【正文】 O2 = kg ② 堿洗塔物料衡算表 表 堿洗塔物料衡算表 進料 質(zhì)量（ kg） 百分含量％ 出料 質(zhì)量（ kg） 百分含量％ C2H3Cl C2H3Cl C2H4Cl2 C2H4Cl2 C2H2 C2H2 HCl O2 O2 HCl（堿吸收） ∑ 100 ∑ 100 CH2=CHCl CH≡ CH HCl O2 H2O 堿洗泡沫塔 CH2=CHCl CH≡ CH O2 H2O 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 熱量衡算 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 【 4】 項目 溫度 /℃ 比熱 /kcal/（ kg300=105 kg 小時產(chǎn)量： 105247。若水蒸氣與乙炔體積比為 1： 時，通常不發(fā)生爆炸。C 導(dǎo)熱率 (λ) W/ 熱容 (c) kJ/(kg?K) 吸水率 聚氯乙烯是一種無毒、無臭的白色粉末。水分還易使催化劑結(jié)塊，降低催化活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，使乙炔流量增高產(chǎn)生困難。 表 蒸汽壓與含水量 溫度 ℃ 20 17 14 10 5 0 5 10 水的蒸汽分壓（ mmHg） — 40%鹽酸蒸汽分壓（ mmHg） — 混合氣相當(dāng)于乙炔含水量 — 該分壓可按以下公式計算： LgP=AB/T 式中： P——mmHg（蒸氣分壓） A= B= T=273+t 冷凍溫度直接影響脫水效果，溫度越低水蒸氣分壓越低。其它項如包裝費、引發(fā)劑、水費、管理費等因生產(chǎn)廠家的不同也不盡相同。 HFC134a 和 HFC125 對全氯乙烯的需求量也將不斷增加 , 預(yù)計用于生產(chǎn) HFC134a 的全氯乙烯需求量的年均增長率將達到3％ 6％。 （ 2）消費行為呈現(xiàn)多樣化和層次化。 聚氯 乙烯 、氯乙烯 發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 聚氯乙烯發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 PVC 在 19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)過兩次，一次是 Henri Victor Regnault 在 1835 年，另一次是 Eugen Baumann 在 1872 年發(fā)現(xiàn)的。它在室溫下是無色有毒的氣體，微溶于水，有 醚 樣的氣味 氯乙烯（簡稱 VCM），是聚氯乙烯的中間體，也是生產(chǎn)聚氯乙烯的原料。通過對二氯乙烷（ EDC）裂解后脫除 HCl，以及干燥精制可獲得制造 PVC 級的 VCM。兩次機會中，這種聚合物都出現(xiàn)在被放置在太陽光底下的氯乙烯的燒杯中，成為白色固體。 社會的發(fā)展是飛速的，人們的消費觀念和消費結(jié)構(gòu)也在悄然發(fā)生著變化。 而用于生產(chǎn) HFC125 的全氯乙烯需求量的年均增長率將達到 10％。 乙烯氯化法路線 乙烯氧氯化法興起于上世紀(jì)六七十年代，是對利用氯化氫合成有機物的這一類反應(yīng)的總稱。但溫度過低，形成水化物結(jié)晶，影響石墨預(yù)熱器傳熱效果及堵塞設(shè)備。此外，水分還易湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 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 l2+ H g 2 C l2 C H 3 C H O 水分的存在還促進乙炔與升汞生成有機絡(luò)合物，后者覆蓋于催化劑表面而降低催化劑活性。它的化學(xué)穩(wěn)定性很高，具有良好的可塑性。 稍溶于水，溶于乙醇，易溶于丙酮。24= ∵ 聚合 物一般進行到轉(zhuǎn)化率為 85%～ 90%[2]，再加上在洗滌樹脂、包裝工段的損失，這里取轉(zhuǎn)化率為 88%，聚合物損失率為 4%?！?） 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%） [5] 35 計算以１小時為基準(zhǔn)： 54321 Q ???? 其中： Q1—— 物料帶入的熱量， kJ； Q2—— 加熱劑或冷卻劑帶入的熱， kJ； Q3—— 過程熱效應(yīng)， kJ； Q4—— 物料帶出熱， kJ； Q5—— 熱損失， kJ。O2 = kg 出料： HCl 被堿液吸收，從而出料氣中不含 HCl 氣體 CH2=CHCl = kg C2H4Cl2 = CH≡CH = 。 