【正文】 on demand are growing rapidly。由于近年來全世界氯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快，其產(chǎn)量及消費需求也都迅猛增長 。 參考文獻 .................................................... 52 附錄 ....................................................... 52 附錄 A 工藝流程圖 ........................................................ 54 附錄 B 主 要設(shè)備 圖 ......................................................... 52 I 年產(chǎn) 20萬噸氯乙烯工藝設(shè)計 摘要 ： 氯乙烯是化學工業(yè)重要有機化工原料，其市場供需量也愈來愈龐大，在化工生產(chǎn)中的地位不斷攀升。做出我認為年產(chǎn) 20 萬噸氯乙烯理想的設(shè)計方案 。Vinyl chloride。簡稱 VC）工藝化工設(shè)計的相關(guān)資料作為設(shè)計依據(jù)。生產(chǎn)方法不同得到的樹脂顆粒大小不同，一般懸浮法 PVC 樹脂顆粒大小為 60～ 150um，本體法 PVC 樹脂顆粒大小為 30～ 80um，乳 液法 PVC樹脂顆粒大小為 1～ 50um，微懸浮法 PVC 樹脂顆粒大小為 20～ 80um。在常溫下耐磨性超過硫化橡膠，抗化學腐蝕性、抗?jié)B透性、綜合機械性能、電絕緣性、隔熱性等較 優(yōu)異。聚氯乙烯 (PVC)樹脂品種近年來有很大發(fā)展，目前有一百多種。氯化聚氯乙烯 (CPVC)樹脂和納米聚氯乙烯等暫時在國內(nèi)還沒有形成生產(chǎn)能力。以 PVC 樹脂為3 基料和增塑劑、填料、穩(wěn)定劑、著色劑、改性劑等多種助劑混合后經(jīng)塑化、成型加工而成的聚氯乙烯塑料應(yīng)用相當廣泛。乳液法 PVC 主要采用浸漬法、涂刮法生產(chǎn)工藝制造人造革、壁紙等。 表 近年來世界聚氯乙烯樹脂消耗比例 品 種 比例 /% 品 種 比例 /% PVC 硬 制 品 管材 33 PVC 軟 制 品 薄膜片材 13 護墻板 8 地板地磚 3 薄膜和片材 8 合成皮革 3 吹塑制品 5 電線電纜 8 其他 6 其他 13 合計 60 合計 40 表 近年來 中國 聚氯乙烯樹脂消耗比例 品 種 比例 /% 品 種 比例 /% PVC 硬 制 品 管材 14 PVC 軟 制 品 薄膜片材 11 護墻板 18 地板地磚 8 薄膜和片材 15 合成皮革 7 吹塑制品 5 電線電纜 4 其他 5 其他 13 合計 57 合計 43 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和 ABS 統(tǒng)稱為五大通用合成樹脂，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、國防事業(yè)、人們的衣食住行等國計民生各個領(lǐng)域。 聚氯乙烯工業(yè)與乙烯工業(yè)的關(guān)系 乙烯是 化工行業(yè)最基本的化工原料，乙烯的生產(chǎn)能力是衡量一個國家的經(jīng)濟實力的具體指標。氯乙烯易液化，這一性質(zhì)在氯乙烯精制中有著重要的工業(yè)意義。目前世界上用于制造聚氯乙烯樹脂的上網(wǎng)氯乙烯單體量約占氯乙烯 總產(chǎn)量的 96%，而美國則達 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。 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。 我國 VC 的產(chǎn)需狀況及預測 隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展 ,社會需求的增長 ,刺激了 PVC 樹脂生產(chǎn)的迅速發(fā)展 ,目前全國有生產(chǎn)企業(yè) 80 余家 ,但規(guī)模較小 ,年產(chǎn) 10 萬噸以上的廠家僅有上海氯堿化工股份有限公司和齊魯石化總公司。