年產(chǎn)5萬噸PVC的氯乙烯合成工段的工藝設(shè)計1

1、年產(chǎn)5萬噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段工藝初步設(shè)計摘要：本設(shè)計是年產(chǎn)5萬噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段的初步工藝設(shè)計，本設(shè)計根據(jù)株洲化工集團(tuán)現(xiàn)場實習(xí)有關(guān)資料及有關(guān)文獻(xiàn)，完成物料衡算、熱量衡算。此設(shè)計配有說明書一份、圖紙三份。說明書內(nèi)容：1pvc和vc的發(fā)展及發(fā)展趨勢。2合成工段的生產(chǎn)原理、流程。3物料衡算、熱量衡算。4主要設(shè)備的設(shè)計和選型5管道的設(shè)計及選型。6三廢處理安全與防火技術(shù)。三副圖紙：1帶控制點的物料流程圖。2車間平面布置圖。3主要設(shè)備的裝配圖。關(guān)鍵詞：合成、pvc、vc、工藝、設(shè)計。the preliminary design about the synthesis construction

2、 section of vinylchloride of pvc 50000 tons per yearspeciality: chemical engineering & technology author: su lin supervisor: zeng wennanabstract:this graducation design is a primary designed about synthesis construction section of vinylchloride of pvc 50000 tons every year.according to the zhuzhou c

3、hemical industry group scene practice pertinent dates and related dates,the design was completed with the calculation of the balance of material and heat quantity.during the sign,the instruction booklet and three diagrams have been worked outthe main contention of the instruction booklet can be brie

4、fly illustrated as follows:1.the development history of producing pvc &vc and its trendency.2.the production way to produce vc.3.the calculation of the balance of material and calculation of heat quantity.4.the design and choice about the main equipments.5.the design and choice about the main pipeli

5、nes.6.the disposal of three wastes processing security and fire protection technology.there are three diagrams as follows:1.the technique flow chart with controlled point.2.the factory floor-plan diagram.3.the main equipment installing picture.key words:synthesis、pvc、vc、technological、design.目錄中文摘要英文

6、摘要前言1 緒論61.1 聚氯乙烯(pvc)61.1.1 聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況61.1.2 聚氯乙烯工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用61.1.3 聚氯乙烯系列聚合物的性質(zhì)71.1.4聚氯乙烯制品的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)71.1.5 聚氯乙烯合成方法91.2 氯乙烯（vc）131.2.1 氯乙烯的合成131.2.2 生產(chǎn)工藝流程簡述161.2.3 主要工藝參數(shù)171.2.4 主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)172 工藝計算192.1 物料衡算192.1.1 計算依據(jù)192.1.2 計算192.2 熱量衡算272.2.1 衡算方法272.2.2 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表272.2.3 計算283 主要設(shè)備的設(shè)計與選型343.

7、1 石墨冷卻器的選型343.1.1 已知條件343.1.2 計算兩流體的平均溫度差353.2 石墨預(yù)熱器的選型353.2.1 已知條件353.2.2 計算兩流體的平均溫度差363.3 石墨冷卻器的選型363.3.1 已知條件363.3.2 計算兩流體的平均溫度差373.4 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計373.4.1 已知條件373.4.2 計算383.4.3 手孔393.5 泡沫水洗塔的設(shè)計403.5.1 已知條件403.5.2 塔徑的計算403.5.3 孔的布置403.5.4 塔板的壓降413.5.5 穩(wěn)定性413.5.6 液泛423.5.7 物沫夾帶423.6 主要設(shè)備一覽表434 主要管道管徑計算和選型

8、434.1 hcl進(jìn)料管434.2 乙炔氣進(jìn)料管444.3 石墨冷卻器的進(jìn)料管444.4 多筒過濾器進(jìn)料管444.5 轉(zhuǎn)化器進(jìn)料管454.6 轉(zhuǎn)化器出料管454.7 石墨冷卻器進(jìn)口管464.8 40%鹽水進(jìn)料管464.9 循環(huán)水管464.9.1 石墨預(yù)熱器464.9.2 轉(zhuǎn)化器464.9.3 石墨冷卻器474.10 總進(jìn)水管474.11 部分管道一覽表475 合成工段中三廢的產(chǎn)生及處理485.1 氯化汞觸媒的產(chǎn)生中毒機理及處理485.1.1 氯化汞觸媒的產(chǎn)生485.2 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生中毒機理及處理485.2.1 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生485.2.2 中毒機理485.3 廢水的處理495.3

9、.1 廢水排放標(biāo)準(zhǔn)495.3.2 廢水的處理方法495.4其他三廢的處理506 安全生產(chǎn)防火技術(shù)506.1 廠區(qū)安全生產(chǎn)特點506.2 乙烯合成的安全技術(shù)506.2.1 原料及中間提的閃點、自燃點、爆炸范圍506.3乙炔爆炸516.3.1 氧化爆炸516.3.2 分解爆炸516.3.3 乙炔的化合爆炸516.4 氯乙烯的燃燒性能516.5 安全措施52結(jié)論52參考文獻(xiàn)52致謝54前言本設(shè)計是根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，對年產(chǎn)5萬噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段進(jìn)行初步設(shè)計，廣泛收集了pvc工藝和化工設(shè)計的相關(guān)資料作為設(shè)計的理論依據(jù)。本設(shè)計對pvc的工藝發(fā)展?fàn)顩r、工藝選擇、性質(zhì)、工藝流程及合成原理，相關(guān)的物

