【正文】 部分離的困難，同時在 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。 水的影響 ： 原料氣含水應(yīng)愈低愈好，一般要求控制在 %以下。含水過高則生成 鹽酸 ，腐蝕管道和設(shè)備。而鐵設(shè)備腐蝕的結(jié)果，生成了氯化鐵，又會堵塞管道和設(shè)備，給生產(chǎn)帶來很多麻煩。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，還導致了系統(tǒng)阻力增加和氣體分配不均勻。在局部阻力小的列管里，氣體大 量 通過，會使 局 部反應(yīng)激烈而過熱，使觸媒迅速失效，以致于造成整個轉(zhuǎn)化操作的惡化。此外，在水的存在下，乙炔易與水起化學反應(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。 c．含 氯的影響 ： 在原料氣氯化氫的合成 中 ，常常由于操作控 制 不當，會 含有 一小部 分 游離的氯氣。這部 分 游離氯遇到乙炔以后，就會和乙炔激烈反應(yīng)生成氯乙炔。這種物質(zhì)很容易燃燒爆炸， 直 接影響到生產(chǎn)的安全。此外，游離氯的存在還造成副產(chǎn)多氯化物含量的增加，導致以后分離的困難，同時也影響氯乙烯的收率。所以，在氯乙烯的轉(zhuǎn)化反 應(yīng) 中，要求原料氣不 含 游離 氯 ，在不得已的情況下，游離氯含量亦應(yīng)控制在 %以下。 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 含 有少量氧氣的原料氣通過轉(zhuǎn)化器的觸媒層時，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，在 氯 乙烯的常壓分餾中，二氧化碳 與 干燥塔內(nèi)的固堿作用生成一層碳酸鈉硬殼，影響了固堿的脫水作用，從而引起水分在以后低溫系統(tǒng)中結(jié)冰緒塞設(shè)備。 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。 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 1 章 文獻綜述 13 在工業(yè)生產(chǎn)中，乙炔和氯化氫的配比控制得很嚴格，從反應(yīng)機理中可以看出，如果乙炔過量，觸媒中的氯化汞還原成氯化亞汞或 金屬 汞，使觸媒脫掉活性并生成副產(chǎn)物， 直接 增加了乙炔的消耗。如果氯化氫過量太多，也會使所生成的氯乙烯進一步與過量的氯化氫加成 生成二 氯 乙烷等多氯化物。所以，在工業(yè)生產(chǎn) 中 乙炔與氯化氫的分子比?？刂圃?1:～ ，亦即氯化氫過量 5％～ 10％ ?？刂坡然瘹渖赃^量的原因有三： ，避免乙炔過量造成觸媒中毒。 ， 且 過 量 部分可以用水 洗 、 堿 洗除 掉 。 含 乙炔對聚合的影響比 含 氯化氫壞得多。 理論上，氯化氫的過剩量應(yīng) 愈 小愈好，這對提高氯乙烯收率、提高單體質(zhì)量、減少氯化氫 消 耗、降低成 本都 有很大好處。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。 空間流速是指單 位時間內(nèi)通過單位體積觸媒的氣體量 (氣體 量 習慣以乙炔量來表示 )，其單位為：米 ３ C2H2／米 ３ 觸媒 小時。 乙快的空間流速對氯乙烯的產(chǎn) 率 有影響。當空間流速增加時，氣體與觸媒的 接 觸時間減少，乙炔的轉(zhuǎn)化率隨之降低。反之，當空間流速減小時，乙炔轉(zhuǎn)化率提高，但高 沸 點副產(chǎn)物量也隨之增多，這時生產(chǎn)能力隨之而減小。在實際生產(chǎn)中，比較恰當?shù)囊胰部臻g流速為 30～ 60 米 ３ C２ H2／米 ３ 觸媒 小時。此時，既能保證乙炔有較高的轉(zhuǎn)化率， 又 能保證高沸點副產(chǎn)物的含量較少。 溫度 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化反應(yīng)影響很大，溫度太低，乙炔反應(yīng)不完全， 轉(zhuǎn)化率低，溫度高，乙炔轉(zhuǎn)化率增高， 但 副產(chǎn)物的 含量 也隨之增高，反而導致氯乙烯產(chǎn) 率 下降。 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際差異也很大。一般說來，在 80～ 180℃ 之 間 ，但大多數(shù)都控制在 130～ 180℃ 之間為最適宜。 高溫對觸媒的活性有很大影響，主要由于下列原因 ： 。 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 1 章 文獻綜述 14 ，氯化汞的蒸氣壓 愈大， 造成 氯 化汞升華而導致 觸 媒活性迅速下降。 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。 本設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計任務(wù)是年產(chǎn) 萬噸氯乙烯車間精餾工段的設(shè)計。本文主要介紹氯乙烯精制工段的低沸塔的設(shè)計和計算，進行簡單的物料衡算，對設(shè)備進行選材和計算，并繪制出工藝流程圖和設(shè)備圖。 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 15 第 2 章 物料衡算與熱量衡算 F=D+W F Fix =D Dix +W Wix 對整個工段進行物料衡算 氯乙烯年產(chǎn)量 萬噸 開工率取： 8000 小時 已知：高沸塔 VC 的進料摩爾分率為 ，塔頂摩爾分率為 ，塔釜摩爾分率為 。 