【導讀】目前國內(nèi)外主要有三種合成工藝，合成法工藝、鹽酸脫吸法工藝、副產(chǎn)鹽。的其他氣體基本不被吸收。原料氯氣和氫氣分別經(jīng)緩沖罐和阻火器進入合成爐底。出來的氣體經(jīng)冷卻管冷卻后從。頂部進入降膜吸收器，與來自稀酸儲罐的20%～22%的稀鹽酸溶液并流接觸吸收，濃鹽酸用泵打入解吸塔內(nèi)，再沸解吸后的氯化氫氣體經(jīng)水冷和鹽水冷卻器除水干燥后進入氯乙烯合成車間，減小合成PVC時的用量。

　　

【正文】 二類防雷建筑物，屋頂采用接閃器避雷和網(wǎng)格避雷，輔助接地與防雷接地相關（包括設備金屬外殼）等電位防靜電。 年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設計 13 余熱利用、通風 余熱利用 任務和范圍 合理利用合成氯化氫余熱 余熱利用方案及熱能綜合利用概況 合成氯化氫余熱用 85℃的熱水吸收，出口溫度為 95℃，這些熱水 一部分 可以供應生活區(qū)的熱水需要 ，一部分與另外的工藝水混合 85℃ 左右再用于合成爐的冷卻 。 通風 (1)車間有害物質(zhì)：氯化氫、氯氣 (2)與空氣混合發(fā)生爆炸的物 質(zhì) ： 氫氣、氯氣 (3)換風量的確定 生產(chǎn)崗位上換風為： 21600m3/h— 86400m3/h，換氣次數(shù)： 8 次 /h (4)在 生產(chǎn)車間 中采用排煙 通風 裝置 使空氣流通 供水、排水 氣象資料 年平均氣溫 ℃，最高 ℃，最低 ℃ 夏季平均最大相對溫度 ℃ 最熱月平均氣壓 ，最熱月平均風速 年平均降雨量 設計原則 按化工生產(chǎn)車間要求設計 水源及輸水管道 (1)水源：城市自來水 (2)輸水管道：地下部分采用給水鑄鐵管，地上采 用鍍鋅鋼管 西南石油大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 14 (3)給水設施采用自動補氣式 ZQS2 型全自動氣壓給水設備 消防給水管道設施及設計原則 (1)車間內(nèi)設置室內(nèi)消火栓 (2)單獨放置消防給水管道 循環(huán)冷卻水 工業(yè)上水石墨冷卻器，進水 27℃，出水 32℃，溫差 4℃ 鹽水石墨冷卻器，進口 15℃，出口 12℃，溫差 3℃ 排水 (1)排水系統(tǒng)室內(nèi)采用鑄鐵管，室外采用缸瓦管 (2)污水排入污水站處理后在排入生活污水管網(wǎng) 安全及消防 勞動安全 ① 氫氣有爆炸性 ，因此我們必須嚴格 的防止氫氣泄露， 如果 氫氣濃度達到爆炸極限 就有可能發(fā)生爆炸。 ② 在生產(chǎn)過程中，要預防氣體的泄露、液體的流失。在車間中，如果我們直接接觸原料和產(chǎn)品，我們的身體就會受到嚴重的傷害。 ③ 工作時要保證良好的通風狀態(tài)，毒氣濃度始終保持在 1ppm 以下。 ④ 嚴禁設備中的壓力超標，否則會引起爆炸。 ⑤ 禁止工作前或工作后喝水。 消防 氯化氫合成是一個可爆炸的過程，氫氣與氯氣和空氣混合都會發(fā)生爆炸，前面已述爆炸極限。鑒于此，所有 氫氣緩沖罐 、 氯氣緩沖罐 原料的容器均應好好保存，防止靜電接觸，同時 氯化氫合成車 間的每層都應具有防火控制和諸多滅火器。 年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設計 15 工業(yè)健康與勞動保護 (1)設備平臺、操作地板、梯子及各種機械設備都應有安全屏障。 (2)所有的電力設備都應有安全保護監(jiān)測，一流的防爆措施，輸送管線采用電氣儀表測量。 (3)高于 70℃的設備管線應采用木制設備來防止燙傷。 (4)車間中運輸物質(zhì)原則上使用管線運輸。 (5)為保證工人們有適當?shù)牟僮鳝h(huán)境，給車間供熱和通風，通風次數(shù)根據(jù)國家頒布的標準決定。 (6)工廠設有澡堂、廁所、女工保健室、更衣室以及休息室；緊急醫(yī)療箱，健康設施根據(jù)二級標準設計。 (7)配備工作服、帽子和手套，衣服上無釘狀物且工作時不允許攜帶火種 。 維修 維修人員 6 名，負責儀表、電器和建筑維修。 能源利用 合理地使用能量 車間應合理地選擇能量來使用。例如： 氯化氫合成余熱可以得到溫度很高的熱水，這可以提供生活區(qū)的熱水 。 采用新技術合理地使用能量 水溫 的高低 、水蒸氣再沸加熱 可采用自動控制儀表來合理地供應和使用能量，這樣能避免能量損失和人力浪費。 