【文章內容簡介】 才能得到較純凈 的精氯乙烯。低沸塔及配套設備有低沸塔塔體、塔底再沸器，塔頂冷凝器，低塔回流 罐 ，低塔回流泵組成，塔體內徑 ，高約 20m，塔板數(shù)32 塊，進料板為塔頂往下數(shù)第 3 塊板，進料板以上稱為精餾段，有 2 塊板，進料板以下稱為提餾段，有 29 塊板，每塊塔板上有降液管和徑向側導噴射塔盤（專利技術），塔底再沸器通過熱水加熱使釜液沸騰汽化，產(chǎn)生上升的蒸汽，進料液（粗氯乙烯）和回流液沿著塔板一塊一塊向下流動 ， 在塔板上氣相在液相中鼓泡分散，充分接觸，部分蒸汽冷凝，放出的熱量又使部分液體汽化，冷凝時乙炔（易揮發(fā)組分）冷凝少些，氯乙烯 和高沸物冷凝多些，相反汽化時乙炔（易揮發(fā)組分）氣化 多些，氯乙烯和高沸物 氣化 少些，每塊板都一樣，這樣蒸汽每經(jīng)過一塊板，乙炔含量就增大一次，到塔頂時就幾乎是純乙炔了，塔頂冷凝器也相 當 于一塊塔板，相當于用水使部分蒸汽間接冷凝而非 用 板上液層，向下流的液體每經(jīng)過一塊板，乙炔（易揮發(fā)組分）含量就減少一次，到塔底時就幾乎全是氯乙烯和高沸物了 ， 因此 低沸物 乙炔（包括 N2,H2）就被分離出去了。 二、 高沸塔的生產(chǎn)原理 低沸塔塔釜排出的粗氯乙烯還含有高沸物，還需用高沸塔把它們分離出 去 。這時氯乙烯又變成了易揮發(fā)組分了。高沸塔 及其配套設備與低沸塔一樣，塔體內徑 ，高約 25m，塔板數(shù) 44 塊，進料板為塔頂往下數(shù)第 30 塊板，進料板以上稱為精餾段，有 29 塊板，進料板以下稱為提留段，有 14 塊板，塔板結構和原理與低沸塔相似，只不過是從塔頂出來的幾乎是純氯乙烯（易揮發(fā)組分），除少量經(jīng)塔頂冷凝器冷凝回流外，大部分經(jīng)成品冷凝器冷凝， 再 經(jīng)固堿干燥塔除 去 水份后就得到精氯乙烯單體。而從塔底排出的則絕大部分是高沸物了。這樣就把高沸物分離除去了 。 精餾塔主要控制參數(shù)對產(chǎn)品質量的影響 一、 壓力：精餾塔的操作壓力是設計時選定的，應維持穩(wěn)定， 可通過調節(jié)尾氣流量來調節(jié)。 二、 溫度：我們前面已介紹過，精餾塔每塊 塔 板上都處于一個動態(tài)并由溫 度對應的汽液平衡狀態(tài)，也對應 著 一個動態(tài)的汽液平衡組成，因此塔頂和塔釜的溫度往往決定 著 塔頂產(chǎn)品和塔釜產(chǎn)品的質量。對于低沸塔，我們主要取塔底產(chǎn)品，若單體含乙炔高時，可提高塔頂和塔底溫度，提高上升蒸汽量，從而使對應的塔釜液中 C2H2 組成相應下降，改善塔底產(chǎn)品質量。對于高沸塔，我們主要取塔頂產(chǎn)品，若單體中含高沸物高時，可降低塔頂和塔底溫度，降低上升蒸汽量，從而使對應的塔頂蒸汽中高沸物組成相應下降，改善塔頂產(chǎn)品質量。溫度的 調節(jié)可控制塔頂、塔釜的冷、熱介質流量。 三、 回流比： 回流比不僅決定產(chǎn)品的產(chǎn)量也影響到產(chǎn)品的質量，雖然設計時已選定了，但也可小 幅度調整。如單體含 C2H2高時， 可 相應減少低沸塔回流比，提高上升蒸汽量，使塔釜中 C2H2 更多的蒸出，改善釜底產(chǎn)品質量。如單體中含高沸物高時，可加大高沸塔回流比，加大塔內下降液 體 流量，使上升蒸汽中高沸物多冷凝一些，防止帶到塔頂，減少塔頂蒸汽中高沸物含量，改善塔頂產(chǎn)品質量。 氯乙烯的性質 物理性質 氯乙烯在通常情況下為無色、易燃、有特殊香味的氣體，稍加壓力條件下，可 以很容易地轉變?yōu)橐后w。 氯乙烯稍溶于水，在 250 C 時 100g 水中可溶解 氯乙烯；水在氯乙烯內的溶解度，在 150 C 時， 100g 氯乙烯可溶解 水。氯乙烯可溶于烴類、丙酮、乙醇、含氯溶劑如二氯乙烷及多種有機溶劑內。 氯乙烯有較好的機械強度，優(yōu)異的電介性能，但對光和熱的穩(wěn)定性差，其化學式為 CHCLCH ?2 ,分子量為 ，熔點為 ，沸點 ，臨界壓力為，臨界溫度為 C，氣化熱為 330J/g，與空氣形成爆炸性混合物，其爆炸濃度范圍為 4%22%（體積比）。 