年產7萬噸氯乙烯單體工藝設計本科畢業(yè)設計

1、年產 7 萬噸氯乙烯單體工藝設計本科畢業(yè)設計 摘 要 氯乙烯(vc)是一種應用于高分子化工的重要單體，其生產工藝的研究及探 討，隨著聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展越來越受到廣泛關注。在眾多的生產方法中，電 石乙炔法生產氯乙烯是目前工業(yè)化生產的主要方法。由該反應的特點知氯乙烯 合成反應需要升汞（）作為催化劑進行氣固相催化反應，然后經過水洗， 2 hgcl 堿洗和精餾等操作過程得到精氯乙烯單體。 設計中以乙炔法為理論基礎，通過物料衡算得到生產過程中原料的消耗量 以及其他各種物質的流量；通過熱量衡算得到各個設備的熱負荷，以及冷卻過 程中冷卻介質的消耗量；通過設備計算進行反應器類型的選擇，各種工藝尺寸 的確定以及

2、傳熱面積的校核。 關鍵詞：氯乙烯；生產工藝；升汞；精餾；衡算 abstract vinyl 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，it

3、s the main method to product vinyl chloride by using calcium carbide in the industry at present.its known that the catalyst of is necessary 2 hgcl for the gas-solid catalytic reaction,then the vinyl chloride monomer can be obtained by water washing,alkaline washing and distillation. acetylene method

4、 is the theoretical basis for 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 reac

5、tor type, size of the various processes and the check of heat transfer area can be mixed through the equipment computing. keywords: vinyl chloride; production technology ；; distillation; computing 2 hgcl 目 錄 摘 要.i abstract.ii 第一章 文獻綜述.1 1.1 化學品名稱 .1 1.2 理化性質 .1 1.3 主要生產方法 .2 1.4 危險性概述 .2 1.5 泄漏應急處理

6、.3 1.6 操作處置與儲存 .3 1.7 我國聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展 .3 第二章 設計方案論述.4 2.1 電石法工藝概述 .4 2.2 原料氣的制備 .4 2.3 氯乙烯的合成及精餾 .4 2.4 設計要點 .5 2.4.1 乙炔制備的設計要點 .5 2.4.2 氯化氫制備的設計要點 .5 2.4.3 合成的設計要點 .5 2.4.4 精餾的設計要點 .5 第三章 工藝計算.7 3.1 物料衡算 .7 3.1.1 原料計算.7 3.1.2 原料氣組成.7 3.1.3 原料氣進入量.8 3.1.4 石墨冷凝器計算.8 3.1.5 反應器計算.10 3.1.6 水洗塔計算.12 3.1.7 堿洗

7、塔計算.14 3.1.8 全凝器計算.15 3.1.9 低沸塔計算.16 3.1.10 高沸塔計算.18 3.2 熱量衡算 .19 3.2.1 各組分的 p c .19 3.2.2 各組分的 f h.21 3.2.3 熱量衡算方法.21 3.2.4 石墨冷凝器熱量衡算.21 3.2.5 合成塔熱量衡算.23 3.2.6 全凝器熱量衡算.27 3.3 設備計算 .29 3.3.1 轉化器的設備計算.29 3.3.2 高沸塔的設備計算.34 第四章 總結.58 參考文獻.59 致謝.60 第一章第一章 文獻綜述文獻綜述 1.11.1 化學品名稱化學品名稱 化學品中文名稱： 氯乙烯 化學品英文名稱：

8、 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：chclch2 結構式： chclch 2 分子量： 62.50 1.21.2 理化性質理化性質 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/水分配系數的對數值： 1.38 引燃溫度()： 415 爆炸上限%(v/v)： 31.0

9、爆炸下限%(v/v)： 3.6 溶解性： 微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多數有機溶劑。 主要用途： 用作塑料原料及用于有機合成，也用作冷凍劑等。 1.31.3 主要生產方法主要生產方法 50 年代以前，聚氯乙烯的原料主要是乙炔，戰(zhàn)后 20 年，電石產量有很大 增長，到 1965 年全世界產量達到 760 萬噸，以后由于 pvc 的原料的轉換，產量 降到 400 余萬噸。在原料變換的初期，曾經出現了聯合法和烯炔法。聯合法以 edc 裂解制取氯乙烯并副產氯化氫，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，不經分離直接氯化得到

