【正文】 墨換熱器相似，所不同的是吸收塔在上管板的管孔上設置有 吸收液的分配器 。 也就是說，借 支 耳立式安裝的濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 18 石墨換熱器，上管 板 和鋼 殼 是固定的，當操作溫度變化時，由于列管與外殼伸縮下一致，導致浮頭、底蓋，乃至與底蓋相連的管道都有觀察不到的伸縮 (或稱作浮動 )，這就是浮頭式石墨換熱器的重要性，所以，當與底蓋連接的管道直徑較大，彎頭直管段較 短難以自然熱補償 時，應根據(jù)伸縮情況加 設 管道熱補償器。列管外的殼體是 通 入冷卻水，所以可用普通低碳鋼制作，折流扳 選用硬聚氯乙烯樹料。 與氣體接觸部分均用石墨材料制造，這種石墨是浸漬 過 酚醛或 糠銅樹脂 的所 為 “ 不造性石墨 ” 。圖 53 給出了 上蓋 設置冷卻水箱 的浮頭列管式石墨換熱器，可 用 于合成爐經(jīng)空氣冷卻導管 后 的 高 溫氯化氫氣的冷卻，水箱的設置可以降低氣體進口部位特別是上管板的 溫度 ，不 致 經(jīng)受高溫而使管板與列管的膠接縫處因材料熱膨脹系數(shù)差異而 脹 裂損壞。由于爐身是透性石墨材料，爐壓一 般 是負壓操作。這種爐子是由爐底、爐蓋和爐身三部分組成的 圓 筒狀設備， 筒 體直徑常見在 400～ 600mm。 由于石墨具有耐腐蝕、耐高溫、傳熱效率 高 等優(yōu)點，石墨制合成爐的應用也越來越廣泛。由于強化傳熱過程，可使其生產(chǎn)能力提高 1／ 3 左右；在不降低爐溫條件下，可延長爐子的使用壽命 (至 3～ 5 年 )，充分利用氯化氫反應的余熱 (如用作采 暖 熱水 )。燒燈頭處有快開式點火手孔及觀察火焰的 視鏡 ，爐頂部設量防爆孔，防爆膜可采用石棉高壓紙板 材 料，由防 爆 孔法蘭 夾 套 (上設防雨 罩 )，為有利 散 熱，合成爐 一般 均 置 于露天操作．借下錐體上的四只文耳安裝于鋼架上。其爐體是由中間圓柱 筒 體和上下雙錐形頂?shù)?蓋 構成 ， 外壁均勻燒焊有 32 條散熱翅片，以 增加 空氣自然冷卻面積。 圖 51 給出了日產(chǎn) I00 噸鹽酸，設備容積 32m179。濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 16 第五章 主要設備 合成部分設備 合成爐是制造氯化氫氣 (或鹽酸 )的主要設備。盡管絕熱吸收影響吸收效果，但由于有機雜質(zhì)往往媳婦在石墨管壁上，使傳熱，傳質(zhì)效果大為下降。脫吸出來的氯化氫氣體經(jīng)工業(yè)水冷卻器冷卻至 510℃ ，并經(jīng)酸霧分離器捕集去除氣相中夾帶的酸霧后，送往氯乙烯合成，解吸塔底部出來的恒沸混合物（ 20%鹽酸）無法解吸，經(jīng)稀酸冷卻器冷卻至 40℃ 以下，流入稀酸貯槽用。在尾氣吸收塔中，未吸收的惰性氣體及有機雜質(zhì)則放空，濃酸貯槽中用濃酸泵抽送到解吸塔頂部，噴淋而下，與再沸器經(jīng)蒸汽的加熱成為沸騰的汽液混合物，由解吸塔底部進入自下而 上接觸，進行傳熱，傳質(zhì)。 副產(chǎn)鹽酸脫吸法 生產(chǎn)氯化氫 在諸多有機氯化物生產(chǎn)中，往往由副產(chǎn)氯化氫產(chǎn)生，但是這部分副產(chǎn)氯化氫的純度較低，含有的雜質(zhì)多，而采用鹽酸脫吸法生產(chǎn)氯化氫的工藝同樣可以適用副產(chǎn)鹽酸。其制酸流程中，經(jīng)尾氣塔的吸收液不用水，而是用吸收后的恒沸液。 從解吸塔底部出來的鹽酸接近于恒沸混合物（ 20%~21%），無法再進行解吸，經(jīng)稀酸冷卻器用工業(yè)水冷卻瘸子 40℃ 一下，流至稀鹽酸貯槽，作為合成氯化氫的吸收液。 