年產30萬噸PVC課程設計

1、第一章 概 論1.1 PVC簡介1.1.1 PVC的發(fā)展史pvc（Polyvinylchloride，PVC）是一種無毒、無臭的白色粉末。主要成份為pvc聚氫乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）單體聚合而成的熱塑性高聚物，其分子結構式：（CH2-CH-）n，其中n為聚合度。PVC為無定形聚合物，含結晶度5%10%的微晶體，熔點為175，目前商品化的PVC樹脂的平均相對分子質量范圍在1.9×1055.0×106之間，國產通用型懸浮PVCSG1SG8型平均相對分子質量則在4×1051×106之間。我國pvc工業(yè)起步于20世紀50年代末，第一套pv

2、c裝置在錦西化工廠于1958年建成投產，生產能力在3000噸年。1959年，國內建成4個生產能力6000噸年的pvc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pvc樹脂廠增加到20家，但規(guī)模都叫小，1978年從日本東洋工程公司引進了兩套20萬噸年pvc廠，分別在齊魯石化公司和上海吳涇建廠。進入20世紀90年代北京化工二廠、上海氯堿、天津大沽化工廠、錦西化工廠等紛紛改進，生產能力提高很大。1.1.2 PVC的分類及用途PVC可分為軟PVC和硬PVC。其中硬PVC大約占市場的2/3，軟PVC占1/3。軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層，但由于軟PVC中含

3、有柔軟劑(這也是軟PVC與硬PVC的區(qū)別)，容易變脆,不易保存，所以其使用范圍受到了局限。硬PVC不含柔軟劑，因此柔韌性好，易成型，不易脆，無毒無污染，保存時間長，因此具有很大的 開發(fā)應用價值。軟質PVC多用來做成真空吸塑薄膜，用于各類面板的表層包裝，所以又被稱為裝飾膜、附膠膜，應用于建材、包裝、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%，其次是包裝行業(yè)，還有其他若干小范圍應用的行業(yè)。硬制品主要包括各種型材、管材、硬片、瓶類、汽車配件、異型材等PVC材料用途極廣， 主要用于制作：pvc卡片；pvc貼牌

4、；pvc鐵絲；pvc窗簾；pvc涂塑電焊網；pvc發(fā)泡板、pvc吊頂、pvc水管、pvc踢腳線等以及穿線管、電纜絕緣、塑料門窗、塑料袋 等方面。在我們的日常生活領域中處處可見到PVC產品。PVC被用來制作各種仿皮革，用于行李包，運動制品，如籃球、足球和橄欖球等。1.2 PVC的性質和特點1.2.1 特點聚氯乙稀是一種無毒、無臭的白色粉末。電絕緣性優(yōu)良，一般不會燃燒，但在火焰上能燃燒并放出HCl，若離開火焰即自熄，是一種“自熄性”、“難燃性”物質。主要用于生產透明片、管件、金卡、輸血器材、軟、硬管、板材、門窗、異型材、薄膜、電絕緣材料、電纜護套、輸血料等3。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、

5、耐化學藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90的硫酸、濃度為60的硝酸和濃度為20的氫氧化鈉）、機械強度及電絕緣性良好的優(yōu)點。但其耐熱性較差，軟化點為80，于130開始分解變色，并析出HCl3。 聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n值一般在50020000范圍內，其分子、結構式如下： 從產品分類看，PVC屬于三大合成材料（合成樹脂、合成纖維、合成橡膠）中的合成樹脂類，其中包括五大通用樹脂，聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹脂。1.2.2 物理性質（1）物理參數(shù) 中文名稱： 聚氯乙烯 英文名稱： Polyvinyl chlo

6、ride polymer 簡稱： PVC 熔點： 212 導熱率()： 0.16 W/m·K 熱容(c)： 0.9 kJ/(kg·K) 吸水率： 0.040.4%（2） 外觀 pvc樹脂尾白色粉末微粒，但工業(yè)產品夾帶分解產物或機械雜質，使樹脂發(fā)黃或有黑色的雜質，統(tǒng)稱為黑黃點。（3） 密度和表觀密度 PVC平均密度為1.4gcm3,實際上它很分散。密度分布窄的，其結構不均勻，易被增塑劑或其他液態(tài)助劑滲透；密度分布寬的，樹脂有的使開孔的，有的則使不能滲透的孔，影響增塑劑等的吸收和滲透。（4） 水分 PVC是極性聚合物，因而有一定的吸水性。水分影響過篩，水分可使成型時產生氣泡而影

