萬噸生產(chǎn)工藝流程工廠設計

流程。3.物料衡算、熱量衡算。4.重要設備的設計和選型.5.重要管道的設計及選型。6.三廢處理安全與防火技術。圖紙：1.帶控制點的物料流程圖。2.車間平面布置圖。3.重要設備的裝配圖。4.廠區(qū)平面圖tonsperyearwascompleteaccordingtotheinformationofZhuzhouequilibriumofmaterialandequilibriumofhdevelopmenthistoryandtrendencyofproducingPVCandVC,2theproductionprincipleandprocessofsynthesisconstructionsection,3thecalculationofthebalanceofmaterialandcalculationofheatquantity,aboutthemainpipelines,6thedisposalo照并通過查閱有關的化工生產(chǎn)設計資料對年產(chǎn)30萬噸PVC的氯乙烯聚合合成工中文摘要 i英文摘要 2pvc性質(zhì) 23我國pvc生產(chǎn)消費現(xiàn)實狀況 34建設一種30萬噸/年規(guī)模的pvc廠的可行性 4二、pvc產(chǎn)品及原輔材料闡明 4 4 4去離子水 5分散劑 7其他助劑 7三、工藝路線的選擇和簡介 81工藝路線的選擇 2工藝流程簡介 9四、物料衡算 1合成段計算 2聚合段計算 1衡算措施 2計算 26 1合成車間的設備計算 2聚合車間的設備計算 481合成段 482循環(huán)水管 3聚合段 51 531基本計算 2產(chǎn)品成本及部分廠家的成品價格 九、三廢的產(chǎn)生及處理 551氯化汞觸媒的產(chǎn)生中毒機理及處理 2尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生中毒機理及處理 3廢水的處理 4其他三廢的處理 58參照文獻 59物，含結晶度5%—10%的微晶體，熔點為175,目前商品化的PVC樹脂的平均相早在1835年，法國人Regnaukn就發(fā)現(xiàn)了氯乙烯(vinylchloride),1838年觀測到其在光作用下能形成無定形粉狀高聚物。直到1912～1923年，德國化學家F.Klate和E.Zacharia才發(fā)現(xiàn)稱PVC)的工業(yè)生產(chǎn)措施，較大規(guī)模的乳液聚合則到1935年才由Bitterfeld實始發(fā)展，1940年全世界產(chǎn)量為1.1萬噸，1950年為22萬噸，1960年達145萬噸，1970年為600萬噸，1980年1000萬噸，1990年為1500萬噸，近期估計在我國聚氯乙烯工業(yè)起步于20世紀50年代末，第一套聚氯乙烯裝置在錦西化工廠于1958年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力在3000噸/年。1959年，國內(nèi)建成4個生產(chǎn)能力6000噸/年的聚氯乙烯廠，即北京化工二廠、上海天原化工廠、天津化工廠、天津大沽化工廠，1970年國內(nèi)聚氯乙烯樹脂廠增長到20家，但規(guī)模都叫小，1978年從日本東洋工程企業(yè)引進了兩套20萬噸/年聚氯乙烯廠，分別在齊魯石化企業(yè)和上海吳涇建廠。進入20世紀90年代北京化工二廠、上海氯堿、天PVC可分為軟PVC和硬PVC。其中硬PVC大概占市場的2/3,軟PVC占保留時間長，因此具有很大的開發(fā)應用價值。軟質(zhì)PVC多用來做成真空吸塑薄裝、醫(yī)藥電線電纜、薄膜和片材、傳送帶、日用品(鞋、玩具、門簾、密封條)人造革及箱包等諸多行業(yè)。其中建材行業(yè)占的比重最大，為60%,另一方面是包等以及穿線管、電纜絕緣、塑料門窗、塑料袋等方面。在我們的平常生活領域中到處可見到PVC產(chǎn)品。PVC被用來制作多種仿皮革，用于行李包，運動制品，如籃球、足球和橄欖球等。物理性質(zhì)(2)密度和表觀密度PVC平均密度為1.4g/cm2,實際上它很分散。密度(2)熱性能一般的PVC玻璃化溫度Tg在75～175℃,因而一般加工溫度在160～220℃。PVC加熱到130℃以上時變?yōu)槠じ餇睿砂咨優(yōu)榈S色→深黃色→棕色→黑色。在20(3)光性能純聚氯乙烯在紫外線單色光的照射下顯示藍綠熒光色，在長生產(chǎn)現(xiàn)實狀況近年來，中國聚氯乙烯(PVC)發(fā)展速度驚人，市場需求將展現(xiàn)迅猛增長的態(tài)勢，尤其是在建材方面，近年來正處在高速增長期，伴隨中國市場國際化的步伐加大，聚氯乙烯樹脂包裝材料和管材在水泥、化肥、糧食、食品、飲料、藥物、洗滌劑、化妝品等領域都將有廣闊的發(fā)展空間，其需求量對應大幅度增長；此外，汽車、通訊、交通領域對聚氯乙烯樹脂的需求也呈高速增長，中國聚氯乙烯樹脂工業(yè)仍有較大的發(fā)展空間。