年產(chǎn)10萬噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)( 2016 屆 )題 目：年產(chǎn)10萬噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院：化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 學(xué)生姓名： 鄭浩東 學(xué)號(hào)： 21207052076 指導(dǎo)教師： 詹益民 職稱（學(xué)位）：合作導(dǎo)師：職稱（學(xué)位）：完成時(shí)間：2016 年 月 日成 績(jī)：黃山學(xué)院教務(wù)處制學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明茲呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考的其他個(gè)人或集體的研究成果，均在文中以明確方式標(biāo)明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。聲明人（簽名）：年 月 日年產(chǎn)10萬噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)Process design of vinyl chloride with

2、 annal output of 100kt目錄摘要IABSTRACTII前言1第一章緒論2 聚氯乙烯2聚氯乙烯性質(zhì)和用途2氯乙烯VC41氯乙烯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用4我國(guó)VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè)5氯乙烯制取方法61.4 氯乙烯的合成71.4.1 反應(yīng)機(jī)理71.4.2 催化劑的選取7氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述10生產(chǎn)工藝流程10主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)11第二章工藝計(jì)算132.1 物料衡算13計(jì)算依據(jù)132.1.2 各單元的物料衡算132.2 熱量衡算212.2.1 熱量衡算式21有關(guān)物化數(shù)據(jù)表212.2.3 相應(yīng)各個(gè)設(shè)備的熱量衡算22第三章主要設(shè)備及管道管徑設(shè)計(jì)與選型293.1 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)與選型

3、293.1.1 已知條件29數(shù)據(jù)計(jì)算29手孔31封頭的選擇31精餾塔的設(shè)計(jì)與選型31求精餾塔的氣、液相負(fù)荷333.2.2 求操作線方程33塔徑的計(jì)算34精餾塔有效高度的計(jì)算37管徑的計(jì)算373.3 主要管道管徑的計(jì)算與選型393.3.1 HCl進(jìn)料管403.3.2 乙炔氣進(jìn)料管403.3.3 石墨冷卻器的進(jìn)料管413.3.4 多筒過濾器的進(jìn)料管41轉(zhuǎn)化器的進(jìn)料管413.3.6 轉(zhuǎn)化器的出料管423.3.7 石墨冷卻器進(jìn)料管42部分管道一覽表42第四章生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)43生產(chǎn)中常見物質(zhì)的危害及處理方法43結(jié)論51參考文獻(xiàn)53附錄54附錄A 工藝流程圖54附錄B 主要設(shè)備圖54年產(chǎn)10萬噸氯乙烯工

4、藝設(shè)計(jì)化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)工程與工藝 鄭浩東（21207052076）指導(dǎo)老師：詹益民摘要：氯乙烯是化學(xué)工業(yè)重要有機(jī)化工原料，其市場(chǎng)供需量也愈來愈龐大，在化工生產(chǎn)中的地位不斷攀升。由于近年來全世界氯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快，其產(chǎn)量及消費(fèi)需求也都迅猛增長(zhǎng);而在國(guó)內(nèi)也隨著我國(guó)聚氯乙烯等行業(yè)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)氯乙烯消費(fèi)量的不斷增加。本設(shè)計(jì)主要對(duì)氯乙烯的物性、用途及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)其現(xiàn)有各種生產(chǎn)工藝做簡(jiǎn)要介紹，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求確定了本生產(chǎn)工藝流程，對(duì)氯乙烯的生產(chǎn)、分離及提純階段精餾塔進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并根據(jù)物性及操作條件等綜合因素對(duì)塔設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)、選型，對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。做

5、出我認(rèn)為年產(chǎn)20萬噸氯乙烯理想的設(shè)計(jì)方案 。關(guān)鍵字：增加；氯乙烯；聚氯乙烯；精餾塔；計(jì)算Process design of vinyl chloride with annal output of 100ktAbstract:Vinyl chloride is an important organic chemical raw materials in chemical industry, its market supply and de

6、mand quantity will become more and more large and  the position of Vinyl chloride  will be rise in chemical production. Due to the production of vinyl chloride&

7、#160;is developing very fast in the world, the production and consumption demand are growing rapidly; With the continuous development of PVC industry in China, our country'

