【正文】 料鞋以及一些專用涂料和密封劑等。硬制品主要包括門窗、各種型材和管材、硬片、瓶罐等。本次設(shè)計(jì)完成了生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)。并進(jìn)行了物料衡算、能量衡算、設(shè)備選型計(jì)算，繪制了氯乙烯生產(chǎn)工段的凈化壓縮工藝流程圖。第一章 設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)概況及方法 設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)十二萬噸聚氯乙烯車間。本設(shè)計(jì)承擔(dān)氯乙烯單體壓縮工序工藝設(shè)計(jì)。 生產(chǎn)方法工業(yè)上合成氯乙烯的方法有(1) 乙炔法；(2) 烯炔法；(3) 乙烯氧氯化法；(4) 乙烷氧氯化法。(1) 乙炔法 即采用乙炔和氯化氫在催化劑作用下生產(chǎn)氯乙烯的方法。有液相法和氣相法兩種。液相法不需要高溫，但乙炔轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)品分離困難，因此多采用氣相法?；瘜W(xué)反應(yīng)式為： 此法以HgCl2做觸媒，活性炭作載體，在列管式固定床轉(zhuǎn)化器內(nèi)進(jìn)行。乙炔轉(zhuǎn)化率很高，產(chǎn)品純度高，所需設(shè)備不很復(fù)雜，工藝流程比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)技術(shù)成熟，因此很適合中、小規(guī)模生產(chǎn)，缺點(diǎn)是HgCl2有毒、價(jià)格昂貴、成本高。(2) 烯炔法 即以乙烯、乙炔同時(shí)進(jìn)料聯(lián)合生產(chǎn)，有聯(lián)合法和混合氣化法，其反應(yīng)基礎(chǔ)為：CH2＝CH2 + Cl2 C2H4Cl2 裂解 C2H3Cl + HClCH≡CH + HClC2H3Cla)聯(lián)合法 石油經(jīng)裂解得到乙烯，經(jīng)氯化后生成1，1—二氯乙烷（EDC），再在加壓條件下裂解脫去HCl，即得氯乙烯（VCM），副產(chǎn)物與乙炔反應(yīng)又可得到氯乙烯。此法避免了乙炔法中處理副產(chǎn)物的麻煩，而且節(jié)約了一半的電石，但這種反應(yīng)復(fù)雜，需要設(shè)備很多，不能擺脫電石的使用，也不能向電石原料轉(zhuǎn)變。b)混合氣化法 此法是對(duì)聯(lián)合法的重要改進(jìn)，以石腦油和氯氣為原料，得到氯乙烯產(chǎn)品。生產(chǎn)流程為：石腦油裂解 熱裂解 等摩爾的C2H3Cl和C2H4 合成 C2H4和VCM HCl C2H4 + Cl2 合成 EDC 該方法中乙烯和乙炔不需分離，沒有副產(chǎn)物，但工藝流程很復(fù)雜，一次性投資費(fèi)用很大。(3) 乙炔氧氯化法 在觸媒存在下，將氯化氫的氯化和烴的氯化一步進(jìn)行的方法。此法以乙烯為原料，經(jīng)氧氯化生成二氯乙烷（EDC），然后裂解生成氯乙烯，反應(yīng)方程式如下：2C2H4 + Cl2 CH2＝CHCl + 2HCl該反應(yīng)需在觸媒存在下進(jìn)行，實(shí)際使用的觸媒以二價(jià)銅鹽（CuClCuSO4）為主劑，以堿金屬鹽類（NaCl、KCl、MgClNaHSONa2SO4）等作助劑，此外還要加入稀士金屬鹽類做第三成份構(gòu)成復(fù)合觸媒，這種方法對(duì)技術(shù)和設(shè)備條件要求較高，投資大。(4) 乙烷氧氯化法 采用特制的熔鹽為觸媒，使石油裂解氣中的乙烷在反應(yīng)器中進(jìn)行氧氯化和裂解反應(yīng)，從而制得氯乙烯。這是一條新的工藝路線，有液相法和氣相法，其中液相法比較成熟，其反應(yīng)為：C2H6 + HCl + O2 KCl－CuCl2－CuCl2 C2H3Cl + 2H2O2C2H6 + 2HCl + O2 2C2H3Cl + 2H2OC2H6 + 2HCl + O2 C2H4Cl2 +H2O這種方法可以省去裂解乙烯的步驟，可直接采用粗氯化烴類作氯源，避免了處理氯化烴的麻煩。