化工專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書 課 題 名 稱 5萬(wàn)t/aPVC生產(chǎn)裝置合成轉(zhuǎn)化工段單體 合成工序的初步設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 劉 軍 學(xué) 號(hào) 1040902015 系、年級(jí)專業(yè) 生物與化學(xué)工程系2010級(jí)化學(xué)工程與工藝 指 導(dǎo) 教 師 戴友志 職 稱 高級(jí)工程師 2013年12 月25日一、課題的來(lái)源、目的、意義（包括應(yīng)用前景）、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平、市場(chǎng)需求淺析課題的來(lái)源：本課題由指導(dǎo)教師根據(jù)中鹽株洲化工集團(tuán)有限公司（PVC廠）氯乙烯單體合成工序的生產(chǎn)工藝來(lái)確定的。目的： 通過(guò)對(duì)該課題的研究與設(shè)計(jì)，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生的理論知識(shí)得以鞏固，實(shí)踐能力得以提高，從而全面提高學(xué)生掌握知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的綜合技能

2、，為將來(lái)的工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。意義（包括應(yīng)用前景）： 聚氯乙烯（PVC）的易燃性、耐磨性、抗化學(xué)腐蝕性、水汽低滲透性好，此外，綜合機(jī)械性能、制品透明性、電絕緣性、隔熱、消聲、消震性好，是性價(jià)比最為優(yōu)越的通用型材料。因此用途極為廣泛，可用來(lái)生產(chǎn)建筑材料，包裝材料、電子材料、日常消費(fèi)品等，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通運(yùn)輸、電力、電訊和包裝等各領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平：聚氯乙烯（PVC）是五大熱塑性合成樹脂之一，塑料制品是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的品種之一。2002年世界總產(chǎn)能約為3400萬(wàn)噸，消費(fèi)量約為2800萬(wàn)噸；2009年世界生產(chǎn)能力已上升到約3900萬(wàn)噸，需求量約為3700萬(wàn)噸；2010年世界生

3、產(chǎn)能力為4300萬(wàn)噸，需求量4200萬(wàn)噸。盡管目前世界對(duì)PVC生產(chǎn)和制品的環(huán)保制約政策越來(lái)越嚴(yán)厲，但由于性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低廉，仍具有較強(qiáng)的活力，特別在塑料門窗、塑料管道等建材領(lǐng)域。我國(guó)聚氯乙烯(PVC）工業(yè)起步于50年代，第一個(gè)PVC裝置于1958年在錦西化工廠建成投資，生產(chǎn)能力為3000噸/年1。到目前為止，我國(guó)有PVC樹脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，總生產(chǎn)能力達(dá)220萬(wàn)噸/年。PVC由氯乙烯（VCM）聚合而成，工業(yè)生產(chǎn)一般采用4種聚合方式：懸浮法、本體法、乳液法和微懸浮法。其中懸浮法PVC樹脂產(chǎn)量最高，占80%。VCM懸浮聚合是以水為介質(zhì)、加入VCM、分散劑、引發(fā)劑、pH值調(diào)節(jié)劑等，在攪拌和一定溫

4、度條件下進(jìn)行聚合?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)引進(jìn)PVC生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的項(xiàng)目有二十項(xiàng)左右，其中生產(chǎn)能力最大的兩套設(shè)備是上海氯堿股份有限公司和齊魯總公司的年產(chǎn)20萬(wàn)噸懸浮法PVC樹脂裝置，及北京化工二廠、錦西化工廠、福州化工二廠引進(jìn)的懸浮法PVC樹脂生產(chǎn)技術(shù)，這些技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)，使我國(guó)PVC樹脂的生產(chǎn)技術(shù)和水平有了很大的提高，帶動(dòng)了我國(guó)PVC工業(yè)的發(fā)展2。目前，我國(guó)PVC工業(yè)經(jīng)過(guò)4、50年來(lái)的發(fā)展，不論在理論上研究和生產(chǎn)實(shí)踐上都取得了巨大的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)PVC行業(yè)在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的同時(shí)，不斷自主創(chuàng)新開發(fā)，形成了具有世界先進(jìn)水平的國(guó)產(chǎn)化PVC生產(chǎn)技術(shù)。2003年國(guó)內(nèi)擴(kuò)建和新建PVC生產(chǎn)裝置中70立方米聚合

