【正文】 氯乙烯的合成與研究畢業(yè)論文目 錄前 言 1第一章 設(shè)計(jì)說明書 3 設(shè)計(jì)概況及方法 3 設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模 3 生產(chǎn)方法 3 4 5 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 5 6 生產(chǎn)原理 6 工藝特點(diǎn) 7第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算書 10 設(shè)計(jì)依據(jù) 10VCM量的計(jì)算 10 10 混合器的物料衡算 10 石墨冷卻器的物料衡算 13 轉(zhuǎn)化器的物料衡算 13 泡沫塔的物料衡算 14 水洗塔的物料衡算 15 堿洗塔的物料衡算 16 機(jī)前冷卻器的物料衡算 17 機(jī)后冷卻器的物料衡算 17 能量衡算 17 機(jī)前冷卻器的熱量衡算 18 機(jī)后冷卻器的熱量衡算 19 設(shè)備選型與設(shè)計(jì)計(jì)算 19 機(jī)前冷卻器 19 機(jī)后冷卻器 22第三章 結(jié) 論 23參考文獻(xiàn) 24附錄1 主要設(shè)備一覽表 25附錄2 原材料消耗定額一覽表 26附錄3 尾氣處理及三廢排放 27致 謝 2931前 言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是年產(chǎn)十二萬噸聚氯乙烯氯乙烯合成工序工藝設(shè)計(jì)。氯乙烯在常態(tài)下是純凈無色的氣體，微溶于水，易液化[1]。在世界上氯乙烯是與乙烯和氫氧化鈉并列的最重要的化工產(chǎn)品之一，主要用途是用來合成聚氯乙烯。聚氯乙烯是最古老的塑料品種之一，其能大量生產(chǎn)，價廉易得，用途十分廣泛。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)氯乙烯的主要方法有：電石乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烷氧氯化法、烯炔法[2]。電石乙炔法由于電石價格大幅度提高，國外已基本淘汰，但其建廠投資和自動化要求較低，乙炔轉(zhuǎn)化率高，技術(shù)成熟，流程簡單，適于中、小規(guī)模得生產(chǎn)；乙炔氧氯化法對技術(shù)和設(shè)備條件要求較高、投資大；乙烷氧氯化法盡管避免了處理氯化烴的麻煩，但其工藝中乙烷的單程轉(zhuǎn)化率很低，而且產(chǎn)物分離困難；烯炔法投資大，工藝復(fù)雜，成本也較高。本次設(shè)計(jì)我們采用了電石乙炔法合成氯乙烯單體的工藝。雖然聚氯乙烯是僅次于聚乙烯的第二大通用塑料，但是在聚氯乙烯經(jīng)歷了高速邁進(jìn)的成熟階段，面臨了世界多次的石油危機(jī)和經(jīng)濟(jì)蕭條，嚴(yán)重沖擊了建筑市場，造成對聚氯乙烯需求的下降，生產(chǎn)成本的提高,所以世界范圍進(jìn)行了技術(shù)革新，國外的聚氯乙烯生產(chǎn)工藝和設(shè)備投資的新工藝、新技術(shù)等各方面有了新的進(jìn)展。例如[3]：(1) 國產(chǎn)化大型PVC成套工藝技術(shù)在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)形成獨(dú)特的技術(shù)體系，成套技術(shù)的優(yōu)勢是工藝成熟先進(jìn)、采用DCS控制，自動化程度高，產(chǎn)能大、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。(2)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)：PVC生產(chǎn)廠必須始終注意環(huán)境保護(hù)和資源利用，按照“節(jié)能降耗、減少排放、回收再利用、資源化”的原則，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)循環(huán)組合、資源循環(huán)利用和清潔文明生產(chǎn)。從源頭上減少污染物的排放，保護(hù)環(huán)境，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展道路。(3)PVC產(chǎn)品要精細(xì)化、要開發(fā)新產(chǎn)品：隨著國內(nèi)產(chǎn)能的迅速擴(kuò)大，今后產(chǎn)品成本的降低、產(chǎn)品質(zhì)量和品牌的競爭是未來的必然趨勢。PVC的發(fā)展方向是產(chǎn)品精細(xì)化、專業(yè)化，通過調(diào)整反應(yīng)體系及工藝條件開發(fā)出產(chǎn)品性能好、易于加工的PVC樹脂和專用樹脂。雖然今后數(shù)年內(nèi)國內(nèi)聚氯乙烯的需求依然旺盛，但據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析[4]，我國聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)面臨的壓力正日趨增大，政府需盡快出臺措施加強(qiáng)行業(yè)整合力度，淘汰規(guī)模小、工藝落后、質(zhì)量差、牌號少的企業(yè)，扶持規(guī)模大、前景好的企業(yè)，引進(jìn)、推廣先進(jìn)技術(shù)，推動產(chǎn)業(yè)升級換代。到2010年[5]，全球PVC樹脂和VCM的生產(chǎn)量要達(dá)到4000萬噸，以滿足行業(yè)需求增長的需要。大部分新的生產(chǎn)能力將建在亞洲，以減少該地區(qū)對于進(jìn)口的依賴。一些新的生產(chǎn)能力也可能建在中東，因?yàn)樵摰貐^(qū)具有充足的低成本燃料和原料。目前我國聚氯乙烯消費(fèi)分兩大部分：軟制品和硬制品。軟制品主要包括電線電纜、各種用途的膜(根據(jù)厚度不同可分為壓延膜、防水卷材、可折疊門等)、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類軟管、手套、玩具、塑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、價格昂貴、成本高。(2) 烯炔法 即以乙烯、乙炔同時進(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，自動化要求低，乙炔轉(zhuǎn)化率較高，技術(shù)成熟，流程簡單，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)量儀表的條件下，搞好能源調(diào)查和能量衡算，測算每噸氯乙烯產(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