悬浮法聚氯乙烯聚合方法毕业论文

1、目 录 1 聚氯乙烯的概述.1 1.1 聚氯乙烯.1 1.1.1 聚氯乙烯的性质.1 1.1.2 聚氯乙烯的优点.1 1.1.3 聚氯乙烯的用途.1 1.1.4 聚氯乙烯工业的重要性.2 1.1.5 中国聚氯乙烯的发展.3 1.2 聚氯乙烯生产工艺 .3 1.2.1 原料乙炔的制备.3 1.2.2 氯乙烯合成.4 1.2.3 氯乙烯聚合.6 2 工艺计算.7 2.1 物料衡算.7 2.1.1 设计参数.7 2.1.2 原料气需用量.7 2.1.3 乙炔预冷器：.8 2.1.4 氯化氢预冷器：.9 2.1.5 混合气冷冻脱水.10 2.1.6 转化器；.11 2.1.7 净化水洗（含降膜、泡沫、

2、填料）.12 2.1.8 碱洗塔.13 2.1.9 机前冷却器.14 2.1.10 压缩机.15 2.1.11 全凝器.16 2.1.12 尾气冷凝器.17 2.1.13 低沸塔.21 2.1.14 高沸塔.22 2.2 能量衡算.22 2.2.1 预冷器.22 2.2.2 混合器冷冻脱水.25 2.2.3 预热器.27 2.2.4 冷却器（混合器）.28 2.2.5 吸收水冷却器.29 2.2.6 机前冷却器.29 2.2.7 机后冷却器.30 2.2.8 全凝器.31 2.2.9 尾凝气.32 2.2.10 成品冷凝器.33 2.2.11 低沸塔塔顶冷凝器耗冷量计算：.33 2.2.12

3、冷耗量及盐水循环量汇总表.34 3 总结.35 参考文献.36 致 谢.37 1 聚氯乙烯的概述聚氯乙烯的概述 1.1 聚氯乙烯聚氯乙烯 1.1.1 聚氯乙烯的性质 pvc 属于无定形共聚物，密度，表观密度，比 3 1.35 1.45g cm 3 0.40.65g cm 热容，热导率，折射率。以呈玻璃 1.045 1.465j g2.1kw m k 20 1.544 d 85 态。呈粘弹态。时呈熔融态。时呈粘流态。脆化点85 175175 190190200 。软化点.玻璃化转化温度在上下。以上时开始分解，-50-60758580100 以上时快速分解。以上剧烈分解并变黑。pvc 在火焰上能燃

4、烧，并降解180200 释放出,苯等低分子化合物，离火自熄。耐电击穿，可用于 1 万伏低压电缆。,hcl co 较耐老化，但在光照和氧的作用下会缓慢分解，释放盐酸、形成羰基、共轭键而变 色。化学稳定性好，在酸、碱、盐溶液中较为稳定。并且在室温条件下耐磨性超过 硫化橡胶。 1.1.2 聚氯乙烯的优点 聚氯乙烯的突出优点是易燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、水汽低渗透性好。此 外，综合机械性能、制品透明性、电绝缘性、隔热、消声、消震性好。是性价比最 为优越的通用型材料。缺陷是热稳定性、抗冲击性较差，降低温度时迅速变硬变脆。 受冲击时极易脆裂。但 pvc 极易改性，通过化学、物理方法可大大改善其性能。并

5、且可通过分子链交联或引入功能基团等手段赋予新的功能1。 例如：将 pvc 树脂化后氯化，氯含量提高了 10%以上，即保留了 pvc 的优良 耐化学性，尺寸稳定性及良好的绝缘性能又提高了耐热性、拉伸强度、弹性模量及 阻燃抑烟性能。按配方不同，其玻璃化转化温度从 pvc 的提高到tg80 。热变形温度从升至。氯化聚氯乙烯优良的耐化学性、阻115 1357085 104 燃抑烟性、高度的刚性、合适的密度及耐热性使之制造的管道、管件、阀门能用于 输送热水、冷水、工业腐蚀性液体，高温液体和消防系统特用管材管件；可以用于 制造飞机机舱内的低烟制品等。 1.1.3 聚氯乙烯的用途 pvc 一般软制品 ：利用

6、挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型 机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。 pvc 薄膜：pvc 与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定 厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为压延薄膜。也可以通过剪裁， 热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、 塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜，所受热收缩的特性，可用于收缩包装。 pvc 涂层制品：有衬底的人造革是将 pvc 糊涂敷于布上或纸上，然后在 以上塑化而成。也可以先将 pvc 与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。100 无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定

7、厚度的软制薄片，再压上花纹即可。 人造革可以用来制作皮箱、皮包、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑 物的铺地材料。 pvc 泡沫制品：软质 pvc 混炼时，加入适量的发泡剂做成片材，经发泡成 型为泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出 机基础成低发泡硬 pvc 板材和异型材，可替代木材试用，是一种新型的建筑才 材料。 pvc 透明片材：pvc 中加冲击改性剂和有机锡稳定剂，经混合、塑化、压 延而成为透明的片材。利用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装， 是优良的包装材料和装饰材料。 pvc 硬板和板材 ：pvc 中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用