10、料性質(zhì)、物料衡算、設(shè)備選型、管道設(shè)計作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計為主，參考了大量資料和書籍，力求接近實際、切合實際。在此次設(shè)計中，自始至終都得到了曾文南老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助，在此表示衷心的感謝。由于水平有限，設(shè)計經(jīng)驗不足，設(shè)計匯總難免存在紕漏和不足之處，敬請各位老師和同學(xué)批評指正。謝謝！ 1 緒論1.1 聚氯乙烯(pvc)1.1.1 聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況120世紀(jì)的30年代50年代是塑料工業(yè)迅速發(fā)展的時期。在此期間有許多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工業(yè)化。 自1835年法國化學(xué)家v.regnault首先發(fā)現(xiàn)了氯乙烯，于1838年他又觀察到聚合體，這就是最早的聚氯乙烯。18

11、72年包曼(baumann)報導(dǎo)了氯乙烯的制備，并觀察到在強烈陽光照射后，氯乙烯逐漸變成一種無定形的白色固體物。經(jīng)歷數(shù)十年直到1910年德國與美國研究了氯乙烯在紫外線和過氧化物存在下的聚合反應(yīng)。1910年，ostromislensky在進(jìn)行氯乙烯研究時，也獲得氯乙烯聚合物，稱之為cauprene chloride。1920年，德國研究聚氯乙烯已相當(dāng)活躍，這時美國聯(lián)碳化學(xué)公司與杜邦公司對氯乙烯聚合物的制備發(fā)表了專利。這標(biāo)志著氯乙烯及其聚合物的制造已進(jìn)入實用技術(shù)階段。1920年，在美國的柏寨森 (burghausan)的瓦克(wacker)公司制取聚醋酸乙烯，用它與氯乙烯共聚制得一種新材料。該材料

12、易加工，且不再發(fā)生分解因它具有內(nèi)增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，開辟了以內(nèi)增塑的辦法解決了聚氯乙烯的加工。另一方面也為聚氯乙烯從共聚改性作出了開拓性的工作。對聚氯乙烯發(fā)展起到積極的推動作用。又于1932年發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯的低分子增塑劑。英國帝國化學(xué)公司于1937年采用高沸點液體如磷酸酯類增塑聚氯乙烯，得到了類似橡膠的物質(zhì)，從而第一次打破了傳統(tǒng)的橡膠市場，成為橡膠材料的代用品。 德國法本公司于1932年采取乳液聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯，定名為“伊奇利特”(igelit)，以后于1933年美國碳化物和碳化學(xué)公司系統(tǒng)的“貝克菜特”(bakblite)公司等用溶液聚合法建立了小型工廠，商品定名為“維尼”利特(v

13、inyilite)。 聚氯乙烯自工業(yè)化問世至今，六十多年來仍處不衰之勢。占目前塑料消費總量的29%以上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹脂大約以3%的速度增長。這首先是由于新技術(shù)不斷采用，產(chǎn)品性能亦不斷地得到改進(jìn)，品種及牌號的增加，促進(jìn)用途及市場的拓寬。其次是制造原料來源廣、制造工藝簡單。產(chǎn)品質(zhì)量好。在耐燃性、透明性及耐化學(xué)藥品性能方面均較其它塑料優(yōu)異。又它是氯堿行業(yè)耗“氯”的大戶，對氯堿平衡起著舉足輕重的作用。從目前世界主要聚氯乙烯生產(chǎn)國來說：一般耗用量占其總量的2030%。特別是60年代以來，由于石油化工的發(fā)展，為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價的乙烯資源，引起了人們極大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路線的轉(zhuǎn)換

14、和新制法以及聚合技術(shù)不斷地更新，使聚氯乙烯工業(yè)獲得迅猛的發(fā)展。從上述期間可看出聚氯乙烯樹脂在主要生產(chǎn)國的產(chǎn)量與消費量均有近2%的增長率，而在其余國家和地區(qū)均略高于3%。1.1.2 聚氯乙烯工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用 合成樹脂是塑料工業(yè)的基本原料，在一定條件下塑制成一定形狀的材料，在常溫下它的形狀不變，是材料工業(yè)的重要組成部分。 作為熱塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯樹脂，在世界各國合成樹脂的生產(chǎn)、品種及消費上均處領(lǐng)先地位。我國也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各樹脂及加工制品之主。這主要由于以下原因：（1） 聚氯乙烯材料制品性能優(yōu)良。有獨特的使用功能。（2） 基礎(chǔ)原料資源廣，為聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)發(fā)展奠定了物

15、質(zhì)基礎(chǔ)。（3） 以聚氯乙烯制取的合成材料可代替鋼鐵和木材使用，而且節(jié)能顯著，每生產(chǎn)立方米。通用塑料，其能耗為148.6千焦，而生產(chǎn)1立方米鋼材能耗為356.710千焦。（4） 用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如地膜、大棚等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供保障。（5） 聚氯乙烯塑料不僅在建筑、農(nóng)業(yè)及包裝工業(yè)上有著廣泛的用途，在電子器件、交通運輸、機械和人民生活等各方面，也均得到重用。1.1.3 聚氯乙烯系列聚合物的性質(zhì)聚氯乙烯在常溫下為白色粉末，比重為1.3921.4不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可溶于酮類和氯烴類溶劑，無毒無臭。具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能。表1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) gb5761-93型號平均聚合溫度/粘數(shù)/（m

16、l/g）k值聚合度/p參考用途sg-1482154144777518001650高級電絕緣材料sg-2505143136747316501500電絕緣材料，一般軟制品sg-2530135127727115001350電絕緣材料，農(nóng)膜，塑料鞋sg-4565126119706912501150一般薄膜，軟管，人造革，高強度硬管sg-5580118107686611001000透明硬制品，硬管，型材sg-6618106966463950850唱片，透明片，硬板，焊條，纖維sg-765595876260850750吹塑瓶，透明片，管件sg-868586735955750650過氯乙烯樹脂1.1.4聚氯

