【正文】 mmd 40001 ????? ??? 查表 42得鋼板的負(fù)偏差 C1為 ，所以 實(shí) 際所需厚度 ???? ，圓整成鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度，所以應(yīng)取 mm18?? 的 16MnR容器鋼。 查得 VCM在常溫時(shí) 的密度為 3/910 mkg ，所以聚合釜的有效體積為： 333 mVg ????? 由于 VCM聚合過程中體積會(huì)減小，為了提高設(shè)備 利用率，取聚合釜的裝料系為?? ， 則所需聚合釜的容積為： mVgV ???? ? 。 （ 4） 水油比 氯乙烯聚合過程的水油比在 2﹕ 1到 ﹕ 1之間變動(dòng)，生產(chǎn)不同類型的聚氯乙烯的水油比是不一樣的，本設(shè)計(jì)中的水油比設(shè)定為 ﹕ 1。 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 13 4 氯乙烯聚合釜 工藝 設(shè)計(jì) 參數(shù)確 定 （ 1） 生產(chǎn)聚氯乙烯對(duì) VCM純度 的要求較高， 其純度大都大于 %，尤其對(duì)鐵含量的控制十分嚴(yán)格， 具體規(guī)格如 表 41所示 ： 表 41 氯乙烯雜質(zhì)含量 成分 含量 成分 含量 氯乙烯 %以上 炔烴、乙醛等 30— 50ppm 總量 懸浮物 無 酸度 HCl 5ppm 顏色 無色 水 最大 10ppm 透明度 透明 氯甲烷 5ppm 丙二烯 最大 5ppm 1， 2— 二氯乙烷 最大 10ppm 鐵 最大 1， 3— 丁二烯 小于 5ppm （ 2）溫度 聚氯乙烯生產(chǎn)過程中聚合溫度取決于產(chǎn)品的規(guī)格，生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品所需的溫度是不通的，本設(shè)計(jì)以生產(chǎn)軟質(zhì)聚氯乙烯為基礎(chǔ)，聚合溫度控制在 50℃ ，溫度波動(dòng)不超過1℃ ，本設(shè)計(jì)溫度取 60℃ 。二氯乙烷由第一組輻射管入口進(jìn)入裂解爐，從一組輻射管出來后進(jìn)入第二組輻射管，反應(yīng)完成后由第二組的出料管出料去熱能回收系統(tǒng)。改進(jìn)后對(duì)流段的空間增大一倍，盤管之間的間距也隨之增大， 強(qiáng)化了對(duì)流傳熱，另外，由于二氯乙烷在對(duì)流升高的溫度不是很大，因此將蒸汽發(fā)生盤管設(shè)置在二氯乙烷預(yù)熱盤管的下面可以產(chǎn)生更多的蒸汽，最大限度回收余熱。 對(duì)流段設(shè)計(jì) 對(duì)流段的設(shè)計(jì)在 SRTⅠ 門式裂解爐的基礎(chǔ)上做了兩處改進(jìn) 如圖 31所示。 所以由裂解管向 EDC蒸汽的傳熱系數(shù)為： 2222 11SRK?????? （ ） 式中： ? 為對(duì)流段爐管厚度，由于裂解爐屬于中低壓操作，故選用一般中低壓用無縫鋼管， ?? mm型號(hào)，所以 ? 值為 ； ? 為管壁的熱導(dǎo)率， ?? ?? KmW ； 2SR 為污垢熱阻，取 1232 ??? ???? KmWR S ； 2? 為給熱系數(shù) 查得 EDC蒸汽的密度為 ，由進(jìn)料量和管徑可求得 EDC蒸汽的流速為 ，分析同 對(duì)流段， 即 1 2 3 2 1 3 ?? ???? ?? ?du 即 10000Re? ，所以采用給熱系數(shù)的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式 nNu PrRe0 2 ? （ ） 所以 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 11 22 PrRe02 d?? ? KmW ??????? ? 所以 KmWRKS???????????232222337 111??? 