产10万吨PVC合成工段的工艺设计.doc

湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目年产10万吨PVC合成工段的工艺设计作 者王泰新学 院化学化工学院专 业材料化学学 号0806030104指导教师曾祥成二一二 年 五 月 二十五 日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 化学化工 院 材料 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 王泰新 学号: 0806030104 专业: 材料化学 1 设计（论文）题目及专题：年产10万吨PVC合成工段的工艺设计 2 学生设计（论文）时间：自 2012 年 3 月 25 日开始至 2012 年 5 月 25 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：化工设计、化学工程师手册、物理化学、化工工艺设计手册、化工原理、化工仪表及自动化等。4 设计（论文）应完成的主要内容：（1）氯乙烯的制备、清净、精制；（2）物料衡算、热量衡算及设备选型；（3）绘制工艺图纸。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）撰写论文一篇；（2）提交论文一篇；（3）要求论文格式正确，文字规范，图表清晰，正确，数据真实。6 发题时间： 2012 年 3 月 23 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 摘 要本设计是年产10万吨PVC合成工段车间初步设计。本文对氯乙烯的研究，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。并介绍了氯乙烯的制备方法和确定了氯乙烯的生产工艺。在确定氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型和车间设计等过程。关键词：氯乙烯，电石，乙炔，反应器选型AbstractThis design is an annual output of 100000 tons PVC synthesis section workshop of preliminary design. The vinyl chloride research, production and application are summarized in the chemical industry, expounds the role and status of. And introduces the preparation method of vinyl chloride and determination of vinyl chloride production process. In the determination of vinyl chloride production process on the basis of the material balance, heat balance, equipment selection and workshop design process.Key words: vinyl chloride, calcium carbide, acetylene, reactor type selection目 录前 言第一章 概论- 1 -1.1氯乙烯的概述- 1 -1.2 氯乙烯的性质- 1 -1.2.1 物理性质- 1 -1.2.2 化学性质- 2 -1.3 氯乙烯的生产方法- 4 -1.3.1 电石乙炔法- 4 -1.3.2 二氯乙烷法- 4 -1.3.3 乙烯氧氯化法- 5 -1.3.4 平衡氧氯化法- 6 -1.4 氯乙烯的主要用途及其在国民经济中作用- 6 -1.5 氯乙烯工业的发展及前景- 8 -第二章 生产方法和生产流程的确定- 10 -2.1 生产方法- 10 -2.1 生产流程- 11 -第三章 生产流程简述- 12 -3.1 原料和半成品及成品技术指标- 12 -3.1.1 氯乙烯(CH2CHCl)- 12 -3.1.2 电石（CaC2）- 12 -3.1.3 乙炔(C2H2)- 13 -3.1.4 HCl- 13 -3.1.5 Cl2- 13 -3.1.6 N2- 13 -3.1.7 NaOH- 14 -3.1.8 HgCl2- 14 -3.1.9 活性炭- 14 -3.2 生产原理- 15 -3.2.1 氯乙烯合成原理- 15 -3.2.2 影响氯乙烯合成因素- 15 -3.2.3 延长触媒寿命的方法- 17 -3.2.4 氯乙烯精馏原理- 17 -3.2.5 影响精馏因素- 17 -3.3 生产流程叙述- 18 -3.3.1 转化岗位- 18 -3.3.2 净化岗位- 18 -3.3.3 压缩岗位- 19 -3.3.3 精馏岗位- 19 -3.3.4 尾气岗位- 19 -第四章 物料衡算与能量衡算- 20 -4.1 计算依据- 20 -4.2 物料衡算- 21 -4.2.1 混合器的物料衡算- 21 -4.2.2 混合脱水系统的物料衡算- 22 -4.2.3 转化器物料衡算- 23 -4.2.4 水洗塔的物料衡算- 24 -4.2.5 碱洗塔的物料衡算- 25 -4.3 热量衡算- 27 -4.3.1 石墨预热器热量衡算- 27 -4.3.2 转化器的热量衡算- 29 -4.3.3 水洗塔前冷却器热量衡算- 30 -第五章 主要设备的工艺计算及选型- 33 -5.1 反应器- 33 -5.2 换热器- 33 -5.2.1 HCl冷却器- 34 -5.2.2 乙炔冷却器- 35 -5.2.3 石墨冷却器- 36 -5.2.4 石墨预热器- 37 -5.2.5 合成气冷却器- 38 -5.3 水洗塔及碱洗塔- 39 -5.3.1 水洗塔- 39 -5.3.2 碱洗塔- 39 -5.4 低沸塔及高沸塔- 39 -5.4.1 低沸塔- 39 -5.4.1 高沸塔- 39 -第六章 合成工段中三废的产生及处理- 41 -6.1 氯化汞触媒的产生中毒机理及处理- 41 -6.1.1 氯化汞触媒的产生- 41 -6.1.2 氯化汞中毒机理- 41 -6.1.3 废HgCl2触媒的处理- 41 -6.2 尾排氯乙烯外逸的产生中毒机理及处理- 41 -6.2.1 尾排氯乙烯外逸的产生- 41 -6.2.2 中毒机理- 41 -6.2.3 对VC泄露的综合治理- 42 -6.3 废水的处理- 42 -6.3.1 废水排放标准- 42 -6.3.2 废水的处理方法- 43 -6.4 其他三废的处理- 44 -第七章 安全生产防火技术- 45 -7.1 厂区安全生产特点- 45 -7.2 乙烯合成的安全技术- 45 -7.3 乙炔爆炸- 45 -7.3.1 氧化爆炸- 46 -7.3.2 分解爆炸- 46 -7.3.3 乙炔的化合爆炸- 46 -7.4 氯乙烯的燃烧性能- 46 -7.5 安全措施- 46 -参考文献- 48 -致 谢- 49 -前 言氯乙烯是聚氯乙烯单体，是塑料工业的重要生产原料，是我国重要的有机化工产品，是世界上最重要化工产品之一。随着我国经济高速发展，氯乙烯原料的社会需求量日益剧增，树脂合成技术和加工技术的进步，使聚氯乙烯在工业、农业、建筑、汽车包装和家电等各个领域的到了广泛的应用，尤其是我国的建筑行业对聚氯乙烯的需求强劲市场缺口较大。