計算依據(jù)： 生產(chǎn)能力：年產(chǎn) 20 萬噸的聚氯乙烯 年工作日：以 300 天計算 日產(chǎn)量 20104103247。 乙炔在高溫加壓下，或與某些物質(zhì)接觸時具有強烈的爆炸能力，表壓力為 MPa得 C2H4，若溫度超過 550℃ 時能產(chǎn)生劇烈爆炸反應(yīng)，濕乙炔的爆炸能力低于干乙炔氣，并隨 濕度的升高而減弱。 緩沖器 乙炔砂封 混 合 器 石墨冷卻器 酸霧過濾器 石墨預(yù)熱器 轉(zhuǎn)化器 除汞器 水洗塔 堿洗塔 冷卻器Ⅱ 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第四章 工藝計算 主要原材料及產(chǎn)品性質(zhì) 聚氯乙烯（ PVC） 密度 熔點 212 176。 (3) 水分 水分過高易與混合氣中氯化氫形成鹽酸，使轉(zhuǎn)化器設(shè)備及管線受到嚴(yán)重腐蝕，腐蝕的 產(chǎn)物二氯化鐵、三氯化鐵結(jié)晶體還會堵塞管道，威脅正常生產(chǎn)。 生產(chǎn)工藝說明 影響混合脫水的因素 C2H2與 HCl 充分混合進行冷凍脫水時，汽水分以 40%酸霧析出，混合氣體含水量取決于該冷凍條件下約 40%鹽酸溶液上的蒸氣分壓。同時乙炔法的另一個顯著特點就是耗電量高，每噸耗電量約 450~500 度。 其中中國的需求增長尤為強勁 , 需求量的年均增長率將達到 8％ 10％ , 中東和那南美地區(qū)對全 氯乙烯的需求量的年均增長率將達到 5％以上。 （ 1）今后，軟制品和硬制品消費需求增長速度不同，硬制品的消費增長速度較快。我國目前普遍采用的為乙炔法 (電石法 )，因為此法成本比較低廉。 PVC(聚氯乙烯 )，其單體的結(jié)構(gòu)簡式為 CH2=CHCl. 圖 氯乙烯 氯乙烯 也稱 乙烯基氯 ，化學(xué)式為 CH2CHCl，是 鹵代烴 的一種，工業(yè)上大量用作生產(chǎn)聚氯乙烯 （ PVC）的 單體 。 96%VCM 均用于生產(chǎn) PVC。 1912 年 ，德國人 Fritz Klatte 合成了 PVC，并在德國申請了專利，但是在專利過期前沒有能夠開發(fā) 出合適的產(chǎn)品。 （ 3）某些產(chǎn)品將被同類的替代品淘汰。 但需要指出的是它們的使用基數(shù)都比較低。這種工藝正日趨成熟。故混合脫水溫度宜控制在 12～ 16℃. 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 從理論分析角度來看，起初混合氣體含水量在 ～ %，而脫水后實際含水量在 %左右，關(guān)鍵在于冷凍后脫去酸霧。 一般，原料氣含水分 ≤% ，能滿足生產(chǎn)需要。除少數(shù)有機溶劑外，常溫下可耐任何濃度的鹽酸、 90%以下的硫酸、 50～ 60%的硝酸及 20%以下的燒堿，對于鹽類亦相當(dāng)穩(wěn)定； PVC 的熱穩(wěn)定性和耐光性較差，在 140℃ 以上即可開始分解并放出氯化氫 (HCl)氣體，致使 PVC 變色。 乙炔與空氣混合爆炸范圍 ～ 81%，其中乙炔含量 7～ 13%爆炸能力最強。 247。 Q5是 Q2的 5%。 ① 堿洗塔物料流程 圖 堿洗塔物料流程 CH2=CHCl = kg C2H4Cl2 = CH≡CH = HCl = kg。 聚氯乙烯合成工段的工藝計算 物料衡算 假設(shè)各化工單元操作連續(xù)進行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M行物料衡算。 有毒，但不甚劇烈，在空氣中允許濃度為 。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸得 20%鹽酸，裝大貯槽供罐裝外銷，氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔，除去殘余的微量氯化氫后，送至氯乙烯氣柜，最后去精餾工段。 HgCl2+H2S ??? HgS+2HCl 3HgCl2+PH3 ??? (HgCl)3P+3HCl 工業(yè)生產(chǎn)采用浸硝酸銀試紙在乙炔樣氣中不變色，作為檢測磷、硫雜質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)。 通過對比，加之其優(yōu)越的發(fā)展前景，結(jié)合在株洲化工集團的實習(xí)和實踐，本設(shè)計選用電石乙炔法制取氯乙烯。每噸氯乙烯消耗氯化氫氣體約為 750~850 kg。 中東、南美和中國在未來 58 年內(nèi)對全氯乙烯的需求仍將保持增長的勢頭。 消費結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的趨勢。 根據(jù)原料的不同 ,氯乙烯單體的生產(chǎn)方法主要分為乙烯法和乙炔法、聯(lián)合法、烯烴法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯化法五種。