7、響產品質量。通常要求在0.1%-0.3%。（5） 機械性質 PVC抗沖擊強度很高，常溫下可達到10MPa.（6） 溶解性質 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯類等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。1.2.3 化學性質（1） 化學穩(wěn)定性 化學穩(wěn)定性很高，除若干有機溶劑外，常溫下可耐任何濃度的鹽酸、90%以下的硫酸、50%60%的硝酸及20%以下的燒堿。這是由于PVC分子沿主鏈存在有許多極性鍵，大分子與大分子之間的結合力強，可以耐酸、堿和非極性溶劑的作用，因此，耐化學腐蝕性能優(yōu)良。（2） 熱性能 通常的PVC玻璃化溫度Tg在7580，結晶PVC的熔點為175，因而通常加工溫度在160220。PVC加熱到1

8、30以上時變?yōu)槠じ餇?，呈現(xiàn)彈性，長期加熱則分解脫出氯化氫，同時使PVC變色。隨著溫度的升高，樹脂由白色變?yōu)榈S色深黃色棕色黑色。在200以上開始分解并失去化學穩(wěn)定性與優(yōu)良的物理性質。pvc只是在火焰上才能燃燒并分解，放出氯化氫，離開火焰立即熄滅。（3）光性能 純pvc在紫外線單色光的照射下顯示藍綠熒光色，在長期光線照射下發(fā)生老化并使之色澤變暗。（4） 電性能 PVC具有特別好的介電性能，使屬于介電功耗最小的材料之一，它對于交流電和直流電的絕緣能力可與硬橡膠媲美。PVC的介電性能與溫度有關，溫度升高，介電性能變差。 第二章 PVC產品技術規(guī)格和原輔材料說明 內蒙古烏?；す煞萦邢薰臼菄鴥壬ap

9、vc的大型化工企業(yè)，該廠現(xiàn)在使用自己生產的電石資源全部用于生產乙炔原料氣，經過氯乙烯工段用乙炔和氯化氫反應生成液態(tài)的氯乙烯單體，送到聚合工段合成pvc白色顆粒，最后經過干燥工段變成干燥的反應物，包裝之后成為合格的pvc產品。 生產的原輔材料有很多種，如電石、氯化氫、氯乙烯、去離子水、引發(fā)劑、高汞觸媒等。2.1電石電石是由碳和氧化鈣（生石灰）在電阻電弧爐內于高溫條件下化合而成的，所以它的化學名叫碳化鈣，分子式，分子量64.10kg/mol。2.1.1 性質（1）化學純的碳化鈣幾乎是無色透明的結晶體，通常所說的電石是指工業(yè)碳化鈣，即除了含有大部分碳化鈣外，還有少部分雜質。工業(yè)用電石的顏色則隨所含的

10、碳化鈣純度不同而不同，有呈灰色，棕黃色或黑色。（2）18時的比重為2.22，電石比重隨著含量的減少而增加。（3）不溶于所有有機溶劑中，熔點2300（純電石），含80%時熔點為2000。（4）電石與水作用生成乙炔和氫氧化鈣。2.1.2 成分列表大多數(shù)企業(yè)電石具有以下的組成：（重量） 75%83% 7%14% 0.4%3%SiO2、Fe-Si、SiC 0.6%3%Fe2O3 0.2%3%CaS 0.2%2%CaSO4 0.2%0.4%CaCN2 0.2%1%Al、Al4C3、Al2O3 1.5%4%2.2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

11、（1)氯化氫在常溫常壓下是無色有刺激性氣味的氣體。(2)氯化氫極易溶于水而變成鹽酸，病強烈放熱。極易與潮濕的空氣中的水分結合生成白色煙霧。（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，表現(xiàn)鹽酸的性能，腐蝕性很強，能與大多數(shù)金屬反應。(4)氯化氫是制造合成材料的重要原料，可用它來制造PVC等合成材料。2.3 氯乙烯2.3.1 氯乙烯的分子式，分子量62.51kg/mol。2.3.2 氯乙烯的性質（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，遇火焰即可燃燒爆炸，在空氣中爆炸范圍為3.829.3%，故在有氯乙烯存在的地方都要嚴禁煙火及撞擊火花的產生。（3）有毒，對人體有麻醉