而氯乙烯的单体，只有供应充足才能满足它的后续产品有更大的发展。市场经济的大蓬勃发展正在推动着我国聚氯乙烯工业的发展，作为氯碱工业的支柱产业聚氯乙烯工业正在推动着一些相关产业的发展。聚氯乙烯历史上曾经是使用量最大的塑料，现在某些领域上已被聚乙烯、PET所代替，但仍然在大量使用，其消耗量仅次于聚乙烯和聚丙烯。本设计为年产10万吨氯乙烯生产工艺流程设计，以传统的电石乙炔法生产工艺为设计依据，并广泛收集了有关生产和工艺设计的资料，对生产的工艺流程进行了设计。电石乙炔法，用乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯，乙炔与氯化氢的摩尔比为1：1.051.10，使用氯化汞作催化剂，反应压力为0.17MPa，反应温度120180，一般转化率可达99%。本设计分别对氯乙烯的工业生产发展概况，氯乙烯物理性质和化学性质、用途、工业生产方法、工艺流程及生产原理作了较详细的阐述，并进行了相关的物料、热量衡算和主要设备的计算与选型，对各项工艺指标作了较详细的说明，同时绘制了乙炔工段带控制点工艺流程图（CAD制图），氯乙烯合成工段带控制点工艺流程图（CAD制图），反应器结构简图（CAD制图）和氯乙烯生产车间的平面布置图（CAD制图）。虽然设计中本人一直抱着认真负责的态度，力求减少错误。但是由于理论知识有限，设计经验不足，设计整个过程中难免出现一些错误和缺陷，敬请各位老师批评指正。谢谢！第一章 概论1.1氯乙烯的概述氯乙烯又名乙烯基氯，是一种应用于高分子化工的重要的单体，为无色、易液化气体，是塑料工业的重要生产原料，是生产聚氯乙烯塑料的单体；或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维，也用作化学中间体或溶剂。目前世界上用于制造聚氯乙烯树脂的乙烯单体量约占氯乙烯总产量的96%氯乙烯的聚合物广泛用于工业、农业、建筑以及人们的日程生活中。1.2 氯乙烯的性质1.2.1 物理性质氯乙烯在通常情况下为无色、易燃、有特殊香味的气体，稍加压力条件下，可以很容易地转变为液体。氯乙烯稍溶于水，在25时100g水中可溶解0.11g氯乙烯；水在氯乙烯内的溶解度在-15时，100g氯乙烯可溶解0.03g水。氯乙烯可溶于烃类、丙酮、乙醇、含氯溶剂如二氯乙烷及多种有机溶剂内。氯乙烯有较好的机械强度，优异的电介性能，但对光和热的稳定性差，其化学式为CH2CHCl，分子量为62.499，熔点为-153.8，沸点-13.4，临界压力为5.60Mpa，临界温度为156.6，气化热为330J/g，与空气形成爆炸性混合物，其爆炸浓度范围为4%22%（体积比）。(1)氯乙烯的蒸汽压氯乙烯蒸汽压力和温度的关系：表1.1 氯乙烯的蒸汽压表温度/压力/mmHg温度/压力/mmHg-28.37395.616.212258-23.02513.025.723027-16.61677.633.533789-13.61767.539.724492-8.32949.039.724500-1.571224.846.8054344.011490.654.8766765.53158.260.347586(2)液体氯乙烯的密度液体氯乙烯的密度与温度的关系： 表1.2 液体氯乙烯的密度温度/密度/gml-1温度/密度/gml-1-12.960.969239.570.87331.320.944348.200.855513.490.922359.910.831028.1108955(3)氯乙烯的潜热潜热即蒸发或冷凝1g氯乙烯所需的热量，其与温度关系如下：表1.3 氯乙烯的潜热温度/潜热/calg-1温度/潜热/calg-1-2085.72080.2-1084.13078.5083.04076.61081.75074.4(4)氯乙烯的溶解度氯乙烯在水中的溶解度如下： 表1.4 常压下氯乙烯在水中的溶解度温度/溶解度/m3m-3水00.808100.572150.433200.292280.1001.2.2 化学性质氯乙烯分子有两个重要组成部分。