因此新建、擴建項目紛紛上馬，產(chǎn)能迅速擴大，產(chǎn)量大幅提高。1997-2023年，中國PVC產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別高達22.2%和20.0%。2023年全國聚氯乙烯樹酯合計產(chǎn)量為823.86萬噸；2023年全國聚氯乙烯樹酯合計產(chǎn)量到達971.67萬噸；由于受世界金融危機及原材料等原因的影響，國內(nèi)消費市場的疲軟，2023年全國聚氯乙烯樹酯合計產(chǎn)量為881.6萬噸，同比下降9.27%,裝置動工率僅為57.8%。2023年有所回升。消費現(xiàn)實狀況20世紀90年代中期以來，伴隨我國城鎮(zhèn)化基礎建設、包裝材料、電子電器脂工業(yè)及其加工業(yè)的發(fā)展。2023年人均消費量3kg左右，2023年到達7kg左右，生產(chǎn)國。自1996到2023年12年翻了4番，遠遠高于國內(nèi)同期的GDP增長率，長。2023年我國PVC樹脂的表觀消費量只有534.40萬噸，2023年到達約820.05萬噸，2023年深入增長到約918.09萬噸，同比增長約11.9%,2023-2023年表觀消費量的年均增長率約為11.4%。2023年的表觀消費量到達1026.76萬噸，同比增長約11。8%。產(chǎn)品自給率對應從2023年的54.6%增長到2023年81.5%,2023年的89.7%,2023年的94.6%,2023年受國際金融危機的影響，表觀消費量急劇下降。2023年，在國家4萬億經(jīng)濟投入刺激下，國家加大基礎地區(qū)，廣東、浙江、福建、山東和江蘇等省份的消費合計約占全國總消費量的70%,其中，廣東和福建省市場需求量最大，但產(chǎn)能局限性，進口PVC所占比費量約占國內(nèi)總消費量的34%;華北地區(qū)產(chǎn)銷基本平衡。此后，伴隨中西部地37%,重要包括電線電纜、多種用途的膜(根據(jù)厚度不一樣可分為壓延膜、防水卷材、可折疊門等)、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類軟管、手套、玩具、塑料鞋以及某些專用涂料和密封件等。二是硬制品，約占總消費量的63%,重要包括多種型材、管材、板材、硬片和瓶等。估計此后幾年，我國PVC樹脂的需求量將以年均約7%的速度增長，到2023年總消費量將到達約1350萬t,其中，硬制品的年均增長速度將到達約7%,而在硬制品中，異型材和管材的發(fā)展速度增長最快，年均增長率將到達約10%。未來我國PVC樹脂消費將繼續(xù)以1.4建設一種30萬噸/年規(guī)模PVC廠的可行性了更好的抓住機遇，因此建設一種20萬噸/年規(guī)模的PVC生產(chǎn)裝置既響應國家第二章PVC原輔材料闡明電石是由碳和氧化鈣(生石灰)在電阻電弧爐內(nèi)于高溫條件下化合而成的，因此它的化學名叫碳化鈣，分子式CaC?,分子量64.10kg/mol。(2)18℃時的比重為2.22,電石比重伴隨CaC,含量的減少而增長。(3)不溶于所有有機溶劑中，熔點2300℃(純電石),含CaC?80%時熔點(4)電石與水作用生成乙炔和氫氧化鈣。C少許2.1.3電石的原則原料電石的技術條件、檢查規(guī)則、檢查措施和包裝等都必須負荷國標GB10665—2023的規(guī)定。(1)技術規(guī)定國標有關技術條件見表3.1表2.1電石國標的技術條件優(yōu)等品指標一等品合格品發(fā)氣量(20℃、101.3kpa/)/(L/kg)≥乙炔中磷化氫的體積分數(shù)/%≤乙炔中硫化氫的體積分數(shù)/%≥≥≤5(2)檢查規(guī)則電石批次劃分和采樣桶數(shù)比例按表3.2進行。表3.2電石批次劃分和采樣桶數(shù)比例批次/t0876065432.2氯化氫2.2.1氯化氫的分子式HCl,分子量36.5kg/mol。2.2.2氯化氫的性質(zhì)(3)在干燥狀態(tài)下幾乎不與金屬作用，但在含水或溶于水時，體現(xiàn)鹽酸的C?H?CL,分子量62.51kg/mol。(1)常溫常壓下為無色氣體。帶有芳香氣味(2)屬易燃易爆物質(zhì)，遇火焰即可燃燒爆炸，在空氣中爆炸范圍為3.8~29.3%,故在有氯乙烯存在的地方都要嚴禁煙火及撞擊火花的產(chǎn)生。(3)有毒，對人體有麻醉作用，長時間接觸VC氣體可使人致癌。(4)在氯乙烯系統(tǒng)若有氧氣存在則生成過氧化物，給后處理導致困難。O?