC的含量因為EDC全部進入塔釜，所以塔釜餾出物中EDC的含量為 = 4 * GB3 全塔衡算進料塔頂塔釜3.1.9.3物料衡算表表3.1.9 低沸塔物料衡算組分進料餾出物釜液mol組成Mol組成mol組成0.02980.00020.02840.06320.00140.00001140.42120.98

35、370.42130.9368139.99990.983822.30110.0161_2.30110.01617合計142.75211.00000.44971.0000142.30241.00003.1.10高沸塔計算3.1.10.1衡算依據(jù) 塔頂產(chǎn)品中的純度為99.9%，二氯乙烷的含量為0.099%。因此可知經(jīng)過精餾塔釜液中不含，全部進入塔釜液中。3.1.10.2計算 = 1 * GB3 VC的含量由已知得塔頂餾出物的總量因此塔頂餾出物中VC量為所以塔釜VC的量為 = 2 * GB3 的含量塔頂餾出物中的量為塔釜液中的量為 = 3 * GB3 的含量經(jīng)過高沸塔的精餾，全部從塔頂餾出，釜液中不含

36、有。 = 4 * GB3 全塔衡算進料塔頂塔釜3.1.10.3物料衡算表表3.1.10 高沸塔物料衡算組分進料餾出物釜液mol組成Mol組成mol組成0.00140.000010.00140.001%_139.99990.98382139.860099.9%0.13996.0763%2.30110.016170.13860.099%2.162593.9237%合計142.30241.00000140.00001.00002.30241.00003.2熱量衡算3.2.1各組分的在規(guī)定溫度范圍內(nèi)采用下式計算 ，各氣體組分的溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)列表如下表3.2.1 各組分熱容系數(shù)組分2.4103.5385

37、3.8274.3951.9302.9904.3793.2.2各組分的查得各氣體組分在298K時的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓列表如下表3.2.2 各組分的組分2282000285003.2.3熱量衡算方法 本次設(shè)計熱量衡算采用下式計算，以每小時為基準(zhǔn) 其中為298K時各組分的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，為進出口溫度范圍內(nèi)的平均摩爾定壓。3.2.4石墨冷凝器熱量衡算3.2.4.1衡算依據(jù) 原料氣進口溫度10，出口溫度，壓力300mmHg(表壓)，鹽水溫度。由物料衡算知冷凝后形成少量鹽酸，因少量鹽酸攜帶的熱量與大部分氣體相比可以忽略，因此可不參與熱量衡算。3.2.4.2進出口溫度下的表3.2.3 進出口各組分的（）283K

38、42.8429.1033.4429.05258K41.1329.0933.3429.053.2.4.3輸入端和輸出端的總焓表3.2.4 輸入端的總焓輸入組分148.113733799546.34162.92513.428500.165合計314.632318721629.61表3.2.5 輸出端的總焓輸入組分148.113733799546.34162.88253.428500.0356合計314.460318756876.39所以為負(fù)值，說明需要從冷凝器移走熱量，即每小時需從冷凝器移走的熱量。3.2.5合成塔熱量衡算3.2.5.1衡算依據(jù) 串聯(lián)轉(zhuǎn)化，一次轉(zhuǎn)化率為，溫度150，進料溫度80，轉(zhuǎn)

39、化后溫度110；二次轉(zhuǎn)化率，溫度140，進料和出料溫度設(shè)為110；進口水溫97，出口水溫102，不計熱損失。3.2.5.2第一次轉(zhuǎn)化熱量衡算 = 1 * GB3 進出口溫度下各氣體組分的表3.2.6 各組分進出口的（）353K47.2529.1829.1133.91_383K48.9729.2429.16_63.0589.6264.28 = 2 * GB3 第一次轉(zhuǎn)化輸入端和輸出端的總焓表3.2.7 第一次轉(zhuǎn)化輸入端的總焓輸入組分148.113733799546.34384910.47793.428505502.39965162.8825260783.02660.035666.39758合計3

40、14.460318756876.39651262.3表3.2.8 第一次轉(zhuǎn)化輸出端的總焓輸出組分44.434110139861.6285184954.71953.42850858521.193957.615285142805.0347102.02072907589.9585546754.43651.62338512365.812410.035685194.51128合計209074895595.7083所以為負(fù)值，說明第一次轉(zhuǎn)化需要移走熱量，即每小時需從合成塔移走的熱量。 由（冷卻水的為4.2）得每小時冷卻水的用量3.2.5.3第二次轉(zhuǎn)化熱量衡算 = 1 * GB3