12、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，給后處理造成困難。與氯乙烯開始反應生成單質體，它溶解于氯乙烯單體中，以后分解和重排，生成對碰撞很敏感的過氧化聚合物，并會變成醛和酸。它們對聚合過程有很大的影響，氯乙烯系統(tǒng)中存在微量的水和酸，會加速單體生成過氧化聚合物，造成設備管道的腐蝕。（5）氯乙烯性質活潑，它能起加成反應，易起聚合反應，它能與丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。（6）氯乙烯難溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。2.4 去離子水所用反應介質水，應經過離子交換樹脂或磺化煤進行脫鹽處理。處理后的水pH應在58.5范圍，硅膠含量0.2m

13、g/L。2.5 分散劑懸浮聚合生產的pvc顆粒的大小與形態(tài)，主要取決于所用的分散劑，可分為兩類：主分散劑和輔助分散劑。主分散劑的作用是控制所得顆粒的大小，但也會影響pvc的孔隙率和某些形態(tài)。輔助分散劑的作用是提高顆粒中的孔隙率，并使之均與以改進pvc樹脂吸收增塑劑的性能。主分散劑主要是纖維素醚和部分水解的聚乙烯醇。輔助分散劑主要是小分子表面活性劑和低水解度聚乙烯醇。2.6 引發(fā)劑由于氯乙烯懸浮聚合溫度為5060上下，應根據反應溫度選擇合適的引發(fā)劑，其原則為在反應溫度條件下引發(fā)劑的半衰期大約為2h者，反應時間為最佳。由于反應后期單體濃度降低，為了使反應后期具有適當?shù)姆磻苑磻捌谂c反應后期應

14、當使用不同半衰期的引發(fā)劑。因此pvc樹脂生產工廠目前多數(shù)使用復合引發(fā)劑，即兩種引發(fā)劑的混合物。2.7 產品技術規(guī)格產品及副產品規(guī)格見表1。表1 聚氯乙烯產品規(guī)格序號純度單體含量其它雜質H2OPH備注精聚氯乙烯99%0.10.60.32.7-3.7優(yōu)級品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.32.5-3.8合格第三章 工藝路線的選擇和介紹3.1工藝路線的選擇3.1.1PVC工藝概述到目前為止， PVC 生產的聚合工藝主要有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)生產的主要工藝，絕大部分均聚及共聚產品都是采用懸浮聚

15、合工藝。烏?；ひ嗖捎弥髁鞴に嚿apvc。3.1.2各種生產工藝介紹(1)本體聚合。一般采用“兩端本體聚合法”，第一段稱為預聚合，采用高效引發(fā)劑，在6275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，在加入低效引發(fā)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。本體聚合時在氯乙烯單體中不加入任何介質，只有引發(fā)劑。生產的PVC樹脂純度較高，質量較好，結構規(guī)整，孔隙率高而均勻。但聚合操作控制難度大，PVC樹脂分子量分布較寬。(2)懸浮聚合。液態(tài)氯乙烯單體以水為分散介質，兵加入適當?shù)姆稚┖筒蝗苡谒苡趩误w的引發(fā)劑，在一定溫度下攪拌，使其呈珠粒狀懸浮于水相中

16、進行聚合。然后經堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀PVC樹脂。選取不同的分散劑，可以得到顆粒結構和形態(tài)不同的兩類樹脂。國產牌號分為SG-疏松型（“棉花球”型）樹脂；XJ-緊密型（“乒乓球”型）樹脂。疏松型樹脂吸油性好，易塑化，成型時間短，加工操作方便，適用于粉料直接成型，因而一般選用懸浮法聚合的疏松型樹脂作為PVC硬質品成型的基礎原料。目前各樹脂廠生產的懸浮法PVC樹脂，基本上都是疏松型的。（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，再用水溶性的引發(fā)劑來引發(fā)，進行聚合，乳液可用鹽類使聚合物析出，再經洗滌、干燥得到PVC樹脂粉末。乳液法PVC樹脂粒徑極細，樹脂中乳化劑含量高，

17、電絕緣性能差，成本高。該樹脂常用于PVC糊的制備。（4）微懸浮聚合。使用油性引發(fā)劑，在用乳化劑分散、穩(wěn)定的細小氯乙烯單體液滴中引發(fā)聚合，生成的PVC乳液，經破乳、洗滌、干燥得到PVC樹脂粉末。該方法生產的PVC樹脂具有良好的加工性能，能滿足大多數(shù)加工的需要。（5）溶液聚合。以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶劑，使氯乙烯單體在溶劑中聚合，由于溶劑具有鏈轉移劑的作用，所以聚合物的分子量和聚合速率不高。聚合得到的PVC樹脂因不溶于溶劑而不斷析出。此種PVC樹脂不宜于一般成型用，僅作為涂料、粘合劑，是目前各種聚合方法中產量最少的一種方法。就以上5種主要聚合工藝來講，通過幾種方法的比較，懸浮法是一種相對最成熟的

