化工工藝畢業(yè)論文正稿

./摘要聚氯乙烯是世界上最早實(shí)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(xué)腐蝕、耐磨、電絕緣性優(yōu)良和機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油化工、輕工、紡織、化學(xué)建材、電力、冶金、國(guó)防軍工、建材、食品加工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各命脈部門,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。本次設(shè)計(jì)對(duì)年產(chǎn)6萬噸PVC精餾工段進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。采用電石乙炔法制取氯乙烯。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(zhuǎn)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。確定了生產(chǎn)方法之后對(duì)氯乙烯合成工段、精餾工段進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算和設(shè)備選型計(jì)算。本文設(shè)計(jì)的電石乙炔法生產(chǎn)粗氯乙烯在工藝上可滿足要求。關(guān)鍵詞：PVC合成；粗氯乙烯精餾；物料衡算；熱量衡算；設(shè)備選型AbstractPVCistheworld'sfirstindustrialproductionoftheplasticvarieties.Becauseithasdifficulttoburn,theanti-chemicaletching,wear-resisting,theelectricinsulationfineandthemechanicalstrengthhighermerit,Widelyappliesinnationaleconomyvariouslivesdepartmentsandsoonagriculture,petroleumchemicalindustry,lightindustry,spinningandweaving,chemistrybuildingmaterials,electricpower,metallurgy,nationaldefensewarindustry,buildingmaterials,foodprocessing,Hasthepivotalstatusinthenationaleconomydevelopment.Thedesignofanannualoutputof60,000tonsofPVCsectionfordistillationprocessdesign.Preparationoftheuseofcalciumcarbideacetyleneperchlorethylene.Thismethodisbasedoncalciumcarbideasrawmaterials,theproductionofcalciumcarbidehydrolysisacetylene,chlor-alkaliproductionofchlorineandhydrogenproducedbythedirectsynthesisofhydrogenchloridesynthesisfromacetyleneandhydrogenchloridebywaterinthecoarseconverterinthesynthesisofvinylchloridemonomer,vinylchloridesingleroughAfterthebodyhasbeenrefinedbythedistillationofvinylchloridemonomerandrefinedbythesuspensionpolymerizationofvinylchloridemonomertobePVC.Methodstodeterminetheproductionsectionofthesynthesisofvinylchloride,distillationsectiontothematerialbalance,heatbalancecalculationandselectionofequipment.Thisarticledesignsthecalciumcarbideacetylenelawproducesthethickvinylchloridetobepossibletosatisfytherequestinthecraft.Keyword:PVCsynthesis;vinylchlorideselectiveevaporation;Materialbalance目錄\l"_Toc232392500#_Toc232392500"引言 1\l"_Toc232392501#_Toc232392501"第一章緒論 3\l"_Toc232392502#_Toc232392502"1.1聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況 3\l"_Toc232392503#_Toc232392503"1.1.1聚氯乙烯工業(yè) 3\l"_Toc232392504#_Toc232392504"1.1.2國(guó)外聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展 3\l"_Toc232392505#_Toc232392505"1.1.3中國(guó)的聚氯乙烯工業(yè) 5\l"_Toc232392506#_Toc232392506"1.2聚氯乙烯工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要意義 5\l"_Toc232392507#_Toc232392507"1.3聚氯乙烯的分類 6\l"_Toc232392508#_Toc232392508"1.4聚氯乙烯的性質(zhì) 6\l"_Toc232392509#_Toc232392509"物理性質(zhì) 6\l"_Toc232392510#_Toc232392510"化學(xué)性質(zhì) 6\l"_Toc232392511#_Toc232392511"1.5廠址的選擇 7\l"_Toc232392512#_Toc232392512"第二章聚氯乙烯的生產(chǎn)過程 9\l"_Toc232392513#_Toc232392513"2.1氯乙烯的生產(chǎn)方法 9\l"_Toc232392514#_Toc232392514"電石乙炔法 9\l"_Toc232392515#_Toc232392515"2.1.2聯(lián)合法 10\l"_Toc232392516#_Toc232392516"2.1.3乙烯法 10\l"_Toc232392517#_Toc232392517"2.1.4確定生產(chǎn)方案 12\l"_Toc232392518#_Toc232392518"2.2氯乙烯單體的聚合 12\l"_Toc232392519#_Toc232392519"2.2.1懸浮聚合 12\l"_Toc232392520#_Toc232392520"2.2.2本體聚合 13\l"_Toc232392521#_Toc232392521"2.2.3乳液聚合 