解吸塔頂部出來的氯化氫氣體，經(jīng)石墨工業(yè)上水冷凝器冷卻后，再經(jīng)過石墨鹽水冷凝器用 15℃ 冷缺鹽水冷卻，將氣體冷卻至﹣ 5～﹣ 10℃ ，其中絕大部分的 水汽被冷凝，生成 40%左右的冷凝鹽酸流入濃鹽酸貯槽。隨著這種沸騰的氣液混合物從解吸塔底部往上升，與由上噴淋下來的濃鹽酸進行傳熱，傳質(zhì) ，利用水汽冷凝釋放的 冷凝熱，使鹽酸中氯化氫受熱脫吸出來，至解吸塔頂部時，氯化氫氣體已經(jīng)達到相當高的 純度。其塔底與再沸器相遇，在飛他殼程走定壓蒸汽加熱，因此再沸器出口的鹽酸溶液是呈沸騰狀的氣液混合物。尾氣吸收塔中未被吸收的極微量氣體，被 水流泵抽送，與二次水一起進入緩沖罐排出下水道。 鹽酸脫吸法生產(chǎn)氯化氫 經(jīng)氯化處理后的干燥氯氣進入緩沖器和阻火器后，再進入三合一鹽酸爐頂部的燃燒器。受壓后的氯化氯氣體和硫酸一起進入氣液分離器，硫酸從底部排出，經(jīng)過冷卻后又被納氏泵吸入循環(huán)使用。出合成爐時氣體溫度仍可達 400 一 500℃ ，經(jīng)鐵制 的 空氣冷卻導管冷卻后，氣相 溫度可降至 150℃ 以下，然后進入 圓塊 孔或石墨換熱器 )或列管式石墨冷卻器，用工業(yè)上水將氯化氫氣體冷卻到 40℃ 左右。石英的燃燒器傳熱較 慢 ， 套 管口積蓄 的熱量不易散失，能經(jīng) 常 保持引發(fā)溫度，以使合成反應持續(xù)進行，燃燒時火焰溫度可達 2020℃ 以上，并發(fā)出 青 白 色火焰 。由氯氣壓縮機 (離心式壓縮機或納氏泵 )送入氯氣緩沖 罐 (2)，經(jīng)濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 13 穩(wěn)壓 裝置 調(diào) 節(jié) ，以恒壓送入合成爐與燃燒器，其純度在 90％以上，氯內(nèi)含氫在％以下。 氫氣的純度在 98％以上，經(jīng)氣液分離器及阻火器進入合成爐 (5)燃燒器。 攪拌轉(zhuǎn)速 一般 控制在1— 。 （ 6） 攪拌 發(fā)生器使用攪拌的 目 的，是不斷更新電石和水的接觸面 以破壞反應過程中 生成的氫氧化鈣對 電石的包圍 ，從而提高水解速度。如果雜質(zhì) 含 量高，相應的 PH3 、 H2 S等雜質(zhì)濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 11 氣 多，乙炔氣量必然要降低。純度高，說明 電石碳 化鈣的含 量 高。 （ 5） 電石的純度 在生產(chǎn)中要求電石發(fā)氣 量 大于 179。 在此情況下 ， 由于 反應劇烈，有可能引起 局部 過熱 而發(fā)生 分解爆炸。其水解速度與電 石和水 接觸 面大 小有關， 即 與電石粒度 有關。 若液面太低，以致降到電石加料短管以下，乙炔就會從加料短管口短路 而排出，引起著火或爆炸。液面過高，會 使 反應區(qū) 上移堵塞加料管，甚至 會把 大量殘渣 漿 帶 到正水封，嚴重威脅著安全生產(chǎn)。一般控制波面高度為發(fā)生器高度曲 3／ 4。發(fā)生器壓力一般在 7～ 13kPa。另外，壓力增大，使乙炔在水中的 溶解 度增大，同時對設備的嚴密件要求也就更高，否則會產(chǎn)生跑漏現(xiàn)象，這時乙 炔 的收率及安全均受影響。 （ 2） 發(fā)生的壓力 壓力增大，使乙 炔 分子密集，增加分解爆炸的可能 性 。同時，溫度提高，乙炔在水中的溶解度減小，乙炔的收率會提高。溫度的波動對電石分解速度有影響 。少量的乙炔也可用干法凈化，采用重鉻酸鹽凈化劑、三氯化鐵凈化劑均可達到凈化要求 。