【正文】 乙烯總產(chǎn)量的96%，而美國則達(dá)98%。而且由于它們的表面光滑，不需要涂漆、維修方便，比其他的塑料門的材料要便宜好多，因而在國內(nèi)外的的產(chǎn)業(yè)上得到了廣泛阿的應(yīng)用和發(fā)展，聚氯乙烯的材料具有色澤鮮艷，花紋有立體感、防潮、防霉、防燃及便易清洗的特點，用做房屋建設(shè)具有簡單大方，價格便宜等好多的優(yōu)點。作者研究開發(fā)了乙烷在較低溫度下， 高轉(zhuǎn)化率、高選擇性脫氫氧化氯化生成氯乙烯的新催化劑及相應(yīng)的工藝過程。 由于傳統(tǒng)的電石乙炔法制氯乙烯需要消耗大量電能， 對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染， 我國在幾家較大的氯乙烯生產(chǎn)廠引進(jìn)了日本、歐洲的平衡氧氯化生產(chǎn)工藝， 該工藝由于具有成本低、質(zhì)量高、污染小、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點， 是目前世界上比較通用的氯乙烯生產(chǎn)工藝。 60年代后期，隨著乙烯裝置大型化及乙烯氧氯化技術(shù)的成熟，乙烯法在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面占有明顯的優(yōu)勢，在世界范圍內(nèi)乙炔法迅速被乙烯法取代。 氯乙烯的合成始于1835年，由法化學(xué)家Regnault用氫氧化鉀的乙醇溶液將二氯乙烷脫氯化氫制得，并于1838年觀察到了它的聚合體，這次的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是PVC的開端。 混合氣體法制備氯乙烯采用石腦油作原料，將石腦油用燃燒氣體裂解后，制成含乙炔和乙烯的混合氣體，該混合氣體先后與氯化氫和氯氣反應(yīng)，制成易分離的氯乙烯和1，2二氯乙烷經(jīng)熱裂解制成氯乙烯，日本吳羽化學(xué)公司將其工業(yè)化生產(chǎn)。至目前為止，大多數(shù)工廠都采用乙烯直接氯化和乙烯氧氯化制備1，2二氯乙烷（EDC），再將EDC加以熱裂解得到氯乙烯單體（VCM）的聯(lián)合切平衡的DCEDCOXYEDCVCM法來制備氯乙烯。1976年，我國已經(jīng)開始形成了一條新的乙烯路線。氯乙烯有較好的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)異的電介性能，但對光和熱的穩(wěn)定性差，其化 學(xué)式為，分子量為 ，℃，℃，臨界壓力為 ，臨界溫度為 ℃，氣化熱為 ，與空氣形成爆炸性混合物，其爆炸濃度范圍為 4%～22%（體積比）。 氯乙烯的兩個反應(yīng)部分，氯原子和雙鍵，能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)很多。由于雙鍵的存在，因此氯乙烯能發(fā)生氧化、加成、裂解、取代、均聚、共聚等一些列化學(xué)反應(yīng)。 ② 受熱及未添加或耗盡抑制劑的情形下會發(fā)生放射性聚合反應(yīng)。　 ②燃燒（分解）產(chǎn)物燃燒時，分解生成氯化氫和光氣等有毒和腐蝕性煙霧。 職業(yè)危害 （1）接觸機(jī)會：在氯乙烯和聚氯乙烯的生產(chǎn)過程中，都有接觸氯乙烯的可能，尤其是生產(chǎn)聚氯乙烯的聚合釜的清理，清釜工的慢性氯乙烯中毒可能性最大。 急性中毒現(xiàn)場處理 （1）皮膚接觸立即脫去被污染的衣著，用肥皂水和流動清水徹底；中洗皮膚，并就醫(yī)。如呼吸困難，給吸氧。 （2）清釜技改以往聚合釜人工清釜，一釜一清，清釜工要接觸大量氯乙烯。這樣使聚氯乙烯成品的熱加工中，釋放氯乙烯單體的量極大減少，減少了污染和危害。 （6）做好職業(yè)性體檢對氯乙烯作業(yè)工人應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行就業(yè)前和定期性(每年一次)體檢。近幾年以來，特別是美國9. 11 事件以來，隨著國際局勢的緊張，國際原油、天然氣價格暴漲，導(dǎo)致了以乙烯工藝路線的PVC 成本增加，從而突顯了我國電石法PVC 的成本優(yōu)勢。 氯乙烯是一種非常重要的化工原材料，主要用來制備聚氯乙烯( 簡稱PVC)樹脂，也用于制備偏二氯乙烯、冷凍劑等 。 乙炔法氯乙烯的生產(chǎn)方法常用乙炔法，即以一定純度的氯化氫與一定純度的乙炔氣體以1：～，在HgCl2觸媒作用下，在100～180℃作用下，反應(yīng)生成氯乙烯。（2）當(dāng)混合氣中氯化氫過量多時，所生成的氯乙烯能再與過量的氯化氫反應(yīng)生成1. 1 —二氯乙烷。其生產(chǎn)方法又可分為液相法和氣相法。