【文章內容簡介】 氣中不變色，作為檢測磷、硫雜質地標準。ⅲ 水分 水分過高易與混合氣中氯化氫形成鹽酸，使轉化器設備及管線受到嚴重腐蝕，腐蝕的產物二氯化鐵、三氯化鐵結晶體還會堵塞管道，威脅正常生產。水分還易使催化劑結塊，降低催化活性，導致轉化器阻力上升，使乙炔流量增高產生困難。此外，水分還易與乙炔反應生成聚合有害的雜質乙醛：水分的存在還促進乙炔與升汞生成有機絡合物，后者覆蓋于催化劑表面而降低催化劑活性。一般，原料氣含水分≤%，能滿足生產需要。ⅳ 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，或氯化氫氣壓力波動造成的，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，因此必須嚴格控制。作為生產安全措施，一般借游離氯自動測定儀或在混合器出口安裝氣相溫度報警器，設定該溫度超過56℃時即關閉原料乙炔氣總閥，作臨時緊急停車處理，待游離氯分析正常時再通入乙炔氣開車。正常生產中，應嚴格控制氯化氫中無游離氯析出。ⅴ 含氧量 原料氣(主要存在于氯化氫中)中含量用較高時，將威脅安全生產、特別當合成轉化率較差，造成尾氣放空中含乙炔量較高時，氧在放空氣相中也被濃縮．就更有潛在的危險，系統(tǒng)中的氧能與活性碳在高溫下反應生成一氧化碳和二氧化碳，使精餾系統(tǒng)出現(xiàn)問題。更值得注意的是，氧在精餾系統(tǒng)中能與氯乙烯單體反應形成氯乙烯過氧化物： 后者與精餾系統(tǒng)中微量水分相遇時，會發(fā)生水解而產生鹽酸，甲酸、甲醛等酸性物質, 從而降低單體pH值，造成設備管線的腐蝕，則產生的鐵離子則污染單體，最終還影響到聚合產品的白度和熱穩(wěn)定性。因此，原則上應盡量將原料氣中含氧量降低到最低值甚至零。僅工業(yè)生產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。⑷ 生產條件的選擇ⅰ 摩爾比 提高原料氣乙炔或氯化氫氣的濃度(即分壓)或使一種原料氣配比過量，都有利于反應速度和轉化率增加。但當乙炔過量時，易使催化劑中升汞還原為甘汞或水銀．造成催化劑很快失去活性，而當氯化氫過量太高，則不但增加原料消耗定額，還會增加已合成的氯乙烯與氯化氫加成生成1,1二氯乙烷副產物的機會。因此，宜控制乙炔與氯化氫摩爾比在1：～，實際生產操作中，應結合合成氣中轉化氯化氫及乙炔含量的分析值來實現(xiàn)摩爾比控制的。ⅱ 反應溫度 提高反應溫度有利于加快氯乙烯合成反應的速度，獲得較高的轉化率。但是，過高的溫度易使催化劑吸附的氯化高汞升華而隨氣流帶逸，降低催化劑活性及使用壽命；此外，在較高溫度下，催化劑在乙炔氣流中可收集到45～70℃餾分的液體，屬二氯乙烯類物質，而催化劑上的升汞被還原成甘汞或水銀。因此，工業(yè)生產中盡可能將合成反應溫度控制在100～180℃范圍。ⅲ 空間流速 空間流速是指單位時間內通過單位體積催化劑的氣體量(氣體量習慣以乙炔量來表示，其單位為m3乙炔／m3催化劑h。 乙炔的空間流速對氯乙烯的產率有影響，當空間流速增加時，氣體與催化劑的接觸時間減少，乙炔的轉化率隨之降低。反之，當空間流速減少時，乙炔轉化率提高，但高沸點副產物量也隨之增多，這時生產能力隨之減小。在實際生產中，比較恰當?shù)囊胰部臻g流速為25～40m3乙炔／m3催化劑h。此時，既能保證乙炔有較高的轉化率，又能保證高沸點副產物含量減少。 生產工藝流程簡述 ⑴ 生產工藝流程緩沖器乙炔砂封混合器石墨冷卻器多筒過濾器石墨預熱器轉化器除汞器水洗塔堿洗塔冷卻器Ⅱ圖3 生產工藝流程由乙炔工段送來的精制乙炔氣，經乙炔砂封，與氯化氫工序送來的氯化氫氣體經緩沖罐通過孔板流量計調節(jié)配比（乙炔/氯化氫=1/～）在混合器中充分混合，進入石墨冷卻器，用35℃鹽水間接冷卻，冷卻到14℃177。