20xx 年新建住宅室內(nèi)排水管道 80%采用塑料管 ,電線套管 90%采用塑料管 。 氯乙烯制取方法 氯乙烯是生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的原料， 目前主要采用以下 四種方法制取氯乙烯： 氧氯化法 （原料為乙烯）。其化學反應(yīng)方程式為： CaC2 + 2H2O → Ca(OH) 2 + C2H2 （ 11） C2H2 + HCl → CH 2CHCl （ 12） 50 年代前，電石是由焦炭與生石灰在電爐中加熱生成： CaO+3C → CaC 2 + CO （ 13） 隨著氮乙烯需求量的增加，人們致力于尋找生產(chǎn)氯乙烯更廉價的原料來源。隨后，人們注意到二氯乙烷裂解過程，除生成氯乙烯外還生成氯化氫。至今世界上雖仍有少量的氯乙烯來自于電石乙炔及乙炔 — 乙烯混合法，而絕大部分氯乙烯是通過基于乙烯和氯氣的平衡過程生產(chǎn)。 反應(yīng)機理 ll 2lg22 2 C H CCHHCHC CH ?? ??? + 124． 8kJ/mol （ 16） 上述反應(yīng)實際上是非均相的，分 5 個步驟來進行，其中表面反應(yīng)為控制階段?；钚蕴康倪@一特性使它具有優(yōu)異的吸附能力，被廣泛地應(yīng)用于氣體或液體中微量雜質(zhì)的吸附分離過程，各種有毒、有害氣體的防毒面具以及催化劑的載體。工業(yè)生產(chǎn)中宜選用純度 ＞ 99%的升汞試劑作為催化劑的原料。由于催化劑并不參加化學反應(yīng)，而只是升華或中毒造成一些損失，所以 1kg 上述催化劑可合成 1000kg 以上的氯乙烯單體。但當乙炔過量時，易使催化劑中升汞還原為甘 汞 或水銀．造成催化劑很快失去活性，而當氯化氫過量太高，則不但增加原料消耗定額，還會增加已合成的氯乙烯與氯化氫加成生成 1,1二氯乙烷副產(chǎn)物的機會。因此，工業(yè)生產(chǎn)中盡可能將合成反應(yīng)溫度控制在100～ 180℃ 范圍。反之，當空間流速減少時，乙炔轉(zhuǎn)化率提高，但高沸點副產(chǎn)物量也隨之增多，這時生產(chǎn)能力隨之減小。 對原料氣的要求 氯乙烯合成反應(yīng)對原料氣乙炔和氯化氫的純度和雜質(zhì)含 量均有嚴格的要求。此外，它們還能與催化劑中升汞反應(yīng)生成無活性的汞鹽。此外，水分還易與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛 。作為生產(chǎn)安全措施，一 般 借游離氯自動測定儀或 在 混合器出口安裝氣相溫度報警器，設(shè)定該溫度超過 56℃ 時即關(guān)閉原料乙10 炔氣總閥，作臨時緊急停車處理，待游離氯分析正常時再通入乙炔氣開車。 因此，原則上應(yīng)盡量將原料氣中含氧量降低到最低值甚至零。合成反應(yīng)放出的熱量通過離心泵送來的 95～ 100℃ 左右的循環(huán)水移去。 標準狀況下比重為 ，低溫低壓下可以成為液體，熔點為 114℃ ，沸點為 ℃ 。 規(guī)格：純度 ≥93%水分 ≤% II 乙炔 分子式： C2H2 分子量： 26 性質(zhì)：在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的醚味，工業(yè)用乙炔因含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭 氣。壓力增加時，乙炔氣體分子間相密聚，因此，一旦某處乙炔分解，就能迅速擴展到全部氣體中。 乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。 III 氯乙烯 分子式： CH2＝ CHCl 分子量： 沸點 ： ℃ 熔點： ℃ 蒸汽相對密度： (空氣為 1) 液體相對密度： （ 20℃ ) 爆炸極限：在空氣中 ～ %(體積 ) 13 第二章 工藝計算 物料衡算 由于各化工單元操作連續(xù)，故采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或者損失率計算出原料的投入量，再按順序?qū)Ω鱾€單元操作進行衡算。 