設(shè)對(duì)流段管所需的傳熱面 積為 A， 根據(jù) tKAQ ?? 可得： 210224 5 31 0 03 3 73 6 0 0108 6 mtK QA ?????? 所需管長 mdAl 1 00 9 5 3222 ???? ? 。 因?yàn)???lNu? ，定型尺寸 l 規(guī)定為管內(nèi)徑 d， 所以有 Pr)(0 2 ???? dud ?，其中 ，KmW ??? ? 為 EDC的熱導(dǎo)率， EDC裂解的 為 ，即 d?? ? KmW ??????? 7 69 所以 馮松：年產(chǎn) 8 萬噸氯乙烯、聚氯乙烯合成裝置工藝設(shè)計(jì) 10 KmWRKS???????????231111520 111??? 設(shè)對(duì)流段管所需的傳熱面積為 A， 根據(jù) tKAQ ?? 可得： 291121 2 03 6 0 0mtK QA ?????? 所需管長 mdAl ???? ? 。 由管壁向 EDC的總傳熱系數(shù) K為： 1111 11SRK?????? （ ） 式中： ? 為對(duì)流段爐管厚度，由于裂解爐屬于中低壓操作， 故選用一般中低壓用無縫鋼管， 589?? mm型號(hào)，所以 ? 值為 5mm； ? 為管壁的熱導(dǎo)率， ?? ?? KmW ； 1SR 為污垢熱阻，取 1231 ??? ???? KmWR S ； ? 為給熱系數(shù) 。 2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 9 裂解爐爐管 工藝計(jì)算 對(duì)流段爐管 計(jì)算 EDC從預(yù)熱器出來后溫度為 156℃ ，然后進(jìn)入裂解爐對(duì)流段，出對(duì)流段時(shí)溫度上升至195℃ 。 （ 4）汽化后的 EDC進(jìn)入裂解爐裂解 ， 裂解率為 55%， 未裂解的 EDC氣體溫度由 266℃ 上升至 480℃ ， 所需熱量為 : )TT()33(R 45g4 ?????? ECWWQ 裂裂 （ ） 式中 : CEg為 EDC氣體在 266℃ 時(shí)的比熱容 ， J/(mol使 195℃ 、 MPa 的 EDC全部汽化 ， 并且溫度達(dá)到 266℃ ， 這部分物料所需熱量 Q3 為 : 13423 )( EE HWTTCWQ ?????? （ ） 式中 : HE1為 EDC 在 266℃ 、 MPa 下的汽化熱 ， 14680J/mol。 所以： )/()40156()991000000(33 91 hJQ ???????? 。 2T 為預(yù)熱后的溫度 ， 156℃ 。 1EC 為 EDC 在 MPa 下的比熱容 ， (mol ClCH2CH2Cl ?? ??高溫 CH2=CHCl+HCl A B C 反應(yīng)速率為： RTEaekk /0 ?? （ ） 動(dòng)力學(xué)參數(shù)： 70 ??k ?Ea 其副反應(yīng)有： ClCH2CH2Cl ? ?? H2+2HCl+2C CH2=CHCl ? ?? C2H2+HCl CH2=CHCl+HCl ? ?? CH3CHCl2 其中，生產(chǎn)的氯乙烯會(huì)生成少量的聚合物。裂解流程簡圖如 圖 21所示 ： 二氯乙烷預(yù)熱器蒸發(fā)罐蒸發(fā)器過熱器裂解爐裂解盤管蒸汽發(fā)生管燃料氣 去急冷塔熱能回收 圖 21 裂解流程簡圖 對(duì)于氯乙烯 聚合工藝，經(jīng)過對(duì)各種工藝的比較和研究，認(rèn)為采用聚合釜懸浮聚合工藝較好：（ 1） 懸浮聚合 的溫度易控制， 良好的混合可產(chǎn)生較低的、更易于控制的反應(yīng)速率，從而消除過熱點(diǎn)， 產(chǎn)品質(zhì)量好；（ 2） 由于聚合釜的攪拌，物料的充分混合可促進(jìn)傳熱， 且在攪拌系統(tǒng)中可容納很大的傳熱面積。此項(xiàng)設(shè)計(jì)也可以應(yīng)用于不少發(fā)展 中的 聚氯乙烯新企業(yè)，為他們提供一定的技術(shù)支持及參考。