年生產(chǎn)10萬噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1、年產(chǎn)10萬噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案第一章緒論1.1 聚氯乙烯1.1.1 聚氯乙烯性質(zhì)和用途1常溫常壓下，氯乙烯（vinylchloride,CH2=CHCl是無色氣體，具有微甜氣味，微溶于水，溶于姓類，醇，醴，氯化溶劑和丙酮等有機(jī)溶劑中，氯乙烯沸點(diǎn)-13.9C,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/%品種/%管材33薄膜片材13PVC護(hù)墻板8PVC地板地磚

2、3硬薄膜和片材8軟合成皮革3制吹塑制品5制電線電纜8品其他6品其他13合計(jì)60合計(jì)40表1.2近年來中國聚氯乙烯樹脂消耗比例品種比例/%品種比例/%管材14薄膜片材11PVC護(hù)墻板18PVC地板地磚8硬薄膜和片材15軟合成皮革7制吹塑制品5制電線電纜4品其他5品其他1357431.2 氯乙烯VC1.2. 1氯乙烯在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用自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。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犯上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹脂大約以3%勺速度增長。這首先是由于新技術(shù)不斷采

3、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(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VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測1998年我國PVE量和表觀需求量分別為160萬噸和317萬噸。在世界上產(chǎn)量僅次

4、于美國（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)此期間大量沒有競爭能力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%1升到61%1.3氯乙烯制取方法1835年法國人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，德國格里斯海姆電子公司基于氯化氫與乙烘加成，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，乙烘與氯化氫催化加成的方法生產(chǎn)，簡稱乙烘法。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，美國聯(lián)合碳化

5、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)了將乙烘法和二氯乙烷法聯(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。乙烘法、混合烯烘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氯乙烯是由乙烘與氯化氫在升汞催化劑存在下的氣相加成的。1.4.1 反應(yīng)機(jī)理C2H2HClHgCl2CH2CHCl+124.8kJ/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擴(kuò)

6、散乙快、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散；III表面反應(yīng)乙快、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向氣流中擴(kuò)散。1.4.2 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%J氯化汞制備而成的，具具體標(biāo)準(zhǔn)參見（YS/T31-1992氯化汞觸媒技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）。1.5 氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡述1.5.1生產(chǎn)工藝流程圖1.1生產(chǎn)工藝流程由乙快工段

7、送來的精制乙快氣，經(jīng)乙快砂封，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（乙快/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-35C鹽水間接冷卻，冷卻到-14C±2C,乙快氯化氫混合氣在此溫度下，部分水分以40%fc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烘和氯化氫合成轉(zhuǎn)化為氯乙烯，第一組出口氣有2030琳轉(zhuǎn)化的乙烘，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)化的乙烘控制在3%Z下，第二組轉(zhuǎn)化器

8、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95100c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啾酸，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，最后去精儲(chǔ)工段。1.5.2主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)I氯化氫分子式：HCl分子量：36.5性質(zhì)：無色有刺激性氣味的氣體。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為1.00045克/升，熔點(diǎn)-114.80C,沸點(diǎn)-85C。在空氣中發(fā)白

9、霧，溶于乙醇、乙醴，極易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解525.2升的HCl氣體。規(guī)格：純度93啾分0.06%II乙快分子式：GHb分子量：26性質(zhì)：在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的醴昧，工業(yè)用乙烘因含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭氣。規(guī)格：純度：98.5%不含硫、磷、種等雜質(zhì)。III氯乙烯分子式：CH=CHCl分子量：62.50沸點(diǎn)：-13.9C熔點(diǎn)：-160.0C蒸汽相對(duì)密度：2.15（空氣為1）液體相對(duì)密度：0.9121（20C）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

10、量，再按順序?qū)Ω鱾€(gè)單元操作進(jìn)行衡算。2.1.1 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：100X106+330=3.0455X105kg(2-1)小時(shí)產(chǎn)量：3.0455X105+24=12689.5kg(2-2)即，每小時(shí)要合成氯乙烯12689.5kg,以下計(jì)算均以1h為基準(zhǔn)。II化學(xué)反應(yīng)式:主反應(yīng):C2H2HClHgCl2CH2CHCl副反應(yīng):CH2CHC1HC1CH3CHCl2III倒推法計(jì)算:C2H2HgCl2HgCl2C1CHCHHgClHgC12HCClCHHgClCHClCH2HgCl2精儲(chǔ)(氯乙烯的收率1:99.5%):12689.5+9

