【正文】 ent in Dechlorination process of PVC[J]. Stell research int, 2020(10). 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 29 1231對(duì)流段爐管；2蒸汽發(fā)生盤管；3爐體編號(hào)張共張第版 次比 例 位 號(hào) 項(xiàng) 目 會(huì) 簽2020年5月日 期 審 定 審 核 學(xué) 號(hào)馮 松制 圖裂解爐對(duì)流段設(shè)計(jì)圖重慶三峽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)附圖202020010228 附圖 1 裂解爐對(duì)流段設(shè)計(jì)圖 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 30 配用法蘭 ()平焊法蘭 25 160平焊法蘭 25 160平焊法蘭 25 190平焊法蘭 25 190平焊法蘭 25 230平焊法蘭 25 230附圖26mm厚熱軋鋼板100mm厚耐火磚編 號(hào)張共張第版次比 例 位 號(hào) 項(xiàng) 目 會(huì) 簽2010年5月日 期 審 定 審 核 學(xué) 號(hào)馮 松制 圖裂解爐設(shè)計(jì)圖重慶三峽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)管口編號(hào)公稱直徑（）作 用預(yù)熱段進(jìn)料。 聚合釜設(shè)計(jì)圖見(jiàn)附圖 3。 0 5 ??Dib ??Did ??DH 液 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 20 ?? ???????? ??????? ????????? 2DdDbA ? ? )( 2 ??????? 2 ??? ???????? ??????? ?? DibDibB 42 ????????????? ?????????? DibDidDibp 42 ????????? ）（ )( s ??????? ????????????? ???? Dibpp DiHBAN )( )( )(7 ???????? ??? ??????? ? 6 3 ???? kWWdnNN p 2052 0 5 2 8 5353 ??????? ? 夾套傳熱面積的計(jì)算 被攪拌側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù) 被攪拌液體側(cè)的 對(duì)流傳熱系數(shù) j? 的計(jì)算采用 佐野雄二推薦的關(guān)聯(lián)式計(jì)算，即 34 ????????????????????? DbDdvDNu j ? （ ） 式中 ??DNu jj ?，表示被攪拌液體對(duì)有夾套容器內(nèi)壁的對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次； ??pc?Pr ，表示物性對(duì)傳熱系數(shù)影響的準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次； ? —— 單位 質(zhì)量被攪拌液體消耗的攪拌功率， W/kg； v —— 被攪拌液體的運(yùn)動(dòng)粘度， m2/s； ? —— 被攪拌液體的平均傳熱系數(shù)； pc —— 被攪拌液體的平均比熱容。 三葉后掠式攪拌器如圖42 所示 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，攪拌器的下層槳葉距離釜底 mC 2? ，攪拌槳的槳徑按經(jīng)驗(yàn)取在1/2Di～ 2/3Di 之間，本設(shè)計(jì)取槳徑 md ? ，葉寬 mb ? ，轉(zhuǎn)速 98r/min。 查得 VCM在常溫時(shí) 的密度為 3/910 mkg ，所以聚合釜的有效體積為： 333 mVg ????? 由于 VCM聚合過(guò)程中體積會(huì)減小，為了提高設(shè)備 利用率，取聚合釜的裝料系為?? ， 則所需聚合釜的容積為： mVgV ???? ? 。改進(jìn)后對(duì)流段的空間增大一倍，盤管之間的間距也隨之增大， 強(qiáng)化了對(duì)流傳熱，另外，由于二氯乙烷在對(duì)流升高的溫度不是很大，因此將蒸汽發(fā)生盤管設(shè)置在二氯乙烷預(yù)熱盤管的下面可以產(chǎn)生更多的蒸汽，最大限度回收余熱。 由管壁向 EDC的總傳熱系數(shù) K為： 1111 11SRK?????? （ ） 式中： ? 為對(duì)流段爐管厚度，由于裂解爐屬于中低壓操作， 故選用一般中低壓用無(wú)縫鋼管， 589?? mm型號(hào)，所以 ? 值為 5mm； ? 為管壁的熱導(dǎo)率， ?? ?? KmW ； 1SR 為污垢熱阻，取 1231 ??? ???? KmWR S ； ? 為給熱系數(shù) 。 所以： )/()40156()991000000(33 91 hJQ ???????? 。裂解流程簡(jiǎn)圖如 圖 21所示 ： 二氯乙烷預(yù)熱器蒸發(fā)罐蒸發(fā)器過(guò)熱器裂解爐裂解盤管蒸汽發(fā)生管燃料氣 去急冷塔熱能回收 圖 21 裂解流程簡(jiǎn)圖 對(duì)于氯乙烯 聚合工藝，經(jīng)過(guò)對(duì)各種工藝的比較和研究，認(rèn)為采用聚合釜懸浮聚合工藝較好：（ 1） 懸浮聚合 的溫度易控制， 良好的混合可產(chǎn)生較低的、更易于控制的反應(yīng)速率，從而消除過(guò)熱點(diǎn)， 產(chǎn)品質(zhì)量好；（ 2） 由于聚合釜的攪拌，物料的充分混合可促進(jìn)傳熱， 且在攪拌系統(tǒng)中可容納很大的傳熱面積。