本設(shè)計(jì)的目的就 是要設(shè)計(jì)節(jié)能高效 的二氯乙烷裂解爐和聚氯乙烯聚合釜。 本設(shè)計(jì)的目的及意義 聚氯乙烯生產(chǎn)中，首先要合成氯乙烯單體，而在目前生產(chǎn)氯乙烯的主要方法 — 乙烯氧氯化法中，二氯乙烷裂解是至關(guān)重要的一步， 裂解爐在生產(chǎn)工藝中是重要設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響著氯乙烯生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，且關(guān)系著生產(chǎn)原料的單耗、裝置的能耗等。用蒸汽作載體成功地涂上兩層不同種類的防粘釜?jiǎng)?第一種防粘劑是醛類化合 物和芳香類羥基化合物在亞硝酸鹽和還原性糖存在下進(jìn)行綜合反應(yīng)制得 ； 第二種防粘釜?jiǎng)┲兄辽?含有一種輔助抑垢物質(zhì)，選用水溶性聚合物、無機(jī)鹽類或酸。意大利塞斯公司 （ CIRS） 推出了一種新防粘涂布液 （ 牌號(hào) NOXOL WSW和 NOXOL ETH） ， 它由天然芳基酸如水果汁和甲殼素經(jīng)處理后縮聚而成 ， 溶劑是堿性水溶液 ， 對(duì)人體無害 ， 使用2020 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 5 這種防粘涂布液對(duì)聚合體系及樹脂質(zhì)量沒有不良影響 ， 生產(chǎn)的產(chǎn)品完全符合醫(yī)藥級(jí)和食品級(jí)聚氯乙烯樹脂的要求 ， 清釜周期達(dá)到 500釜以上。 VINNOLIT公司采用了防粘釜效果甚佳的防粘釜?jiǎng)?SERO8， 它是一種水溶液 ， 可直接噴涂到聚合釜內(nèi)壁及攪拌器表面 ， 連續(xù)運(yùn)行達(dá) 600次以上。也可將上述方法結(jié)合使用 ， 目前普遍采用的是噴涂防粘釜?jiǎng)? （ 4）解決 PVC聚合釜粘壁問題 目前也是聚氯乙烯工藝發(fā)展的重點(diǎn)。 VINNOLIT公司也開發(fā)出 115m3高效聚合釜 ， 并于 2020年正式投入運(yùn)行。德國 VESTOLIT公司開發(fā)的不銹鋼襯里釜最大為 200m3， 是目前世界上工業(yè)化的 最大聚合釜 ， 通過回流冷凝器撤熱 ， 換熱面積占總傳熱面積的 2/3該聚合釜已經(jīng)過長期工業(yè)運(yùn)行考察 ， 操作穩(wěn)定性好 ， 單釜年生產(chǎn)能力達(dá) 100kt左右。 （ 3）發(fā)達(dá)國家 PVC聚合設(shè)備都采用大型聚合釜 ， 一般工業(yè)化生產(chǎn)中使用的間歇懸浮聚合釜容積為 60～ 90m3。 采用氨水和碳酸氫銨混合溶液取代氫氧化鈉溶液作 pH值調(diào)節(jié)劑，提高了產(chǎn)品的白度，縮短了 PVC加工塑化時(shí)間；采用無毒溶劑和過碳酸類引發(fā)劑取代偶氮腈類引發(fā)劑 。目前，西歐EVC、 VINNOLIT和 VESTOLIT公司的 PVC生產(chǎn)裝置已采用高溫氯化工藝。高溫氯化工藝 （ 操作壓力 ～ ） ，反應(yīng)溫度 80～ 120℃ 利用乙烯直接氯化反應(yīng)熱操作分餾塔 ， 將 EDC提純 ， 產(chǎn)率和產(chǎn)品純度高達(dá) %， 可以直接進(jìn)入裂解爐生產(chǎn) VCM。氧氯化技術(shù)的工業(yè)化 ， 將乙烯直接氯化和氧氯化工藝相結(jié)合 ， 形成了新的平衡氧氯化工藝 ， 使乙烯法生產(chǎn)氯乙烯過程中產(chǎn)生的氯化氫循環(huán)利用。 （ 1）開發(fā)節(jié)能高效的新工藝一直是聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，這尤其體現(xiàn)在氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)上。