11、9.5%=12753.26kg=204.052kmol轉(zhuǎn)化器(乙快的轉(zhuǎn)化率：95%:204.052+95%=214.7915kmol(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)因此，進(jìn)氣中G凡需214.7915kmol2.1.2各單元的物料衡算圖2.1混合器的物料衡算簡圖C2H和HCl的最適宜的摩爾比是：1:1.051.1本設(shè)計(jì)選?。簄GH:nHCl=1:1.08(2-9)I進(jìn)料氣組成:表2.1進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙燃?xì)釩2H299.5HaO0.5HCl99.95氯化氫hbO0.01惰性氣體（以Q計(jì)算）0.04因此，進(jìn)料氣所需乙快氣：214.7915+99.5%=215

12、.871kmol(2-10)進(jìn)料氣所需的氯化氫氣體：214.7915X1.08+99.95%=232.091kmol即，C2H2:214.7915kmol(5584.579kg)HCl:231.975kmol(8467.0875kg)Q:232.091x0.04%=0.0928kmol(2.971kg)(2-11)H2O:232.091X0.01%+215.871X0.5%=1.1025kmol(19.845kg)(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。CH:214.7915kmolHCl:231.975kmolQ:0.0928kmolHO:1.1

13、025kmolIII混合器的物料衡算表表2.2混合器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H25584.57939.679GH5584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8467.087560.159O22.9710.000211Q2.9710.000211H2O19.8450.1410H2O19.8450.1410214074.4825100214074.4825100(2)石墨冷卻器C2H2HCl混合氣k石墨冷卻器O2H2O鹽酸圖2.2石墨冷卻器的物料衡算簡圖由于在石墨冷卻器中，用-35C鹽水間接冷卻，混合氣中水分一部分則以40%fc酸的形式排出

14、，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啾酸排出的量占水總量的30喏I進(jìn)料氣組成：CH:214.7915kmolHCl:231.975kmolQ:0.0928kmolHO:1.1025kmolII出料氣組成：CH:214.7915kmolO:0.0928kmolHO1.1025(5584.579kg)(8467.0875kg)(2.971kg)(19.845kg)(5584.579kg)(2.971kg)X(1-30%)=0.7718kmol=13.8915kgmC100%40%mHClmH2OmHCl=(0.4+0.6)mH2O(0.4+0.6)X(9.9225-13.891

15、5)=3.969kgHCl:8467.0875-3.969=8463.1185kg=231.8665kmol鹽酸：3.969+(19.845-13.8915)=9.9225kg(2-13)(2-14)(215)(2-16)(217)進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2hb5584.57939.6795584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131Q2.9710.000211Q2.9710.000211III石墨冷卻器的物料衡算表2.3石墨冷卻器的物料衡算表HzO19.8450.1410H2O13.89150.000987鹽酸9.922

16、50.000745214074.482100214074.48210055(3)多筒過濾器510um細(xì)玻璃纖維,由相關(guān)資料查得，在多筒過濾器中，采用35%曾水性有機(jī)硅樹脂的可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出假設(shè)鹽酸為38%出水量為80%I進(jìn)料氣組成：CH:214,7915kmolHCl:231,975kmolQ:0.0928kmolH2O:0.7718kmolII出料氣組成：C2H2:214,7915kmolQ:0.0928kmolHO13.8915x;鹽酸為38%(5584.579kg)(8463.1185kg)(2.971kg)(13.8915kg)(5584.579kg)(2.97

17、1kg)(1-80%)=2.7783kg(2-18)mHCX100%=38%mHClmH2omHCl=(0,38+0.62)XmH2O(0.38+0,62)X13.8915=6.8115kgHCl:8463.1185-6.8115=8456.307kg鹽酸：6.8115+13.8915X80%=17.9247kg(2-19)(2-20)(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/%出料質(zhì)量/kgW/%QHa5584.57939.707QH25584.57939.707HCl8463.118560,172HCl8456.30760.125Q2.9710.

