【正文】 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 聚氯乙烯 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，溶于烴類，醇，醚，氯化溶劑和丙酮等有機(jī)溶劑中，℃，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。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品 種比例/%品 種比例/%PVC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)43 氯乙烯VC．1氯乙烯在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用，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。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。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20～30%。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。1998年我國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)量僅次于美國（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，從目前占31%上升到61%。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，美國陶氏化學(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。 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 + 124．8kJ/mol （16）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 氯乙烯自碳外表面向氣流中擴(kuò)散。 催化劑的選取[15] 載體活性炭 ，升汞對于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/T311992氯化汞觸媒技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))。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Ⅱ 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/～）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℃177。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20～30%未轉(zhuǎn)化的乙炔，再進(jìn)入第二級轉(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)放出的熱量通過離心泵送來的95～100℃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。I 氯化氫分子式：HCl 分子量：性質(zhì)：無色有刺激性氣味的氣體。，℃，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。規(guī)格：純度≥93%水分≤%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)而具有特殊的刺激性臭氣。規(guī)格：純度：≥% 不含硫、磷、砷等雜質(zhì)。III 氯乙烯分子式：CH2＝CHCl 分子量：沸點(diǎn)：℃ 熔點(diǎn)：℃蒸汽相對密度：(空氣為1) 液體相對密度：（20℃)爆炸極限：～%(體積)第二章 工藝計(jì)算 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。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： 100106247。330=105 kg （21）小時(shí)產(chǎn)量： 105247。24= kg （22）即， ，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)： （23）副反應(yīng)： （24） （25） （26）III 倒推法計(jì)算：精餾（氯乙烯的收率[1]：%）：247。%= kg = kmol（27）轉(zhuǎn)化器（乙炔的轉(zhuǎn)化率：95%）： 247。95%= kmol （28）因此， 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 混合器的物料衡算簡圖 C2H2和HCl 的最適宜的摩爾比是：1:～[2]本設(shè)計(jì)選取：nC2H2 : nHCl = 1:I 進(jìn)料氣組成： 進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙炔氣C2H2H2O 氯化氫