【正文】 ℃ ） C 氯化氫 = kJ kJ/（ kg℃ ） 計(jì)算： Q1 : 進(jìn)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(yù)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(jì)算可知，轉(zhuǎn)化器的物料核算 25 此處的熱損失為 %?！?） γ 水（冷凝熱） = kJ/（ kg 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(jìn)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(guò)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。 ） OH2m =（ 247。 % = 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(shí)課忽略流出的濃鹽酸量。 III 氯乙烯 分子式： CH2＝ CHCl 分子量： 沸點(diǎn) ： ℃ 熔點(diǎn)： ℃ 蒸汽相對(duì)密度： (空氣為 1) 液體相對(duì)密度： （ 20℃ ) 爆炸極限：在空氣中 ～ %(體積 ) 13 第二章 工藝計(jì)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(jì)算出原料的投入量，再按順序?qū)Ω鱾€(gè)單元操作進(jìn)行衡算。壓力增加時(shí)，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(kuò)展到全部氣體中。 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 ℃ 。 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。此外，水分還易與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛 。 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。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。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。活性炭的這一特性使它具有優(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(guò)程，各種有毒、有害氣體的防毒面具以及催化劑的載體。至今世界上雖仍有少量的氯乙烯來(lái)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(guò)基于乙烯和氯氣的平衡過(guò)程生產(chǎn)。其化學(xué)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(jià)的原料來(lái)源。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 。 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(shì)，在世界范圍內(nèi)乙炔法迅速被乙烯法取代。目前世界上用于制造聚氯乙烯樹(shù)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(guó)則達(dá) 98%。 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(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力的具體指標(biāo)。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。氯化聚氯乙烯 (CPVC)樹(shù)脂和納米聚氯乙烯等暫時(shí)在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。在常溫下耐磨性超過(guò)硫化橡膠，抗化學(xué)腐蝕性、抗?jié)B透性、綜合機(jī)械性能、電絕緣性、隔熱性等較 優(yōu)異。簡(jiǎn)稱(chēng) VC）工藝化工設(shè)計(jì)的相關(guān)資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)。做出我認(rèn)為年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸氯乙烯理想的設(shè)計(jì)方案 。由于近年來(lái)全世界氯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快，其產(chǎn)量及消費(fèi)需求也都迅猛增長(zhǎng) 。Poly vinyl Chloride。 PVC 分子結(jié)構(gòu)式為(CH2CHCl)n，其中 n 表示平均聚合度。通用型懸浮法聚氯乙烯樹(shù)脂一般按照分子量大小來(lái)劃分型號(hào)，工業(yè)生產(chǎn)中采用控制不同的聚合反應(yīng)溫度得到不同 的樹(shù)脂型號(hào)。通用型懸浮法聚氯乙烯樹(shù)脂可以加工成軟制品和硬制品。聚氯乙烯作為大宗合成樹(shù)脂，應(yīng)用領(lǐng)域最寬，市場(chǎng)廣闊。除此之外，氯乙烯易溶解于丙酮 、乙醇和烴類(lèi)，微溶于水，它易燃，與空氣混合爆炸的極限是 4%～ 22%，它對(duì)人體有麻醉的作用，對(duì)肝臟有影響，可使人中毒，人對(duì)氯乙烯的嗅覺(jué)感知的質(zhì)量濃度為 ，長(zhǎng)期的接觸會(huì)使人引起消化系統(tǒng)、皮膚組織、神經(jīng)系統(tǒng)等多種癥狀。軟的聚氯乙烯具有堅(jiān)韌柔軟、耐彎曲、有彈性、耐寒等優(yōu)點(diǎn)，所以常用作電線電纜的絕緣包皮，以代替鉛皮、橡膠與紙張等，聚氯乙烯糊是將聚氯乙烯的顆粒分散在液體懸浮介質(zhì)中，形成高粘度狀的混合物，用于制造人造革、零件及日常生活用品。 