【正文】 2O 60 H2O H2O O? O? ∑ 100 ∑ 100 ∑ 100 (4) 轉(zhuǎn)化器 本設(shè)計(jì)取乙炔轉(zhuǎn)化率 97％，氯乙烯選擇率 ％ ① 轉(zhuǎn)化器物料流 圖 轉(zhuǎn)化器物料流程 ② 進(jìn)料各組分的量 22CHm= =（ ） HClm = =（ ） 2HOm= =（ ） 2Om= =（ ） ③ 出料各組分的量 22CHm= ? ? ??? kg =（ kmol） 2HOm= =（ kmol） 。 （ 97%% ） = kmol ∴ 進(jìn)氣中 CH≡CH 需 kmol（ kg） 主設(shè)備計(jì)算 （ 1） 混合器 圖 混合器的物料衡算方框圖乙炔 氯化氫 混合器 CH≡ CH HCl O2 H2O 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 混合器進(jìn)料組成 乙炔氣組成 含量 % 氯化氫氣組成 含量 % C2H2 HCl H2O H2O O2 CH≡CH和 HCl的摩爾比為： 1： ～ [1]。24= ∵ 聚合 物一般進(jìn)行到轉(zhuǎn)化率為 85%～ 90%[2]，再加上在洗滌樹(shù)脂、包裝工段的損失，這里取轉(zhuǎn)化率為 88%，聚合物損失率為 4%。致死量為 29 mg/kg (2) 規(guī)格（質(zhì)量按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)） 含量 ≥% 水中不溶物＜ % 鐵＜ % 砷＜ % 硫化氫沉淀物＜ % HgCl2觸媒 符合中華人民共和國(guó)有色金素行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YS/T3192 技術(shù)要求： HgCl2 含量為 %－ %；水分含量應(yīng)小于 %；松裝密度為 540－ 640 g/L 外觀為圓柱形顆粒狀 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 顆粒試樣經(jīng)一定的機(jī)械磨損、碰撞和篩分：篩分上部分的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)大于 90%。 屬?gòu)?qiáng)酸，可使蛋白質(zhì)凝固造成組織壞死，嚴(yán)重可以引起受損器官穿孔，瘢痕及畸形。 (2) 規(guī)格 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 純度 ≥% S、 P 含量用硝酸銀試紙檢驗(yàn)不變色，即： S＜ 50mg/m3,P＜ 20mg/m3 Cl2 含量＜ 50mg/m3 氯化氫 (1) 理化性質(zhì) 分子式： HCl 分子量： 熔點(diǎn)： 114℃ ， 沸點(diǎn)為 ℃ ；比熱容： cp= kJ/kg?℃ 是一種無(wú)色有刺激性的氣體，遇濕空氣則成白色煙霧，故可做煙霧劑。 稍溶于水，溶于乙醇，易溶于丙酮。 (2) 產(chǎn)品純度規(guī)格 VC 單體純度 % 異丁烷 2104% 1,3丁二烯 103% 氯甲烷 3103% 氧 104% 水 6104% 3乙烯基乙烷 5104% 氯化氫 104% 1， 2二氯乙烷 104% 偏氯乙烯 2104% 1,1二氯乙烷 104% 乙炔 2104% 丙烯 4104% 乙炔 (1) 理化性質(zhì) 分子式為： C2H2 分子量： 26 比重（密度） (0℃ ， ) 比重： （對(duì)空氣）， （對(duì)氧氣） 熔點(diǎn)： ℃ ，凝固點(diǎn)： 85℃ ；沸點(diǎn)： 84℃ 臨界溫度（ Tc） ： ℃ ，臨界壓力（ Pa） :(絕壓 ) 生成熱： △ H=+比熱： cp=?℃ ?燃燒熱： 1308kJ/mol(常壓 ) 折光率： 自燃點(diǎn)： 335℃ 常溫常壓下為無(wú)色氣體，工業(yè)乙炔因含有 H2S， PH3 等雜質(zhì)而具有刺激性臭味。它與空氣形成爆炸混合物 ，爆炸極限 4％～ 22％（體積），在壓力下更易爆炸，貯運(yùn)時(shí)必須注意 容器 的密閉及氮封，并應(yīng)添加少量阻聚劑。 氯乙烯（ VCM） (1) 理化性質(zhì) 分子式為： C2H3Cl 分子量： 常溫常壓下為無(wú)色，帶有甜香氣味。它的化學(xué)穩(wěn)定性很高，具有良好的可塑性。粗氯乙烯在高溫下容易帶上升華的氯化汞，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(guò)量的氯化氫。僅工 業(yè)生產(chǎn)上由于電解槽以及氯氣、氫氣和氯化氫氣體的輸送處理系統(tǒng)難免將空氣泄漏，故一般規(guī)定控制在%以下。 正常生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制氯化氫中無(wú)游離氯析出。此外，水分還易湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛： C H C H H 2 O H g C l2+ H g 2 C l2 C H 3 C H O 水分的存在還促進(jìn)乙炔與升汞生成有機(jī)絡(luò)合物，后者覆蓋于催化劑表面而降低催化劑活性。此外，它們還能與催化劑中升汞反應(yīng)生成無(wú)活性的汞鹽。 對(duì)原料氣的要求 氯乙烯合成反應(yīng)對(duì)原料氣乙炔和氯化氫的純度和雜質(zhì)含量均有嚴(yán)格的要求。實(shí)際證明，采用浸漬 3～ 5%憎水性有機(jī)硅樹(shù)脂的 5～ 10mm 的玻璃棉可以達(dá)到相應(yīng)的目的。但溫度過(guò)低，形成水化物結(jié)晶，影響石墨預(yù)熱器傳熱效果及堵塞設(shè)備。適于大規(guī)模生產(chǎn)，但是隨著國(guó)際油價(jià)的不斷上漲，乙烯法成本變高，顯示了乙炔法氯乙烯生產(chǎn)成本的優(yōu)越性。在原料成本中乙烯成本占了主要部分，乙烯價(jià)格對(duì)聚氯乙烯的成本有較大影響。反應(yīng)溫度 40～ 110℃ ，壓力 ～ ，乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性均在 99％以上。 乙烯氯化法路線 乙烯氧氯化法興起于上世紀(jì)六七十年代，是對(duì)利用氯化氫合成有機(jī)物的這一類(lèi)反應(yīng)的總稱(chēng)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：生產(chǎn)一噸氯乙烯消耗電石 ~ 噸（ 一般以 計(jì)算，但一般實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中消耗會(huì)高于這個(gè)比例，只有少數(shù)能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)）。反應(yīng)在常壓下進(jìn)行 ,管外用加壓和循環(huán)熱水（ 97～ 105℃ ）冷卻，以除去反應(yīng)熱 ,并且使床層溫度控制在 180～ 200℃ 。國(guó)際市場(chǎng)上 PVC 的生產(chǎn)主要以乙烯法為主，而國(guó)內(nèi)受富煤、貧油、少氣的資源稟賦限制，則主要以電石法為主，截至到 20xx 年 12 月，電石法約占我國(guó) PVC 總產(chǎn)能的 70％以上。 而用于生產(chǎn) HFC125 的全氯乙烯需求量的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到 10％。 其中歐洲的下降要稍為嚴(yán)重一些。 20xx 年上半年的出口量約為 34500 噸 , 產(chǎn)品主要出口到亞洲。起到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用。 社會(huì)的發(fā)展是飛速的，人們的消費(fèi)觀念和消費(fèi)結(jié)構(gòu)也在悄然發(fā)生著變化。 聚氯乙烯的發(fā)展展望 未來(lái)幾年，中國(guó) PVC 行業(yè)的發(fā)展速度、產(chǎn)業(yè)布 局、競(jìng)爭(zhēng)模式都將發(fā)生變化。