13\l"_Toc232392522#_Toc232392522"2.2.4溶液聚合 13\l"_Toc232392523#_Toc232392523"2.2.5聚合方法的確定 13\l"_Toc232392524#_Toc232392524"2.3氯乙烯單體的生產(chǎn)工藝 13\l"_Toc232392525#_Toc232392525"2.3.1氯乙烯生產(chǎn)條件的選擇 14\l"_Toc232392526#_Toc232392526"2.3.2氯乙烯制備的工藝流程 16\l"_Toc232392527#_Toc232392527"第三章物料衡算 21\l"_Toc232392528#_Toc232392528"3.1需原料氣的計(jì)算 21\l"_Toc232392529#_Toc232392529"3.1.1每小時(shí)需生產(chǎn)VC量： 21\l"_Toc232392530#_Toc232392530"3.1.2每小時(shí)所需純?cè)狭?21\l"_Toc232392531#_Toc232392531"3.2乙炔冷卻器的物料衡算 23\l"_Toc232392532#_Toc232392532"3.3氯化氫冷卻器的物料衡算 24\l"_Toc232392533#_Toc232392533"3.4混合器的物料衡算 26\l"_Toc232392534#_Toc232392534"3.5石墨冷凝器的物料衡算 27\l"_Toc232392535#_Toc232392535"3.6轉(zhuǎn)化器的物料衡算 29\l"_Toc232392536#_Toc232392536"3.7水洗塔物料衡算 30\l"_Toc232392537#_Toc232392537"3.8堿洗塔物料衡算 32\l"_Toc232392538#_Toc232392538"3.9機(jī)后冷卻器的物料衡算 33\l"_Toc232392539#_Toc232392539"3.10全凝器的物料衡算 35\l"_Toc232392540#_Toc232392540"3.11水分離器的物料衡算 37\l"_Toc232392541#_Toc232392541"3.12尾氣冷凝器的物料衡算 38\l"_Toc232392542#_Toc232392542"3.13低沸塔的物料衡算 39\l"_Toc232392543#_Toc232392543"3.14高沸塔的物料衡算 41\l"_Toc232392544#_Toc232392544"第四章熱量衡算 43\l"_Toc232392545#_Toc232392545"4.1氯化氫冷卻器的熱量衡算 43\l"_Toc232392546#_Toc232392546"4.2乙炔冷卻器熱量衡算 44\l"_Toc232392547#_Toc232392547"4.3石墨冷凝器的熱量衡算 45\l"_Toc232392548#_Toc232392548"4.4轉(zhuǎn)化器的熱量衡算 46\l"_Toc232392549#_Toc232392549"反應(yīng)熱Q反 47\l"_Toc232392550#_Toc232392550"原料氣帶入熱Q入 47\l"_Toc232392551#_Toc232392551"出料帶出熱Q出 48\l"_Toc232392552#_Toc232392552"熱損失Q損 49\l"_Toc232392553#_Toc232392553"熱載體所需量 49\l"_Toc232392554#_Toc232392554"4.5水洗塔熱量衡算 50\l"_Toc232392555#_Toc232392555"4.6高沸塔的熱量衡算 52\l"_Toc232392556#_Toc232392556"回流比的確定 52\l"_Toc232392557#_Toc232392557"熱量衡算 52\l"_Toc232392558#_Toc232392558"再沸器所需熱水量GH及冷凝器所需冷凍鹽水量GC的計(jì)算 55\l"_Toc232392559#_Toc232392559"再沸器和冷凝器所需傳熱面積的計(jì)算 55\l"_Toc232392560#_Toc232392560"第五章設(shè)備選型計(jì)算 59\l"_Toc232392561#_Toc232392561"5.1石墨冷凝器的選型計(jì)算 59\l"_Toc232392562#_Toc232392562"求平均溫度差△tm 59\l"_Toc232392563#_Toc232392563"確定傳熱面積及傳熱系數(shù) 59\l"_Toc232392564#_Toc232392564"求給熱系數(shù)驗(yàn)算K值 60\l"_Toc232392565#_Toc232392565"最后確定K值及傳熱面積 64\l"_Toc232392566#_Toc232392566"5.2精餾塔操作的計(jì)算 64\l"_Toc232392567#_Toc232392567"5.2.1理論塔板數(shù)的確定 65\l"_Toc232392568#_Toc232392568"5.2.2實(shí)際塔板數(shù)的確定 68\l"_Toc232392569#_Toc232392569"5.2.3最小回流比的確定 68\l"_Toc232392570#_Toc232392570"第六章車間廠房布置設(shè)計(jì) 69\l"_Toc232392571#_Toc232392571"6.1廠房布置設(shè)計(jì)的條件和依據(jù) 69\l"_Toc232392572#_Toc232392572"6.1.1常用的規(guī)范和規(guī)定 69\l"_Toc232392573#_Toc232392573"6.1.2設(shè)計(jì)的基本條件 69\l"_Toc232392574#_Toc232392574"6.1.3設(shè)計(jì)的基本依據(jù) 69\l"_Toc232392575#_Toc232392575"6.2車間廠房的布置設(shè)計(jì) 70\l"_Toc232392576#_Toc232392576"廠房的平面布置 70\l"_Toc232392577#_Toc232392577"廠房的空間布置 71\l"_Toc232392578#_Toc232392578"廠房布置時(shí)需注意的問題 71\l"_Toc232392579#_Toc232392579"車間設(shè)備布置設(shè)計(jì) 71\l"_Toc232392580#_Toc232392580"第七章管路布置設(shè)計(jì) 73\l"_Toc232392581#_Toc232392581"7.1化工管路概述 73\l"_Toc232392582#_Toc232392582"7.2管路設(shè)計(jì) 73\l"_Toc232392583#_Toc232392583"7.2.1管路設(shè)計(jì)的依據(jù) 73\l"_Toc232392584#_Toc232392584"7.2.2管路設(shè)計(jì)的內(nèi)容 73\l"_Toc232392585#_Toc232392585"7.2.3管路設(shè)計(jì)的步驟 74\l"_Toc232392586#_Toc232392586"7.3管路布置 74\l"_Toc232392587#_Toc232392587"結(jié)論 75\l"_Toc232392589#_Toc232392589"參考文獻(xiàn) 77\l"_Toc232392588#_Toc232392588"謝辭 79引言聚氯乙烯是世界上最早實(shí)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(xué)腐蝕、耐磨、電絕緣性優(yōu)良和機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石油化工、輕工、紡織、化學(xué)建材、電力、冶金、國(guó)防軍工、建材、食品加工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各命脈部門,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。