環(huán)境保護及綜合運用 本設計 22%的稀鹽酸 進行了循環(huán)利用； 氯化氫氣體回收利用 ；至于排放的廢水可經(jīng)過污水站處理后在排入生活污水管網(wǎng)。 西南石油大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 16 2 計算部分 概述 生產(chǎn)工藝 流程框圖 如圖 21 所示 H 2氫氣緩沖罐氯氣緩沖罐 合成爐冷卻水噴淋管 吸收塔濃酸槽解吸塔冷卻器酸霧分離器稀酸槽尾氣塔H C L 去氯乙烯Cl 2H C L泵塔頂塔底 圖 21 生產(chǎn)工藝流程框圖 原料氯氣和氫氣經(jīng)過合成爐底部燃燒后，合成氣從塔頂出來經(jīng)冷卻后進入降膜式吸收器被吸收后得到 31%～ 35%的濃鹽酸溶液，該溶液進入濃酸儲罐后用泵打入再沸解吸塔，解吸后得到的氯化氫氣體經(jīng)冷卻干燥后純度為 %去氯乙烯合成車間，恒沸酸去稀酸儲罐供吸收用。 生產(chǎn)能力及原料用量計算 生產(chǎn)能力 確定要計算年產(chǎn) 10 萬噸 PVC 的氯化氫用量，年產(chǎn)時間按 8000h 計算。 氯化氫用量計算 由資料可查 得 樹脂干燥后成品要求揮發(fā)份（包括水分）含量在 %%之間，這里取樹脂中含其他組分的量為 %（質(zhì)），則 10 萬噸 PVC 中雜質(zhì)的量： 10108%=105kg 那么純樹脂的量為 107kg。 在 VC 懸浮聚合成 PVC 時，轉化率一般為 80%90%。這里取 氯乙烯 (VC)的年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設計 17 轉化率為 85%（質(zhì)） ， 則 VC 的量為： (107)/=107kg 根據(jù)生產(chǎn)條件可得每小時所需的 氯乙烯的 量為： (107)/ (8000)=在合成 VC 中由于乙炔與氯化氫 是按 1:～ 1:，所以氯化氫是過量的 ，在計算所需氯化氫是應以乙炔為計算基準 .合成 VC 過程中，一般控制未轉化的乙炔量在 1%～ 3%(摩爾 )。 根據(jù)乙炔合成系統(tǒng)，其高沸物質(zhì)的含量一般在 %～ %，其他損失可以忽略。取乙炔的轉化率為 ， 選擇性為 ,則乙炔轉化為 VC 的乙炔的量為， 那么每小時合成 VC 是進料的乙炔量為： ()=采用鹽酸脫吸法生產(chǎn)的氯化氫純度很高，其純度可達 %， 可使乙炔：氯化氫 由 1:～ 1: 降到 1:～ 1:， 取比值為 ， 則每小時所需的氯化氫的量為： ()/= 合成爐的相關計算 原料氣的組成和用量 因合成氯化氫時氯氣與氫氣比為 1:～ 1:， 氫氣是過量的 ,這里取比值為。 原料氯氣與氫氣的組成如 表 31， 合成系統(tǒng)中記氯化氫損失為 1%，則原料氣用量： 氯氣： (2)=氫氣： 表 31 原料氣組成 物質(zhì) 氯氣（ V%） 氫氣（ V%） 純度 含氫 含氮氣 含二氧化碳 — 含水分 含氧氣 進料溫度 (℃ ) 25 25 進料壓力 (MPa) 西南石油大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 18 物料衡算 進合成爐的各物料的量 原料氫氣的量： 含氮氣： %=含水分 ： %=含氧氣： %=原料氯氣的量： 含氫氣： %=含氮氣 ： %=含氧氣： %=含水分： %=含 二氧化碳 ： =各物料總進料： 氫氣： ΣH2(mol)=+= ΣH2(m)= 2=氮氣： ΣN2(mol)=+= ΣN2(m)= 28=氧氣： ΣO2(mol)=+= ΣO2(m)= 32=CO2： ΣCO2(mol)= ΣO2(m)= 44=水： ΣH2O(mol)=+= ΣO2(m)= 18=氯氣： ΣCl2(mol)= ΣO2(m)= 71=總進料： 總進料 (mol)=++++ = 總進料 (m)=+++++ = 出合成爐的各物料的量 合成爐內(nèi)的兩個反應： H 2+ C l2 2 H C l 2H 2 + O 2 2H 2O 年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設計 19 ① 生成的氯化氫的量為： + Cl 2 2 H C l1 2 2 . 6 2 2H 2 1 2 2 . 6 2 2 2 * 1 2 2 . 