17、乙烯制品的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)聚氯乙烯作為世界五大通用塑料之一，今年發(fā)展非常迅速，由于它綜合性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、人類日常生活等許多領(lǐng)域。當(dāng)前高速發(fā)展的建筑行業(yè)的旺盛需求，也推動著中國聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。當(dāng)今世界上，還沒有一個地區(qū)或國家的聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)，有像中國今天這樣擁有一個廣闊的應(yīng)用市場和高速發(fā)展態(tài)勢的局面展現(xiàn)于世人面前。原料和能源圓滿解決之際，將是迎來巨頭爭霸之時。屆時中國的聚氯乙烯無論是產(chǎn)量還是市場消費都會躍居世界第一位，中國的聚氯乙烯有著璀璨的前景。聚氯乙烯樹脂廣泛地用于塑料加工行業(yè)，建材，輕工等行業(yè)?？捎脕砑庸こ山饘倬€包皮，薄片，板材，軟管，管道配件，皮革，軟質(zhì)制品和玩

18、具，也可用來加工成食品包裝膜，包裝盒，食品機藥物裝瓶，以及硬管，透明片，型木等。 pvc 型材技術(shù)應(yīng)用在西歐，每年大約有150萬t的pvc 用于制作管材(主要用作輸水管) ，是最大的pvc 市場，約占pvc 材料的60%。為了增強競爭力，近幾年人們致力于管材的新材料、新工藝的應(yīng)用開發(fā)。新改良的加工技術(shù)在使用少量的主要原料后，提高了材料的強度和承受力，同時也降低了制造成本。如今用于污水排放管的芯層發(fā)泡管內(nèi)徑逾500 mm。在壓力管方面，列式或脫機式執(zhí)行的分子方向達(dá)到了相同的爆裂壓力要求，但只需近一半的壁厚。通過擠壓成型生產(chǎn)雙壁式內(nèi)管是一種新技術(shù)，在滿足高強度的情況下可以減輕管材質(zhì)量。pvc 門窗

19、型材以及含有eva 與pe 改性劑的pvc 是一種新型材料，可用作護(hù)欄桿。在管子改造方面，可將一根預(yù)先變形彎曲的管子從破裂的舊管子中穿過，然后用過熱蒸汽使其恢復(fù)整形。破裂的舊管子寬度最大達(dá)450 mm ，該改造工藝簡單，管子安裝方便、密封性好。2002 年西歐pvc 擠出型材消費量為130萬t ，其中大約有一半用于制造高強度塑鋼門窗，其它重要用途如做百葉窗、電纜槽以及發(fā)泡型材或?qū)嵭男筒?，用于建筑裝潢及制造冬季花園、門框以及鞋模等。 pvc 改性技術(shù)在改性方面，有pvc 接枝共聚物、pmma 改性及丙烯酸酯改性，這些pvc 改性材料在市場上平均分布。德國pvc 接枝共聚物的消費量逾20萬t/ a

20、，占?xì)W洲首位，采用的一種工藝可生產(chǎn)高散重物料，這種物料具有極好的均勻分布，并且可達(dá)到人們希望的聚合釜的高產(chǎn)量、高效率以及型材的高品質(zhì)。 pvc 專用料應(yīng)用硬膜占pvc 原料的最大份額， 除了k值為5760的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品外，還有氯乙烯共聚物和醋酸乙烯酯，這種材料提高了包裝膜的拉伸強度，并且也提高了家具膜、信用卡的膠合力和粘合力。乳液pvc明顯加快了物料的成形過程，提高了熔融均勻度，減少了流水作業(yè)的故障，也提高了抗靜電能力。超細(xì)粉末pvc 樹脂這種超高分子質(zhì)量專用料有助于消光及表面的結(jié)構(gòu)成形。pvc 接枝共聚物提高了硬膜制品的強度，提高了壓延過程的分離作用。在軟膜方面優(yōu)先發(fā)展透氣的k值為70的pvc制

21、品。這種特殊制品屬于超高分子質(zhì)量pvc ，用于做軟膜具有更好的機械強度，屬增強性的eva 或丙烯酸酯pvc 接枝共聚物。該pvc 軟制品減少了增塑劑的遷移，同樣也減少了軟膜脆化，減少了污染，提高了冷脆性。2001 年，西歐糊狀pvc 樹脂加工量為60萬t 。該產(chǎn)品的專門用途為地板夾、人造夾、汽車底層保護(hù)漆、乙烯護(hù)墻紙、平面圖、金屬板涂層、轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)鑄品以及各種各樣的零部件。一種微細(xì)孔徑的超細(xì)粉末pvc 專用料通過添加增塑劑可形成用于涂料的孔隙率穩(wěn)定的糊狀樹脂，這種糊狀樹脂基體可著色或加熱成形，同時可以熔融成pvc 軟制品。根據(jù)乳液法生產(chǎn)的pvc 新產(chǎn)品改進(jìn)了發(fā)泡過程，通過發(fā)泡可以生產(chǎn)專用精細(xì)發(fā)

22、泡人造革、高白度墻紙，還可以進(jìn)一步制成無發(fā)泡產(chǎn)品和配方，并可以生產(chǎn)高檔快速涂料。針對糊粘度的下沉問題，在投用橡膠稀釋劑過程中，使用了約30m 的pvc 均聚物或聚乙烯異分子共聚物，或者是醋酸乙烯酯異分子共聚物。開發(fā)的單釜生產(chǎn)時間最短的技術(shù)，一方面需提高低冷脆性溫度，另一方面還需提高快速熔融特性，使專用單分散體橡膠稀釋劑在微量的增塑劑作用下用于生產(chǎn)低粘度糊狀樹脂。重質(zhì)乳液糊狀樹脂用于涂地板夾表層，目的是使其高透明、低吸水，并且保持低濁度。新的超高分子質(zhì)量專用料提高了研磨性，成為人們理想的無光澤表層涂層。1.1.5 聚氯乙烯合成方法 聚氯乙烯(pvc) 是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂

23、，也是世界上最早實現(xiàn)工業(yè)化的塑料品種之一。在世界眾多的塑料品種中，pvc 以其優(yōu)良的綜合性能，便宜的價格以及與氯堿工業(yè)關(guān)系密切，自30 年代工業(yè)化以來，一直受到各工業(yè)國的普遍重視，保持著長盛不衰的發(fā)展勢頭，是目前世界上僅次于聚乙烯的第二大宗塑料品種。到目前為止，世界上pvc 生產(chǎn)的聚合工藝主要有5 種，即懸浮、本體、乳液、微懸浮及溶液聚合工藝。其中懸浮聚合工藝一直是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝，絕大部分均聚及共聚產(chǎn)品都是采用懸浮聚合工藝。就拿美國為例，聚氯乙烯生產(chǎn)工藝中，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

24、的比例較大，而日本則懸浮聚合占的比例較大。 典型聚合工藝概述 懸浮聚合 懸浮聚合是一種成熟的工藝，典型的懸浮聚合過程是向聚合釜中加入無離子水和懸浮劑，加入引發(fā)劑后密閉聚合釜，真空脫除釜內(nèi)空氣和溶于物料中的氧，然后加入單體氯乙烯之后開始升溫，攪拌，反應(yīng)開始后維持溫度在50 左右，壓力0.881.22 mpa ，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到70 %左右開始降壓，在壓力降至0.130.48 mpa 時即可停止反應(yīng)。聚合完畢抽出未反應(yīng)單體，料漿進(jìn)行汽提，回收氯乙烯單體。汽提后的料漿進(jìn)行離心分離，使聚氯乙烯含水25 %，再進(jìn)入干燥器干燥至含水0.3 %0.4 % ，過篩后即得產(chǎn)品，工藝流程見圖1 。 無 離 熱 子 助

25、 蒸 空 水 劑 汽 氣 干燥離心分離料漿氣提懸浮聚合氯乙烯 料漿 產(chǎn)品 單體 未聚合乙烯 水 水蒸氣 產(chǎn)品 圖1 懸浮聚合流程 本體聚合本體聚合工藝不以水為介質(zhì)，也不加入分散劑等各種助劑，而只加入氯乙烯和引發(fā)劑，因此可大大簡化生產(chǎn)工藝。由于本體聚合過程中物料狀態(tài)是由低粘液相逐漸變成粘稠而最終形成粉料，所以聚合就被分為“預(yù)聚合”和“后聚合”兩個過程，預(yù)聚合是在一個有劇烈攪拌的立式反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)熱靠反應(yīng)釜冷卻水套及回流冷凝器傳出。氯乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到7%12%時即將物料送入后聚合釜繼續(xù)反應(yīng)，后聚合釜是本體聚合的關(guān)鍵設(shè)備，在此物料經(jīng)歷從液相低粘度到糊狀再到粉末相的轉(zhuǎn)化。聚合反應(yīng)結(jié)束后，對未反應(yīng)的氯

26、乙烯進(jìn)行回收。離開聚合釜的物料是干粉，通過氣流送到聚氯乙烯貯斗中，經(jīng)多層振動篩分后產(chǎn)品送至稱量包裝機中包裝。 乳液聚合乳液聚合是生產(chǎn)糊樹脂的方法，通常采用水溶性引發(fā)劑(h2o2 或k2s2o8 等) 。把氯乙烯單體、水溶性引發(fā)劑、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入聚合釜中，在4055下聚合達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)化率(85%90%) 時停止聚合反應(yīng)，聚合物膠乳經(jīng)噴霧干燥，即得產(chǎn)品。回收未聚合單體。 微懸浮聚合微懸浮聚合工藝，首先將氯乙烯單體、無離子水、乳化劑、油溶性引發(fā)劑以及其它助劑按比例預(yù)混合均化，使含引發(fā)劑的氯乙烯均化成小液珠，然后將其均化料通入聚合反應(yīng)釜，升溫至聚合溫度。待達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)化率時停止反應(yīng)，

27、回收未聚合單體，聚合所得膠乳經(jīng)噴霧干燥即得產(chǎn)品。 溶液聚合溶液聚合是在聚合釜中氯乙烯單體在醋酸丁酯、丙酮等各種溶劑中進(jìn)行聚合。這種方法有溶劑回收和使用時氯乙烯單體污染問題，并且生產(chǎn)成本高，所以僅適用于特殊用途。 典型聚合工藝技術(shù)特性比較表2 4種主要聚合工藝特性比較序號項目懸浮法本體法乳液法法微懸浮法1工業(yè)類型間歇間歇間歇間歇2生產(chǎn)能力（萬t/a）201055續(xù)表2序號項目懸浮法本體法乳液法法微懸浮法3反應(yīng)器/ m36133第一 第二138 563635635（1）類型立式立式立式立式（2）效率/t/a/ m32512832382384.反應(yīng)條件溫度/5767 705250時間/h6.00.2

28、5 3.06.010批量時間/h8.21.80 7.657.811.8轉(zhuǎn)化率/%88.08.0 67.082.391.8總收率/%99.399.098.798.95.原料(以氯乙烯 計）(1) 氯乙烯100.0059.65 40.35100.00100.00(2) 水200.0090.8887.50(3) 引發(fā)劑0.06670.009 0.02270.0011(4) 懸浮劑0.10000.00660.1000(5) 懸浮劑0.10001.14000.0200(6) 乳化劑1.14000.0200(7) 乳化劑0.21000.0079(8) 乳化劑1.22000.3000就以上4 種主要聚合工藝