10、氯乙烯。具體生產方法的比較如下： 表 1.1 生產氯乙烯（vc）所用原料及成本 主要原料消耗生產方法 乙炔乙烯乙烷氯化氫氯氣 原料成本 乙炔法 0.440.594.7 聯合法 94.1 乙烯氧氯 化法 0.490.673.3 乙烷氧氯 化法 0.600.582.3 1.41.4 危險性概述危險性概述 健康危害： 急性毒性表現為麻醉作用；長期接觸可引起氯乙烯病。急性中 毒：輕度中毒時病人出現眩暈、胸悶、嗜睡、步態(tài)蹣跚等；嚴重中毒可發(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：表現為神經衰弱綜合征、肝腫大、肝功能異常、消化功能障礙、雷諾氏

11、 現象及肢端溶骨癥。皮膚可出現干燥、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)境中能參與光化學煙霧反應。 燃爆危險： 本品易燃，為致癌物。 1.51.5 泄漏應急處理泄漏應急處理 應急處理方法為迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風處，并進行隔離，嚴格限 制出入。切斷火源。建議應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，加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構筑圍堤 或挖坑收容產生的大量廢水。如有可能，將殘余氣或漏出氣用排風機送至水洗 塔或與塔相連的通風櫥內。漏氣容器要妥

12、善處理，修復、檢驗后再用。 1.61.6 操作處置與儲存操作處置與儲存 操作注意事項： 密閉操作，全面通風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格 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） ，戴化學安全防護 眼鏡，穿防靜電工作服，戴防化學品手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸 煙。使用防爆型的通風系統(tǒng)和設備。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，防止產生靜電。搬 運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏 應急處理設備。 儲存注意事項： 儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超 過 30。應與氧化劑1

13、分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。 禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區(qū)應備有泄漏應急處理設備。 1.71.7 我國聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展我國聚氯乙烯工業(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 3000 噸規(guī)模的生產裝置。緊接著北京、天津、上海等地相繼又建成 4 套年產 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 年聚氯乙烯的生產能力已經達到 64.54 萬噸。 聚氯乙烯的生產發(fā)展大體來說可以分為兩個階段：1980 年以前側重于產量 的增長，80 年代則在考慮產量增長的

14、同時，重視質量的提高和品種的增加，并 普遍開始重視產品的應用以及開發(fā)，使得聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展進入一個新的階 段。1987 聚氯乙烯產量達到 57.8 萬噸，居全國合成樹脂的首位。 第二章第二章 設計方案論述設計方案論述 2.12.1 電石法工藝電石法工藝概述概述 電石經過一系列破碎過程進入乙炔發(fā)生器，與水進行反應，生成的乙炔氣 經清凈處理以后進入氣柜，然后與來自氯化氫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進轉化器進行反應，轉化后生成的氯乙烯氣 體，再經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尾氣冷凝器再回收后放空。塔釜

15、液體再入 高沸點蒸餾塔蒸出氯乙烯氣體，經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。 2.22.2 原料氣的制備原料氣的制備 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。 2.32.3 氯乙烯的合成及精餾氯乙烯的合成及精餾 合成：調節(jié)乙炔和氯化氫 的分子配比為 1：1.051.1 在混合器內均勻混 合，然后進入石墨冷凝器冷凝出去部分水分，預熱后送至至合成爐內在升 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過除

16、汞 器除汞，然后經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。 2.42.4 設計要點設計要點 2.4.1 乙炔制備的設計要點乙炔制備的設計要點 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。液位應控制在 60%70%。 循環(huán)冷卻水量：由于水解反應放出大量熱，如不及時反應熱會導致爆炸的 發(fā)生。 2.4.2 氯化氫制備的設計要點氯化氫制備的設計要點 燃燒爐的壓力：燃燒內在加壓下操作，產品氯化氫

