產(chǎn)萬噸氯乙烯車間精餾段工藝設(shè)計

新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文）題目年產(chǎn)24萬噸氯乙烯車間精餾段工藝設(shè)計專業(yè)應(yīng)用化工學(xué)生姓名學(xué)號小組成員指導(dǎo)教師完成日期新疆工業(yè)高等專科學(xué)校教務(wù)處印制新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書班級專業(yè)應(yīng)用化工技術(shù)姓名日期1、論文（設(shè)計）題目：年產(chǎn)10萬噸氯乙烯車間精餾段工藝設(shè)計2、設(shè)計（論文）要求：（1）學(xué)生應(yīng)在教師指導(dǎo)下按時完成所規(guī)定的內(nèi)容和工作量，獨立完成。（2）選題有一定的理論意義與實踐價值，必須與所學(xué)專業(yè)相關(guān)。（3）設(shè)計任務(wù)明確，思路清晰。（4）設(shè)計方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定及依據(jù)充分可靠。（5）格式規(guī)范，嚴(yán)格按系部制定的設(shè)計格式模板調(diào)整格式。（6）所有學(xué)生必須在規(guī)定時間交論文初稿。3、設(shè)計（論文）日期：任務(wù)下達(dá)日期完成日期4、指導(dǎo)教師簽字：新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定報告序號評分指標(biāo)具體要求分?jǐn)?shù)范圍得分1學(xué)習(xí)態(tài)度努力學(xué)習(xí)，遵守紀(jì)律，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實，按期完成規(guī)定的任務(wù)。0—10分2能力與質(zhì)量調(diào)研論證能獨立查閱文獻(xiàn)資料及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解設(shè)計任務(wù)并提出實施方案，有分析整理各類信息并從中獲取新知識的能力。0—15分綜合能力設(shè)計能運用所學(xué)知識和技能，有一定見解和實用價值。0—25分設(shè)計（論文）質(zhì)量計算準(zhǔn)確可靠有依據(jù)、分析邏輯清晰、正確合理，0—20分3工作量內(nèi)容充實，工作飽滿，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。繪圖(表)符合要求。0—15分4撰寫質(zhì)量結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，字跡工整，書寫格式規(guī)范，0—15分合計0—100分評語：成績：評閱人（簽名）：日期：畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及綜合成績答辯情況自述情況提出問題回答問題答辯小組評語及建議成績：答辯委員會綜合成績：答辯委員會主任簽字：年月日年產(chǎn)10萬噸氯乙烯車間精餾段工藝設(shè)計學(xué)號：091632姓名：曾海潮(新疆工業(yè)高等專科學(xué)校，烏魯木齊830091)摘要：氯乙烯又名乙烯基氯，是一種應(yīng)用于高分子化工的重要的單體，為無色、易液化氣體，是塑料工業(yè)的重要生產(chǎn)原料，是生產(chǎn)聚氯乙烯塑料的單體；或與醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合劑、涂料、絕緣材料和合成纖維，也用作化學(xué)中間體或溶劑。因此氯乙烯的發(fā)展前景很好。本文對年產(chǎn)10萬噸VC精制工段進(jìn)行了工藝設(shè)計，簡單介紹了VC合成工段的生產(chǎn)方法、原理、工藝流程，對主要的設(shè)備為參數(shù)進(jìn)行了計算和設(shè)計。通過對原料和中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的各種性質(zhì)的分析和氯乙烯單體和合成工段生產(chǎn)原理的了解和掌握，制定出了合理的生產(chǎn)方案及工藝流程。同時以設(shè)計任務(wù)以及計算機為輔助，對氯乙烯精制工段中的低沸塔進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，塔及其附屬設(shè)備的計算。最終完成了設(shè)計。并繪制了相應(yīng)的工藝流程圖和設(shè)備圖。關(guān)鍵詞：氯乙烯，低沸塔，工藝流程目錄1緒論 ③避免接觸條件避免受熱、光照和接觸空氣與潮氣。