反應(yīng)是在裝滿觸媒的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行。在聯(lián)合法中，氯乙烯的合成仍是在單獨的設(shè)備中進(jìn)行的，所以需要較大的投資。此法系同時往一個裝 有觸媒的反應(yīng)器中加入二氯乙烷和乙炔的混合物，催化熱裂解是在 230℃以下進(jìn)行，二氯乙烷裂解是生成的氯化氫立即在 20~50 秒鐘內(nèi)和 乙炔反應(yīng)，反應(yīng)的生成物再經(jīng)進(jìn)一步的凈制處理，以將雜質(zhì)出去。故不存在廢氣的利用和同時生產(chǎn)多種產(chǎn)品的問題，可以小規(guī)模并很經(jīng)濟(jì)地生 產(chǎn)出氯乙烯。由于乙炔和乙烯不 需分離、濃縮和凈化，沒有副產(chǎn)物。 乙烯氧氯化法 乙烯氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯，包括三步反應(yīng)： 第一步乙烯氯化生成二氯乙烷；第二步二氯乙烷熱裂解為氯乙烯及氯化氫；第三步乙烯、氯化氫和氧發(fā)生氧氯化反應(yīng)生成二氯乙烷。 （2）二氯乙烷熱裂解生成氯乙烯的反應(yīng)式為： 　　 ClCH2CH2Cl─→CH2=CHCl +HCl 　　反應(yīng)是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，在管式裂解爐中進(jìn)行，反應(yīng)溫度500～550℃，～；控制二氯乙烷單程轉(zhuǎn)化率為50%～70%，以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。 （3）氧氯化反應(yīng)　以載在γ－氧化鋁上的氯化銅為催化劑，以堿金屬或堿土金屬鹽為助催化劑。固定床反應(yīng)器溫度較難控制，為使有較合理的溫度分布，常采用大量惰性氣體作稀釋劑，或在催化劑中摻入固體物質(zhì)。 　　由反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水淬冷，再冷凝成液態(tài)粗二氯乙烷。 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。反應(yīng)式為：C2H6 +2Cl2 → C2H3Cl + 3HCl （2）乙烷氧氯化 反應(yīng)式為：2C2H6 + Cl2 + 3/2O2 → 2C2H3Cl + 3H2O目前這些方法僅處于實驗階段，工業(yè)化方法尚未完成。2 低沸精餾塔工藝設(shè)計 氯乙烯精餾工序物料衡算的已知條件 原料成分粗氯乙烯溶液，粗氯乙烯含量90%（質(zhì)量比），乙炔含量2%，二氯乙烷含量2%，水含量6%。 全凝器的物料衡算 原料成分粗氯乙烯溶液，其中氯乙烯90%（質(zhì)量比），乙炔2%（質(zhì)量比），二氯乙烷2%（質(zhì)量比），水6%（質(zhì)量比），本次設(shè)計要聚氯乙烯的年產(chǎn)量為10萬噸/年，一年生產(chǎn)時間為8000h，即：102000/8000=。 原料液及塔頂，塔底的摩爾分率乙炔的摩爾質(zhì)量 MA = 氯乙烯的摩爾質(zhì)量MB = 進(jìn)料： 塔頂： 塔底： 原料液及塔頂，塔底的平均摩爾質(zhì)量 物料衡算原料液處理量： 總物料衡算： 乙炔的物料衡算： F=乙 炔 氯乙烯 D= 炔 氯乙烯 W=乙 炔 氯乙烯 圖21 低沸精餾塔表21 低沸精餾塔物料衡算計算結(jié)果組分進(jìn)料F塔頂D 塔底W流量193 185由圖表21可知物料平衡。 操作壓力計算塔頂操作壓力 PD=+550=每層塔板壓降= 進(jìn)料板壓力 精餾段平均壓力 操作溫度的計算 依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中氯乙烯和乙炔的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結(jié)果如下： 塔頂溫度：=30進(jìn)料板溫度：=5精餾段平均溫度： 平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算查平衡曲線得 ： 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算 由圖解理論板得： 查平衡曲線得： 精餾段平均摩爾質(zhì)量： 平均密度的計算 a)氣相平均密度的計算由理想氣體狀態(tài)方程計算：b)液相平均密度的計算液相平均密度依據(jù)下式計算：c)塔頂液相平均密度的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得： d)進(jìn)料板液相平均密度的計算： 由， 