5、釜占主導(dǎo)地位，同時(shí)在工藝技術(shù)方案上采用先進(jìn)的生產(chǎn)配方技術(shù)、密閉入料技術(shù)、防黏釜技術(shù)、新型汽提技術(shù)、新型干燥技術(shù)和DCS控制技術(shù)等，提高了生產(chǎn)裝置的自控水平和生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度降低了原輔材料和能源消耗。 但我國(guó)PVC工業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在裝置規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種和消費(fèi)結(jié)構(gòu)等多方面的差距。今后國(guó)內(nèi)PVC行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)將朝著生產(chǎn)規(guī)模大型化、原料路線多樣化、生產(chǎn)技術(shù)高新化、產(chǎn)品品種專業(yè)化、環(huán)保水平先進(jìn)化等幾個(gè)方向發(fā)展8。 生產(chǎn)裝置的大型化帶來(lái)工藝技術(shù)和控制方案上的更高要求。單條生產(chǎn)線能力的提高對(duì)于設(shè)備的大型化提出了更新的要求，如離心機(jī)、汽提塔、干燥器、壓縮機(jī)等單臺(tái)設(shè)備處理能力都需要

6、進(jìn)一步提高，國(guó)內(nèi)設(shè)備制造和開發(fā)企業(yè)應(yīng)對(duì)此做大量的工作。20世紀(jì)30年代，德國(guó)格里斯海姆電子公司基于氯化氫與乙炔加成，首先實(shí)現(xiàn)了氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)。初期，氯乙烯采用電石，乙炔與氯化氫催化加成的方法生產(chǎn)，簡(jiǎn)稱乙炔法。以后，隨著石油化工的發(fā)展，氯乙烯的合成迅速轉(zhuǎn)向以乙烯為原料的工藝路線。1940年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司開發(fā)了二氯乙烷法。為了平衡氯氣的利用，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司又開發(fā)了將乙炔法和二氯乙烷法聯(lián)合生產(chǎn)氯乙烯的聯(lián)合法。1960年，美國(guó)陶氏化學(xué)公司開發(fā)了乙烯經(jīng)氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，開發(fā)成以乙烯為原料生產(chǎn)氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速發(fā)展。乙炔法、混合烯炔法等其他方法由于能耗

7、高而處于逐步被淘汰的地位。由于我國(guó)具有豐富廉價(jià)的煤炭資源，因此用煤炭和石灰石生成碳化鈣電石，然后電石加水生成乙炔的路線具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的VCM生產(chǎn)目前仍以乙炔法工藝路線為主，采用氣相工藝5。中國(guó)聚氯乙烯工業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景,中國(guó)地大物博、人口眾多,為聚氯乙烯產(chǎn)品提供了廣大的市場(chǎng)。中國(guó)PVC制品市場(chǎng)需求淺析：1、中國(guó)PVC樹脂需求大，供不應(yīng)求，仍需大量進(jìn)口2、高性能PVC專用樹脂供不應(yīng)求3、PVC制品生產(chǎn)品種門類繁多，應(yīng)用范圍廣闊，市場(chǎng)需求強(qiáng)勁。4、塑料建材持續(xù)快速發(fā)展（1）PVC管材消費(fèi)量最大，市場(chǎng)前景好（2）PVC型材門窗向大規(guī)模化、高品質(zhì)方向發(fā)展（3）塑料防水材料發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁5、