8、;s vinyl chloride consumption also increased. This design mainly analyze the vinyl chlorides physical properties, use and production, and consumption status at home and abroad.Also

9、 brifely introducing the existing production process .According to the requirement of design task,making sure the production process and calculating the production, separation and 

10、purification of vinyl chloride. Considering the comprehensive factors such as physical properties, operating conditions and so on,we calculate the tower equipments structure, design, se

11、lect type, and calculate the design of auxiliary equipment.Finally making the ideal design scheme from my side which can output 100 kt of vinyl chloride every yearKeyword

12、s: Addition;Vinyl chloride;Polyvinyl Chloride;Distillation column;Calculate前 言本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，對(duì)年產(chǎn)二十萬噸氯乙烯的工藝初步設(shè)計(jì)，廣泛收集了聚氯乙烯（(PolyvinylChloride，簡(jiǎn)稱PVC）、氯乙烯（vinylChloride;簡(jiǎn)稱VC）工藝化工設(shè)計(jì)的相關(guān)資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)PVC的性質(zhì)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了介紹，并著重對(duì)VC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)的物料性質(zhì)、物料衡算、設(shè)備選型、管道設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計(jì)為主，參考了大量資料和書籍，力求接近實(shí)際、切合實(shí)

13、際。第一章 緒 論1.1 聚氯乙烯聚氯乙烯性質(zhì)和用途1常溫常壓下，氯乙烯（vinyl ，易聚合，并能與乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯、丙烯臘、丙烯酸酯等單體共聚，而制得各種性能的樹脂，加工成管材、面膜、塑料地板、各種壓塑制品、建筑材料、涂料和合成纖維等。近年來世界和中國(guó)聚氯乙烯樹脂消耗比例分別見表1.1和表1.2。表1.1近年來世界聚氯乙烯樹脂消耗比例品 種比例/%品 種比例/%PVC硬制品管材33PVC軟制品薄膜片材13護(hù)墻板8地板地磚3薄膜和片材8合成皮革3吹塑制品5電線電纜8其他6其他13合計(jì)60合計(jì)40表1.2近年來中國(guó)聚氯乙烯樹脂消耗比例品 種比例/%品 種比例/%PV

14、C硬制品管材14PVC軟制品薄膜片材11護(hù)墻板18地板地磚8薄膜和片材15合成皮革7吹塑制品5電線電纜4其他5其他13合計(jì)57合計(jì)431.2 氯乙烯VC1氯乙烯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用自1835年法國(guó)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。聚氯乙烯自工業(yè)化問世至今，六十多年來仍處不衰之勢(shì)。占目前塑料消費(fèi)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(zhǎng)。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(hào)的增加，促進(jìn)用途及市場(chǎng)的拓寬。其次是制造原料來源廣、制造工藝簡(jiǎn)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

15、面均較其它塑料優(yōu)異。又它是氯堿行業(yè)耗“氯”的大戶，對(duì)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(guó)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(jià)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。1.2.2我國(guó)VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè)1998年我國(guó)PVC產(chǎn)量和表觀需求量分別為160萬噸和317萬噸。在世界上產(chǎn) 量?jī)H次于美國(guó)（639萬噸）、日本（263萬噸）居第三位。2000年前后，計(jì)劃新建和擴(kuò)建PVC能力至少為88萬噸/年，估計(jì)此期間大量沒有競(jìng)爭(zhēng)能力

16、的電石法小廠將閑置，所以總產(chǎn)能有可能達(dá)220萬噸/年水平，其中乙烯法將達(dá)134.6萬噸/年，從目前占31%上升到61%。1835年法國(guó)人V.勒尼奧用氫氧化鉀在乙醇溶液中處理二氯乙烷首先得到氯乙烯。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

17、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高而處于逐步被淘汰的地位。1.4 氯乙烯的合成2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(jī)理+1248kJ/mol （1-6）上述反應(yīng)實(shí)際上是非均相的，分5個(gè)步驟來進(jìn)行，其中表面反應(yīng)為控制階段。I 外擴(kuò)散 乙快、氯化氫向碳的外表面擴(kuò)散；II 內(nèi)擴(kuò)散 乙炔、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散；III表面反應(yīng)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；IV 內(nèi)擴(kuò)散 氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散；V外擴(kuò)散 氯乙烯自碳外表面