29、來講，本體法具有工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時基本上無廢液排放，排氣可以達(dá)到最低程度，因而環(huán)境污染少且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別適用透明包裝材料和電纜料等特點。懸浮法是一種相對最成熟的工藝，在目前世界聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對的份額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應(yīng)市場。乳液法是生產(chǎn)糊樹脂的方法，工藝復(fù)雜、成本較高且樹脂質(zhì)量較差。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹脂的方法，只用于特殊用途。 本設(shè)計采用技術(shù)最成熟的懸浮法工藝，所以在此重點介紹一下懸浮法。 懸浮法pvc生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展目前，世界發(fā)達(dá)國家聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)技術(shù)都較為成熟，普遍采用大釜密閉技術(shù)，先進(jìn)的防粘釜工藝，改進(jìn)了攪拌裝置，用后掠式攪拌器代替

30、平槳式攪拌器，并在攪拌器和擋板中通冷卻水，提高了聚合釜的傳熱能力。目前，世界最大的聚合釜是德國許爾斯公司使用的200m3 聚合釜。美國吉昂公司采用75m3 懸浮聚合釜，由于采用深冷水作冷卻介質(zhì)，除傳熱效果好、聚合釜生產(chǎn)效率高外， 單釜年生產(chǎn)pvc 樹脂可達(dá)到2.5萬t 。歐洲索爾維公司和日本信越公司采用的聚合釜容積在127m3 左右。為了增加移熱能力，大釜普遍采用了釜頂設(shè)計回流冷凝器、釜夾套采用大循環(huán)回流水量的方式來增加傳熱系數(shù)，以強化換熱效果。目前，在聚合配方上采用高油水配比，以增加聚合釜的產(chǎn)量；采用氨水和碳酸氫銨混合溶液取代氫氧化鈉溶液作ph 值調(diào)節(jié)劑，提高了產(chǎn)品白度，縮短了pvc 加工塑

31、化時間；采用無毒溶劑和過碳酸類引發(fā)劑取代偶氮腈根類引發(fā)劑，使產(chǎn)品的環(huán)境安全性能更高；采用多元高效引發(fā)劑復(fù)合取代二元引發(fā)劑，提高了聚合引發(fā)速度和反應(yīng)放熱的均勻性，縮短了聚合時間；采用多元分散體系取代二元分散體系，改善產(chǎn)品的加工性能；采用反應(yīng)中補加水技術(shù)有效地提高反應(yīng)換熱能力，縮短聚合反應(yīng)時間，目前國內(nèi)聚合反應(yīng)時間已有廠家縮短到34h/釜左右；采用高溫?zé)崦擕}水技術(shù)和水乳性引發(fā)劑取代溶劑型引發(fā)劑，使聚合釜能在加料結(jié)束后直接達(dá)到反應(yīng)溫度，節(jié)約了聚合升溫時間，且對產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響；采用同時加料及釜外vcm（氯乙烯） 回收的方式減少聚合輔助時間。對超低聚合度pvc 的生產(chǎn)采用添加鏈轉(zhuǎn)移劑的方法，以降低反應(yīng)

32、溫度和壓力，提高 品質(zhì)量；對于高聚合度和超高聚合度pvc 的生產(chǎn)采用添加擴鏈劑的方法來提高反應(yīng)溫度，以提高聚合釜的移熱能力和縮短反應(yīng)時間；對于通用樹脂，在pvc 生產(chǎn)中采用添加改性劑的方法來降低產(chǎn)品的“魚眼”數(shù)，提高產(chǎn)品白度，縮短產(chǎn)品塑化時間，改善加工質(zhì)量；添加納米無機材料或者優(yōu)化分散劑種類和比例來提高pvc 顆粒的表觀密度，提高后加工的速度；添加特殊助劑生產(chǎn)如抗靜電pvc、阻燃pvc、消光pvc、耐放射線pvc 等；與其他單體共聚生產(chǎn)耐熱pvc、內(nèi)增塑pvc 等。vcm 回收壓縮單元改變了原來直接全部進(jìn)氣柜后再壓縮冷凝的過程。充分利用回收氣體的固有壓能，回收氣體壓力高時直接冷凝，壓力稍低一點

33、時增壓冷凝，壓力低于0.12mpa 時進(jìn)行抽壓和壓縮冷凝，取消了氣柜，節(jié)約了設(shè)備投資和電耗。目前，vcm 尾氣中vcm 的回收方法主要有活性炭吸附、膜法吸附和溶劑吸附3種，前兩種方法目前采用較多，最后一種方法因成本較高采用較少。pvc 漿料汽提技術(shù)的發(fā)展是從汽提槽發(fā)展到穿流篩板汽提塔，再發(fā)展到溢流篩板汽提塔， pvc漿料中vcm 含量有大幅度降低。上海氯堿化工股份有限公司汽提過程采用螺旋板換熱器進(jìn)行余熱回收，不僅節(jié)約50%左右的蒸汽，提高汽提塔處理能力20%左右，而且使pvc漿料中vcm含量進(jìn)一步降低。錦化化工(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司對沸騰床干燥技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，通過降低前幾室的溫度，取消了后室冷