表 低沸塔的進料組成為： 序號 組分 摩爾分率 1 氮氣 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 計算方法 采用清晰分割方法建立數(shù)學模型： 11111111???????????????????LLiiHLiiLiiLiiLiiXXYYXWYDZFWDF 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 16 由數(shù)學模型可得：LHLLiYYXZFD ??????1)(1i 若 Li? ,則 。0,/ ?? iiii XDFZY ； 若 Li? ,則 DWXFZY LLi /)( ?? ； 若 Hi? ,則 WDYFZY HHH /)( ?? ； 若 Hi? ，則 WFZXY iHi /,0 ?? ； 開始 ↓ 讀入 iD ， iZ ， LY ， LZ ， LX ， HX ↓ D=W (iZ LX ) / (LY LZ ) ↓ F=D+W ↓ iL iY =FiZ / iD ， iX =0 ↓ i=L LY =(F LZ W LX )/D ↓ i=H HX =(F HZ D HY )/W ↓ iH iY =0， iX =FiZ /W ↓ 輸出 F, D, W, iY , iX ↓ 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 17 圖 21 物料衡算框圖 計算結(jié)果列表如表 所示： 表 物料衡算計算結(jié)果表 mol% 氮氣 乙炔 氯乙烯 乙醛 二氯乙烷 水 塔頂 0 0 0 塔底 0 輕關(guān)鍵組分：乙炔 重關(guān)鍵組分：氯乙烯 D= W= F= 熱量衡算 溫度計算 為了計算塔頂冷凝器、塔底再沸器的工藝尺寸及負荷，需要進行熱量衡算，所以首先要確定塔頂、塔底及進料的溫度。 規(guī)定：塔頂溫度為露點溫度，塔底溫度為泡點溫度，進料溫度為泡點溫度。由于所分離物系近似為理想物系，所以在計算溫度時，相平衡常數(shù)可按理想物系的公式進行計算。 泡點的計算 已知物系的液相組 成確定物系溫度的計算方法稱為泡點計算。此時溫度叫泡點。計算過程中，物系為平衡物系，求解過程一般用牛頓迭代法，因而使用計算機比較方便。 計算過程中，選定一個溫度作為迭代初值，并給定一個操作壓力 P，用安托因公式計算該組分的飽和蒸汽壓 0P ,則相平衡常數(shù) K（ I） =0P (I)/P,由此可求出該組分的氣相摩爾分率 Y(I)= K（ I） X(I).然后，判斷∑ Y（ I）的值是否趨近于 1，若不滿結(jié)束 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 18 足要求，則以 F(I)= ∑ K（ I） X(I)1函數(shù)作為迭代函數(shù)。其中，一階導數(shù)作為迭代過程的分母，即 T=TF/F′。式中左邊的 T為迭代的 T，右邊的 T 為上次未滿足要求的 T. 物系可看作理想物系，所以相平衡常數(shù)可表示為組分的飽和蒸汽壓和總壓之比。 對某組分 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 計算框圖如圖 22： 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 19 圖 22 泡點計算框圖 計算結(jié)果： 塔釜溫度： WT = 操作壓力： WP ==773147 Pa 進料溫度的計算 計算方法與泡點計算方法相同。 操作壓力： FP = atm=739709Pa 計算結(jié)果： 進料溫度 : FT = 露點的計算 與多元泡點計算方法相似，已知氣相組成求物系溫度的過程叫露點計算，物系此時的溫度稱為露點溫度。 計算露點時用函數(shù) F=∑ Y(I)/K(I)1,其一階導數(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。TEDT CTBTETDTCTBAE X PPxTFiiiiiiiiiNii????????? ?? ))(( ?TFAbs )( )(39。 TF TFTT ?? 輸出結(jié)果 T 開始 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章 物料衡算與熱量衡算 20 操作壓力： DP == 計算框圖與泡點相同 計算結(jié)果： 塔頂溫度： DT = 回流比的計算 ⑴、最小回流比的確定 minR 當塔的理論板數(shù)無限多時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，此公式推導時有兩點假設(shè)： 塔內(nèi)液相的摩爾流率均是恒定的。 各組分的相對揮發(fā)度為常數(shù)。此法提出一個 Underwood 參數(shù) q 【 15】 qZNi iiFi ????? 11,??? 1m in1,i ????? RYNi iiD??? 式中： iFZ —— 進料（包括氣、液兩相）中 i組分的濃度、摩爾分率 C—— 組分個數(shù) q —— Underwood 參數(shù) i? —— 塔頂流出物中 i組分的相對揮發(fā)度 因為是泡 點進料，所以 q=1 計算進料溫度下的相對揮發(fā)度 式中： i,FZ － 進料中 i組分的濃度、摩爾分率 N－組分個數(shù) ? － underwood 參數(shù) i? －塔頂餾出物中 i組分的相對揮發(fā)度 本設(shè)計為泡點液體進料 q=1 其中氯乙烯為重關(guān)鍵組分即其相對揮發(fā)度為 1 算出 minR 沈陽化工大學學士學位畢業(yè)論文 第 2章