推荐-30wtPVCa氯乙烯合成工段设计 精品.docx

（冶金化工系）题 目30wtPVC/a氯乙烯合成工段设计专 业应用化工技术班 级姓 名学 号指导教师完成日期20XX年5月16日20XX年10月10 日目录1.4市场预测本设计是年产30万吨聚氯乙烯的氯乙烯合成工段的初步工艺设计。简单介 绍了氯乙烯的性质和主要用途，产品的生产和消费状况，以及其市场预测。阐述 了氯乙烯在生产生活中的显著作用和重要地位。原料的组成和性质及其生产工艺 流程。根据有关资料及有关文献，在生产工艺确定的基础上进行了物料衡算，热 量衡算及设备选型。关键词：合成 聚氯乙烯 氯乙烯第一章绪论1.1聚氯乙烯工业的发展概况20世纪的30年代50年代是塑料工业迅速发展的时期。在此期间有许多合 成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工业化。自1835年法国化学家V.Regnault首先发现了氯乙烯，于1838年他又观察 到聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。1872年包曼(Baumann)报导了氯乙烯的制备， 并观察到在强烈阳光照射后，氯乙烯逐渐变成一种无定形的白色固体物。经历数 十年直到1910年德国与美国研究了氯乙烯在紫外线和过氧化物存在下的聚合反 应。1910年，Ostromislensky在进行氯乙烯研究时，也获得氯乙烯聚合物，称 之为Cauprenechloride° 1920年，德国研究聚氯乙烯已相当活跃，这时美国联 碳化学公司与杜邦公司对氯乙烯聚合物的制备发表了专利。这标志着氯乙烯及其 聚合物的制造已进入实用技术阶段。1920年，在美国的柏寨森(BURGHAUSAN) 的瓦克(WACKER)公司制取聚醋酸乙烯，用它与氯乙烯共聚制得一种新材料。该材 料易加工，且不再发生分解因它具有内增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，开辟 了以内增塑的办法解决了聚氯乙烯的加工。另一方面也为聚氯乙烯从共聚改性作 出了开拓性的工作。对聚氯乙烯发展起到积极的推动作用。又于1932年发现聚 氯乙烯的低分子增塑剂。英国帝国化学公司于1937年采用高沸点液体如磷酸酯 类增塑聚氯乙烯，得到了类似橡胶的物质，从而第一次打破了传统的橡胶市场， 成为橡胶材料的代用品。德国法本公司于1932年采取乳液聚合法生产聚氯乙烯，定名为“伊奇利 特”(Igelit)，以后于1933年美国碳化物和碳化学公司系统的“贝克菜 特”(BAKBLITE)公司等用溶液聚合法建立了小型工厂，商品定名为“维尼”利特 (ViNYILITE)。1聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。占目前塑料消费总 量的29%以上。到上世纪末，聚氯乙烯树脂大约以3%的速度增长。这首先是由于 新技术不断采用，产品性能亦不断地得到改进，品种及牌号的增加，促进用途及 市场的拓宽。其次是制造原料来源广、制造工艺简单。产品质量好。在耐燃性、 透明性及耐化学药品性能方面均较其它塑料优异。又它是氯碱行业耗“氯”的大 户，对氯碱平衡起着举足轻重的作用。从目前世界主要聚氯乙烯生产国来说：一 般耗用量占其总量的2030%。特别是60年代以来，由于石油化工的发展，为 聚氯乙烯工业提供廉价的乙烯资源，引起了人们极大的注意，因而促使氯乙烯合 成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断地更新，使聚氯乙烯工业获得迅猛 的发展。从上述期间可看出聚氯乙烯树脂在主要生产国的产量与消费量均有近2%的 增长率，而在其余国家和地区均略高于3%。1.2聚氯乙烯工业在国民经济中的作用聚氯乙烯在常温下为白色粉末，比重为1.3921.4不溶于水，汽油，酒精， 氯乙烯，可溶于酮类和氯烃类溶剂，无毒无臭。具有很高的化学稳定性和良好的 介电性能。