【導(dǎo)讀】氯乙烯又名乙烯基氯是一種應(yīng)用于高分子化工的重要的單體，可由乙烯或乙炔制得。為無色、易液化氣體，沸點(diǎn)℃，臨界溫度142℃，臨界。氯乙烯是有毒物質(zhì)。它與空氣形成爆炸混合物，爆炸極限4％～22％。在世界上氯乙烯與乙烯和氫氧化鈉等是并列的最重要的化工產(chǎn)品之一。低廉的價(jià)格和非常突出的均衡性能而成為十分理想的材料。國外只有少數(shù)公司使用。簡(jiǎn)單，投資低，小規(guī)模經(jīng)營的特點(diǎn)。由于我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長，對(duì)乙烯的需求量很大，對(duì)原料的需求也逐漸增加。因此氯乙烯的發(fā)展前景非常良好。本文對(duì)年產(chǎn)VC精制工段進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單介紹了VC合成工段的生。產(chǎn)方法、原理、工藝流程，對(duì)主要設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行了計(jì)算及設(shè)計(jì)。了合理的生產(chǎn)方案及工藝流程。同時(shí)以設(shè)計(jì)任務(wù)以及計(jì)算機(jī)為輔助,對(duì)氯乙烯精制工。段中的低沸塔進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算。尺寸型號(hào)的確定及對(duì)設(shè)備材質(zhì)的選擇等工作，并繪制了相應(yīng)的工藝流程圖和設(shè)備圖。

　　

【正文】 物料衡算與熱量衡算 21 計(jì)算框圖如圖 23如示 : 圖 23 逐板計(jì)算框圖 計(jì)算結(jié)果： θ = minR = ⑵、回流比的確定 回流比為冷凝液指中返回塔頂部分和產(chǎn)品部分的比率，回流比對(duì)精餾操作有很大的影響，因而精餾過程中要有一個(gè)適宜的回流比。 當(dāng) R=Rmin，塔板數(shù) R→∞ ,N→ Nmin。由此可知，實(shí)際的回流比應(yīng)在 Rmin 與 R∞之間選擇。從經(jīng)濟(jì)核算角度來選定最優(yōu)回流比時(shí)，從精餾操作設(shè)備費(fèi)用兩方面 來考慮。當(dāng) R= Rmin 時(shí)，達(dá)到分離要求所需要的理論塔板 N為無窮大，相應(yīng)的設(shè)備費(fèi)用為無窮開始 輸入初值 iiij YZ ,1q ?? ?， 1)( 1 ???? ?? qZF Ni i ii ???? 2139。 )()( ??????? ??? ?? i iiNi iii ZZF ))((b ??FsA 11m in ??? ??Ni i iiYR ??? 輸出 minR )( )(39。 ???? FF?? 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 22 大，當(dāng) R稍增大， N從無窮大急劇減小， R 增大，精餾段上升的蒸汽量隨之增大，使冷凝器、再沸塔負(fù)荷隨之增加，當(dāng)這些費(fèi)用超過塔板減少的費(fèi)用時(shí)設(shè)備費(fèi)用將隨 R增加而增加，因此，隨著 R從 Rmin 起逐漸增大，設(shè)備費(fèi)用先是減小，經(jīng)一最小值后開始增大。在設(shè)計(jì)時(shí)難以完整，準(zhǔn)確的得知某一確定值。因此，實(shí)際的操作回流比 R一般取 Rmin 的 ～ 2 倍，在這里取 2倍。 所以 R=2 = 熱量衡算 熱量衡算的目的是 為了確定冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷及熱水和冷卻水的用量，衡算范圍如圖 24中虛線所示： 圖 24 衡算范圍圖 以精餾塔為系統(tǒng)作熱量衡算： 0?????? WBRVF 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 23 或 WVBRF ????? 其中再沸器加入的熱量 Q Br ?? （ 1）、進(jìn)料帶入的熱量 FQ ?? )***( FiFiF CTxFQ F=進(jìn)料溫度 : FT = 表 物料組成及比熱表 組分 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 Fix FiC ( )/( KmolJ ? ) —— —— 131 FQ = ( ＋ ＋ ＋ )= （ 2）、回流帶入的熱量 RQ ? ???? )x( DiDiRR CTDRQ D=TR= R= 表 塔頂組成及比熱表 組分 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 Dix ))/((i KmolJC D ? —— —— RQ = =（ 3） 、塔頂氣流帶出的熱量 VQ ? ?????? ])[()1()1( i iDvVV xTCHRDHRDQ . )1()1(rorcV TTRTH ????? ? 