II 化學反應(yīng)式： 主反應(yīng)： ll 2H gC l22 2 C H CCHHCHC ?? ??? （ 23） 副反應(yīng)： 232 lll C H CCHHCC H CCH ? ??? （ 24） lgllg 2H g C l222 CC H HH C CCHHC ?? ??? （ 25） 222 lgllglgl CHCHC H CCHCC H C H HC ?? ??? （ 26） III 倒推法計算： 精餾（氯乙烯的收率 [1]： %）： 25379247。 % = kmol （ 210） 即， C2H2 ： kmol （ kg） HCl ： kmol （ kg） O2 ： % = kmol （ kg） （ 211） H2O ： %+ % = kmol （ kg） （ 212） II 出料氣組成： 極少量的水分以濃鹽酸的 形式流出，此時課忽略流出的濃鹽酸量。 ） OH2m = （ 247。 ） OH2m =（ 247。 ∴ 除汞器的物料衡算： 表 除汞器的物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH2CHCl CH2CHCl C2H2 C2H2 HCl HCl O2 O2 H2O H2O Σ 100 Σ 100 （ 7） 石墨冷卻器 19 表 石墨冷卻器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH2CHCl CH2CHCl C2H2 C2H2 HCl HCl O2 O2 H2O H2O Σ 100 Σ 100 （ 8）水洗泡沫塔 [4] 查閱相關(guān)文獻可知，水洗泡沫塔用來回收過量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸可得 20%的鹽酸。 CH2CHCl ： kg C2H2 : kg O2 ： kg H2O ： kg III 堿洗泡沫塔的物料衡算 CH2=CHCl CH≡ CH HCl 堿洗泡沫塔 CH2=CHCl CH≡ CH 21 表 堿洗泡沫塔的物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH2CHCl CH2CHCl C2H2 C2H2 HCl HCl（除去的） O2 O2 H2O H2O Σ 100 Σ 100 熱量衡算 熱量衡算式 54321 Q ???? （ 229） Q1 : 物料帶入熱 Q2 : 加熱劑或冷卻劑帶入熱 Q3 : 過程熱效應(yīng) Q4 : 物料帶出熱 Q5 : 熱損失 假設(shè) Q5 是 Q2 的 5% 此衡算式中，“ +”表示放熱，“ ”表示吸熱?！?） C 水蒸氣 = kJ/（ kg℃ ） γ 水（冷凝熱） = kJ/（ kg℃ ） C 水蒸氣 = kJ/（ kg℃ ） 計算： Q1 : 進料溫度為 75℃，即 Q1 =0 Q3 : 由反應(yīng)式， Q4 : Q4 = Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水蒸氣 = （ 75+13） + （ 75+13） + （ 75+13） + （ 75+13） = +++ （ 238） Q2： Q5 = Q2 5% ∵ Q1＋ Q2＋ Q3 = Q4＋ Q5 ∴ 0+ Q2+0 = + Q2 ∴ Q2 = 3208000 kJ Q5 ： Q5 = Q2 5% = 3208000 = 160400 kJ （ 239） 表 石墨預熱器熱量衡算表 物料 入口 /kJ 物料 出口 /kJ C2H2 0 C2H2 HCl 0 HCl O2 0 O2 H2O 0 H2O 蒸汽加熱 3208000 損失 160400 Σ 3208000 Σ 3208000 （ 3） 轉(zhuǎn)化器 由前面計算可知，轉(zhuǎn)化器的物料核算 25 此處的熱損失為 %。℃ ） C 氧 氣 = kJ/（ kg℃ ） C 氯化氫 = kJ kJ/（ kg1