41、進出口溫度下各氣體組分的表3.2.9 各組分進出口的（）383K48.9729.2429.1663.0589.6264.28 = 2 * GB3 第二次轉(zhuǎn)化輸入端和輸出端的總焓表3.2.10 第二次轉(zhuǎn)化輸入端總焓輸入組分44.434110139861.6285184954.71953.42850858521.193957.615285142805.0347102.02072907589.9585546754.43651.62338512365.812410.035685194.51128合計209074895595.7083表3.2.11 第二次轉(zhuǎn)化輸出端總焓輸出組分

42、2.0736473195.52858631.256323.42850858521.193914.57698536130.30434143.70344095546.985770142.44652.30118517529.089470.035685194.51128合計166.11912911700.062841148.8018所以為負(fù)值，說明第二次轉(zhuǎn)化需要移走熱量，即每小時需從合成塔移走的熱量。由（冷卻水的為4.2）得每小時冷卻水的用量3.2.5.4合成塔總換熱量Q和冷卻水總用量 由以上衡算過程知每小時 總換熱量 冷卻水總用量3.2.6全凝器熱量衡算3.2.6.1衡算依據(jù) 全凝器冷凝效率為，物料

43、進口溫度45，出口溫度25，冷凍水進口溫度5，出口溫度8。3.2.6.2進口溫度下各氣體組分的表3.2.12 各組分進出口的（）318K45.1229.1355.99980.2933.653.2.6.3各液體組分標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓表3.2.13 各液體組分的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓組分44933.2.6.4輸入端和輸出端的總焓表3.2.14 輸入端的總焓輸入組分2.0736473195.52201871.216643.42850201997.4441140.84374014045.4520157742.12712.3011203695.106386.2737204221.349合計154.920626645

44、82.186169527.2432表3.2.15 輸出端的總焓輸出組分2.0736473195.52003.4285000140.4212630912.4516000.422512041.25002.3011006.273700合計154.920603.2.6.5全凝器的總換熱量 由得 總換熱量又因為全凝器的冷凝效率為3.3設(shè)備計算3.3.1轉(zhuǎn)化器的設(shè)備計算3.3.1.1概述合成反應(yīng)用的轉(zhuǎn)化器實際上就是一種大型的列管式換熱器，其列管一般采用的無縫鋼管與管板脹接而成。管內(nèi)裝填催化劑，管外走冷卻水。一般管長取。一般轉(zhuǎn)化器的規(guī)格有兩種，如下表所示：表3.3.1 兩種轉(zhuǎn)化器規(guī)格催化劑容積，列管根數(shù)管間

45、距，傳熱面積，3.6613843354.780376400 關(guān)于設(shè)備材質(zhì)，除管板宜選用低合金鋼制作，列管選用20號或10號鋼管外，均可選用低碳鋼制作。下蓋為防止鹽酸腐蝕可采用耐酸瓷磚襯里防護。 關(guān)于轉(zhuǎn)化器管間用的熱水水質(zhì)，各工廠因水源差異而效果不一。一般用水經(jīng)驗如下： = 1 * GB3 減少水中氯根含量； = 2 * GB3 提高PH值到810的范圍； = 3 * GB3 補充水進行脫氧處理； = 4 * GB3 添加緩蝕劑（如水玻璃）等。用的比較廣泛的是無離子水并借液堿來控制PH在上述范圍，可獲得比較好的效果。關(guān)于乙炔空速的選擇，與溫度和分子比都是有關(guān)系的。提高乙炔或者氯化氫氣體的濃度（即

46、分壓）或使一種原料氣配比過量，都利于反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率的增加。下表列出了乙炔空速與溫度，反應(yīng)分子比之間的關(guān)系：表3.3.2 乙炔空速與反應(yīng)溫度和分子比之間的關(guān)系序號乙炔空速，反應(yīng)溫度分子比轉(zhuǎn)化率% = 1 * GB3 281841:188.40 = 2 * GB3 281841:1.189.70 = 3 * GB3 281841:1.293.30 = 4 * GB3 281841:1.395.20 = 5 * GB3 402001:0.992.05 = 6 * GB3 402001:1.093.90 = 7 * GB3 402001:1.195.95 = 8 * GB3 402001:1.299

47、.953.3.1.2 乙炔分體積的計算由乙炔空速與反應(yīng)溫度和分子比之間的關(guān)系并結(jié)合本次設(shè)計條件確定乙炔的反應(yīng)空速為40。由阿馬加分體積定律得乙炔的分體積由合成塔的設(shè)計條件知合成塔的壓力為950,大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，因此引入壓縮因子Z，所以有壓縮因子的求取采用Redlich-Kwong方程，其形式為，其中，具體壓縮因子Z的求法采用RK方程的壓縮因子形式，實際形式如下：，其中，查得乙炔的臨界溫度和臨界壓力為：，所以計算得 代入牛頓迭代程序得 又因為， 所以因此催化劑的總體積轉(zhuǎn)化器的規(guī)格選擇容積為的類型，所以反應(yīng)器的臺數(shù)，取整22，再加一臺備用，所以取N=23臺同理也取第二組轉(zhuǎn)化器23臺，所以3.3.1

