【正文】 ................................................................................... 45 第九章 環(huán)境保護(hù) ...................................................... 47 廢水的治理 ............................................................................................................. 47 廢渣的治理 ............................................................................................................. 47 氯乙烯外逸 ............................................................................................................. 47 第十章 經(jīng)濟(jì)核算 ...................................................... 49 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析概述 ............................................................................................... 49 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ............................................................................................... 49 產(chǎn)品價(jià)格 ...................................................................................................... 49 投資估算 ............................................................................................................... 49 總投資費(fèi)用估算 .......................................................................................... 49 成本估算 ...................................................................................................... 50 收入、稅收和利潤(rùn) ...................................................................................... 50 第十一章 結(jié)論 ........................................................ 53 參 考 文 獻(xiàn) ……………………………………………………………………………… 54 致謝 ………………………………………………………………………………………… 55 附錄 ……………………………………………………………………………………… 56 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 前 言 圖 聚氯乙烯 分子結(jié)構(gòu) 圖 PVC 薄膜 polyvinylchloride，主要成份為聚氯乙烯 ， 色澤鮮艷、 耐腐蝕、牢固耐用，由于在制造過(guò)程中增加了增塑劑、抗老化劑等一些有毒輔助材料來(lái)增強(qiáng)其耐熱性，韌性，延展性等，故其產(chǎn)品一般不存放食品和藥品。它是當(dāng)今世界上深受喜愛(ài)、頗為流行并且也被廣泛應(yīng)用的一種合成材料。 PVC 正以 4%的增長(zhǎng)速度在全世界范圍內(nèi)得到生產(chǎn)和應(yīng)用。在可以生產(chǎn)三維表面膜的材料中， PVC是最適合的材料。它在室溫下是無(wú)色有毒的氣體，微溶于水，有 醚 樣的氣味 氯乙烯（簡(jiǎn)稱(chēng) VCM），是聚氯乙烯的中間體，也是生產(chǎn)聚氯乙烯的原料。 96%VCM 均用于生產(chǎn) PVC。在 20 世紀(jì) 50 年代前期是以乙炔電石法生產(chǎn)為主，而 50 年代后期則轉(zhuǎn)向了原料充足、成本低廉的乙烯氧化法；目前世界上 80%以上的 PVC 樹(shù)脂都是由此方法生產(chǎn)的。 本設(shè)計(jì)的目的是以乙炔和氯化氫為原料，初步 設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力為 20xx00 噸的聚氯乙烯 單體，氯乙烯 合成工序，其中包括：氯乙烯的生產(chǎn)方法和比較，乙炔法制取氯乙烯的工藝過(guò)程及原理，包括物料衡算和熱量衡算兩部份 。 本設(shè)計(jì)是參照株洲化工集團(tuán) PVC 廠生產(chǎn)為基礎(chǔ)，查閱化工設(shè)計(jì)手冊(cè)等設(shè)計(jì)資料做參考，按畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，附帶有三張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙，包括一張主要設(shè)備圖，一張物料流程圖，一張廠房平面布置圖。