【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 （ 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)。解決 PVC聚合釜粘壁問(wèn)題有 3種方法 ： 使用清釜溶劑 ； 噴涂防粘釜溶液 ； 聚合體系中加入結(jié)垢抑制 劑。也可將上述方法結(jié)合使用 ， 目前普遍采用的是噴涂防粘釜?jiǎng)?EVC公司開(kāi)發(fā)了防粘釜?jiǎng)＠a(chǎn)品EVICAS90， 具有應(yīng)用范圍廣 ， 操作簡(jiǎn)單 ， 運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn) ， 可使反應(yīng)釜連續(xù)運(yùn)行 500次 ，最好可達(dá)到 1000次。 VINNOLIT公司采用了防粘釜效果甚佳的防粘釜?jiǎng)?SERO8， 它是一種水溶液 ， 可直接噴涂到聚合釜內(nèi)壁及攪拌器表面 ， 連續(xù)運(yùn)行達(dá) 600次以上。 VESTOLIT公司也采用一種特殊防粘釜?jiǎng)?， 利用低壓蒸汽將防粘釜?jiǎng)母攦蓚€(gè)固定式噴吐設(shè)備噴吐到釜內(nèi)壁、攪拌器及釜頂回流冷凝器表面 ， 清釜周期 500釜左右 ， 回流冷凝器可連續(xù)運(yùn) 行 1年 。意大利塞斯公司 （ CIRS） 推出了一種新防粘涂布液 （ 牌號(hào) NOXOL WSW和 NOXOL ETH） ， 它由天然芳基酸如水果汁和甲殼素經(jīng)處理后縮聚而成 ， 溶劑是堿性水溶液 ， 對(duì)人體無(wú)害 ， 使用2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 5 這種防粘涂布液對(duì)聚合體系及樹(shù)脂質(zhì)量沒(méi)有不良影響 ， 生產(chǎn)的產(chǎn)品完全符合醫(yī)藥級(jí)和食品級(jí)聚氯乙烯樹(shù)脂的要求 ， 清釜周期達(dá)到 500釜以上。日本信越公司采用新的防粘釜?jiǎng)┻M(jìn)行 PVC懸浮聚合。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。在聚合釜中涂布防粘釜?jiǎng)?，生產(chǎn)的 PVC 樹(shù)脂皮狀物少 、 雜質(zhì)少 、 白度高。 本設(shè)計(jì)的目的及意義 聚氯乙烯生產(chǎn)中，首先要合成氯乙烯單體，而在目前生產(chǎn)氯乙烯的主要方法 — 乙烯氧氯化法中，二氯乙烷裂解是至關(guān)重要的一步， 裂解爐在生產(chǎn)工藝中是重要設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響著氯乙烯生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，且關(guān)系著生產(chǎn)原料的單耗、裝置的能耗等。在氯乙烯的聚合中，聚合釜是主要的反應(yīng)設(shè)備， 是聚氯乙烯生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟，其運(yùn)行情況將直接 影響聚氯乙烯的質(zhì)量好壞和經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)的目的就 是要設(shè)計(jì)節(jié)能高效 的二氯乙烷裂解爐和聚氯乙烯聚合釜。 此項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要意義是，能 提高裂解爐和聚合釜的產(chǎn)率， 節(jié)省不少的能源，可以暫時(shí)緩解能源日益匱乏的當(dāng)今社會(huì)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)也可以應(yīng)用于不少發(fā)展 中的 聚氯乙烯新企業(yè)，為他們提供一定的技術(shù)支持及參考。 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)。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(pán)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。 聚合釜 簡(jiǎn)圖如 圖 22所示 ： 電機(jī)夾套攪拌器減速器冷卻水進(jìn)口放料口冷卻水出口進(jìn)料口溫度計(jì)插孔人孔 圖 22 聚合 釜簡(jiǎn)圖 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 7 3 二氯乙烷裂解爐 工藝 設(shè)計(jì) 物料衡算 裂解爐設(shè)計(jì)產(chǎn)能為 80000t/a，則每小時(shí)產(chǎn)氯乙烯量為： 0 08 0 0 0 0 ??? ； 裂解爐設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化率為 55%， 則二氯乙烷每小時(shí)進(jìn)料量 為 : ????? 二 氯乙烷裂解原理 1， 2— 二氯乙烷加熱到高溫能脫去一分子的 HCl而轉(zhuǎn)變?yōu)槁纫蚁?，其機(jī)理是自由基型的鏈鎖反應(yīng) 。 ClCH2CH2Cl ?? ??高溫 CH2=CHCl+HCl A B C 反應(yīng)速率為： RTEaekk /0 ?? （ ） 動(dòng)力學(xué)參數(shù)： 70 ??k ?Ea 其副反應(yīng)有： ClCH2CH2Cl ? ?? H2+2HCl+2C CH2=CHCl ? ?? C2H2+HCl CH2=CHCl+HCl ? ?? CH3CHCl2 其中，生產(chǎn)的氯乙烯會(huì)生成少量的聚合物。 裂解爐能耗計(jì)算 (1)40℃ EDC由預(yù)熱器加熱到 156℃ ， 進(jìn)料量按 33t/h計(jì)算 ， 所需熱量 Q1: )( 1211 TTCWQ E ???? （ ） 式中 :W 為進(jìn)料量 ， 33 t/h。 1EC 為 EDC 在 MPa 下的比熱容 ， (molK)。 2T 為預(yù)熱后的溫度 ， 156℃ 。 1T 為進(jìn)料溫度 ， 40℃ 。 所以： )/()40156()991000000(33 91 hJQ ???????? 。 