1.4氯乙烯的危害及防治氯乙烯是無色易液化的氣體，與空氣形成可爆炸性混合物，難溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷，易聚合。氯乙烯是應(yīng)用最廣泛的樹脂聚氯乙烯（PVC）的單體，用于制備聚氯乙烯、偏二氯乙烯，也用于作冷凍劑等。1.4.1職業(yè)危害（1）接觸機會：在氯乙烯和聚氯乙烯的生產(chǎn)過程中，都有接觸氯乙烯的可能，尤其是生產(chǎn)聚氯乙烯的聚合釜的清理，清釜工的慢性氯乙烯中毒可能性最大。應(yīng)用聚氯乙烯樹脂或含有氯乙烯的共聚物熔融后制作各種塑料制品時，釋放出氯乙烯單體，有時作業(yè)環(huán)境空氣中的氯乙烯濃度很高，極易引起中毒。（2）中毒臨床表現(xiàn)：急性中毒。輕度中毒時，病人出現(xiàn)眩暈、頭痛、惡心、胸悶、嗜睡、步態(tài)蹣跚等；嚴(yán)重中毒者，神志不清，或呈昏睡狀，甚至昏迷、抽搐，更嚴(yán)重者會造成死亡。1.4.2急性中毒現(xiàn)場處理（1）皮膚接觸立即脫去被污染的衣著，用肥皂水和流動清水徹底；中洗皮膚，并就醫(yī)。（2）眼睛接觸立即提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗，并就醫(yī)。（3）吸入迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給吸氧。呼吸及心跳停止者，立即進(jìn)行人工呼吸和心臟擠壓術(shù)，并就醫(yī)。1.4.3預(yù)防措施（1）設(shè)備密閉氯乙烯制造和聚氯乙烯制造過程中，都必須做好管道的密閉。注意設(shè)備的維修和保養(yǎng)，杜絕跑、冒、滴、漏。（2）清釜技改以往聚合釜人工清釜，一釜一清，清釜工要接觸大量氯乙烯。技術(shù)改造后，聚合釜壁涂防結(jié)劑，幾十釜甚至上百釜清一次。清釜用高壓水()清洗，避免了工人直接接觸氯乙烯。（3）抽取單體從聚氯乙烯樹脂成品中經(jīng)冷卻真空抽取氯乙烯單體，使成品中的氯乙烯單體含量由原來的1%左右，降到以下。這樣使聚氯乙烯成品的熱加工中，釋放氯乙烯單體的量極大減少，減少了污染和危害。（4）做好個體防護(hù)進(jìn)入聚合釜操作或檢修時，必須戴空氣呼吸器，嚴(yán)密防護(hù)，并加強換班，縮寫縮短接觸。（5）定期檢測氯乙烯作業(yè)環(huán)境的空氣中氯乙烯濃度要定期檢測。國家的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為。（6）做好職業(yè)性體檢對氯乙烯作業(yè)工人應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行就業(yè)前和定期性(每年一次)體檢。1.5氯乙烯的生產(chǎn)方法目前，從國內(nèi)十大PVC生產(chǎn)商的工藝和原料路線的現(xiàn)狀分析，我國PVC生產(chǎn)中乙烯法、電石法和EDC/VCM法基本各占1/3，呈現(xiàn)三足鼎立之勢，是世界各大PVC生產(chǎn)國中僅有的兼有乙烯法、電石法、EDC/VCM法3種裝置共存的國家。電石法PVC在中國能夠生存是有其深刻的歷史和現(xiàn)實原因的。由于目前中國PVC生產(chǎn)的原料路線、資源分布和環(huán)境要求的不同，尤其是電石法PVC的工藝技術(shù)已十分成熟，資源有保證。近幾年以來，特別是美國9.11事件以來，隨著國際局勢的緊張，國際原油、天然氣價格暴漲，導(dǎo)致了以乙烯工藝路線的PVC成本增加，從而突顯了我國電石法PVC的成本優(yōu)勢。2004年我國的電石法PVC主導(dǎo)了全國的PVC市場，出現(xiàn)了一個暴利時代。于是國內(nèi)再度掀起了電石法PVC的投資與裝置改擴(kuò)建的熱潮。在目前電石法PVC利潤空間比較大的時候，新建裝置一定要防止低水平的重復(fù)建設(shè)，要廣泛吸收同行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，真正做到高起點、高水平。氯乙烯是一種非常重要的化工原材料，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%的氯乙烯單體都用于生產(chǎn)聚氯乙烯，我國目前沒有專門的氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)，所有的氯乙烯裝置均與聚氯乙烯裝置配套建設(shè)，完全一體化。氯乙烯的生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了多年的工業(yè)生產(chǎn)和工藝改造后，形成了4種主要的生產(chǎn)工藝。工業(yè)上合成氯乙烯的方法有：(1)乙炔法；(2)烯炔法；(3)乙烯氧氯化法；(4)乙烷氧氯化法。