(5)氯乙烯性質(zhì)活潑，它能起加成反應，易起聚合反應，它能與丁二烯、(6)氯乙烯難溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。pH應在5～8.5范圍，硅膠含量≤0.2mg/L。由于氯乙烯懸浮聚合溫度為50～60℃上下，應根據(jù)反應溫度選擇合適的引起劑，其原則為在反應溫度條件下引起劑的半衰期大概為2h者，反應時間為最2.7其他助劑第三章工藝路線的選擇和簡介3.1工藝路線的選擇聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯在引起劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，也是到目前為止，世界上PVC生產(chǎn)的聚合工藝重要有5種，即懸浮、本體、乳藝中，懸浮聚合占87.8%,本體聚合占4.4%,乳液和微懸浮聚合占6.4%,溶液聚合占1.4%。與美國相比，西歐乳液和本體聚合的比例較大，而日本則懸浮多種生產(chǎn)工藝簡介高效引起劑，在62～75℃下強烈攪拌下使氯乙烯聚合的轉化率為8%時，輸送至聚合釜中，在加入低效引起劑的等量單體，在約60℃下，慢度攪拌，繼續(xù)聚合至轉化率達80%時，停止反應。本體聚合時在氯乙有引起劑。生產(chǎn)的PVC樹脂純度較高，質(zhì)樣的分散劑，可以得到顆粒構造和形態(tài)不一樣的兩類樹脂。國產(chǎn)牌號分為SG-疏松型(“棉花球”型)樹脂；XJ-緊密型(“乒乓球”型)樹脂。疏松型樹脂吸(3)乳液聚合。氯乙烯單體在乳化劑作用下，分散于水中形成乳液，再用緣性能差，成本高。該樹脂常用于PVC糊(4)微懸浮聚合。使用油性引起劑，在用乳化劑分散、穩(wěn)定的細小氯乙烯就以上5種重要聚合工藝來講，通過幾種措施3.2工藝流程的簡介樓，送到發(fā)生器加料貯存，用v,置換其中的乙炔氣后，電石在繼續(xù)通v,的狀況(2)清凈。由發(fā)生器送來并經(jīng)冷卻的乙炔氣，經(jīng)水環(huán)壓縮機加壓到的摩爾比[H:Cl=(1.05～1.1):1]進入合成爐燈頭的內(nèi)管，由下二上經(jīng)石英燈頭上的斜孔均勻地和外套管的氫氣混合燃燒。燃燒時火焰溫度到達2000℃左右，或散熱翅片散熱，到爐頂出口，溫度降到100～150℃,再進入上蓋帶冷卻水箱的石墨冷卻器，用冷卻水將氯化氫氣體冷卻到40～50℃左右，由下底蓋排出，將氣體冷卻到-12℃~-18℃后，進入酸霧分離器，氣體中夾帶的40%鹽酸霧沫由體經(jīng)緩沖器進入納氏泵壓縮，借泵內(nèi)濃度93%以上的硫內(nèi)在-35℃鹽水下進行冷卻到-14℃±2℃,C?H?、HCL混合氣體在此溫度下，部分水份以40%左右的酸霧析出，部分酸霧夾帶于經(jīng)堿洗塔，出去殘存的微量HCL后進入帶液，經(jīng)螺桿壓縮機加壓到0.5~0.6MPa(表壓),經(jīng)機后冷卻器除去夾帶水和油入低沸塔。低沸塔釜加熱器將冷凝液中低沸物蒸出，經(jīng)塔尾氣冷凝器未冷凝的氣體經(jīng)變壓吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性氣體排到的1,1二氯乙烷(EDC)為主的高沸物進入殘液槽，定期壓送廢液處理塔，將殘液中的二氯乙烷精制，包裝外銷，未凝VC其他回+5℃水系統(tǒng)。從液氨槽出來的液氨通過5℃水分蒸發(fā)器內(nèi)汽化的氨背螺桿氨壓機抽走，經(jīng)壓縮到1.5Mpa(表壓)左右的過熱氣-35℃鹽水系統(tǒng)。從液氨貯槽出來的液氨首先進入經(jīng)濟冷卻器過冷后，獲得的低溫液氨經(jīng)鹽水分派臺節(jié)流膨脹進入蒸發(fā)器盤管，吸取管外鹽水的熱量而氣化，是管外鹽水溫度減少，合格的-35℃鹽水由泵送在池內(nèi)加工業(yè)水，再加氯化鈣，將鹽水比重調(diào)制1.28～1(6)溴化鋰系統(tǒng)溴化鋰制冷是以蒸汽為動力，運用“溴化鋰與水”構成的二元溶液為工質(zhì)對，在真空狀態(tài)下，水蒸發(fā)作為制冷劑，從而吸取載冷劑(冷媒水)熱負荷，到達所需的合格7℃水送到合成工序。溴化鋰水溶液作為吸烈地吸取水蒸汽，通過高溫(蒸汽)將水份釋放和循環(huán)水冷卻吸取，周而復始實冷料漿冷卻后至離心干燥崗位。由塔頂出來的VCM/H?O混合氣體通過塔頂冷因聚合反應的收率≤85%,故釜內(nèi)有未參與聚合反應的氯乙烯單體，通過聚合釜及排放槽泄壓后仍有0.3～0.5MPA的余壓，可直接用5℃水和-35℃鹽水通由氣提塔出來的PVC料漿，以離心機分離大部分水份后得到約含水20%~25%的濕PVC樹脂，之后由螺旋輸送器送到干燥系統(tǒng)進行干燥。