17、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 合成的設計要點合成的設計要點 乙炔氣和氯化氫氣的配比。提高原料氣的濃度，反應速率及轉化率會增加， 但是氯化氫太多副反應加劇，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。在開始反應時，熱點在催化劑的上層，為延長催化劑的使 用壽命，防止熱

18、點下移，需要嚴格控制冷卻水的流量。 2.4.4 精餾的設計要點精餾的設計要點 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，可適當降低壓力，一般選取 0.24mpa 至 0.35mpa，本 設計取高沸塔操作壓力為 0.34mpa。 精餾溫度：應盡可能使溫度設定在較高值，以降低生產成本，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， 惰性氣體的含量應小于 5%。 水分含量：水分能水解氧與氯乙烯生成的低

19、分子過氧化物，產生氯化氫、 甲酸、甲醛等腐蝕設備，所以應控制水分在 100ppm 至 200ppm。 第三章第三章 工藝計算工藝計算 3.13.1 物料衡算物料衡算 3.1.1 原料計算原料計算 由設計任務知生產能力為 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(摩爾分數)1.1:1: 22 hclhc 各物質的起始量： hg /k47.8981 %7 .99% 7 . 99%99%998000 10107 34 純的氯乙烯產量 即 143.7035kmol/h 由知 222 llc

20、hhcch chc 純的乙炔起始量為 hkmol/1137.148 % 6 . 98%4 .98 7035.143 即 3850.957kg/h 取1.1:1: 22 hclhc 所以純的 hcl 的起始量為hkmol/9251.1621 . 11137.148 即 5946.765kg/h 3.1.2 原料氣組成原料氣組成 乙炔氣乙炔氣 表 3.1.1 乙炔氣組成 組分 22h c 2 noh2 合計 質量分數 (wt%) 990.970.03100 摩爾分數 (mol%) 99.05540.90120.0434100 hclhcl

21、 氣氣 表 3.1.2 hcl 氣組成 組分hcl 2 noh2 合計 質量分數 (wt%) 990.970.03100 摩爾分數 (mol%) 98.67901.26040.0606100 3.1.3 原料氣進入量原料氣進入量 乙炔氣hkmol/5261.149 990554 . 0 1137.148 具體乙炔氣各物質進料量（kmol/h） 乙炔氣 22h c 2 n oh2 149.5261148.11371.34750.0649 hcl 氣hkmol/1062.165 986790 . 0 9251.162 具體乙炔氣各物質進料量（kmol/h） hcl 氣hcl 2 n oh2 165

22、.1062162.92512.08100.1001 3.1.4 石墨冷凝器計算石墨冷凝器計算 衡算依據衡算依據 原料氣進口溫度 10，出口溫度-15，冷凝鹽酸濃度 40wt% 鹽酸中鹽酸中 hclhcl 與與的比例的比例 oh2 由鹽酸濃度知其中 3295 . 0 02.18/6 . 0 46.36/4 . 0 2 oh hcl n n 計算計算 出口含水量 x p p gxg x s oh oh 2 2 3295.0)xin,( 進，干 因為鹽酸水蒸氣分壓由安托因方程 ，其中壓力單位為 mmhg t p

23、 s oh 2647 33923 . 9 2 得mmhgp s oh 1201 . 0 2 代入數據得 x=0.0356kmol/h 1060 1201 . 0 3295 . 0 )165 . 0 (4673.314 xx x 冷凝鹽酸量 冷凝的水量=，即 2.3292kg/hhkmol/1294 . 0 0356 . 0 165 . 0 冷凝的 hcl 量=，即 0.0426kmol/hhkg /5528 . 1 4 . 0 6 . 0 3292 . 2 所以冷凝的 40%鹽酸量為 0.172kmol/h 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.3 冷凝器物料衡算 進

24、口 出口組分 kmol/hkmol/h 22h c 148.1137148.1137 hcl162.9251162.8825 2 n 3.42853.4285 oh2 0.1650.0356 凝酸hcl00.0426 凝酸oh2 00.1294 總計314.6323314.6323 3.1.5 反應器計算反應器計算 前臺轉化器物料衡算前臺轉化器物料衡算 主副反應 主反應：chclchhclhc 222 副反應： 24222 2clhchclhc chochohhc 3222 計算 由設計任務知第一次轉化率為 70%，所以 轉化的量 22h chkmol/6796.