合成树脂是塑料工业的基本原料，在一定条件下塑制成一定形状的材 料，在常温下它的形状不变，是材料工业的重要组成部分。作为热塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯树脂，在世界各国合成树脂的生产、 品种及消费上均处领先地位。我国也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各树脂及加 工制品之主。这主要由于以下原因：(1) 聚氯乙烯材料制品性能优良。有独特的使用功能。(2) 基础原料资源广，为聚氯乙烯树脂生产发展奠定了物质基础。(3) 以聚氯乙烯制取的合成材料可代替钢铁和木材使用，而且节能显著， 每生产1立方米。通用塑料，其能耗为148.6千焦，而生产1立方米钢材能耗为 356.7X 10 6千 焦。(4) 用于农业生产，如地膜、大棚等，为农业生产提供保障。(5) 聚氯乙烯塑料不仅在建筑、农业及包装工业上有着广泛的用途，在电 子器件、交通运输、机械和人民生活等各方面，也均得到重用。1.3聚氯乙烯制品聚氯乙烯作为世界五大通用塑料之一，今年发展非常迅速，由于它综合性能 优异，广泛应用于农业、工业、国防、人类日常生活等许多领域。当前高速发展 的建筑行业的旺盛需求，也推动着中国聚氯乙烯产业的蓬勃发展。当今世界上， 还没有一个地区或国家的聚氯乙烯产业，有像中国今天这样拥有一个广阔的应用 市场和高速发展态势的局面展现于世人面前。原料和能源圆满解决之际，将是迎 来巨头争霸之时。届时中国的聚氯乙烯无论是产量还是市场消费都会跃居世界第 一位，中国的聚氯乙烯有着璀璨的前景。聚氯乙烯树脂广泛地用于塑料加工行业，建材，轻工等行业。可用来加工成 金属线包皮，薄片，板材，软管，管道配件，皮革，软质制品和玩具，也可用来 加工成食品包装膜，包装盒，食品机药物装瓶，以及硬管，透明片，型木等。1.4市场预测在东欧乌克兰将投产30万吨聚氯乙烯产能，产量着重的满足国内及周边的 需求，特别是针对俄罗斯的需求。俄罗斯本身也有33万吨的聚氯乙烯的装置， 将在20XX年投产，产量也是满足其本国的市场。除此以外在南美，巴西将在20XX 年投产21万吨的聚氯乙烯产能。在金砖四国里面，印度相对来说是比较突出的 一个国家，因为在四个国家里面，是唯一一个在目前没有显著新建产能计划的， 这主要是跟印度本身的投资环境、能源价格以及地理位置有关。这些因素决定了 本地的聚氯乙烯市场将长期、继续、部分的依赖进口的货源。随着我国国民经济的持续高速发展以及建筑业等对聚氯乙烯消费的强劲拉 动，我国聚氯乙烯的生产能力增长很快。在中国的聚氯乙烯出口中，电石法是占 到了很大的数量。20XX年我国聚氯乙烯的生产能力只有877.2万吨/年，20XX 年生产能力增加到1581万吨/年，成为世界第一大聚氯乙烯生产国。截至20XX 年10月底，我国聚氯乙烯的生产能力达到约1700万吨/年。其中天津大沽化工 股份有限公司是目前我国最大的聚氯乙烯生产厂家，生产能力为70万吨/年，约 占我国聚氯乙烯总生产能力的4.2%；其次是中国石化齐鲁石油化工股份有限公 司，生产能力为60万吨/年，约占国内总生产能力的3.5%。预计到20XX年，我 国聚氯乙烯的总产能将超过2400万吨/年。第二章氯乙烯合成工段设计2.1氯乙烯合成方法选择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 3种主要的生产工艺：电石乙炔法、二氯乙烷法和乙烯氧 氯化法。2.1.1电石乙族法电石乙炔法是最早的氯乙烯生产方法。它主要利用乙炔和氯化氢为原料，用 氧化汞做催化剂进行加成反应,生成氯乙烯。CH = CH + HCl T CH 2 = CHCl其优点是工艺成熟、简单，设备投资低，但由于采用电石作为原料，需要消 耗大量电能，使氯乙烯成本上升，反应中所用的催化剂对环境的污染严重。电石 乙炔法在世界上已基本被淘汰，但这是我国目前主要的氯乙烯生产方法。