樹脂干燥器采用脈沖氣流干燥塔及旋風干燥床，熱風為干燥熱源，干燥好的PVC從圓盤振動篩篩選后被羅茨鼓風機抽如料倉。料倉里的PVC成品經(jīng)全自動縫包、稱重、碼垛、分析合格后入庫。第四章物料衡算4.1合成段的計算4.1.1計算根據(jù)(1)生產(chǎn)能力年產(chǎn)30萬噸的聚氯乙烯年工作日：以300天計算∵聚合物一般進行到轉化率為85%～90%2,再加上在洗滌樹脂、包裝工段的損失，這里取轉化率為88%。x·88%x=4.17×10*/88%=4.74∴每小時要合成氯乙烯4.74×101kg(2)化學反應式(產(chǎn)量非常小，可忽視不計)(3)倒推法計算精餾：(氯乙烯的收率：99.5%)4.74×10^/99.5%=4.762×10'kg=轉化器：(乙炔轉化率：95%)761.92/95%=802kmol/h∴進氣中CH=CH需802kmol=2.0852×10'kg/h4.1.2混合器的物料衡算圖4.1混合器的物料衡算方框圖CH=CH和HCl的摩爾比為：1:1.05～1.1。(1)進料表4.1進料氣構成進料氣組分乙炔氣氯化氫氣進混合器需氯化氫氣：802×1.08/99.8%HCl:802×1.08=866.16kmol/h=31614.80:867.895×0.1%=0.868kmoH?0:804×0.25%+867.895×0.1%=2.88kmol/h=51.HCl:866.16kmol/h=31614.8表4.2混合器物料衡算表出料總物料總物料4.1.3石墨冷卻器下下圖4.2石墨冷卻器物料衡算方框圖根據(jù)：在石墨冷卻器中，用-35℃鹽水(尾氣冷凝器下水)間接冷卻，來自混合器的混合氣中水分一部分以40%鹽酸的形式排出，其他的則夾帶于氣流中。設混合氣中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%。HCl:866.162kmol/h=31614H0:2.88×(1-30%)=2.016kmol/h=36.28(3)石墨冷卻器物料衡算表表4.3石墨冷卻器物料衡算表出料鹽酸∑∑4.1.4多筒過濾器根據(jù)在多筒過濾器中，采用3%～5%憎水性有機硅樹脂的5～10um細玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。設：鹽酸為40%,除水量為80%4.1.6轉化器(3)多筒過濾器物料衡算表表4.4多筒過濾器物料衡算表出料質(zhì)量/kg鹽酸∑∑4.1.5石墨預熱器表4.5石墨預熱器物料衡算表出料Z圖4.3轉化器物料衡算方框圖根據(jù)氯乙烯產(chǎn)率為99.46%,二氯乙烷產(chǎn)率0.54%,乙炔轉化率為95%。[3](1)進料構成為HC1:31585.CH?=CHCl:(20852÷26)×95%×99.46%×62.5=CH=CH:20852×(1-95%)=HCl:31585.1184-(47361.6÷62.5+2×407.3÷99)(3)轉化器物料衡算表表4.6轉化器物料衡算表W/%出料∑∑誤差分析：(52472.146-52472.14)/52472.146×100%=0.0000114%4.1.7除汞器表4.7除汞器物料衡算表出料Z∑4.1.8水洗泡沫塔(不循環(huán))接觸可得40%的鹽酸。設HCl的回收率為98%。水洗塔40%鹽酸圖4.4水洗塔物料衡算方框圖(1)進料(2)出料HC1:3625.6124×(1-98%)回收的鹽酸：3625.6124×98%/H?0:8297.8246-11843.667×7(3)水洗泡沫塔物料衡算表表4.8水洗泡沫塔物料衡算表W/%出料鹽酸∑4.1.9堿洗泡沫塔NaOH溶液圖4.5堿洗泡沫塔物料衡算方框圖根據(jù)：用5%～10%的NaOH溶液除去余下的氯化氫氣體。取10%的NaOH溶液除氯化氫氣體。(1)進料NaOH溶液：(72.5/36.5)×40/10%=794.52kg(2)出料HCl被堿液吸取，從而出料氣中不含HCl氣體NaCl溶液：794.52+72.5=867.02kg(3)堿洗泡沫塔物料衡算表表4.9堿洗泡沫塔物料衡算表出料∑∑表4.10合成段總物料衡算表出料30%鹽酸40%鹽酸(多筒)40%鹽酸(石墨)E∑誤差分析：(61631.53-61631.519)/61631.53×100%=0.0000178%,在容4.2.1聚合釜設生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量：30萬噸；設一年動工300天，每天分三批生產(chǎn)，聚合物一般進行到轉化率為85%～90%2l(本設計中取88%)水圖4.6聚合釜物料衡算方框圖(1)進料計算其中無離子水：氯乙烯單體=1.5:1(參照株化的生產(chǎn)資料的數(shù)據(jù))因此：無離子水的質(zhì)量：M?