既氯原子和双键，分子中的氯原子不太活泼，但近来的研究表明，在钯和其他过度金属的存在下，可将氯原子迅速交换。氯乙烯具有双键，在自由基引发剂的存在下易进行聚合和共聚合反应，生成聚氯乙烯和氯乙烯共聚物，这也是氯乙烯最重要的反应。(1)聚合反应氯乙烯分子中CC双键极易发生聚合反应，是氯乙烯极其重要的化学性质，聚合可在光、热、偶氮化合物、过氧化物、氧化还原系统化合物的引发下以游离基方式进行。工业上常用的聚合方法有悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合。其中以悬浮聚合为主。占生产总量的85%左右。常用的聚合引发剂为偶氯二异庚晴、偶氮二异丁晴、过氧化二碳酸二叔丁基环已酯、过氧十二烷酰、过氧化特戊酸叔丁酯、乙酰基过氧化环已烷磺酰等。(2)共聚合反应氯乙烯还可以和相当多的其他单体组成双组分、三组分、四组分共聚物。双组分共聚氯乙烯和一些重要的第二单体共聚，如丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯晴、醋酸乙烯等化合物进行共聚。三组分共聚与氯乙烯共聚的其他组分有丙烯酸和丙烯腈、丙烯腈和氯醋酸乙烯酯、丙烯腈和偏氯乙烯、顺式丁烯二酸二丁酯和四氢酞酸半酪酯、十八烷基和八烷基乙烯基醚、五氯苯乙烯和苯乙烯、醋酸乙烯酯和顺式丁烯二酸酐等。四组分共聚氯乙烯可与丙烯酸乙酯、顺式丁烯二酸酐和偏氯乙烯进行四组分共聚。(3)加成反应氯乙烯与氯化氢作用生成1，2-二氯乙烷 CH2CHClHClCH 2ClCH2Cl氯乙烯与酰基氯乙烷加成生成二氯化酮，后者失去HCl生成氯乙烯基酮 CH2CHClRCOCl RCOCH2CHCl2RCOCHCHClHCl(4)取代反应氯乙烯与氟化氢作用生成氟乙烯CH2CHClHFCH2CHFHCl氯乙烯与乙醇钠反应生成乙烯基乙基醚 CH2CHClC2H5ONa CH2CHOC2H5NaCl(5)裂解反应对于热裂解来说，氯乙烯比饱和氯代烷烃更稳定。当将氯乙烯加热至175450时产生少量的乙炔。即使是在525575下，氯乙烯转化率仍然很小，形成的主要产物是氯丙烯和乙炔。在裂解氯乙烯时，引入氯化氢可以使氯丙烯的生成量减少。(6)氧化反应在气相中，氯乙烯氧化得到74(体积)的ClCHO和25(体积)的CO，其转化率为3032。在高氧氯比条件下。在1520，紫外线照射下，氯乙烯和氧反应生成过氧化物；加热到35，这个过氧化物分解成甲醛、CO和HCl。1.3 氯乙烯的生产方法氯乙烯是一种非常重要的化工原材料,主要用来制备聚氯乙烯( 简称PVC)树脂,也用于制备偏二氯乙烯、冷冻剂等 。全世界9 % 的氯乙烯单体都用于生产聚氯乙烯, 我国目前没有专门的氯乙烯生产企业, 所有的氯乙烯装置均与聚氯乙烯装置配套建设, 完全一体化。氯乙烯的生产工艺经历了多年的工业生产和工艺改造后, 形成了4 种主要的生产方法：电石乙炔法、二氯乙烷法、乙烯氧氯化法和平衡氧氯化法。 1.3.1 电石乙炔法电石乙炔法是以来自食盐电解的氢与氯气，经过合成炉混合燃烧反攻得到干燥氯化氢，再与净化和脱水后乙炔进行加成反应即得粗氯乙烯，经过精制后获得纯氯乙烯单体。反应以HgCl2为催化剂，于120180下进行：主反应CHCH HClCH2CHCl124.8 kJ/mol副反应当HCl过量时：CH2CHCl+HClCH3CHCl2而当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞和水银，使催化剂失活。电石乙炔法历史悠久，是最早工业化的。