氯乙烯蒸汽壓力和溫度的關系： 表 氯乙烯的蒸汽壓表 溫度 0 C 壓力 mmHg 溫度 0 C 壓力 mmHg 2258 3027 3789 4492 4500 5434 6676 7586 液體氯乙烯的密度與溫度的關系： 表 液體氯乙烯的密度 溫度 0 C 密度 g/ml 溫度 0 C 密度 g/ml 08955 潛熱即蒸發(fā)或冷凝 1g 氯乙烯所需的熱量，其與溫度關系如下： 表 氯乙烯的潛熱 溫度 0 C 潛熱 cal/g 溫度 0 C 潛熱 cal/g 20 20 溫度 0 C 潛熱 cal/g 溫度 0 C 潛熱 cal/g 10 30 0 40 10 50 氯乙烯在水中的溶解度如下： 表 常壓下氯乙烯在水中的溶解度 溫度 0 C 0 10 15 20 28 溶解度 體積 /體積水 化學性質 腐蝕性：干燥態(tài)氯乙烯不具腐蝕 性，但含水狀態(tài)下會腐蝕鐵及不銹鋼。 感光性：會進行迅速的光化學氧化作用與聚合反應。 危害性聚合：（ 1）于空氣中或遇熱、日光會會產(chǎn)生危害性聚合反應。（ 2）通常加酚為抑制劑以防止聚合。 反應性與不相容性：（ 1）與銅、鋁和催化性不純物等金屬、空氣、氧、陽光、點火源、氧化劑接觸起激烈聚合反應。（ 2）受熱及未添加或耗盡抑制劑的情形下會發(fā)生放射性聚合反應。（ 3）氯乙烯和大氣中的氧以及強氧化劑反應會發(fā)生過氧化物，并會起劇烈的聚合反應。 分解性：燃燒會發(fā)生 HCl,CO, 2CO 及高毒性 之光氣煙霧。 氯乙烯的兩個反應部分，氯原子和雙鍵，能進行的化學反應很多。但一般來講，連接在雙鍵上的氯原子不太活潑，所以有關雙鍵的反應則比有關氯原子的反應很多，現(xiàn)各舉一兩個例子如下： 有關氯原子的反應： 與丁二酸氫鉀反應生成丁二酸乙烯脂： 與苛性鈉共熱時，脫掉氯乙烯生成乙炔： 有關雙鍵的反應： 與氯乙烯加成生成二氯乙烷： 在紫外線照射下能與硫化氫加成生成 2氯乙硫醇： 氯乙烯通過聚合反應可生成聚氯乙烯。 氯乙烯是重要的有機化工產(chǎn)品，它的主要用途是生產(chǎn)聚聚氯乙烯。氯乙烯的兩個起反應部分，氯原子和雙鍵 ，能進行的化學反應很多。由于雙鍵的存在，因此氯乙烯能發(fā)生氧化、加成、裂解、取代、均聚、共聚等一些列化學反應。 第二章 主要設備工藝計算 物料恒算 精餾段的物料恒算 料液及塔頂 .塔底產(chǎn)品的乙炔摩爾分數(shù) . 26 26???FX 2626?????DX 00 0 48 99 9 2699 9 2699 9 ?????wX 平均摩爾質量 . )/g()0 5 8 ( 5 8 K m o lKM F ??????)/g(0 2 )9 9 9 ( 9 9 K m o lKM D ?????? )/g()0 0 0 4 8 ( 0 0 4 8 K m olKM F ?????? 總物料衡算： F`=D`+W`= )/g( 524330200 00 000 hK?? 易揮發(fā)組分物料衡算： `+`= = 聯(lián)立以上兩式得： D`= )/g( hK W`= )/g( hK D= )h/m ol( ` KMD D ?? h/molK W= )h/m ol( 9` KMW W ?? F= )h/m ol( 5` KMF F ?? 塔板數(shù)的確定 理論塔板數(shù)的確定 泡點進料： q=1 q 線方程為 : X=XF= 查《化學工程手冊》表 4 45 得相對揮發(fā)度 a=. 相平衡線方程為 xxy ?? 聯(lián)立 q 線方程與相平衡方程得： xd= yd= Rmin= ?????? dd dD xy yx R= 2Rmin= 2= 精餾段操作線方程為 ?????????? xxXRxR RyD L`=L+qL=RD+qF= +1 =(Kmol/h) V`=V(1q)F=(R+1)D= =(Kmol/h) 提餾方程為 `` ` ?????????wxWL WxWL Ly = y1=XD= 根據(jù)相平衡線方程 y= ? 