但生產(chǎn)電石能耗太高，發(fā)展受到限制。 電石為固體物料，運輸方便，制得乙炔濃度很高，只需簡單精制即可使用。較多的為臥式螺旋推進型或立式塔板型。小型發(fā)生器多用濕式，用水量為化學計量值的若干倍（ 1kg 碳化鈣加水 8～ 20kg），排出稀石灰乳同時移出反應熱。由于反應放熱大，乙炔發(fā)生器結構的設計應能使反應熱迅速移出，并防止局部過熱與超溫超壓；電石分解應盡量完全，并避免乙炔在 150176。它是使電石與水在乙炔發(fā)生器中作用而制得乙炔： CaC2＋ 2H2O─→C 2H2＋ Ca(OH)2 1kg 電石（含碳化鈣 80％）可得乙炔約 310l（常溫、常壓）。一般，在乙炔的發(fā)生和使用管道中的乙炔的壓力均保持在 1 個大氣壓的表壓以下。在高壓下乙炔很不穩(wěn)定，火花、熱力、磨擦均能引起乙炔的爆炸性分解而產(chǎn)生氫和碳。與汞、銀、銅等化合生成爆炸性化合物。溶于酒精、丙酮、苯、乙醚等。比空氣輕，能與空氣形成爆炸性混合物，極易燃燒和爆炸。 乙炔在常溫常壓下為具有麻醉性的無色可燃氣體。 乙炔分子量 ，氣體比重 （ Kg/m3）， 火焰溫度 3150℃， 熱值 12800（千卡 /m3）在氧氣中燃燒速度 ， 純乙炔在空氣中燃燒 2100 度左右，在氧氣中燃燒可達 3600 度。工業(yè)品乙炔帶輕微大蒜臭。微溶于水，易溶于 乙醇 、苯、 丙酮 等 有機 溶劑。熔點（ ） ℃ ，沸點 84℃ ，相對密度 (82/4℃ )，折射率 ，折光率 （ 0℃ ），閃點（開杯） ℃ ，自燃點 305℃ 。 分子結構： C 原子以 sp雜化軌道成鍵、分子為直線形的非極性分子?；瘜W式 C2H2 純品乙炔為無色無氣味的氣體，自電石制取的乙炔含有磷化 氫 、砷化 氫 、硫化 氫 等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性蒜臭和毒性；常壓下不能液化，升華點為℃ ，在 105Pa 壓強下，熔點為 81℃ ；易燃易爆，空氣中爆炸極限很寬，為 ％～ 80％；難溶于水，易溶于 石油醚 、乙醇、苯等有機溶劑，在丙酮中溶解度極大，在 下， 1 體積丙酮可以溶解 300 體積乙炔，液態(tài)乙炔稍受震動就會爆炸，工業(yè)上在鋼筒內(nèi)盛滿丙酮浸透的多孔物質(zhì)，在 1～ 下將乙炔壓入丙酮，安全貯運。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 乙炔氣的制備 乙炔性質(zhì) 乙炔又稱 電石 氣。 反應基本原理 :乙炔和氯化氫在以氯化汞為活性組份，以活性碳為載體的催化劑上氣相反應生成氯乙烯。 乙烯氧氯化法的主要優(yōu)點是利用二氯乙烷熱裂解所產(chǎn)生的氯化氫作為氯化劑，從而使氯得到了完全利用。冷凝器中未被冷凝的部分二氯乙烷及未轉(zhuǎn)化的乙烯、惰性氣體等經(jīng)溶劑吸收等步驟回收其中二氯乙烷。這種反應器反應溫度均勻而易于控制，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，但反應器結構較復雜，催化劑磨損大。二氯乙烷的選擇性可達 98％以上 。反應器有固定床和流化床兩種形式，固定床常用列管式反應器，管內(nèi)填充顆粒狀催化劑，原料乙烯、氯化氫與空氣自上而下通過催化劑床層，管間用加壓熱水作熱載體，以移走反應熱，并副產(chǎn)壓力 1MPa 的蒸汽。O2→C lCH2CH2Cl+H2O 主要副反應為乙烯的深度氧化（生成一氧化碳、二氧化碳和水）和氯乙烯的氧氯化（生成乙烷的多種氯化物）。 ③ 氧氯化反應 以載在 γ －氧化鋁上的氯化銅為催化劑，以堿金屬或堿土金屬鹽為助催化劑。