反应器采用列管式，分成两组，催化剂是氯化高汞，载体是活性炭，一般HgCl2的含量为10%20%。第一组装入使用过的催化剂，第二组装入新催化剂。操作条件为：温度120180，绝对压力0.120.15MPa，原料气配比C2H2HCl=11.051.10(摩尔)，乙炔空速为3060h-1。催化剂HgCl2是易挥发的物质，直接影响乙炔的转化率和氯乙烯的收率。当温度高达200时，会有大量的HgCl2升华而使催化剂活性下降；而温度太低时其反应速率太慢。据研究当温度140时，其催化剂活性是稳定的，工业上一般将反应温度控制在120180。也有使用氯化汞氯化钡载于活性炭的催化剂，据报道该复合催化剂的活性和选择性较高，可以减少HgCl2的升华，稳定性得到改善。乙炔法生产氯乙烯的技术比较成功，流程简单，副产物少，产品纯度高。但因乙炔是由CaC2与H2O反应生成，而电石制取耗电大，成本高，存在环境污染，一些氯乙烯主要生产国均不采用此法，该法目前逐渐被新工艺所取代。1.3.2 二氯乙烷法1,2二氯乙烷脱氯化氢制得氯乙烯，其反应式为C2H4Cl2CH2CHCl HCl H79.5kJ/mol该反应是可逆的吸热反应，同时发生平行反应相连串反应，副产乙炔、二氯乙烷和一些聚合物。1,2二氯乙烷热裂解分气相法和液相法两种，工业上常用气相非催化裂解法。采用箱式裂解炉，用燃气加热，箱内有U型裂解管，非催化的气相热裂解反应，按一级自由基链式反应的机理分以下4步进行：引发：CH2ClCH2Cl CH2ClCHCl增长：ClCH2ClCH2ClCH2ClCHClHCl CH2ClCHClCH2CHCl Cl终止：ClCH2ClCH2 CH2CHClHCl反应终止的方式有两种，即构成引发反应逆反应重新组合或通过与器壁的碰撞使反应终止。1,2二氯乙烷裂解时受原料纯度、裂解温度、压力和停留时问的影响。当原料中1,2二氯丙烷的含量达0.1%0.2%时，就会使1,2二氯乙烷的裂解转化率下降，多氯化物的存在也会起抑制作用，铁离子的存在会加速副反应的发生，水分腐蚀设备。提高裂解温度对1,2二氯乙烷裂解反应的平衡和反应速率都有利，但当裂解温度高于600时，副反应速率将大于主反应速率，故需从转化率和选择性两方面考虑裂解温度。提高压力对裂解平衡不利，但可提高氧乙烯的选择性，有利于产物的冷凝回收，低压法一般为0.6MPa，中压法为1.0 MPa，高压法大于1.5MPa。停留时间增长，1,2二氯乙烷转化率可提高，但连串反应增多，选择性下降，一般以10 s左右为宜，1,2二氯乙烷的转化率为5060，氯乙烯的选择性为97左右。1.3.3 乙烯氧氯化法乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应：(1)乙烯直接氯化主反应：CH2CH2Cl2CH2ClCH2Cl H201KJ/mol 该反应可以在气相中进行，也可以在溶剂中进行。气相反应由于放热大，散热困难而不易控制，因此工业上采用在极性溶液存在下的液相反应，溶剂为二氯乙烷。副反应：CH2ClCH2ClCl2 CH2ClCHCl2HCl CH2ClCHCl2Cl2 CHCl2CHCl2HCl主要生成多氯乙烷。乙烯中的少量甲烷和微量丙烯亦可发生氯代和加成反应形成相应的副产物。(2)二氯乙烷裂解主反应：CH2ClCH2ClCH2CHClHCl H201KJ/mol(此反应是吸热可逆反应)副反应：CHCHClCHCHHCl CHCHClHClCH3CHCl2 CH2ClCH2ClH22HCl2CnCH2CHCl(聚氯乙烯) (3)乙烯氧氯化主反应：CH2CH22HClO2CH2ClCH2ClH2O H25KJ/mol(此反应是个强放热反应)副反应：CH2CH22O22CO2H2O CH2CH23O22CO22H2O CH2CH2HClCH3CH2Cl 还有生成其它氯衍生物的副反应发生。