25、1037 . 01137.148 剩余的量= 22h chkmol/4341.446796.1031137.148 生成的量=原料氣含水量=0.0356kmol/hchoch3 生成的 vc 量=的選擇性生成的量轉化的vcc 22 h =hkmol/0207.102% 4 . 986796.103 生成的 edc 的量=轉化的量生成的 vc 的量原料氣含水量 22h c =hkmol/6233 . 1 0356 . 0 0207.1026796.103 物料衡算表 表 3.1.4 前臺轉化器物料衡算 組分 進口出口 hkmol/ hkg / hkmol/ hkg / 22h c 148.113

26、73850.956244.43411155.2866 2 n 3.428595.9983.428595.998 hcl162.88255945.211357.61522102.9548 oh2 0.03560.640800 )( 2chcl chvc 00102.02076376.2938 )( 242 clhcedc 001.6233160.7067 choch3 000.03561.5664 合計 9892.8063 9892.8063 后臺轉化器物料衡算后臺轉化器物料衡算 主副反應 主反應：chclchhclhc 222 副反應： 24222 2clhchc

27、lhc 計算 由總轉化率知第二次轉化的轉化率為 95.3% 轉化的量 22h chkmol/3065.42% 3 . 954341.44 剩余的量= 22h chkmol/0736 . 2 3065.424341.44 生成的 vc 量=的選擇性生成的量轉化的vcc 22 h =hkmol/6827.41% 4 . 983065.42 生成的 edc 的量=轉化的量生成的 vc 的量 22h c =hkmol/6778. 06827.413065.42 物料衡算表 表 3.1.5 后臺轉化器物料衡算 進口出口組分 hkmol/ hkg / hkmol/ hkg / 22h c 44.43411

28、155.28662.073653.9136 2 n 3.428595.9983.428595.998 hcl57.61522102.954814.5769532.0569 )( 2chcl chvc 102.02076376.2938143.70348981.4625 )( 242 clhcedc 1.6233160.70672.3011227.8089 choch3 0.03561.56640.03561.5664 總計 9892.8063 9892.8063 3.1.6 水洗塔計算水洗塔計算 衡算依據衡算依據 由設計任務知乙醛全部被吸收，水洗后 98%的 hc

29、l 被吸收，vc 損失 1wt%,水 洗后酸性液體含鹽酸的質量分數為 2%，不計其他損失。因此可忽略， 22h c 的損失，的溶解損失不能忽略。水洗塔壓力為)( 242 clhcedc)( 2chcl chvc 850mmhg,溫度為 35 計算計算 由已知條件知 98%的 hcl 被洗掉，所以 被吸收的 hcl,即hkmol /2854.14%985769.14/h521.4157kg 因此出口氣體中 hcl 的含量hkmol/2915 . 0 2854.145769.14 因為全部被吸收，所以出口氣體中不含choch3choch3 因為 vc 損失 1%，所以

30、出口氣體中 vc 的量hkmol/2664.142%)11 (7034.143 形成 2%的鹽酸所需的水的量 水的量，即hkg /3693.255494157.521 %2 4157.521 mol/h1419.4094k 出口氣體含水量 x 由得 pg o , 2 3 s h chochvchcl p xggg x 損酸進料 133240 . 1 056267 . 0 0356 . 0 437 . 1 2854.141191.166 x x 算得hkmolx/8557.73 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 hkmol/2651.14278557 . 7 409

31、4.1419 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.6 水洗塔物料衡算 進口出口組分 hkmol/hkmol/ 22h c 2.07362.0736 2 n 3.42853.4285 hcl14.57690.2915 )( 2chcl chvc 143.7034142.2664 )( 242 clhcedc 2.30112.3011 choch3 0.03560 oh2 07.8557 3.1.7 堿洗塔計算堿洗塔計算 衡算依據衡算依據 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,