8、挤出 机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或 楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切 割成所需的形状，然后利用 pvc 焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、 风道及容器等。 pvc 的其它用途：门窗有硬质异型材料组装而成。在有些国家已与木门窗铝 窗等共同占据门窗的市场；仿木材料、代钢建材 、中空容器等2。 1.1.4 聚氯乙烯工业的重要性 聚氯乙烯 pvc 是世界上实现工业化时间最早，应用范围最广范的通用型热 塑性塑料。在三四十年代开始实际应用以来，其产量一直稳居塑料工业之首，后 来由于聚氯乙烯发展速度更快， 1996 年才退

9、居第二位。在美国 1990 年底密度 聚氯乙烯的产量超过了 pvc，1992 年高密度聚氯乙烯的产量及销售量已以 pvc 大致相当，他们交替位于第二或第三之间。在日本pvc 产量和消费量居 第二位。在中国 pvc 塑料制品产量一直位居第一， pvc 树脂产量从 1988 年开 始退居第二，消费量低于聚乙烯和聚丙烯而名列第三位。尽管如此聚氯乙烯在其 综合性能、品种的多样性、用途的广泛性、性能价格比及资源利用和对生态环境 的影像方面，优于任何一种塑料。 60 多年来 pvc 工业一直保持着最富活力的技 术革新和持续稳定的发展状态 3。 pvc 是相当重要的大宗塑料，它的综合性能好，改性品种多用途最

10、为广泛。 原料来源丰富、消耗石油少，价格低廉、经济效益好而且能耗低，作为钢铁、有 色金属、木材、玻璃、纸张等传统材料的替代产品，有利于资源优化配置和节省 社会能源 4。由于容易改性和提高性能， pvc 已由通用性材料打入工程材料、 功能材料和强性材料，为 pvc 工业注入了新的活力。 pvc 用途的广泛性、碱氯 产品的关联性、生产技术的密集性。使pvc 工业与建筑、汽车、电子机械及石 油化工等国名经济的支柱产业，氯碱工业等基础原料工业高新产业紧密相连。在 美国 70 年代初做过统计指出 pvc 和它有关的原材料、机械及最终产品综合产值 约占当时美国国民生产总值的 10%以上。中国在 80 年代

11、末也对华东地区做过调 查每万吨氯碱可创造 5-7 亿元工业产值，每亿元产值直接影响到下游产业的 15-20 亿元产值。pvc 加工业是中国塑料工业中企业数最多的行业，其生产程度 之高，应用覆盖面之广，技术推动性之大是非常明显的。pvc 工业的发展可以 带动和促进国民经济许多行业的技术进步与发展，可以改善人们衣食住行条件， 提高人民生活水平。 1.1.5 中国聚氯乙烯的发展 1998 年我国 pvc 产量和表观需求量分别为 160 万吨和 317 万吨。在世界上产 量仅次于美国（639 万吨） 、日本（263 万吨）居第三位。2000 年前后，计划新建和 扩建 pvc 能力至少为 88 万吨/年

12、，估计此期间大量没有竞争能力的电石法小厂将闲 置，所以总产能有可能达 220 万吨/年水平，其中乙烯法将达 134.6 万吨/年，从目前 占 31%上升到 61%。报道的项目有万县市 6 万吨/年本体法 pvc 装置，天津渤海公 司同韩国乐喜公司、美国西方化学公司合资的 10 万吨/年 pvc 装置，(其中引进的 8 万吨/年乙烯法 vcm 装置于 1997 年建成、投产)，上海天原化工厂同伊滕忠商事、 旭硝子公司合资的 24 万吨/年 vcm 和 20 万吨/年 pvc 装置，泰国正大集团在宁波 的 12 万吨/年 pvc 装置，辽河集团与乐喜金星公司合资的 8 万吨/年 pvc 装置，上

13、海氯碱化学公司已使 vcm 产能增大到 30 万吨/年，计划到 40 万吨/年，这意味 pvc 产能将由目前的 22 万吨/年增加到 36 万吨/年，北京化工二厂将增加 pvc 能力 7.6 万吨/年，齐鲁公司将增加 pvc 能力 10 万吨/年，广州化工厂 8 万吨/年乙烯法 vcm/pvc 项目已通过评审。pvc 工业的意义十分重大。 1.2 聚聚氯氯乙乙烯烯生生产产工工艺艺 1.2.1 原料乙炔的制备 hcch 纯品为无色略带芳香气味的气体，工业品（俗称电石气）则具轻微大 蒜臭。常压下不能液化，升华点，易燃、易爆，是有机合成工业的重要原料，-83.8 也是有特定用途的优质高热值燃料。 生

