【正文】 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。 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。 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。 （ 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。 （ 2）操作彈性大，在較寬的氣速范圍內(nèi)板效率變化小。 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 。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。 ???? 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。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。由此可知，實(shí)際的回流比應(yīng)在 Rmin 與 R∞之間選擇。此法提出一個(gè) Underwood 參數(shù) q 【 15】 qZNi iiFi ????? 11,??? 1m in1,i ????? RYNi iiD??? 式中： iFZ —— 進(jìn)料（包括氣、液兩相）中 i組分的濃度、摩爾分率 C—— 組分個(gè)數(shù) q —— Underwood 參數(shù) i? —— 塔頂流出物中 i組分的相對(duì)揮發(fā)度 因?yàn)槭桥?點(diǎn)進(jìn)料，所以 q=1 計(jì)算進(jìn)料溫度下的相對(duì)揮發(fā)度 式中： i,FZ － 進(jìn)料中 i組分的濃度、摩爾分率 N－組分個(gè)數(shù) ? － underwood 參數(shù) i? －塔頂餾出物中 i組分的相對(duì)揮發(fā)度 本設(shè)計(jì)為泡點(diǎn)液體進(jìn)料 q=1 其中氯乙烯為重關(guān)鍵組分即其相對(duì)揮發(fā)度為 1 算出 minR 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 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。 TF TFTT ?? 輸出結(jié)果 T 開始 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 20 操作壓力： DP == 計(jì)算框圖與泡點(diǎn)相同 計(jì)算結(jié)果： 塔頂溫度： DT = 回流比的計(jì)算 ⑴、最小回流比的確定 minR 當(dāng)塔的理論板數(shù)無限多時(shí)的回流比叫最小回流比，最小回流比的確定常用的方法是 Underwood 法，此公式推導(dǎo)時(shí)有兩點(diǎn)假設(shè)： 塔內(nèi)液相的摩爾流率均是恒定的。 計(jì)算露點(diǎn)時(shí)用函數(shù) F=∑ Y(I)/K(I)1,其一階導(dǎo)數(shù) F′ =∑2i()iiiByK C T+ 入讀 ,iiiiii EDCBAZP溫度初值 T 1)]**l og/(10[l n1x)( 211 i ???????? ?? ?? TETDTCTBAEXPPxKTF iiiiiNi iNi i ]210ln[10ln)]**l o g/(10[l n)( 22139。 對(duì)某組分 i， iK = 0iP /P 由安托因公式 【 13】 ： 20 **l o g/l o g TETDTCTBAP iiiiii ????? 得： )]**l og/(10[l n 20 TETDTCTBAE X PP iiiiii ????? PTETDTCTBAE X PK iiiiii /)]**l o g/(10[l n 2????? ? ? ???????? 1)]**l og/(10[l n1 2TETDTCTBAEXPPxxKF iiiiiiii ] 安托因常數(shù)見表 ： 表 安托因常數(shù)表 組分 A B C D E 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 計(jì)算框圖如圖 22： 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 19 圖 22 泡點(diǎn)計(jì)算框圖 計(jì)算結(jié)果： 塔釜溫度： WT = 操作壓力： WP ==773147 Pa 進(jìn)料溫度的計(jì)算 計(jì)算方法與泡點(diǎn)計(jì)算方法相同。其中，一階導(dǎo)數(shù)作為迭代過程的分母，即 T=TF/F′。計(jì)算過程中，物系為平衡物系，求解過程一般用牛頓迭代法，因而使用計(jì)算機(jī)比較方便。 泡點(diǎn)的計(jì)算 已知物系的液相組 成確定物系溫度的計(jì)算方法稱為泡點(diǎn)計(jì)算。 規(guī)定：塔頂溫度為露點(diǎn)溫度，塔底溫度為泡點(diǎn)溫度，進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)溫度。 表 低沸塔的進(jìn)料組成為： 序號(hào) 組分 摩爾分率 1 氮?dú)? 2 乙炔 3 氯乙烯 4 乙醛 5 二氯乙烷 6 水 并且測得低沸塔塔頂乙炔摩爾分率為 ，塔底氯乙烯摩爾分率為 計(jì)算方法 采用清晰分割方法建立數(shù)學(xué)模型： 11111111???????????????????LLiiHLiiLiiLiiLiiXXYYXWYDZFWDF 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 16 由數(shù)學(xué)模型可得：LHLLiYYXZFD ??????1)(1i 若 Li? ,則 。