在可以生產(chǎn)三維表面膜的材料中， PVC是最適合的材料。 PVC 是由乙炔氣體和氯化氫先合成氯乙烯，再聚合而成。 1926 年 ，美國 . Goodrich 公司的 Waldo Semon 合成了 PVC 并在美國申請了專利。 PVC 硬制品，諸如管材、型材將成為市場上的主力軍。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第三章 工藝方案的選擇與流程 氯乙烯的生產(chǎn)工藝及成本分析 根據(jù)原料的不同 ,氯乙烯單體的生產(chǎn)方法主要分為乙烯法和乙炔法、聯(lián)合法、烯烴法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯化法五種。 第一步乙烯氯化生成二氯乙烷；乙烯和氯加成反應(yīng)在液相進行： CH2＝ CH2 +Cl2─→CH 2ClCH2Cl； 采用三氯化鐵或氯化銅等作催化劑，產(chǎn)品二氯乙烷為反應(yīng)介質(zhì)?；旌侠鋬雒撍^程一般均在列管式石墨冷卻器內(nèi)脫水，其冷凝的 40%鹽酸除以液膜狀自列管內(nèi)壁流出外，大部分呈極細(xì)的酸霧（直徑進 12 微米以下）懸浮于混合氣流中。 (4) 氯化氫中游離氯 氯化氫中游離氯的存在是由于合成中的氫和氯配比不當(dāng)，或氯化氫壓力波動造成的，游離氯一旦進入混合器與乙炔 混合接觸，即發(fā)生激烈反應(yīng)生成氯乙炔等化合物，并放出大量熱量引起混合氣體的瞬間膨脹，釀成混合脫水 系統(tǒng)的混合器、列管式石墨冷凝器等薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生爆炸而影響正常生產(chǎn)，因此必須嚴(yán)格控制。 PVC 的電絕緣性優(yōu)良，一般不會燃燒，在火焰上能燃燒并放出 HCl，但離開火焰即自熄，是一種 ―自熄性 ‖、 ―難燃性 ‖物質(zhì)。 化學(xué)性質(zhì)很活潑，能起取代、加成、聚合和氧化反應(yīng)。（ 88%96%） = kg 每小時合成 kg 倒推法計算 精餾：（氯乙烯的收率： %） 247。 設(shè)混合平均熱容近似于各組分熱容與質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積之后和，即： C=∑C iWi（量少的可以忽略） 主設(shè)備熱量衡算如下： 石墨冷卻器 由之前物料衡算算得石墨冷卻器的物料衡算表為： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 表 石墨冷卻器物料衡算表 進料 質(zhì)量（ kg） 百分含量 出料 質(zhì)量（ kg） 百分含量 C2H2 C2H2 HCl HCl H2O H2O O? O? 40％鹽酸 ∑ 100 ∑ 100 混合氣進口溫度 25℃ 出口溫度 – 14℃ 以 25℃ 為計算基準(zhǔn)，查閱《 化工工藝設(shè)計手冊》 【 4】 有 ()2HOgC =?℃ HClC = kJ/kg?℃ 22CHC=?℃ 2OC= kJ/kg?℃ 40%C 鹽酸 =?℃ 2HOQ 冷 凝 熱=– ?℃ Q1：進料溫度 25℃ ，則 Q1=0 Q3： HCl 溶于水放出的熱以及水氣液化放出的熱 生成 40%鹽酸水溶液的生成熱： 3544kcal 石墨冷卻器物料衡算表如下： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 表 石墨冷卻器物料衡算表 進料 質(zhì)量（ kg） 百分含量 出料 質(zhì)量（ kg） 百分含量 C2H2 C2H2 HCl HCl C2H3Cl C2H3Cl C2H4Cl2 C2H4Cl2 O2 O2 ∑ 100 ∑ 100 (7) 堿洗塔 堿洗塔用于除去殘余微量 HCl，為便于設(shè)計，設(shè) HCl 全部被吸收。致死量為 29 mg/kg (2) 規(guī)格（質(zhì)量按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)） 含量 ≥% 水中不溶物＜ % 鐵＜ % 砷＜ % 硫化氫沉淀物＜ % HgCl2觸媒 符合中華人民共和國有色金素行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YS/T3192 技術(shù)要求： HgCl2 含量為 %－ %；水分含量應(yīng)小于 %；松裝密度為 540－ 640 g/L 外觀為圓柱形顆粒狀 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 顆粒試樣經(jīng)一定的機械磨損、碰撞和篩分：