这些副产物的总量仅为二氯乙烷生成量的1%以下。1.3.4 平衡氧氯化法迄今，平衡氧氯化工艺仍是工业化生产氯乙烯单体最先进的技术。在世界范围内，93%的聚氯乙烯树脂都采用平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体经聚合而成；具有反应器大、生产效率高、生产成本低、单体扎制含量少和可连续操作的特点。器主要反应为： 4C2H42Cl2O2 4C2H3Cl2H2O 在直接氯化反应中，可使用低温或高温氯化工艺。使用低温氯化工艺的优点是副产物少，但必须使1Kg二氯乙烷中的含量保持在100mg一下，否则如果中间体中氯化铁的浓度过高，会使生产的氯乙烯单体中的杂质含量增高，所以，一般允许的铁含量仅是在生产过程中物料缓慢腐蚀设备和管道所产生很少量的铁。采用高温工艺时，所有与液体接触的设备都需要使用合金材料，尤其是反应器在强湍流条件下会赵成设备腐蚀，在这里加入的铁催化剂是溶解在二氯乙烷中的无水氯化铁。与低温工艺相比，高温工艺也有其优越性，生产出的二氯乙烷一般不需要水洗脱除铁和共沸物进行干燥。此外，由于二氯乙烷形成的热是蒸发热的6倍，所以，沸腾发生器借助本身热量，靠反应热产生的蒸汽操作分馏塔，净化直接氯化产品；干燥氧氯化二氯乙烷并可以从裂解段回收未转化的二氯乙烷。1.4 氯乙烯的主要用途及其在国民经济中作用氯乙烯的主要用途是本身的聚合以生产氯乙烯及与其他单体共聚合生成共聚物。聚氯乙烯是一种重要的热塑性树脂，它经过成型加工、改性可以制成软质、硬质、泡沫、纤维环塑料制品，性能优良、广泛用于塑料管、板、膜、片型材、人造革、电缆、绝缘带、地板砖、门框、玩具、唱片、电器材料及其他日常用品，另外氯乙烯还可作为有机化工原料制备其他一些含氯产品。根据国家发展规划，今后的聚氯乙烯制品将在农业、建筑、包装、汽车、机电等领域有较多的发展。氯乙烯在工业上的主要应用是以聚合物的形式出现。本身聚合或和其他单体共聚，制造聚氯乙烯树脂约占氯乙烯总产量96，其聚合物广泛用于工业、农业、轻工、建筑以及日常生活用品等。(1)工业用的管材管件硬聚氯乙烯具有强度高、质量轻、耐磨性能好，可作上工业的管材管件，其总量约占聚氯乙烯消耗量的1/3，主要用于工业用管道、给水、排水、排污、排耐腐蚀性流体、排气以及农业灌溉系统、电线电缆管道等。 (2)薄膜及软质制品软聚氯乙烯坚韧柔软、有弹性、耐寒性高，所以常用来作电线电缆的绝缘包皮，以代替铅皮、橡胶、纸张等。另外软聚氯乙烯还广泛用于软管、垫片及各种零件、人造革和日常用品的生产上。(3)建筑用型材目前世界上建筑用塑料占总消耗量的20以上，而建筑用塑料中40%是氯乙烯的聚合物。如塑料地板，不仅可制成色彩鲜艳的各种图案，而且可将图案制成表面有浮雕感的多种型材，氯乙烯聚合物做塑料窗框具有隔热、隔冷、隔音性能，耐腐蚀、耐潮湿、耐霉烂等特点，在国外得到广泛的应用和发展，国内也大力加强研究推广，聚氯乙烯制成的门框由于它表面光滑，不需要油漆、维修方便、比其他材料门框更便宜。 聚氯乙烯塑料壁纸具有色泽鲜艳、花纹有立体感、防潮、防霉、防燃、并便于滞洗清洗等优点。用作房屋建筑内墙装饰，美观大方，价格便宜。美国、日本、瑞典等国有50以上的内墙用壁纸装饰。(4)纸张涂层及粘胶制品聚氯乙烯糊是将聚氯乙烯微粒分散在液体悬浮介质中，形成高粘度糊状混合物，可用于制造人造革、纸质粘胶制品，涂于织物纸张、金属防腐用的涂装材料、微孔塑料、浸沏成型品、浇铸成型品等。 (5)纺织工业聚氯乙烯制成的纤维成本低廉，性能良好，耐酸耐碱、防腐蚀性能好，工业上常用作滤布及工作服。(6)衬里及绝缘材料泡沫聚氯乙烯抗压强度高，有弹性，不吸水，不氧化，常用它做衣服衬里、衬垫、防火壁、绝缘材料及隔音材料等。