2.1.2二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯为原料与氯气反应生成二氯乙烷（E D C）,然后由二 氯乙烷热裂化制备氯乙烯的方法。该法的副产物是H CI ,如果不加以利用，生 产成太高。与电石乙炔法联合起来可以解决HCI问题。但这种方法既不能完全 向石油天然气化工方向转化，又不能完全摆脱电石乙炔法，所以没有发展前途。2.1.3乙烯氧氯化法氧氯化法是对利用氯化氢合成有机物的这一类反应的总称。乙烯氧氯化法的 化学反应方程式为：CH = CH + Cl T CH ClCH Cl ClCH CH Cl T CH = CHCl + HCl22222；222这种方法是目前缺少氯气的地区采用的方法。这3种氯乙烯生产工艺中，除了第一种生产工艺走的是电石路线外,后三种 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。目前，从国内十大PVC生产商的工艺和原料路线的现状分析，我国PVC生产 中乙烯法、电石法和EDC/ VCM法基本各占1/ 3，呈现三足鼎立之势，是世界各 大PVC生产国中仅有的兼有乙烯法、电石法、EDC/VCM法3种装置共存的国家。 电石法PVC在中国能够生存是有其深刻的历史和现实原因的。由于目前中国PVC 生产的原料路线、资源分布和环境要求的不同，尤其是电石法PVC的工艺技术已 十分成熟，资源有保证。近几年以来，随着国际局势的紧张，国际原油、天然气价 格暴涨，导致了以乙烯工艺路线的PVC成本增加，从而突显了我国电石法PVC 的成本优势。于是国内再度掀起了电石法PVC的投资与装置改扩建的热潮。在 目前电石法PVC利润空间比较大的时候，新建装置一定要防止低水平的重复建 设，要广泛吸收同行业的先进技术和经验，真正做到高起点、高水平。2.2氯乙烯的性质2.2.1氯乙烯的物理性质(1)化学式：C2H3C1 ；结构简式：CH2=CHCl；式量：62.5。常温常压下，是 无色、微溶于水、具有麻醉性的芳香气味的气体。冷凝点：-13.9°C；凝固点： -159.7°C。液体氯乙烯的密度比水轻。如下表2-1、2-2为氯乙烯不同压力下的 沸点、不同温度下的潜热等。表2-1氯乙烯在不同压力下的沸点压力(表 压)atm012345kPa0101.325202.650303.975405.300506.625沸点/C-13.95.5316.225.733.539.7表2-2不同温度下氯乙烯的潜热温度/C潜热/(J/g)温度/C潜热/(J/g)-20358.820335.8-10352.130328.70347.540320.710342.150311.5表2-3氯乙烯蒸气压力和温度的关系温度/C压力/105Pa温度/C压力/105Pa-28.370.52716.213.010-23.020.68425.724.035-16.610.90333.535.051-13.611.02339.725.998-8.321.26546.806.044-1.571.63354.878.9004.011.98760.3410.1125.532.109表2-4不同温度下氯乙烯的密度温度/°c密度 /(g/mL)温度/c密度 /(g/mL)-12.960.969239.570.87331.320.944348.200.855513.490.922359.910.831028.110.8955表2-5氯乙烯饱和蒸气的比容与温度的关系温度/c比容 /(mL/g)温度/c比容 /(mL/g)-3063520105.4-204183079.4-102844080.301995046.310143.36036.2氯乙烯易溶于丙酮、乙醇和烃类，微溶于水，常压下其在水中的溶解度随温度化。表2-6氯乙烯在水中的溶解度随温度的变化温度/c010152028溶解度/（体积VC/体积HO）20.8080.5720.4330.2920.10氯乙烯易燃，与空气混合会形成爆炸性混合物，爆炸范围为4%21.7% （体积分 数），所以使用氯乙烯时要特别注意安全。 