18、工藝，在目前世界pvc生產中占有絕對的份額，且產品轉化率最高，產品品種最多，容易適應市場。乳液法是生產糊樹脂的方法，工藝復雜、成本較高且樹脂質量較差。懸浮法工藝在PVC的各種生產方法中技術最為成熟，故本設計采用懸浮法聚合。聚合釜堿處理釜離心分離槽離心分離槽氣提塔氣提塔堿處理釜漿料排放槽漿料排放槽 去離子水 聚乙烯引發(fā)劑助劑 經篩分 包裝后入庫8。旋振篩旋風干燥床成品儲存與包裝 圖9 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖3.2工藝流程的介紹 在工廠實習期間，聚氯乙烯事業(yè)部生產pvc產品經過四大工段和重要的工序。首先將電石破碎與水反應生成乙炔氣，與HCL反應生成氯乙烯，經過壓縮和精餾工序提純氯乙烯，所送

19、到聚合工段進行產品的合成，得到需要的化工產品。3.2.1 乙炔工段(1)發(fā)生。經破碎好的電石裝進電石吊斗，推到提升口，由電動葫蘆吊到三樓，送到發(fā)生器加料貯存，用置換其中的乙炔氣后，電石在繼續(xù)通的情況下，經第一貯斗碟伐放入第二貯斗，第二貯斗電石經過電磁振動加料器加入發(fā)生器內。電石在發(fā)生器內遇水產生乙炔氣，從發(fā)生器頂部逸出，電石水解時放出大量的熱，可借連續(xù)加入發(fā)生器內的水來維持發(fā)生器溫度，電石水解之后電石渣漿從溢流管不斷排除，以維持發(fā)生器液面，渣漿從排泄口排到地溝，流到沉淀池集中處理，頂部逸出的乙炔氣體經噴淋冷卻后，分別進入氣柜或水環(huán)壓縮機。(2)清凈。由發(fā)生器送來并經冷卻的乙炔氣，經水環(huán)壓縮機加

20、壓到0.050.1Mpa左右，進入第一、第二清凈塔，NaOCl溶液由泵打到第二清凈塔頂，從塔底流出再由泵打至第一清凈塔頂。器塔底流出的廢NaOCl溶液與冷卻塔出來的廢水回至廢水貯槽，用泵打到發(fā)生器作為補充用水。經清凈后的乙炔氣帶有酸性，進入中和塔用堿液除去，中和塔出來的乙炔氣進入二臺串聯(lián)的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。3.2.2氯乙烯工段(1)混合脫水工序。由乙炔工段送來的粗乙炔氣經砂封與來自HCL工序的HCL經緩沖罐通過孔板流量計調節(jié)配比在混合器內充分混合，進入石墨冷卻器內在35鹽水下進行冷卻到14±2，、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

21、夾帶于氣相中進入多筒過濾器，由含氟硅油棉捕集分離。然后，經二臺石墨預熱器預熱后進入轉化器。(2)合成轉化。干燥、預熱后的混合氣從轉化器上部進入，通過列管中裝填的吸附于活性炭上的觸媒轉化為粗氯乙烯，轉化過程反應放熱則通過熱水循環(huán)泵循環(huán)的熱水移去。粗氯乙烯在高溫下帶逸的升華物在填裝活性炭的吸附器中脫除，然后進入精餾系統(tǒng)。(3)水洗、堿洗、氯乙烯壓縮。除貢后的粗氯乙烯進入三合一水洗組合塔，經堿洗塔，出去殘余的微量HCL后進入VC氣柜或經機前冷卻器，出去部分夾帶液，經螺桿壓縮機加壓到0.50.6MPa（表壓），經機后冷卻器除去夾帶水和油后，送精餾。(4) 精餾。由單壓縮機出來的粗氯乙烯氣體進入全凝器，