18、000211Q2.9710.000211HzO13.89150.000988HzO2.77830.00019814064.5610017.92470.00127E14064.56100鹽酸(4)石墨預(yù)熱器進(jìn)料/出料/kgW/%C2hb5584.57939.757HCl8456.30760.202Q2.9710.000212HO2.77830.000198214046.64100此時(shí)無質(zhì)量交換，即進(jìn)出口各物料量不變表2.5石墨預(yù)熱器物料衡算表(5)轉(zhuǎn)化器圖2.3轉(zhuǎn)化器物料衡算簡圖由前面的敘述知,此轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率為95靂I進(jìn)料氣組成：GH:5584.579kg(214.7915kmol)HCl:84

19、56.307kg(231.68kmol)Q:2.971kgH2O:2.7783kgII出料氣組成：(2-22)(2-23)(2-24)CH2CHCl:214.7915X95%<62.5=12753.245kgC2H2:5584.579X(1-95%)=279.229kgHCl:8456.307-214.7915X95%36.5=1008.4117kgO2:2.971kgH2O:2.7783kgIII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/kgW/%出料/kgW/%QHk5584.57939.757CHCHCl12753.24590.792HCl8456.30760.202GH2

20、79.2290.0199Q2.9710.000212HCl1008.41177.179H2O2.77830.000198O2.9710.000212H2O2.77830.000198214046.64100214046.64100(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/%CHCHCl12753.24590.792CHCHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179Q2.9710

21、.000212Q2.9710.000212H2O2.77830.000198H2O2.77830.000198214046.64100214046.64100(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)量/kgW/%CHCHCl12753.24590.792CHCHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H2279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179Q2.9710.000212O22.9710.000212H2O2.77830.000198H2O2.77830.000198214046

22、.64100214046.64100(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%勺鹽酸。假如回收鹽酸的回收率為98%加入的水量為3955kg。I進(jìn)料氣組成：CHCHCl:12753.245kgC2H2:279.229kgHCl:1008.4117kgQ:2.971kgHO:2.7783+3955=3957.7783kg(2-25)II出料氣組成：CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kg回收的鹽酸：1008.4117X98%h20%=4941.22kg(2-26)HC1:1008.4117X

23、(1-98%)=20.168kg(2-27)O2:2.971kgH2O:3955+2.7783-4941.22乂0.8=4.8023kg(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/%CHCHCl12753.2450.708CHCHCl12753.2450.708C2hb279.2290.0155C2H2279.2290.0155HCl1008.41170.056HCl20.1680.00112Q2.9710.000165Q2.9710.000165HO3957.77830.22H2O4.80230.000264鹽酸4941.220

24、.274218001.635100218001.635100(9)堿洗泡沫塔圖2.4堿洗泡沫塔物料衡算簡圖I進(jìn)料氣組成：CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kgHC1:20.168kgO2:2.971kgH2O:4.8023kgII出料氣組成：HC1被堿液吸收，從而出料氣中不含HC1氣體。CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kgO2:2.971kgH2O:4.8023kgIII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/%CHCHC112753.2450.976CHCHC112753.2450.9

25、76C2hb279.2290.0214279.2290.0214hci20.1680.00154hci，20.1680.00154Q2.9710.000227Q2.9710.000227H2O4.80230.000364H2O4.80230.000364E13060.415100E13060.4151002.2熱量衡算2.2.1熱量衡算式QiQ2Q3Q4Q5(2-29)Q:物料帶入熱Q:加熱劑或冷卻劑帶入熱Q:過程熱效應(yīng)Q:物料帶出熱Q:熱損失假設(shè)Q是Q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)量分?jǐn)?shù)乘積之和，即CpGW,含量少的物質(zhì)對(duì)混合體系