14、产方法工业上有许多种生产乙炔的方法，按原料来源可分为两大类：碳化钙 法和烃类热裂解法。碳化钙法又名电石法，是最古老且迄今仍在工业上普遍应用的 乙炔生产方法。它是使电石与水在乙炔发生器中作用而制得乙炔： 22222 cac 2h o caoh c h（） 电石（含碳化钙 80）可得乙炔约 3101（常温、常压）。 电石为固体物料,运输方便，制得乙炔浓度很高,只需简单精制即可使用。故碳化 钙法应用比较普遍，既可大规模生产，也可少量发生以用于焊接或切割。但生产电 石能耗太高，发展受到限制。 碳化钙法乙炔浓度为，含有硫化物、磷化氢、砷化氢、氨和乙炔衍生9698.5% 物等杂质，此等物质能使催化剂中毒或

15、腐蚀金属，在作为化工原料使用前常用稀硫 酸、次氯酸钠溶液（氯通入稀氢氧化钠溶液）分别洗涤净化。少量的乙炔也可用干 法净化，采用重铬酸盐净化剂、三氯化铁净化剂均可达到净化要求。 烃类热裂解法是从天然气、轻油、原油等烃类经高温裂解都可得到乙炔。从乙 炔与低碳烷烃的生成自由焓与温度的关系曲线可见在高温（）下始能从9301230 烃类制得乙炔；其次，从反应 cac2 + 2h2o ca(oh)2+ c2h2377kj 可见生成乙炔 需要大量热能；另外,从热力学观点看,所有不饱和烃中乙炔在高温下最容易分解成碳 和氢。这就要求工业上必须迅速给物料供热以达到高温(930)，原料或反应产物 在高温反应区停留时

16、间要非常短，乙炔分压要低，裂解气需急冷。工业上已开发了 很多种生产方法。其主要区别是高温热能的产生与传导方式不同，可大致分为直接 传热的外热法、部分原料燃烧的自供热法、通过热载体间接传热的外热法。目前， 工业生产使用的方法主要是电弧法和部分氧化法。 1.2.2 氯乙烯合成 1.2.2.1 氯乙烯的概述 外观与性状:无色、有醚样气味的气体。熔点（）-159.8，沸点（）：- 13.4，相对密度（水=1）：0.91，相对蒸汽密度（空气=1）：2.15，饱和蒸汽压 :346.53（），临界温度（）：142，临界压力:5.60,kpa25mpa 系数的对数值： 1.38，引燃温度：415，溶解性：微溶

17、于水，溶水分配辛醇 于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。主要用途：用作塑料原料及用于有机合成， 也用作冷冻剂等。目前世界上用于制造聚氯乙烯树脂的乙烯单体量约占氯乙烯总 产量的 96%，氯乙烯的聚合物广泛用于工业、农业、建筑以及人们的日常生活。 1.2.2.2 生产原理 生产方法：乙炔和氯化氢在氯化汞的催化作用下合成氯乙烯。 反应原理： 主反应： 2 chchhclchchcl 副反应： 23 chchh ochcho 1.2.2.3 工艺条件 （1） 反应温度：反应温度对氯乙烯的合成影响很大。温度升高，反应速度加 快，乙炔转化率提高。 反应温度过高，副反应增加，同时由于温度过高会破坏催化剂的活性

18、结晶表面， 使氯化汞升华加剧。高温还会使乙炔聚合成树枝状聚合物沉积在催化剂表面从而遮 盖催化剂的活性中心是催化剂活性下降。因此，在工业生产中反应温度一般采用催 化剂的活性温度范围 403k-453k。 （2） 反应压力 根据反应原理可知，该反应系统为一个气体分子数减少的反应系统，加压操作 会提高转化率，但加压对设备材料要求也相应提高；若系统出现负压反应物料易燃、 易爆一旦漏入空气将引起爆炸。常压下转化率已相当高，因此，工业上采用常压操 作，绝对压力为 0.12-0.15mpa，用来流程阻力。 （3） 空间速度 在氯乙烯合成中，反应气体的体积习惯上指乙炔气体的体积，其单位为 m3乙 炔/( m3

19、催化剂.h)。空间速度越大通入的反应气量越多，生产能力越大，深度加工副 产物越少，高沸点物越少；但空间速度增大，反应气体与催化剂接触时间就缩短， 乙炔转化率减小。空间速度过大，气体通入量过多，反应激烈，气体分布不均匀， 局部容易过热，是催化剂升华加剧活性下降寿命缩短。根据实践空速一般取 30-60h- 1。 （4） 反应物配比 从反应机理可以看出，当乙炔过量时，催化剂中的氯化汞会被乙炔还原成氯化 亚汞和金属汞，是催化剂失活；同时副产物二氯乙烯等，造成产品分离困难。另外 由于乙炔不容易除去，微量的乙炔还会影响氯乙烯的聚合。因此，生产中常采用氯 化氢过量，以保证乙炔完全反应，避免乙炔过量造成催化剂

20、中毒。另一方面，氯化 氢较乙炔价格低廉，并且过量部分可以很容易地用水洗或碱洗除掉。同时氯化氢不 能过量太多会造成吸收率降低，二氯乙烷产量增加，增加碱的消耗量，增加了产品 的成本。 （5） 催化剂 目前工业生产催化剂是以活性炭为载体，吸附 8%-12%左右的氯化汞制备而成。 这里的含汞量是指氯化汞 8-12 份和活性炭 100 份而言。作为活性组分的氯化汞含量 越高，乙炔的转化率越高。但是氯化汞含量过高时在反应温度下极易升华而降低活 性，且冷凝后会堵塞管道影响正常生产，另外氯化汞含量过高反应激烈，温度不容 易控制，易发生局部过热。为抑制氯化汞升华可加入适量氯化钡。研究表明，纯的 氯化汞对合成反应