18、向氣流中擴(kuò)散。 催化劑的選取15 載體活性炭 ，升汞對(duì)于HCl與C2H2化合生成氯乙烯的反應(yīng),要求使用的催化劑具有高活性和高選擇性。目前,電石法生產(chǎn)氯乙烯常用的催化劑是以活性炭為載體(孔隙率即吸苯率>=30%,機(jī)械強(qiáng)度>90%)浸漬吸附質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%12%的氯化汞制備而成的,其具體標(biāo)準(zhǔn)參見(YS/T31-1992氯化汞觸媒技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))。生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)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1.1 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(jì)調(diào)節(jié)配比（乙炔/氯化氫=1/1

19、.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-14±2，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(jì)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(jí)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

20、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。主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)I 氯化氫分子式：HCl性質(zhì)：，沸點(diǎn)-85。在空氣中發(fā)白霧，溶于乙醇、乙醚，極易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解的HCl氣體。規(guī)格：純度93%水分0.06%II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)

21、而具有特殊的刺激性臭氣。規(guī)格：純度：98.5%不含硫、磷、砷等雜質(zhì)。III 氯乙烯分子式：CH2沸點(diǎn)： 熔點(diǎn)：蒸汽相對(duì)密度：2.15(空氣為1) 液體相對(duì)密度：0.9121（20)爆炸極限：在空氣中3.626.4%(體積)第二章 工藝計(jì)算2.1 物料衡算由于各化工單元操作連續(xù)，故采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或者損失率計(jì)算出原料的投入量，再按順序?qū)Ω鱾€(gè)單元操作進(jìn)行衡算。計(jì)算依據(jù)I計(jì)算基準(zhǔn)年產(chǎn)能力： 年產(chǎn)100kt的氯乙烯年工作日： 以330天計(jì)算日產(chǎn)量： 100×106÷×105 kg （2-1）小時(shí)產(chǎn)量： ×105÷24=12689.5 kg （2-

22、2）即，每小時(shí)要合成氯乙烯kg ，以下計(jì)算均以1 h 為基準(zhǔn)。II化學(xué)反應(yīng)式：主反應(yīng)： （2-3）副反應(yīng)： （2-4） （2-5） （2-6）III 倒推法計(jì)算：精餾（氯乙烯的收率1：99.5%）：÷99.5%= kg = kmol（2-7）轉(zhuǎn)化器（乙炔的轉(zhuǎn)化率：95%）： ÷95%= kmol （2-8）因此，進(jìn)氣中C2H2需 kmol 各單元的物料衡算（1）混合器的物料衡算混合器C2H2HClO2H2O乙炔氯化氫圖2.1 混合器的物料衡算簡(jiǎn)圖 C2H22本設(shè)計(jì)選?。簄C2H2 I 進(jìn)料氣組成：表2.1 進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙炔氣C2H2H2O 氯化氫HClH2O

23、惰性氣體（以O(shè)2計(jì)算）因此，進(jìn)料氣所需乙炔氣： ÷99.5% = kmol （2-9）進(jìn)料氣所需的氯化氫氣體：×÷99.95% = kmol （2-10）即，C2H2 ： kmol （ kg）HCl ： kmol （ kg）O2 ： ×0.04% = 0.0928 kmol （ kg） （2-11）H2O ： ×0.01%+×0.5% = kmol （ kg）（2-12）II 出料氣組成：極少量的水分以濃鹽酸的形式流出，此時(shí)課忽略流出的濃鹽酸量。C2H2 : kmolHCl ： kmolO2 ： kmolH2O ： kmolIII混合

24、器的物料衡算表表2.2 混合器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H2C2H2HClHClO2O2H2OH2O100100（2） 石墨冷卻器C2H2HClO2H2O混合氣石墨冷卻器鹽酸圖2.2 石墨冷卻器的物料衡算簡(jiǎn)圖由于在石墨冷卻器中，用-35鹽水間接冷卻，混合氣中水分一部分則以40%鹽酸的形式排出，部分則混合在氣流中。查閱相關(guān)資料，即設(shè)混合器中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%2。I進(jìn)料氣組成：C2H2 : kmol （kg）HCl ： kmol （kg）O2 ： kmol （kg）H2O： kmol （kg）II 出料氣組成：C2H2 : kmol （kg）O2

