【正文】 85% kg x=∴ 每小時(shí)要合成氯乙烯 kg ⑵ 化學(xué)反應(yīng)式 主反應(yīng)： C H C H H C l H g C l 2 C H 2 C H C l+ 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 C H C H H g C l2 H g C l 2 H C C l C H H g C l+ C l C H C H H g C l + H g C l 2 C H C lC H 2 + H g C l 2 ⑶ 倒推法計(jì)算 19 精餾：（氯乙烯的收率： %） 轉(zhuǎn)化器：（乙炔轉(zhuǎn)化率： 95%） ∴ 進(jìn)氣中 CH≡CH需 （ ） 計(jì)算： ⑴ 混合器的物料衡算 圖 4 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]。 標(biāo)準(zhǔn)狀況下比重為 ，低溫低壓下可以成為液體，熔點(diǎn)為 114℃ ，沸點(diǎn)為 ℃ 。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在 147kPa()以上溫度超過 773～ 823K 時(shí)，使會(huì)全部分解，發(fā)生爆炸。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。h 。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。此外，水分還易與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛： C H C H H 2 O H g C l 2+ 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。 ⑶ 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。 升汞在水中具有一定的溶解度，且依溫度上升而增加，升汞在水中的離解 (或稱水解 )作用很小，只占溶解的升汞分子總數(shù)中的 %，且水溶液實(shí)際上不導(dǎo)電，說明這種化合物為共價(jià)鍵的性質(zhì)，升汞在水中的微量離解不產(chǎn)生 Hg2+離子，而按獨(dú)特的方式進(jìn)行 ： ?? ??? ?? ClHgClH g C l 2 純的升汞粉末 (無載體活性炭時(shí) )對(duì)氯乙烯合成反應(yīng)并無活性，而 一旦吸附于活性炭表面，由于兩者的相互作用使對(duì)該反應(yīng)有優(yōu)異的活性和選擇性，是迄今為止該化學(xué)反應(yīng)最為理想的催化劑。 氯乙烯的合成 [1] 氯乙烯是由乙炔與氯化氫在升汞催化劑存在下的氣相加成的。上海氯堿化工股份有限公司汽提過程采用螺旋板換熱器進(jìn)行余熱回收，不僅節(jié)約 50%左右的蒸汽，提高汽提塔處理能力 20%左右，而且使 PVC 漿料中 VCM 含量進(jìn)一步降低。歐洲索爾維公司和日本信越公司采用的聚合釜容積在 127m3 左右。 ⑶ 典型聚合工藝技術(shù)特性比較 表 2 4 種主要聚合工藝特性比較 序號(hào) 項(xiàng)目 懸浮法 本體法 乳液法法 微懸浮法 懸浮聚合 料漿氣提 離心分離 干燥 10 1 工業(yè)類型 間歇 間歇 間歇 間歇 2 生產(chǎn)能力（萬 t/a） 20 10 5 5 續(xù)表 2 序號(hào) 項(xiàng)目 懸浮法 本體法 乳液法法 微懸浮法 3 反應(yīng) 器 / m3 6 133 第一 第二 138 563 635 635 （ 1） 類型 立式 立式 立式 立式 （ 2） 效率 /t/a/ m3 251 283 238 238 4. 反 應(yīng) 條 件 溫度 /℃ 57 67 70 52 50 時(shí)間 /h 10 批量時(shí)間 /h 轉(zhuǎn)化率 /% 總收率 /% 5. 原 料 (以 氯 乙 烯 計(jì) ） (1) 氯乙烯 (2) 水 — (3) 引發(fā)劑 Ⅰ — (4) 懸浮劑 Ⅰ — (5) 懸浮劑 Ⅱ — (6) 乳化劑 Ⅰ — — (7) 乳化劑 Ⅱ — — (8) 乳化劑 Ⅲ — — 就以上 4 種主要聚合工藝來講，本體法具有工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時(shí)基本上無廢液排放，排氣可以達(dá)到最低程度，因而環(huán)境污染少且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別適用透明包裝材料和電纜料等特點(diǎn)。離開聚合釜的物料是干粉，通過氣流送到聚氯乙烯貯斗中，經(jīng)多層振動(dòng)篩分后產(chǎn)品送至稱 量包裝機(jī)中包裝。與美國相比，西歐乳液和本體聚合的比例較大，而日本則懸浮聚合占的比例較大。開發(fā)的單釜生產(chǎn)時(shí)間最短的技術(shù)，一方面需提高低冷脆性溫度，另一方面還需提高快速熔融特性，使專用單分散體橡膠稀釋劑在微量的增塑劑作用下用于生產(chǎn)低粘度糊狀樹脂。 8 在軟膜方面優(yōu)先發(fā)展透氣的 K 值為 70 的 PVC 制品 。破裂的舊管子寬度最大達(dá) 450 mm ，該改造工藝簡單，管子安裝方便、密封性好。 ⑴ PVC 型材技術(shù)應(yīng)用 在西歐，每年大約有 150 萬 t 的 PVC 用于制作管材 (主要用作輸水管 ) ，是最大的 PVC 市場，約占 PVC 材料的 60%。