=378.79×103×1.5=568.18×103kg此外：助劑質(zhì)量：氯乙烯單體質(zhì)量=0.05:100(參照株化數(shù)據(jù))因此：助劑質(zhì)量：M?=378.79×10°kg×5(2)出料的計算產(chǎn)生的聚合物的質(zhì)量：M?=M?×88%=378.79×102kg×88%=333未反應的氯乙稀單體損失約為1%(由懸浮液液相吸附，懸浮液故固相吸附，清釜用料)因此：損失的單體質(zhì)量：M?=M?×1%=378.79×10°kg×1%=3.7879×10°kg剩余的氯乙烯單體質(zhì)量：M3=M?-Mi'-M?=378.79×102kg-333.336×103kg其中無離子水和助劑的質(zhì)量沒有變化出料的樹脂懸浮液質(zhì)量：M=Mi+M3+M?+M?=333.336×10kg+41.666×可得M+M?=943.37×10kg+3.7879×102kg=947.16×103kg=M(3)聚合釜的物料衡算表表4.11聚合釜的物料衡算表出料氯乙烯聚氯乙烯水氯乙烯助劑水助劑氯乙烯單體損失∑∑4.2.2出料槽圖4.7出料槽物料衡算方框圖在此過程中進料為樹脂懸浮液，在此過程是除去未反應總量來計算)將起回收至單體氣柜中。由于M“+Mm=909.28×103kg+34.09×102kg=943.37×102kg=M’出料氯乙烯聚氯乙烯水氯乙烯助劑水聚氯乙烯助劑氯乙烯回收∑∑水圖4.8氣提塔物料衡算方框圖此過程中回收剩余的占總量的2%的氯乙烯單體，出料為料漿。除去的氯乙烯單體的質(zhì)量：M=378.79×102kg×2%=7.576×10°kg由于M+M=7.576×103kg+901.7×103kg=909.28×102kg=M”因此物料平衡。表4.13出料槽的物料衡算表出料氯乙烯聚氯乙烯水氯乙烯回收助劑水聚氯乙烯助劑2∑4.2.4離心機水水圖4.9離心機物料衡算方框圖此過程重要是除去中間的90%的無離子水和助劑剩余的為聚氯乙稀溶液的質(zhì)量為M=M-M*-M3=901.7×10°kg-511.362×103kg-189.395kg=390.1表4.14聚合段重要物料衡算成果總表(單位：kg/p)氯乙烯單體聚氯乙稀無離子水聚合釜進料378.79×103損失單體3.7879×10除去單體34.09×103除去單體7.576×1035.1衡算措施在熱量衡算中，假如無軸功條件下，進入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應平“-”表達吸熱，“+”表達放熱。設混合物平均熱容近似等于各組分熱容與質(zhì)量分數(shù)乘積之和。即C=Zcw?,表5.1標況下有關物化數(shù)據(jù)表溫度/℃比熱/kcal/(kg·℃)乙炔水蒸氣氯乙烯鹽酸(40%)[5]5.2計算表5.2石墨冷卻器物料衡算表出料鹽酸22Q:進料溫度25℃,則Q?=0Q?:HCl溶于水放出的熱以及水氣液化放出的熱生成40%鹽酸時，HCl的水溶液的生成熱：3544kcal·kmol1=148351.84148351.84×(31614.84表5.3石墨冷卻器熱量衡算表出方/kJ0000冷凝熱鹽酸鹽水吸熱損失∑∑表5.4石墨預熱器物料衡算表出料∑∑Q:進料溫度-13℃,則Q=0Q?=Qz*+Q氧化+Q氧氣+Q水00.236×27.77×(75+13)+1.884×7.=3302956.8+2384802.78+576.7表5.5石墨預熱器熱量衡算表出方/kJ0000蒸汽加熱損失∑2轉化器已知表表5.6轉化器物料表出料△H°(HCl)=-92.36kJ/mol△H°(CH?CHCl?)=-130.01反應混合氣進口溫度75℃,出口溫度110℃,反應溫度160℃.298k的反應熱效應表5.7原則生成熱表(單位：摩爾定壓熱容C,/J·(mol·k)1物質(zhì)名稱摩爾定壓熱容摩爾定壓熱容物質(zhì)名稱=(757.78+4.1)×(99.36×99.46%+172.加入的，CH?為20852kg/26(g/mol)=802kmHCl為31585.1184kg/36.5(g/mol)=865.3460?為27.77kg/32(g/mol)=0.868kmolQ=[C?Ce(CH?)+C?Ce(HC1)+C?C(H?O)+C?C=(802×46.6+865.346×29.1+0.403×33.8+0.868=(37373.2+25181.57+13.62+C?C(H?O)——分別為純CH?和氯化氫含水量之和和水的摩爾定壓反應生成的的，CH?為1042.6kg/26(g/mol)=40.1kmolHCl為3625.6124kg/36.5(g/mol)=99.33kmolH?O為7.2576kg/18(g/mol)=0.403kmolQ=[C?C(C?H?)