【正文】 轉(zhuǎn)化器 CH≡ CH HCl O2 H2O CH2=CHCl HCl CH≡ CH O2 H2O CH3CHCl2 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 22 進(jìn)料 組成為： CH2=CHCl： kg CH≡CH ： kg CH3CHCl2： kg HCl： kg O2： kg H2O： kg 出 料 組成為： CH2=CHCl： kg CH≡CH ： kg CH3CHCl2： kg HCl： 。 除汞器的物料衡算 由于轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)溫度為 100~180℃，所有會(huì)有部分氯化汞升華。 +247。 26 = kg CH≡CH ： （ 195%） = kg CH3CHCl2:： 95% %247。 石墨預(yù)熱器 的物料衡算 石 墨預(yù)熱器物料關(guān)系，見(jiàn)表 表 石墨預(yù)熱器物料衡算表 出料 /出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH HCl O2 H2O 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 21 Σ 轉(zhuǎn)化器的物料衡算 圖 轉(zhuǎn)化器物料衡算方框圖 根據(jù) 氯乙烯產(chǎn)率為 %，二氯乙烷產(chǎn)率 %，乙炔 轉(zhuǎn)化率為 95%。 圖 石墨冷卻器物料衡算方框圖 （ 1） 進(jìn)料： CH≡CH ： （ kg） O2： kmol（ kg） HCl： kmol（ kg） H2O： kmol（ kg） （ 2） 出料： CH≡CH ： （ kg） O2： kmol（ kg） H2O ：進(jìn)料量（ 1鹽酸帶出水比率） = （ 130%） = kmol= kg ∵ mHCl/ (mHCl+m 水 ) 100%=40% ∴ mHCl=HCl ： = ()= kg= kmol 鹽酸： （進(jìn)水量 出水量） +（進(jìn) HCl 量 出 HCl 量）＝ （ ） + ()= kg （ 3） 石墨冷卻器物料衡算 ，見(jiàn)表 表 石墨冷卻器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /（ kg） W/% 出料 質(zhì)量 /（ kg） W/% CH≡CH CH≡CH HCl HCl O2 O2 H2O H2O 鹽酸 Σ Σ CH≡ CH HCl O2 H2O 鹽 酸（ 40%） 混合氣 石 墨冷卻器 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 20 多筒過(guò)濾器 的物料衡算 據(jù)在多筒過(guò)濾器中，采用 3～ 5%憎水性有機(jī)硅樹(shù)脂的 5～ 10 um細(xì)玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來(lái)，以鹽酸的形式排出。 CH≡CH ： （ kg） O2： kmol（ kg） HCl： kmol（ kg） H2O： kmol（ kg） （ 3） 混合器物料衡算表 混合器物料衡算 結(jié)果如下表 表 混合器物料衡算表 進(jìn)料 質(zhì)量 /kg W/% 出料 質(zhì)量 /kg W/% CH≡CH CH≡CH HCl HCl O2 O2 H2O H2O Σ Σ 石墨冷卻器 的物料衡算 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 在 氣流中。 圖 混合器的物料衡算方框圖 計(jì)算依據(jù)： CH≡CH 和 HCl 的摩爾比為： 1： ～ 。 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 17 H 2 C C H C l C H 2 HCC l nn x 第三章 物料衡算 合成工段 物料衡算 是 假設(shè)各化工單元操作連續(xù)進(jìn)行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計(jì)算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)?