氯乙烯在空气中的爆炸范围为含氯乙烯421.7%（体积），在氧气中的爆炸 范围为含氯乙烯470%（体积），所以使用氯乙烯时要特别注意安全。 在氯乙烯与空气的混合物中充入氮气或二氧化碳可缩小其爆炸浓度范围。 氯乙烯和乙炔两种气体混合物的爆炸范围，则依两者混合比（氯乙烯：乙 炔）的缩小而扩大。 液态氯乙烯无论从设备或管道向外泄漏，都极其危险（遇到外界火源会起 火爆炸（燃烧热为1198.1kJ/mol）；它是一种高绝缘性液体，在压力下快速喷射， 会产生静电积聚而自发起火爆炸），输送氯乙烯宜选用低流速，并将设备及管道 进行防静电接地。（2）氯乙烯的毒性：通常由呼吸道吸入人体内，较高浓度能引起急性中 毒，呈现麻醉前期症状，有眩晕、头痛、恶心、胸闷、步态蹒跚和丧失定向能力 等，严重时可致昏迷。车间空气中最高允许浓度为30mg/m3。2.2.2氯乙烯的化学性质氯乙烯分子含有不饱和双键和不对称的氯原子，因而很容易发生均聚反应， 也能与其他单体发生共聚反应，还能与多种无机或有机化合物进行加成、取代及 缩合等化学反应。（1）有关氯原子的反应CH2=CHCl+NaOH-CH 三 CH+NaCl+H（2）有关双键的反应 与氯化氢加成生成氯乙烷CH2=CHCl+HCl- CH2C1-CH2C1 在紫外线照射下能与硫化氢加成生成2-氯乙硫醇CH2=CHCl+H2S fHSCH"CH2Cl 氯乙烯通过聚合反应可生成聚氯乙烯nCH 二CHClfCH-CHCl-产品规格由于各氯乙烯生产企业工艺过程、操作参数以及产品的应用有所不同，因而 氯乙烯产品的规格也有所不同，中国聚合用氯乙烯的规格如表2-7所示。表2-7中国聚合用氯乙烯的规格项目指标/%项目指标/%氯乙烯纯度（质量分 数）N99.9水<0.025乙炔（色谱法）<0.001铁<0.0001HCl<0.0002高沸点物含量（色谱 法）<0.0012.2.3世界各国对氯乙烯的允许浓度标准 美国职业安全保健局规定，在氯乙烯生产操作环境空气中，氯乙烯在8h 内的平均浓度不得超过1X10-6，在任何15min内，平均也不得超过5X10-6。 如果操作环境中氯乙烯浓度超过规定，要求采用防毒保护器具。 日本劳动省劳动基准局规定，聚氯乙烯生产操作环境空气中氯乙烯浓度平 均值为（2±0.4） X 10-6。工人进入聚合釜时，釜内氯乙烯浓度不得超过5X10-6, 并要不断向釜内补充新鲜空气。 德国政府规定，新建聚氯乙烯厂操作环境的年度平均氯乙烯浓度5 X10-6。 英国聚氯乙烯生产者联合会和健康与安全执行委员会规定，生产聚氯乙烯 环境空气中的氯乙烯浓度每班（8h）平均为10X10-6，最高上限为30X10-6。 法国和意大利政府规定，生产聚氯乙烯操作环境空气中的氯乙烯浓度为 25X10-6。 荷兰政府规定，生产聚氯乙烯操作环境中的氯乙烯浓度为10X10-6。2.3生产原料氯乙烯（VC）是由乙炔气与氯化氢反应而成的高分子化合物。2.3.1乙焕1、结构分子式是C2H2，分子量是26.038，结构式是：CH三CH2、物理性质常温常压下是比空气略轻、溶于水和有机溶剂的无色气体，工业生产的乙炔 气因含有磷、硫等杂质而带刺激性臭味。乙炔的沸点是一83.6°C，凝固点是一 85°C，自燃点是305 C，闪点是一17.8C。3、化学性质与氢气、氯气、氯化氢、水等进行加成反应，还能在适当条件下发生二聚、 三聚和四聚作用，作为制备氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯、丙烯腊、氯丁二烯的原料。4、爆炸性乙炔纯度越高、操作压力和温度越高，越容易爆炸。但是，乙炔:水蒸气 =1.15:1时（接近发生器排出的湿乙炔气）通常无爆炸危险。5、满足合成质量要求 纯度纯度要求N98.5%。 磷硫含量磷硫含量要求硝酸银试纸不变色。 水分 含水要求W0.06%。2.3.2氯化氢1、物理性质 氯化氢在常温常压下是一种无色有刺激性气味的气体。 