氯堿工業(yè)是我國(guó)基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè),產(chǎn)品種類多、關(guān)聯(lián)度大,下游產(chǎn)品達(dá)上千個(gè)品種,具有較高的經(jīng)濟(jì)延伸價(jià)值,據(jù)統(tǒng)計(jì),每萬噸氯堿產(chǎn)品所帶動(dòng)的一次性經(jīng)濟(jì)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(xué)品生產(chǎn)的主要原料,與人民生活息息相關(guān)。由于氯堿工業(yè)具有的特殊地位,建國(guó)以來,一直將主要氯堿產(chǎn)品產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)和考核的重要指標(biāo)。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(zhì)、硬質(zhì)、泡沫、纖維等塑料制品,性能優(yōu)良,用途很廣。聚氯乙烯是從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(shí)生產(chǎn)設(shè)備不斷向大型化發(fā)展。據(jù)報(bào)道目前最大的氯乙烯生產(chǎn)裝置達(dá)36萬噸每年。我國(guó)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。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(yīng)用相當(dāng)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(zhì)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(zhì)品。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(yīng)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(xì)的粒狀樹脂,適宜于壓延、擠出、注射、吹塑等成型加工工藝。最近有關(guān)專利報(bào)道,對(duì)懸浮法做適當(dāng)改進(jìn),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(guān)鍵。其合成工藝路線,按基本原料來源,可分為電石路線和石油路線。電石路線以電石為原料,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(shè)備簡(jiǎn)單,工藝成熟,投資低,能小規(guī)模經(jīng)營(yíng)的特點(diǎn)。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(zhēng)焦炭,同時(shí)會(huì)引起汞的污染問題,因而不能適應(yīng)聚氯乙烯大發(fā)展需要的缺點(diǎn)。氯乙烯的合成、精餾、聚合一直就是氯乙烯生產(chǎn)的熱點(diǎn)問題。我國(guó)有非常豐富的電石資源,以電石為原料生產(chǎn)氯乙烯自然成為國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)氯乙烯工廠的共同選擇。第一章緒論1.1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(gè)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(shí)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(guó)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(fèi)量?jī)H次于聚乙烯。近幾年,全球PVC的總產(chǎn)能一直持續(xù)擴(kuò)張,但其增長(zhǎng)點(diǎn)主要集中在中國(guó)。由于世界經(jīng)濟(jì)非平衡式發(fā)展,各地區(qū)PVC市場(chǎng)的供求和發(fā)展?fàn)顩r存在一定的差異,歐洲和北美市場(chǎng)對(duì)PVC需求的擴(kuò)張主要依賴對(duì)下游高端產(chǎn)品的需求增長(zhǎng),亞洲經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展帶動(dòng)PVC市場(chǎng)的產(chǎn)銷依然旺盛。此外,從生產(chǎn)工藝路線看,除中國(guó)和極少幾個(gè)國(guó)家以電石法工藝路線生產(chǎn),絕大部分國(guó)家都是采用石油天然氣路線,生產(chǎn)工藝的差別導(dǎo)致了世界各主要地區(qū)PVC的市場(chǎng)價(jià)格和生產(chǎn)成本也不盡一致。20XX全球PVC產(chǎn)能約4291.1萬噸,較20XX的4041.1萬噸,增長(zhǎng)了6.48%,受20XX全球經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)好的影響,20XX是PVC產(chǎn)能增加最多的一年,增長(zhǎng)率由20XX的4.19%增加到9.72%,尤其僅中國(guó)產(chǎn)能就增加了280萬噸,增長(zhǎng)率達(dá)到35.45%之多。中東地區(qū)PVC產(chǎn)能長(zhǎng)期短缺,為了適應(yīng)需求增長(zhǎng),一些廠家也開始擴(kuò)大產(chǎn)能,20XX產(chǎn)能增幅也達(dá)到了29%。近兩年北美PVC產(chǎn)能并沒有增長(zhǎng),但20XX以后北美PVC產(chǎn)能增加將接近100萬噸,增幅達(dá)到12.60%。聚氯乙烯工業(yè)聚氯乙烯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,中性無毒,同時(shí)既輕又堅(jiān)固,適應(yīng)性強(qiáng)且價(jià)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(fèi)用品、醫(yī)療汽車行業(yè)等都有著廣泛的應(yīng)用。