32、循環(huán)至 5%時放掉。所以全部被吸收，和的naohhcl 22h cedc 損失忽略不計，而 vc 得損失不可忽略。 計算計算 由已知 vc 損失 1%，所以出口氣體中 vc 的量hkmol/8437.140%)11 (2664.142 所以損失的量為 1.4277hkmol/ 全部被吸收，所以由hcl ohnaclnaohhcl 2 知需要的量也為 0.2915，即 11.66naohhkmol/hkg / 10%溶液的用量naoh 由以下公式 得 堿液 w wnaoh %5%10 h/kg 2 . 233 05 . 0 1 . 0 66.11 w 堿液 出口氣體

33、含水量 x 由得 p p x 2 , s oh vchcl ggg x 損進進 059913 . 1 042455 . 0 4227 . 1 2915 . 0 3611.150 x x hkmolx/2737 . 6 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.7 堿洗塔物料衡算 進口出口組分 hkmol/hkmol/ 22h c 2.07362.0736 2 n 3.42853.4285 hcl0.29150 )( 2chcl chvc 142.2664140.8437 )( 242 clhcedc 2.30112.3011 oh2 7.85776.2737 3.1.8

34、全凝器計算全凝器計算 衡算依據衡算依據 粗油中乙炔溶解度為 0.02%以下，不冷凝，vc 損失 0.3wt%;因此 2 n 22h c 混合氣體經全凝器后大部分 vc 氣體成為液體，和 edc 全部被冷凝，而oh2 和部分不冷凝，仍以氣體存在。 2 n 22h c 計算計算 損失的 vc 的量 損失的 vc 量hkmol/4225 . 0 %3 . 08437.140 因此冷凝得到的 vc(l)的量為hkmol/4212.1404225 . 0 8437.140 溶解的的量 22h c 由已知得溶解的的量 %02 . 0 222 22

35、 )( ohedclvchc hc nnnn n 22h c hkmoln hc /0298 . 0 22 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.8 全凝器物料衡算 進口出口組分 hkmol/hkmol/ )( 22 ghc 2.07362.0438 )( 2 gn 3.42853.4285 )(gvc 140.84370.4215 )(gedc 2.30110 )( 2 goh 6.27370 )(lvc 0140.4212 )(ledc 02.3011 )( 2 loh 06.2737 )( 22 溶解hc 00.0298 總計154.9206154.9206 3

36、.1.9 低沸塔計算低沸塔計算 衡算依據衡算依據 粗單體中含在以下，損失。因此可知經過精餾塔頂 22h c%001 . 0 vc%3 . 0 wt 餾出物中不含，全部進入塔釜液中。edcedc 計算計算 vc 的含量 由已知得損失的 vc 量為hkmol/4213 . 0 %3 . 04212.140 所以塔頂 vc 的量為 0.4213hkmol/ 塔釜 vc 的量為ol/h139.9999km0.4213-140.4212 的含量 22h c 由已知可得 %001. 0 22 22 edcvchc hc nnn n 所以塔釜中乙炔

37、的含量hkmoln hc /0014 . 0 22 因此塔頂餾出物中的含量為 22h chkmol/0284 . 0 0014 . 0 0298 . 0 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hkmol/3011 . 2 全塔衡算 進料 hkmolffff/7521.1423011 . 2 4212.1400298 . 0 321 塔頂hkmolddd/4497 . 0 4213. 00284 . 0 21 塔釜 hkmolwwww/3024.1423011 . 2 9999.1390014 . 0 321 物料衡算表物料衡

38、算表 表 3.1.9 低沸塔物料衡算 進料餾出物釜液組分 mol組成mol組成mol組成 22h c 0.02980.00020.02840.06320.00140.00001 vc140.42120.98370.42130.9368139.99990.98382 edc2.30110.0161_2.30110.01617 合計142.75211.00000.44971.0000142.30241.0000 3.1.10 高沸塔計算高沸塔計算 衡算依據衡算依據 塔頂產品中的純度為 99.9%，二氯乙烷的含量為 0.099%。因此可知經過vc 精餾塔釜液中不含，