+C?C(HCl)+C?C(H?O)+C=(40.1×51.1+99.33×29.8+0式中C?Cp(C?H?)——分別為反應后CH?的量和摩爾定壓熱容C?Cry(HCl)——分別為反應后HCl的量和摩爾定壓熱容C?Cpy(H?O)——分別為反應后CH?和氯化氫含水量之和和水的摩爾定壓熱容C?Cp(CH?CHCl)——分別為反應后CH?CHCl的加入量和摩爾定壓熱容C??Cm(CH?CHCl?)——分別為反應后CH?CHCl?的加入量和摩爾定壓熱容熱損失表5.8熱量衡算表輸出QQ8Z25冷卻水消耗已知：鹽水用于石墨冷卻器除去水氣，進口溫度：110℃,110℃時，C水*=4.238kJ(kg·℃)1同種物質(zhì)的平均比熱容Q?由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界互換的熱量(升溫為正，降溫為負),Q:由于物料發(fā)生多種變化，系統(tǒng)與外界的互換的熱量(吸熱為正，放熱為負kJ;Q:由于設備溫度變化，系統(tǒng)與外界互換的熱量(Q?——設備向外界環(huán)境散失的熱量(操作溫度高于環(huán)境溫度為正，操作溫度低于環(huán)境溫度為負),KJ。(2)混合熱和攪拌熱的考慮由于溶質(zhì)的量很少，混合熱可忽視不計。攪拌設備中的物料為低黏度流體，攪拌熱也可忽視不計。(3)回流冷凝器熱負荷的考慮由于反應中嚴格控制反應溫度恒定，冷凝器中的回流量很少，因此對冷凝器熱負荷不予考慮。(4)物料帶入聚合釜的熱量以0℃的一批物料為基準，設進料溫度為20℃,助劑所用的量尤其少，相對于整體反應可以忽視不計，則物料帶入聚合釜的熱量為：(50)聚合反應放出的熱量以一批物料為基準，則聚合反應放出的熱量為：Q?=24.64kJ/kg×333.336×103kg=8(6)物料帶出聚合釜的熱量以一批物料0℃為基準，物料流出的溫度為60℃,則物料升溫所需要的熱量Q?=(568.18×103×4.18+333.336×103×0.9675+41.666×103×1.5(7)反應過程需要加入的熱量根據(jù)熱量衡算進入系統(tǒng)的熱量=出系統(tǒng)的熱量，則為(設熱損失為10%):△Q=(Q?-Q?)/(1-10%)=(16.696×107-5.9545熱水進口溫度為85℃,出口溫度為35℃。(注：數(shù)據(jù)是參照株化集團資料數(shù)冷卻水進口溫度為29℃,出口溫度為26℃。水Cp=4.22kJ/kg.K6.1石墨冷卻器的選型冷凍鹽水流量：113574.77kg/h進口溫度ti:-35℃出口溫度tz:-20℃混合氣進口溫度T?:25℃出口溫度T?:-14℃6.1.2計算兩流體的平均溫度差查文獻得查文獻，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的φ經(jīng)驗值設K=100w/(m2·℃)故取7臺石墨冷卻器，每臺96.12m2查文獻，浮頭列管式石墨換熱器系列參數(shù)組合，A型設備A——換熱管型號公稱面積為105m2>98.91m2故可行.進口溫度T:110℃進口溫度ti:-14℃得查文獻，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的查文獻，浮頭列管式石墨換熱器系列參數(shù)組合，選用換熱管長度為5000mm,公稱直徑1600mm,公稱壓力4Mpa,管程為6H——換熱設備A——換熱管型號公稱面積為335m2>280.69m2故可行.6.3轉化器的設計氯乙烯合成反應器一般采用氣固相固定床列管式反應器，常稱作轉化器。轉化器的重要作用是裝載催化劑，進行合成反應和移走反應放熱，因此規(guī)定轉化器保證傳熱良好，能及時移走反應熱，并且使反應氣體分布均勻，以防止局部過轉化器為一種圓柱形列管式設備，上下為錐形蓋，外殼由鋼板焊接而成。內(nèi)有列管，[1用脹管法固定于兩端花板上，管內(nèi)裝催化劑，管間的兩塊隔板將整個圓柱部分隔為三層，每層均有冷卻水進出口用以通冷卻水，帶走反應熱。上蓋設有氣體分派板，使氣體均勻分派；下蓋內(nèi)襯瓷磚，以防鹽酸腐蝕。下蓋內(nèi)自下而上充以瓷環(huán)、活性炭作為填料，支撐列管內(nèi)的催化劑，防止催化劑粉塵進入管道?？账贋?5～40m3/m3催化劑1h時，轉化率最大反應溫度：新觸媒：150℃,舊觸媒：180℃HgCl?