具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能。這主要由于以下原因： （ 1） 聚氯乙烯 材 料制品性能優(yōu)良。在耐燃性、透明性及耐化學(xué)藥品性能方面均較其它塑料優(yōu)異。英國帝國化學(xué)公司于 1937 年采用高沸點(diǎn)液體如磷酸酯類增塑聚氯 乙烯 ，得到了類似橡膠的物質(zhì)，從而第一次打破了傳統(tǒng)的橡膠市場，成為橡膠材料的代用品。 1910 年， Ostromislensky 在進(jìn)行氯乙烯研究時(shí)，也獲得氯乙烯聚合物，稱之為Cauprene chloride。 本設(shè)計(jì)對(duì) PVC 的工藝發(fā)展?fàn)顩r、工藝選擇、性質(zhì)、工藝流程及合成原理，相關(guān)的物料性質(zhì)、物料衡算、設(shè)備選型、管道設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計(jì)為主，參考了大量資料和 書籍 ，力求接近實(shí)際、切合實(shí)際。 4．主要設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型． 5．三廢處理安全與安全技術(shù)。 說明書內(nèi)容： 1． PVC 和 VC 的發(fā)展及發(fā)展趨勢。 The Preliminary Design about the Synthesis Construction Section of Vinyl Chloride of PVC 50000 tons per year Speciality: Chemical engineering amp。 自 1835 年法國化學(xué)家 首先發(fā)現(xiàn)了氯乙烯，于 1838 年他又觀察到聚合體，這就是最早的聚氯乙烯。另一方面也為聚氯乙烯從共聚改性作出了開拓性的工作。這首先是由于新技術(shù)不斷采用，產(chǎn)品性能亦不斷地得到改進(jìn)，品種及牌號(hào)的增加，促進(jìn)用途及市場的拓寬。 6 聚氯乙烯工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用 合成樹脂是塑料工業(yè)的基本原料，在一定條件下塑制成一定形狀的材料，在常溫下它的形狀不變，是材料工業(yè)的 重要組成部分。 （ 4） 用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如地膜、大 棚等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供保障。屆時(shí)中國的聚氯乙烯無論是產(chǎn)量還是市場消費(fèi)都會(huì)躍居世界第一位，中國的聚氯乙烯有著璀璨的前景。通過擠壓成型生產(chǎn)雙壁式內(nèi)管是一種新技術(shù)，在滿足高強(qiáng)度的情況下可以減輕管材質(zhì)量。乳液PVC 明顯加快了物料的成形過程，提高了熔融均勻度，減少了流水作業(yè)的故障，也提高了抗靜電能力。 一種微細(xì)孔徑的超細(xì)粉末 PVC 專用料通過添加增塑劑可形成用于涂料的孔隙率穩(wěn)定的糊狀樹脂，這種糊狀樹脂基體可著色或加熱成形，同時(shí)可以熔融成 PVC 軟制品。 到目前為止，世界上 PVC 生產(chǎn)的聚合工藝主要有 5 種，即懸浮、本體、乳液、微懸浮及溶液聚合工藝。由于本體聚合過程中物料狀態(tài)是由低粘液相逐漸變成粘稠而最終形成粉料，所以聚合就被分為 “預(yù)聚合 ”和 “后聚合 ”兩個(gè)過程，預(yù)聚合是在一個(gè)有劇烈攪拌的立式反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)熱靠反應(yīng)釜冷卻水套及回流冷凝器傳出。待達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)化 率時(shí)停止反應(yīng)，回收未聚合單體，聚合所得膠乳經(jīng)噴霧干燥即得產(chǎn)品。 ⅰ 懸浮法 PVC 生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展 目前，世界發(fā)達(dá)國家聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)技術(shù)都較為成熟，普遍采用大釜密閉技術(shù)，先進(jìn)的防粘釜工藝，改進(jìn)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。充分利用回收氣體的固有壓能，回收氣體壓力高時(shí)直接冷凝，壓力稍低一點(diǎn)時(shí)增壓冷凝，壓力低于 時(shí)進(jìn)行抽壓和壓縮冷凝，取消了 氣柜，節(jié)約了設(shè)備投資和電耗。江蘇華蘇塑料有限責(zé)任公司采用了滴流床工藝，據(jù)說該工藝技術(shù)蒸汽單耗更低?；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。由于催化劑并不參加化學(xué)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。 H g C l2 + H 2 S H g S + 2 H C l 3 H g C l2 + P H 3 (H g C l)3P + 3 H C l 工業(yè)生產(chǎn)采用浸硝酸銀試紙?jiān)谝胰矘託庵胁蛔兩鳛闄z測磷、硫雜質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)。 