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。Waldo Semon 和 . Goodrich Company 在 1926 年開(kāi)發(fā)了利用加入各種助劑塑化 PVC的方法，使它成為更柔韌更易加工的材料并很快得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用 。兩次機(jī)會(huì)中，這種聚合物都出現(xiàn)在被放置在太陽(yáng)光底下的氯乙烯的燒杯中，成為白色固體。 共聚產(chǎn)物可以制的各種性能的樹(shù)脂，加工成管材，板材，薄膜，塑料地板，各種壓塑制品，建筑材料，涂料和合成纖維等 氯乙烯是 高分子 材料工業(yè)的重要單體，產(chǎn)量很大，還可以用于合成 1,1,2三氯乙烷1,1二氯乙烷等，因此，乙烷的生產(chǎn)在基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)中占有重要的地位。 本設(shè)計(jì)基于書(shū)本理論知識(shí)的基礎(chǔ) 上，結(jié)合株洲化工廠的生產(chǎn)實(shí)際，了解工藝流程，參考各種專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，力求最合理的設(shè)計(jì)，但由于時(shí)間和作者能力有限，數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)，資料收集不全等原因，本次設(shè)計(jì)難免疏漏甚至錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師原諒以及批評(píng)指正 。但到 20xx 年后，因石油價(jià)格暴漲，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 20xx 年－ 20xx 年上半年，油價(jià)一直高位運(yùn)行， 電石法 PVC 制備工藝的生產(chǎn)成 成本反而比乙烯氧化法還要低 10%左右，所以 PVC 的合成工藝又轉(zhuǎn)向了乙炔電石法。通過(guò)對(duì)二氯乙烷（ EDC）裂解后脫除 HCl，以及干燥精制可獲得制造 PVC 級(jí)的 VCM。近年來(lái) PVC 在東南亞的增長(zhǎng)速度尤為顯著，這要?dú)w功于東南亞各國(guó)都有進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迫切需求。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 題目 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸 PVC 合成工段初步設(shè)計(jì) 作者 學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ii 目 錄 第一章 前 言 ......................................................... 1 第二章 聚氯乙烯 、 氯乙烯 概述 ......................................... 3 聚 氯乙烯 、 氯乙烯 的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 ........................................................................... 3 聚氯乙烯發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 ....................................................................................... 3 氯 乙烯 發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 ............................................. 3 聚氯乙烯的發(fā)展展望 ............................................................................................... 4 氯乙烯的發(fā)展展望 ................................................. 4 第三章 工藝方案的選擇與流程 .......................................... 5 氯乙烯的生產(chǎn)工藝及成本分析 ............................................................................... 5 電石乙炔法路線 ............................................................................................... 5 乙烯氧氯化法路線 ........................................................................................... 6 兩種方法比較 ................................................................................................... 6 生產(chǎn)工藝說(shuō)明 ........................................................................................................... 6 影響混合脫水的因素 ...................................................................................... 6 氯乙烯的合成原理 ........................................................................................... 7 反應(yīng)機(jī)理 ............................................................................................... 7 對(duì)原料氣的要求 .................................................................................... 7 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 ................................................................................ 9 第四章 工藝計(jì)算 ....................................................... 11 主要原材料及產(chǎn)品性質(zhì) ..........................................................................................11 聚氯乙烯（ PVC） ..........................................................................................11 氯乙烯（ VCM） ...................................................................