近年來,我國(guó)PVC表觀消費(fèi)量以年均10%～15%左右的速度增長(zhǎng),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(lǐng)域的應(yīng)用比例正在不斷變化,軟制品消費(fèi)比例逐年下降,而異型材、管材、板材等主要用作建筑材料的硬制品的消費(fèi)比例不斷提高。預(yù)計(jì)到20XX僅化學(xué)建材業(yè)對(duì)PVC樹脂的需求量將達(dá)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(shè)備殼體等對(duì)PVC的需求量也將有較大幅度的增長(zhǎng),將達(dá)100萬t。此外,包裝、農(nóng)業(yè)、汽車、醫(yī)療、日常生活用品等領(lǐng)域?qū)VC的需求量也將不斷增長(zhǎng)。

從近幾年我國(guó)聚氯乙烯<PVC>行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看,聚氯乙烯消費(fèi)高速的增長(zhǎng),同時(shí)也引發(fā)了我國(guó)聚氯乙烯<PVC>的建設(shè)熱潮,聚氯乙烯<PVC>市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。同時(shí),近年我國(guó)環(huán)保、節(jié)能、減排、差別電價(jià)、出口退稅調(diào)整、加工貿(mào)易調(diào)整等政策措施不斷出臺(tái),執(zhí)行力度也比以往任何一年都要來得更猛烈。傳統(tǒng)的PVC生產(chǎn)格局正面臨新的形勢(shì)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(shì)為優(yōu)勢(shì),將有被淘汰的危險(xiǎn)。

國(guó)外聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展自從20世紀(jì)60年代以來,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家根據(jù)聚氯乙烯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇和能源結(jié)構(gòu)情況,開發(fā)了新的平衡氧氯化工藝。到目前為止,全球有93%以上的單體采用氧氯化法生產(chǎn)。但是,在少數(shù)國(guó)家,由于電石來源廣泛,乙炔法氯乙烯生產(chǎn)成本比采用石油的氧氯化法低,所以,乙炔法和聯(lián)合法仍占有一些市場(chǎng)。世界聚氯乙烯工業(yè)中,美國(guó)的生產(chǎn)能力和實(shí)際產(chǎn)量均居首位,生產(chǎn)工藝先進(jìn),產(chǎn)品更新快,各國(guó)較多地引進(jìn)美國(guó)的生產(chǎn)技術(shù),所以說,美國(guó)是了解世界聚氯乙烯的窗口。1991年,美國(guó)的生產(chǎn)能力為476.43萬噸,占世界聚氯乙烯生產(chǎn)能力23%,產(chǎn)量416.3萬噸,消費(fèi)量414.5萬噸。1992年以來,美國(guó)的聚氯乙烯市場(chǎng)供不應(yīng)求,使之產(chǎn)量增加9%,其中管件消費(fèi)量上升28%,護(hù)墻板提高35%,門窗型材提高38%,電線電纜增長(zhǎng)16%,地板增長(zhǎng)8%。1993年美國(guó)的PVC產(chǎn)量比1992年增長(zhǎng)4.5%,1994年,美國(guó)的PVC生產(chǎn)能力為523萬噸,到20XX,美國(guó)聚氯乙烯生產(chǎn)能力已達(dá)到615.8萬噸,產(chǎn)量580.2萬噸。西歐聚氯乙烯工業(yè)開發(fā)較早,目前生產(chǎn)技術(shù)已比較成熟。1990年,生產(chǎn)能力達(dá)598.9萬噸,占世界總生產(chǎn)能力的27%,產(chǎn)量550萬噸,占世界產(chǎn)量的30%。西歐每年消費(fèi)聚氯乙烯500~520萬噸,其消費(fèi)結(jié)構(gòu)為硬制品占64%,軟制品占36%。近年來,由于受"綠色和平"運(yùn)動(dòng)的影響,使西歐的PVC產(chǎn)量、消費(fèi)量和價(jià)格都有所下降。1992年總消費(fèi)量下降4%。1993年有所回升,1994年,西歐的PVC生產(chǎn)能力可達(dá)大約739萬噸,其中歐共體國(guó)家生產(chǎn)能力年增長(zhǎng)水平為4.8%,非歐共體國(guó)家為3.3%,產(chǎn)量約為501.3~612.5萬噸；到20XX,生產(chǎn)能力達(dá)到751.7萬噸,產(chǎn)量573.9~669.76萬噸,市場(chǎng)需求在659萬噸以上。日本聚氯乙烯工業(yè)起步較晚,但發(fā)展迅速,1991年聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)能力已達(dá)211.6萬噸,占世界總生產(chǎn)能力的9%,產(chǎn)量202.4萬噸,占世界的11%,是亞洲地區(qū)目前生產(chǎn)能力和產(chǎn)量最大的國(guó)家。在1992~20XX間,日本PVC產(chǎn)品需求量年增長(zhǎng)率在7%以上。東歐：東歐地區(qū)1990年聚氯乙烯生產(chǎn)能力為240.7萬噸,產(chǎn)量166.5萬噸。1992年,東歐地區(qū)產(chǎn)量?jī)H為124.4萬噸,1985~1992年間PVC年平均減產(chǎn)2.4%。1994年有所增加,產(chǎn)量達(dá)到203.6萬噸。到20XX,生產(chǎn)能力的年增長(zhǎng)率為2.2%,人均消費(fèi)量為4.45kg,消費(fèi)水平仍然很低。中國(guó)的聚氯乙烯工業(yè)我國(guó)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(guó)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(yán)重和產(chǎn)品成本無競(jìng)爭(zhēng)力是其三大致命弱勢(shì)。我國(guó)PVC生產(chǎn)廠生產(chǎn)每噸PVC樹脂的能耗高達(dá)500kW·h<含電石用電>；每噸PVC樹脂生產(chǎn)時(shí)要排出2t干電石渣,污染環(huán)境；制造成本一般要比乙烯氧氯化法高出1000元／tPVC以上。目前電石乙炔為原料的PVC生產(chǎn)企業(yè)仍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其產(chǎn)量約占PVC總生產(chǎn)量的2／3<包括伺機(jī)進(jìn)口EDC或VCM為原料生產(chǎn)FVC的企業(yè)>。企業(yè)集中度低,大于20萬t／a生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)僅3家,占裝置總規(guī)模的24％；10萬～20萬t／a規(guī)模為5家,占總規(guī)模的21％；5萬～9.5萬t／a規(guī)模14家,占總規(guī)模的26％；小于5萬t／a規(guī)模47家,占總規(guī)模的29％。由此可見,我國(guó)有68％的PVC生產(chǎn)企業(yè)小于5萬t／a規(guī)模,并以1萬～2萬t／a為主。而在國(guó)際上氯乙烯單體一般是大規(guī)模以商品基地組織生產(chǎn),生產(chǎn)規(guī)?？