【正文】 在做畢業(yè)設計期間也得到了同組張友利、 鄧小蘭、張志華等同學的幫助，正是因為老師和同學們的幫助才使我得以順利的完成本設計。夾套中的水的平均溫度為 30℃ ，查得其物性參數如下： 比熱容 )/(4174 ℃?? kgJc 2020 屆化學工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設計（論文） 23 導熱系數 )/(W61 ℃?? m? 密度 3m/?? 粘度 sPa100 0 4 ??? ?? 需要 移除的熱量為 T Mm??? 聚平均Q （ ） 式中 平均Q —— 聚合過程中的平均放熱速率， W ； 聚Q —— 氯乙烯的聚合熱， ； m —— 氯乙烯重量， g； M —— 氯乙烯的摩爾質量， ； T—— 聚合時間， s。 所以平均粘度 sPam ??????? ???? 4)( )()(? 采用永田進冶公式法計算。 筒體封頭厚度設計 封頭材料選用和筒體一樣的材料，厚度計算如下： ??????? ??? 圓整后取 32mm，即與筒體厚度相同。 （ 3） 壓力 本設計采用中壓操作，聚合釜中最高工作壓力為 2MPa，夾套最高工作壓力為 1MPa。 裂解爐設計 本設計的裂解爐是基于美國 Lummus公司開發(fā)的 SRTⅠ 門式裂解爐 ，并在此基礎上做了一系列的改進。K)； R為 EDC裂解熱， 79470J/mol； T4為輻射段入口溫度 ， 266℃ ； T5為裂解爐出口溫度 ， 480℃ ； )226480()991 0 0 0 0 0 0()(79470)991 0 0 0 0 0 0( ???????????Q hJ / 10?? ； 由以上計算可知裂解爐理論上熱量的消耗 Q總 為 : 421 ???總 kWhJhJ 7903/)/(10)( 109 ??????? 設裂解爐的效率為 75%，則實際所需要的熱量 Q為： hJQ /107 9 108 4 1010 ???? 假設裂解爐用天燃氣作為燃料，天燃氣的熱值大約為 37 /104 mJ? ， 則每小時 至少 需要天燃氣的量為： 37 10 9 4 8104 107 9 m?? ? 。K)。 此項設計的主要意義是，能 提高裂解爐和聚合釜的產率， 節(jié)省不少的能源，可以暫時緩解能源日益匱乏的當今社會。 VESTOLIT公司也采用一種特殊防粘釜劑 ， 利用低壓蒸汽將防粘釜劑從釜頂兩個固定式噴吐設備噴吐到釜內壁、攪拌器及釜頂回流冷凝器表面 ， 清釜周期 500釜左右 ， 回流冷凝器可連續(xù)運 行 1年 。使用大型聚合釜并采用微機控制 ， 批次之間樹脂質量穩(wěn)定 ， 消耗定額降低。省掉了堿洗和水洗過程 ， 工藝過程不產生廢水 ，從設備投資、操作費用、維修費用和節(jié) 能等方面具有優(yōu)勢 ， 有良好的發(fā)展前景。從 PVC生產工藝分布看，我國 PVC生產路線有明顯的地域傾向，石化系統(tǒng)及相關企業(yè)與合資企業(yè)的 PVC生產全部采用乙烯法，而中西部地區(qū)則多采用電石法。 對超低聚合度 PVC的生 產，采用添加鏈轉移劑的方法，以降低反應溫度和壓力，提高產品質量； 對于高聚合度和超高聚合度 PVC的生產，采用添加擴 鏈劑的方法來提高反應溫度，以提高聚合釜的移熱能力和縮短反應時間；對于通用樹脂， 在 PVC生產 中采用添加改性劑的方法來降低產品的 “ 魚眼 ” 數，提高產品白度，縮短產品塑化時間，改善加工質量； 添加納米無機材料或者優(yōu)化分散劑種類和比例來提高 PVC顆粒的表觀密度，提高后加工的速度； 添加特殊助劑生產如抗靜電 PVC、阻燃 PVC、消光 PVC、耐放射線 PVC等；與其他單體共聚生產耐熱 PVC以及內增塑 PVC等 。 