25、 ： kmol （kg）H2O： ×（1-30%） = kmol = kg （2-13）（2-14）=÷0.6） ÷0.6）×（-） =kg （2-15）HCl： -= kg =231.8665 kmol （2-16）鹽酸：+（-）= kg （2-17）III 石墨冷卻器的物料衡算表2.3 石墨冷卻器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H2C2H2HClHClO2O2H2OH2O鹽酸100100（3）多筒過濾器由相關(guān)資料查得，在多筒過濾器中，采用35%憎水性有機(jī)硅樹脂的510um細(xì)玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。假

26、設(shè)鹽酸為38%，出水量為80%。I進(jìn)料氣組成：C2H2 : kmol （kg）HCl ： kmol （kg）O2 ： kmol （kg）H2O： kmol （kg）II 出料氣組成：C2H2 : kmol （kg）O2 ： kmol （kg）H2O： ×（1-80%）= kg 鹽酸為38%，×100% = 38% （2-18）÷0.62）×÷0.62）× = kg （2-19）HCl： -= kg （2-20）鹽酸：+×80%= kg （2-21）III 多筒過濾器的物料衡算表2.4 多筒過濾器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/

27、%出料質(zhì)量/kgW/%C2H2C2H2HClHClO2O2H2OH2O鹽酸100100（4）石墨預(yù)熱器此時(shí)無質(zhì)量交換，即進(jìn)出口各物料量不變。 進(jìn)料/出料質(zhì)量/kgW/%C2H2HClO2H2O100（5）轉(zhuǎn)化器CH2CHClC2H2HClC2H2HCl轉(zhuǎn)化器圖2.3 轉(zhuǎn)化器物料衡算簡(jiǎn)圖由前面的敘述知，此轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率為95%3。I進(jìn)料氣組成：C2H2 : kg （ kmol）HCl ： kg （ kmol） O2 ： kgH2O ： kgII 出料氣組成：CH2CHCl ：×95%×62.5 = kg （2-22）C2H2 : ×（1-95%）= kg （2-23）

28、HCl ： -×95%×36.5 = kg （2-24）O2 ： kgH2O ： kgIII 轉(zhuǎn)化器的物料衡算：表2.6 轉(zhuǎn)化器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H2CH2CHClHClC2H2O2HClH2OO2H2O100100（6）除汞器由于汞含量極少，實(shí)際操作中課忽略其影響，即物料進(jìn)、出組分相同。 除汞器的物料衡算： 表2.7 除汞器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHClCH2CHClC2H2C2H2HClHClO2O2H2OH2O100100（7） 石墨冷卻器表2.8 石墨冷卻器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)

29、量/kgW/%CH2CHClCH2CHClC2H2C2H2HClHClO2O2H2OH2O100100（8）水洗泡沫塔4查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，水洗泡沫塔用來回收過量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸可得20%的鹽酸。假如回收鹽酸的回收率為98%，加入的水量為3955 kg。I進(jìn)料氣組成：CH2CHCl ： kgC2H2 : kg HCl ： kg O2 ： kgH2O ： + 3955 = kg （2-25）II 出料氣組成：CH2CHCl ： kgC2H2 : kg 回收的鹽酸： ×98%÷20% = 4941.22 kg （2-26）HCl ： 

30、15;（1-98%）= 20.168 kg （2-27） O2 ： kgH2O ： 3955+-×0.8 = kg （2-28）III 泡沫水洗塔的物料衡算:表2.9 泡沫水洗塔的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHClCH2CHClC2H2C2H2HClHCl20.168 O2O2H2OH2O鹽酸100100（9）堿洗泡沫塔CH2=CHClCHCHHCl堿洗泡沫塔CH2=CHClCHCH圖2.4 堿洗泡沫塔物料衡算簡(jiǎn)圖I進(jìn)料氣組成：CH2CHCl ： kgC2H2 : kg HCl ： 20.168 kg O2 ： kgH2O ： kgII 出料氣組成：HC