蛇_(dá)百萬噸或以上,PVC生產(chǎn)規(guī)模一般也在30萬t／a以上。我國(guó)XX省的臺(tái)塑集團(tuán)在美國(guó)和XX分別擁有123.8萬t／a和139.3萬t／a兩個(gè)PVC生產(chǎn)基地,年總產(chǎn)量263.1萬t,位居世界生產(chǎn)商的首位。但是幾十年來,我國(guó)PVC樹脂生產(chǎn)有了很大發(fā)展,無論是樹脂生產(chǎn)技術(shù)還是產(chǎn)品質(zhì)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(zhuǎn)換,產(chǎn)品品種不斷增加,生產(chǎn)能力也迅速增加,質(zhì)量不斷提高,已基本能滿足制品生產(chǎn)的需要。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)PVC的需求量將不斷增加,PVC行業(yè)要進(jìn)一步提高產(chǎn)品的專用化和市場(chǎng)化水平,加快我國(guó)PVC工業(yè)的發(fā)展步伐,變劣勢(shì)為優(yōu)勢(shì),為成為PVC世界強(qiáng)國(guó)而努力。1.2聚氯乙烯工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要意義在20世紀(jì)80年代人類步入了高分子時(shí)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(dāng)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(huì)能源,PVC加工業(yè)是中國(guó)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(guān)聯(lián)度極高,因此,PVC工業(yè)的發(fā)展,可以帶動(dòng)和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)1.3聚氯乙烯的分類PVC塑料制品種類繁多,具體分類簡(jiǎn)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(zhì)<未增塑>和軟質(zhì)<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(yīng)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(jī)擠出制品,注塑制品；壓延膜、板、彈性地板、多層結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)塑料板等；燒結(jié)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。1.4聚氯乙烯的性質(zhì)分子式：<CH2-CHCl>n物理性質(zhì)比重：宏觀密度：0.40-0.65g/cm比熱容：J/g℃〔0～100℃導(dǎo)熱系數(shù)：0.6128W/<m·K>折光率：1.544顆粒半徑：懸浮60～150微米,本體30～80微米,糊樹脂0.1～2微米,摻混20～80微米；外形：無毒無臭白色顆粒；電性能：耐電擊穿,可用于1萬V低壓電纜?；瘜W(xué)性質(zhì)耐酸堿性：PVC化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,可在常溫下耐最大濃度的鹽酸、90%以下的硫酸、濃硝酸〔50-60%以及濃堿〔20%溶液。PVC樹脂在高溫下與濃堿發(fā)生脫HCl反應(yīng),而在濃硝酸或濃硫酸中發(fā)生氧化分解反應(yīng)。溶解性：PVC樹脂可溶于酮類<丙酮、環(huán)己酮>、酯類氯代物〔二氯乙烷、氯、四氯化碳及芳香烴〔苯、二甲苯、四呋喃,對(duì)水、汽油、酒精等特別穩(wěn)定,PVC樹脂不溶于乙烯單體。燃燒性：PVC樹脂在火焰上燃燒能降解并放出HCl,離開火焰立即自熄。老化性：較耐老化,但在光照<尤其光波長(zhǎng)為270～310mm時(shí)>和氧作用下會(huì)緩慢分解,釋HCl,形成羰基、共軛雙鍵而變色。1.5廠址的選擇廠址的選擇非常重要,直接影響到企業(yè)產(chǎn)品成本、運(yùn)輸、市場(chǎng)、環(huán)保等多個(gè)方面。聚氯乙烯項(xiàng)目選址主要應(yīng)該考慮以下一些原則。<1>符合國(guó)家、地區(qū)和城鄉(xiāng)規(guī)劃的要求。<2>應(yīng)靠近主要原料供應(yīng)地區(qū),并盡可能靠近主要下游用戶。<3>具備充足的水源供應(yīng)。<4>廠址應(yīng)布置在居民區(qū)下風(fēng)向和江河的下游。<5>安全的原則,防洪、防震、防地質(zhì)災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)危害。<6>注意環(huán)境保護(hù),考慮"三廢"的達(dá)標(biāo)排放,減少對(duì)生態(tài)和環(huán)境的影響。<7>實(shí)事求是的原則,調(diào)查研究多個(gè)廠址,進(jìn)行科學(xué)分析和比選。<8>在國(guó)務(wù)院、國(guó)家有關(guān)部門規(guī)定的風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、飲用水源保護(hù)區(qū)和其他需要特別保護(hù)的區(qū)域內(nèi),城市規(guī)劃界外2km以內(nèi),主要河流兩岸、公路、鐵路、水路兩側(cè),及居民聚集區(qū)和其他嚴(yán)防污染的食品、藥品、衛(wèi)生產(chǎn)品、精密制造產(chǎn)品等企業(yè)周邊1km以內(nèi),國(guó)家及地方政府所規(guī)定的環(huán)保、安全防護(hù)距離內(nèi),禁止新建電石法聚氯乙烯和燒堿生產(chǎn)裝置。位于主要原料的產(chǎn)地,水、電等公用工程設(shè)施配套完備,遠(yuǎn)離居民區(qū)、繁華場(chǎng)所及農(nóng)田設(shè)施,處于所在地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)口,交通運(yùn)輸方便快捷,無疑是聚氯乙烯工廠建設(shè)廠址選擇的最佳方案。所以,在擬建聚氯乙烯工廠項(xiàng)目的前期工作中,必須對(duì)擬建項(xiàng)目的廠址選擇進(jìn)行科學(xué)的研究和論證,尤其是擬建廠對(duì)周圍環(huán)境的影響,否則如果在建設(shè)中或在開車后發(fā)現(xiàn)問題,將很難解決,因而造成很大損失。在石油資源自給率只有約30%的國(guó)情下,依靠進(jìn)口乙烯、二氯乙烷或氯乙烯來生產(chǎn)聚氯乙烯的工廠,廠址定于沿?？拷劭谥?當(dāng)是首選；中西部地區(qū),由于是電石的主要生產(chǎn)地,且有充足的煤電供應(yīng),建設(shè)電石法聚氯乙烯工廠,具有較大的成本優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)能力,但不管選用何種工藝,不論廠址確定在何方,聚氯乙烯裝置對(duì)周圍環(huán)境的影響,必須給出科學(xué)的評(píng)價(jià),鍥而不舍地用科學(xué)的手段探索、研究、采用防護(hù)措施,以求避免或最大限度地降低其對(duì)周圍環(huán)境可能造成的傷害。