主要物理常数：相对密度为1.268 (空气二1)。 氯化氢易溶于水，也溶于乙醇和乙醚等。氯化氢溶于水中形成的溶液称为 盐酸，在潮湿空气中则成白色烟雾。2、化学性质 氯化氢在干燥状态下，性质不活泼，几乎不与锌、铁等金属作用。但在含 水或溶解在水中时，其腐蚀性很强，与大多数的金属化合生成该金属的氯化物。 在氯化氢生产中，一般都选用陶瓷、玻璃、石英、橡胶、硬聚氯乙烯、不透性石 墨等耐酸材料制造管道、设备及衬里。 氯化氢被碱液吸收而中和成盐类。 氯化氢能与多种有机化合物生成有机氯化物。3、满足合成质量要求 纯度纯度要求N93%。 游离氯游离氯要求W0.002%。 含氧含氧要求V0.5%。2.3.3辅助材料1、氯化汞氯化汞英文名为mercuric choride，别名为二氯化汞、氯化高汞、升汞， 分子式为HgCl2,相对分子质量为271.59。无色或白色结晶粉末，溶于水、乙醇、 丙酮、醚。常温下微量挥发，遇光逐渐分解，熔点277°C，剧毒，应避光密封保 存。乙炔法生产氯乙烯中主要作为合成反应的催化剂。2、活性炭(active carbon ) 颜色状态气味:是黑色粒状物或粉末，无嗅、无味。 溶解性：不溶于任何溶剂。 特殊性能：对气体有选择性的吸附能力，用于色谱试剂、吸附剂、脱色剂， 粒状物可用于催化剂的载体。如下表2-8为氯乙烯合成所用辅助材料规格表2-8辅助材料规格序号原料控制项目工业规格1活性炭炭N97%水分<5%机械强度N90%吸苯率N30%比表面积N50m2/g粒度6.5mm 以上含量5%，2.755.5mm 含量N40%，1mm以下含量1%2氯化汞HgCl210%12%H2O<0.3%机械强度N90%粒度6 3X 6mm2.4氯乙烯混合脱水和合成的原理2.4.1混合脱水的原理表2-9温度与蒸气分压的关系温度/°c-20-17-14-10水蒸气分压/Pa123161205268盐酸溶液上水蒸 气分压/Pa9.913.118.726.0由表知，在同一温度下，40%左右盐酸上水蒸气的分压远小于纯水，而当进一步降低温度时，将生成更浓的盐酸，水蒸气分压更低，可获得更好的除水效果。在混合冷冻脱水过程中，冷凝的40%左右盐酸，除一部分以液膜状自石墨冷 却器列管内壁流出外，另一部分呈极微细的“酸雾”（直径在几个微米以下）悬浮 于混合气流中，形成"气溶胶”，用一般气液相分离设备是捕集不到的。而采用 浸渍35%憎水性有机硅树脂的510um细玻璃纤维，可以将其大部分分离下来。 有人对此种玻璃纤维除酸雾的过程进行显微摄影（如图3.1.1所示），发现“气 溶胶”与垂直的玻璃棉相撞之后，大部分雾粒被截留，借重力向下流动的过程中 逐渐变大，最后滴落下来并排出M5图2-1浸硅油玻璃棉除酸雾原理采用乙炔与氯化氢混合冷冻脱水工艺，由于能将气体降低到-14°C左右，此 时的水蒸气分压只有0.145mmHg，折算含水量可低达0.0165%。由于原料气含水 量的降低，给氯乙烯合成系统带来很大效益。乙炔与氯化氢加成生成氯乙烯的反应在氯化汞催化剂（活性炭为体）存在下，在 转换器内进行。2.4.2合成反应原理主反应：CH三CH + HCl 地 * CH2=CHCl + 124. 8kJ/mol副反应CII = UH + 277C/ C口% - CIICZK CH = CH + HQ CH,-仁HO2、反应机理乙炔与氯化氢在HgCl2催化剂存在下的气相加成反应实际上是非均相的，反应过 程分5个步骤：（其中表面反应为控制阶段） 外扩散 乙快、氯化氢向碳的外表面扩散； 内扩散 乙炔、氯化氢经碳的微孔通道向外表面扩散； 表面反应乙炔、氯化氢在升汞催化剂活化中心反应发生加成反应生成 氯乙烯； 内扩散 氯乙烯经碳的微孔通道向外表面扩散; 外扩散 氯乙烯自碳外表面向气流中扩散2.5混合与合成工艺条件的确定2.5.1混合脱水条件的选择脱水温度（-12-16°C）（2）玻璃棉的影响过滤层用510um粗的玻璃丝做成几个微米大小孔隙的玻璃纤维层，并用 憎水性有机硅树脂浸渍（含树脂35%）。