【導(dǎo)讀】此設(shè)計有說明書一份、圖紙四張。說明書內(nèi)容：1．PVC和VC的發(fā)展及發(fā)展趨勢。2．合成工段的生產(chǎn)原理、3．物料衡算、熱量衡算。4．主要設(shè)備的設(shè)計和選型．5．主要管道的設(shè)。6．三廢處理安全與防火技術(shù)。圖紙：1．帶控制點的物料流程圖。2．車間平面布置圖。段進行了初步的設(shè)計。了大量資料和書籍，力求與實際符合。學(xué)的熱心幫助，在此表示衷心的感謝。和同學(xué)批評指正。

　　

【正文】 CH3CHCl2 30%鹽酸 40%鹽酸 （多筒） 40%鹽酸 （石墨） Σ 100 Σ 誤差分析：（ ） / 100%=%，在允許范圍，故可行。 聚合段的物料計算 聚合釜 設(shè)生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量： 30 萬噸；設(shè)一年開工 300 天，每天分三批生產(chǎn)， 聚合物一般進行到轉(zhuǎn)化率為 85%～ 90%[2]（本設(shè)計中取 88%） 圖 物料衡算方框圖 （ 1） 進料計算 氯乙烯 水 助劑 聚合釜 聚氯乙烯 氯乙烯 水 助劑 氯乙烯單體損失 22 聚合總共所需單體量： M0=300000t/88%=每批生產(chǎn)所需的單體量： M1= 103kg/(330 3)= 103kg 其中無離子水：氯乙烯單體＝ ： 1 （參照株化的生產(chǎn)資料的數(shù)據(jù)） 所以：無離子水的質(zhì)量 ： M2= 103 = 103kg 此外：助劑質(zhì)量：氯乙烯單體質(zhì)量＝ ： 100 （參照株化數(shù)據(jù)） 所以：助劑質(zhì)量： M3= 103kg 5 104= 進 料 的 總 質(zhì) 量 ： M= M1+ M2+ M3= 103kg+ 103kg+ = 103kg （ 2） 出料 的計算 產(chǎn)生的聚合物的質(zhì)量： M139。= M1 88%= 103kg 88%=103kg 未反應(yīng)的 氯乙稀單體損失約為 1%（由懸浮液 液相吸附，懸浮液故固相吸附，清釜用料） 所以：損失的單體質(zhì)量： M239。= M1 1%= 103kg 1%= 103kg 剩余的氯乙烯單體質(zhì)量： M339。= M1－ M139。－ M239。= 103kg 103kg= 103kg 其中無離子水和助劑的質(zhì)量沒有變化 出料的樹脂懸浮液質(zhì)量： M39。= M139。+ M339。+ M2+ M3＝ 103kg＋ 103kg＋ 103kg＋ ＝ 103kg 可得 M39。+ M239。= 103kg+ 103kg= 103kg=M （ 3） 聚合釜的 物料衡算表 表 聚合釜的 物料衡算表 進料 質(zhì)量 / kg 出料 質(zhì)量 /kg 氯乙烯 103 聚氯乙烯 103 水 103 氯乙烯 103 助劑 103 水 103 助劑 103 氯乙烯單體損失 103 Σ 103 Σ 103 出料槽 23 圖 出料槽 物料衡算方框圖 在此過程中進料為樹脂懸浮液，在此過程是除 去未反應(yīng)的 9%氯乙烯單體（以總量來計算）將起回收至單體氣柜中。 回收 的氯乙烯單體的質(zhì)量： M 除 = 103kg 9%= 103kg 剩余 聚氯乙稀單體質(zhì)量： M 留 ＝ 103kg－ 103kg＝ 103kg 出料為聚氯乙稀溶液，其質(zhì)量： M39。39。= M 留 +M2+ M3+ M139。= 103kg＋ 103kg＋ ＋ 103kg= 103kg 因為 M39。39。＋ M 除 ＝ 103kg＋ 103kg= 103kg=M’ 物料平衡 表 出料槽的 物料衡算表 進料 質(zhì)量 / kg 出料 質(zhì)量 /kg 氯乙烯 103 聚氯乙烯 103 水 103 氯乙烯 103 助劑 103 水 103 聚氯乙烯 103 助劑 103 氯乙烯回收 103 Σ 103 Σ 103 汽提塔 聚氯乙烯 氯乙烯 水 助劑 出料槽 聚氯乙烯 氯乙烯 水 助劑 氯乙烯回收 24 圖 物料衡算方框圖 此 過程中回收剩余的占總量的 2％的氯乙烯單體，出料為料漿。 