31、l被堿液吸收，從而出料氣中不含HCl氣體。CH2CHCl ： kgC2H2 : kg O2 ： kgH2O ： kgIII堿洗泡沫塔的物料衡算表2.10 堿洗泡沫塔的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHClCH2CHClC2H2C2H2HCl20.168 HCl（除去的）20.168 O2O2H2OH2O1001002.2 熱量衡算 熱量衡算式（2-29）Q1 : 物料帶入熱Q2 : 加熱劑或冷卻劑帶入熱Q3 : 過程熱效應(yīng)Q4 : 物料帶出熱Q5 : 熱損失假設(shè)Q5 是Q2的5% 此衡算式中，“+”表示放熱，“-”表示吸熱。設(shè)混合物的平均比熱容近似等于各組分熱容與質(zhì)量

32、分?jǐn)?shù)乘積之和，即 ，含量少的物質(zhì)對(duì)混合體系熱容的影響可忽略不計(jì)。 同種物質(zhì)的平均比熱容 （2-30）有關(guān)物化數(shù)據(jù)表5物化數(shù)據(jù)表項(xiàng)目溫度/比熱/kcal/（kg·）乙炔2575110HCl2575110水蒸氣2575110O22575110氯乙烯2575110鹽酸（40%）-35 相應(yīng)各個(gè)設(shè)備的熱量衡算（1）石墨冷卻器表2.12 石墨冷卻器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H2C2H2HClHClO2O2H2OH2O鹽酸100100進(jìn)料溫度： t1 = 25出料溫度： t2 = -13以進(jìn)料溫度t1 = 25為計(jì)算基準(zhǔn)：C 乙炔= kJ/（kg·）C水蒸

33、氣= kJ/（kg·）C氯化氫= kJ/（kg·）C 氧氣= kJ/（kg·）C 水（l）=4.175 kJ/（kg·）水（冷凝熱）= -2229.4636 kJ/（kg·）C40%鹽酸=3214 kJ/（kg·）計(jì)算：Q1 : 進(jìn)料溫度為25，即Q1 =0Q3 : Q3= Q + Q3.2 （2-31） Q ：生成40%的鹽酸時(shí)，HCl的水溶液生成的熱，35430 kcal/kmol5 則冷卻器只能中HCl溶于水放出的熱量為： ×（-）÷ 36.5 = kJ （2-32）Q×（-）= kJ （2-33）

34、 Q3 = Q + Q = + = kJ （2-34）Q4 : Q4 = Q乙炔Q氯化氫 Q氧氣Q水蒸氣Q鹽酸 = ××（-13-25）+××（-13-25）+××××（-13-25）+×3214×（-13-25） = - = - kJ （2-35）Q2:5%×Q2=Q5Q1Q2Q3=Q4Q5 （2-32） 0+ Q2+ = -Q2（2-36）Q2 = - kJ Q5 ： Q5 = Q2×5% = -99930.5953 kJ （2-37）表2.13 石墨冷卻器熱量衡算表物料

35、入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H2-HCl0HCl-O20O2-H2O0H2O-冷凝熱鹽酸-鹽水吸熱-損失-（2） 石墨預(yù)熱器進(jìn)料溫度： t1 = -13出料溫度： t2 = 75以進(jìn)料溫度t1 = -13為計(jì)算基準(zhǔn)：C 乙炔= kJ/（kg·）C 水蒸氣= kJ/（kg·）C 氯化氫= kJ/（kg·）C 氧氣=0.9798 kJ/（kg·）C 氯乙烯 kJ/（kg·）計(jì)算：Q1 : 進(jìn)料溫度為75，即Q1 =0Q3 : 由反應(yīng)式，Q4 : Q4 = Q乙炔Q氯化氫 Q氧氣Q水蒸氣 = ××（75+13）+

36、5;×（75+13）+×0.9798 ×（75+13）+××（75+13） = +460.62 = 1523799.104kJ （2-38）Q2： Q5 = Q2×5% Q1Q2Q3=Q4Q5 0+ Q2+0 = Q2Q2 = kJQ5 ： Q5 = Q2×5% =×=kJ （2-39）表2.14 石墨預(yù)熱器熱量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H2HCl0HClO20O2H2O0H2O蒸汽加熱損失（3） 轉(zhuǎn)化器由前面計(jì)算可知，轉(zhuǎn)化器的物料核算此處的熱損失為1.5%。進(jìn)料溫度： t1 = 75出料溫度