8、農(nóng)用塑料制品需求量近兩倍增長(zhǎng)需求的明顯改善與成本強(qiáng)勁支撐使得PVC行業(yè)步入景氣時(shí)光，PVC期價(jià)將高位運(yùn)行。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)PVC管道中小企業(yè)加工能力主要集中在PVC排水管?！笆濉逼陂g房屋建筑與市政工程仍提供穩(wěn)定內(nèi)需，將拉動(dòng)PVC排水管的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，PVC管道市場(chǎng)需求量仍然會(huì)受到建設(shè)需求拉動(dòng)而不斷的增長(zhǎng)，尤其是在一大批保障房建設(shè)完工的到來(lái)。但值得注意的是PVC管道企業(yè)還應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以環(huán)保和質(zhì)量為核心重點(diǎn)開發(fā)符合市場(chǎng)需求的建材產(chǎn)品，這樣才能在塑料管道市場(chǎng)上立與不敗之地。據(jù)GIA稱,中國(guó)PVC市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)以及美國(guó)住宅市場(chǎng)的復(fù)蘇將刺激全球PVC消費(fèi)增長(zhǎng)。二

9、、課題研究的主要內(nèi)容、基本要求、研究方法或工程技術(shù)方案和準(zhǔn)備采取的措施主要內(nèi)容：對(duì)年產(chǎn)5萬(wàn)噸PVC生產(chǎn)裝置合成轉(zhuǎn)化工段單體合成工序的初步設(shè)計(jì)。包括以下具體內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書部分（1）生產(chǎn)原料及產(chǎn)品性質(zhì)的資料分析；（2）工藝路線的比較與選擇；（3）單體合成工序設(shè)備類型的選擇和設(shè)計(jì)；（4）物料衡算； （5）熱量衡算；（6）總結(jié)性結(jié)論。 2、設(shè)計(jì)圖紙部分（1）工藝流程圖； （2）合成反應(yīng)釜的設(shè)備圖。基本要求：對(duì)年產(chǎn)5萬(wàn)噸PVC生產(chǎn)裝置合成轉(zhuǎn)化工段單體合成工序的初步設(shè)計(jì)基本要求如下：1、本設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照我校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的編寫規(guī)定認(rèn)真編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，論文不少于20000字，必須包括以下內(nèi)容：1）

10、畢業(yè)設(shè)計(jì)封面；2）內(nèi)容提要（中英文）； 3）目錄；4）正文（包括緒論、本論、結(jié)論等）；5）參考文獻(xiàn)；6）附工程圖紙；7）致謝；8）封底。 2、工藝流程圖1張（3圖紙） 3、合成反應(yīng)釜裝配圖1張（1圖紙） 氯乙烯合成工藝路線：采用乙炔法合成VCM，在氯化汞催化劑存在下，乙炔與氯化氫加成直接合成氯乙烯：其過(guò)程可分為乙炔的制取和精制，氯乙烯的合成以及產(chǎn)物精制三部分。將電石破碎至20-50mm后加入發(fā)生器遇水即反應(yīng)生成C2H2，控制溫度在80左右，粗乙炔氣體進(jìn)冷卻器冷卻至40以下，在經(jīng)水壓機(jī)壓縮氣體至40-80KPa，由于工業(yè)用電石含有其他雜質(zhì)，與水同時(shí)進(jìn)行副反應(yīng)，故在粗乙炔氣中含有PH3、H2S、N

11、H3、SiH4、AsH3等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)VC合成所用的HgCl2觸媒發(fā)生了不可逆吸附，破壞其“活動(dòng)中心”，從而加速觸媒失效，因此需先將粗乙炔氣精制。再將乙炔和HCl混合送入轉(zhuǎn)化器中，在HgCl2觸媒的催化下反應(yīng)生成粗氯乙烯。粗氯乙烯在高溫下帶逸的氯化汞升華物在填裝活性炭的吸附器中脫除，除汞后的粗氯乙烯進(jìn)入水洗塔，經(jīng)堿洗塔除去殘余的微量氯化氫后進(jìn)入氯乙烯氣柜9。 工藝流程圖如下：氯乙烯生產(chǎn)方法： （1）電石乙炔法電石乙炔法是最早的氯乙烯生產(chǎn)方法。它主要利用乙炔和氯化氫為原料,用氧化汞做催化劑進(jìn)行加成反應(yīng),生成氯乙烯。其優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、簡(jiǎn)單,設(shè)備投資低,但由于采用電石作為原料,需要消耗大量電能,

