【正文】 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(shū)籍，力求接近實(shí)際、切合實(shí)際。1910年，Ostromislensky在進(jìn)行氯乙烯研究時(shí)，也獲得氯乙烯聚合物，稱(chēng)之為Cauprene chloride。英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司于1937年采用高沸點(diǎn)液體如磷酸酯類(lèi)增塑聚氯乙烯，得到了類(lèi)似橡膠的物質(zhì)，從而第一次打破了傳統(tǒng)的橡膠市場(chǎng)，成為橡膠材料的代用品。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。這主要由于以下原因：（1） 聚氯乙烯材料制品性能優(yōu)良。具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能。⑴ PVC 型材技術(shù)應(yīng)用在西歐，每年大約有150萬(wàn)t的PVC 用于制作管材(主要用作輸水管) ，是最大的PVC 市場(chǎng)，約占PVC 材料的60%。破裂的舊管子寬度最大達(dá)450 mm ，該改造工藝簡(jiǎn)單，管子安裝方便、密封性好。在軟膜方面優(yōu)先發(fā)展透氣的K值為70的PVC制品。開(kāi)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(zhuān)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(shù)脂。與美國(guó)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。離開(kāi)聚合釜的物料是干粉，通過(guò)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(chēng)量包裝機(jī)中包裝。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1工業(yè)類(lèi)型間歇間歇間歇間歇2生產(chǎn)能力（萬(wàn)t/a）201055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/ m36133第一 第二138 563635635（1）類(lèi)型立式立式立式立式（2）效率/t/a/ m32512832382384.反應(yīng)條件溫度/℃5767 705250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(lái)講，本體法具有工藝流程簡(jiǎn)單，裝置占地面積小，同時(shí)基本上無(wú)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)。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。上海氯堿化工股份有限公司汽提過(guò)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。 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。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(chēng)水解)作用很小，%，且水溶液實(shí)際上不導(dǎo)電，說(shuō)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：純的升汞粉末(無(wú)載體活性炭時(shí))對(duì)氯乙烯合成反應(yīng)并無(wú)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。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。此外，水分還易與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛：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。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，%以下。h。合成反應(yīng)放出的熱量通過(guò)離心泵送來(lái)的95～100℃左右的循環(huán)水移去。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kPa()以上溫度超過(guò)773～823K時(shí)，使會(huì)全部分解，發(fā)生爆炸。，低溫低壓下可以成為液體，熔點(diǎn)為114℃，℃。