26、熱容的影響可忽略不計(jì)。同種物質(zhì)的平均比熱容CpCp1Cp2(2-30)InCP1Cp22.2.2 有關(guān)物化數(shù)據(jù)表5表2.11物化數(shù)據(jù)表項(xiàng)目溫度/C比熱/kcal/(kg-C)250.428乙煥750.451100.455250.204HCl750.2081100.2085250.45水蒸氣750.4511100.46250.234Q750.241100.244250.846氯乙烯750.83271100.868鹽酸(40%-353.2142.2.3 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/%C2Hb5584.57939.679

27、C2H25584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131Q2.9710.000211Q2.9710.000211H2O19.8450.1410H2O13.89150.000987鹽酸9.92250.000745214074.4825100214074.4825100進(jìn)料溫度：ti=25C出料溫度：t2=-13C以進(jìn)料溫度ti=25C為計(jì)算基準(zhǔn)：C乙快=1.792kJ/(kgC)C水蒸氣=1.8842kJ/(kgC)C氯化氫=0.8541kJ/(kgC)C氧氣=0.9798kJ/(kgC)C水(i)=4.175kJ/(kgC)丫水(冷凝熱)=-

28、2229.4636kJ/(kgC)C40溢酸=3214kJ/(kgC)計(jì)算：Q:進(jìn)料溫度為25C,即Q1=0Q:Q3=Q3.1+Q3.2(2-31)Q3.1:生成40%勺鹽酸時(shí)，HCl的水溶液生成的熱，35430kcal/kmol則冷卻器只能中HCl溶于水放出的熱量為：148345.4X(8467.0875-8463.1185)+36.5=16131.04kJ(2-32)Q.2:水液化放出的熱，2435.0X(19.845-13.8915)=14496.7725kJ(2-33)Q3=Q3.1+Q3.2=16131.04+14496.7725=30627.8125kJ(2-34)Q:Q4=Q乙快

29、+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣+Q鹽酸=5584.579義1.792X(-13-25)+8467.0875X0.8541義(-13-25)+2.971義0.9798X(-13-25)+1.884乂13.8915X(-13-25)+9.9225X3214X(-13-25)=-380287.4916-274806.0985-110.6175-994.5.77=-1868053.498kJ(2-35)Q:5%XQ=QVQi+Q+Q=Q+Q(2-32)0+Q2+30627.8125=-1868053.498+0.05Q2(2-36)Q2=-1998611.906kJQ:Q5=Q2X5%=-99930.5

30、953kJ(2-37)表2.13石墨冷卻器熱量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJQHa0GHa-380287.4916HCl0HCl-274806.0985Q0Q-110.6175H2O0H2O-994.5202冷凝熱30627.8125鹽酸-1211854.77鹽水吸熱-1998611.906損失-99930.59532-1967984093(2)石墨預(yù)熱器進(jìn)料溫度：t1=-13C出料溫度：t2=75c以進(jìn)料溫度t1=-13C為計(jì)算基準(zhǔn):C乙快=1.80kJ/(kgC)C水蒸氣=1.884kJ/(kgC)C氯化氫=0.858kJ/(kgC)C氧氣=0.9798kJ/

31、(kgC)C氯乙烯=0.8502kJ/(kgC)計(jì)算：Q:進(jìn)料溫度為75C,即Q=0Q:由反應(yīng)式，Q:Q4=Q乙快+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣=5584.579X1.8X(75+13)+8456.307義0.858義(75+13)+2.971義0.9798義(75+13)+2.7783X1.884X(75+13)=884597.3136+638485.0037+256.1667+460.62=1523799.104kJ(238)Q:Q5=Q2X5%Q1+Q+Q=Q4+Q0+Q2+0=1523799.104+0.05Q2Q2=1603999.057kJQ:Q5=Q2X5%=1603999.057

32、X0.05=80199.9528kJ(2-39)表2.14石墨預(yù)熱器熱量衡算表物料/kJ物料出口/kJQHk0C2H2884597.3136HCl0HCl638485.0037Q0O2256.1667H2O0H2O460.62蒸汽加熱1603999.057損失80199.952821603999.05721603999.057(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=75C出料溫度：t2=110c以進(jìn)料溫度ti=75c為計(jì)算基準(zhǔn)：C乙快=1.884kJ/(kgC)C水蒸氣二1.888kJ/(kgC)C氯化氫二0.871kJ/(kgC)C氧氣=1.005