但該工藝中乙烷的單程轉(zhuǎn)化率很低，僅為28%左右，而且產(chǎn)物復(fù)雜，分離起來也很困難。綜上所述，乙炔法的建廠投資最低，自動(dòng)化要求低，乙炔轉(zhuǎn)化率較高，技術(shù)成熟，流程簡(jiǎn)單，適合中、小規(guī)模生產(chǎn)。按照設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，本次設(shè)計(jì)我們采用了電石乙炔合成工藝。在氯乙烯的生產(chǎn)過程中的能源管理，首先在配備好各種水、電、氣、計(jì)量?jī)x表的條件下，搞好能源調(diào)查和能量衡算，測(cè)算每噸氯乙烯產(chǎn)品的水、電、氣等單項(xiàng)能耗以及綜合能耗。對(duì)于冷卻用的工業(yè)水，要盡量重復(fù)使用，并加強(qiáng)循環(huán)回收，反應(yīng)器移熱用的熱水循環(huán)回?zé)崴?，用于預(yù)熱器加熱和為再沸器提供熱量?；旌厦撍团菽懦龅臐舛容^大的鹽酸，經(jīng)回收后出售或運(yùn)送至其他車間。高沸塔釜出料經(jīng)定期閃蒸后的參液回收處理后出售。氯乙烯生產(chǎn)中主要污染物有氯乙烯氣體、高沸物殘液、氯化高汞以及廢酸和廢堿等。生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)的核心是最大程度的減少或消除這些污染物在生產(chǎn)中的流失，要盡量做到回收利用。氯乙烯氣體在排放前經(jīng)過徹底的尾氣吸附，用活性炭加以回收利用，廢氣排放于高空，高廢殘液排入殘液儲(chǔ)槽定期回收。氯化高汞的脫除采用活性炭除汞器。廢酸、廢堿大量的回收后重新利用，剩余極少量的廢酸、廢堿經(jīng)處理后，排放于排污口。 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格如下表所示：表11 原材料技術(shù)規(guī)格[7]序號(hào)名稱規(guī)格分析方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)備注1乙炔氣（干基）C2H299%化學(xué)法N2%CO2%2氯化氫（干基）HCl90%化學(xué)法H28%CO2%O2%表12 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格表[8]序號(hào)名稱規(guī)格分析方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)備注1PVCVCM%色譜法EDC＜%C2H2＜%表13 氯化汞觸媒的規(guī)格表[9]指標(biāo)名稱規(guī)格7gCl2(%)10~13H2O(%)≤機(jī)械強(qiáng)度(%)90裝填密度(g/l)500~600粒度（%）65≤5~65≥85~≤15≤1 生產(chǎn)原理氯乙烯單體的制備采用電石乙炔法。氫氣和氯氣在合成爐中發(fā)生反應(yīng)得到氯化氫氣體，電石在反應(yīng)器中與水反應(yīng)生成乙炔氣體，乙炔和氯化氫經(jīng)混合、冷凍脫水、預(yù)熱，在以活性炭為載體的氯化汞觸媒的列管式轉(zhuǎn)化器內(nèi)進(jìn)行合成，生成氯乙烯及副產(chǎn)物，后經(jīng)加壓精餾制得高純度氯乙烯。主反應(yīng)： 副反應(yīng)：C2H2 + H2O CH3CHO C2H2 + 2HCl C2H4Cl2 1，1—二氯乙烷（EDC） 工藝特點(diǎn)1. 混合冷凍脫水(1) 利用氯化氫的吸濕性質(zhì)，在混合時(shí)吸收乙炔氣中的部分水分變成濃鹽酸，以降低乙炔氣中的水蒸氣分壓。(2) 利用冷凍的方法使混合氣中的殘余水分冷凝，使氣體中的水蒸氣分壓進(jìn)一步降低，從而達(dá)到脫水的目的。(3) 采用濕氯化氫氣體與濕乙炔氣一次冷凍脫水，可省去氯化氫干燥系統(tǒng)，排酸輸送管道采用耐腐蝕的PVC管材或鋼襯里管。