查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得： 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率： e)精餾段液相平均密度的計算： 液相平均表面張力的計算 液相平均表面張力依據(jù)下式計算： a)塔頂液相平均表面張力的計算： 由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：b)進(jìn)料板液相平均表面張力的計算： 由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得：c)精餾段液相平均表面張力： 液體平均黏度的計算液體平均黏度依據(jù)下式計算：a)塔頂液相平均黏度的計算：由，查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得： 解得：b)進(jìn)料板液相平均黏度的計算： 由， 查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得： 解得： c)精餾段液相平均黏度的計算： 低沸精餾塔的塔體工藝尺寸的計算 圖24為低沸精餾塔示意圖。 塔板布置l 塔板的分塊由化工設(shè)計書，因故塔板采用整塊式。查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得： 塔底出液的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則確定選用：，其內(nèi)徑為 塔底蒸汽進(jìn)料管的選型計算 塔底蒸汽流量 塔底蒸汽的平均摩爾質(zhì)量 塔底蒸汽的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為 由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：，其內(nèi)徑為3 高沸精餾塔工藝設(shè)計 高沸塔的物料衡算 在高沸塔中，主要進(jìn)行氯乙烯和二氯乙烷的分離。 精餾塔的氣液相負(fù)荷 求操作線方程精餾段操作線方程：提餾段操作線方程： 圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法，如圖33所示，求得理論板層數(shù)為：總理論板層數(shù)NT=，進(jìn)料板位置NF=2。d)降液管底隙高度由化工設(shè)計書取則 故降液管底隙高度設(shè)計合理。篩孔按正三角形排列，取孔中心距 由化工設(shè)計書，篩孔數(shù)目為： 由化工設(shè)計書，開孔率為： 氣體通過閥孔的氣速為： 高沸塔接管的選型 進(jìn)料管的選型計算 進(jìn)料流量 進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量 進(jìn)料的平均密度 由化工原理書得： 一般液體流速為，氣體流速為 由，取μ=2m/s 則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：， 其內(nèi)徑為 塔頂氣體進(jìn)入冷凝管的選型計算 塔頂氣體流量 塔頂氣體的平均摩爾質(zhì)量 塔頂氣體的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：， 其內(nèi)徑為 塔頂回流管的選型計算塔頂回流量 塔頂回流的平均摩爾質(zhì)量 塔頂回流的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由， 取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：，其內(nèi)徑為 塔底出液管徑的確定塔底出液量 塔底出液的平均摩爾質(zhì)量 塔底出液的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：， 其內(nèi)徑為 塔底蒸汽進(jìn)料管的選型計算塔底蒸汽流量 塔底蒸汽的平均摩爾質(zhì)量 塔底蒸汽的平均密度 由化工原理書得：一般液體流速為，氣體流速為由，取則由化工原理書附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則，確定選用：， 其內(nèi)徑為最后完成了精餾工序段的計算及設(shè)備選型 結(jié) 論 在此次的畢業(yè)設(shè)計中，我的設(shè)計任務(wù)是年產(chǎn)10萬噸的氯乙烯精餾段工藝設(shè)計，本次設(shè)計主要包括三大部分：緒論、計算和總結(jié)。同時我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同