目前，世界先進的 PVC生產普遍采用大釜密閉技術，先進的防粘釜工藝，改進了攪拌裝置，用后掠式攪拌器代替平槳式攪拌器，并在攪拌器和擋板中通冷卻水，提高了聚合釜的傳熱能力。乙烯在液相中被氯化生成EDC，反應器中的反應熱由 EDC汽化移走。經急冷和能量回收后，將產品分離出 HCl（ HCl循環(huán)用于氧氯化 ） 、高純度 VCM和未反應的 EDC（循環(huán)用于氯化和提純 ）。 乙烯氧氯化法由美國 Goodrich公司于 1964年首先實現工業(yè)化生產，該工藝原料來源廣泛，生產工藝合 理，目前世界上采用本工藝生產 VCM的產能約占 VCM總產能的 95%以上。近年來，隨著 PVC生產和消費的快速增長， VCM生產工藝也不斷發(fā)展，并推動了 PVC工業(yè)的發(fā)展。而在整個生產中二氯乙烷 （ EDC）裂解爐和氯乙烯（ VCM）聚合釜是生產中兩個 最 重要的設備，其生產運行好壞直接影響著聚氯乙烯 （ PVC） 的質量和產量 。 polymerizer 2020 屆化學工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 1 1總 論 聚氯乙烯 （ PVC樹脂 ） 是世界上最早實現工業(yè)化生產的塑料品種之一。由于該工藝能耗較高 ， 污染嚴重，因此自以乙烯為原料的工藝路線問世之后就逐漸被淘汰。然后在精 EDC裂解單元裂解生成的產物進入 VCM單元， VCM精制后得到純 VCM產品，未裂解的 EDC返回 EDC精制單元回收 ， 而 HCl則返回氧氯化反應單元循環(huán)使用。與傳統(tǒng)平衡氧氯化工藝相比， Paree工藝的優(yōu)勢在于 ： （ 1）收率較高；（ 2） 生產成本較低； （ 3） 對環(huán)境更加友好。 聚氯乙烯生產技術及進展 [3] PVC是由氯乙烯 （ VCM） 聚合而成的，其聚合方 法主要有懸浮法、乳液法、本體法和溶液法 4種，其中懸浮法 占 80%，本體 法 占 10%，乳液法及其他方法占 10%。在聚合釜中涂布防粘釜劑，生產的 PVC樹脂皮狀物少，雜質少，白度高。但在我國，由于乙烯法 PVC受原料乙烯、氯乙烯、二氯乙烷供應緊張，氧氯化工藝裝置投資高等因素的影響，發(fā)展受到很大的制約。氧氯化技術的工業(yè)化 ， 將乙烯直接氯化和氧氯化工藝相結合 ， 形成了新的平衡氧氯化工藝 ， 使乙烯法生產氯乙烯過程中產生的氯化氫循環(huán)利用。 （ 3）發(fā)達國家 PVC聚合設備都采用大型聚合釜 ， 一般工業(yè)化生產中使用的間歇懸浮聚合釜容積為 60～ 90m3。也可將上述方法結合使用 ， 目前普遍采用的是噴涂防粘釜劑。 本設計的目的及意義 聚氯乙烯生產中，首先要合成氯乙烯單體，而在目前生產氯乙烯的主要方法 — 乙烯氧氯化法中，二氯乙烷裂解是至關重要的一步， 裂解爐在生產工藝中是重要設備，其運行質量直接影響著氯乙烯生產裝置的正常運行，且關系著生產原料的單耗、裝置的能耗等。 ClCH2CH2Cl ?? ??高溫 CH2=CHCl+HCl A B C 反應速率為： RTEaekk /0 ?? （ ） 動力學參數： 70 ??k ?Ea 其副反應有： ClCH2CH2Cl ? ?? H2+2HCl+2C CH2=CHCl ? ?? C2H2+HCl CH2=CHCl+HCl ? ?? CH3CHCl2 其中，生產的氯乙烯會生成少量的聚合物。使 195℃ 、 MPa 的 EDC全部汽化 ， 并且溫度達到 266℃ ， 這部分物料所需熱量 Q3 為 : 13423 )( EE HWTTCWQ ?????? （ ） 式中 : HE1為 EDC 在 266℃ 、 MPa 下的汽化熱 ， 14680J/mol。 