1.5.1乙炔法氯乙烯的生產(chǎn)方法常用乙炔法，即以一定純度的氯化氫與一定純度的乙炔氣體以1：1.05～1.1比例充分混合后，在HgCl2觸媒作用下，在100～180℃作用下，反應(yīng)生成氯乙烯。在氯化高汞觸媒存在時，乙炔與氯化氫反應(yīng)生成氯乙烯的反應(yīng)機理如下：（1）反應(yīng)方程式：CH≡CH+HCl→CH2=CHCl+124.8kJ/mol乙炔首先與氯化高汞加成生成中間加成物氯乙烯氯汞：CH≡CH+HgCl2→ClCH=CH-HgCl此中間加成物很不穩(wěn)定，通氯化氫即分解而生成氯乙烯：ClCH=CH-HgCl+HCl→CH2=CHCl+HgCl2所生成的中間產(chǎn)物也可能再與氯化高汞產(chǎn)生加成反應(yīng)，生成物再分離出氯化亞汞而生成二氯乙烯。但這種可能很小。為保證充分生成氯乙烯，氯化高汞觸媒要求通過其的乙炔量為觸媒。（2）當(dāng)混合氣中氯化氫過量多時，所生成的氯乙烯能再與過量的氯化氫反應(yīng)生成1.1—二氯乙烷。CH2=CHCl+HCl→CH3-CHCl2（3）當(dāng)混合氣中乙炔過量多時，則過量的乙炔使氯化高汞催化劑還原成氯化亞汞或金屬汞，使觸媒失去活性，同時生成副產(chǎn)品二氯乙烯。CH≡CH+HgCl2→ClCH=CH-HgClClCH=CH-HgCl+HgCl2→ClHg-CHCl-CHCl-HgClClHg-CHCl-CHCl-HgCl→CHCl=CHCl+Hg2Cl2或：CH≡CH+HgCl2→Cl-CH-CH-Cl→Hg+ClCH=CHClHg此法以HgCl2做觸媒，活性炭作載體，在列管式固定床轉(zhuǎn)化器內(nèi)進(jìn)行。乙炔轉(zhuǎn)化率很高，產(chǎn)品純度高，所需設(shè)備不很復(fù)雜，工藝流程比較簡單，生產(chǎn)技術(shù)成熟，因此很適合中、小規(guī)模生產(chǎn)，缺點是HgCl2有毒、價格昂貴、成本高。其生產(chǎn)方法又可分為液相法和氣相法。液相法不需要高溫，但乙炔轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)品分離困難，因此多采用氣相法。（1）液相法液相法系以氯化亞銅和氧化銨的酸性溶液為觸媒，其反應(yīng)過程是向裝有含12~15%鹽酸的觸媒溶液的反應(yīng)器中，同時通入乙炔和氯化氫，反應(yīng)在60℃左右進(jìn)行，反應(yīng)后的合成氣再經(jīng)過凈制手續(xù)將雜質(zhì)除去。（2）氣相法氣相法是以活性炭為裁體，吸附氯化汞為觸媒，此法是以乙炔和氯化氫氣相加成為基礎(chǔ)。反應(yīng)是在裝滿觸媒的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行。反應(yīng)溫度一般為120~180℃左右。1.5.2烯炔法此法是以乙烯和乙快同時為原料進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)，它是以下列反應(yīng)為基礎(chǔ)的：C2H4+Cl2→C2H4ClC2H4Cl→C2H3Cl+HClC2H2+HCl→C2H3Cl按其生產(chǎn)方法，可分為：（1）聯(lián)合法：聯(lián)合法即二氯乙烷的脫氯化氫和乙炔的加成結(jié)合起來的方法。二氯乙烷裂解的副產(chǎn)物氯化氫，直接用作乙炔加成的原料，這免去了前者處理副產(chǎn)物的麻煩，又可以省去單獨建立一套氯化氫合成系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)上比較有利。在聯(lián)合法中，氯乙烯的合成仍是在單獨的設(shè)備中進(jìn)行的，所以需要較大的投資。雖然如此，這種方法仍較以上各種方法合理、經(jīng)濟(jì)。（2）共軛法（亦稱裂解加成一步法）：如上所述，聯(lián)合法雖然較其它單獨生產(chǎn)法合理、經(jīng)濟(jì)，但氯乙烯的制備仍在單獨的設(shè)備中進(jìn)行，仍需占用很多的設(shè)備，所以還不夠理想。共軛法就是聯(lián)合法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。此法系同時往一個裝有觸媒的反應(yīng)器中加入二氯乙烷和乙炔的混合物，催化熱裂解是在230℃以下進(jìn)行，二氯乙烷裂解是生成的氯化氫立即在20~50秒鐘內(nèi)和乙炔反應(yīng)，反應(yīng)的生成物再經(jīng)進(jìn)一步的凈制處理，以將雜質(zhì)出去。共軛法最主要的缺點是很難同時達(dá)到兩個反應(yīng)的最適宜條件，因而使乙烯與乙炔的消耗量提高。（3）混合氣化法：近幾年來，在烯炔法的基礎(chǔ)上發(fā)展了一種十分經(jīng)濟(jì)的氯乙烯生產(chǎn)方法混合氣化法。這一方法以石腦油和氯氣為原料，只得到氯乙烯產(chǎn)品。