39、全部進入塔釜液中。 22h c 22h c 計算計算 vc 的含量 由已知得塔頂餾出物的總量hkmold/0000.140 %099 . 0 % 9 . 991 0014 . 0 因此塔頂餾出物中 vc 量為hkmol/8600.139% 9 . 990000.140 所以塔釜 vc 的量為hkmol/1399 . 0 8600.1399999.139 的含量edc 塔頂餾出物中的量為edchkmol/1386 . 0 %099 . 0 0000.140 塔釜液中的量為edchkmol/1625 . 2 1386 . 0 3011 . 2 的含量 22h c

40、經過高沸塔的精餾，全部從塔頂餾出，釜液中不含有。 22h c 22h c 全塔衡算 進料 hkmolffff/3024.1423011 . 2 9999.1390014 . 0 321 塔頂 hkmoldddd/0000.1401386. 09999.1390014. 0 321 塔釜 hkmolwww/3024 . 2 1625 . 2 1399 . 0 32 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.10 高沸塔物料衡算 進料餾出物釜液組分 mol組成mol組成mol組成 22h c 0.00140.000010.00140.001%_ vc139.99990.9

41、8382139.860099.9%0.13996.0763% edc2.30110.016170.13860.099%2.162593.9237% 合計142.30241.00000140.00001.00002.30241.0000 3.23.2 熱量衡算熱量衡算 3.2.1 各組分的各組分的 p c 在規(guī)定溫度范圍內采用下式計算 p c ， 4 4 3 3 2 210 tatatataa r cp 11 molj kr的單位為 各氣體組分的溫度關聯式系數列表如下 表 3.2.1 各組分熱容系數 組分 0 a 1 a 2 a 3 a 4 a 22h c 2.410 3 10926.10 5

42、10255 . 0 8 10790 . 0 11 10524 . 0 2 n 3.5385 3 102611 . 0 5 100074 . 0 8 101574 . 0 11 1009887 . 0 hcl3.8273 10936 . 2 5 10879 . 0 8 10031 . 1 11 10439 . 0 oh2 4.395 3 10186 . 4 5 10405 . 1 8 10564 . 1 11 10632 . 0 vc1.9303 10469.15 5 10341 . 0 8 10692. 1 11 10833 . 0 edc2.9903 10197.23 5 10404 . 0

43、 8 10133 . 1 11 10617 . 0 choch3 4.379 3 10074 . 0 5 10740 . 3 8 10477 . 4 11 10641. 1 3.2.2 各組分的各組分的 f h 查得各氣體組分在 298k 時的標準摩爾生成焓列表如下 f h 表 3.2.2 各組分的 f h 組分 )( 1 kmolkjhf 22h c 228200 2 n 0 hcl92300 oh2 242000 vc28500 edc132840 choch3 166190 3.2.3 熱量衡算方法熱量衡算方法 本次設計熱量衡算采用下式計算，以每小時為基準 in pf out pf tn

44、ckhntnckhnq)298()298()298()298( 其中為 298k 時各組分的標準摩爾生成焓，為進出口溫度范圍內的 f h p c 平均摩爾定壓。 3.2.4 石墨冷凝器熱量衡算石墨冷凝器熱量衡算 衡算依據衡算依據 原料氣進口溫度 10，出口溫度，壓力 300mmhg(表壓)，鹽水溫度15 。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35 氣體相比可以忽略，因此可不參與熱量衡算。 進出口溫度下的進出口溫度下的 p c 表 3.2.3 進出口各組分的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2

45、 noh2 hcl 283k42.8429.1033.4429.05 258k41.1329.0933.3429.05 輸入端和輸出端的總焓輸入端和輸出端的總焓 表 3.2.4 輸入端的總焓 輸入組 分 kmoln/ kjkhn f / )298(kt/ )298283(kjtkncp/)283( 22h c 148.113733799546.341586362.95177 hcl162.925173.150379861561233.70994 2 n 3.428501554025.1496 oh2 0.1653993015764.82 合計314.6323187