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 24 ∴ ])1()1(*[** rrcV TTTH ????? ? KT TCHHD DDVV ? ??? D= 表 塔頂帶出熱量計(jì)算表 QV= (+1) ( + +)= （ 4）、塔底產(chǎn)品帶出的熱量 WQ ?? )x( iWiWW CWTQ W=表 塔底組分及比熱表 組分 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 ix ))/(( KmolJCWi ? —— 133 Qw= ( + 104+ 103+)= （ 5）、再沸器熱負(fù)荷 Qr=QBQ=QV+QWQFQR= 組分 )(KTc rT ? ix )/( molJHV? ))/(( KmolJCD ? )/( molJHV 氮?dú)? 0 +03 乙炔 +04 氯乙烯 +04 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 25 +=232400kj/h 熱水用量：取進(jìn)口溫度為 90℃ 出口溫度為 75℃ qWr=Qr/Cr(t 進(jìn) t 出 )=232400/(9075)=（ 6）、冷凝器熱負(fù)荷（全凝器） ? ???? )()1(* iVC xHRDQ =(+1)(+)= 冷卻水的用量：取進(jìn)口溫度為 10℃ 出口溫度為 20℃ qWC=QC/CC(t 出 t 進(jìn) )=(2010)= 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 3章 塔的工藝計(jì)算及校核 26 第 3 章 塔的工藝計(jì)算及校核 塔的選擇 在較大塔徑（ 1m以上）的塔設(shè)備中，板式塔是化工和煉油生產(chǎn)中廣泛采用的傳質(zhì)設(shè)備，因?yàn)樵诎迨剿校瑲馀菖c液體接觸較為充分，傳質(zhì)比較好，板式塔的單位容積的生產(chǎn)強(qiáng)度比填料塔大得多。 板式塔分為多種形式，如：泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等，其中泡罩塔是化工生產(chǎn)上應(yīng)用最早的一種板式塔；篩板塔是最早用于生產(chǎn)的一種塔設(shè)備；而浮閥塔是近年來新發(fā)展的一種新型塔設(shè)備，它綜合泡罩塔和篩板塔的特點(diǎn)，將固定在塔板上的泡罩變成可隨氣速變化而上下浮動(dòng)的閥門 。 浮閥塔的優(yōu)點(diǎn) 【 13】 是： （ 1）生產(chǎn)能力大，比泡罩塔高 20— 40％，與篩板塔相近。 （ 2）操作彈性大，在較寬的氣速范圍內(nèi)板效率變化小。 （ 3）由于氣液接觸良好，蒸汽以水平方向吹進(jìn)，霧沫夾帶量小，故板效率比泡罩塔高 15％。 （ 4）塔板上設(shè)有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的障礙物，因而液體流動(dòng)阻力小，液面梯度小，蒸汽分布均勻，此外塔板壓降比泡罩塔小。 （ 5）塔板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)用約為泡罩塔的 60— 80％，為篩板塔的 120— 130％ . （ 6）國內(nèi)外使用結(jié)果表明，對(duì)于粘度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。 浮閥塔的工藝計(jì)算 逐板計(jì)算 嚴(yán)格的多元精餾應(yīng)該采用逐板計(jì)算法，逐板計(jì)算法不僅可以求得理論板數(shù) TN 和加料板位置 FN ，同時(shí)還可以清楚各層板間的組成變化情況，以及塔內(nèi)的溫度分布情況。但在算之前，要先確定最小回流比、回流比、確定回流量，塔內(nèi)氣液量。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 3章 塔的工藝計(jì)算及校核 27 Rmin= 回流比 R= 逐板計(jì)算理論板數(shù) 逐板計(jì)算的原則是在給定的條件下，對(duì)每一板同時(shí)進(jìn)行物料衡算，相平衡的計(jì)算及熱量衡算， 相當(dāng)復(fù)雜，故一般需要依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。塔頂、塔底組分相對(duì)揮發(fā)度分別見表 、表 ，其平均相對(duì)揮發(fā)度見表 。 