本次設(shè)計(jì)所選工廠位于XXXX市。XX市地處中西部地區(qū),是電石的主要生產(chǎn)地,且有充足的煤電供應(yīng),具有較大的成本優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)能力。第二章聚氯乙烯的生產(chǎn)過程2.1氯乙烯的生產(chǎn)方法氯乙烯的工業(yè)合成,首先以電石乙炔為原料進(jìn)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。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(yīng)得到干燥氯化氫,再與凈化和脫水后乙炔進(jìn)行加成反應(yīng)即得粗氯乙烯,經(jīng)過精制后獲得純氯乙烯單體。乙炔的發(fā)生主反應(yīng)CaC2+2H2O→C2H2+Ca<OH>2+130kJ/mol<2-1>副反應(yīng)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>Ca3P2+6H2O→3Ca<OH>2+2PH3↑<2-5>Ca2Si+4H2O→2Ca<OH>2+SiH4↑<2-6>氯化氫的合成H2+Cl2→2HCl+185.04kJ/mol<2-7>生成氯乙烯反應(yīng)反應(yīng)以HgCl2為催化劑,于130～180℃下進(jìn)行：主反應(yīng)CH≡CH+HCl→CH2＝CHCl+124.8kJ/mol<2-8>當(dāng)HCl過量時(shí),副反應(yīng)：CH2＝CHCl+HCl→CH3CHCl3<2-9>而當(dāng)乙炔過量時(shí),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(jiǎn)圖如圖2-1所示。圖2-1電石乙炔法工藝流程簡(jiǎn)圖電石乙炔法歷史悠久,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(guó)均不采用此法。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(jié)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(yīng)生成1,2—二氯乙烷,精制后進(jìn)行裂解得到氯化氫,再與電石乙炔進(jìn)行加成反應(yīng),所得氯乙烯純化后即可作為單體使用。其反應(yīng)式如下：〔1CH≡CH+Cl2→CH2ClCH2Cl〔2-10〔2CH2ClCHCl2→CH2＝CHCl+HCl〔2-11〔3CH≡CH+HCl→CH2＝CHCl〔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。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(guó)SHLLDEVELOPMENTNETHERLAND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(guó)采取了應(yīng)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(jì)。應(yīng)用該法生產(chǎn)的有荷蘭的SHELLNETHERLANDCHEMICAL公司以及德國(guó)的BASF公司等。其化學(xué)反應(yīng)原理如下：〔1乙烯氯化CH2＝CH2+Cl2→CH2ClCH2Cl<2-13>〔2二氯乙烷熱解脫氯化氫CH2ClCH2Cl→CH2＝CHCl+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(yīng)。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(jìn)的氯化氫氧化技術(shù)相結(jié)合,將二氯乙烷法制氯乙烯過程在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)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法是由意大利ORNOZlODENORA公司和美國(guó)的DIAMONDALKALI公司共同開發(fā)的用稀乙烯制氯乙烯技術(shù),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(jìn)入液相鼓泡式反應(yīng)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(jiǎn)圖如圖2-4所示：圖2-4稀乙烯制造氯乙烯單體流程圖確定生產(chǎn)方案上述簡(jiǎn)單介紹了幾種氯乙烯的生產(chǎn)方法,對(duì)比其特點(diǎn),本次設(shè)計(jì)決定選用電石乙炔法。原因如下：〔1電石乙炔法是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法,生產(chǎn)工藝成熟?！?廠址建在XXXX市是電石的主要產(chǎn)地,成本低廉。2.2氯乙烯單體的聚合氯乙烯在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時(shí),根據(jù)樹脂的用途,一般采用四種聚合方式：懸浮聚合、本體聚合<含氣相聚合>、乳液聚合<含微懸浮聚合>、溶液聚合。懸浮聚合氯乙烯懸浮聚合系溶有引發(fā)劑的VCM在攪拌作用下,分散成液滴狀,懸俘于水中的聚合過程,水中溶有或分散有分散劑,懸浮聚合除了遵循自由基聚合機(jī)理和液-液分散成粒機(jī)理一般規(guī)律外,還有其特殊性。平均分子量和顆粒特性是懸浮聚合PVC兩大主要質(zhì)量指標(biāo)。氯乙烯聚合反應(yīng)式為：nCH2＝CHCl→<CH2-CHCl>n+96.3～108.9kJ/mol<2-16>在常溫下,VC為氣體<BP為－13.4℃根據(jù)VC懸浮聚合配方需要、聚合產(chǎn)物的物理和化學(xué)性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)等要求,以聚合為核心,組織與之相適應(yīng)的聚合前準(zhǔn)備和后處理等工序及設(shè)備,制定穩(wěn)定生產(chǎn)的操作制度和工藝參數(shù),是PVC生產(chǎn)的前提。懸浮法PVC生產(chǎn)工藝過程雖經(jīng)歷多次技術(shù)變革,但仍然是由原材料及助劑配制、聚合、單體回收及汽提、離心干燥及包裝等工序組成,如圖2-5所示。圖2-5懸浮法PVC生產(chǎn)工藝過程示意圖本體聚合氯乙烯本體聚合是僅在單體和引發(fā)劑存在下進(jìn)行,無分散劑、表面活性劑等助劑,樹脂純凈,不用水作介質(zhì),聚合結(jié)束后,毋須干燥,流程簡(jiǎn)單,得到的懸浮法和本體法PVC樹脂的顆粒結(jié)構(gòu)、性能和用途相似,粒徑約為100～150微米,屬通用樹脂,廣泛用來制造PVC軟、硬質(zhì)制品,主要用作電絕緣材料,工業(yè)、民用和農(nóng)用薄膜,硬質(zhì)管材等。