故不存在廢氣的利用和同時生產(chǎn)多種產(chǎn)品的問題，可以小規(guī)模并很經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出氯乙烯。這個方法由下列幾個過程組成：以石腦油的火焰裂解法制造含有乙炔和乙烯的裂解氣；裂解氣中的烯乙烯不經(jīng)分離，直接同氯化氫反應(yīng)制造氯乙烯；裂解氣中的烯乙炔不經(jīng)分離，直接同氯氣反應(yīng)制造二氯乙烷；將二氯乙烷熱裂成氯乙烯和氯化氫，并將氯化氫分離，以便能能夠在反應(yīng)（2）中使用。將從上述過程所得的氯乙烯進(jìn)行合理的分離。這個方法特別適用于不能得到電石乙炔和乙烯的地區(qū)，或者是乙炔和乙烯價格較高的地區(qū)。由于乙炔和乙烯不需分離、濃縮和凈化，沒有副產(chǎn)物。因此，不需添置分離設(shè)備。原料可綜合利用，不需建立大型石油聯(lián)合企業(yè)。此法的缺點是一次投資費用較大。1.5.3乙烯氧氯化法乙烯氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯，包括三步反應(yīng)：第一步乙烯氯化生成二氯乙烷；第二步二氯乙烷熱裂解為氯乙烯及氯化氫；第三步乙烯、氯化氫和氧發(fā)生氧氯化反應(yīng)生成二氯乙烷。（1）乙烯氯化乙烯和氯加成反應(yīng)在液相中進(jìn)行：CH2=CH2Cl2→CH2ClCH2Cl采用三氯化鐵或氯化銅等作催化劑，產(chǎn)品二氯乙烷為反應(yīng)介質(zhì)。反應(yīng)熱可通過冷卻水或產(chǎn)品二氯乙烷汽化來移出。反應(yīng)溫度40～110℃，壓力0.15～0.30，乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性均在99%以上。（2）二氯乙烷熱裂解生成氯乙烯的反應(yīng)式為：ClCH2CH2Cl─→CH2=CHCl+HCl反應(yīng)是強烈的吸熱反應(yīng)，在管式裂解爐中進(jìn)行，反應(yīng)溫度500～550℃，壓力0.6～1.5；控制二氯乙烷單程轉(zhuǎn)化率為50%～70%，以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。主要副反應(yīng)為：CH2=CHCl→H2C=CH2+HClCH2=CHCl+HCl→ClCH3CHClClCH2CH2Cl→2CH2+2HCl裂解產(chǎn)物進(jìn)入淬冷塔，用循環(huán)的二氯乙烷冷卻，以避免繼續(xù)發(fā)生副反應(yīng)。產(chǎn)物溫度冷卻到50～150℃后，進(jìn)入脫氯化氫塔。塔底為氯乙烯和二氯乙烷的混合物，通過氯乙烯精餾塔精餾，由塔頂獲得高純度氯乙烯，塔底重組分主要為未反應(yīng)的粗二氯乙烷，經(jīng)精餾除去不純物后，仍作熱裂解原料。（3）氧氯化反應(yīng)以載在γ－氧化鋁上的氯化銅為催化劑，以堿金屬或堿土金屬鹽為助催化劑。主要副反應(yīng)為乙烯的深度氧化（生成一氧化碳、二氧化碳和水）和氯乙烯的氧氯化（生成乙烷的多種氯化物）。反應(yīng)溫度200～230℃，壓力0.2～1MPa，原料乙烯、氯化氫、氧的摩爾比為1.05：2：0.75～0.85。反應(yīng)器有固定床和流化床兩種形式，固定床常用列管式反應(yīng)器，管內(nèi)填充顆粒狀催化劑，原料乙烯、氯化氫與空氣自上而下通過催化劑床層，管間用加壓熱水作熱載體，以移走反應(yīng)熱，并副產(chǎn)壓力1的蒸汽。固定床反應(yīng)器溫度較難控制，為使有較合理的溫度分布，常采用大量惰性氣體作稀釋劑，或在催化劑中摻入固體物質(zhì)。二氯乙烷的選擇性可達(dá)98%以上。在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行乙烯氧氯化反應(yīng)時，采用細(xì)顆粒催化劑，原料乙烯、氯化氫和空氣分別由底部進(jìn)入反應(yīng)器，充分混合均勻后，通入催化劑層，并使催化劑處于流化狀態(tài)，床內(nèi)裝有換熱器，可有效地引出反應(yīng)熱。這種反應(yīng)器反應(yīng)溫度均勻而易于控制，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，催化劑磨損大。由反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水淬冷，再冷凝成液態(tài)粗二氯乙烷。冷凝器中未被冷凝的部分二氯乙烷及未轉(zhuǎn)化的乙烯、惰性氣體等經(jīng)溶劑吸收等步驟回收其中二氯乙烷。所得粗二氯乙烷經(jīng)精制后進(jìn)入熱解爐裂解。乙烯氧氯化法的主要優(yōu)點是利用二氯乙烷熱裂解所產(chǎn)生的氯化氫作為氯化劑，從而使氯得到了完全利用。1.5.4乙烷氧氯化法采用特制的熔鹽為觸媒，使石油裂解氣中的乙烷在反應(yīng)器中進(jìn)行氧氯化和裂解反應(yīng)，從而制得氯乙烯。