6 2 2 摩爾量： 2= 質(zhì)量： =② 氧氣燃燒所消耗的氫氣及生成的水的量為： 2H2 + O2 2H2O 2* 2* 生成水的量為： 2=水的總 摩爾 量 ： +=水的總 質(zhì)量： 18=③ 剩余的氫氣的量為 ： 總氫氣量 生成氯化氫用的 氧氣燃燒所用的量 ==④ 二氧化碳、氮氣沒有參與反應量不變，所以 總出料 總出料 (mol)=+++++ =總出料 (m)=++++ =因 總進料量 (m)=總出料量 (m)，所以物料守衡 。 熱量衡算 合成爐內(nèi)兩個反應 反 的相關計算 ① 合成爐內(nèi)兩個反應 反應熱 的計算式 H2+Cl2 2HCl mo lKJH /?? 2H2+O2 2H2O mo lKJH / 4 1?? 合成反應放出的熱量計算式為： ]10)()([ 10 1 ?? ? dTCKHGQ TK K PmmHC lr ]10)()([ 20 239。 2 ??????? ? dTCKHGQ TK K PmmOHr 39。rr Q ??總 式中： Qr—— 合成氯化氫的反應熱、 KJ/h GHCl—— 反應生成氯化氫氣體氣摩爾流量、 kmol/h 西南石油大學 畢業(yè)設計 (論文 ) 20 T—— 合成爐燈頭溫度、 K ΔH0m1()—— 氯化氫合成反應的標準摩 爾反應熱焓、 KJ/h ΔCPm1—— 氯化氫合成反應的反應產(chǎn)物與原料的摩爾比熱容系數(shù)差值、J/ Q’r—— 氧氣燃燒的反應熱、 KJ/h G 水 — — 反應生成的水蒸汽的摩爾流量、 kmol/h ΔH0m2()—— 水蒸汽合成反應的標準摩爾反應熱焓、 KJ/mol ΔCPm2—— 水蒸汽合成反應的反應產(chǎn)物與原料的摩爾比熱容系數(shù)差值、J/ ② 合成爐內(nèi)兩個反應的 摩爾反應熱 恒壓比熱容的計算式為： CP=a+bT+cT2， 式中： a、 b、 c 為常數(shù)，由文獻 [3]查得各物質(zhì)的 a、 b、 c 見表 22。 表 22 各物質(zhì)恒壓比熱容常數(shù)表 物質(zhì)名稱 a b c 適用溫度 氫氣 ? 310? ? 510 2982500 氯氣 ? 310? ? 510 2983000 氯化氫 ? 310? ? 510 2982500 水 ? 310? ? 510 2982500 氧氣 ? 310? ? 510 2983000 因為 ΔCP 為 生成物 CP 與反應物 CP 之 差 ，所以兩個反應的 ΔCP 計算如下： 生成氯化氫反應： )()()(1222 ClPHPHC lPPm CCCC ???? 2 3 5 2() 27 .2 8 3. 26 10 0. 50 2 10PHCT??? ? ? ? ? 2 3 5 2() 3 6 .9 0 0 .2 5 1 0 ( 2 .8 2 ) 1 0P Cl ? ? ? ? ? ? 3 5 2() 26 .0 3 4. 06 10 1. 09 10P H Cl ??? ? ? ? ? 253253110)(10)()(?????????????????????????TTTTC Pm 所以摩爾反應熱： 322632533 110)]([10)(10)(?????????????????????????TTTdTTTdTCTKKTKK Pm 生成水的反應： )()()(22222 ClPHPOHPPm CCCC ???? 年產(chǎn) 10 萬噸 PVC— 氯化氫合成工藝設計 21 2 3 5 2() 3 0 .0 0 1 0 .7 1 1 0 0 .3 3 1 0P H OC T T??? ? ? ? ? 2 3 5 2() 29 .9 6 4. 18 10 1. 67 10POC T T??? ? ? ? ? 253253210)(10)()(?????????????????????????TTTTC Pm 所以摩爾反應熱： 352332533 210)]([10)(10)(?????????????????????????TTTdTTTdTCTKKTKK Pm 計算燈頭溫度及反應放出的熱量 合成爐內(nèi)放出總的熱量為兩反應放出的熱量之和 ： ）（）（）（總][][( 1 ) 5262263226339。???????????????????????????????????TTTTTTTTTQ rr 此時得到一個熱量與合成爐燈頭溫度的關系試，而燈頭溫度有下面 的關系式：