21、并无催化作用，纯的活性炭也只有较低的催化活性。 1.2.2.4 工艺流程图 图图 1-1 氯乙烯合成工艺流程氯乙烯合成工艺流程 1混合器； 2转化器；3水洗塔；4碱洗塔；5碱液槽；6气柜； 7预冷器；8冷凝器；9尾气冷凝器；10粗馏塔；11精馏塔； 12成品冷凝器；13氯乙烯贮槽；14受槽；15蒸出釜 工艺流程概述： 原料气混合，干燥乙炔来自乙炔工段，通过砂封与来自氯化氢工段的干燥 氯化氢在混合器中混合。 氯乙烯合成，由混合器中出来的混合气体进入用氯化汞作触媒的转化器中 进行反应成氯乙烯，反应后的气体中还含有未反应的氯化氢，乙炔和生成乙醛，1.1- 二氯乙烷、顺(反)二氯乙烯等化合物。 氯乙烯

22、精制，反应后的气体进入水洗塔，用水洗法去氯化氢，再入碱洗塔， 用 10%的氢氧化钠洗去残余的氯化氢及二氧化碳，碱洗后的反应气与聚合回收的未 反应气体一起进入气柜。然后进入预冷器，使其中所含一部分水冷凝分离，气体进 入压缩机后加压（表压）到 0.5mpa 再进入另一预冷器，又使部分水冷凝。以后经全 凝器将部分氯乙烯及 1.1-二氯乙烷等冷凝成液体，进入精馏塔，塔顶分出乙炔与氯 乙烯气体与全凝器中未冷凝的气体一起进入尾气冷凝器不凝气体排空，凝液回入粗 馏塔上部。在粗馏塔底的氯乙烯及 1.1-二氯乙烷等混合物进入高沸点蒸馏塔，塔顶 得成品氯乙烯经成品冷凝器冷凝后进入贮槽。塔底为 1.1-二氯乙烷等高

23、沸点物，经 残液管槽入蒸出釜，间歇处理回收溶解的氯乙烯送去气柜，高沸物送回收装置。 1.2.3 氯乙烯聚合 聚氯乙烯按聚合方法分四大类：悬浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本体法聚 氯乙烯、溶液法聚氯乙烯5。本设计悬浮法聚氯乙烯聚合方法。 悬浮法聚氯乙烯是目前产量最大的一个品种。按树脂结构又分疏松型和紧密型 两种。紧密型聚氯乙烯树脂的粒子为表面光滑、无孔的实心球状结构。疏松型聚氯 乙烯树脂粒子表面粗糙，疏松、多孔的不规则结构。它与紧密型相比，具有流动性 好，吸油性好、易塑化等优点。采用悬浮法 pvc 生产技术易于调节品种，生产过程 易于控制，设备和运行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，成

24、为诸多 生产工艺中最主要的生产方法。 工艺特点：悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的一般工艺过程是在清理后的聚合釜 中加入水和悬浮剂、抗氧剂,然后加入氯乙烯单体,在去离子水中搅拌,将单体分散成 小液滴,这些小液滴由保护胶加以稳定,并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液,保 持反应过程中的反应速度平稳,然后升温聚合,一般聚合温度在之间。使用低45 70 温聚合时(如),可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时(一般在4245 )可生产出低分子质量(或超低分子质量)的聚氯乙烯树脂。近年来,为了提高6271 聚合速度和生产效率,国外还成功研究两步悬浮聚合工艺,一般是第一步聚合度控制在 600左右,在第二

25、步聚合前加入部分新单体继续聚合。采用两步法聚合的优点是显 著缩短了聚合周期,生产出的树脂具有良好的凝胶性能、模塑性能和机械强度。现在 悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛,应用领域越来越广,除了通用型的树脂外,特殊用途的 专用树脂的开发越来越引起 pvc 厂家的关注,球形树脂、高表观密度建材专用树脂、 消光树脂、超高(或超低)分子质量树脂等已成为开发的热点。 2 工艺计算工艺计算 2.1 物料衡算物料衡算 2.1.1 设计参数 生产能力：10 万 t/a pvc 生产时间：8000h/年 收率：合成氯乙烯工段:94% 聚合工段:96% 单体产品规格：vcm99.9% 乙炔0.001% 原料配比: 22:

26、 1:1.08c hhcl 2.1.2 原料气需用量 纯乙炔气用量：hkmol/221.6 50.62 1 69 . 094 . 0 8000 1010 7 原料乙炔气用量：=5210.8224m3/h232.626 0.9526 221.6 hkmol/ 纯氯化氢气用量：221.61.08=239.328 hkmol/ 原料氯化氢用量：258.929 0.9243 239.328 hkmol/ 表表 2-1 原料气用量及组成原料气用量及组成 原料乙炔气原料氯化氢组成 hkmol/ w%hkmol/w% c2h2221.695.26/ hcl/239.32892.43 n2 2.4160.92