這是一條新的工藝路線，有液相法和氣相法，其中液相法比較成熟，其反應(yīng)為：C2H6+HCl+O2KCl－CuCl2－CuCl2C2H3Cl+2H2O2C2H6+2HCl+O22C2H3Cl+2H2OC2H6+2HCl+O2C2H4Cl2+H2O這種方法可以省去裂解乙烯的步驟，可直接采用粗氯化烴類作氯源，避免了處理氯化烴的麻煩。但該工藝中乙烷的單程轉(zhuǎn)化率很低，僅為28%左右，而且產(chǎn)物復(fù)雜，分離起來也很困難。（1）乙烷直接氯化將飽和碳?xì)浠衔镌诓环€(wěn)定的溫度范圍內(nèi)，例如在1000℃下與氯氣反應(yīng)，可生成相當(dāng)量的氯乙烯。反應(yīng)式為：C2H6+2Cl2→C2H3Cl+3HCl（2）乙烷氧氯化反應(yīng)式為：2C2H6+Cl2+3/2O2→2C2H3Cl+3H2O目前這些方法僅處于實驗階段，工業(yè)化方法尚未完成。1.6氯乙烯精餾形式本章主要以新疆氯堿行業(yè)普遍采用的乙炔法制氯乙烯為例。乙炔法制備氯乙烯，制備的粗乙烯經(jīng)液化后，既含有低沸點物C2H2、N2、H2等，也含有高沸點物C2H2Cl2、C2H2Cl2、CH3CHO等，而氯乙烯的沸點位于中間，所以要用兩個塔進(jìn)行分離，先用低沸塔把低沸物分離出來，再用高沸塔把高沸物分離出來，才能得到較純凈的精氯乙烯。因此以下精餾塔設(shè)計包括低沸塔與高沸塔設(shè)計。2低沸精餾塔工藝設(shè)計2.1氯乙烯精餾工序物料衡算的已知條件2.1.1原料成分粗氯乙烯溶液，粗氯乙烯含量90%（質(zhì)量比），乙炔含量2%，二氯乙烷含量2%，水含量6%。2.1.2低沸塔操作條件操作壓力（表壓）0.55，塔頂溫度30，進(jìn)料板溫度5，塔釜溫度50；回流比5-10，單板壓降0.7，全塔效率30%。2.1.3高沸塔操作條件操作壓力（表壓）0.35，塔頂溫度20，進(jìn)料板溫度50，塔釜溫度30；回流比0.2-0.6，單板壓降0.7，全塔效率30%。2.1.4精餾要求精氯乙烯含量99.9%（質(zhì)量比），乙炔含量≤0.001%。2.2全凝器的物料衡算2.2.1原料成分粗氯乙烯溶液，其中氯乙烯90%（質(zhì)量比），乙炔2%（質(zhì)量比），二氯乙烷2%（質(zhì)量比），水6%（質(zhì)量比），本次設(shè)計要聚氯乙烯的年產(chǎn)量為24萬噸/年，一年生產(chǎn)時間為8000h，粗氯乙烯溶液可采用流量為24.48萬噸/年，即244800/8000=30.6。2.2.2粗氯乙烯溶液中各組分組成的計算粗氯乙烯溶液流量為30.6，則氯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%，即乙炔的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，即二氯乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，即水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，即2.2.3全凝器物料衡算故原料液流量F=++2.3低沸塔的物料衡算在低沸塔中，主要進(jìn)行氯乙烯和乙炔的分離，而不考慮二氯乙烷的影響。低沸塔進(jìn)料的原料液中含有氯乙烯27.54t/h，乙炔0.612t/h，求其質(zhì)量分?jǐn)?shù)：根據(jù)工藝要求，塔頂餾出液組成99.9%，塔底釜液組成0.1%。為了便于計算，假設(shè)一次性把乙炔蒸餾完全。2.3.1原料液及塔頂，塔底的摩爾分率乙炔的摩爾質(zhì)量MA=26氯乙烯的摩爾質(zhì)量MB=62.5進(jìn)料：塔頂：塔底：2.3.2原料液及塔頂，塔底的平均摩爾質(zhì)量2.3.3物料衡算原料液處理量：總物料衡算：乙炔的物料衡算：F=F=463.0乙炔0.046氯乙烯0.954D=20.2乙炔0.999氯乙烯0.001W=443.0乙炔0.001氯乙烯0.999圖2-1低沸精餾塔表2-1低沸精餾塔物料衡算計算結(jié)果組分進(jìn)料F塔頂D塔底W流量46320.24443由圖表2-1可知物料平衡。