另外氯乙烯还可用作化工原料如制备1,1,2三氯乙烷，可用于橡胶及醋酸纤维等的溶剂，染料、香料的萃取剂等。(7)共聚合产品氯乙烯乙烯醋酸乙烯接枝共聚物(EVAVC)：氯乙烯乙烯醋酸乙烯接技共聚物作为改性聚氯乙烯的新品种，因具有较高的抗击性，热稳定性及耐老化性能以及低温挠曲性好，耐水耐酸碱性能好，并可不加增塑剂就能加工成为不同软硬程度的制品，可用作医药、食品包装材料，以及电缆套管，上下水管、天然气管、窗框、门框等。 氯乙烯丙烯共聚物(VCP)：氯乙烯丙烯共聚物由于具有优良热稳定性和加工性，特别是在高温下延伸率大，可利用真空成型方法制造复杂形状的制品，另外共聚物具有良好的透明性和耐化学药品性，常作医药仪器的无毒包装器、无毒透明薄板、硬片等，还可加工异型制品及唱片等。氯乙烯乙烯共聚物(VCE)：氯乙烯乙烯共聚物主要由于加工性能好、透明度好、抗张强度较高、可以用作制取廉价的软质制品如食物、药品包装瓶等。氯乙烯-偏氯乙烯共聚物：氯乙烯-偏氯乙烯共聚物主要用作纤维及包装材料，由于共聚物有自粘性、热收缩性及透明性，可用作防潮涂料及粘合剂。氯乙烯丙烯酸醋共聚物：氯乙烯丙酸酯共聚物主要用作聚氯乙烯塑料的改性剂，与聚氯乙烯共混可提高聚氯乙烯塑料抗击强度，可挤出加工成高抗击强度的板材、异型材，用这种共聚物改性的聚氯乙烯塑料多用于建筑材料，如门框、窗框、壁厨、家俱等各种型材。氯乙烯醋酸乙烯共聚物(EVC)：氯乙烯醋酸乙烯共聚物应用范围较广，需要量也很大。它是目前氯乙烯共聚物中生产量最大的品种，约占氯乙烯共聚物总量的80。根据所含醋酸乙烯量的不同而有不同的用途：含5的共聚物主要用作电唱机的唱片、液体涂料及地板弹性砖。1.5 氯乙烯工业的发展及前景氯乙烯是制备聚氯乙烯及其共聚物的单体。也常称为氯乙烯单体(VCM)，在世界上是与乙烯和氢氧化钠等并列的最重要的化工产品之一。氯乙烯的合成始于1835年，由法国化学家Regnault用氢氧化钾的乙醇溶液将二氯乙烷脱氯化氢制得，并于1838年观察到了它的聚合体，这次的发现被认为是PVC的开端。1902年，Biltz将1,2二氯乙烷进行热分解也制得氯乙烯，但当时由于聚合物的科学和生产技术尚不成熟，他的发现没有导致工业生产的结束。Klatte于1912年通过乙炔与氯化氢的催化加成反应制得了氯乙烯，成为工业上氯乙烯合成的最初工艺，但在沿用将近30多年后，由于乙炔生产的高能耗而逐渐趋于淘汰。从1940年起，氯乙烯的生产原料，乙炔开始被乙烯部分取代，首先将乙烯直接氯化成1,2二氯乙烷（EDC），再加以热裂解制得氯乙烯，裂解产生的氯化氢仍被用在乙炔-氯化氢法中。1955-1958年，美国的化学公司研究的大规模乙烯氧氯化法制备1,2二氯乙烷取得成功。至此以后，乙烷全部取代乙炔成为制备氯乙烯的原料。至目前为止，大多数工厂都采用乙烯直接氯化（DC）和乙烯氧氯化（OXY）制备1,2二氯乙烷（EDC），再将EDC加以热裂解得到氯乙烯单体（VCM）的联合切平衡的DCEDCOXYEDCVCM法来制备氯乙烯。联合平衡法充分利用廉价的原料，基本上不生成副产物，目前西方世界90%以上的氯乙烯产量是用该法生产的。我国从50年代开始研究和生产聚氯乙烯，1953年由沈阳化工研究院和北京化工研究院开始小试，1956年小试成功，并在锦西建立了第一个生产厂家。我国的乙烯产量1990年为77.7万吨。当前仍以电石乙炔为主，使用乙烯的厂家很少。1977年北京化工二厂引进B.F.Goodrich技术，建成年产8万吨乙烯氧氯化法装置，随后有山东齐鲁石化公司和上海氯碱总厂的氧氯化法装置投产。化学工业部北京化工厂研究院开展了空气法流化床氧氯化技术及其催化剂的研究，中国科学院兰州化学物理所对乙烯氧氯化法工艺进行了进一步的研究，锦西化工研究院对氧氯化固定床催化剂研究。与此同时北京化工二厂、齐鲁石化公司的厂家对技术进行了深入剖析，对装置提出改进方案，经实施后均得到满意的效果。