22、使大部分冷凝液化經低沸加料貯槽，進入低沸塔，未凝聚氣體進入尾氣冷凝器，其冷凝液全部進入低沸塔。低沸塔釜加熱器將冷凝液中低沸物蒸出，經塔頂冷凝器用7水或者5水控制回流比后，由塔頂匯入尾氣冷凝器處理，塔釜粗氯乙烯進入高沸塔，尾氣冷凝器未冷凝的氣體經變壓吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性氣體排空。由低沸塔進入高沸塔的氯乙烯，經調節(jié)閥控制流量，減壓后進入高沸塔。高沸加熱器將氯乙烯逸出，經塔板分離成氯乙烯，經塔頂控制部分回流，大部分氯乙烯進入成品冷凝器，然后進入單體貯槽，按需送聚合工序，在高塔釜分離收集到的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

23、銷，未凝VC其他回到氣柜。(5) 冷凍站+5水系統(tǒng)。從液氨槽出來的液氨經過5水分配臺流入蒸發(fā)器，液氨變成氣態(tài)氨帶走蒸發(fā)器外工業(yè)水熱，合格的5水由5水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸發(fā)器內汽化的氨背螺桿氨壓機抽走，經壓縮到1.5Mpa（表壓）左右的過熱氣態(tài)氨進入油分離器，分離后的氣態(tài)氨進入蒸發(fā)式冷凝管列管內，被外管水冷卻成液氨，進入熱虹吸氨貯液器，溢流到液氨貯槽完成制冷循環(huán)。35鹽水系統(tǒng)。從液氨貯槽出來的液氨首先進入經濟冷卻器過冷后，獲得的低溫液氨經鹽水分配臺節(jié)流膨脹進入蒸發(fā)器盤管，吸收管外鹽水的熱量而氣化，是管外鹽水溫度降低，合格的35鹽水由泵送往合成、聚合使用。氣態(tài)氨自蒸發(fā)器吸入螺桿壓縮機內，經壓

24、縮后的過熱氣態(tài)氨進入油分離器，分離后的油后進入蒸發(fā)式冷凝器，被水間接冷凝為液氨，流入熱虹吸氨貯液器，再溢流到液態(tài)氨貯槽，完成制冷循環(huán)。在池內加工業(yè)水，再加氯化鈣，將鹽水比重調制1.281.29，按需送鹽水蒸發(fā)器。3.2.3 聚合工段本工藝流程全過程控制采用DSC集散控制。首先將合格的脫離子水、VCM單體、分散劑、引發(fā)劑及其他助劑按配方要求精確計量后，由泵加入到經閃蒸真空防粘釜處理后的聚合釜中，用循環(huán)熱水升溫至制定溫度后進行恒溫反應，在最短反應時間、壓力降達到配方要求后加入種植劑終止反應。漿料由泵送至料漿貯槽，為反應的單體經回收單體真空泵回收至VC氣柜，去回收裝置進行加壓冷凝回收。2.2.4 干

25、燥工段由氣提塔出來的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。（1） 樹脂的干燥方法 聚氯乙烯樹脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥管與沸騰床干燥器結合使用，其中氣流干燥管脫除的是樹脂上的表面非結合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內部結合水。（2） 脫水與成品 在臥式刮刀自動離心機或螺旋沉降式離心機中，先進行過濾，再用7080熱水洗滌二次。經脫水后的樹脂具有一定含水量，經螺旋輸送器送入氣流干燥管，以140150熱

26、風為載體進行第一段干燥，出口樹脂含水量小于4%；再送入以120熱風為載體的沸騰床干燥器中進行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯樹脂。再經篩分、包裝后入庫。2.2.5包裝工序料倉里的PVC成品經全自動縫包、稱重、碼垛、分析合格后入庫。第4章 物料衡算在PVC生產工段中，以氯乙烯工段和聚合工段最為重要，所以在物料衡算中選取這兩個工段為例，進行衡算。4.1 氯乙烯工段的計算4.1.1計算依據（1）生產能力年產30萬噸的pvc年工作日：以300天計算日產量：30×104×103/300=106 kg/d小時產量：30×104×103/300×

27、24=4.17×104kg/h因為聚合物一般進行到轉化率為85%90%，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% = 2.78×104 kgx=4.17×104/88%=4.74×104 kg所以每小時要合成氯乙烯4.74×104 kg（2）化學反應式主反應：副反應： （產量非常小，可忽略不計）（3）崗位中反應物的計算精餾：（氯乙烯的收率：99.5%）4.74×104/99.5%=4.762×104kg=761.92kmol/h轉化器：（乙炔轉化率：95%）761.92/95%=802km