求得 x1= 根據(jù)精餾段操作線方程 y2=+ 得 y2= 依次交替計算得： x2= y2= x3= y4= x4= y5= x5= 求得 x5〈 xF,則第 5 層塔板為進料板 ,精餾段所需理論塔板數(shù)為 51=4 塊 . 將 x5= 代入提留段操作線方程 y= 得 y6= 將 y6= 代入相平衡線方程 y= ?得 x6= 依次交替計算得： y7=00278 x7= y8= x8= 求得 x8〈 3 塊理論板 . 全塔總效率 ET. 根據(jù)公式 ET= 根據(jù)塔頂 .塔釜液相組成 .查《化學工程手冊》得乙炔 u1= 103mpa s 氯乙烯 u2= um= 103+() = s ET===66% 實際塔板數(shù) . 精餾塔 N 精 = )( 4 塊?? 提留段 N 提 = )( 3 塊?? 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算 精餾段： 1 操作壓力為 Pm 塔頂壓力： PD=4+5 =（ kpa） 若取每層塔板壓降 kpap ?? 則進料板壓 力 PF=PD+7 p? =+7 =(kpa) 精餾段平均操作壓力 Pm= )kpa(2 ???? FD PP 2 溫度 《化學工程手冊》計算出乙炔 .氯乙烯氣壓與沸點溫度的關系如下表 ： 表 氯乙烯氣壓與沸點溫度的關系 T/℃ kpa/)( 22。 HCAp kpa/)( 22。 HCAp 根據(jù)上表計算出乙炔氣、液組成與表 溫度對應的關系 .如下表 ： 表 乙炔氣、液組成與表 溫度對應的關系 T X Y 1 1 0 0 通過試差計算： P= )1(xxx ABAABBAA xpppp ???? 。 塔頂溫度 tD=℃ 進料板 tF=℃ tm,精 = ℃ ???? FD tt ⒊平均摩爾質量 M . 塔頂 xD=y1= x1= M = 26+() =(kg/kmol) )/()( k m olkgM LD ????? 進料板 ` ?Fy ` ?Fx VFM = 26+() =(kg/kmol) m ol )6 1 . 0 0 (k g / k6250 . 0 4 1 2 )1( ?????LFM 精餾段的平均摩爾質量： )/( . k m olkgMMM VFVDV ?????精 )/( . k m olkgMMM LFLDL ?????精 ⒋平均密度 ( m? ) ⑴ 液相密度 mL.? BLBALAmL ...1 ????? ?? ( 為質量分數(shù) ) 塔頂：. ??mL?得mL.1? =(kg/m3) 精餾段平均液相密度 )/( 3... mkgmLFmLmL ????? ??? 精 ⑵ 氣相密度 mv.? . )/()( 3, mkgRTMm ??? ??? 精精? ⑶ 液體表面張力 m? . )/()(. mmNDm ??????? )/()(. mmNDm ??????? )m/mN( , ???精m? ⑷ 液體黏度 . )(0 1 6 )0 4 1 ( 4 1 3. sm paPL ??????? ?? )()( 3. sm paDL ??????? ?? )( ... sm paDLFLmL ?????? ??? 精 精餾段氣液負荷計算 V=(R+1)D=(+1) =(kmol/h) Vs= .. ????精精 mvVMV ? (m3/s) L=RD= =(kmol/h) LS= .. ?? ??精精 mLVMV ?(m3/s) 塔和塔板 的主要工藝尺寸計算 （ 1）塔徑 表 板間距和塔徑的關系 塔徑 /m 板間距 /mm 200300 250350 300450 350600 400600 根據(jù)上表初選板間距 mHT ? ，取板上液層高度 mhl ? 得 )( mhH lT ???? ???????? ssVL2/1???????? vvlvPP = ?????? 2/1 ??????= 查 Smi