浸渍层对20%以上的盐酸耐腐蚀性较差， 使用一段时间后因涂层侵蚀剥落，凝聚的酸滴不易流下而随气流带走，所以需定 期更换玻璃纤维（一般半年更换一次）。2.5.2氯乙烯合成条件的选择1、摩尔比提高原料气乙炔或氯化氢气的浓度（即分压）或使一种原料气配比过量，都有 利于反应速度和转化率增加。但当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞或 水银.造成催化剂很快失去活性，而当氯化氢过量太高，则不但增加原料消耗定 额，还会增加已合成的氯乙烯与氯化氢加成生成1,1-二氯乙烷副产物的机会。 因此，宜控制乙炔与氯化氢摩尔比在1： 1.051.10范围，实际生产操作中，应 结合合成气中转化氯化氢及乙炔含量的分析值来实现摩尔比控制的。2、反应温度提高反应温度有利于加快氯乙烯合成反应的速度，获得较高的转化率。但是， 过高的温度易使催化剂吸附的氯化高汞升华而随气流带逸，降低催化剂活性及使 用寿命；此外，在较高温度下，催化剂在乙炔气流中可收集到4570C馏分的 液体，属二氯乙烯类物质，而催化剂上的升汞被还原成甘汞或水银。因此，工业 生产中尽可能将合成反应温度控制在100180C范围。3、空间流速空间流速是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量（气体量习惯以乙炔 量来表示，其单位为m3乙炔/m3催化剂h。乙炔的空间流速对氯乙烯的产率有影响，当空间流速增加时，气体与催化 剂的接触时间减少，乙炔的转化率随之降低。反之，当空间流速减少时，乙炔转 化率提高，但高沸点副产物量也随之增多，这时生产能力随之减小。在实际生产 中，比较恰当的乙炔空间流速为2540m3乙炔/ m3催化剂h。此时，既能保证 乙炔有较高的转化率，又能保证高沸点副产物含量减少。4、合成反应压力的选择由生产原理可知，该反应系统为一个气体分子数减少的反应系统，加压操作 会提高转化率；但压力高，对设备、材料要求也相应提高；若系统出现负压，反 应物料易燃、易爆，一旦漏入空气，将引起爆炸。常压下转化率已经相当高，因此工业上采用常压操作，绝对压力0.120.15MPa，以能克服流程阻力即可。2.62.6.1混合脱水与合成生产工艺流程简述图2-1生产工艺流程方框图由乙炔工段送来的精制乙炔气，经乙炔砂封，与氯化氢工序送来的氯化氢气 体经缓冲罐通过孔板流量计调节配比（乙炔/氯化氢=1/1.051.1）在混合器中 充分混合，进入石墨冷却器，用-35°C盐水间接冷却，冷却到-14°C±2°C，乙炔 氯化氢混合气在此温度下，部分水分以40%盐酸排出，部分则夹带于气流中，进 入串联的酸雾过滤器中，由硅油玻璃棉捕集器分离，然后混合气经石墨冷却器， 由流量计控制进入串联的第一组转化器，在列管中填装吸附于活性炭上的升汞催 化剂，在催化剂的作用下使乙炔和氯化氢合成转化为氯乙烯，第一组出口气中尚 有2030%未转化的乙炔，再进入第二级转化器继续转化，使出口处未转化的乙 炔控制在3%以下，第二组转化器填装活性较高的新催化剂，第一组则填装活性 较低的，即由第二组转化器更换下来的旧催化剂即可。合成反应放出的热量通过 离心泵送来的95100°C左右的循环水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的氯化汞升 华物，在填活性炭吸附器中除去，接着粗氯乙烯进入水洗泡沫塔回收过量的氯化 氢。泡沫塔顶是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触得20%盐酸，装大贮 槽供罐装外销，气体再经碱洗泡沫塔，除去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气 柜，最后去精馏工段。