ⅴ 含氧量 原料氣 (主要存在于氯化氫中 )中含量用較高時(shí)，將威脅安全生產(chǎn) 、特別當(dāng)合成轉(zhuǎn)化率較差，造成尾氣放空中含乙炔量較高時(shí)，氧在放空氣相中也被濃縮．就更有潛在的危險(xiǎn)，系統(tǒng)中的氧能與活性碳在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳，使精餾系統(tǒng)出現(xiàn)問題。但是，過高的溫度易使催化劑吸附的氯化高汞升華而隨氣流帶逸，降低催化劑活性及使用壽命；此外，在較高溫度下，催化劑在乙炔氣流中可收集到 45～ 70℃ 餾分的液體，屬二氯乙烯類物質(zhì)，而催化劑上的升汞被還原成甘汞或水銀。此時(shí)，既能保證乙炔有較高的轉(zhuǎn)化率，又能保證高沸點(diǎn)副產(chǎn)物含量減少。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。所以，工業(yè)上乙炔發(fā)生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞 及管件。 規(guī)格 [3]： 主要質(zhì)量要求 (均為重量百分?jǐn)?shù) ) 18 氯乙烯 ≥ % 乙炔 ≤ 乙烯 ≤ 2ppm 氯甲烷 ≤ 50ppm 丁二烯 ≤ 6ppm 鐵 ≤ ppm HCl ≤ 水 ≤ 80ppm 重組分 ≤ 50ppm 2 工藝計(jì)算 物料衡算 假設(shè)各化工單元操作連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計(jì)算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M(jìn)行物料衡算。 [10] 設(shè)混合器中水分以 40%鹽酸排出的量占水總量的 30%。 屬強(qiáng)酸，可使蛋白質(zhì)凝固造成凝固性壞死，嚴(yán)重時(shí)可引起受損器官穿孔，斑痕形成，狹窄及畸形。 乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。 主要工藝參數(shù) 本設(shè)計(jì)工藝參數(shù)如表 3 所示 表 3 本設(shè)計(jì)工藝參數(shù) 設(shè)備名稱 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo) 壓力 atm ﹤ 混合器 乙炔流量：氯化氫流量 1: 混合氣溫度 ℃ 25 石墨冷卻器 進(jìn)料溫度 ℃ 25 出料溫度 ℃ 13 鹽水進(jìn)口溫度 ℃ 35 鹽水出口溫度 ℃ 20 多筒過濾器 混合氣含水 % ﹤ 石墨預(yù)熱器 進(jìn)料溫度 ℃ 13 出料溫度 ℃ 75 循環(huán)水進(jìn)口溫度 ℃ 110 循環(huán)水出口溫度 ℃ 95 轉(zhuǎn)化器 反應(yīng)溫度（新觸媒） ℃ ≤150 反應(yīng)溫度（舊觸媒） ℃ ≤180 卸大蓋溫度 循環(huán)水進(jìn)口溫度 循環(huán)水出口溫度 放酸 轉(zhuǎn)化率 ℃ ≤60 ℃ ℃ 次 /小時(shí) % 95 110 1 ≥95 主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) ⑴ 乙炔： 分子式： C2H2 分子量： 26 17 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。在實(shí)際生產(chǎn)中，比較恰當(dāng)?shù)囊胰部臻g流速為 25～ 40m3 乙炔／ m3 催化劑 因此，宜控制 乙炔與氯化氫摩爾比在 1： ～ 范圍，實(shí)際生產(chǎn)操作 中，應(yīng)結(jié)合合成氣中轉(zhuǎn)化氯化氫及乙炔含量的分析值來實(shí)現(xiàn)摩爾比控制的。作為生產(chǎn)安全措施，一 般 借游離氯自動(dòng)測定儀或 在 混合器出口安裝氣相溫度報(bào)警器，設(shè)定該溫度超過 56℃ 時(shí)即關(guān)閉原料乙炔氣總閥，作臨時(shí)緊急停車處理，待游離氯分析正常時(shí)再通入乙炔氣開車。 14 ⅱ 乙炔中磷 、 硫雜質(zhì) 乙炔氣中的磷化氫、硫化氫等均能與合成汞催化劑發(fā)生不可逆的化學(xué)吸附，使催化劑中毒而縮短催化劑使用壽命。以乙炔與氯化氫氣相合成氯乙烯的反應(yīng)來說，在 100～ 180℃ 范圍的熱力學(xué)平衡常數(shù)是很高的，說明在上述溫度下該反應(yīng)如達(dá)到平衡，則有獲得高收率氯乙烯產(chǎn)品的可能。 ⑵ 催化劑 ⅰ 載體活性炭 用作催化劑載體的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并經(jīng) 750～ 950℃ 高溫水蒸氣活化，以氧化 (或稱 “燒掉 ”)成型后炭粒內(nèi)部的揮發(fā)組分，使形成許多微細(xì)的 “孔穴 ”和 “通道 ”。進(jìn)一步有效降低了干燥蒸汽單耗。 對(duì)超低聚合度 PVC 的生產(chǎn)采用添加鏈轉(zhuǎn)移劑的方法，以降低反應(yīng)溫度和壓力，提高 品質(zhì)量；對(duì)于高聚合度和超高聚合度 PVC 的生產(chǎn)采用添加擴(kuò)鏈劑的方法來提高反應(yīng)溫度，以提高聚合釜的移熱能力和縮短反應(yīng)時(shí)間；對(duì)于通用樹脂，在 PVC 生產(chǎn)中采用添加改性劑的方法來降低產(chǎn)品的 “魚眼 ”數(shù)，