33、kJ/(kg.C)C氯乙烯二0.8502kJ/(kgC)計(jì)算：Q:進(jìn)料溫度為75C,即Q=0Q:由反應(yīng)式，Q3=124.8X214.7915X103(2-40)+1008.4117義(110-75)(2-4D=2840660.546kJQ:Q4=Q氯乙烯+Q乙快+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣=12753.245義0.8502X(110-75)+279.229X1.884X(110-75)義0.871X(110-75)+2.7783義1.888X(110-75)+2.971X1.005=379498.3115+18412.3603+30741.4307+183.5901+104.5049=4289

34、40.1974kJQ:Q5=Q2X1.5%Q1+Q+Q=Q4+Q0+Q2+2840660.546=428940.1974+0.015Q2Q2=-2448447.054kJQ:Q5=Q2X5%=-2448447.054X0.015=-36726.7058kJ表2.15轉(zhuǎn)化器熱量衡算表/kJ/kJC2Hz0CHCHCl379498.3115HCl0C2H18412.3603Q0HCl30741.4307HzO0O2104.5049反應(yīng)熱2840660.546hbO183.59010循環(huán)水-2448447.054損失-36726.70582392213.49162392213.4916(4)石墨冷卻

35、器進(jìn)料溫度：ti=110c出料溫度：t2=25C以進(jìn)料溫度ti=110c為計(jì)算基準(zhǔn)：C乙快=1.905kJkJ/(kgC)C水蒸氣=1.926kJkJ/(kgC)C氯化氫二0.873kJkJ/(kgC)C氧氣=1.021kJkJ/(kgC)C氯乙烯=0.857kJkJ/(kgC)計(jì)算：Q:進(jìn)料溫度為110C,即Q=0Q:Q3=0(無反應(yīng)或冷凝熱產(chǎn)生)Q:Q4=Q氯乙烯+Q乙快+Q氯化氫+Q氧氣+Q水蒸氣=12753.245X0.857X(25-110)+279.229X1.905X(25-100)+1008.4117X0.873X(25-100)+2.7783乂1.926乂(25-100)+2

36、.971X1.021X(25-100)=-946354.5452-45214.1558-74829.1902-454.8355-257.8382=-1067110.565kJ(2-42)Q:Q5=Q2X1.5%Q1+Q+Q=Q4+Q0+Q2+0=-1067110.565+0.05Q2Q2=-1123274.279kJQ:Q5=Q2X5%=-1123274.279乂0.05=-56163.7140kJ表2.16石墨冷卻器熱量衡算表/kJ/kJCHCHCl0CHCHCl-946354.5452C2Hb0GH-45214.1558HCl0HCl-74829.1902Q0O-257.8382H2O0H

37、2O-454.8355循環(huán)水-1123274.279損失-56163.71402-1123274.2792-1123274.279(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：ti=-35C出料溫度：t2=-20C40%fc水的比熱容：C鹽水=3.214kJ/(kgC)Q=mCP(t2-ti)=1998476.924m=1998476.924+(15X3.214)=41453.5765kJ(2-43)II循環(huán)水：在石墨預(yù)熱器中，進(jìn)料溫度：t1=110c出料溫度：t2=95C95c時(shí)：C水=4.214kJ/(kgC)110c時(shí)：C水=4.238kJ/(kgC)C平均=(4

38、.214+4.238)+2(2-45)(2-4=4.226kJ/(kgC)4)Q=1603999.057kJ.需水量：m=1603999.057+(4.226乂15)=25303.6608kg 在轉(zhuǎn)化器中，進(jìn)料溫度：t1=95C出料溫度：t2=110CQ=2448447.054kJ需水量：m=2448447.054+4.226+(110-95)=38625.131kg(2-46) 在石墨冷卻器中，進(jìn)料溫度：t1=15C出料溫度：t2=95C95c時(shí)：C水=4.214kJ/(kgC)15c時(shí)：C水=4.187kJ/(kgC)C平均=(4.214+4.187)+2=4.2kJ/(kgC)(247)