2℃，乙炔氯化氫混合氣在此溫度下，部分水分以40%鹽酸排出，部分則夾帶于氣流中，進入串聯(lián)的酸霧過濾器中，由硅油玻璃棉捕集器分離，然后混合氣經石墨冷卻器，由流量計控制進入串聯(lián)的第一組轉化器，在列管中填裝吸附于活性炭上的升汞催化劑，在催化劑的作用下使乙炔和氯化氫合成轉化為氯乙烯，第一組出口氣中尚有20～30%未轉化的乙炔，再進入第二級轉化器繼續(xù)轉化，使出口處未轉化的乙炔控制在3%以下，第二組轉化器填裝活性較高的新催化劑，第一組則填裝活性較低的，即由第二組轉化器更換下來的舊催化劑即可。合成反應放出的熱量通過離心泵送來的95～100℃左右的循環(huán)水移去。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，接著粗氯乙烯進入水洗泡沫塔回收過量的氯化氫。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。 主要工藝參數(shù)本設計工藝參數(shù)如表3所示表3 本設計工藝參數(shù)設備名稱指標名稱單位指標壓力atm﹤混合器乙炔流量：氯化氫流量1: 混合氣溫度℃25石墨冷卻器進料溫度℃25出料溫度℃13鹽水進口溫度℃35鹽水出口溫度℃20多筒過濾器混合氣含水%﹤石墨預熱器進料溫度℃13出料溫度℃75循環(huán)水進口溫度℃110循環(huán)水出口溫度℃95轉化器反應溫度（新觸媒）℃≤150反應溫度（舊觸媒）℃≤180卸大蓋溫度循環(huán)水進口溫度循環(huán)水出口溫度放酸轉化率℃≤60℃℃次/小時%951101≥95 主要原料和產物的物化性質⑴ 乙炔：分子式：C2H2 分子量：26性質：在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的醚味，工業(yè)用乙炔因含有氯化氫、磷化氫等雜質而具有特殊的刺激性臭氣。乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。壓力對乙炔有特殊的意義。壓力增加時，乙炔氣體分子間相密聚，因此，一旦某處乙炔分解，就能迅速擴展到全部氣體中。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kPa()以上溫度超過773～823K時，使會全部分解，發(fā)生爆炸。當溫度低于723K(并有接觸物質存在時，可能發(fā)生爆炸。乙炔可以發(fā)生加成反應，聚合反應。乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。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。所以，工業(yè)上乙炔發(fā)生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞及管件。規(guī)格[2]：純度：≥%不含硫、磷、砷等雜質。⑵ 氯化氫：分子式：HCl 分子量：性質：是一種無色有刺激性的氣體，遇到濕空氣則呈白色煙霧，鼓可做煙霧劑。，低溫低壓下可以成為液體，熔點為114℃，℃。易溶于水，標準狀況下。在潮濕狀態(tài)下，容易與多種金屬作用生成該金屬的氯化物。屬強酸，可使蛋白質凝固造成凝固性壞死，嚴重時可引起受損器官穿孔，斑痕形成，狹窄及畸形。規(guī)格[2]：純度≥93%水分≤%⑶ 氯乙烯：分子式：CH2＝CHCl 分子量：性質：沸點：℃ 熔點：℃蒸汽相對密度：(空氣為1) 液體相對密度：（20℃)爆炸極限：～%(體積)氯乙烯在常溫常壓下為易燃、無色的氣體，具有類似醚一般氣味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。規(guī)格[3]：主要質量要求(均為重量百分數(shù))氯乙烯 ≥ % 乙炔 ≤ 乙烯 ≤ 2ppm 氯甲烷 ≤ 50ppm丁二烯 ≤ 6ppm 鐵 ≤ ppmHCl ≤ 水 ≤ 80ppm重組分≤ 50ppm2 工藝計算 物料衡算假設各化工單元操作連續(xù)進行，采用倒推法，根據(jù)轉化率或損失率計算出原料投料，然后再按照操作順序對各單元操作進行物料衡算。 計算依據(jù)：⑴ 計算標準生產能力：年產5萬噸的聚氯乙烯年工作日：以300天計算日產量：5104103/300=105 kg小時產量：105/24= kg ∵聚合物一般進行到轉化率為85%～90%[2]，再加上在洗滌樹脂、包裝工段的損失，這里取轉化率為85%。