48、.3反應(yīng)器傳熱面積的校核 由乙炔空速計算出來的轉(zhuǎn)化器一共有46臺，其中前臺轉(zhuǎn)化器和后臺轉(zhuǎn)化器各23臺。因為前臺轉(zhuǎn)化器所需要交換的熱量較多，因此關(guān)于傳熱面積的校核以前臺轉(zhuǎn)化器為例。 = 1 * GB3 總傳熱系數(shù)K值的計算 總傳熱系數(shù)K值的計算采用下式，其中為管內(nèi)氣體的給熱系數(shù)，為管外冷卻水的給熱系數(shù)。采用公式計算，取由設(shè)計條件取管內(nèi)定性溫度，查得150下各氣體物質(zhì)的物性參數(shù)如下表所示：表3.3.3 150下各氣體物質(zhì)的物性參數(shù)組分0.02651.1711.950.01360.0341.25071.050.02300.01891.6290.780.02000.0240.08361.900.014

49、5 由進入轉(zhuǎn)化器的各組分摩爾量求的各組分的摩爾分?jǐn)?shù)如下 混合氣體的定性參數(shù)計算采用摩爾分?jǐn)?shù)加和方法，于是有同理可求得，又混合氣體的總質(zhì)量總體積所以混合氣體的密度混合氣體通過列管時的氣速將以上數(shù)據(jù)代入得計算的又管外冷卻介質(zhì)為水，取，所以總傳熱系數(shù) = 2 * GB3 對數(shù)平均推動力的計算 根據(jù)設(shè)計任務(wù)取管內(nèi)定性溫度為150，則 = 3 * GB3 所需傳熱面積 由得 = 4 * GB3 傳熱面積的校核 由反應(yīng)器的臺數(shù)N知實際傳熱面積，而達到設(shè)計任務(wù)所需要的傳熱面積；因為，所以反應(yīng)器的設(shè)計符合要求。3.3.2高沸塔的設(shè)備計算3.3.2.1概述高沸塔又稱為二氯乙烷塔，或精餾塔，是用來從粗氯乙烯中分離

50、出二氯乙烷等高沸物質(zhì)的精餾塔。一般大型裝置中采用板式塔，如浮動噴射塔盤，浮閥塔盤或泡罩塔盤，小型裝置常用填料塔。本次設(shè)計采用板式塔。高沸塔設(shè)備材質(zhì)通常采用低碳鋼制作，雖然不銹鋼材料在該塔中不會發(fā)生顯著的晶間腐蝕，但將增加設(shè)備造價，對單體質(zhì)量也無特別的效益。加熱釜由于所處理物料均屬不穩(wěn)定的氯代烴化合物，而列管壁面溫度較高，經(jīng)過一定操作周期（如本年至一年）常因碳化物或自聚物粘結(jié)于管壁，影響傳熱效率及液面控制而造成停車清理。一般認(rèn)為選用矮胖型（即較短的列管）加熱釜對減輕粘壁是有益的，也有采用備用加熱釜，即在使用周期較短（如一至兩月）粘壁尚不嚴(yán)重時，就借閥門或盲板進行切換清理，以保證精餾系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運

51、轉(zhuǎn)。3.3.2.2高沸塔塔板數(shù)的確定 = 1 * GB3 理論塔板數(shù)的求取查得VC和EDC的相平衡數(shù)據(jù)如下：表3.3.4 T-x-y對應(yīng)關(guān)系表攝氏度熱力學(xué)溫度P(二氯乙烷)P(氯乙烯)XYP(A)/P(B)20293.15183.69756972309.5108131.042661.00326493312.5723536621294.15191.8910962376.8647081.0106791.00085374112.3865294322295.15200.380152445.6248650.9797670.99831087112.2049258223296.15209.172623325

52、15.8069480.949880.99563209812.0274197924297.15218.27653062587.4265580.9209720.99281310911.8538926325298.15227.70000932660.4992280.8930030.98984950911.6842297726299.15237.45131952735.0404260.8659330.98673681211.5183206127300.15247.53884352811.0655490.8397250.98347044911.3560583428301.15257.9710862888