用蒸汽作載體成功地涂上兩層不同種類的防粘釜?jiǎng)?第一種防粘劑是醛類化合 物和芳香類羥基化合物在亞硝酸鹽和還原性糖存在下進(jìn)行綜合反應(yīng)制得 ； 第二種防粘釜?jiǎng)┲兄辽?含有一種輔助抑垢物質(zhì)，選用水溶性聚合物、無(wú)機(jī)鹽類或酸。 （ 4）解決 PVC聚合釜粘壁問(wèn)題 目前也是聚氯乙烯工藝發(fā)展的重點(diǎn)。 采用氨水和碳酸氫銨混合溶液取代氫氧化鈉溶液作 pH值調(diào)節(jié)劑，提高了產(chǎn)品的白度，縮短了 PVC加工塑化時(shí)間；采用無(wú)毒溶劑和過(guò)碳酸類引發(fā)劑取代偶氮腈類引發(fā)劑 。 （ 1）開(kāi)發(fā)節(jié)能高效的新工藝一直是聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，這尤其體現(xiàn)在氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)上。 PVC漿料汽提技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展也使 PVC漿料中 VCM含量有大幅度降低。 日本信越公司采用新的防粘釜?jiǎng)┻M(jìn)行 PVC懸浮聚合。液壓頭的急劇下降致使 EDC產(chǎn)品汽化并以蒸汽狀態(tài)被提取出。 為了解決平衡氧氯化工藝副產(chǎn)的大量廢水和腐蝕問(wèn)題，美國(guó) Monsanto和 Kellogg公司合作開(kāi)發(fā)了 Partec新工藝。乙烯、氧氣以及循環(huán)的 HCl在氧氯化單元生成 EDC。未來(lái) PVC工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是 “ 大型化、低能耗、 零污染、工藝調(diào)整 、長(zhǎng)周期運(yùn)行 ” 。 polyvinyl chloride。 關(guān)鍵詞 氯乙烯 (VCM)； 聚氯乙烯 (PVC)； 裂解爐 ； 聚合釜 II The Synthesis Device Process Design of Annual Output of 80,000 Tons of Vinyl Chloride and Polyvinyl Chloride Feng Song Grade 2020, Chemical Engineering and Technology, School of Chemical and Environmental Engineering, Chongqing Three Ges University Wanzhou, Chongqing 404000 Abstract: In the production of polyvinyl chloride (PVC) in oxychlorination, vinyl chloride (VCM) can be got from the pyrolysis of the ethylene dichloride (EDC), and then polyvinyl chloride (PVC) products can be got from the polymerization of vinyl chloride (VCM). In the whole production, ethylene dichloride (EDC) cracking furnace and vinyl chloride (VCM) polymerizer are the two most important equipments, which run a direct impact on the quality and output of PVC. This paper studied various industrial production processes, proposed some measures to improve, and designed the size of main equipment of cracking furnace and polymerizer which can product annual output of 80,000 tons of vinyl chloride and polyvinyl chloride, and choose the main material of polymerizer. Key Words: vinyl chloride。 但是，生產(chǎn) PVC對(duì)環(huán)境造成的污染較大，尤其是在我國(guó)生產(chǎn) VCM的過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染 較為 嚴(yán)重 ，多年來(lái)人們都在致力于改善這一狀況，但效果均不太明顯 。乙烯和氯氣在直接氯化單元反應(yīng)生成 EDC。采用該生產(chǎn)工藝，馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 2 乙烯和氯的轉(zhuǎn)化率超過(guò) 98%，目前世界上已經(jīng)有 50多套裝置采用該工藝技術(shù)，總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過(guò) 470萬(wàn)噸 /年。