28、ol/h進氣中CHCH需802kmol=2.0852×104kg/h4.1.2 混合器的物料衡算CHCHHClO2H2O游離氯（可忽略）乙炔氯化氫混合器 圖1 混合器的物料衡算方框圖計算依據：CHCH和HCl的摩爾比為：1：1.051.1。本設計選?。簄 CHCH：nHCl=1:1.08(1)進料進料氣組成進料氣組分含量/%乙炔氣CHCH99.75H2O0.25氯化氫氣HCl99.8H2O0.1O20.1進混合器需乙炔氣：802/99.75%=804kmol/h 進混合器需氯化氫氣：802×1.08/99.8%=867.895kmol/h因此：CHCH：802kmol/h=

29、20852kg/hHCl：802×1.08=866.16kmol/h=31614.84kg/hO2：867.895×0.1%=0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：804×0.25%+867.895×0.1%=2.88kmol/h=51.84kg/h(2)出料依據：水分以酸霧的形式進入下一層，有微量水分以濃鹽酸形式流出，這里計算時忽略流出的濃鹽酸的量。CHCH：802kmol/h=20852kg/h HCl：866.16kmol/h=31614.84kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/h H2O：2.88kmol/h=51.

30、84kg/h(3)混合器物料衡算表表2 混合器物料衡算表進料質量/kg/hW/%出料質量/kg/hW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31614.8460.17O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O51.840.0972總物料52546.45100.0總物料52546.45100.04.1.3 石墨冷卻器CHCHHClO2H2O石墨冷卻器混合氣鹽酸圖2 石墨冷卻器物料衡算方框圖根據：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

31、式排出，其它的則夾帶于氣流中。設混合氣中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%。（1）進料CHCH：802kmol/h=20852kg/hHCl：866.162kmol/h=31614.84kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：2.88kmol/h=51.84kg/h (2)出料CHCH：802kmol/h=20852kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O ： 2.88×（1-30%）=2.016kmol/h=36.288kg/hHCl：31614.84-(51.84-36.288)=31604.472kg/h=865.876kmo

32、l/h鹽酸：(51.84-36.288)+(51.84-36.288)=25.920kg/h(3)石墨冷卻器物料衡算表表3 石墨冷卻器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31604.47260.146O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O36.2880.069鹽酸25.9200.052252546.45100.052546.45100.04.1.4多筒過濾器根據在多筒過濾器中，采用3%5%憎水性有機硅樹脂的510um細玻璃纖維，可將大部分酸

33、霧分離下來，以鹽酸的形式排出。設：鹽酸為40%，除水量為80%(1)進料：CHCH：20852 kgHCl：31604.472 kgH2O：36.288kg O2：27.77kg(2)出料： CHCH：20852 kgO2：27.77kgH2O： 36.288×（1-80%）=7.2576kgHCl：31604.472-(36.288-7.2576)=31585.1184kg/h鹽酸：36.288×80%+(36.288-7.2576)=48.384kg/h(3)多筒過濾器物料衡算表表4 多筒過濾器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCH2085239.7

34、03CHCH2085239.703HCl31604.47260.175HCl31585.118460.1386O227.770.0528O227.770.0528H2O36.2880.0692H2O7.25760.0135鹽酸48.3840.092152520.53100.052520.53100.04.1.5石墨預熱器表5石墨預熱器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCH2085239.739CHCH2085239.739HCl31585.118460.194HCl31585.118460.194O227.770.0532O227.770.0532H2O7.25760.01

35、38H2O7.25760.013852472.146100.052472.146100.04.1.6轉化器CHCHHClO2H2O轉化器CH2=CHClHClCHCHO2 H2OCH3CHCl2圖3 轉化器物料衡算方框圖根據氯乙烯產率為99.46%，二氯乙烷產率0.54%，乙炔轉化率為95%。3(1)進料組成為CHCH：20852kgHCl： 31585.1184kgO2： 27.77kg H2O： 7.2576(2)出料組成為CH2=CHCl：（20852÷26）×95%×99.46%×62.5=47361.6kgCHCH：20852×（1-

36、95%）=1042.6kgCH3CHCl2:：（20852÷26）×95%×0.54%×99=407.3kgHCl： 31585.1184-（47361.6÷62.5+2×407.3÷99）×36.5=3625.6124kgO2：27.77kg H2O：7.2576(3)轉化器物料衡算表表6 轉化器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCH2085239.739CH2=CHCl47361.690.26HCl31585.118460.194CHCH 1042.61.9869O227.770.0529H