34、卻的工藝，可降低蒸汽單耗20%左右。上海氯堿化工股份有限公司等采用了旋風(fēng)干燥器技術(shù)，。進(jìn)一步有效降低了干燥蒸汽單耗。江蘇北方氯堿化工集團(tuán)有限公司等采用國內(nèi)開發(fā)的旋流床干燥工藝，據(jù)介紹，該工藝比旋風(fēng)干燥器技術(shù)蒸汽單耗還低5%。江蘇華蘇塑料有限責(zé)任公司采用了滴流床工藝，據(jù)說該工藝技術(shù)蒸汽單耗更低。干燥蒸汽冷凝水已得到普遍回收利用，離心水已得到部分回收利用，天津lg大沽化學(xué)有限公司采用臭氧氧化廢水處理工藝，上海氯堿化工股份有限公司采用生化方法處理廢水，效果均很好。 生產(chǎn)工藝流程簡述干燥混合氣精乙炔粗乙炔電石 濕式發(fā)生 清靜 混合脫水 +h2o +naclohcl電石渣精vc粗vc合成氣合成（轉(zhuǎn)化）

35、水洗、堿洗 加壓精餾 懸浮聚合hgcl2 + h2o 加懸浮劑廢酸液 +naoh 加引發(fā)劑pvc懸浮液成品pvc干燥pvc濕pvc 后處理、離心 干燥 過篩包裝 +naoh 加熱風(fēng)圖2 懸浮法pvc生產(chǎn)工藝流程1.2 氯乙烯（vc）氯乙烯是生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的原料，本設(shè)計就是電石法合成聚乙烯的合成氯乙烯單體的工段。1.2.1 氯乙烯的合成1氯乙烯是由乙炔與氯化氫在升汞催化劑存在下的氣相加成的。 反應(yīng)機理 + 1248kj/mol上述反應(yīng)實際上是非均相的，分5個步驟來進(jìn)行，其中表面反應(yīng)為控制階段。 外擴散 乙快、氯化氫向碳的外表面擴散； 內(nèi)擴散 乙炔、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴散； 表面反應(yīng)

36、乙炔、氯化氫在升汞催化劑活化中心反應(yīng)發(fā)生加成反應(yīng)生成氯乙烯； 內(nèi)擴散 氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴散； 外擴散 氯乙烯自碳外表面向氣流中擴散。 催化劑 載體活性炭 用作催化劑載體的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并經(jīng)750950高溫水蒸氣活化，以氧化(或稱“燒掉”)成型后炭粒內(nèi)部的揮發(fā)組分，使形成許多微細(xì)的“孔穴”和“通道”。因此，活性炭具有非常驚人的表面積，如利用低濕氮氣吸附法或苯蒸氣動態(tài)吸附法，可測得目前常用的活性炭其每克重量就有8001000m2的表面積，這一數(shù)值又稱為活性炭的比表面積?；钚蕴康倪@一特性使它具有優(yōu)異的吸附能力，被廣泛地應(yīng)用于氣體或液體中微量雜質(zhì)的吸附分離過程，各種有

37、毒、有害氣體的防毒面具以及催化劑的載體。 升汞 在常溫下是白色的結(jié)晶粉末，分子式hgcl2分子量271.52，升華點302。在此溫度下固態(tài)升汞可以直接升華變成蒸氣態(tài)。升汞在水中具有一定的溶解度，且依溫度上升而增加，升汞在水中的離解(或稱水解)作用很小，只占溶解的升汞分子總數(shù)中的0.1%，且水溶液實際上不導(dǎo)電，說明這種化合物為共價鍵的性質(zhì)，升汞在水中的微量離解不產(chǎn)生hg2+離子，而按獨特的方式進(jìn)行：純的升汞粉末(無載體活性炭時)對氯乙烯合成反應(yīng)并無活性，而一旦吸附于活性炭表面，由于兩者的相互作用使對該反應(yīng)有優(yōu)異的活性和選擇性，是迄今為止該化學(xué)反應(yīng)最為理想的催化劑。工業(yè)生產(chǎn)中宜選用純度99%的升汞

38、試劑作為催化劑的原料。 催化劑及其催化作用 眾所周知，催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身并不發(fā)生化學(xué)變化也不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡的物質(zhì)，即當(dāng)進(jìn)行可進(jìn)反應(yīng)時，催化劑對兩個相反方向的反應(yīng)速度具有相同的效力。以乙炔與氯化氫氣相合成氯乙烯的反應(yīng)來說，在100180范圍的熱力學(xué)平衡常數(shù)是很高的，說明在上述溫度下該反應(yīng)如達(dá)到平衡，則有獲得高收率氯乙烯產(chǎn)品的可能。但反應(yīng)動力學(xué)實驗證實，當(dāng)無催化劑存在時，該反應(yīng)在上述溫度范圍的速率幾乎等于零，而以升汞的活性炭催化劑用于反應(yīng)時，反應(yīng)過程就大大地被加速，這時的平衡常數(shù)是很大的，催化劑與乙炔生成了中間絡(luò)合物，再由中間絡(luò)合物進(jìn)一步生成氯乙烯，也即催化劑的存在改變了反應(yīng)

39、的歷程(機理)和反應(yīng)所需的活化能，以達(dá)到加速反應(yīng)的效果。由于催化劑并不參加化學(xué)反應(yīng)，而只是升華或中毒造成一些損失，所以1kg上述催化劑可合成1000kg以上的氯乙烯單體。目前，工業(yè)生產(chǎn)用催化劑，系以活性炭為載體，浸漬吸附812%左右的升汞制備而成，這里的含汞量系指每100份活性炭(干基)合升汞812份（摩爾比）。如前所述，純的升汞對合成反應(yīng)并無催化作用，純的活性炭也只有較低的催化活性，而當(dāng)升汞吸附于活性炭表面后(比表面積下降到600800m3/g，即具有很強的催化活性。 對原料氣的要求氯乙烯合成反應(yīng)對原料氣乙炔和氯化氫的純度和雜質(zhì)含量均有嚴(yán)格的要求。 純度 如果原料氣純度低，使二氧化碳、氫等惰