12、使氯乙烯成本上升,反應(yīng)中所用的催化劑對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重。電石乙炔法在世界上已基本被淘汰,但這是我國(guó)目前主要的氯乙烯生產(chǎn)方法。 （2）二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯為原料與氯氣反應(yīng)生成二氯乙烷(EDC),然后由二氯乙烷熱裂化制備氯乙烯的方法。該法的副產(chǎn)物是HCl,如果不加以利用,生產(chǎn)成太高。與電石乙炔法聯(lián)合起來(lái)可以解決HCl問(wèn)題。但這種方法既不能完全向石油天然氣化工方向轉(zhuǎn)化,又不能完全擺脫電石乙炔法,所以沒(méi)有發(fā)展前途。 （3）乙烯氧氯化法氧氯化法是對(duì)利用氯化氫合成有機(jī)物的這一類反應(yīng)的總稱。乙烯氧氯化法的化學(xué)反應(yīng)方程式為:；這種方法是目前缺少氯氣的地區(qū)采用的方法。這3種氯乙烯生產(chǎn)工藝中,除了第一種生產(chǎn)

13、工藝走的是電石路線外,后二種生產(chǎn)工藝均屬于石油路線(即以石油或石油產(chǎn)品為原材料生產(chǎn)氯乙烯)。目前在我國(guó),除齊魯石化、上海氯堿總廠、北京化工二廠和天津大沽化工廠四家較大的聚乙烯生產(chǎn)企業(yè)采用了以乙烯為原料的平衡氧氯化法,天津樂(lè)金公司直接以進(jìn)口的氯乙烯為原料外,其余廠家均是電石乙炔法,乙炔法生產(chǎn)氯乙烯占氯乙烯總生產(chǎn)能力的63.4%。電石路線由于存在耗電量大,成本高以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題,正在被世界各國(guó)所淘汰，而石油路線則由于成本低、質(zhì)量高、污染小、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),成為目前世界上比較通用的生產(chǎn)工藝。但是,隨著石油資源的日益枯竭以及氯乙烯的需求不斷增加,必須有新的氯乙烯生產(chǎn)工藝的誕生。石油和天然氣

14、通常是相伴而生,在石油和天然氣當(dāng)中,石油的應(yīng)用非常廣泛,而天然氣雖然有極豐富的貯藏量,但其在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上石油。如何使天然氣替代或部分替代石油在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用,是人們一直關(guān)注的課題。尤其是隨著石油資源的日益減少和天然氣資源的大量發(fā)現(xiàn),天然氣的轉(zhuǎn)化和利用越來(lái)越受到人們的重視。在這種情況下,很自然想到用天然氣、油田氣中的乙烷來(lái)取代石油中的乙烯,用于氯乙烯的生產(chǎn)。因此,電石法PVC在國(guó)內(nèi)還可以生存相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。轉(zhuǎn)化器的選型設(shè)計(jì)： 本課題設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)化器是將乙炔和氯化氫轉(zhuǎn)化成粗氯乙烯的轉(zhuǎn)化設(shè)備。工業(yè)上經(jīng)常采用多管式的固定床氯化反應(yīng)器，管內(nèi)盛放催化劑。經(jīng)過(guò)干燥和已經(jīng)凈化的乙炔和氯化氫的混合氣體

15、，自上而下地通過(guò)催化劑床層，進(jìn)行反應(yīng)。管外用加壓的循環(huán)熱水進(jìn)行冷卻。對(duì)轉(zhuǎn)化器的要求是保證傳熱良好，能及時(shí)傳走反應(yīng)熱，且使反應(yīng)氣體分布均勻，以避免局部過(guò)熱。 我國(guó)聚氯乙烯生產(chǎn)一般用的是單體轉(zhuǎn)換器，大多數(shù)生產(chǎn)廠家是采用圓筒形立式列管結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)化器已使用三十多年，已有比較成熟的制造和使用經(jīng)驗(yàn)。催化劑的確定： 此次設(shè)計(jì)中選擇HgCl2觸媒作為催化劑，其主要指標(biāo)如下：HgCl2含量為10.5%-12.5%，水份0.3%，松裝密度為540-640g/l 廢HgCl2觸媒的處理：目前，國(guó)內(nèi)聚氯乙烯廠普遍采用活性炭脫汞器除汞，正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下可以保證水洗廢水中汞的含量小于0.02mg/。當(dāng)除汞器內(nèi)活性碳吸附汞