兩種樹脂在使用中也存在細(xì)小差別,例如本體法和懸浮法兩種聚合物都可用于硬質(zhì)管材的生產(chǎn),但本體法PVC樹脂最好用于硬質(zhì)注塑制品,而懸浮法PVC樹脂則適合于擠出和吹塑成型。乳液聚合糊用或乳液PVC聚合物一般采用乳液聚合或微懸浮聚合方式生產(chǎn)。氯乙烯乳液聚合是在單體、水溶性引發(fā)劑、乳化劑、水以及其他助劑存在下進(jìn)行,而微懸浮聚合與乳液聚合法相似,只是采用油溶性引發(fā)劑。成糊性和糊粘度以及熱穩(wěn)定性是這類產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo),兩種PVC樹脂的初級(jí)粒徑為微米級(jí)經(jīng)噴霧干燥后,聚結(jié)成粒子的分布很寬<1～100微米>,主要用作糊樹脂。糊樹脂和增塑劑一起攪拌時(shí)形成穩(wěn)定的糊,生產(chǎn)最終制品,主要應(yīng)用是涂布加工成PVC壁紙、人造革、泡沫地板等；乳液聚合物由于凝膠化速度較快,主要用于擠壓出產(chǎn)薄型復(fù)雜型材。溶液聚合氯乙烯溶液聚合雖然曾在早期即被采用,但目前僅限于聚合物溶液直接使用的場(chǎng)合。氯乙烯溶液聚合是在單體、引發(fā)劑和溶劑存在下進(jìn)行,聚合反應(yīng)散熱和控制容易,該聚合方法主要用來生產(chǎn)涂料。在此領(lǐng)域內(nèi),多將氯乙烯與第二、三單體共聚,上述共聚物溶液當(dāng)涂料使用時(shí),溶劑散失,污染環(huán)境,因此逐漸被懸浮法或乳液法所取代。聚合方法的確定在上述四種方法生產(chǎn)的樹脂中,以懸浮聚合法樹脂產(chǎn)量最高,占總量的80%,乳液法和微懸浮法占10%,本體法占10%。本次設(shè)計(jì)選用懸浮聚合方法來進(jìn)行聚合反應(yīng)。原因如下：〔1工藝先進(jìn),較以前方法有很大改進(jìn)?！?應(yīng)用廣泛,產(chǎn)量高。2.3氯乙烯單體的生產(chǎn)工藝HgCl2HgCl2/130～180℃CH2≡CH2+HClCH2＝CHCl+124.8kJ/mol<2-17>氯乙烯生產(chǎn)條件的選擇生產(chǎn)條件選擇主要是選擇分子比〔配料比、空速〔投料速度的特征值、催化劑、反應(yīng)溫度、壓力和原料純度等。選擇時(shí)以盡量達(dá)到產(chǎn)量高、質(zhì)量好、消耗定額低、工藝流程短、操作方便安全等要求為原則?！?分子比〔配料比已由實(shí)踐證明：總壓1大氣壓左右、溫度在130～180℃之間、C2H2與HCl分子比1：1時(shí),反應(yīng)速度可滿足生產(chǎn)要求。當(dāng)=時(shí)與/=1.1和/=1.1時(shí),其反應(yīng)速度都相差不大,亦即對(duì)于這兩種原料來說它們的摩爾比無論是采用相等還是其中任一種過量一些,反應(yīng)速度都能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。另外,根據(jù)熱力學(xué)質(zhì)量作用定律,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)VC的分壓與C2H2和HCl的分壓乘積之比為一常數(shù)：KP=PVC/<·>。這說明C2H2、HCl這兩種原料的平衡分壓或平衡濃度是相互制約的,當(dāng)采用其中某一種原料過量時(shí),就必然會(huì)使另一種原料的限度轉(zhuǎn)化率提高。現(xiàn)在的問題是究竟選擇何種原料過量及過量多少對(duì)生產(chǎn)VC有利,選擇C2H2過量如何？C2H2過量將有如下不利方面：第一：C2H2比HCl價(jià)格昂貴,經(jīng)濟(jì)上較不合算；第二：乙炔過量了會(huì)使HgCl2還原成Hg2Cl2或Hg。這樣,催化劑逐漸失去活性,并生成副產(chǎn)物。第三：C2H2過量時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物中乙炔含量增高,將增加精餾塔的負(fù)荷,而且往往會(huì)導(dǎo)致VC單體中乙炔含量增高,影響聚合。根據(jù)以上三點(diǎn)理由,不應(yīng)當(dāng)C2H2過量,而應(yīng)當(dāng)HCl過量。HCl價(jià)廉易得,采用加大HCl用量的方法可以提高C2H2的轉(zhuǎn)化率,降低粗VC中的乙炔含量,利于精制。過量的HCl通過水洗堿洗也較易除掉。但HCl過量的太多也不合理。因HCl過量的太多,會(huì)使反應(yīng)中生成的VC進(jìn)一步與HCl反應(yīng)生成多氯化物。這樣,產(chǎn)品的收率和質(zhì)量下降；還會(huì)增加清凈工段的負(fù)擔(dān),浪費(fèi)化工原料。目前一般認(rèn)為合成VC時(shí)C2H2與HCl的摩爾比控制在1：1.05～1.10即HCl過量5～10%為宜?！?空間速度空間速度簡(jiǎn)稱空速,它是流動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)加料速度的量度。用SV表示。對(duì)于均相反應(yīng),空速是指單位時(shí)間內(nèi)對(duì)單位反應(yīng)容積所投入的反應(yīng)混合物的體積。對(duì)非均相催化反應(yīng),空速為單位時(shí)間內(nèi)流過單位體積催化劑的原料體積。其單位常用m3原料/h·m3催化劑。在作設(shè)計(jì)計(jì)算或表達(dá)技術(shù)指標(biāo)時(shí),原料體積除可用反應(yīng)混合物的體積計(jì)算外,還可用其中某一種原料物質(zhì)的體積計(jì)算,合成VC的空速是以乙炔空速標(biāo)記的。經(jīng)實(shí)踐證明,若空速較高時(shí),反應(yīng)物與催化劑接觸時(shí)間較短,乙炔轉(zhuǎn)化率低；反之,空速較低時(shí),乙炔轉(zhuǎn)化率較高。采用列管式固定床作轉(zhuǎn)化器,在一定的溫度、壓力、分子比等條件下,要使乙炔轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%左右時(shí),空速應(yīng)該控制在一定值。經(jīng)過大量試驗(yàn)和生產(chǎn)結(jié)果表明,生產(chǎn)上當(dāng)溫度為130～180℃,壓力為1.5大氣壓時(shí),/=1.05～1.10/h,采用45m3C2H2/m3·催化劑·h的空速較為適宜。但在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)過程中,空速一般控制在30～60m3C2H2/m3·催化劑·〔3催化劑及催化劑的選擇催化劑作用的主要特點(diǎn)是：催化劑能使反應(yīng)速度加快,從而使實(shí)際轉(zhuǎn)化率向限度轉(zhuǎn)化率趨近,但不能改變反應(yīng)方向、平衡常數(shù)和限度轉(zhuǎn)化率；其次催化劑具有選擇性,就是說某一種催化劑只對(duì)或主要對(duì)所有可能進(jìn)行的種種反應(yīng)中的某一種反應(yīng)其催化作用；再次,催化劑再使用中會(huì)"衰老","中毒"。即催化活性會(huì)在使用中逐漸下降,或由于某些微量雜質(zhì)使催化劑很快失去活性。在化工生產(chǎn)中選擇催化劑和合理地使用催化劑很重要,目前人們主要是通過實(shí)驗(yàn)來篩選合適的催化劑。