40、性氣體量增多，不但會降低合成的轉(zhuǎn)化率，還特使精餾系統(tǒng)的冷凝器傳熱系數(shù)顯著下降，尾氣放空量增加，從而降低精餾總收率。一般要求乙炔純度98.5%，氯化氫純度93%。 乙炔中磷、硫雜質(zhì) 乙炔氣中的磷化氫、硫化氫等均能與合成汞催化劑發(fā)生不可逆的化學(xué)吸附，使催化劑中毒而縮短催化劑使用壽命。此外，它們還能與催化劑中升汞反應(yīng)生成無活性的汞鹽。 工業(yè)生產(chǎn)采用浸硝酸銀試紙在乙炔樣氣中不變色，作為檢測磷、硫雜質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)。 水分 水分過高易與混合氣中氯化氫形成鹽酸，使轉(zhuǎn)化器設(shè)備及管線受到嚴(yán)重腐蝕，腐蝕的產(chǎn)物二氯化鐵、三氯化鐵結(jié)晶體還會堵塞管道，威脅正常生產(chǎn)。水分還易使催化劑結(jié)塊，降低催化活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，使乙

41、炔流量增高產(chǎn)生困難。此外，水分還易與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛：水分的存在還促進(jìn)乙炔與升汞生成有機絡(luò)合物，后者覆蓋于催化劑表面而降低催化劑活性。一般，原料氣含水分0.06%，能滿足生產(chǎn)需要。 氯化氫中游離氯 氯化氫中游離氯的存在是由于合成中的氫和氯配比不當(dāng)，或氯化氫氣壓力波動造成的，游離氯一旦進(jìn)入混合器與乙炔混合接觸，即發(fā)生激烈反應(yīng)生成氯乙炔等化合物，并放出大量熱量引起混合氣體的瞬間膨脹，釀成混合脫水系統(tǒng)的混合器、列管式石墨冷凝器等薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生爆炸而影響正常生產(chǎn)，因此必須嚴(yán)格控制。作為生產(chǎn)安全措施，一般借游離氯自動測定儀或在混合器出口安裝氣相溫度報警器，設(shè)定該溫度超過56時即關(guān)閉原料乙炔氣

42、總閥，作臨時緊急停車處理，待游離氯分析正常時再通入乙炔氣開車。正常生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制氯化氫中無游離氯析出。 含氧量 原料氣(主要存在于氯化氫中)中含量用較高時，將威脅安全生產(chǎn)、特別當(dāng)合成轉(zhuǎn)化率較差，造成尾氣放空中含乙炔量較高時，氧在放空氣相中也被濃縮就更有潛在的危險，系統(tǒng)中的氧能與活性碳在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳，使精餾系統(tǒng)出現(xiàn)問題。更值得注意的是，氧在精餾系統(tǒng)中能與氯乙烯單體反應(yīng)形成氯乙烯過氧化物： 后者與精餾系統(tǒng)中微量水分相遇時，會發(fā)生水解而產(chǎn)生鹽酸，甲酸、甲醛等酸性物質(zhì), 從而降低單體ph值，造成設(shè)備管線的腐蝕，則產(chǎn)生的鐵離子則污染單體，最終還影響到聚合產(chǎn)品的白度和熱穩(wěn)定性。因此

43、，原則上應(yīng)盡量將原料氣中含氧量降低到最低值甚至零。僅工業(yè)生產(chǎn)上由于電解槽以及氯氣、氫氣和氯化氫氣體的輸送處理系統(tǒng)難免將空氣泄漏，故一般規(guī)定控制在0.5%以下。 生產(chǎn)條件的選擇 摩爾比 提高原料氣乙炔或氯化氫氣的濃度(即分壓)或使一種原料氣配比過量，都有利于反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率增加。但當(dāng)乙炔過量時，易使催化劑中升汞還原為甘汞或水銀造成催化劑很快失去活性，而當(dāng)氯化氫過量太高，則不但增加原料消耗定額，還會增加已合成的氯乙烯與氯化氫加成生成1,1-二氯乙烷副產(chǎn)物的機會。因此，宜控制乙炔與氯化氫摩爾比在1：1.051.10范圍，實際生產(chǎn)操作中，應(yīng)結(jié)合合成氣中轉(zhuǎn)化氯化氫及乙炔含量的分析值來實現(xiàn)摩爾比控制的。

44、反應(yīng)溫度 提高反應(yīng)溫度有利于加快氯乙烯合成反應(yīng)的速度，獲得較高的轉(zhuǎn)化率。但是，過高的溫度易使催化劑吸附的氯化高汞升華而隨氣流帶逸，降低催化劑活性及使用壽命；此外，在較高溫度下，催化劑在乙炔氣流中可收集到4570餾分的液體，屬二氯乙烯類物質(zhì)，而催化劑上的升汞被還原成甘汞或水銀。因此，工業(yè)生產(chǎn)中盡可能將合成反應(yīng)溫度控制在100180范圍。 空間流速 空間流速是指單位時間內(nèi)通過單位體積催化劑的氣體量(氣體量習(xí)慣以乙炔量來表示，其單位為m3乙炔m3催化劑h。 乙炔的空間流速對氯乙烯的產(chǎn)率有影響，當(dāng)空間流速增加時，氣體與催化劑的接觸時間減少，乙炔的轉(zhuǎn)化率隨之降低。反之，當(dāng)空間流速減少時，乙炔轉(zhuǎn)化率提高，