37、Cl3625.61246.909H2O7.25760.0141O227.770.0543H2O 7.25760.0138CH3CHCl2407.30.77652472.146100.052472.14100.0誤差分析：（52472.146-52472.14）/52472.146×100%=0.0000114%故可行。4.1.7除汞器催化劑在物料中含量很少，而且不會影響整個物料平衡。除汞器物料衡算表表7 除汞器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CH2=CHCl47361.690.26CH2=CHCl47361.690.26CHCH1042.61.9869CHCH 10

38、42.61.9869HCl3625.61246.909HCl3625.61246.909O227.770.0543O227.770.0543H2O7.25760.0138H2O 7.25760.0138CH3CHCl2407.30.776CH3CHCl2407.30.77652472.14100.052472.14100.04.1.9堿洗泡沫塔NaOH溶液CH2=CHClCHCHHClO2H2OCH3CHCl2堿洗泡沫塔CH2=CHClCHCHO2H2OCH3CHCl2NaCl溶液 圖4 堿洗泡沫塔物料衡算方框圖根據：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

39、氫氣體。（1）進料 NaOH溶液 :（72.5/36.5）×40/10%=794.52kgCH2=CHCl：47361.6 kgCHCH ：1042.6kgHCl：72.5 kgO2 ：27.77 kgH2O：7.258kgCH3CHCl2 ：407.3kg（2）出料HCl被堿液吸收，從而出料氣中不含HCl氣體NaCl溶液：794.52+72.5=867.02kgCH2=CHCl：47361.6 kgCHCH ：1042.6 kgO2 ：27.77 kgH2O：7.258 kgCH3CHCl2 ：407.3kg（3）堿洗泡沫塔物料衡算表表9 堿洗泡沫塔物料衡算表進料質量/kgW/%出

40、料質量/kgW/%CH2=CHCl47361.695.269CH2=CHCl47361.695.269CHCH1042.62.097CHCH1042.6 2.097HCl72.50.1458O227.770.0558O227.770.0558H2O7.2580.0154H2O7.2580.0154CH3CHCl2407.30.819CH3CHCl2407.30.819NaOH溶液794.521.598NaCl溶液867.021.743849713.56100.049713.56100.04.1.10總物料衡算表表10 合成段總物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCH20852

41、33.833CHCH 1042.61.692HCl31614.8451.296CH2=CHCl47361.676.846O227.770.045O227.770.045H2O8342.413.536H2O7.2580.0135NaOH溶液794.521.29NaCl溶液867.021.406CH3CHCl2407.30.6630%鹽酸11843.66719.21740%鹽酸（多筒）48.3840.078540%鹽酸（石墨）25.9200.04261631.5310061631.519100.0誤差分析：（61631.53-61631.519）/61631.53×100%=0.0000

42、178%，在允許范圍，故可行。4.2 聚合工段的物料計算4.2.1聚合釜 設生產裝置年產量：30萬噸；設一年開工300天，每天分三批生產，聚合物一般進行到轉化率為85%90%（本設計中取88%）氯乙烯水助劑聚合釜pvc氯乙烯水助劑氯乙烯單體損失圖5 聚合釜物料衡算方框圖（1）進料計算聚合總共所需單體量： M0=300000t/88%=340909.1t/年每批生產所需的單體量：M1=340909.1×103kg/(330×3)=378.79×103kg 其中無離子水：氯乙烯單體1.5 ：1 （參照海化的生產資料的數(shù)據）所以：無離子水的質量 ：M2=378.79&#

43、215;103×1.5=568.18×103kg此外：助劑質量：氯乙烯單體質量0.05 ：100 （參照海化數(shù)據）所以：助劑質量：M3=378.79×103kg×5×10-4=189.395kg進料的總質量： M= M1+ M2+ M3=378.79×103kg+568.18×103kg+189.395kg=947.16×103kg（2）出料的計算產生的聚合物的質量：M1'= M1×88%=378.79×103kg×88%=333.336×103kg未反應的氯乙稀單體

44、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）所以：損失的單體質量：M2'= M1×1%=378.79×103kg×1%=3.7879×103kg剩余的氯乙烯單體質量：M3'= M1M1'M2'=378.79×103kg-333.336×103kg-3.7879×103kg=41.666×103kg其中無離子水和助劑的質量沒有變化出料的樹脂懸浮液質量：M'= M1'+ M3'+ M2+ M3333.336×103kg41.666