27、4.791.85 o2 0.0930.04/ h2 /12.58394.86 ho 2 8.7933.782.06880.799 合计232.626100258.929100 2.1.3 乙炔预冷器： 取乙炔预冷器出口压力为 250mmhg(表)，绝压为 1010mmhg，出口温度： ，时水的蒸汽压力为 ph2o=7.51mmhg, 由：77 (2-1) 干水 水 总 nn n 2 p p oh 预冷器出口气体含水: ）（ 水 水 0.0932.416221.61010 7.51 n n 得：=1.6789/nkmol h 水 乙炔预冷器脱去水分： 8.739-1.6789=7.1141/12

28、8.0538/kmol hkg h 忽略水中溶解的乙炔，乙炔预冷器物料衡算表： 表表 2-2 乙炔预冷器物料平衡乙炔预冷器物料平衡 进料出料水组成 hkmol/kg/hhkmol/kg/hhkmol/kg/h c2h2221.65761.16221.65761.16 n22.41667.6482.41667.648 o20.0932.9760.0932.976 h2o8.793158.2741.678930.22027.1141128.0538 合计232.6265990.058225.78795862.00427.1141128.0538 2.1.4 氯化氢预冷器： 出口压力为 250mmh

29、g(表压)，绝压：1010mmhg,出口温度为，则110 p=(250+760)0.9224=932mmhg。由安托因方程： hcl （2- t b a p o i lg 2） 氯化氢或水的饱和蒸汽压，mmhg p o i t绝对温度，k a,b某组成的安托因子方程常数。 查资料可得氯化氢与水的饱和蒸汽压与盐酸的浓度的关系6 表表 2-3 氯化氢与水的饱和蒸汽压与盐酸的浓度的关系氯化氢与水的饱和蒸汽压与盐酸的浓度的关系 盐酸的浓度 w%32343638404244 ，mmhg 0 2o h p 2.271.871.501.200.940.72 ，mmhg 0 2o h p 11.826.456

30、.4117233433840 hcl logp 1.0721.4221.7512.0682.3672.6362.924 由表 2-3 得：p=932mmhg , =0.5mmhg，盐酸浓度为 hcl 0 2o h p 44.4%，lg932=2.969 （2-3） 干水 水 总 nn n 2 p p oh 得： =0.1271kmol/h 2 2 2 o h o h o o h o np n pp 干 总 5 . 0250760 5 . 0)12.58394.79239.328( 物料在氯化氢预热器脱去水分为： 2.0688-0.1271=1.9417kmol/h=34.9506kg h 脱水

31、 44.4%的盐酸为： 62.8608 44.4%-1 34.9506 kg h 水溶解的：hcl 62.860834.950627.9102kg / h0.7647kmol/ h 表表 2-4 氯化氢预冷器物料平衡氯化氢预冷器物料平衡 组成进料出料 kmol hkg hkmol hkg hkmol hkg h hcl239.3288735.472239.3288735.472 n24.79134.124.79134.12 h212.583925.167812.583925.1678 h2o2.068837.23840.12712.28781.941734.9506 合计258.7707893

32、1.9982256.8298897.04761.941734.9506 2.1.5 混合气冷冻脱水 取冷冻脱水系统出口压力 180mmhg（表） ，绝压：940mmhg,出口温度：,查15 资料。脱水后混合气中水分压为=0.145mmhg，则： 2 0 h o p 0 0 2 2 2 oh oh oh pp pn n 总 干 = 145 . 0 940 )093 . 0 2.416221.612.58394.79239.328(145 . 0 =0.0742kmol/h=1.3356kg/h 混合器脱水分为： （1.6789+0.0.1271）-0.0742=1.7318kmol/h=31.1

33、724kg/h 脱去 40%的盐酸量： kg/h51.954 40-1 31.1724 0 0 水溶解的氯化氢： 51.954-31.1724=20.7816kg/h=0.5694kmol/h 忽略盐酸中溶解的乙炔气量，冷冻脱水物料衡算见表 2-5 表表 2-5 冷冻脱水物料衡算冷冻脱水物料衡算 进料出料酸组分 kmol hkg hkmol hkg hkmol hkg h c2h2221.65761.16221.65761.16 hcl238.56438735.472237.99498686.8139 n27.206201.7687.206201.768 o20.0932.9760.0932.