45、但高沸點副產(chǎn)物量也隨之增多，這時生產(chǎn)能力隨之減小。在實際生產(chǎn)中，比較恰當(dāng)?shù)囊胰部臻g流速為2540m3乙炔m3催化劑h。此時，既能保證乙炔有較高的轉(zhuǎn)化率，又能保證高沸點副產(chǎn)物含量減少。 1.2.2 生產(chǎn)工藝流程簡述 生產(chǎn)工藝流程緩沖器乙炔砂封混合器石墨冷卻器多筒過濾器石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器除汞器水洗塔堿洗塔冷卻器圖3 生產(chǎn)工藝流程由乙炔工段送來的精制乙炔氣，經(jīng)乙炔砂封，與氯化氫工序送來的氯化氫氣體經(jīng)緩沖罐通過孔板流量計調(diào)節(jié)配比（乙炔/氯化氫=1/1.051.1）在混合器中充分混合，進(jìn)入石墨冷卻器，用-35鹽水間接冷卻，冷卻到-142，乙炔氯化氫混合氣在此溫度下，部分水分以40%鹽酸排出，部分則夾帶于氣

46、流中，進(jìn)入串聯(lián)的酸霧過濾器中，由硅油玻璃棉捕集器分離，然后混合氣經(jīng)石墨冷卻器，由流量計控制進(jìn)入串聯(lián)的第一組轉(zhuǎn)化器，在列管中填裝吸附于活性炭上的升汞催化劑，在催化劑的作用下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2030%未轉(zhuǎn)化的乙炔，再進(jìn)入第二級轉(zhuǎn)化器繼續(xù)轉(zhuǎn)化，使出口處未轉(zhuǎn)化的乙炔控制在3%以下，第二組轉(zhuǎn)化器填裝活性較高的新催化劑，第一組則填裝活性較低的，即由第二組轉(zhuǎn)化器更換下來的舊催化劑即可。合成反應(yīng)放出的熱量通過離心泵送來的95100左右的循環(huán)水移去。粗氯乙烯在高溫下帶逸的氯化汞升華物，在填活性炭吸附器中除去，接著粗氯乙烯進(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

47、淋，一次（不循環(huán)）接觸得20%鹽酸，裝大貯槽供罐裝外銷，氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔，除去殘余的微量氯化氫后，送至氯乙烯氣柜，最后去精餾工段。1.2.3 主要工藝參數(shù)本設(shè)計工藝參數(shù)如表3所示表3 本設(shè)計工藝參數(shù)設(shè)備名稱指標(biāo)名稱單位指標(biāo)壓力atm1.5混合器乙炔流量：氯化氫流量1: 1.05混合氣溫度25石墨冷卻器進(jìn)料溫度25出料溫度-13鹽水進(jìn)口溫度-35鹽水出口溫度-20多筒過濾器混合氣含水%0.08石墨預(yù)熱器進(jìn)料溫度-13出料溫度75循環(huán)水進(jìn)口溫度110循環(huán)水出口溫度95轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度（新觸媒）150反應(yīng)溫度（舊觸媒）180卸大蓋溫度循環(huán)水進(jìn)口溫度循環(huán)水出口溫度放酸轉(zhuǎn)化率60次/小時%9511019

48、51.2.4 主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) 乙炔：分子式：c2h2 分子量：26性質(zhì)：在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的醚味，工業(yè)用乙炔因含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭氣。乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。壓力對乙炔有特殊的意義。壓力增加時，乙炔氣體分子間相密聚，因此，一旦某處乙炔分解，就能迅速擴展到全部氣體中。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kpa(1.47bar)以上溫度超過773823k時，使會全部分解，發(fā)生爆炸。當(dāng)溫度低于723k(并有接觸物質(zhì)存在時，可能發(fā)生爆炸。乙炔可以發(fā)生加成反應(yīng)，聚合反應(yīng)。乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。例

49、如含有水成氨的工業(yè)乙乙炔與氯化亞銅作用，生成具有爆炸性副乙炔銅。所以，工業(yè)上乙炔發(fā)生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞及管件。規(guī)格2：純度：98.5%不含硫、磷、砷等雜質(zhì)。 氯化氫：分子式：hcl 分子量：36.5性質(zhì)：是一種無色有刺激性的氣體，遇到濕空氣則呈白色煙霧，鼓可做煙霧劑。標(biāo)準(zhǔn)狀況下比重為1.639kg/m2，低溫低壓下可以成為液體，熔點為-114，沸點為-85.03。易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解525.2升的hcl氣體。在潮濕狀態(tài)下，容易與多種金屬作用生成該金屬的氯化物。屬強酸，可使蛋白質(zhì)凝固造成凝固性壞死，嚴(yán)重時可引起受損器官穿孔，斑痕形成，狹窄及畸形。規(guī)格2：純度93%水分0.06%

50、 氯乙烯：分子式：ch2chcl 分子量：62.50性質(zhì)：沸點：-13.9 熔點：-160.0蒸汽相對密度：2.15(空氣為1) 液體相對密度：0.9121（20)爆炸極限：在空氣中3.626.4%(體積)氯乙烯在常溫常壓下為易燃、無色的氣體，具有類似醚一般氣味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。規(guī)格3：主要質(zhì)量要求(均為重量百分?jǐn)?shù))氯乙烯 99.99% 乙炔 0.8ppm乙烯 2ppm 氯甲烷 50ppm丁二烯 6ppm 鐵 0.5 ppmhcl 0.5ppm 水 80ppm重組分 50ppm2 工藝計算2.1 物料衡算假設(shè)各化工單元操作連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M(jìn)行物料衡算。2.1.1 計算依據(jù)： 計算標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)5萬噸的聚氯乙烯年工作日：以300天計算日產(chǎn)量：5104103/300=1.667105 kg小時產(chǎn)量：1.667105/24=6944.4 kg