37、： t2 = 110以進(jìn)料溫度t1 = 75為計(jì)算基準(zhǔn)：C 乙炔= kJ/（kg·）C 水蒸氣= kJ/（kg·）C 氯化氫= kJ/（kg·）C 氧氣= 1.005 kJ/（kg·）C 氯乙烯 kJ/（kg·）計(jì)算：Q1 : 進(jìn)料溫度為75，即Q1 =0Q3 : 由反應(yīng)式， Q3××103 = kJ （2-40）Q4 : Q4 = Q氯乙烯+Q乙炔Q氯化氫 Q氧氣Q水蒸氣 = ××（110-75）+××（110-75）+××（110-75）+××

38、;（110-75）+××（110-75） = + = kJ （2-41）Q2： Q5 = Q2×1.5%Q1Q2Q3=Q4Q5 0+ Q2+ = Q2Q2 = - kJQ5 ： Q5 = Q2×5% = -× = - kJ表2.15 轉(zhuǎn)化器熱量衡算表 物料入口/kJ物料出口/kJC2H20CH2CHClHCl0C2H2O20HClH2O0O2反應(yīng)熱H2O0循環(huán)水-損失-（4） 石墨冷卻器進(jìn)料溫度： t1 = 110出料溫度： t2 = 25以進(jìn)料溫度t1 = 110為計(jì)算基準(zhǔn)：C 乙炔= kJ kJ/（kg·）C 水蒸氣= kJ kJ

39、/（kg·）C 氯化氫= kJ kJ/（kg·）C 氧氣= 1.021 kJ kJ/（kg·）C 氯乙烯 kJ kJ/（kg·）計(jì)算：Q1 : 進(jìn)料溫度為110，即Q1 =0Q3 : Q3 = 0 （無反應(yīng)或冷凝熱產(chǎn)生）Q4 : Q4 = Q氯乙烯+Q乙炔Q氯化氫 Q氧氣Q水蒸氣 = ××（25-110）+××（25-100）+××（25-100）+××（25-100）+××（25-100） = - = -1067110.565 kJ （2-42）Q2：

40、Q5 = Q2×1.5%Q1Q2Q3=Q4Q5 0+ Q2+0= - Q2Q2 = - kJQ5 ： Q5 = Q2×5% = -×0.05 = - kJ表2.16 石墨冷卻器熱量衡算表進(jìn)料入口/kJ物料出口/kJCH2CHCl0CH2CHCl-C2H20C2H2-HCl0HCl-O20O2-H2O0H2O-循環(huán)水-損失-（5） 冷卻水消耗：I 鹽水： 已知： 鹽水用于石墨冷卻器除去水氣， 進(jìn)料溫度： t1 = -35出料溫度： t2 = -2040%鹽水的比熱容：C 鹽水 = 3.214 kJ/（kg·） Q = mCP(t2-t1)=m = 

41、7;(15×3.214) = kJ （2-43）II 循環(huán)水：在石墨預(yù)熱器中，進(jìn)料溫度： t1 = 110出料溫度： t2 = 9595時(shí)： C水 = 4.214 kJ/（kg·）110時(shí)：C水 = 4.238 kJ/（kg·）C平均 = （4.214+4.238）÷2 = 4.226 kJ/（kg·） （2-44） Q = kJ需水量：m =÷×15）= kg （2-45） 在轉(zhuǎn)化器中，進(jìn)料溫度： t1 = 95出料溫度： t2 = 110Q = kJ 需水量： m =÷÷（110-95） = kg （

42、2-46） 在石墨冷卻器中，進(jìn)料溫度： t1 = 15出料溫度： t2 = 9595時(shí)： C水 = 4.214 kJ/（kg·）15時(shí)： C水 = 4.187 kJ/（kg·）C平均 = （4.214+4.187）÷2 = 4.2 kJ/（kg·） （2-47） Q = kJ 需水量： m = ÷×（95-15）= kg （2-48）表2.17 水消耗綜合表物料相應(yīng)設(shè)備熱量/kJ質(zhì)量/kJ鹽水石墨冷卻器循環(huán)水石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器石墨冷卻器 石墨預(yù)熱器中的水可由轉(zhuǎn)化器出來的水來提供。 石墨冷卻器中出來的水又可以提供給轉(zhuǎn)化器 實(shí)際用水 kg第