85% kgx=∴ kg⑵ 化學(xué)反應(yīng)式主反應(yīng)：副反應(yīng)：⑶ 倒推法計(jì)算精餾：（氯乙烯的收率：%）轉(zhuǎn)化器：（乙炔轉(zhuǎn)化率：95%）∴進(jìn)氣中CH≡（） 計(jì)算：⑴ 混合器的物料衡算乙炔氯化氫CH≡CHHClO2H2O混合器圖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]。設(shè)是的5%“”表示吸熱，“＋”表示放熱?！?1C 水（l）= kJ(kg℃)1C 氯化氫= kJ(kg℃)1計(jì)算：Q1：進(jìn)料溫度75℃，則Q1=0Q3=103= kJQ4 =Q 氯乙烯＋Q 乙炔＋Q氯化氫 ＋Q水(g)＋Q氧氣 =（11075）＋（11075）＋（11075）＋（11075）＋（11075）=＋＋＋＋ = kJQ2:%Q2=Q5∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5∴0＋Q2＋=＋%Q2∴Q2= kJ Q5= kJ表21 轉(zhuǎn)化器熱量衡算表項(xiàng)目入方/kJ項(xiàng)目出方/kJCH≡CH0CH2=CHClHCl0CH≡CHO20HClH2O0O2反應(yīng)熱H2O循環(huán)水損失∑∑⑷ 石墨冷卻器已知表表22 已知量表出料/出料質(zhì)量/kgCH2=CHClCH≡CHHClO2H2OΣ進(jìn)口溫度：110℃，出口溫度：25℃以110℃為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。[5]∴Q=3214m[20（35）]= kJ∴m= kgⅱ 循環(huán)水：在石墨預(yù)熱器時(shí)，進(jìn)口溫度：110℃，出口溫度：95℃。Q=∴需水量m=247。（9515）= kg表24 水消耗綜合表項(xiàng)目分相熱量/kJ質(zhì)量/kg鹽水石墨冷卻器循環(huán)水石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器石墨冷卻器Ⅱ∑∵石墨預(yù)熱器中的水可以由轉(zhuǎn)化器的出水來(lái)提供；石墨冷卻器出口處的水又可以提供給轉(zhuǎn)化器。 轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì) 已知條件：空速為25～40m3/m3催化劑 主要設(shè)備一覽表[3]表27 主要設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)備型號(hào)及規(guī)格數(shù)量1乙炔砂封Φ120030012HCl緩沖罐V=20 m213混合器Φ900400014石墨冷卻器CHA1100－260(F)15多筒過(guò)濾器Φ1600400016石墨預(yù)熱器CHA1200－305(F)17廢酸貯罐V=10 m228轉(zhuǎn)化器Φ4000970089除汞器Φ24004850110石墨冷卻器IICHA900－105(F)111泡沫水洗塔Φ15005450112堿洗塔Φ1200700014 主要管道管徑計(jì)算和選型根據(jù)文獻(xiàn)[10]，采用最經(jīng)濟(jì)管徑的選擇：管道投資費(fèi)用與克服管道阻力所消耗的動(dòng)力費(fèi)用有關(guān)，管徑越大，管道的投資越大，但動(dòng)力消耗可以降低；管徑小，管道的投資降低，但動(dòng)力消耗增加，因此，選擇管徑時(shí)，應(yīng)將管道投資費(fèi)用與動(dòng)力消耗（即生產(chǎn)費(fèi)用）同時(shí)考慮，并使二者費(fèi)用之和最低，對(duì)于長(zhǎng)距離管道或大直徑管道應(yīng)根據(jù)最經(jīng)濟(jì)管徑選擇；對(duì)于較小直徑的管道，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定也可用計(jì)算式，近似地估算經(jīng)濟(jì)管徑其計(jì)算式為：——最經(jīng)濟(jì)管徑，mmG——流量，kg/s——密度，kg/mP——壓力，atm HCl進(jìn)料管摩爾分?jǐn)?shù)的乘積之和，即∴圓整為302查文獻(xiàn)[10]，選型。選用Φ250，材料的無(wú)縫鋼管。選用Φ15，材料16Mn的無(wú)縫鋼管。隨水洗廢水，堿洗廢堿及精餾尾氣中排出，造成汞排放污染環(huán)境。 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生中毒機(jī)理及處理： 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生[3]VCM外逸到空氣中，一部分餾尾排處最為嚴(yán)重，約為10%左右，大致?lián)p失標(biāo)準(zhǔn)電石10～15kg/tPVC,另外，聚合釜、槽軸封也有不同程度的泄露，其次合成的壓縮機(jī)崗位泄露也較為嚴(yán)重。為了保護(hù)水源的清潔和生態(tài)環(huán)境的平衡，必須進(jìn)一步處理，符合排放標(biāo)準(zhǔn)才允許排入江河之中。