由C2H2和HCl合成VC的反應(yīng),目前為止已從小型試驗(yàn)和動(dòng)力學(xué)的研究得到這樣的結(jié)果：AgCl、ThCl4、HgCl2/C、BaCl2/C、CuCl2/C、HgCl/C、PtCl4/C、BiCl3/C、CdCl2/C、ZnCl2/C等都對(duì)反應(yīng)有催化活性,其中以活性炭為載體的氯化汞催化劑HgCl2/C的活性和選擇性最高。雖然HgCl2/C在合成VC上直至今天被認(rèn)為是最好的催化劑,但HgCl2很毒,對(duì)工人的健康和環(huán)境衛(wèi)生若不注意就會(huì)有嚴(yán)重的影響。因此在使用時(shí)要認(rèn)真注意對(duì)工人的防護(hù)；對(duì)廢催化劑要做妥善處理。露天堆放固然不能允許,掩埋地下也不行,因吸附在活性炭上的HgCl2會(huì)慢慢溶入地下水而滲入到江河里造成污染。據(jù)報(bào)道采用高溫是廢催化劑中的HgCl2升華回收的辦法是可行的。當(dāng)然為了更優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和減輕環(huán)境污染今后應(yīng)繼續(xù)努力尋找低毒高效的新催化劑?？紤]到活性和選擇性本次設(shè)計(jì)仍選用HgCl2/C催化劑。〔4反應(yīng)溫度的選擇在熱力學(xué)分析中已經(jīng)指出,由C2H2和HCl合成VC反應(yīng)的理論轉(zhuǎn)化率雖然隨溫度的升高而降低,但即使180℃考慮到活性和選擇性本次設(shè)計(jì)仍選用HgCl2/C催化劑。表2-1溫度對(duì)乙炔轉(zhuǎn)化率的影響t<℃>P<大氣壓>/w/Fα<%>13011.06442.092.310011.0541.873.7可見溫度過低不好,130℃時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)化率比100℃時(shí)高的多。從溫度升高對(duì)理論轉(zhuǎn)化率降低不多,反應(yīng)速度卻大大加快,實(shí)際轉(zhuǎn)化率顯著提高來看,應(yīng)該是使合成反應(yīng)在高于180℃的溫度下進(jìn)行更好些,但是在180℃以上的高溫條件下,HgCl2所以,合成的溫度選擇在130-180℃范圍為宜。當(dāng)催化劑較新,催化活性高時(shí),溫度可控制在130-150〔5壓力的選擇由乙炔和HCl合成VC的反應(yīng)是一個(gè)縮減體積的反應(yīng),據(jù)呂查德定律,增加壓力有利于提高乙炔的理論轉(zhuǎn)化率。利用質(zhì)量作用定律可以具體計(jì)算出增高壓力時(shí)轉(zhuǎn)化率提高值。從反應(yīng)速度來看,增加壓力亦有利。但在高壓下乙炔易爆炸,生產(chǎn)上不如常壓下安全。高壓下生產(chǎn)還將增加動(dòng)力消耗,對(duì)設(shè)備的要求也較高。前面已經(jīng)說明,在常壓下合成VC,理論轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到99%以上,而且在130～180℃的溫度下,常壓下反應(yīng)速度已可滿足要求,因此合成VC不必用高壓,常壓即可。國(guó)內(nèi)一般選用1.2～1.5大氣壓〔絕壓?！?原料氣純度乙炔在高溫高壓下、或與某些物質(zhì)混合時(shí),具有強(qiáng)烈的爆炸能力。如與氯氣混合時(shí)在光照下就能爆炸。乙炔的化學(xué)性質(zhì)極其活潑,可與水發(fā)生加成反應(yīng)；可與氧發(fā)生氧化反應(yīng)；可與氯化氨發(fā)生聚合反應(yīng)；硫、磷等雜質(zhì)可使催化劑中毒而失去活性。如N2、CO2等惰性氣體雖不參與反應(yīng),但含量多了會(huì)起稀釋作用,使乙炔轉(zhuǎn)化率降低；同時(shí)將增加精餾提純等工序的負(fù)擔(dān)；而且隨尾氣放空量的增加,VC的夾帶損失亦增加。因此惰性氣體的含量不能多,應(yīng)越少越好。氯乙烯制備的工藝流程〔1混合脫水和合成系統(tǒng)混合脫水和合成系統(tǒng)的工藝流程如圖2-6所示。圖2-6混合脫水和合成系統(tǒng)工藝流程1－乙炔頂冷器；2－混合器；3a,3b－石墨冷凝器；4a,4b－酸霧捕集器；5－預(yù)熱器；6a－第Ⅰ組轉(zhuǎn)化器；6b－第Ⅱ組轉(zhuǎn)化器由乙炔裝置送來的精制乙炔氣,經(jīng)砂封和乙炔預(yù)冷器預(yù)冷后,與氯化氫裝置送來的干氯化氫,經(jīng)緩沖器通過流量計(jì)調(diào)節(jié)分子配比<乙炔/氯化氫=1/1.05～1.1>,在混合器中充分混合后,進(jìn)入串聯(lián)的石墨冷卻器,用－35℃鹽水<尾氣冷凝器下水>間接冷卻,混合氣中水分一部分則以40%鹽酸排出,部分則夾帶于氣流中,進(jìn)入串聯(lián)的酸霧過濾器小,由硅油玻璃棉捕集分離,然后該氣體經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱,由流量計(jì)控制進(jìn)入串聯(lián)的第Ⅰ組轉(zhuǎn)化器。借列管中填裝的吸附于活性炭上升汞催化劑,使乙炔和氯化氫合成轉(zhuǎn)化為氯乙烯,第一組出口氣中尚有20～30%未轉(zhuǎn)化乙炔,再進(jìn)入第2組轉(zhuǎn)化器6b繼續(xù)反應(yīng)。使出口處未轉(zhuǎn)化的乙炔控制在3%以下。第Ⅱ組轉(zhuǎn)化器<可由數(shù)臺(tái)并聯(lián)操作>填裝活性較高的新催化劑,第Ⅰ組轉(zhuǎn)化器<也可由數(shù)臺(tái)并聯(lián)操作>則填裝活性較低的,即由第Ⅱ組更換下來的舊催化劑。合成反應(yīng)的熱量,系通過離心泵送來的95～100℃左右的循環(huán)熱水移去。在合成轉(zhuǎn)化器系統(tǒng),小型裝置由于轉(zhuǎn)化器臺(tái)數(shù)少,如3～4臺(tái),也有采用可串聯(lián)可并聯(lián)的流程,遇個(gè)別轉(zhuǎn)化器損漏時(shí)可以靈活切換。〔見《聚氯乙烯工藝學(xué)》P29〔2凈化壓縮系統(tǒng)見圖2-7給出了合成后氯乙烯氣體的凈化壓縮系統(tǒng)工藝流程。圖2-7粗氯乙烯凈化壓縮系統(tǒng)工藝流程1－汞吸附器；2－水洗泡沫塔；3－堿洗泡沫塔；4－氣柜；5－冷堿塔；6－機(jī)前預(yù)冷器；7－水分離器；8－氯乙烯壓縮機(jī)；9－機(jī)后冷卻器前述第二組轉(zhuǎn)化器排出的氯乙烯氣中,含有因高溫升華數(shù)量可觀的氯化高汞化合物。在填裝活性碳的汞吸附器中除去,然后由石墨冷凝器將合成氣冷卻到15℃以下,進(jìn)入水洗泡沫塔回收過量的氯化氫。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋,一次<不循環(huán)>連續(xù)吸收后制得20%的鹽酸,由塔底借位差流入鹽酸大貯槽供灌裝外銷。氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔出去殘余的微量氯化氫后,送至氯乙烯氣柜,氣柜中氯乙烯經(jīng)冷堿塔進(jìn)一步除去微量酸氣體,至機(jī)前預(yù)冷器和水分離器。分離出部分冷凝水。往復(fù)式壓縮機(jī)加壓至0.49～0.59MPa<表壓>,并經(jīng)機(jī)后油分離器、冷卻器及分離器等設(shè)備。進(jìn)一步除去油及水后送精餾系統(tǒng)。水洗泡沫塔后,可串聯(lián)第