表 塔頂組分的相對(duì)揮發(fā)度 塔頂 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 1 表 塔底組分的相對(duì)揮發(fā)度 塔底 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 1 平均相對(duì)揮發(fā)度為塔頂與塔底相對(duì)揮發(fā)度的算術(shù)平均值： 表 平均相對(duì)揮發(fā)度 平均 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 1 計(jì)算結(jié)果： 理論塔板數(shù)： 3 精餾段： 1 提留段： 2 進(jìn)料板為：第 2塊 全塔總板效率： ?lo ??TE 表 溫度 T= 時(shí)各組分的粘度 粘度 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 i?)(cp?i?i?沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 3章 塔的工藝計(jì)算及校核 28 px iFi ** **** ??? ????? ? ?? ET=()= 一般情況下，計(jì)算板效率比實(shí)際板效率高。所以， E= 實(shí)際精餾段塔板數(shù)： 1/=2 取 2塊 實(shí)際提餾段塔板數(shù)： 2/=4 取 4塊 , ∴塔實(shí)際塔板數(shù)為 6塊 第 3 塊為進(jìn)料板 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 3章 塔的工藝計(jì)算及校核 29 塔徑的計(jì)算與選擇 【 15】 精餾段 KTTT DF 2 ????? 物性數(shù)據(jù)表如表 ： 表 各組分物性參數(shù)表 組分 )/( 3mg? )/( molgM )/( cm達(dá)因? 氮?dú)? 28 0 乙炔 26 氯乙烯 乙醛 44. 二氯乙烷 99 水 18 表 塔頂、進(jìn)料及其平均組成表 組分 氮?dú)? 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 Dx Fx ix 由于氮?dú)夂鸵胰苍谒x操作狀態(tài)下無液態(tài)形式，所以計(jì)算液相平均密度時(shí)將其忽略 液相密度：????Ni iiL x1 ?? *+*+*+* = 3/mkg 平均分子量： ????Ni ii xMM 1 *+44*+99*+18*=平均壓力： KP aat mPPP FD ???? 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 3章 塔的工藝計(jì)算及校核 30 平均溫度： KTTT FD 2 ??? 氣相密度： 3/* * mkgTRMPV ???? ( )=氣相流率： Vs=(R+1)D M /(3600* v? )=(+1)**(3600*) =液相流率： Ls smMDRLL/*3600 ***3600 31 ????? ? (3600)=3/s 全塔氣速： m a x*)( uu 安全系數(shù)? VVLCu ? ?? ??m ax )20( mCC ?? 式中 20C 可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，橫坐標(biāo)數(shù)值為 ))((VLVL ?? 取塔板間距 mHT ? ，取板上液層高度 mhL ? ， 則 mhH LL ???? 0. 5( )( ) 0. 0679LVLV rr = 查得 20 = 非水有機(jī)化合混合物張力快速估算法：ini im x??? 1?? =0*+*+*+* +*+* = 達(dá)因 /cm ∴ 0 .2 0 .220 1 1 .7 2( ) 0 .0 8 5 * ( ) 0 .0 7 6 42 0 2 0mCC s= = = Umax=C(VVL??? ? )1/2= (14 .25 714 .25 770 43 )1/2= 安全系數(shù)取 u= umax= =∴ 塔徑： D= ?uVs?4(4 )1/2/( )1/2= 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 3章 塔的工藝計(jì)算及校核 31 按標(biāo)準(zhǔn)圓整為： D= 提餾段 各組分物性參數(shù)如表 所示 表 各組分物性參數(shù)表 組分 )/( 3mg? )/( molgM )/( cm達(dá)因? 氮?dú)? 28. 0 乙炔 26 氯乙烯 乙醛 44 二氯乙烷 99 水 18 表 塔底、進(jìn)料組成表： 組分 N2 C2H2 VC C2H4O EDC H20 Xw 0 Xf Xi 由于在此狀態(tài)下氮?dú)庖胰矡o 液相形式，所以將其忽略 液相密度： ????Ni iiL x1 ?? *+*+* +* = 3/mkg 平均分子量： ????Ni ii xMM 1 *+*+*+* +*+* = kmolkg/ 平均壓力： KP aat mPPP FW 2 ???? 平均溫度： KTTT FW ??? 氣相密度 ： 3/* * mkgTR MPV ???? 氣相流率 ： Vs=(R+1)DM /(3600* v? )=(+1)**(3600*) 沈陽