含量：10.5%～12.5%水分含量：不不小于0.3%松裝粒度：540～640g/L粒度：0.75～6.50mm(不小于92%)采用經(jīng)驗設計法表4.6轉化器進料表物質(zhì)的量W/kmol2混合氣的體積流量：Vo=1668.617×22.4=37VR=Vo/40=934.426m3(S分為27個轉化器，則每個用3094根管子循環(huán)水需要帶走的熱為78501374.29kJ/hK取100w/(m2·℃),A=mTd1,=3.14×0.05×5.7×(3094×18)=74758∴能滿足規(guī)定殼體不小于400mm用鋼板卷焊而成，殼體內(nèi)徑D取決于傳熱管數(shù)n,排列方式和管心距 ne——橫過管束中心線的管數(shù)，該值與管子排列有關本設計采用正三角排列，則n=1.1√n=1.1√3094=61.186D=t(n.-1)+2.0d?=0.07125×(61.86-1)+2.0×0.057圓整到4500mm參照文獻，為了滿足及時轉移反應放出的熱，從而保證反應溫度不超過最高限額，采用把轉化器換熱分為三層，三層同步進行散熱。反應最高壓力為1.5atm選用平焊法蘭手孔公稱壓力PN0.6MPa,公稱直徑DN250mm,H?=190mm采用Ⅱ類材料，墊片采用石棉橡膠板其標識為：手孔(A·G)250-0.6HG21529-95.6.4聚合釜的設計半持續(xù)操作生產(chǎn)周期或生產(chǎn)批數(shù)3P·d-1根據(jù)年產(chǎn)量確定每批進料量W=568.29×103kg/P選擇反應器裝料系數(shù)φ=VR/VT[7](φ取0.9)VR反應液體積，m3計算反應器體積V?=(378.79×102)/(0.831×103)=455V?=(568.18×102)/(1.00×102)=56VR=V?+V?=455.824m3+568.18m3=10Vr=VR/φ=1024.004/0.9=1137.據(jù)株化的資料，反應器的體積可取45m3或48m3此設計中取48m3nr=Vr/VTiVm=1137.782/48=23.704取整24個對液一液相類型選用H/D=1.48估算筒體的內(nèi)徑為：帶入數(shù)據(jù)可得Di=3.36m圓整取筒體內(nèi)徑為3400mm,據(jù)原則橢圓，可得h?=3400/4=850mm,查附表可得Vh=6.62mm3內(nèi)表面積Fh=14.64mm2再查附表得每一米高筒體容積V?=8.605m3,表面積F?=12.56m2筒體高度H=(V-Vn)/V?=(48-6.62)/8.605=4.79m于是H/D;=4800/3400=1.41圓整可得H=4800mm復核成果基本符合給定的范圍。釜體實際高度H?=H+2×D/4=4.8+2×3.4/4=6.5m聚合釜壁厚的計算(1)計算厚度式中：Pe—計算壓力，取P=1.1MPa;Di=3400mm;φ=0.9;設計溫度為150℃查18I得16MnR在150℃的[o]=170MPaS=1.1×3400/(2×170×0.取腐蝕余量C?=1.1mm,鋼板厚度負偏差C?=0.8mm,圓整后取Sn=15mm。復驗Sn×6%=15×0.06=0.9mm>0.8mm,故能取C?=0.8,該聚合釜體可用15mm厚的16MnR鋼板制造。由于內(nèi)壓要比外壓大，因此按強度計算內(nèi)筒的壁厚一定能滿足外壓穩(wěn)定的規(guī)定。因此，本設計中未做外壓的設計。(2)校核水壓試驗強度因此水壓試驗強度足夠。夾套的設計(1)夾套直徑和高度確實定對于筒體的內(nèi)徑Di=3000～4000mm,夾套內(nèi)徑Dj=Di+200=3400+200=3600mm查文獻得：封頭體積VH=3.82m3,表面積Fn=10.1m2圓整，得Hj=4000mm(2)夾套的材料和壁厚選用0Cr18Ni9為夾套材料，設計溫度為150℃,查得許用應力[o]=137MPa設計壓力為0.44MPa,φ=0.6得：S=0.44×3600/(2×137×0.取腐蝕余量C?=1.0mm,鋼板厚度負偏差C?=0.25mm,(3)校核水壓試驗強度(1)攪拌器的構造型式：(2)攪拌器尺寸的計算取攪拌器離底高度h=0.25DN取攪拌器的寬度b=0.2DJ取槳葉數(shù)Z=3(3)攪拌附件的設置擋板數(shù)目：4塊方式：緊貼著釜壁且垂直于釜壁。攪拌液體時，產(chǎn)生循環(huán)流量及克服流體摩察阻力所需的功率叫攪拌功率。由于攪拌釜中液體運動的狀況十分復雜，攪拌功率目前尚不能用理論算出，只能通過試驗獲得它和該系統(tǒng)其他變量之間的經(jīng)驗關系型，然后再按經(jīng)驗關系型計算攪拌功率關系式如下：Ps——攪拌功率p——被攪拌介質(zhì)的密度d——攪拌器的直徑n——攪拌器的轉速啟動式直葉渦輪式攪拌器有折流擋板得Np=6.4可選用功率為6kW的電動機傳熱裝置的校核式中Q——傳熱速率Ki——總傳熱系數(shù)Ai——傳熱內(nèi)壁(過程一側)表面積to——載熱體的溫度(外側)ti——過程加工流體的溫度(內(nèi)側)不考慮污垢層，則其中K——總傳熱系數(shù)Zδ/λ——釜壁固體部分(包括結垢部分)的總熱阻ai——釜側的給熱系數(shù)Z——釜中的液位已知反應釜物料的物性資料如下N=120/60=2r/s(P?)