45、5;103kg568.18×103kg189.395kg943.37×103kg 可得M'+ M2'=943.37×103kg+3.7879×103kg=947.16×103kg=M （3） 聚合釜的物料衡算表表11 聚合釜的物料衡算表進料質量/×kg 出料質量/kg 氯乙烯378.79×103pvc333.336×103水568.18×103氯乙烯41.666×103助劑0.189395×103水568.18×103助劑0.189395×103氯乙

46、烯單體損失3.7879×103947.16×103947.16×1034.2.2出料槽pvc氯乙烯水助劑出料槽pvc氯乙烯水助劑氯乙烯回收 圖6 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的9%氯乙烯單體（以總量來計算）將起回收至單體氣柜中。回收的氯乙烯單體的質量：M除=378.79×103kg×9%=34.09×103kg剩余聚氯乙稀單體質量：M留41.666×103kg34.09×103kg7.576×103kg出料為聚氯乙稀溶液，其質量：M''= M留+M2

47、+ M3+ M1'=7.576×103kg568.18×103kg189.395kg333.336×103kg=909.28×103kg因為 M''M除909.28×103kg34.09×103kg=943.37×103kg=M物料平衡表12出料槽的物料衡算表進料質量/×kg出料質量/kg氯乙烯41.666×103pvc333.336×103水568.18×103氯乙烯7.576×103助劑0.189395×103水568.18×1

48、03pvc333.336×103助劑0.189395×103氯乙烯回收34.09×103943.37×103943.37×1034.2.3汽提塔 pvc氯乙烯水助劑 氣提塔pvc水助劑氯乙烯回收圖7 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量：M除'=378.79×103kg×2%=7.576×103kg料漿的質量：M料M1'+ M2+ M3333.336×103568.18×103189.395901.7×103k

49、g因為 M除' M料7.576×103kg901.7×103kg909.28×103kgM''所以物料平衡。表13出料槽的物料衡算表進料質量/×kg 出料質量/kg 氯乙烯7.576×103pvc333.336×103水568.18×103氯乙烯回收7.576×103助劑0.189395×103水568.18×103pvc333.336×103助劑0.189395×103909.28×103909.28×1034.2.4離心機pvc

50、水助劑離心機pvc水水助劑 圖8 離心機物料衡算方框圖此過程主要是除去中間的90的無離子水和助劑 除去的水的質量：M水'=568.18×103kg×90511.362×103kg剩余的為聚氯乙稀溶液的質量為M溶M料M水'M3901.7×103kg511.362×103kg189.395kg390.149×103kg表14 聚合工段主要物料衡算結果總表（單位: kg/p）氯乙烯單體聚氯乙稀無離子水助 劑注 釋聚合釜進料378.79×103568.18×103189.395樹脂懸浮液41.666

51、5;103333.336×103568.18×103189.395損失單體3.7879×103出料槽出料7.576×103333.336×103568.18×103189.395除去單體34.09×103汽提塔出料333.336×103568.18×103189.395除去單體7.576×103五、熱量衡算5.1衡算方法在熱量衡算中，如果無軸功條件下，進入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應平衡，即在實際中對傳熱設備的熱量衡算可表示為：入方： ：物料帶入熱； ：加熱劑或冷卻劑帶入熱； ：過程熱效應；出方

52、：物料帶出熱； ：熱損失。設是的5%“-”表示吸熱，“”表示放熱。設混合物 平均熱容近似等于各組分熱容與質量分數(shù)乘積之和。即，含量少的物質對混合體系熱容地方影響可不計。同種物質的平均比熱容5.1.1 標況下有關物化數(shù)據表項目溫度/比熱/kcal/（kg·）乙炔250.428750.451100.455HCl250.204750.2081100.2085水蒸氣250.45750.4511100.46O2250.234750.241100.244氯乙烯250.846750.83271100.868鹽酸（40%）5-353.2145.2 主要設備熱量衡算5.2.1 石墨冷卻器已知表： 表15 石墨冷卻器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31604.47260.146O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O36.2880.069鹽酸25.9200.052252546.45100.052546.45100.0進料溫度：25，出料溫度：-1325為計算基準C 乙炔=1.352 kJ(kg·)-1C 水蒸氣=1.8837 kJ(kg·