【正文】 精餾系統(tǒng)。 由單壓縮機(jī) 出來的粗氯乙烯氣體進(jìn)入全凝器，使大部分冷凝液化經(jīng)低沸加料貯槽 ，進(jìn)入低沸塔，未凝聚氣體進(jìn)入尾氣冷凝器，其冷凝液全部進(jìn)入低沸塔。 (5) 冷凍站 +5℃水系統(tǒng)。 從液氨貯槽出來的液氨首先進(jìn)入經(jīng)濟(jì)冷卻器過冷后， 獲得的低溫液氨經(jīng)鹽水分配臺節(jié)流膨脹進(jìn)入蒸發(fā)器盤管，吸收管外鹽水的熱量而氣化，是管外鹽水溫度降低，合格的﹣ 35℃鹽水由泵送往合成、聚合使用。首先將合格的脫離子水、 VCM單體、分散劑、引發(fā)劑及其他助 劑按配方要求精確計(jì)量后，由泵加入到經(jīng)閃蒸真空防粘釜處理后的聚合釜中，用循環(huán)熱水升溫至制定溫度后進(jìn)行恒溫反應(yīng)，在最短反應(yīng)時(shí)間、壓力降達(dá)到配方要求后加入種植劑終止反應(yīng)。 （ 1） 樹脂的干燥方法 聚氯乙烯樹脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥管與沸騰床干燥器結(jié)合使用，其中氣流干燥管脫除的是樹脂上的表面非結(jié)合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內(nèi)部結(jié)合水。 包裝工序 料倉里的 PVC 成品經(jīng)全自動縫包、稱重、碼垛、分析合格后入庫。8 8% = 10 4 kg x=10 4/88%=10 4 kg 所以 每小時(shí)要合成氯乙烯 10 4 kg （ 2） 化學(xué)反應(yīng)式 主反應(yīng)： C H C lCHH C lCHCH H g C l ??? ???? 22 副反應(yīng)： H 2 C C H C l + H C l C H C l 2 C H 3 C H C H H 2 O H g C l 2+ H g 2 C l2 C H 3 C H O （產(chǎn)量非常小，可忽略不計(jì)） （ 3） 崗位中反應(yīng)物的 計(jì)算 精餾：（氯乙烯的收率： %） 10 4/%=10 4kg=轉(zhuǎn)化器：（乙炔轉(zhuǎn)化率： 95%） 進(jìn)氣中 CH≡CH 需 802kmol= 104kg/h 混合器的物料衡算 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 12 圖 1 混合器的物料衡算方框圖 計(jì)算依據(jù)： CH≡CH 和 HCl 的摩爾比為： 1： ～ 。 （ 1） 進(jìn)料 CH≡CH ： 802kmol/h=20852kg/h HCl： O2： H2O： (2)出料 CH≡CH ： 802kmol/h=20852kg/h O2： H2O ： （ 130%） =∵ %40%100mm mH C l H C l ??? 水 ∴ HCl ? HCl： ()=鹽酸： ()+ ()=(3)石墨冷卻器 物料衡算表 表 3 石墨冷卻器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH 20852 CH≡CH 20852 HCl HCl 混合氣 石墨冷卻器 CH≡ CH HCl O2 H2O 鹽酸 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 14 O2 O2 H2O H2O 鹽酸 Σ Σ 多 筒過濾器 根據(jù)在多筒過濾器中，采用 3%～ 5%憎水性有機(jī)硅樹脂的 5～ 10um 細(xì)玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。 26） 95% % 99= HCl： （ 247。 除汞 器物料衡算表 表 7 除汞器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH2=CHCl CH2=CHCl CH≡CH CH≡CH HCl HCl O2 O2 H2O H2O CH3CHCl2 CH3CHCl2 Σ Σ 堿洗泡沫塔 圖 4 堿洗泡沫塔物料衡算方框圖 CH2=CHCl CH≡ CH HCl O2 H2O CH3CHCl2 堿洗泡沫塔 CH2=CHCl CH≡ CH O2 H2O CH3CHCl2 NaOH 溶液 NaCl 溶液 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 17 根據(jù)： 用 5%～ 10%的 NaOH 溶液 除去余 下 的氯化氫 氣體。= M1 88%= 103kg 88%=103kg 未反應(yīng)的氯乙稀單體損失約為 1%（由懸浮液液相吸附，懸浮液故固相吸附，清釜用料） 所以：損失的單體質(zhì)量： M239。