本文主要介紹氯乙烯精制工段的低沸塔的設(shè)計(jì)和計(jì)算，進(jìn)行簡單的物料衡算，對(duì)設(shè)備進(jìn)行選材和計(jì)算，并繪制出工藝流程圖和設(shè)備圖。 下乙炔生成呈樹脂狀的高聚物沉積在觸媒的表面，掩蓋了觸媒的活性表面，使 觸 媒失去活性。 高溫對(duì)觸媒的活性有很大影響，主要由于下列原因 ： 。 關(guān)于氯乙烯合成的反應(yīng)溫度，目前還未有一致的看法，國內(nèi)外各廠的操作控制實(shí)際差異也很大。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)物的含量較少。在實(shí)際生產(chǎn)中，比較恰當(dāng)?shù)囊胰部臻g流速為 30～ 60 米 ３ C２ H2／米 ３ 觸媒 當(dāng)空間流速增加時(shí)，氣體與觸媒的 接 觸時(shí)間減少，乙炔的轉(zhuǎn)化率隨之降低。 小時(shí)。隨著操作技術(shù)的熟練和儀表質(zhì)量的提高，氯化 氫過剩量正在逐步縮減。 含 乙炔對(duì)聚合的影響比 含 氯化氫壞得多?？刂坡然瘹渖赃^量的原因有三： ，避免乙炔過量造成觸媒中毒。如果氯化氫過量太多，也會(huì)使所生成的氯乙烯進(jìn)一步與過量的氯化氫加成 生成二 氯 乙烷等多氯化物。 e． 催化毒物的影響：在原料氣乙炔中，往往由于 清 凈不好，而 含 有少量的硫、磷 、 砷 的化合物。 d．含 氧的影響 ： 原料氣中如果 含 有氧氣，不僅影響生產(chǎn)的安全，而 且 ，當(dāng) 含 有少量氧氣的原料氣通過轉(zhuǎn)化器的觸媒層時(shí)，與 載 體活性 炭 反應(yīng)生成一氧化碳或二氧化碳，從而增加了合 成 氣中的 惰 性氣體量，也增加 了以后分離的 困 難和氯乙烯的排空損失。此外，游離氯的存在還造成副產(chǎn)多氯化物含量的增加，導(dǎo)致以后分離的困難，同時(shí)也影響氯乙烯的收率。這部 分 游離氯遇到乙炔以后，就會(huì)和乙炔激烈反應(yīng)生成氯乙炔。此外，在水的存在下，乙炔易與水起化學(xué)反應(yīng)而生成乙 醛 ，從而消耗原料，降低收率，還增加了氯乙烯分離的困難。原料氣含水，還造成 觸 媒粘結(jié)，使 觸 媒的活性下降，壽命 縮短 ，觸媒結(jié)塊堵塞設(shè)備的結(jié)果，還導(dǎo)致了系統(tǒng)阻力增加和氣體分配不均勻。含水過高則生成 鹽酸 ，腐蝕管道和設(shè)備。此外， 惰 性氣體多，還會(huì)增加了 后 部分離的困難，同時(shí)在 尾 氣中 也 以一定的比例帶走 氯 乙烯，增加了 尾 氣的排空損失。但即使如此，由于它會(huì)降低 反 應(yīng)物的濃度，不利于氯乙烯的轉(zhuǎn)化。在使用中，應(yīng)正確操作以延長其使用壽命。觸媒 的活性越高，則乙炔的轉(zhuǎn)化越好，副反應(yīng)少，產(chǎn)量高，消耗 定額低。決定生產(chǎn)條件最重要的因素 是：觸媒活性、 原料氣的純度、分子比、反應(yīng)溫度、空間速度等， 現(xiàn) 分述如下 ： 性 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 12 在氯乙烯合成 中 ，決定乙炔轉(zhuǎn)化率高低最重要的因素是觸媒的活性。 ℃。顆粒度： ?3 6～ 9 毫米；外觀：灰或純黑。 (3)觸媒： 活性炭含量： 90%左右；含水 %；氯化汞含量： 8%～ 15%。 生產(chǎn)條件的選擇 要求： (1)乙炔： 純度 %，不含硫、磷；用硝酸銀試紙檢查不變色，含水 %，含氧 %。通過許多塊塔板上氣液相間的熱量和質(zhì)量傳遞平衡過程，使上升的蒸汽到達(dá)塔頂部時(shí)，含有很濃的易揮發(fā)組分乙炔，而向下流的液體到達(dá)塔底時(shí)，則含有很濃的難揮發(fā)組分氯乙烯（幾乎不含乙炔），從而 實(shí)現(xiàn)完全分離。在連續(xù)精餾的每一塊塔板上，均發(fā)生部分汽化和部分冷凝，也就是傳熱和傳質(zhì)過程，塔頂部的蒸汽所含易揮發(fā)的組分（低沸物）較多，溫度也較低；塔頂部的液體所含難揮發(fā)組分（高沸物）較多，溫度也較高一些。也就是具有不同蒸汽壓和不同沸點(diǎn)，借恒壓下降低溫度和升高溫度時(shí)，各物質(zhì)在氣相里的組成和液相里組成之差異，來獲得分離的。 ⑷ .鹽酸脫吸的原理 利用鹽酸非常容易揮發(fā)的這一特性，將鹽酸利用水蒸氣的熱量在一定的溫度和壓力下，將酸中的氯化氫解析出來，將濃鹽酸變成稀鹽酸，得到高純度的氯化氫供 VCM合成用，稀酸再返回 VCM 合成脫酸系統(tǒng)制成濃酸后，循環(huán)使用。但是如果溶液中的氫氧化鈉已經(jīng)全部生成碳酸鈉，這時(shí)，碳酸鈉雖然還有吸收 CO2的能力，但反應(yīng)進(jìn)行的相當(dāng)緩慢，反應(yīng)為： NaCO3+H2O+CO2→ 2NaHCO3 由于溶液中沒有氫氧化鈉，生成的碳酸鈉就不再消失，因碳酸氫鈉在水中的溶解度很小，易沉淀下來堵塞管道、設(shè)備，使生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。而堿洗卻不同，用堿液吸收氯化氫、二氧化碳的過程，則起了化學(xué)反映，所用堿液為 12～ 15%左右的 NaOH 溶液。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 10 利用降膜吸收器形成的液沒，強(qiáng)化了氯化氫與