2.4低沸塔塔板數(shù)的確定2.4.1乙炔—氯乙烯的汽液相平衡數(shù)由化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得乙炔，氯乙烯的飽和蒸汽壓如下表2-2，2-3：表2-2氯乙烯的飽和蒸汽壓氯乙烯-40-20020蒸汽壓31.5477.90164.4329.5表2-3乙炔的飽和蒸汽壓乙炔-40-20020蒸汽壓759.2148626354347根據(jù)乙炔，氯乙烯的飽和蒸汽壓，利用泡點方程計算出乙炔，氯乙烯的汽液相平衡數(shù)據(jù)如下表2-4：表2-4乙炔，氯乙烯的汽液相平衡數(shù)溫度T液相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)-40-200200.71250.98350.33530.90590.15610.74790.15610.4338圖2-2最小回流比的確定2.4.2最小回流比和操作回流比采用圖解法求最小回流比，在圖的對角線上自e(0.046，0.046)作垂線即為進(jìn)料線q線，該線與平衡線的交點坐標(biāo)為則最小回流比是：故取操作回流比為R=8（低沸塔的操作回流比為5~10）2.4.3精餾塔的氣液相負(fù)荷2.4.4操作線方程精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：2.4.5理論板層數(shù)由圖2-2做梯級求得理論塔板數(shù)如圖2-3所示。圖2-3圖解法求理論塔板數(shù)采用圖解法求理論板層數(shù)結(jié)果為：總理論板層數(shù)NT=6.6進(jìn)料板位置NF=5考慮到乙炔與氯乙烯屬于非同類化合物與理想溶液的拉烏爾定律有較大的誤差，故取板效率為30%。所以：精餾段實際板層數(shù)N精=4/0.3≈14提餾段實際板層數(shù)N提=2.6/0.3≈92.5低沸塔其他物性數(shù)據(jù)的計算精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算，以精餾段為例進(jìn)行計算。2.5.1操作壓力計算塔頂操作壓力PD=101.3+550=651.3每層塔板壓降=0.7進(jìn)料板壓力精餾段平均壓力2.5.2操作溫度的計算依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中氯乙烯和乙炔的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：塔頂溫度：=30進(jìn)料板溫度：=5精餾段平均溫度：2.5.3平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算查平衡曲線得：進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算由圖解理論板得：查平衡曲線得：精餾段平均摩爾質(zhì)量：2.5.4平均密度的計算a)氣相平均密度的計算由理想氣體狀態(tài)方程計算：b)液相平均密度的計算液相平均密度依據(jù)下式計算：c)塔頂液相平均密度的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：d)進(jìn)料板液相平均密度的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率：e)精餾段液相平均密度的計算：2.5.5液相平均表面張力的計算液相平均表面張力依據(jù)下式計算：a)塔頂液相平均表面張力的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：b)進(jìn)料板液相平均表面張力的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：c)精餾段液相平均表面張力：2.5.6液體平均黏度的計算液體平均黏度依據(jù)下式計算：a)塔頂液相平均黏度的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：解得：b)進(jìn)料板液相平均黏度的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：解得：c)精餾段液相平均黏度的計算：2.6低沸精餾塔的塔體工藝尺寸的計算圖2-4為低沸精餾塔示意圖。圖2-4低沸精餾塔示意圖2.6.1塔徑的計算精餾段的氣，液相體積流率為：由，式中C按計算，其中由化工設(shè)計書查取，圖的橫坐標(biāo)為：取板間距，板上液層高度則：由化工設(shè)計書查取，得：=0.064由化工設(shè)計書取安全系數(shù)為0.75，則空塔氣速為：由化工設(shè)計書，按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=0.8m塔截面積為實際空塔氣速為：2.6.2精餾塔有效高度計算精餾段有效高度為：提餾段有效高度為：故精餾塔的有效高度為2.7低沸塔塔板主要工藝尺寸的計算2.7.1溢流裝置計算因塔徑D=0.8m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：a)堰長b)溢流堰高度由，選用平直堰，堰上液層高度由化工設(shè)計書式近似取E=1，則取板上清液層高度，故c)弓形降液管寬度和截面積由由化工設(shè)計書得故驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設(shè)計合理。d)降液管底隙高度由化工設(shè)計書取則故降液管底隙高度設(shè)計合理。