43、三章 主要設(shè)備及管道管徑設(shè)計(jì)與選型3.1 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)與選型 已知條件1 此處的轉(zhuǎn)化器為列管式固定床反應(yīng)器。 催化劑粒度： 0.756.5 mm ，載體機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)90% HgCl2含量： 10.5%12.5% 水分的含量： 小于0.3% 松裝粒度： 540640 g/L 空 速： 2540 m3/（m3催化劑·h）時(shí)，轉(zhuǎn)化率最高。 反應(yīng)溫度： 新觸媒，150：舊觸媒，180采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法6： （3-1） 原料混合氣進(jìn)料流量，m3 催化劑床層體積，m3SV 空間流速，h-1 假定空間流速SV = 30 m3/（m3催化劑·h）表3.1 轉(zhuǎn)化器的進(jìn)料組分表進(jìn)料質(zhì)量/kg物質(zhì)的量

44、/kmolC2H2HClO2H2O數(shù)據(jù)計(jì)算混合氣的體積流量 ： = ×22.4 = m3 （3-2） 由式得 ： = ÷30 = m3 選管子： 57×3.5 mm 管子內(nèi)徑d = ，管長(zhǎng)6m，催化劑的裝填高度為。 管子數(shù)： （3-3）每個(gè)轉(zhuǎn)化器用2401根管子，則轉(zhuǎn)化器為÷2401可取為13個(gè)轉(zhuǎn)化器。循環(huán)水帶走的傳熱量kJ，由于進(jìn)出口溫度變化不大，即近似為恒溫。（3-4） = 25 K 取經(jīng)驗(yàn)值100.則，= （3-5）A實(shí)際 = 3.14ndl ×13×2401×× = （3-6） A實(shí)際 A需要 能滿足要求。

45、選?。?殼體大于400mm 用鋼板卷焊而成7， 殼體內(nèi)徑D取決于傳熱管數(shù)n，排列方式和管心距。 D = t （nC-1）+ （23）d。式中： t 管心距，t = 1.25d。 d。 換熱管外徑 nC 橫過管束中心線的管數(shù)，該值與管子排列有關(guān)。本設(shè)計(jì)采用正三角形排列，則nC = 54 （3-7）t = 1.25d。×0.057 = 0.07125 m （3-8）D = t（nC-1）+2.5d。×× = 3.9185 m （3-9）圓整到4000mm參考文獻(xiàn)，為了滿足及時(shí)轉(zhuǎn)移反應(yīng)放出的熱量，采用把轉(zhuǎn)化器換熱分為三層，三層同時(shí)進(jìn)行散熱。手孔8 反應(yīng)最高壓力為1.5

46、atm 選用平焊法蘭手孔。 公稱壓力PN0.06MPa，公稱直徑DN250mm，H1 = 190mm 采用類材料，墊片的材料采用普通的石棉橡膠板。 其標(biāo)記為： 手孔 （A.G） 250-0.6 HG/T 21529-95封頭的選擇根據(jù)手冊(cè)6，選用錐形封頭。由于該設(shè)備可直接看做列管式換熱器，故可直接查閱手冊(cè)8，可得在0.6MPa下，管徑為4000mm的封頭厚度可取14mm。6由堿洗塔頂部出來的粗氯乙烯氣體經(jīng)排水罐部分脫水后進(jìn)入機(jī)前冷卻器冷卻至510，除去粗VC中的大部分水分、提高了氣體的密度后，經(jīng)氯乙烯壓縮機(jī)壓縮至0.75MPa，送機(jī)后冷卻器降溫至50左右除去部分油水進(jìn)入精餾段。氯乙烯的精餾主要是將壓縮崗位送來的氯乙烯氣體在0.550.60MPa下，在全凝器全部液化為15的過冷液體，VC液體進(jìn)水分離器，含有不凝氣體氯乙烯氣體進(jìn)入尾氣冷凝器，用-35冷凍鹽水進(jìn)一步分離，冷凝液體也進(jìn)入水分離器，由水分離器的液體VC先送至低沸塔進(jìn)行一級(jí)精餾去除乙炔和氮?dú)?、氧氣等低沸物，再送至高沸塔?jīng)二級(jí)精餾除去二氯乙烷等高沸物，在塔頂可得到純度大于99.95%的精制單體送至聚合工序