46、21629.617802.167751 jhk83.185538777802.16775161.18721629 入 表 3.2.5 輸出端的總焓 輸入組 分 kmoln/ kjkhn f / )298(kt/ )298258(kjtkncp/)258( 22h c 148.113733799546.34406592.243676 hcl162.882575.1503405440924.189464 2 n 3.42850404026.3989 oh2 0.0356 2 . 86154047616.47 合計314.460318756876.3946196.437178 jhk93.18319

47、69746196.43717839.18756876 出 所以 jhqk90.23417983.1855387793.18319697h入 出 為負值，說明需要從冷凝器移走熱量，即每小時需從冷凝器移走q 的熱量。kj 5 10342 . 2 3.2.5 合成塔熱量衡算合成塔熱量衡算 衡算依據衡算依據 串聯轉化，一次轉化率為，溫度 150，進料溫度 80，轉化后溫度%70 110；二次轉化率，溫度 140，進料和出料溫度設為 110；進口水% 3 . 95 溫 97，出口水溫 102，不計熱損失。 第一次轉化熱量衡算第一次轉化熱量衡算

48、進出口溫度下各氣體組分的 p c 表 3.2.6 各組分進出口的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 n hcl oh2 vcedc choch3 353k47.2529.1829.1133.91_ 383k48.9729.2429.16_63.0589.6264.28 第一次轉化輸入端和輸出端的總焓 表 3.2.7 第一次轉化輸入端的總焓 輸入組 分 kmoln/ kjkhn f / )298(kt/ )298353(kjtkncp/)353( 22h c 148.113733799546.3455384910.4779 2 n 3.42850555502.39965 h

49、cl162.882575.1503405455260783.0266 oh2 0.0356 2 . 86155566.39758 合計314.460318756876.39651262.3 jhk69.19408138 3 . 65126239.18756876 入 表 3.2.8 第一次轉化輸出端的總焓 輸出組分kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298353( kjtkncp/)353( 22h c 44.434110139861.6285184954.7195 2 n 3.42850858521.1939 hcl57.615296.531788285142805.03

50、47 vc102.02072907589.9585546754.4365 edc1.6233172.2156398512365.81241 choch3 0.0356364.591685194.51128 合計209074895595.7083 jhk782.84036087083.895595074.7508013 出 所以 jhqk91.1100452969.19408138782.8403608h 1入出 為負值，說明第一次轉化需要移走熱量，即每小時需從合成塔移走 1 q 的熱量。kj 7 101 . 1 由（冷卻水的為 4.2）得 1 , 1 2 qqtc o

51、h pm p c 1 kkgkj 每小時冷卻水的用量kg tc q q ohp m 5 , 1 1 10241 . 5 )97102(2 . 4 91.11004529 2 第二次轉化熱量衡算第二次轉化熱量衡算 進出口溫度下各氣體組分的 p c 表 3.2.9 各組分進出口的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 n hclvcedc choch3 383k48.9729.2429.1663.0589.6264.28 第二次轉化輸入端和輸出端的總焓 表 3.2.10 第二次轉化輸入端總焓 輸入組分kmoln/ kjkhn f / )298( kt

52、/ )298353( kjtkncp/)353( 22h c 44.434110139861.6285184954.7195 2 n 3.42850858521.1939 hcl57.615296.531788285142805.0347 vc102.02072907589.9585546754.4365 edc1.6233172.2156398512365.81241 choch3 0.0356364.591685194.51128 合計209074895595.7083 jhk782.84036087083.895595074.7508013 入 表 3.2.11

53、 第二次轉化輸出端總焓 輸出組分kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298353( kjtkncp/)353( 22h c 2.0736473195.52858631.25632 2 n 3.42850858521.1939 hcl14.576987.13454478536130.30434 vc143.70344095546.985770142.4465 edc2.3011124.3056788517529.08947 choch3 0.0356364.591685194.51128 合計166.11912911700.062841148.8018 jhk864.3752