= 103kg 103kg= 103kg 其中無離子水和助劑的質(zhì)量沒有變化 出料的樹脂懸浮液質(zhì)量： M39。+ M239。= M 留 +M2+ M3+ M139。 除去的氯乙烯單體的質(zhì)量： M 除 39。39。－ M3＝ 103kg － 103kg－ ＝ 103kg 表 14 聚合工段主要物料衡算結(jié)果總表 （ 單位 : kg/p） 氯乙烯單體 聚氯乙稀 無離子水 助 劑 注 釋 聚合釜進(jìn)料 103 103 樹脂懸浮液 103 103 103 損失單體 103 出料槽出料 103 103 103 除去單體 103 汽提塔出料 103 103 除去單體 103 pvc 水 助劑 離心機(jī) pvc 水 水 助劑 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 22 五、熱量衡算 衡算方法 在熱量衡算中，如果無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實(shí)際中對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為： 54321 Q ???? 入方： 1Q ：物料帶入熱； 2Q ：加熱劑或冷卻劑帶入熱； 3Q ：過程熱效應(yīng)； 出方： 4Q ：物料帶出熱； 5Q ：熱損失。 同種物質(zhì)的平均比熱容2121lnppppCCCCCp ?? 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 溫度 /℃ 比熱 /kcal/（ kg ℃ )1 C 氧氣 = kJ(kg ℃ )1 計(jì)算： Q1：進(jìn)料溫度 25℃ ，則 Q1=0 Q3： HCl 溶于水放出的熱以及水氣液化放出的熱 生成 40%鹽酸時(shí)， HCl 的水溶液的生成熱： 3544kcal ℃ )1 C 水 (g)= kJ(kg 已知 :298k 標(biāo)準(zhǔn)生成熱如下 : △ HΘ f(CH2CHCl)=△ HΘ f(C2H2)=△ HΘ f(HCl)= kJ/mol △ HΘ f(CH3CHCl2)=反應(yīng)混合氣 進(jìn)口溫度 75℃ ，出口 溫度 110℃ ， 反應(yīng)溫度 160℃ . 298k 的反應(yīng)熱效應(yīng) 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 26 △ HΘ 主 =△ HΘ f(CH2CHCl) – [△ HΘ f(C2H2)+△ HΘ f(HCl)] =– () =– kJ/mol △ HΘ 副 =△ HΘ f(CH3CHCl2) – [△ HΘ f(C2H2)+2△ HΘ f(HCl)] =– – (– 2 ) =– kJ/mol 表 19 標(biāo)準(zhǔn)生成熱表 (單位 :摩爾定壓熱容 CP,M/J k)1 物質(zhì)名稱 摩爾定壓熱容CP,M/J [5] ∴ Q=m[ (20+)（ 35+） ]= kJ ∴ m= （ 2） 循環(huán)水： 在石墨預(yù)熱器時(shí)， 進(jìn)口溫度： 110℃ ， 出口溫度： 95℃ 。 ℃ )1 Q= kJ ∴ Q=m[ (110+)（ 95+） ]= ∴ m= 在轉(zhuǎn)化器中， 進(jìn)口溫度： 95℃ ， 出口溫度： 110℃ 。 ℃ Q= kJ ∴ Q=m[ (110+)（ 95+） ]= ∴ m= 聚合釜 （ 1） 設(shè) 定 QT—— 設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和 (傳入熱量為正，傳出熱量為年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 29 負(fù)）， kJ； Q1—— 由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（升溫為正，降溫為負(fù)），kJ； Q2—— 由于物料發(fā)生各種變化，系統(tǒng)與外界的交換的熱量（吸熱為正，放熱為負(fù) kJ； Q3—— 由于設(shè)備溫度改變，系統(tǒng)與外界交換的熱量（設(shè)備升溫為正，設(shè)備降溫為 kJ； Q4—— 設(shè)備向外界環(huán)境散失的熱量（操作溫度高于環(huán)境溫度 為正，操作溫度低于環(huán)境溫度為負(fù)）， KJ。 （ 4） 物料帶入聚合釜的熱量 以 0℃ 的一批物料 為基 準(zhǔn)， 設(shè)進(jìn) 料 溫 度 為 20℃ ，助劑所用的量特別少，相對于整體反應(yīng)可以忽略不計(jì)， 則 物料 帶 入聚合釜的 熱 量 為： Q1=( 103kg + 103kg ) 20= 107kJ 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 30 （ 5） 聚合反應(yīng)放出的熱量 以一批物料為基準(zhǔn)，則聚合反應(yīng)放出的熱量為： Q2= 103 kg= 106kJ （ 6） 物料帶出聚合釜的熱量 以一批物料 0℃ 為基準(zhǔn)，物料流出的 溫度為 60℃ ， 則 物料升 溫 所需要的 熱 量為： Q3=（ 103 + 103 + 103 ） （ 600）=107kJ （ 7） 反應(yīng)過程需要加入的熱量 根據(jù)熱量衡算進(jìn)入系統(tǒng)的熱量 =出系統(tǒng)的熱量，則反應(yīng)過程所需加入的熱量為（設(shè)熱損失為 10%）： ?Q=（ Q3Q1） /（ 110%） =（ 107） /90%=107 kJ (8)加 熱 水的用量 根據(jù)式 : Q=mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT 熱 水 進(jìn) 口 溫 度 為 85℃ ,出口溫度為 35℃ 。 ℃ ） 25988989010 3600 4 2 1 . 3 6 91 0 0 3 9 . 4 8 1mQSmKt ?? ? ??? 查文獻(xiàn)，浮頭列管式石墨換熱器系列參數(shù)組合， 參考文獻(xiàn)， 選用換熱管長度為 5000mm， 公稱直徑 1600mm, 公稱壓力 4Mpa,管程為 6的 B 型設(shè)備 型號： GHB1600335 式中 ,G—— 列管式 H—— 換熱 設(shè)備 A—— 換熱 管型號 公稱面積為 335 2m ＞ 2m 故可行 . 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì) 已知條件 氯乙烯合成反應(yīng)器通常采用氣固相固定床列管式反應(yīng)器，常稱作轉(zhuǎn)化器。上蓋設(shè)有氣體分配板，使氣體均勻分配；下蓋內(nèi)襯瓷磚，以防鹽酸腐蝕。 手孔 反應(yīng)最高壓力為 選用平焊法蘭手孔 公稱壓力 , 公稱直徑 DN250mm,H1=190mm 采用 Ⅱ 類材料，墊片采用石棉橡膠板 其標(biāo)記為：手孔（ A 釜體 實(shí)際 高度 H1=H+2 D/4=+2 聚合釜壁厚的計(jì)算 （ 1） 計(jì) 算厚度 由公式 S= cit cPD2[ ] P? ??得： 式中： Pc— 計(jì)算壓力，取 Pc=； Di=3400mm； ф=；設(shè)計(jì)溫度為 150℃ 查 [8]得 16MnR 在 150℃ 的 [σ]t=170MPa S=3400/（ 2170 ） = 取腐 蝕 余量 C2=，鋼板厚度負(fù)偏差 C1=， 則 Sn=S+C1+C2=++= 圓整后取 Sn=15mm。 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 37 （ 2）校核水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度 T i eteP (D S )2S??? ≤ 式中 PT=t[][]??=137/137= Se=SnC== 查 [8]得： σs=345MPa 則 σt=（ 3600+） /(215)= 而 =345= MPa 由 σt＜ 所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度足夠。 （ 3） 校核水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度 T i eteP (D S )2S??? ≤ 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 38 式中 PT=t[][]??= 137/137= Se=SnC=121=11mm 查得： σs=210MPa 則 σt=（ 3800+11） /（ 2 11） = 而 = 210= MPa 由 σt＜ 所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度足夠。 攪拌功率關(guān)系式 [7]如下： Ps=Npρn3d5 式中 年產(chǎn) 30 萬噸 PVC 聚氫乙烯 _課程設(shè)計(jì) 39 Ps—— 攪拌功率 Np—— 功率數(shù) ρ—— 被攪拌介質(zhì)的密度 d—— 攪拌器的直徑 n—— 攪拌器的轉(zhuǎn)速 開啟式直葉渦輪式攪拌器有折流擋板 得 Np= 已 知 ρ= 103 Kg/m3 n=120/min d=650 mm Ps=Npρn3d5