各單元操作進(jìn)行物料衡算。為了增加移熱能力，大釜普遍采用了釜頂設(shè)計(jì)回流冷凝器、釜夾套采用大循環(huán)回流水量的方式來(lái)增加傳熱系數(shù)，以強(qiáng)化換熱效果。目前，世界最大的聚合釜是德國(guó)許爾斯公司使用的 200 m3 聚合釜。 對(duì)超低聚合度 PVC 的生產(chǎn)采用添加鏈轉(zhuǎn)移劑的方法，以降低反應(yīng)溫度和壓力，提高 品質(zhì)量；對(duì)于高聚合度和超高聚合度 PVC 的生產(chǎn)采用添加擴(kuò)鏈劑的方法來(lái)提高反應(yīng)溫度，以提高聚合釜的移熱能力和縮短反應(yīng)時(shí) 間；對(duì)于通用樹(shù)脂，在 PVC 生產(chǎn)中采用添加改性劑的方法來(lái)降低產(chǎn)品的“魚(yú)眼”數(shù)，提高產(chǎn)品白度，縮短產(chǎn)品塑化時(shí)間，改善加工質(zhì)量；添加納米無(wú)機(jī)材料或者優(yōu)化分散劑種類(lèi)和比例來(lái)提高 PVC 顆粒的表觀密度，提高后加工的速度；添加特殊助劑生產(chǎn)如抗靜電 PVC、阻燃 PVC、消光 PVC、耐放射線 PVC 等；與其他單體共聚生產(chǎn)耐熱 PVC、內(nèi)增塑 PVC 等。 (2) PVC 生產(chǎn) 工藝 聚合工段的工藝流程簡(jiǎn)述如圖 。要研究并生產(chǎn)出高質(zhì)量的 PVC 樹(shù)脂新品種，要考慮市場(chǎng)需求以及經(jīng)濟(jì)因素。消泡劑，在生產(chǎn)中的應(yīng)用分有機(jī)硅油類(lèi)、聚醚類(lèi)、聚醚類(lèi)改性硅油類(lèi)及復(fù)合類(lèi)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。一般選擇液體有機(jī)錫類(lèi)熱穩(wěn)定劑。 ⑧ 其它助劑：抗魚(yú)眼劑，主要是苯甲醚的叔丁基、烴基衍生物，使用抗魚(yú)眼劑對(duì)減少 PVC 魚(yú)眼有一定效果，但對(duì)于 聚合度為 800 以下的 PVC 生產(chǎn)效果很差，建議不使用，而加入十六醇效果較好。 ⑥ 鏈轉(zhuǎn)移劑：常用的鏈轉(zhuǎn)移劑為锍醇、如锍基乙醇，目的是控制聚氯乙烯樹(shù)脂平均分子量， ⑦ 防粘釜?jiǎng)簶?shù)脂粘結(jié)于反應(yīng)釜釜壁上形成釜垢是懸浮法生產(chǎn)必須要解決的問(wèn)題之一。s/cm。 ④ 去離子水：所用反應(yīng)介質(zhì)水，應(yīng)經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)脂或磺化煤進(jìn)行脫煤處理。從釜底加入引發(fā)劑比從釜頂加入對(duì)聚合影響要好一些，且不易堵塞加料入口管。輔助分散劑的作用是提高顆粒中的間隙，并使之均 勻以改進(jìn)聚氯乙烯樹(shù)脂吸收增塑劑的性能。 ② 分散劑：懸浮聚合生產(chǎn)的聚氯乙烯顆粒的大小與形態(tài)，主要取決于所用分散劑，可分為兩類(lèi)，即主分散劑與輔助分散劑。 (3)主要工藝參數(shù) 氯乙烯合成工段 設(shè)計(jì) 的主要 工藝參數(shù)如表 所示 . 表 本設(shè)計(jì)工藝參數(shù) 緩沖器 乙炔砂封 混合器 石墨冷卻器 多筒過(guò)濾器 石墨預(yù)熱器 轉(zhuǎn)化器 除汞器 水洗塔 堿洗塔 乙炔 氯化氫 精餾 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 14 設(shè)備名稱(chēng) 指標(biāo)名稱(chēng) 指標(biāo) 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(jìn)料溫度 /(℃ ) 25 出料溫度 /(℃ ) 13 鹽水進(jìn)口溫度 /(℃ ) 35 鹽水出口溫度 /(℃ ) 20 多筒過(guò)濾器 混合氣含水 /% ≤ 石墨預(yù)熱器 進(jìn)料溫度 /(℃ ) 13 出料溫度 /(℃ ) 85 循環(huán)水進(jìn)口溫度 /(℃ ) 110 循環(huán)水出口溫度 /(℃ ) 95 轉(zhuǎn)化器 反應(yīng)溫度（新觸媒） /(℃ ) ≤150 反應(yīng)溫度（舊觸媒） /(℃ ) ≤180 卸大蓋溫度 /(℃ ) 循環(huán)水進(jìn)口溫度 /(℃ ) 循環(huán)水出口溫度 /(℃ ) 放酸 /次 /小時(shí) 轉(zhuǎn)化率 /% ≤60 95 110 1 ≥95 (1)聚合工段所需原料主要包括以下幾種 ① 單體：根據(jù)生產(chǎn)方法的不同以及各樹(shù)脂生產(chǎn)工廠所使用的工藝的差別，對(duì)單體純度要求以及雜質(zhì)的含量也不同。但當(dāng)乙炔過(guò)量時(shí)，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(dāng)氯化氫過(guò)量太高，則不但增加 原料消耗定額，還會(huì)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(chǎn)物的機(jī)會(huì)。此時(shí)，既能保證乙炔有較高的轉(zhuǎn)化率，又能保證高沸點(diǎn)副產(chǎn)物含量減少。在實(shí)際生產(chǎn)中，比較恰當(dāng)?shù)囊胰部臻g流速為 25～ 40 m3 乙炔／ m3 催化劑 乙炔的空間流速對(duì)氯乙烯的產(chǎn)率有影響， 當(dāng)空間流速增加時(shí)，氣體與催化劑的接觸時(shí)間減少，乙炔的轉(zhuǎn)化率隨之降低。 ⅱ 空間流速 空間流速是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位體積催化劑的氣體量 (氣體量習(xí)慣以乙炔量來(lái)表示，其單位為 m3 乙炔／ m3催化劑 直接使電石消耗上升。 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn) 圖如圖 所示 圖 合成工段生產(chǎn)工藝流程 (2) 生產(chǎn)條件的選擇 ⅰ 反應(yīng)溫度 提高反應(yīng)溫度有利于加快氯乙烯合成反應(yīng)的速度，獲得較高的轉(zhuǎn)化率。 規(guī)格 （質(zhì)量按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)） 純度≥ 95% 含 2O ≤ % 水分含量≤ % 氯乙烯的合成 22HC 和 lHC 在 2lgCH 觸媒存在下，進(jìn)行氣相催化加成反應(yīng)生成 VC。 吸入后與粘膜和 呼吸道的水作用形成 HCL 和新生態(tài)氧，可使呼吸道病變還可以刺激迷失神經(jīng)引起發(fā)射性的心跳停止，屬高毒類(lèi)。有刺激性臭味，即使吸入少量氯氣也會(huì)使呼吸系統(tǒng)受到刺激。氯氣比重為空氣的 倍，在 0℃時(shí)每升為 克。 規(guī)格（質(zhì)量按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)） 含量≥ % 水中不溶物＜ % 鐵＜ % 砷＜ % 硫化氫沉淀物＜ % (4) 氯氣 物理化學(xué)性質(zhì)： 分子式： 2lC ，分子量 。 MCD為 29 mg/kg。 規(guī)格（質(zhì)量按指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn) GB209— 93） NaOH 含量≥ % NaCl 含量≤ % 32COaN 含量≤ % (3) 氯化汞觸媒 物理化學(xué)性質(zhì)： 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 12 分子式： HgCl? 分子量： 白 色易碎結(jié)晶體，比重 ?