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 聚氯乙烯 、氯乙烯 概述 PVC 材料用途極廣， 具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蝕，絕緣等良好特點(diǎn)，主要用于制作：普瑞文 PVC 卡片； PVC 貼牌； PVC 鐵絲； PVC 簾； PVC 涂塑電焊網(wǎng)； PVC 發(fā)泡板、 PVC 吊頂、 PVC水管、 PVC踢腳線等以及穿線管、電纜絕緣、塑料門(mén)窗、塑料袋等方面。容易與乙烯，丙烯，醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯，丙烯酸酯等單體共聚 。 根據(jù)原料的不同 ,氯乙烯單體的生產(chǎn)方法主要分為乙烯法和乙炔法、聯(lián)合法、烯烴法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯化法五種。 聚氯 乙烯 、氯乙烯 發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 聚氯乙烯發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 PVC 在 19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)過(guò)兩次，一次是 Henri Victor Regnault 在 1835 年，另一次是 Eugen Baumann 在 1872 年發(fā)現(xiàn)的。 1912 年 ，德國(guó)人 Fritz Klatte 合成了 PVC，并在德國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利，但是在專(zhuān)利過(guò)期前沒(méi)有能夠開(kāi)發(fā) 出合適的產(chǎn)品。 20世紀(jì)初，俄國(guó)化學(xué)家 Ivan Ostromislensky 和德國(guó) GriesheimElektron 公司的化學(xué)家 Fritz Klatte 同時(shí)嘗試將 PVC 用于商業(yè)用途，但困難的是如何加工這種堅(jiān)硬的，有時(shí)脆性的的聚合物。 氯乙烯發(fā)現(xiàn)和發(fā)展 1835 年法國(guó)人 。初期，氯乙烯采用電石，乙炔與氯化氫催化加成的方法生產(chǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)乙炔法。 1940年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司開(kāi)發(fā)了二氯乙烷法。 1960 年，美國(guó)陶氏化學(xué)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 公司開(kāi)發(fā)了乙烯經(jīng)氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，開(kāi)發(fā)成以乙烯為原料生產(chǎn)氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速發(fā)展。 消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的趨勢(shì)。 （ 2）消費(fèi)行為呈現(xiàn)多樣化和層次化。 （ 3）某些產(chǎn)品將被同類(lèi)的替代品淘汰。 國(guó)際上 PVC 硬制品的平均消費(fèi)比例約占 PVC 總消費(fèi)量 60%以上，中國(guó)目前的硬制品消費(fèi)比例占大約是 30%，國(guó)家在今后的發(fā)展上支持管材和型材的發(fā)展，以便能代替鋼材和木材 。 市場(chǎng)潛力巨大，供給和需求都將不斷上升，短期內(nèi)仍將是供不應(yīng)求的局面，繼續(xù)處于高速增長(zhǎng)期。 氯乙烯生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景 根據(jù)歐洲氯代溶劑協(xié)會(huì) (ECSA)統(tǒng)計(jì) , 20xx 年歐洲全氯乙烯的銷(xiāo)售量約為 48000 噸 , 與 20xx 年相比下降了約 10％。 20xx 年西歐全氯乙烯的出口量達(dá)到 62356 噸。 預(yù)計(jì)全球全氯乙烯的需求量將下降3 ％。 中東、南美和中國(guó)在未來(lái) 58 年內(nèi)對(duì)全氯乙烯的需求仍將保持增長(zhǎng)的勢(shì)頭。 HFC134a 和 HFC125 對(duì)全氯乙烯的需求量也將不斷增加 , 預(yù)計(jì)用于生產(chǎn) HFC134a 的全氯乙烯需求量的年均增長(zhǎng)率將達(dá)到3％ 6％。 但需要指出的是它們的使用基數(shù)都比較低。 PVC 的生產(chǎn)主要有兩種制備工藝，一是電石 乙炔法 ，主要生產(chǎn)原料是電石、煤炭和原鹽；二是乙烯法，主要原料是石油。 值得注意的是，在電石法制備 PVC 中，原鹽電解后氯化氫用于生產(chǎn) PVC，剩余的鈉部分用于生產(chǎn)燒堿，所以，氯、堿實(shí)際上存在共生關(guān)系，氯堿平衡也是整個(gè)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中不得不考慮的重要因素。 管內(nèi)盛有用活性炭為載體的氯化汞（含量一般為載體質(zhì)量的 10％）催化劑。乙炔轉(zhuǎn)化率 99％ ,氯乙烯收率在 95％以上。 從乙炔法工藝原理可看出，其成本主要有電石費(fèi)用、氯化氫費(fèi)用、水電費(fèi)、加工助劑、管理費(fèi)用等幾大塊構(gòu)成。每噸氯乙烯消耗氯化氫氣體約為 750~850 kg。其它項(xiàng)如包裝費(fèi)、引發(fā)劑、水費(fèi)、管理費(fèi)等因生產(chǎn)廠家的不同也不盡相同。這種工藝正日趨成熟。反應(yīng)熱可通過(guò)冷卻水或產(chǎn)品二氯乙烷汽化來(lái)移出。