34、976 h212.583925.167812.583925.1678 h2o1.80632.5080.07421.33561.731831.1724 合计481.853214759.0518479.55214679.22131.731831.1724 脱水后混合气含水：0.0091%，较实际低，是因为形成的酸雾实际不能完全除去 所致。 2.1.6 转化器； 通过转化器，转化率取 97.5%，乙炔转化成二氯乙烷的转化率取 1%，混合气中 的水分全部与乙炔反应生成乙醛，n2、o2和 h2不参加反应用惰性气体代替。 转化器生成 vcm 量： 221.60.975=216.06kmol/h 反应生成

35、evc 量： 221.60.01=2.216kmol/h 乙炔与氯化氢： chch+2hclch3chcl2 反应生成 ch3cho 量：0.0742kmol/h 未转化乙炔量： 221.6-216.06-2.216-0.0742=3.2498kmol/h 未转化氯化氢量： 239.328-216.06-2.2162-0.7647-0.5649=17.5064kmol/h 表表 2-6 转化器物料平衡转化器物料平衡 进料出料组成 kmol hkg hkmol hkg h c2h2221.65761.163.249877.9952 hcl237.99498686.963517.5064638.9

36、836 vcm/216.0613503.75 evc/2.216219.384 ch3cho/0.07423.2648 h2o0.07421.3356/ 合计459.66916629.4591239.106414443.3776 2.1.7 净化水洗（含降膜、泡沫、填料） 采用泡沫吸收过剩的氯化氢气体 26%（w）是盐酸，被吸收下来的氯化氢回收 率为 98%，操作温度为降膜塔进口压力为 100mmhg（表） ，填料塔出口温度为30 ，压力为 45mmhg，则 26%的盐酸量：25 2408.4766 0.26 0.98638.9836 kg h 其中：0.26=626.2039kg/hhcl2

37、408.4766 h2o：-626.2039=1782.2727kg/h2408.4766 查资料 vcm 在 20%盐酸中溶解度代替在 26%盐酸中溶解度：16.5mol/h，合成气 总压为 100mmhg（表） ，则损失 vcm 的体积为： 查资料,26%的盐酸的密度为 1124kg/m330 hdm /30.601 761 731 1124 2408.4766 5 . 61 15.303 15.273 3 =85.375kg/h366 . 1 4 . 22 601.30 kmol h edc 在水中溶解度取 0.54%，故 edc 溶解损失为： 1782.27270.54%=9.6243

38、kg/h c2h2的分压： mmhg17.317100760 144.506 3.2498 ）（ hkg /34.1124 760 17.317 1000 1782.2727 84 . 0 时水的饱和蒸汽压为 23.76mmhg，故气相带去水量：25 =79.902kg/h 0 0 2 2 2 oh oh oh pp pn n 总 干 106 . 4 76.23860 5006.14476.23 kmol h 表表 2-7 泡沫吸收塔物料平衡泡沫吸收塔物料平衡 进料水出料盐酸组分 kg hkmol hkg hkmol hkg hkg h c2h293.21523.58523.585293.21

39、5234.1124 hcl638.983617.50640.350112.7787626.2039 vcm13503.75216.06214.69413418.37585.375 evc219.3842.2162.1612213.95889.6243 ch3ho3.26480.0742/3.2648 惰气224.119.882919.8827224.0977/ h2o/1068.864.10673.9021782.2727 合计14679.4328259.32471068.86244.779214036.32742540.8531 若不采用泡沫塔,（回收率 95%） ，则碱洗塔用水量：hcl

40、66654.3970.95638.9836- 0.010.95 638.9836 kg h 2.1.8 碱洗塔 采用 1015%的溶液洗涤氯乙烯气体，可以认为全部洗去，塔操作naohhcl 温度，气体出口压力为 800mmhg（绝） ，可忽略组分溶解损失7。30 洗碱采用 15%降至 7%放掉，15%碱用量： 0.3501kg/h50 . 571 )%715( 40 塔顶干物料量：240.6242kmol/h 碱洗后氯乙烯的含水量： = 0 0 2 2 2 oh oh oh pp pn n 总 干 9.9673 82.31800 240.624282.31 kmol h 表表 2-8 碱洗塔出

41、料碱洗塔出料 出料组分 kmol hkg h vcm214.69413418.375 evc2.1612213.9588 c2h23.585286.0448 惰气19.8827224.0977 h2o9.9673179.4114 合计249.323114121.8877 2.1.9 机前冷却器 机前冷却器出口温度为，出口压力为 790mmhg（绝） ，的水的饱和蒸汽77 压为 7.51mmhg，忽略有机物在水中的溶解量，则预冷器出口气体含水量： =41.5692kg/h 0 0 2 2 2 oh oh oh pp pn n 总 干 2.3094 51 . 7 790 214.69451 . 7

42、 kmol h 表表 2-9 机前预冷器物料量及组成机前预冷器物料量及组成 组分 kmol hkg h vcm214.69413418.375 evc2.1612213.9588 c2h23.585286.0448 惰气19.8827224.0977 h2o2.309441.5692 合计242.632513984.0455 2.1.10 压缩机 压缩机进口压取 790mmhg=1.07kgf/cm2（绝）压缩机的进气量： v= 325.101)760/790( )773.152(314 . 8 1000242.6325 =5365.6150m3/h=89.4269m3/min 绝压压缩过程方

43、程： （2- 2 1 1 1 2 12 k k p p tt 4） 、气体进出口温度： 21,t t 气体进出口压力 21,p p 绝对指数 ，而 cv=cp-rk v p c c k cp 定压热熔 mol kal cv定容热熔 mol kal r理想气体常数 1.987rcal mol k 把所处理的气体按纯 vcm 计,假设一段气体出口温度，假设出口温度为45 ，则二段压缩平均温度：89 ，此时 vcm 的定压热熔为:67 2 8945 c15.65 p cal mol k 注： = cal/molmol kal k= v p c c 1454 . 1 663.13 65.15 t3=（