產(chǎn)物溫度冷卻到 50～ 150℃ 后，進入脫氯化氫塔。 ② 二氯乙烷熱裂解 生成氯乙烯的反應式為： ClCH2CH2Cl→CH 2＝ CHCl+HCl 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 6 反應是強烈的吸熱反應，在管式裂解爐中進行，反應溫度 500～ 550℃ ，壓力 ～；控制二氯乙烷單程轉(zhuǎn)化率為 50％～ 70％，以抑制副反應的進行。反應熱可通過冷卻水或產(chǎn)品二氯乙烷汽化來移出。分三步進行 (見 21圖 )：第一步乙烯氯化生成二 氯乙烷；第二步二氯乙烷熱裂解為氯乙烯及氯化氫；第三步乙烯、氯化氫和氧發(fā)生氧氯化反應生成二氯乙烷。 燃爆危險： 本品易燃，為致癌物。本品為致癌物，可致肝血管肉瘤。慢性中毒：表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合征、肝腫大、肝功能異常、消化功能障礙、雷諾氏現(xiàn)象及肢端溶骨癥。急性中毒：輕 度中毒時病人出現(xiàn)眩暈、胸悶、嗜睡、步態(tài)蹣跚等；嚴重中毒可發(fā)生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。但迄今為止，尚未見有大型生 產(chǎn)裝置建 成投產(chǎn)的報道。氧氯化以純氧為 原料，成本比較低，生產(chǎn)裝置產(chǎn)量的伸縮性也較大。美國的氯乙烯原料變換到 1969年基本完成，這幾年中氯乙烯的生產(chǎn)量幾乎增大了一倍，日本的原料變換開 始于 1965年， 1972年電石乙炔法基本停止生產(chǎn)。 第一套乙烯氧氯化裝置是 1964年美國肯塔基州建成的古得里奇工藝，由于此 工藝成本較低，生產(chǎn)能力強大，得以迅速推廣。在原料變換初期，曾出現(xiàn)了聯(lián)合法和烯炔法，聯(lián)合法 以 1, 2一二氯乙烷 (EDC)裂解制取氯乙烯并副產(chǎn)氯化氫，然后以氯化氫與電石 乙炔再合成氯乙烯， 兩種粗氯乙烯經(jīng)精制得出聚合用的單體，此法優(yōu)點在于能利 用己有的電石資源和乙炔及合成裝置，能夠迅速的提高生產(chǎn)能力，缺點則還需利 用大量高價電石， 因此不能持久。世 界聚氯乙烯生產(chǎn)能力整體增速是在減緩，其中歐洲、美洲、大洋洲增長轉(zhuǎn)為緩慢，相反發(fā)展中國家卻增長較快，尤其是近幾年，亞非地區(qū)表現(xiàn)明顯，預計到 2020年前后世界聚氯乙烯生產(chǎn)能力將增至 3500萬噸 /年。現(xiàn)在，美國生產(chǎn)能力最大，為 720萬噸 /年 (有生產(chǎn)能力企業(yè) 14家、工廠 27個 )。目前世界上聚氯乙烯生產(chǎn)能力年均增速為 %。早在 1835年，法國人 Regnauk就發(fā)現(xiàn)了氯乙烯，直到 19121913年，德國化學家 ，較大規(guī)模的乳液聚合則到 1935年才由 Bitterfeld實現(xiàn)。根據(jù)國家發(fā)展規(guī)劃，今后的聚氯乙烯制品將在農(nóng)業(yè)、建筑、包裝、汽車、機電等領域有較多的發(fā)展。 關鍵詞： 乙炔 氯化氫 氯乙烯 工藝流程 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 2 前言 聚氯乙烯是一種重要的熱塑性樹脂，它經(jīng)過成形加工、改性可以制成軟質(zhì)、硬質(zhì)、泡沫、纖維等塑料制品。 畢 業(yè) 設 計（論 文） (化工系 ) 題 目 電石乙炔法生產(chǎn)氯乙烯 專 業(yè) 班 級 姓 名