1998 年我國(guó) PVC 生產(chǎn)能力是 220xx 萬(wàn) t ,產(chǎn)量為 15415萬(wàn) t ,而表觀消費(fèi)量卻達(dá) 310112 萬(wàn) t ,近年我國(guó) PVC 樹(shù)脂產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求 ,這與我國(guó)大部分生產(chǎn)廠家工藝技術(shù)落后 ,VC 原料短缺有直 接的關(guān)系。前兩種方法應(yīng)用較為普遍，而基于我國(guó)現(xiàn)狀，目前我國(guó)大部分廠家都采用乙炔法。由此，工業(yè)界 想到由氫化氫可以連同乙炔生產(chǎn)工藝一起生產(chǎn)氯乙烯。 I 外擴(kuò)散 乙快、氯化氫向碳的外表面擴(kuò)散； II 內(nèi)擴(kuò)散 乙炔、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散； III 表面反應(yīng)乙炔、氯化氫在升汞催化劑活化中心反應(yīng)發(fā)生加成反應(yīng)生成氯乙烯； IV 內(nèi)擴(kuò)散 氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散； V 外擴(kuò)散 氯乙烯自碳外表面向氣流中擴(kuò)散。 III 催化劑及其催化作用 8 眾所周知，催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身并不發(fā)生化學(xué)變化也不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡的物質(zhì)，即當(dāng)進(jìn)行可進(jìn)反應(yīng)時(shí)，催化劑對(duì)兩個(gè)相反方向的反應(yīng)速度具有相同的效力。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(lái)實(shí)現(xiàn)摩爾比控制的。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 l3lglg3 33 HCPCHPHCH ?? ??? ）（ （ 18） 工業(yè)生產(chǎn)采用 浸硝酸銀試紙?jiān)谝胰矘託庵胁蛔兩?，作為檢測(cè)磷、硫雜質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)。 正常生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制氯化氫中無(wú)游離氯析出。粗氯乙烯在高溫下帶逸的氯化汞升華物，在填活性炭吸附器中除去，接著粗氯乙烯進(jìn)入水洗泡沫塔回收過(guò)量的氯化氫。 乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。例如含有水成氨的工業(yè)乙乙炔與氯化亞銅作用，生成具有爆炸性副乙炔銅。 %= kg = kmol（ 27） 轉(zhuǎn)化器（乙炔的轉(zhuǎn)化率： 95%）： 247。 ）（ ） = kg （ 215） HCl： = kg = kmol （ 216） 鹽酸： +（ ） = kg （ 217） III 石墨冷卻器的物料衡算 表 石墨冷卻器的物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% C2H2 C2H2 HCl HCl O2 O2 H2O H2O 鹽酸 Σ 100 Σ 100 （ 3）多筒過(guò)濾器 由相關(guān)資料查得，在多筒過(guò)濾器中，采用 3～ 5%憎水性有機(jī)硅樹(shù)脂的 5～ 10um 細(xì)玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來(lái)，以鹽酸的形式排出。假如回收鹽酸的回收率為 98%，加入的水量為7910 kg?！?） C 氯化氫 = kJ/（ kg℃ ） C 氯化氫 = kJ/（ kg℃ ） C 氯乙烯 = kJ/（ kg℃ ） 計(jì)算： Q1 : 進(jìn)料溫度為 110℃，即 Q1 =0 Q3 : Q3 = 0 （無(wú)反應(yīng)或冷凝熱產(chǎn)生） Q4 : Q4 = Q 氯乙烯 +Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水蒸氣 = （ 25110） + （ 25100） + （ 25100）） + （ 25100）） + （ 25100）） = = kJ 。℃ ） C 氯化氫 = kJ/（ kg = kJ （ 232） ：水液化放出的熱， （ ） = kJ （ 233） Q3 = + = + = kJ （ 234） Q4 : Q4 = Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水蒸氣 ＋ Q 鹽酸 = （ 1325） + （ 1325） + （ 1325） + （ 1325） + 3214（ 1325） = = kJ （ 235） Q2 : 5% Q2=Q5 ∵ Q1＋ Q2＋ Q3=Q4＋ Q5 （ 232） ∴ 0+ Q2+ = + （ 236） ∴ Q2 = kJ Q5 ： Q5 = Q2 5% = kJ （ 237） 表 石墨冷卻器熱量衡算表 物料 入口 /kJ 物料 出口 /kJ C2H2 0 C2H2 HCl 0 HCl O2 0 O2 H2O 0 H2O 冷凝熱 鹽酸 鹽水吸熱 損失 Σ Σ （ 2） 石墨預(yù)熱器 24 進(jìn)料溫度： t1 = 13℃ 出料溫度： t2 = 75℃ 以進(jìn)料溫度 t1 = 13℃為計(jì)算基準(zhǔn)： C 乙炔 = kJ/（ kg℃ ） 乙炔 25 75 110 HCl 25 75 110 水蒸氣 25 75 110 O2 25 75 110 氯乙烯 25 75 110 鹽酸（ 40%） 35 相應(yīng)各個(gè)設(shè)備的熱量衡算 （ 1）石墨冷卻器 表 石墨冷卻 器的物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)