44、273+45）（=359.14=85.98oc=86 1454 . 1 11454 . 1 ) 313 . 2 0325. 15 与假设相近， ，即二段出口温度为 86,二段气体中水蒸汽分压： =2.313=0.02023kgf/cm2 总总 pp oh2 0513.135 1804 . 1 =0.02023 735.5=14.88mmhg 45时，水蒸气的饱和蒸汽压为 71.88mmhg，此气体中蒸汽分压高，故段间不 会有水冷凝，压缩过程无相变，二段出口 3 5 2 cmkgfp oh 2.1.11 全凝器 用 5冷冻盐水把经过压缩机增压到 5kgf/cm3（表）的 vcm 气体，在全凝器

45、中冷却到 25，顺流冷凝下来的部分氯乙烯未凝气体进入尾气冷凝器。 查 25的各组分的饱和蒸汽压，两部分冷凝公式 0 i p p p k i i 0 . 1 1 ekk z x ii i i (2-5) 用试差法计算出液化率 e 试差法 e 的计算： 假设 e=0.7791 e= 0.76 e=0.74 e=0.73 e=0.71 表表 2-10 试差试差 e 的计算的计算 e=0.7791e= 0.76e=0.74e=0.73e=0.71 vcm0.95260.95870.96530.96850.9718 evc0.011220.011480.011770.011920.01207 c2h20

46、.005280.00500.0047690.0046540.004542 h2o0.011200.011480.011790.011950.01211 i x 0.98030.98670.99360.99701.0005 由上表 e 取值为 0.725。 表表 2-11 全凝器液化率计算全凝器液化率计算 组成饱和蒸汽压平衡常数进料组成液化率 e=0.725 kgf/cm2 0 i p 03 . 6 0 i i p k 总 n n z i i 液相组成 i x vcm4.150.68820.8870.97 evc0.3270.05420.0088760.011996 c2h24.87.9600.

47、01340.004596 h2o0.03230.0053570.008740.01203 惰气0.081650 合计/1.000.98781 表表 2-12 全凝器物料平衡全凝器物料平衡 组成进料出料 kmol h i ykmol h i xkmol h vcm214.6940.8874170.63130.9744.68490.6697 evc2.16120.0087572.11020.0119960.0140.00021 c2h23.58520.013430.80880.0045982.45080.03673 h2o2.30940.0087442.11620.012030.00520.000

48、0781 惰气19.88270.081650019.81030.2969 合计242.63251.000175.90861.00066.72391.000 液流量：242.63250.725=175.9086kmol/h 气流量：242.6325-175.9086=66.7239kmol/h 2.1.12 尾气冷凝器 （1） 尾气冷凝器排空尾气量v尾 假设惰气全部随尾气排空，乙炔除被高沸塔顶 vcm 产品微量带走，皆进入尾气， evc 和水在尾凝气中全部冷凝。 尾凝器操作压力为（表） ，尾气出口温度为，高沸塔顶 vcm 产 3 5kgf /cm15 量 d 为： d=221.6 5 . 62

49、1 94 . 0 69 . 08000 000000010 kmol h vcm 产品中含乙炔 0.0006%，则尾气乙炔量： 3.5852214.6943.58520.0006%3.5839kmol/ h93.1814kg / h（） 尾气中惰气量也为已知值，所以尾气里三个组分只有 vcm 为未知，故可用露 点方程：来求出尾气 vcm 的组成，从而算出尾气带走的 vcm 损失量01 i i x y 。 i i i k x y 表表 2-13 尾凝气计算尾凝气计算 组成 （- 0 i p 15） （） i k15 （） 03 . 6 0 i p 尾气组成平衡液相尾气量 v尾 kgf/cm26.

50、03 kgf/cm2 i y组成 i xkmol hkg h vc0.9840.16340.155380.952673.9944249.65 c2h217.782.9470.139460.047433.583993.1814 惰气0.70516019.8827224.0977 合计1.0001.00025.8056566.9291 （2） 低沸塔顶出气量v低 尾凝进料有两股，即全凝气和低沸塔顶冷凝器未凝气 ，尾凝器出料为尾v全v低 凝器凝液和排空尾凝器进料有两股，其物料平衡式：l液v全 (2-6) vvvl 尾尾全低 可将尾凝（公式）看作理论塔板数无穷多的冷凝吸收塔，故吸收率等于吸收因 子，因

51、各组分的吸收率等于吸收因子，即操作液气比 l/v 对不同的组分而言是相同 的10。所以不同组分间吸收率之比等于相平衡常数之比的倒数，冷凝吸收过程的关 键组分取 vcm，若假定 vcm 的吸收率后，则其它组分的吸收率即可求出，尾凝器 的物料进出口温度为和，其平均温度为 5 ，则在操作条件下，各组分2515 的平衡常数计算如表 2-14。 表表 2-14 平衡常数计算平衡常数计算 组分vcc2h2evch2o （5oc） 0 i p kgf/cm2 2.1231.910.13 8.891 3 10 （5oc） i k 6.03kgf/cm2 0.35145.28920.02155 1.4737 3