x85% kgx=∴ kg⑵ 化學反應式主反應：副反應：⑶ 倒推法計算精餾：（氯乙烯的收率：%）轉化器：（乙炔轉化率：95%）∴進氣中CH≡（） 計算：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算依據(jù)：CH≡CH和HCl的摩爾比為：1：～[1]。本設計選?。簄 CH≡CH：nHCl=1:ⅰ 進料氣組成表4 進料氣組成進料氣組分含量/%乙炔氣CH≡CHH2O氯化氫HClH2OO2∴進料氣需乙炔氣： 進料氣需氯化氫：∴CH≡CH：（） HCl：=（）O2：%=（）H2O：%+%=（）ⅱ 出料：依據(jù)：水分以酸霧的形式進入下一層，有微量水分以濃鹽酸形式流出，這里計算時忽略流出的濃鹽酸的量[3]。CH≡CH： kmol（）HCl：= kmol（）O2：%= kmol（）H2O：%+%= kmol（）ⅲ 混合器物料衡算表表5 混合器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CH≡CHCH≡CHHClHClO2O2H2OH2OΣΣ⑵ 石墨冷卻器CH≡CHHClO2H2O石墨冷卻器混合氣鹽酸圖5 石墨冷卻器物料衡算方框圖根據(jù)：在石墨冷卻器中，用35℃鹽水（尾氣冷凝器下水）間接冷卻，混合氣中水分一部分則以40%鹽酸的形式排出，部分則夾帶與氣流中。[10]設混合器中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%。ⅰ 進料：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料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CH≡CHCH≡CHHClHClO2O2H2OH2O鹽酸ΣΣ⑶ 多筒過濾器根據(jù)在多筒過濾器中，采用3～5%憎水性有機硅樹脂的5～10um細玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。[3]設：鹽酸為38%，除水量為80%進料：CH≡CH： kgHCl： kgH2O： kg O2： kg出料：CH≡CH： kgO2： kgH2O： （180%）= kg∵∴HCl：鹽酸：多筒過濾器物料衡算表表7 多筒過濾器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CH≡CHCH≡CHHClHClO2O2H2OH2O鹽酸ΣΣ⑷ 石墨預熱器表8 石墨預熱器物料衡算表出料/出料質量/kgW/%CH≡CHHClO2H2OΣ⑸ 轉化器CH≡CHHClO2H2O轉化器CH2=CHClHClCH≡CHO2H2O圖6轉化器物料衡算方框圖根據(jù)轉化率為95%。[3]進料：CH≡CH： HCl： H2O： O2： 出料：CH2=CHCl：kgCH≡CH：kgHCl：kgO2： H2O：轉化器物料衡算表表9 轉化器物料衡算表進料質量/kgW/%出料質量/kgW/%CH≡CHCH2=CHClHClCH≡CH O2HClH2OO2H2O ΣΣ⑹ 除汞器∵進料同出料∴表10 除汞器物料衡算表出料/出料質量/kgW/%CH2=CHClCH≡CH HClO2H2O Σ⑺ 石墨冷卻器Ⅱ∵進料同出料∴表11 石墨冷卻器Ⅱ物料衡算表出料/出料質量/kgW/%CH2=CHClCH≡CH HClO2H2O Σ⑻ 水洗泡沫塔：根據(jù)：水洗泡沫塔回收過量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸可得20%的鹽酸。[1] 設回收鹽酸的回收率為98%進料：CH2=CHCl： kgCH≡CH： kgHCl： kgO2： kgH2O：+ 2568（水洗用水）= kg出料： CH2=CHCl： kgCH≡CH： kgHCl：回收的鹽酸：H2O：水洗泡沫塔物料衡算表表12 水洗泡沫塔物料衡算表進料質量/kg