【正文】 ........................................... 10 全凝器的物料衡算 ..................................................................................................... 10 低沸塔的物料衡算 ..................................................................................................... 11 低沸塔塔板數的確定 ................................................................................................ 12 低沸塔其他物性數據的計算 ..................................................................................... 14 低沸精餾塔的塔體工藝尺寸的計算 ......................................................................... 17 低沸塔塔板主要工藝尺寸的計算 ............................................................................. 18 低沸塔接管的選型 ..................................................................................................... 20 3 高沸精餾塔工藝設計 ........................................................................................................... 22 高沸塔的物料衡算 ..................................................................................................... 22 高沸塔塔板數的確定 ................................................................................................. 23 高沸塔其他物性數據的計算 ..................................................................................... 26 高沸精餾塔的塔體工藝尺寸的計算 ......................................................................... 28 高沸塔塔板主要 工藝尺寸的計算 ............................................................................. 29 高沸塔接管的選型 ..................................................................................................... 30 結 論 ................................................................................................................................... 32 參考文獻 .................................................................................................................................. 33 致 謝 .................................................................................................................................. 34 化工系畢業(yè)論文（設計） 1 1 緒 論 氯乙烯在國民經濟中的地位和作用 氯乙烯又名乙烯基氯，是一種應用于高分子化工的重要的單體，為無色、易液化氣體，是塑料工業(yè)的重要生產原料，是生產聚氯乙烯塑料的單體；或與醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合劑、涂料、絕緣材料和合成纖維，也用作化學中間體或溶劑。 氯乙烯的主要應用是 在工業(yè)上進行均聚反應或共聚的以上生產高聚物。聚氯乙烯制成得到的門和窗具有較好的隔熱、隔冷、隔音性能好的以及耐腐蝕、耐潮濕、耐霉爛等特點。但是， 平衡氧氯化法生產氯乙烯需要大量消耗石油中的乙烯， 隨著石油資源的日益短缺和對氯乙烯供不應求矛盾的日益尖銳， 這一工藝也暴露出它的弊化工系畢業(yè)論文（設計） 2 端。乙烯氯乙烯又名乙烯基氯，是一種應用于高分子化工的重要的單體，為無色、易液化氣體，是塑料工業(yè)的重要生產原料，是生產聚氯乙烯塑料的單體；或與醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合劑、涂料、絕緣材料和合成纖維，也用作化學中間體或溶劑。該過程一旦開發(fā)成功， 可為煉氣廠、油田氣中乙烷生產氯乙烯提供了一條新的技術路線。也常稱為氯乙烯單體（ VCM），在世界上是與乙烯和氫氧化鈉等并列的最重要的化工產品之一。 從 1940 年起，氯乙烯的生產原料，乙炔開始被乙烯部分取代，首先將乙烯直接 氯化成 1， 2二氯乙烷（ EDC），再加以熱裂解制得氯乙烯，裂解產生的氯化氫仍被用在乙炔 氯化氫法中。至此以后，乙烷全部取代乙炔成為制備氯乙烯的原料。此后各地相繼投產，到 1970 年已經發(fā)展到 20 家，原料聚乙烯單體全部采用電石乙炔法制得，隨著我國的不斷發(fā)展，已經逐步開始建設乙烯氧化制氯乙烯的生產裝置。氯乙烯可溶于烴類、丙酮、乙醇、含氯溶劑如二氯乙烷及多種有機溶劑內。 （ 3）分解性：燃燒會發(fā)生 HCl， CO， CO2 及高毒性之光氣煙霧。氯乙烯的兩個起反應部分，氯原子和雙鍵，能進行的化學反應很多。 （ 5）反應性與不相容性： ① 與銅、鋁和催化性不純物等金屬、空氣、氧、陽光、點火源、氧化劑接觸起激烈聚合反應。氣體比空氣重，可沿地面流動，可能造成遠處著火，有濕氣存在時，腐蝕鐵和鋼。 氯乙烯是應用最廣泛的樹脂聚氯乙烯（ PVC）的單體，用于制備聚氯乙烯、偏二氯乙烯，也用于作冷凍劑等。輕度中毒時，病人出現眩暈、頭痛、惡心、胸悶、嗜睡、步態(tài)蹣跚等；嚴重中毒者，神志不清，或呈昏睡狀，甚至昏迷、抽搐，更嚴重者會造成死亡。保持呼吸道通暢。注意設備的維修和保養(yǎng)，杜絕跑、冒、滴、漏。 （ 3）抽取單體從聚氯乙烯樹脂成品中經冷卻真空抽取氯乙烯單體，使成品中的氯乙烯單體含量由原來的 1%左右，降到 ppm10 以下。國家的衛(wèi)生標準為 330 mmg 。由于目前中國 PVC 生產的原料路線、資源分布和環(huán)境要求的不同，尤其是電石法 PVC 的工藝技術已十分成熟，資源有保證。在目前電石法PVC 利潤空間比較大的時候，新建裝置一定要防止低水平的重復建設，要廣泛吸收同行業(yè)的先進技術和經驗，真正做到高起點、高水平。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。為保證充分生成氯乙烯，氯化高汞觸媒要求通過其的乙 炔量為 3340~20 mm 觸媒。乙炔轉化率很高，產品純度高，所需設備不很復雜，工藝流程比較簡單，生產技術成熟，因此很適合中、小規(guī)模生產，缺點是 HgCl2有毒、價格昂貴、成本高。 （ 2）氣相法 化工系畢業(yè)論文（設計） 7 氣相法是以活性炭為裁體，吸附氯化汞為觸媒，此法是以乙炔和氯化氫氣相加成為基礎。 二氯乙烷裂解的副產物氯化氫，直接用作乙炔加成的原料，這免去了前者處理副產物的麻煩，又可以省去單獨建立一套氯化氫合成系統(tǒng)，在經濟上比較有利。共軛法就是聯(lián)合法的基礎上進行改進的。這一方法以石腦油和氯氣為原料，只得到氯乙烯產品。 這個方法特別適用于不能得到 電石乙炔和乙烯的地區(qū)，或者是乙炔和乙烯價格較高的地區(qū)。此法的缺點是一次投資費用較大。反應溫度 40～ 110℃ ，壓力 ～ ，乙烯的轉化率和選擇性均在 99%以上。塔底為氯乙烯和二氯乙烷的 混合物 ，通過氯乙烯 精餾塔 精餾，由塔頂獲得高純度氯乙烯，塔底重組分主要為未反應的粗二氯乙烷，經精餾除去不純物后，仍作熱裂解原料。反應器有固定床和流化床兩種形式，固定床常用列管式反應器，管內填充顆粒狀催化劑，原料乙烯、氯化氫與空氣自上而下通過催化劑床層，管間用加壓熱水作熱載體，以移走反應熱，并副產壓力 1MPa 的蒸汽。這種反應器反應溫度均勻而易于控制，適宜于大規(guī)模生產，但反應器結構較復雜，催化劑磨損大。 乙烯氧氯化法的主要優(yōu)點是利用二氯乙烷熱裂解所產生的氯化氫作為氯化劑，從而使氯得到了完全利用。 （ 1）乙 烷直接氯化 將飽和碳氫化合物在不穩(wěn)定的溫度范圍內，例如在 1000℃ 下與氯氣反應，可生成相當量的氯乙烯。因此以下精餾塔設計包括低沸塔與高沸塔設計。 精餾要求 精氯乙烯含量 %（質量比），乙炔含量 ≤%。為了便于計算，假設一次性把乙炔蒸餾完全。 ?? 操作線方程 精餾段操作線方程： ???? xxVDxVLyD 提餾段操作線方程： 39。39。 所以：精餾段實際板層數 N 精 =4/≈14 提餾段實際板層數 N 提 =≈9 低沸塔其他物性數據的計算 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算，以精餾段為例進行計算。 d)降液管底隙高度 0h ?? 00 3600 ulLh Wh 由化工設計書 12P 取 smu ? 則 mho ??? ?? ????? hh w 故降液管底隙高度設計合理。 ? 開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)面積 aA 由化工設計書 13P 式 ???????? ??? ? rxrxrxA a 1222 s in1802 ? )(2/)(2/ ??????? sD WWDx mWDr C ????? 故 23 2 )0 9 8 6 2 2 (2 mA a ???? ? 篩孔計算及其排列 由化工設計書 14P ，可選用 mm3?? 碳鋼板，取篩孔直徑 mmd 5? 。進料的原料液中含有氯乙烯 ，二氯乙烷 ，原料液中氯乙烯和二氯乙烷的質量分數： ω氯乙烯 = %98%100 ????A? ω二氯乙烷 = %2% ????B? 根據工藝要求，塔頂餾出液組成 %，塔底釜液組成 %，為了計算方便，假定氯乙烯一次性蒸餾完全。 圖 33 圖解法求取塔板數 實際板層數的求?。? 考慮到二氯乙烷與氯乙烯屬于非同類化合物與理想溶液的拉烏爾定律有較大的誤差，故取板效率為 30%。 高沸塔塔板數的確定 氯乙烯 — 二氯乙烷的汽液相平衡數 由化學化工物性數據手冊查得氯乙烯，二氯乙烷的飽和蒸汽壓如下表 32， 33 所示： 表 32 氯乙烯的飽和蒸汽壓 氯乙烯 40℃ 60℃ 80℃ 100℃ 蒸汽壓 KPa1496 KPa2214 化工系畢業(yè)論文（設計） 24 表 33 二氯乙烷的飽和蒸汽壓 二氯乙烷 40℃ 60℃ 80℃ 100℃ 蒸汽壓 根據表 32， 33 氯乙烯，二氯乙烷的飽和蒸汽壓，利用泡點方程 000BABPP ppx ??? PxPy A0? 計算出氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡數 據如下表 34： 表 34 氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡數 溫度 T C0 液相中乙炔的摩爾分數 AX 汽相中乙炔的摩爾分數 AY 40 60 80 100 圖 32 最小回流比 最小回流比和操作回流比 采用圖解法求最小回流比，在圖的對角線上自 ),(e 作垂線 ef 即為進料線 q 線，該線與平衡線的交點坐標為： ?qy ?qx 化工系畢業(yè)論文（設計） 25 故最小回流比 0 3 )()(m in ???? qqqD xyyxR 故取 操作回流比為 ?R （高沸塔的操作回流比為 ～ ）。查化學化工物性數據手冊得： 塔底出液的平均密度 3855 mKg?? 由化工原理書 20P 得： uqvd ? 一般