由于我国经济的稳定增长，对聚氯乙烯的需求量很大，对原料的需求也逐渐增加。因此氯乙烯的发展前景非常良好。从世界形势看，中东、南美和中国在未来5-8年内对氯乙烯的需求仍将保持增长的势头。其中中国的需求增长尤为强劲，需求量的年增长率将达到8%-10%，中东和南美地区对氯乙烯的需求量的年增长率将达到5%以上。第二章 生产方法和生产流程的确定2.1 生产方法氯乙烯生产工艺中, 除了电石乙炔法生产工艺走的是电石路线外,二氯乙烷法、乙烯氧氯化法、平衡氧氯化法这三种生产工艺均属于石油路线( 即以石油或石油产品为原材料生产氯乙烯) 。目前在我国, 除齐鲁石化、上海氯碱总厂、北京化工二厂和天津大沽化工厂四家较大的聚乙烯生产企业采用了以乙烯为原料的平衡氧氯化法,天津乐金公司直接以进口的氯乙烯为原料外, 其余厂家均是电石乙炔法, 乙炔法生产氯乙烯占氯乙烯总生产能力的63.4。电石路线由于存在耗电量大, 成本高以及环境污染严重等问题, 正在被世界各国所淘汰，而石油路线则由于成本低、质量高、污染小、易于大规模生产等优点, 成为目前世界上比较通用的生产工艺。但是, 随着石油资源的日益枯竭以及氯乙烯的需求不断增加, 必须有新的氯乙烯生产工艺的诞生。石油和天然气通常是相伴而生, 在石油和天然气当中,石油的应用非常广泛, 而天然气虽然有极丰富的贮藏量, 但其在化学工业上的应用还远远赶不上石油。如何使天然气替代或部分替代石油在国民经济中的作用, 是人们一直关注的课题。尤其是随，着石油资源的日益减少和天然气资源的大量发现,天然气的转化和利用越来越受到人们的重视。在这种情况下, 很自然想到用天然气、油田气中的乙烷来取代石油中的乙烯, 用于氯乙烯的生产。因此，电石法PVC 在国内还可以生存相当长时间，故本设计选择电石乙炔法。主要设备如下等：(1)反应器 选用美国SD公司生产的列管式固定床反应器，公称直径为4425mm，反应管25mm×2mm，管长为7706mm，共13500根；(2)石墨换热器 选用GHA型列管式石墨换热器和YKB型圆块式石墨换热器；(3)全凝器 选用直径1200mm，管长4500mm，换热面积338m2；(4)低沸塔 选用1800mm×22000mm；(5)低沸塔再沸器 选用1000mm×4950mm，换热面积223m2；(6)高沸塔 选用2000mm×25200mm；(7)高沸塔再沸器 选用1000mm×4950mm，换热面积223m2；(8)成品冷凝器 选用直径1000mm，管长4000mm，换热面积220m2的换热器。2.1 生产流程工艺流程方框图如下：图2.1 工艺流程方框图第三章 生产流程简述3.1 原料和半成品及成品技术指标3.1.1 氯乙烯(CH2CHCl)氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。为无色、易液化气体，沸点13.9，临界温度142，临界压力5.22MPa。氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限422（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂。规格：纯度99.98%； 异丁烷2ppm； 1,3丁二烯10ppm； 氯甲烷80ppm； 氯乙烷5ppm； 单乙烯基乙炔5ppm； HCl1ppm； Fe1ppm； 1,1EDC1ppm； 1,2EDC1ppm； 水60ppm； 丙烯4ppm； 乙炔0.1ppm； 偏氯丁烯2ppm； 乙烯2ppm； 1丁烯2丁烯3ppm。3.1.2电石（CaC2）电石为无色透明晶体，工业用呈灰色，18时的比重为2.22，随着CaC2含量的减小而增大，熔点为23000C（纯电石），含80%时为2000