54、8488018.841148062.2911700 出 所以 jhqk918.4650759782.8403608864.3752848h 2入出 為負值，說明第二次轉化需要移走熱量，即每小時需從合成塔移走 2 q kj 6 1065 . 4 的熱量。 由（冷卻水的為 4.2 1 kkgkj）得 2 , 2 2 qqtc oh pm p c 每小時冷卻水的用量kg tc q q ohp m 5 , 2 2 10215 . 2 )97102(2 . 4 918.4650759 2 合成塔總換熱量合成塔總換熱量 q q 和冷卻水總用量和冷卻水總用量 m q 由以上衡算

55、過程知每小時 總換熱量kjqqq828465075991.11004529 21 冷卻水總用量kgqqq mmm 555 21 10456 . 7 10215 . 2 10241 . 5 3.2.6 全凝器熱量衡算全凝器熱量衡算 衡算依據衡算依據 全凝器冷凝效率為，物料進口溫度 45， ，出口溫度 25，冷凍水% 5 . 99 進口溫度 5，出口溫度 8。 進口溫度下各氣體組分的進口溫度下各氣體組分的 p c 表 3.2.12 各組分進出口的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 n vce

56、dc oh2 318k45.1229.1355.99980.2933.65 各液體組分標準摩爾生成焓各液體組分標準摩爾生成焓 f h 表 3.2.13 各液體組分的標準摩爾生成焓 f h 組分 )( 1 kmolkjhf )(lvc 4493 )(ledc 167990 )( 2 loh 285830 輸入端和輸出端的總焓輸入端和輸出端的總焓 表 3.2.14 輸入端的總焓 輸入組 分 kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298318( kjtkncp/)318( 22h c 2.0736473195.52201871.2166

57、4 2 n 3.42850201997.4441 vc140.84374014045.4520157742.1271 edc2.3011124.305678203695.10638 oh2 6.273766.1516980204221.349 合計154.92062664582.186169527.2432 jhk429.28341092432.169527186.2664582 入 表 3.2.15 輸出端的總焓 輸出組 分 kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298298( kjtkncp/)298( )( 22 ghc 2.0736473195.5200 )( 2 g

58、n 3.4285000 )(lvc 140.4212630912.451600 )(gvc 0.422512041.2500 )(ledc 2.3011789.38656100 )( 2 loh 6.2737671.179321100 合計154.9206238.10636240 jhk238.1063624 出 全凝器的總換熱量全凝器的總換熱量 由得 入出 hhq 總換熱量kj667.3897733429.28341091063624q 又因為全凝器的冷凝效率為% 5 . 99 kj269.3917320 995 . 0 667.3897733 q0需要移走的實

59、際熱量 3.33.3 設備計算設備計算 3.3.1 轉化器的設備計算轉化器的設備計算 概述概述 合成反應用的轉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。管內裝填催化劑，管外走冷mm5 . 357 2 hgcl 卻水。一般管長取。一般轉化器的規(guī)格有兩種，如下表所示：mm3000 表 3.3.1 兩種轉化器規(guī)格 催化劑容積， 3 m 列管根數管間距，mm 傳熱面積， 2 m 3.661384335 4.780376400 關于設備材質，除管板宜選用低合金鋼制作，列管選用 20 號或 10 號mn16 鋼管外，均可選用低碳鋼制作。下

60、蓋為防止鹽酸腐蝕可采用耐酸瓷磚襯里防護。 關于轉化器管間用的熱水水質，各工廠因水源差異而效果不一。一般用水經 驗如下：減少水中氯根含量；提高 ph 值到 810 的范圍；補充水進行 脫氧處理；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。 關于乙炔空速的選擇，與溫度和分子比都是有關系的。提高乙炔或者氯化 氫氣體的濃度（即分壓）或使一種原料氣配比過量，都利于反應速度和轉化率 的增加。下表列出了乙炔空速與溫度，反應分子比之間的關系： 表 3.3.2 乙炔空速與反應溫度和分子比之間的關系 序號乙炔空速， hm3 3 催化劑 乙炔m 反應溫度