16、達(dá)到飽和時(shí)，可發(fā)現(xiàn)水洗酸中汞含量超標(biāo)，此時(shí)要及時(shí)更換活性碳，以免造成汞帶到水洗后的設(shè)備。另外，加強(qiáng)轉(zhuǎn)化控制，盡量減少汞的流失，合理使用觸媒，延長(zhǎng)觸媒的使用壽命，減小汞的流失，接觸汞的人員要定期檢查身體。三、現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件：課題研究已具備的條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備、參考資料）：1、在中鹽株洲化工集團(tuán)有限公司PVC生產(chǎn)車間進(jìn)行了為期十多天的實(shí)習(xí)，熟悉了車間生產(chǎn)工藝，收集了大量的技術(shù)資料。2、已經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行了為期半個(gè)月的認(rèn)真扎實(shí)的資料查詢，有了設(shè)計(jì)所必須的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。3、設(shè)計(jì)資料齊全，有專門的化工設(shè)計(jì)手冊(cè)等參考資料，并以中國(guó)知網(wǎng)為第二手資料，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行隨時(shí)查處。4、在校期間進(jìn)行

17、了多次課程設(shè)計(jì)，包括化工原理、分離工程、反應(yīng)工程等課程設(shè)計(jì)，有了很好的基礎(chǔ)。5、指導(dǎo)教師具有較為豐富的工廠經(jīng)驗(yàn)及指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：1邴涓林，李承志，2008年中國(guó)PVC產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)及分析 J.聚氯乙烯，2009，37 （5）：1-14.2 薛之化. 國(guó)內(nèi)聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展 J . 中國(guó)氯堿,2005,（5）:1 9.3 薛之化,發(fā)展PVC工業(yè)的可行性研究,聚氯乙烯,2005,（2）:12.4 譚愷,劉嶺梅.懸浮法 VCM聚合生產(chǎn)的新經(jīng)驗(yàn) J.聚氯乙烯,2006,34 4 :14 - 15.5 時(shí)鈞,汪甲鼎,余國(guó)瓊,陳敏恒.化學(xué)工程手冊(cè)(第二版),北京,化學(xué)工業(yè)出版社,1996.6

18、李雅麗.氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展概述J.中國(guó)化工信息.2006,（9:15-23）.7 郵涓林,朱平,金永利,李承志.國(guó)內(nèi)Pvc大型聚合釜技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)J.聚氯乙烯,2005(1):23一28.8徐兆瑜聚氯乙烯生產(chǎn)、市場(chǎng)和技術(shù)新進(jìn)展J塑料，2004，33(1)：64699株化誠(chéng)信公司工藝技術(shù)規(guī)程.聚氯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)規(guī)程.四、總的工作任務(wù)，進(jìn)度安排以及預(yù)期結(jié)果總的工作任務(wù)： （1）生產(chǎn)原料及產(chǎn)品性質(zhì)的資料分析； （2）工藝路線的比較與選擇； （3）單體合成工序設(shè)備類型的選擇和設(shè)計(jì)； （4）物料衡算； （5）熱量衡算； （6）總結(jié)性結(jié)論。 （7）工藝流程圖； （8）合成反應(yīng)釜的設(shè)備圖設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排表：時(shí) 間工 作 任 務(wù)2013年11月20日-2013年12月18日完成對(duì)技術(shù)資料、參考數(shù)據(jù)的收集2013年12月28日之前完成開題報(bào)告答辯2014年1月4日至 5月20日完成課題設(shè)計(jì)的說(shuō)明書編制及主要設(shè)計(jì)圖紙繪制2014年5月21日至5