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二步二氯乙烷熱裂解為氯乙烯及氯化氫 ClCH2CH2Cl─→CH 2＝ CHCl + HCl； 反應(yīng)是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，在管式裂解爐中進(jìn)行，反應(yīng)溫度 500～ 550℃, 壓力 ～；控制二氯乙烷單程轉(zhuǎn)化率約為 50％～ 70％ ,以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。 乙烯法每生產(chǎn) 1 噸 PVC 要消耗乙烯 噸，消耗氯氣 噸，兩者約占成本的 60%左右。雖然 乙烯法能耗較乙炔法低，但其設(shè)備投資卻十分巨大，因此設(shè)備折舊在成本中比重較大。但是此法具有投資低，設(shè)備簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品純度高 乙烯法具有生產(chǎn)成本低，純度高，性能可靠等乙炔法不可 比擬的優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)對(duì)比，加之其優(yōu)越的發(fā)展前景，結(jié)合在株洲化工集團(tuán)的實(shí)習(xí)和實(shí)踐，本設(shè)計(jì)選用電石乙炔法制取氯乙烯。 表 蒸汽壓與含水量 溫度 ℃ 20 17 14 10 5 0 5 10 水的蒸汽分壓（ mmHg） — 40%鹽酸蒸汽分壓（ mmHg） — 混合氣相當(dāng)于乙炔含水量 — 該分壓可按以下公式計(jì)算： LgP=AB/T 式中： P——mmHg（蒸氣分壓） A= B= T=273+t 冷凍溫度直接影響脫水效果，溫度越低水蒸氣分壓越低。故混合脫水溫度宜控制在 12～ 16℃. 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 從理論分析角度來(lái)看，起初混合氣體含水量在 ～ %，而脫水后實(shí)際含水量在 %左右，關(guān)鍵在于冷凍后脫去酸霧。難以用一般氣液相分離設(shè)備捕集。 氯乙烯的合成原理 氯乙烯是由乙炔與氯化氫在升氯化汞催化劑存在下的氣相加成的。 (1) 外擴(kuò)散 乙快、氯化氫向碳的外表面擴(kuò)散； (2) 內(nèi)擴(kuò)散 乙炔、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散； (3) 表面反應(yīng) 乙炔、氯化氫在升汞催化劑活化中心反應(yīng)發(fā)生加成反應(yīng)生成氯乙烯； (4) 內(nèi)擴(kuò)散 氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散； (5) 外擴(kuò)散 氯乙烯自碳外表面向氣流中擴(kuò)散。 (1) 純度 如果原料氣純度低，使二氧化碳、氫等惰性氣體量增多，不但會(huì)降低合成的轉(zhuǎn)化率，還特使精餾系統(tǒng)的冷凝器傳熱系數(shù)顯著下降，尾氣放空量增加，從而降低精餾總收率。 (2) 乙炔中磷、硫雜 質(zhì) 乙炔氣中的磷化氫、硫化氫等均能與合成汞催化劑發(fā)生不可逆的化學(xué)吸附，使催化劑中毒而縮短催化劑使用壽命。 HgCl2+H2S ??? HgS+2HCl 3HgCl2+PH3 ??? (HgCl)3P+3HCl 工業(yè)生產(chǎn)采用浸硝酸銀試紙?jiān)谝胰矘託庵胁蛔兩?，作為檢測(cè)磷、硫雜質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)。水分還易使催化劑結(jié)塊，降低催化活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，使乙炔流量增高產(chǎn)生困難。 一般，原料氣含水分 ≤% ，能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。作為生產(chǎn)安全措施，一般借游離氯自動(dòng)測(cè)定儀或在混合器出口安裝氣相溫度報(bào)警器，設(shè)定該溫度超過(guò) 56℃ 時(shí)即關(guān)閉原料乙炔氣總閥，作臨時(shí)緊急停車(chē)處理，待游離氯分析正常時(shí)再通入乙炔氣開(kāi)車(chē)。 (5) 含氧量 原料氣 (主要存在于氯化氫中 )中含量用較高時(shí)，將威脅安全生產(chǎn)、特別當(dāng)合成轉(zhuǎn)化率較差，造成尾氣放空中含 乙炔量較高時(shí)，氧在放空氣相中也被濃縮．就更有潛在的危險(xiǎn)，系統(tǒng)中的氧能與活性碳在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳，使精餾系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。 因此，原則上應(yīng)盡量將原料氣中含氧量降低到最低值甚至零。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 （ 1） 生產(chǎn)工藝流程 圖 生產(chǎn)工藝流程 由乙炔工段送來(lái)的精制乙炔氣，經(jīng)乙炔砂封，與氯化氫工序送來(lái)的氯化氫氣體經(jīng)緩沖罐通過(guò)孔板流量計(jì)調(diào)節(jié)配比（乙炔 /氯化氫 =1/～ ）在混合器中充分混合，進(jìn)入石墨冷卻器，用 35℃ 鹽水間接冷卻，冷卻到 14℃177。 合成反應(yīng)放出的熱量通過(guò)離心泵送來(lái)的 95～ 100℃ 左右的循環(huán)水移 去。泡沫塔頂是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸得 20%鹽酸，裝大貯槽供罐裝外銷(xiāo)，氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔，除去殘余的微量氯化氫后，送至氯乙烯氣柜，最后去精餾工段。C 導(dǎo)熱率 (λ) W/ 熱容 (c) kJ/(kg?K) 吸