39、Q=1123274.279kJ需水量：m=1123274.279+4.2X(95-15)=3343.0782kg(2-48)表2.17水消耗綜合表物料相應(yīng)設(shè)備熱量/kJ/kJ鹽水石墨冷卻器1998476.92441453.5765循石麋預(yù)熱器1603999.05725303.6608環(huán)轉(zhuǎn)化器2448447.05438625.131水1123274.2793343.0782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38625.131kg第三章主要設(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3.1.1 已知條件川此處的轉(zhuǎn)化器為列管式固定床反應(yīng)器。

40、催化劑粒度：0.756.5mm,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：540640g/L空速：2540m3/（m3催化劑h）時(shí)，轉(zhuǎn)化率最高反應(yīng)溫度：新觸媒，150C：舊觸媒，180c反應(yīng)壓力：0.05MPa采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法6:SvVr(3-1)V原料混合氣進(jìn)料流量，m3Vr催化劑床層體積，m3SV一空間流速，h-1假定空間流速SV=30m3/（m3催化齊卜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/kmolQHk5584.579214.7915HCl8456.307231.68Q2.9710.093H2O2.77830.1545E14

41、046.64446.71833.1.2數(shù)據(jù)計(jì)算混合氣的體積流量：V=446.7183X22.4=10006.49m3(3-2)由式得：Vr=10006.49+30=333.5497m3選管子：57X3.5mm管子徑d=0.05m,管長6m催化劑的裝填高度為5.7m。333.5497n管子數(shù)：一0.0525.7(3-3)429803根每個(gè)轉(zhuǎn)化器用2401根管子，則轉(zhuǎn)化器為298.3+2401可取為13個(gè)轉(zhuǎn)化器。循環(huán)水帶走的傳熱量2448447.054kJ,由于進(jìn)出口溫度變化不大，即近似為恒溫。(11095)(11075)0人tm13-4)2=25CK取經(jīng)驗(yàn)值100.貝(J,A需-Q2448447

42、.054=979.3788m2(3-5)Ktm10025A實(shí)際=3.14ndl=3.14義13X2401X0.05X5.7=27932.5137m2(36)A實(shí)際?A需要能滿足要求。選取：殼體大于400mm用鋼板卷焊而成7,殼體徑D取決于傳熱管數(shù)n,排列方式和管心距。D=t(no1)+(2-3)do式中：t一管心距，t=1.25d。d。一換熱管外徑nc一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=1.1赤=1.1<2401=54(3-7)t=1.25d。=1.25X0.057=0.07125m(3-8)D=t(nc-1)+2.5d。=0.07125X54+2

43、.5X0.057=3.9185m(3-9)圓整至ij4000mm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。3.1.3 手孔網(wǎng);反應(yīng)最高壓力為1.5atm選用平焊法蘭手孔。公稱壓力PN0.06MPa公稱直徑DN250mmH=190mm采用R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H(A.G)250-0.6HG/T21529-953.1.4 封頭的選擇根據(jù)手冊(cè)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勺封頭厚度可取14mm3.2精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)與選型6由堿洗塔頂部出來的粗氯乙烯氣

44、體經(jīng)排水罐部分脫水后進(jìn)入機(jī)前冷卻器冷卻至510C,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00.75MPa,送機(jī)后冷卻器降溫至50c左右除去部分油水進(jìn)入精儲(chǔ)段。氯乙烯的精儲(chǔ)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15c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-35C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)精儲(chǔ)去除乙烘和氮?dú)狻⒀鯕獾鹊头形?，再送至高沸塔?jīng)二級(jí)精儲(chǔ)除去二氯乙烷等圖沸物，在塔頂可得到純度大于99.95%的精制單體送至聚合工序沸點(diǎn)溫度：t=-83.