在該工藝中，乙烯先溶于反應(yīng)器的 EDC中，然后再與一種 EDC氯溶液相混合，進(jìn)行快速液相反應(yīng)。為了增加移熱能力，大釜普遍采用了釜頂設(shè)計(jì)回流冷凝器、釜夾套采用大循環(huán)回流水量的方式來(lái)增加傳熱系數(shù)，以強(qiáng)化換熱效果。充分利用回收氣體的壓 力 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 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。 聚氯乙烯工業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 跟據(jù)對(duì)聚氯乙烯工業(yè)發(fā)展的情況分析，估計(jì)未來(lái)世界聚氯乙烯生產(chǎn)將繼續(xù)以乙烯 氧氯化法 為主，其技術(shù)發(fā)展 發(fā)展 將緊密圍繞 “ 降低生產(chǎn)成本，提高運(yùn)行周期，改善經(jīng)濟(jì)性 ” 的基本馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 4 目標(biāo)，進(jìn)一步集中在 “ 節(jié)能新工藝開(kāi)發(fā)、高效聚合配方體系、大型高效聚合釜體系、防粘釜技術(shù) ” 等方面的技術(shù)研發(fā)。 （ 2）在聚合配方上，采用高油水配比，以增加聚合釜的產(chǎn)量。內(nèi)冷器為半管式 ， 設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)壁 ， 與聚合物系直接接觸 ， 大大增加了釜的傳熱面積。日本信越公司采用新的防粘釜?jiǎng)┻M(jìn)行 PVC懸浮聚合。 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 6 2 工藝確定 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 8萬(wàn)噸聚氯乙烯、氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)深入的研究考察，對(duì)各種工藝進(jìn)行了認(rèn)真分析，對(duì)于二氯乙烷裂解爐認(rèn)為采用 SRTⅠ 裂解爐較好，其優(yōu)點(diǎn)如下：（ 1） 該裂解爐 爐膛 小，傳熱性能好；（ 2）該裂解爐采用側(cè)壁燒嘴，使用氣態(tài)燃料，燃料利用率高，且爐膛溫度均 勻，裂解爐管不易結(jié)焦；（ 3） EDC采用氣相進(jìn)料，停留時(shí)間短，結(jié)焦少，運(yùn)行周期長(zhǎng)。 1T 為進(jìn)料溫度 ， 40℃ 。 由于爐管管壁溫度沿著 EDC的流動(dòng)方向變化，因此傳熱溫差也隨著 EDC流動(dòng)方向變化，這里假設(shè)管壁與 EDC的平均傳熱 溫差為 50℃ ，即 △ t為 50℃ 。 裂解原料 裂解原料煙氣來(lái)自輻射段 煙氣來(lái)自輻射段蒸汽管去裂解去熱能回收系統(tǒng)蒸汽出口預(yù)熱盤管預(yù)熱盤管改進(jìn)前 改進(jìn)后 圖 31 對(duì)流段技改圖 馮松：年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 12 一是將 SRTⅠ 門式裂解爐的兩個(gè) 并列的對(duì)流段合并為一個(gè)；二是 增 設(shè)兩組獨(dú)立的蒸汽發(fā)生盤管 ，并將蒸汽盤管設(shè)置在二氯乙烷預(yù)熱盤管的下方。 （ 5）容積 聚合釜設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn) 8萬(wàn)噸，綜合考慮設(shè)備體積和成本核算后，采用 4臺(tái)聚合釜同時(shí)生產(chǎn) ，每年運(yùn)行 300天，單釜生產(chǎn)周期為 8小時(shí)， 其中聚合時(shí)間為 4個(gè)小時(shí)， 則每釜產(chǎn)量： 釜噸 /)824(30048 0 0 0 0 ????? VCM在釜內(nèi)的轉(zhuǎn)化率為 85%，則每釜所需 VCM量為 ?? ，水油比為:1，則每釜用水量為： ?? 。本設(shè)計(jì)考慮聚合釜容積較大，為了使反應(yīng)物料充分混合在水相中并分散，選用三葉后掠式攪拌器，且攪拌器從反應(yīng)釜的底部伸入反應(yīng)釜。 所以 742 ???? ???? 26 3 22 ????gdnFr 三葉后掠式攪拌器槳葉的寬度 b=， 槳葉數(shù)按 z=3 葉計(jì)算。 以上計(jì)算只 是在平均放熱速率下所需要的傳熱面積，然而氯乙烯聚合是一個(gè)自加速效應(yīng)很明顯的聚合反應(yīng)，尤其在聚合反應(yīng)后期， 體系的粘度增大， 自加速反應(yīng)速率很快，放出的2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 25 熱量很多，約為 ， 同 時(shí) 隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，體系的體積也將減小， 聚合釜內(nèi)的給熱系數(shù)也會(huì)急劇減小， 如 表 43 所示： 表 43 聚合傳熱系數(shù)變化表 釜內(nèi)物