除去的氯乙烯單體的質(zhì)量： M 除 39。= 103kg 2%= 103kg 料漿的質(zhì)量： M 料 ＝ M139。+ M2+ M3＝ 103＋ 103＋ ＝ 103kg 因為 M 除 39。＋ M 料 ＝ 103kg＋ 103kg＝ 103kg＝ M39。39。 所以物料平衡。 表 出料槽的 物料衡算表 進料 質(zhì)量 / kg 出料 質(zhì)量 /kg 氯乙烯 103 聚氯乙烯 103 水 103 氯乙烯回收 103 助劑 103 水 103 聚氯乙烯 103 助劑 103 Σ 103 Σ 103 離心機 聚氯乙烯 氯乙烯 水 助劑 氣提塔 聚氯乙烯 水 助劑 氯乙烯回收 25 圖 離心機 物料衡算方框圖 此過程主要是除去中間的 90％的無離子水和助 劑 除去的水的質(zhì)量： M 水 39。= 103kg 90％＝ 103kg 剩余的為聚氯乙稀溶液的質(zhì)量為 M 溶 ＝ M 料 － M 水 39。－ M3＝ 103kg － 103kg－ ＝ 103kg 表 聚合段主要物料衡算結(jié)果總表 （ 單 位 : kg/p） 氯乙烯單體 聚氯乙稀 無離子水 助 劑 注 釋 聚合釜進料 103 103 樹脂懸浮液 103 103 103 損失單體 103 出料槽出料 103 103 103 除去單體 103 汽提塔出料 103 103 除去單體 103 五、熱量衡算 在熱量衡算中 ，如果無軸功條件下，進入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實際中對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為： 54321 Q ???? 入方： 1Q ：物料帶入熱； 2Q ：加熱劑或冷卻劑帶入熱； 3Q ：過程熱效應(yīng)； 聚氯乙烯 水 助劑 離心機 聚氯乙烯 水 水 助劑 26 出方： 4Q ：物料帶出熱； 5Q ：熱損失。 設(shè) 5Q 是 2Q 的 5% “ ” 表示吸熱， “ ＋ ” 表示放熱。 設(shè)混合 物 平均熱容近似等于各組分熱容與質(zhì)量分數(shù)乘積之和。即 ?? iiwcC ，含量少的物質(zhì)對混合體系熱容地方影響可不計。 同種物質(zhì)的平均比熱容2121lnppppCCCCCp ?? 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 表 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 項目 溫度 /℃ 比熱 /kcal/（ kg ℃ ） 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 石墨冷卻器 已知表： 表 石墨冷卻器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH 20852 CH≡CH 20852 HCl HCl 27 O2 O2 H2O H2O 鹽酸 Σ Σ 進料溫度： 25℃ ，出料溫度： 13℃ 25℃ 為計算基準(zhǔn) C 乙炔 = kJ(kg ℃ )1 C 水蒸氣 = kJ(kg ℃ )1 C 氯化氫 = kJ(kg ℃ )1 C 氧氣 = kJ(kg ℃ )1 C 水（ l） = kJ(kg ℃ )1 C 水（冷凝熱） = kJ(kg ℃ )1 C40%鹽酸 =3214 kJ(kg ℃ )1 計算： 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%鹽酸時， HCl 的水溶液的生成熱： 3544kcalkmol 1= kJkmol 1。 [4] 則 HCl 溶于水放出的熱量為： ()/= 水液化放出的熱： Q= ()= ∴ Q3=+= ∴ Q4=Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水蒸氣 ＋ Q 鹽酸 = 20852 （ 1325 ）＋ （ 1325 ）＋ （ 1325）＋ （ 1325）＋ 3214 （ 1325） = = Q2: 5%Q2=Q5 ∵ Q1＋ Q2＋ Q3=Q4＋ Q5 ∴ 0＋ Q2＋ = ＋ 5%Q2 ∴ Q2= kJ Q5= kJ 表 石墨冷卻器熱量衡算表 項目 入方 /kJ 項目 出方 /kJ 28 CH≡CH 0 CH≡CH HCl 0 HCl O2 0 O2 H2O 0 H2O 冷凝熱 鹽酸 鹽水吸熱 損失 Σ Σ 石墨預(yù)熱器 已知表 表 石墨預(yù)熱器物料衡算表 進料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH 20852 CH≡CH 20852 HCl HCl O2 O2 H2O H2O Σ Σ 進料溫度： 13℃ ，出料溫度： 75℃ 以 13℃ 計算為基準(zhǔn) C 乙炔 = kJ(kg ℃ )1 C 水 (g)= kJ(kg ℃ )1 C 氯化氫 = kJ(kg ℃ )1 C 氧氣 = kJ(kg ℃ )1 計算： Q1：進料溫度 13℃ ，則 Q1=0 Q3=0 Q4 =Q 乙炔 ＋ Q 氯化氫 ＋ Q 氧氣 ＋ Q 水 (g) = 20852 （ 75 ＋ 13 ）＋ （ 75＋ 13）＋ （ 75＋ 13）＋ （ 75＋ 13） =＋ ＋ ＋ = Q2: 5%Q2=Q5 ∵ Q1＋ Q2＋ Q3=Q4＋ Q5 ∴ 0＋ Q2＋ 0=＋ 5%Q2 ∴ Q2=5988989kJ Q5= kJ 29 表 石墨預(yù)熱器熱量衡算表 項目 入方 /kJ 項目 出方 /kJ CH≡CH 0 CH≡CH HCl 0 HCl O2 0 O2 H2O 0 H2O 蒸汽加熱 損失 Σ Σ 轉(zhuǎn)化器 已知表 表 轉(zhuǎn)化器物料 表 進料 質(zhì)量 /kg 出料 質(zhì)量 /kg CH≡CH 20852 CH2=CHCl HCl CH≡CH O2 HCl H2O O2 H2O CH3CHCl2 Σ Σ 根據(jù)：此處熱損失率為： % 以 298k(25℃ )時 1h 為計算標(biāo)準(zhǔn)。 已知 :298k 標(biāo)準(zhǔn)生成熱如下 : △ HΘ f(CH2CHCl)=△ HΘ f(C2H2)=△ HΘ f(HCl)= kJ/mol △ HΘ f(CH3CHCl2)=反應(yīng)混合氣 進口溫度 75℃ ，出口 溫度 110℃ ， 反應(yīng)溫度 160℃ . 298k 的反應(yīng)熱效應(yīng) △ HΘ 主 =△ HΘ f(CH2CHCl) – [△ HΘ f(C2H2)+△ HΘ f(HCl)] =– () =– kJ/mol △ HΘ 副 =△ HΘ f(CH3CHCl2) – [△ HΘ f(C2H2)+2△ HΘ f(HCl)] =– – (– 2 ) =– kJ/mol 表 標(biāo)準(zhǔn)生成熱表 (單位 :摩爾定壓熱容 CP,M/J (mol k)1 30 物質(zhì)名稱 摩爾定壓熱容CP,M/J (mol k)1 物質(zhì)名稱 摩爾定壓熱容CP,M/J (mol k)1 25— 80℃ 25— 160℃ 25— 80℃ 25— 160℃ C2H2 H2 HCl CH2CHCl — H2O CH3CHCl2 — O2 放熱反應(yīng)衡算式 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5 298k 時 , 反應(yīng)生成 CH2CHCl 為 （ g/mol） = CH3CHCl2為 故 Q3=– ∑△ HΘ R =(+) ( %+ %) = (+) = =75997530KJ 加入的， C2H2為 20852kg/26（ g/mol） =802 kmol HCl為 （ g/mol） = kmol H2O為 （ g/mol） = O2為 （ g/mol） = kmol Q1=[C1CP,M(C2H2)+C2CP,M(HCl)+C3CP,M(H2O)+C4CP,M(O2)] (7525) =(802 + + + ) 50 =（ +++） 50 = 式中 , C1 CP,M(C2H2) —— 分別為純 C