53、.589920.8143430.98004576111.1973398529302.15268.75667312967.6287870.7897520.97645811.042065530303.15279.90435253048.197320.7659210.97270232810.8901390531304.15291.42299273130.3106080.7428170.96877381910.7414675132305.15303.32158283213.9836570.7204120.96466745410.5959609833306.15315.6092323299.231390

54、.6986770.96037812410.4535325834307.15328.29516883386.068640.6775850.95590062610.3140982935308.15341.38874083474.5101520.6571110.95122966410.1775768736309.15354.8994143564.5705780.637230.9463598510.0438897237310.15368.83677223656.2644770.6179180.9412857019.91296083438311.15383.2105163749.6063120.5991

55、530.9360016379.78471664139312.15398.03046263844.610450.5809140.9305019859.65908595240313.15413.30654483941.2911530.563180.9247809749.5359998641314.15429.04881044039.6625880.5459320.9188327359.41539165242315.15445.26742124139.7388130.529150.9126513039.29719673143316.15461.97265224241.5337830.5128170.

56、9062306149.18135253944317.154790613460.4969160.8995645049.06779847645318.15496.88463644450.335240.4814310.892646718.95647583746319.15515.11249844557.3690950.4663450.8854708698.84732773747320.15533.86919614666.1764260.4516430.8780305158.74029904748321.15553.16555754776.7706360.4373120.87

57、03190838.635336332由上表根據(jù)摩爾組成求的平均相對揮發(fā)度，所以將此物系看作理想物系則有相平衡關(guān)系式又由物料衡算得各摩爾流量，且回流比由設(shè)計任務(wù)知，進料熱狀態(tài)參數(shù)參考文獻取所以精餾段方程和提餾段方程為 逐板計算數(shù)據(jù)如下：表3.3.5 逐板計算數(shù)據(jù)由上表可知第2塊塔板進料，一共有5塊理論板。 = 2 * GB3 全塔效率的求取 依式：，根據(jù)塔頂、進料板、塔底液相組成查t-x圖，求得塔平均溫度為：，該溫度下則進料液相平均粘度為： 塔頂液相粘度為：塔釜液相粘度為：其中：39.186下的平均粘度為所以由得 ：ET=34.1% = 3 * GB3 實際塔板數(shù)的求取 精餾段實際塔板數(shù) 提餾段

58、實際塔板數(shù)所以實際塔板數(shù)3.3.2.3高沸塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù) = 1 * GB3 操作壓強取高沸塔操作壓強，取每層板的壓降為0.8kPa，則塔頂?shù)膲簭姙椋?，進料板壓強為：，塔底的壓強為故精餾段平均操作壓強為：，提餾段平均操作壓強為： = 2 * GB3 溫度由圖得到塔頂：，進料板溫度，塔釜：， = 3 * GB3 平均分子量塔頂：，進料板：，塔底： ， 則精餾段平均分子量：，提精餾段平均分子量： = 4 * GB3 平均密度(1)氣相密度 (2）液相密度根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，A代表VC,由內(nèi)插法得：在21.38塔頂：，在74.28塔底：，由（為質(zhì)量分率）故塔頂：，即；塔底： ，即；進料板，由加料板

59、液相組成，在21.87時有，故故精餾段平均液相密度：提餾段平均液相密度： = 5 * GB3 液體表面張力根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，由內(nèi)插法得21.38時：塔頂處的表面張力, 在進料板處由內(nèi)插法得21.87時：,在塔底處用內(nèi)插法得74.28時，則精餾段平均表面張力：提餾段平均表面張力： = 6 * GB3 液體粘度 根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，由內(nèi)插法得在21.38時：,，在21.87時,， 在74.28,。故精餾段平均液相粘度提餾段平均液相粘度3.3.2.4高沸塔的氣液負(fù)荷計算 = 1 * GB3 精餾段： = 2 * GB3 提餾段：3.3.2.5高沸塔塔和塔板主要工藝尺寸計算 = 1 * GB3 塔徑塔板間距

60、HT的選定很重要，可參照下表所示經(jīng)驗關(guān)系選取。表3.3.6 板間距與塔徑關(guān)系塔徑DT，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距HT，mm200300250350300450350600400600根據(jù)上表，初選板間距，取板上液層高度，故；精餾段：查史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得依式 校正物系表面張力為時可取安全系數(shù)為0.8（安全系數(shù)0.60.8），則故。按標(biāo)準(zhǔn),塔徑圓整為1.2m,塔截面積為，所以實際空塔氣速為提餾段： 查史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得；依式校正物系表面張力為時可取安全系數(shù)為0.8（安全系數(shù)0.60.8），則故。按標(biāo)準(zhǔn),塔徑圓整為0.8m,則空塔氣速。 = 2 * GB3