(4) 良好的脫水效果可以減少轉(zhuǎn)化器因鹽酸腐蝕引起的滲透檢修次數(shù)，提高轉(zhuǎn)化設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，這不但節(jié)約檢修工時(shí)和費(fèi)用，更重要的是保證了氯乙烯單體的穩(wěn)定生產(chǎn)。2．使用列管式固定床反應(yīng)器氯乙烯合成的轉(zhuǎn)化器是一種氣固相接觸的等溫固定床反應(yīng)器，有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 床層內(nèi)流體呈軸向流動(dòng)，可以近似認(rèn)為理想的活塞流，推動(dòng)力大，催化的生產(chǎn)能力較高。(2) 流體的停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，因而有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。(3) 固定床的觸媒不易磨損，因此減少了觸媒耗用量，可在高溫操作下使用。但固定床反應(yīng)器也有如下缺點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合金鋼材的耗量較大。(2) 傳熱效果差，需要很大的傳熱面，掃應(yīng)溫度不易控制，熱穩(wěn)定性差。(3) 軸向溫差較大，存在熱點(diǎn)，容易出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象和事故。(4) 觸媒的裝卸不便，如裝填不均勻，容易造成氣體短路或溝通。(5) 原料氣需充分混合方能進(jìn)入反應(yīng)器，故原料氣組成嚴(yán)格受到爆炸極限限制。3. 水洗堿洗凈化工藝流程簡(jiǎn)介(1) 原水洗堿洗工藝由轉(zhuǎn)化工序除汞器送來的粗氯乙烯進(jìn)入合成氣石墨冷卻器將氣體冷卻至四十?dāng)z氏度左右, 進(jìn)組合吸收系統(tǒng), 用塔內(nèi)的二級(jí)組合吸收技術(shù)(泡罩和填料) 吸收噴淋的工業(yè)水, 吸收合成氣中的過量氯化氫, 制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～31%的副產(chǎn)鹽酸。再用堿洗塔凈化吸收二氧化碳等雜氣, 獲得精制的氯乙烯供聚合用。新鮮的工業(yè)水從組合塔頂部連續(xù)加入, 成品酸亦連續(xù)產(chǎn)出, 堿液則定時(shí)更換, 當(dāng)其中碳酸鈉濃度超標(biāo)后, 必須更換一定濃度的氫氧化鈉溶液作為吸收液。(2) 水洗堿洗凈化原理簡(jiǎn)述在本工序中有2 個(gè)主要的任務(wù)要完成。一個(gè)是去除HCl氣體, 一個(gè)是去除CO2等雜質(zhì)氣。HCl氣體可用新鮮的工業(yè)水去吸收。由于HCl氣體在溶解于水的過程中, 會(huì)有大量的溶解熱釋放出來, 需要不斷地將這些熱量移去, 并且從經(jīng)濟(jì)效益上考慮, 制成30%～31%鹽酸最為合算。目前, 移去這些熱量的方法主要是用石墨冷卻器通入0～5186。C水來冷卻。CO2等雜質(zhì)氣則可用NaOH水溶液循環(huán)吸收。在水洗堿洗凈化工序中, 除去粗氯乙烯單體氣中HCl氣體是最關(guān)鍵的內(nèi)容。但是, 在用水吸收粗氯乙烯單體氣中的HCl氣體時(shí), 必然伴隨有大量的溶解熱釋放出來。要制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的副產(chǎn)鹽酸, J/g。由于釋放了大量的熱量, 系統(tǒng)溫度必然升高。系統(tǒng)溫度過高時(shí), 不但會(huì)造成系統(tǒng)主要的襯膠設(shè)備變形損壞, 而且使成品鹽酸的濃度難以達(dá)到百分之三十以上。因此, 降低吸收系統(tǒng)的溫度即成為水洗堿洗凈化工序的關(guān)鍵問題。4．氯乙烯的精制采用加壓精餾，并