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) 8 (2)156℃ 的 EDC 在裂解爐對(duì)流段被加熱到 195℃ 所需熱量 Q2 為 : )( 2322 TTCWQ E ???? （ ） 式中 :T3 為 EDC 在對(duì)流段的預(yù)熱溫度 ， 195℃ 所以： )/()156195()991000000(33 92 hJQ ???????? (3)195℃ EDC 進(jìn)入汽化器 ， 與裂解爐出口物料進(jìn)行熱交換。使 195℃ 、 MPa 的 EDC全部汽化 ， 并且溫度達(dá)到 266℃ ， 這部分物料所需熱量 Q3 為 : 13423 )( EE HWTTCWQ ?????? （ ） 式中 : HE1為 EDC 在 266℃ 、 MPa 下的汽化熱 ， 14680J/mol。 T4 為 EDC 在汽化器內(nèi)與裂解爐出口物料進(jìn)行熱交換后的溫度 ， 即輻射段入口溫度 ，為 266℃ ； 所以 14680)991000000(33)195266()991000000(333 ??????????Q )/( 9 hJ?? 這部分熱量是從裂解爐出料回收來(lái)的 ， 無(wú)需外部供給。 （ 4）汽化后的 EDC進(jìn)入裂解爐裂解 ， 裂解率為 55%， 未裂解的 EDC氣體溫度由 266℃ 上升至 480℃ ， 所需熱量為 : )TT()33(R 45g4 ?????? ECWWQ 裂裂 （ ） 式中 : CEg為 EDC氣體在 266℃ 時(shí)的比熱容 ， J/(molK)； R為 EDC裂解熱， 79470J/mol； T4為輻射段入口溫度 ， 266℃ ； T5為裂解爐出口溫度 ， 480℃ ； )226480()991 0 0 0 0 0 0()(79470)991 0 0 0 0 0 0( ???????????Q hJ / 10?? ； 由以上計(jì)算可知裂解爐理論上熱量的消耗 Q總 為 : 421 ???總 kWhJhJ 7903/)/(10)( 109 ??????? 設(shè)裂解爐的效率為 75%，則實(shí)際所需要的熱量 Q為： hJQ /107 9 108 4 1010 ???? 假設(shè)裂解爐用天燃?xì)庾鳛槿剂希烊細(xì)獾臒嶂荡蠹s為 37 /104 mJ? ， 則每小時(shí) 至少 需要天燃?xì)獾牧繛椋? 37 10 9 4 8104 107 9 m?? ? 。 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 9 裂解爐爐管 工藝計(jì)算 對(duì)流段爐管 計(jì)算 EDC從預(yù)熱器出來(lái)后溫度為 156℃ ，然后進(jìn)入裂解爐對(duì)流段，出對(duì)流段時(shí)溫度上升至195℃ 。 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℃ 。 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) 。 由于 EDC在管內(nèi)做強(qiáng)制對(duì)流， 由進(jìn)料量和管徑可求的 EDC在管內(nèi)的流速為 ，查表得 EDC的密度 3/1253 mkg?? ，粘度 smPa?? ? ， 所以 ： 7 7 6 9 1 2 5 3 ?? ???? ?? ?du 即 10000Re? ，所以采用給熱系數(shù)的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式 nNu PrRe0 2 ? （ ） 式中： Pr 為普朗特?cái)?shù) ； 由于 EDC在管內(nèi)被加熱，所以 n=。 因?yàn)???lNu? ，定型尺寸 l 規(guī)定為管內(nèi)徑 d， 所以有 Pr)(0 2 ???? dud ?，其中 ，KmW ??? ? 為 EDC的熱導(dǎo)率， EDC裂解的 為 ，即 d?? ? KmW ??????? 7 69 所以 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) 10 KmWRKS???????????231111520 111??? 設(shè)對(duì)流段管所需的傳熱面積為 A， 根據(jù) tKAQ ?? 可得： 291121 2 03 6 0 0mtK QA ?????? 所需管長(zhǎng) mdAl ???? ? 。 輻射 段爐管 計(jì)算 汽化后的 EDC進(jìn)入裂解爐，溫度為 266℃ ，裂解后出口溫度為 480℃ ， 假設(shè)輻射段的平均傳熱溫差為 100℃ 。 所以由裂解管向 EDC蒸汽的傳熱系數(shù)為： 2222 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， ?? mm型號(hào)，所以 ? 值為 ； ? 為管壁的熱導(dǎo)率， ?? ?? KmW ； 2SR 為污垢熱阻，取 1232 ??? ???? KmWR S ； 2? 為給熱系數(shù) 查得 EDC蒸汽的密度為 ，由進(jìn)料量和管徑可求得 EDC蒸汽的流速為 ，分析同 對(duì)流段， 即 1 2 3 2 1 3 ?? ???? ?? ?du 即 10000Re? ，所以采用給熱系數(shù)的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式 nNu PrRe0 2 ? （ ） 所以 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 11 22 PrRe02 d?? ? KmW ??????? ? 所以 KmWRKS???????????232222337 111??? 設(shè)對(duì)流段管所需的傳熱面 積為 A， 根據(jù) tKAQ ?? 可得： 210224 5 31 0 03 3 73 6 0 0108 6 mtK QA ?????? 所需管長(zhǎng) mdAl 1 00 9 5 3222 ???? ? 。 裂解爐設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的裂解爐是基于美國(guó) Lummus公司開(kāi)發(fā)的 SRTⅠ 門(mén)式裂解爐 ，并在此基礎(chǔ)上做了一系列的改進(jìn)。 對(duì)流段設(shè)計(jì) 對(duì)流段的設(shè)計(jì)在 SRTⅠ 門(mén)式裂解爐的基礎(chǔ)上做了兩處改進(jìn) 如圖 31所示。 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(pán)管預(yù)熱盤(pán)管改進(jìn)前 改進(jìn)后