45、6C沸點(diǎn)溫度：t=-13.9C沸點(diǎn)溫度：t=5760c故將其視為氯乙烯一同進(jìn)行各種物料和熱量衡A一輕組分：C2HB一產(chǎn)品VC:CH2CHClC一重組分：CHzClCHCl以上沸點(diǎn)均為常壓。I已知條件：在精儲(chǔ)段以前由于二氯乙烷的含量極少,知，此轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化率為95%主反應(yīng)的收率為94.44%,因此得：均以小時(shí)計(jì)算二氯乙烷的摩爾質(zhì)量：21.479kmol氯乙烯的摩爾質(zhì)量：385.413kmol乙烘的摩爾質(zhì)量：22.691kmol總的進(jìn)料量：F=21.479+385.413+22.691=214.7915kmol(3-1II設(shè)計(jì)條件：操作壓力：0.7MPa進(jìn)料熱狀況：泡點(diǎn)進(jìn)料回流比：R=2Rmin單

46、板壓降：<0.7kpa板效率：30%原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率及其對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)：xf=0.05t=40Cxd=0.3t=-5CxW=0.00001t=50III精儲(chǔ)塔的物料衡算：乙烘的摩爾質(zhì)量：Ma=26kg/kmol氯乙烯的摩爾質(zhì)量：MB=62.5kg/kmol總物料衡算：214.7915=D+W乙烘物料衡算：214.7915X0.05=0.3D+0.00001W(3-11)D=71.597kmol/hW=357.986kmol/hIV塔板數(shù)的計(jì)算7理論板數(shù)N的求取采用圖解法求理論板數(shù):由聚氯乙烯工藝學(xué)查得乙快一氯乙烯的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖。求最小回流比及操作回流比采用作圖法

47、求最小回流比。在xy圖中的對(duì)角點(diǎn)上，自點(diǎn)e(0.05,0.05)作垂線ef即為進(jìn)料線(q線)，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為yq=0.2xq=0.05故最小回流比為:RminxDyq0.30.20.670.20.05(3-12)取操作回流比為:minR=2R=1.34(3-13)3.2.1 求精儲(chǔ)塔的氣、液相負(fù)荷L=RD=1.34X71.597=95.94kmol/h(3-14)V=(R+1)D=(1.34+1)X71.597=167.54kmol/h(3-15)L'=L+F=95.94+214.7915=525.52kmol/h(3-16)V'=V=167.54kmol/h3.2.

48、2 求操作線方程精儲(chǔ)段操作線方程為:LDy-xXdVV95.9471.597x0.3167.54167.540.57x0.128(3-17)提儲(chǔ)段操作線方程為:、L'、WyVxVXw(3-18)%X357860.00001167.54525.523.137x'6.8106圖解法求理論板數(shù)采用圖解法求理論板數(shù)，求解結(jié)果為：精儲(chǔ)段板數(shù)=1.7塊提儲(chǔ)段板數(shù)=5塊由于乙快與氯乙烯屬于非同類化合物，與理想溶液的拉烏爾定律有較大誤差，故取板效率為30%即精儲(chǔ)段實(shí)際板數(shù)=1.7/0.3=5.667=6塊提儲(chǔ)段實(shí)際板數(shù)=5/0.3=16.67=17塊即第6塊板為進(jìn)料板。3.2.3塔徑的計(jì)算網(wǎng)I

49、已知條件操作壓力：0.7MPa操作溫度：塔頂溫度：td=-5C進(jìn)料板溫度：tf=40C精微段平均溫度：tm=(40-5)/2=17.5CII平均摩爾質(zhì)量塔頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算：MVd=0.3X26+(1-0.3)662.5=51.55kg/mol(3-19)進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算：MVf=62.5kg/mol精儲(chǔ)段的平均摩爾質(zhì)量：Mvm=(51.55+62.5)/2=57kg/mol(3-20)取Mvm«MmIII平均密度氣相平均密度的計(jì)算：由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即PMvmVmRTm700578.314(17.5273.15)16.51kg/m3液相平均密度的計(jì)算：液相平均密度依下式計(jì)算，即1/LmHi/i(3-21)(3-22)塔頂液相平均密度的計(jì)算:由tD=-5C,由手冊(cè)6查得:A470kg/m3b948kg/m3(3-23)LDm10.3/4700.7/948726.38kg/m3進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算由tF=40C,由手冊(cè)查得：3a230kg/m