2.7.2塔板布置塔板的分塊由化工設(shè)計書，因故塔板采用整塊式。邊緣區(qū)寬度確定由化工設(shè)計書，取。開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積由化工設(shè)計書式故篩孔計算及其排列由化工設(shè)計書，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為： 由化工設(shè)計書，篩孔數(shù)目n為：由化工設(shè)計書，開孔率為：氣體通過閥孔的氣速為：2.8低沸塔接管的選型2.8.1進(jìn)料管的選型計算進(jìn)料流量進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料的平均密度由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：，其內(nèi)徑為2.8.2塔頂氣體進(jìn)入冷凝管的選型計算塔頂氣體流量 塔頂氣體的平均摩爾質(zhì)量由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：塔頂氣體的平均密度由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：，其內(nèi)徑為2.8.3塔頂回流管的選型計算塔頂回流量 塔頂回流的平均摩爾質(zhì)量塔頂回流的平均密度由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：，其內(nèi)徑為2.8.4塔底出液管徑的確定塔底出液量 塔底出液的平均摩爾質(zhì)量由于塔底出液含有的氯乙烯，塔底出液的平均密度近似為氯乙烯在的密度。查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：塔底出液的平均密度由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則確定選用：，其內(nèi)徑為2.8.5塔底蒸汽進(jìn)料管的選型計算塔底蒸汽流量 塔底蒸汽的平均摩爾質(zhì)量塔底蒸汽的平均密度由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：，其內(nèi)徑為3高沸精餾塔工藝設(shè)計3.1高沸塔的物料衡算在高沸塔中，主要進(jìn)行氯乙烯和二氯乙烷的分離。進(jìn)料的原料液中含有氯乙烯，二氯乙烷，原料液中氯乙烯和二氯乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： ω氯乙烯=ω二氯乙烷=根據(jù)工藝要求，塔頂餾出液組成99.9%，塔底釜液組成0.1%，為了計算方便，假定氯乙烯一次性蒸餾完全。3.1.1原料液及塔頂，塔底的摩爾分率氯乙烯的摩爾質(zhì)量二氯乙烷的摩爾質(zhì)量進(jìn)料：塔頂：塔底： 3.1.2原料液及塔頂，塔底的平均摩爾質(zhì)量 3.1.3物料衡算原料液處理量：總物料衡算：氯乙烯的物料衡算：解出：F=F=437.4kmol/h氯乙烯0.9873二氯烷0.0127D=432kmol/h氯乙烯0.999氯乙烷0.001W=5.40kmol/h氯乙烯0.001氯乙烷0.999圖3-1高沸精餾塔表3-1高沸塔物料衡算計算結(jié)果組分進(jìn)料F塔頂D塔底W流量437.44325.40由表3-1可知物料平衡。 3.2高沸塔塔板數(shù)的確定3.2.1氯乙烯—二氯乙烷的汽液相平衡數(shù)由化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得氯乙烯，二氯乙烷的飽和蒸汽壓如下表3-2，3-3所示：表3-2氯乙烯的飽和蒸汽壓氯乙烯40℃60℃80℃100℃蒸汽壓表3-3二氯乙烷的飽和蒸汽壓二氯乙烷40℃60℃80℃100℃蒸汽壓根據(jù)表3-2，3-3氯乙烯，二氯乙烷的飽和蒸汽壓，利用泡點方程計算出氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡數(shù)據(jù)如下表3-4：表3-4氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡數(shù)溫度T液相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)汽相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)4060801000.55630.28030.11300.00100.93010.77230.48300.0061圖3-2最小回流比3.2.2最小回流比和操作回流比采用圖解法求最小回流比，在圖的對角線上自作垂線ef即為進(jìn)料線線，該線與平衡線的交點坐標(biāo)為：故最小回流比故取操作回流比為（高沸塔的操作回流比為0.2～0.6）。