2.6.2合成生产控制指标表3氯乙烯合成工艺参数设备名称指标名称单位指标压力atm<1.5混合器乙炔流量：氯化氢 流量1: 1.05混合气温度C25石墨冷却器进料温度C25出料温度C-13盐水进口温度C-35盐水出口温度C-20多筒过滤器混合气含水%< 0.08石墨预热器进料温度C-13出料温度C75循环水进口温度C110循环水出口温度C95转化器反应温度（新触媒）C<150反应温度（旧触媒）C<180卸大盖温度循环水进口温度循环水出口温度放酸转化率C<60CC次/小时%951101N95第三章工艺计算3.1物料衡算设计依据生产能力：年产30万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算年工作时间：以7200小时计算日产量：30X 104X 103/300=106 kg小时产量：105/24=4 1 666 . 7kg氯乙烯合成设计计算指标：HCl和C2H2设定分子比 1.07乙炔转化率：97.5%,其中转化为二氯乙烷的为0.6%乙炔纯度:奖史 99%, N2 0.7%, O2 0.3%氯化氢纯度：HCl 94%, H2、*等6%3.1.1混合器进口气体物料衡算(1) HCl 和 C2H2合成的 VC 量=38819.87578Kg/h =621.1180124kmol/h(2) 合成工序收率96%,则合成乙炔通量=646.9979296kmol/h,含乙炔99%的气体量二653.5332622kmol/h (不含水蒸气)合成氯化氢通量=692.2877847kmol/h,94%氯化氢流 736.4763667kmol/h已知10°C乙炔气夹带水蒸汽量乙炔气输送压力149.3KPa(绝压)，温度10C，水蒸气分压1.226KPa,则乙炔分压148.07KPa,水蒸气体积百分数=0.82117%,乙炔体积百分数二99.179%.夹带的水蒸气量=5.411022728kmol/h氯化氢气体夹带水蒸气量氯化氢输送压力134.63Kpa(绝压)，温度40C, 冷凝酸浓度30%,水蒸气分压2.454KPa(1mmHg=133.3Pa)水蒸气百分数二1.82277%，摩尔流量=13.67523269kmol/h综上所述绘制混合器物料平衡表如下表3-1表3-1混合器物料平衡表入料(kmol/h)出料（kmol/h）乙炔气总量646.9979296混合气750.1499005CH 2 2646.9979296CH 2 2646.9979296N2+O2653.5332622HCl692.2877848HO25.411022728H2、N2、O250.72391462氯化氢总量750.1499005HO219.08625541HCl692.2877847史、N244.188582HO213.675232693.1.2第一段混合脱水石墨冷却器物料衡算已知：氯化氢进气温度40°C，氯化氢比热29.16KJ/kmolKN2 比热 29.14 KJ/kmol-K乙炔气进气温度10C，乙炔气比热45.43 KJ/kmol-K水比热 33.74 KJ/kmol-K简化计算，两种气体均按纯成分计算，忽略设备散热，混合气温度40C假定一段出口气体温度5C，冷凝酸浓度40%，此时其上水蒸气分压0.084KPa系统压力（绝压）134.6 KPa,则水蒸气体积百分数为0.0624%假定第一段冷却后气体含水量为0.5%，. 剩余水蒸汽含量7.015652695 kmol/h脱除水分量为 12.07060272 kmol/h,即 217.2708489 Kg/h，折合 40%盐 362.1180816Kg/h其中氯化氢含量=1448472326 Kg/h =3.96841 kmol/h（乙炔比热 Cp=6.11+0.149T，J/mol K 温度：10C 比热：482994 J/mol-K）综上所述绘制第一段混合脱水冷却器物料平衡表如下表3-2表3-2第一段混合脱水冷却器物料平衡表入料（kmol/h）出料（kmol/h）混合气750.1499005混合气1393.056864混合气646.9979296CH 2 2646.9979296HCl692.2877847HCl688.3193673史、“、0250.72391462H2、”、0250.72391462HO219.08625541HO27.01565269540%盐酸362.1180816HO2217.2708489HCl144.84723263.1.3第二段混合脱水石墨冷却器物料衡算根据混合脱水后剩余的水含量反算脱水后气体组分。