°.33(μ/μw)?14(d/D)(P?)°.33(μ/μw)?14(d/D)夾套側的傳熱系數(shù)的計算夾套內(nèi)水溫由278K升到282K,已知夾套內(nèi)水的物性資料如下已知：流速u=0.5m/s夾套當量直徑de=4x(水流路截面積)/(流體潤濕的傳熱邊長)傳熱系數(shù)公式如下：up/μ)?(Cpμ/λ)?3(u/uw)ao=0.027(0.563/0.198)[(0.198×0.5×999.8)/1.55×103]08(11.56)°.33=1已知聚合釜的壁厚忽視污垢的熱阻傳熱系數(shù)K公式為：=1/280.77+1/1202.68+0已知釜內(nèi)溫度T=60℃,夾套內(nèi)冷水由ti=0℃升至tz=4℃=[(60-0)-(60-4)]/ln[(60-0)/(面積的計算由能量衡算知，每批物料冷卻操作需要放熱4.88×10kJ,降溫時間為8h,則單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量為其中A——傳熱面積，m2已知，選用的反應釜的夾套傳熱面積=πDHj故該整套夾套攪拌器符合規(guī)定。經(jīng)計算，且參照《化工容器及設備簡要設計手冊》,可選擇25000L的聚合反應釜。由于聚合反應的需要，反應釜要加攪拌裝置和夾套。反應過程中需要密封，因此要選擇封閉式的搪玻璃反應釜(HG2372-92)。底座的選擇因反應釜外有保溫層，可選用型號為：表6.1聚合釜的技術參數(shù)公稱直徑DN,mm夾套傳熱面積，m2介質(zhì)溫度及容器質(zhì)攪拌器型號電動機功率，KW續(xù)表啟動式直葉渦輪式6懸掛式支座JB/T4725—92耳座BN7由物料衡算可得氯乙烯密度p=0.831×103kg/m3設H取3m,由《化工設計手冊》得H/D=1～2,符合《化工設計手冊》規(guī)定。H=3m,D=2.83986m,圓整為H=3m,D=2.6.6計量槽設停留時間為0.5h,根據(jù)化工設計規(guī)定取單體流速為2.5m/s6.7料漿槽以一種生產(chǎn)車間為例，共分為4個生產(chǎn)車間6.8汽提塔由《聚氯乙烯生產(chǎn)與操作》,查文獻可得，選用2023×12861型汽提塔，共36層。6.9混料槽選用260m2型，轉速為15～20r/min電機功率為16～24kw,攪拌型式，耙齒與壓縮空氣組合。6.10旋風干燥床(器)選用直徑為3100mm,高度為9200mm型.6.11重要設備一覽表表6.2重要設備一覽表序號設備名稱乙炔砂封設備型號及規(guī)格23混合器435多筒過濾器67389除汞器混料槽旋風干燥器(床)2023×12861型260m3型16666聚合釜七重要管道管徑計算和選型此，選擇管徑時，應將管道投資費用與動力消耗(即生產(chǎn)費用)同步考慮，并使7.1.2HCl進料管摩爾分數(shù)的乘積之和，即M=2Mx,圓整為473mm查化工工藝手冊，選型。圓整到794mm選用820×8mm,材料1Cr18N;9T;的無縫鋼管7.1.5多筒過濾器進料管圓整到985mm圓整到200mm表7.1已知量表出料物質(zhì)的量kmolE圓整到164mm7.2循環(huán)水管圓整到120mm轉化器圓整到82mm查文獻，選型。選用φ100×4mm,材料16Mn的無縫鋼管。計算根據(jù)管徑確實定重要是根據(jù)輸送流體地種類和工藝規(guī)定，選定流體流速后，通過計算或算圖來確定。對于化工廠一般距離較短，直徑較小的管路，其管徑在流速確定后，由下式計氯乙烯進料管選用流速為2.5m/s,半個小時加滿圓整為360mm選用φ400×8mm材料16Mn的無縫鋼管進水管選用流速為2.5m/s圓整為410mm選用φ410×4mm材料16Mn的無縫鋼管出料管半個小時出完，選用流速為2.5m/s氯乙烯密度[l2|pi=0.831×103kg/VR=V?+V?=455.824m3+568.18m3=1024.004m3Vr=VR/φ=1024.004/0.9=1137.圓整為570mm選用φ600×8mm材料16Mn的無縫鋼管85℃熱水管選用流速為0.5m/s,24小時圓整為130mm選用流速為0.5m/s圓整為140mm聚氯乙烯工廠裝置建設中，既要做好技術決策，還要考慮銀行貸款，投產(chǎn)預期成本，以及利稅還款后的投資回收期等一系列經(jīng)濟方面的核算和效益問題。8.1.1估計產(chǎn)品成本投產(chǎn)估計的產(chǎn)品成本估算應包括兩個部分：氯乙烯單體化學助劑水電汽公用工程單耗及單位成本工資裝置折舊費(如按固定資產(chǎn)23年折舊率7.4%計算