另外，今后幾年，我國 PVC 裝置的新建或擴(kuò)建項(xiàng)目，大多數(shù)仍將采用電石法原料，因此，未來幾年電石法原料路線仍將是我國 PVC生產(chǎn)發(fā)展的主要來源。在 2020年的生產(chǎn)能力中，電石法生產(chǎn)能力約占 %；乙烯法生產(chǎn)能力約占 %；采用電石原料路線生產(chǎn)的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 %；采用乙烯法原料路線的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 %；采用進(jìn)口 VCM和 EDC原料路線的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 %。但在我國，由于乙烯法 PVC受原料乙烯、氯乙烯、二氯乙烷供應(yīng)緊張，氧氯化工藝裝置投資高等因素的影響，發(fā)展受到很大的制約。 PVC漿料汽提技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展也使 PVC漿料中 VCM含量有大幅度降低。 VCM回收壓縮單元改變了原來直接全部進(jìn)氣柜后再壓縮冷凝的過程。 使產(chǎn)品的環(huán)境安全性能更高；采用多元高效引發(fā)劑復(fù)合取代二元引發(fā)劑，提高了聚合引發(fā)速度和反應(yīng)放熱的均勻性，縮短了聚合時(shí)間；采用多元分散體系取代二元分 散體系，改善了產(chǎn)品的加工性能；采用反應(yīng)中補(bǔ)加水技術(shù)，有效地提高反應(yīng)換熱能力，縮短了聚合反應(yīng)時(shí)間：采用高溫?zé)崦擕}水技術(shù)和水乳性引發(fā)劑取代溶劑型引發(fā)劑，使聚合釜能在加料結(jié)束后直接達(dá)到反應(yīng)溫度，節(jié)約了聚合升溫時(shí)間，且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響：采用同時(shí)加料及釜外 VCM回收的方式， 減少了聚合輔助時(shí)間。在聚合釜中涂布防粘釜?jiǎng)?，生產(chǎn)的 PVC樹脂皮狀物少，雜質(zhì)少，白度高。 日本信越公司采用新的防粘釜?jiǎng)┻M(jìn)行 PVC懸浮聚合。目前世界最大的聚合釜已經(jīng)達(dá)到 200m3。乳液法是將氯乙烯、水、乳化劑、水溶性引發(fā)劑以及少量的種子膠乳、 pH值調(diào)節(jié)劑等加入聚合釜中，在攪拌和一定溫度條件下使氯乙烯進(jìn)行聚合，達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)化率后停，止聚合反應(yīng)，回收未反應(yīng)的單體 ，所得聚合物膠乳經(jīng)過干燥即得產(chǎn)品。 聚氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展 [3] PVC是由氯乙烯 （ VCM） 聚合而成的，其聚合方 法主要有懸浮法、乳液法、本體法和溶液法 4種，其中懸浮法 占 80%，本體 法 占 10%，乳液法及其他方法占 10%。液壓頭的急劇下降致使 EDC產(chǎn)品汽化并以蒸汽狀態(tài)被提取出。 德國維諾里特公司 （ Vinnolit）通過其工程合作伙伴烏德（ Uhde）公司對(duì)外公布了一種直接氯化法的 “ 沸騰床反應(yīng)器 ” （ UVBR）新工 藝。反應(yīng)溫度控制在 85～ 95℃ ，壓力為 115kPa。與傳統(tǒng)平衡氧氯化工藝相比， Paree工藝的優(yōu)勢在于 ： （ 1）收率較高；（ 2） 生產(chǎn)成本較低； （ 3） 對(duì)環(huán)境更加友好。 為了解決平衡氧氯化工藝副產(chǎn)的大量廢水和腐蝕問題，美國 Monsanto和 Kellogg公司合作開發(fā)了 Partec新工藝。 來自 VCM