设混合脱水后排酸浓度=40%，气体含水量0.03%（V），则脱水后剩余水量 =0.415285954kmol/h脱水量=6.600366741kmol/h， 即 118.8066013Kg/h， 折合 40% 盐酸量 =198.0110022Kg/h其中氯化氢含量 79.20440089 Kg/h=2.169983586 kmol/h见下表3-3为第二段混合脱水石墨冷却器出口混合气体组分流量表3-3第二段混合脱水石墨冷却器出口混合气体组成kmol/hNm3/hKg/hCH 2 2646.997929614492.75362HCl686.149383815369.7462惰性气体50.723914621136.215688HO20.4152859549.302405374小计1384.28651431008.0179140%盐酸198.0110022HO2118.8066013HCl79.204400893.1.4酸雾过滤器物量衡算系统压力（绝压）：134.6kPa,系统温度：-12°C,混合气工况流量为：6.199146264m3/s纤维过滤器最适宜的气流速度为0.153m/s,则过滤面积：40.51729584m23.1.5转化器物量衡算(乙炔空速转化器热量)1、转化器反应后气体组成(1) 全部水分与乙炔合成乙醛：CH + HO f CHO 2 222 4261844生成乙醛量为：0.415285954 Kg/h(2) 生产氯乙烯量：630.8229814 kmol/h(3) 生产二氯乙烷量(按1,1-EDC计算多氯化物)3.881987578 kmol/h(4) 消耗的乙炔量 635.1202549 kmol/h(5) 消耗的 HCl 量 638.5869565 kmol/h(6) 剩余的乙炔量 11.87767471 kmol/h(7) 剩余的 HCl 量 47.56242724 kmol/h综上计算列出转化器物料平衡表3-4表3-4转化器物料平衡表进料混合气1384.28651431008.01791CH -2646.997929614492.75362HCl686.149383815369.7462惰性气体50.723914621136.215688HO0.4152859549.302405374出料反应后气体745.284271516694.36768VC630.822981414130.434781,1-EDC3.88198757886.95652174CHO0.4152859549.3024053742 4CH11.87767471266.05991352 2HCl47.562427241065.39837惰性气体50.723914621136.2156883.2热量衡算3.2.1第一段混合脱水石墨冷却器热量衡算HCl 冷却：Q =706548.913KJ/h1CH 冷却：Q=1028759.058KJ/h 2 22H、N、O 等冷却 Q =51733.32052KJ/h 2223水蒸气冷却 Q =22538.95902KJ/h4水分冷凝：Q =540787.143KJ/h5HCl 溶解：Q =242578.5574KJ/h 6总热量=2592945.951KJ/h有效温差计算：（热流体温度为T，冷流体温度为t）T1:40t1: 0T2: 5t2: 3 t15.98816875石墨冷却器传热系数取34.98w/m2°C，则换热面积二1291.19332m2，冷却水量 二206.4381669m3/h3.2.2第二段混合脱水石墨冷却器热量衡算有效温差计算：（热流体温度为T,冷流体