因為 ??lNu? ，定型尺寸 l 規(guī)定為管內徑 d， 所以有 Pr)(0 2 ???? dud ?，其中 ，KmW ??? ? 為 EDC的熱導率， EDC裂解的 為 ，即 d?? ? KmW ??????? 7 69 所以 馮松：年產 8 萬噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設計 10 KmWRKS???????????231111520 111??? 設對流段管所需的傳熱面積為 A， 根據 tKAQ ?? 可得： 291121 2 03 6 0 0mtK QA ?????? 所需管長 mdAl ???? ? 。二氯乙烷由第一組輻射管入口進入裂解爐，從一組輻射管出來后進入第二組輻射管，反應完成后由第二組的出料管出料去熱能回收系統(tǒng)。 夾套設計 夾套的直徑根據經驗以及封頭標準取 4000mm，即夾套封頭的公稱直徑也為 4000mm，由于聚合釜筒體與上封頭是以法蘭相連， 所以法蘭與夾套間的距離應不小于 150～ 200mm，本設計去 200mm， 夾套 與筒體的連接方式如 圖 41所示： 150— 200mmDiD 夾夾套容器法蘭 筒體 圖 41 夾套與筒體連接示意圖 由表查得筒體封頭的直邊長度為 50mm，曲面高度為 950mm， 夾套封頭的直邊長度為50mm，曲面高度為 1000mm，所以夾套的 直 邊 長 度為： mm54 5020 05056 00 ????夾H 夾套 和 筒體 厚度設計 以及材質選擇 夾套厚度計算 材質 采用 16MnR，查表得在設計溫度時的許用應力為 170MPa， 由于夾套只受內壓，所以 按 內壓容器計算： 2][ CpDp ctcd ??? ??? 夾 （ ） 式中 ： Pc—— 為計算壓力 夾D —— 夾套內徑，即公稱直徑 4000mm； t][? —— 夾套材料在設計溫度下的需用應力， 170MPa； 馮松：年產 8 萬噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設計 16 ?—— 焊接接頭系數，夾套采用對接雙面焊縫， 并且局部無損傷檢測 ， 即 ? 為； 2C —— 腐蝕裕量，本設計取 2mm， 所以 設計厚度： mmd 40001 ????? ??? 查表 42得鋼板的負偏差 C1為 ，所以 實 際所需厚度 ???? ，圓整成鋼板標準規(guī)格厚度，所以應取 mm18?? 的 16MnR容器鋼。 聚合釜中為非均相 系，要計算攪拌功率要先計算出兩相的平均密度 m? ，然后再按均相系計算。 所以有 )3/ x p ( 22?????? ???????????? )/( KmW ?????? ? 被攪拌液體的平均比熱容按下式計算 212211 mm mcmccp ??? （ ） 式中 1c —— 分散相氯乙烯的比熱容，查得氯乙烯在 50℃ 時的比熱容為 ℃）（ ?kgJ / ； 1m —— 分散相氯乙烯的質量， kg； 2c —— 連續(xù)相水的比熱容，查的水在 50℃ 的比熱容為 ℃）（ ?kgJ / 6 ； 2m —— 連續(xù)相水的質量。 通過這次設計我們學到了很多新的知識，同時也整合了大學四年所學，在賴老師的精心教導下，加深了我們工程的觀念。 馮松：年產 8 萬噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設計 28 參考文獻 [ 1 ] 劉嶺梅 , 董素芳 , 趙素梅 . 聚氯乙烯工業(yè)生產技術新進展 [J]. 聚氯乙烯 , 2020, (7):13, 10. 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