氨氮濃度愈低愈好。 ⑵ 物理化學(xué)處理法 物理化學(xué)處理法包括：中和法、混凝沉淀法、氧化還原法、氧化法、焚燒法等。6 安全生產(chǎn)防火技術(shù) 廠區(qū)安全生產(chǎn)特點(diǎn)：氯乙烯的安全生產(chǎn)特點(diǎn)是由生產(chǎn)中所采用的原料路線或生產(chǎn)方法及所使用的原料、中間物的物化所決定的。： 氧化爆炸乙炔與空氣或氧氣混合達(dá)到一定的容積比，遇到火或靜火花產(chǎn)生爆炸，其化學(xué)反應(yīng)方程為： Q： 1kg乙炔約為50172kJ氧化爆炸產(chǎn)生的最大爆炸壓力約為起始?jí)毫Φ?1～13倍。加強(qiáng)崗位操作安全責(zé)任感，生產(chǎn)實(shí)踐證明，操作不當(dāng)，巡回檢查不及時(shí)，或誤操作均回造成重大事故。 氯乙烯的燃燒性能：～%即為爆炸范圍，充入N2或CO2可縮小爆炸為[3]表33 氯乙烯的燃燒性能表VCM充入N2充入N2充入CO2充入CO2空氣混合物20%40%20%40%爆炸范圍～171～～5～VCM與乙炔兩種易燃易爆氣體混合物的爆炸范圍，隨混合比（VCM：C2H2）的縮小而擴(kuò)大。為確保生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行，采用科學(xué)嚴(yán)格的防火防爆是氯乙烯合成安全技術(shù)的重要內(nèi)容。主要用于處理含有微量有機(jī)毒物的廢水，作為二級(jí)廢水處理手段。一船物理、化學(xué)處理法稱(chēng)為一級(jí)處理，生物處理法稱(chēng)為二級(jí)處理。 CODCr中的Cr表示用重鉻酸作氧化劑。氧化氯乙烯屬于高活性的烷化劑，它與細(xì)胞內(nèi)羥基蛋白和核糖核酸形成其價(jià)鍵，干擾了脫氧核糖核酸的堿基對(duì)，使染色體斷裂，氯乙醛與肝內(nèi)谷胱、肽和半胱、肽氨酸結(jié)果使人體對(duì)毒物和致癌氣的抵抗降低；VCM及其代謝物，使肝細(xì)胞增生，導(dǎo)致肝纖維化網(wǎng)狀內(nèi)皮系增生、肝血管肉瘤、肢端溶解癥等。 廢HgCl2觸媒的處理目前，國(guó)內(nèi)聚氯乙烯廠普遍采用活性炭脫汞器除汞。選用Φ20，材料16Mn的無(wú)縫鋼管。選用Φ400，材料的無(wú)縫鋼管。 石墨冷卻器的進(jìn)料管查文獻(xiàn)[10]，選型。驗(yàn)算：空塔氣速：m/s∵﹤∴本塔形成良好的泡沫層 孔的布置篩板孔按取mm,t/d=3, t=12mm。 石墨預(yù)熱器的選型： 已知條件：總熱負(fù)荷：Q= kJ/h鹽水流量： kg/h進(jìn)口溫度：110℃出口溫度：95℃混合氣進(jìn)口溫度：75℃出口溫度：13℃ 計(jì)算兩流體的平均溫度差℃而：查文獻(xiàn)[5]，圖417，得℃查文獻(xiàn)[5]，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)植設(shè)K=100w/（m2℃)1C平均=（＋）247。2= kJ(kg℃)1C 氯化氫= kJ(kg℃)1C 水 (g)= kJ(kgkmol1= kJ℃）乙炔2575110HCl2575110水蒸氣2575110O22575110氯乙烯2575110鹽酸（40%）[5]35 計(jì)算：⑴ 石墨冷卻器：已知表：表16 已知量表進(jìn)料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kgCH≡CHCH≡CHHClHClO2O2H2OH2O40%鹽酸ΣΣ進(jìn)料溫度：25℃，出料溫度：13℃25℃為計(jì)算基準(zhǔn)C 乙炔= kJ(kgⅰ 進(jìn)料：CH≡CH： kmol， kgHCl： kmol， kgO2： kmol， kgH2O： kmol， kgⅱ 出料：CH≡CH： kmol， kgO2： kmol， kgH2O ： ∵∴HCl：鹽酸：ⅲ 石墨冷卻器物料衡算表表6 石墨冷卻器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH≡CHCH≡CHHClHClO2O2H2OH2O鹽酸ΣΣ⑶ 多筒過(guò)濾器根據(jù)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。規(guī)格[2]：純度≥93%水分≤%⑶ 氯乙烯：分子式：CH2＝CHCl 分子量：性質(zhì)：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：～%(體積)氯乙烯在常溫常壓下為易燃、無(wú)色的氣體，具有類(lèi)似醚一般氣味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。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。乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。h。ⅱ 反應(yīng)溫度