；钚蕴康倪@一特性使它具有優(yōu)異的吸附能力，被廣泛地應(yīng)用于氣體或液體中微量雜 質(zhì)的吸附分離過(guò)程，各種有毒、有害氣體的防毒面具以及催化劑的載體 活性炭質(zhì)量指標(biāo)要求按太原新華活性炭長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)格如下： 吸苯率 ≥ 30% 比表面積 700— 1000 m2/g 含炭量 ≥ 97% 碘吸附值 ≥ 600 mg/g 機(jī)械強(qiáng)度 ≤ 90% 苯酚吸附量 ≥ 35% 含水分 ≥ 1% 四氯化碳吸附率 ≥ 36% 顆粒直徑 3 mm，長(zhǎng) 46 mm 假比重 (2) 氫氧化鈉 物理化學(xué)性質(zhì)： 分子式 OHNa ，分子量為 液堿為無(wú)色或淡蘭色冶鐵，稀堿液對(duì)皮膚有滑膩感覺(jué)，濃堿有強(qiáng)烈燒傷作用。 參加反應(yīng)的產(chǎn)品純度規(guī)格如下： VC 單體純度 % 異丁烷 2 PPM 1,3丁二烯 10 PPM 氯甲烷 30 PPM 氧 1 PPM 水 6 PPM 3乙烯基乙烷 5 PPM 氯化氫 1 PPM 1， 2二氯乙烷 1 PPM 偏氯乙烯 2 PPM 1,1二氯乙烷 1 PPM 乙炔 2 PPM 丙烯 4 PPM 其它輔助原料 (1) 活性炭 用作催化劑載體的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并經(jīng) 750～ 950℃ 高溫水蒸氣活化，以氧化 (或稱(chēng) “ 燒掉 ”) 成型后炭粒內(nèi)部的揮發(fā)組分，使形成許多微細(xì)的“ 孔穴 ” 和 “ 通道 ” 。氯乙烯性質(zhì)活潑，它能起加成反應(yīng)，易起聚合反應(yīng)，能與丁二烯、乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯、丙烯酸脂等共聚。 表 氯乙烯的主要物理化學(xué)性質(zhì) 性質(zhì) 數(shù)值 性質(zhì) 數(shù)值 分子量 溶點(diǎn) ， ℃ 燃 點(diǎn) ， ℃ 472 沸 點(diǎn) ， ℃ 燃 燒熱 ， kJ/mol 聚合 熱 ， kJ/mol 氯乙烯在常溫常壓下為易燃、無(wú)色的氣體，具有類(lèi)似醚一般氣味， 其 屬 易燃易爆物 質(zhì) ，遇火焰即可燃 燒 爆炸，在空氣中爆炸范 圍為 4~22%，故在有氯乙烯存在的地方都要 嚴(yán)禁煙 火及撞 擊 火花的 產(chǎn) 生。 氯乙烯 (1) 分子式為： C3H3Cl。 反應(yīng)方程式： 222 )( OHCaCHCHOHC a C ???? (4)電石渣的后續(xù)處理 每生產(chǎn) 1噸 PVC樹(shù)脂就將產(chǎn)生約 2噸的電石干渣，所以電石渣的后續(xù)的處理已成為制約 PVC行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。中國(guó)曾提 出逐步淘汰電石法的比例，但 1999 年以來(lái)，石油價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，限制了以石油為原料的 PVC 的發(fā)展，為電石法的發(fā)展帶來(lái)了很好的發(fā)展。 (2)規(guī)格 純度 ≥ % S、 P含量用硝酸銀試紙檢驗(yàn)不變色，即： S＜ 50 mg/ m3 ,P＜ 20 mg/ m3 Cl?含量＜ 50 mg/ m3 (3)電石法 氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)分為乙炔路線與乙烯路線兩種方法。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在 147kPa()以上溫度超過(guò) 773～ 823K 時(shí)，使會(huì)全部分解，發(fā)生爆炸。壓力對(duì)乙炔有特殊的意義。 湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 10 乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。化學(xué)性質(zhì)很活潑，能起取代、加成、聚合和氧化反應(yīng)。有毒，但不甚劇烈，在空氣中允許濃度為 mg/L。 表 乙炔的物理化學(xué)性質(zhì) 性質(zhì) 數(shù)值 性質(zhì) 數(shù)值