3.2.3精餾塔的氣液相負(fù)荷3.2.4求操作線方程精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：3.2.5圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法，如圖3-3所示，求得理論板層數(shù)為：總理論板層數(shù)NT=6.6，進(jìn)料板位置NF=2。圖3-3圖解法求取塔板數(shù)實際板層數(shù)的求取：考慮到二氯乙烷與氯乙烯屬于非同類化合物與理想溶液的拉烏爾定律有較大的誤差，故取板效率為30%。所以：精餾段實際板層數(shù)N精=1/0.3≈4提餾段實際板層數(shù)N提=5.6/0.3≈193.3高沸塔其他物性數(shù)據(jù)的計算精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算，以精餾段為例進(jìn)行計算：3.3.1操作壓力計算塔頂操作壓力每層塔板壓降進(jìn)料板壓力精餾段平均壓力3.3.2操作溫度的計算依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中氯乙烯和二氯乙烷的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：塔頂溫度：℃進(jìn)料板溫度：℃精餾段平均溫度：℃3.3.3平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算：查平衡曲線得進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算：由圖解理論板得：查平衡曲線得：精餾段平均摩爾質(zhì)量：3.3.4平均密度的計算a)氣相平均密度的計算由理想氣體狀態(tài)方程計算：b)液相平均密度的計算液相平均密度依據(jù)下式計算：c)塔頂液相平均密度的計算由℃，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：d)進(jìn)料板液相平均密度的計算：由℃，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率：精餾段液相平均密度：3.3.5液相平均表面張力的計算液相平均表面張力依據(jù)下式計算：a)塔頂液相平均表面張力的計算：由℃，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：B0進(jìn)料板液相平均表面張力的計算：由℃，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：， c)精餾段液相平均表面張力：3.4高沸精餾塔的塔體工藝尺寸的計算3.4.1塔徑的計算精餾段的氣，液相體積流率為：由式中C按計算，其中由化工設(shè)計書查取，圖的橫坐標(biāo)為：取板間距，板上液層高度則：由化工設(shè)計書查取得：由化工設(shè)計書取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：由化工設(shè)計書，按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為：塔截面積為：實際空塔氣速為：3.4.2高沸精餾塔有效高度計算精餾段有效高度為提餾段有效高度為故精餾塔的有效高度為3.5高沸塔塔板主要工藝尺寸的計算3.5.1溢流裝置計算因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：a)堰長：由化工設(shè)計書取b)溢流堰高度hW：由選用平直堰，堰上液層高度由化工設(shè)計書式近似取，則取板上清液層高度故c)弓形降液管寬度和截面積由查化工設(shè)計書得，故由化工設(shè)計書驗算液體在降液管中停留時間，即﹥5s故降液管設(shè)計合理。d)降液管底隙高度由化工設(shè)計書取則故降液管底隙高度設(shè)計合理。3.5.2塔板布置塔板的分塊由化工設(shè)計書，因，故塔板采用分塊式。由化工設(shè)計書得，塔板分為3塊。邊緣區(qū)寬度確定由化工設(shè)計書，取開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積由化工設(shè)計書式其中篩孔計算及其排列本例所處理的物系無腐蝕性，由化工設(shè)計書，可選用碳鋼板，取篩孔直徑.。篩孔按正三角形排列，取孔中心距 由化工設(shè)計書，篩孔數(shù)目為：由化工設(shè)計書，開孔率為：氣體通過閥孔的氣速為：3.6高沸塔接管的選型 3.6.1進(jìn)料管的選型計算進(jìn)料流量進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料的平均密度