52、 10 两个组份的吸收率与相平衡常数之间的关系： （2- i j j i k k cu cu 7） 组分 ，j 的吸收率。 ji cucu ,i 组分 ，j 的相平衡常数。 ji kk ,i 对各个组分也存在下列关系： (2-8) i iii lvvv 尾尾低全 (2-9)l 尾i iii vvcu 低全 uan 则= i v低 i i i v cu v 全 尾 1 其中：全凝器未凝气中组分 的量 i v全i 低沸塔顶气体中组分 的量v低i 排空尾气中组分 的量v尾i 尾凝器凝液中组分 的量 尾 i 假设关键组分 vcm 的吸收率：cu（vcm）=0.915，则 cu（c2h2）=0.9158

53、060 . 0 2892 . 5 3514 . 0 cu（edc）=0.91514.9202 02155 . 0 3514 . 0 cu（h2o）=0.9158.1792110 4737 . 1 3514 . 0 3 evc 和 h2o 的吸收率计算值远大于 1，表示能全部冷凝，低沸塔顶 vcm 和 c2h2出气量： 3.9944 44.68942.3035kmol/ h 1 0.915 vcm v 低 22 3.5839 2.45061.3653kmol/ h 1 0.0608 c h v 低 由低沸塔顶气相组成校验塔顶温度，若与规定操作条件相符，可以认为， 25 vcm 吸收率假设正确，否

54、则再假设个 vcm 吸收率值，重复计算直到满意为止，低 沸塔顶温度校验见表 2-15 表表 2-15 低沸塔顶温度校验低沸塔顶温度校验 组分 （5oc） i k 6.03 kgf/cm2 他顶气体量 v低kmol h 气体组成 i y平衡常数 i x vcm0.68822.30350.61070.8873 c2h27.962.45180.38930.0489 合计8.64824.75531.000.9362 1，表明 vcm 吸收率假设正确9362 . 0 i x （3）尾凝器物料计算 由式 （2- vvvl 尾尾全低 10） (2-11) iii vvvl 尾尾i全低 可得尾凝器物料衡算表

55、2-16 表表 2-16 尾凝器物料衡算尾凝器物料衡算 进料出料组分 v全v低v尾l尾 kmol hkmol hkmol hkmol h vcm44.68942.30353.994442.9985 c2h22.45061.36533.58390.232 evc0.0077000.0077 h2o0.0029000.0029 惰气19.8827019.882719.8827 合计67.03333.668827.46163.1238 2.1.13 低沸塔 （1） 低沸塔进料 水在 vcm 中的溶解度为 0.11%（） ，全凝器和尾凝器冷凝下来的物料，含25 水量超过溶解度，故先在分水器中分出部分水

56、后，再进入低沸塔，从分水器的物料 平衡表见表 2-17，可得有机层，即低沸塔进料量8。 表表 2-17 分水器物料平衡分水器物料平衡 进料出料 l全l尾 l总水层有机层 组分 kmol hkmol hkmol hkg hkg hkmol h vcm170.631342.9985213.629813351.8625213.6298 evc2.11020.0142.1242210.29582.1242 c2h20.8080.2321.0445.761.4 h2o2.11620.00522.121438.185213.41140.4358 合计175.665743.2497218.915413646

57、.103513.4114217.5898 （2） 低沸塔物料平衡 由低沸塔进料量和塔顶出气量可算出塔釜出料量，塔釜出料被送到高沸塔，低 沸塔物料平衡见表 2-18。 表表 2-18 低沸塔物料平衡低沸塔物料平衡 进料+外回流塔顶出料塔釜出料组分 kmol h f xkmol h d ykmol h w x vcm213.62980.98192.30350.6107211.32630.9864 evc2.12420.009808002.12420.009928 c2h21.40.0046991.36530.38930.03470.000005876 h2o0.43580.003614000.43

58、580.003658 合计217.229813.66881.000213.9211.000 2.1.14 高沸塔 取 vcm 为轻关键组分，edc 为重关键组分，分离要求为塔顶产品中 edc 含量 不高于 0.01%，塔釜中 vc 含量不高于 60%，按清晰分割法，进行物料平衡计算9。 由： f=d+w (2-12) 得：，则可得塔顶产品量为 d=115.923kmol/h xfxdxw f =dw 计算见表 2-19 表表 2-19 高沸塔物料平衡高沸塔物料平衡 组成进料塔顶出料塔釜出料 kmol h f xkmol h d ykmol h w x vc211.32630.9864208.4

59、5230.99992.8740.4983 evc2.12420.0099280.02110.0000932.10310.3658 c2h20.03470.0000058760.03470.00000600 h2o0.43580.003658000.43580.136 合计213.9211.000208.50811.0005.41291.000 2.2 能量衡算能量衡算 2.2.1 预冷器 乙炔预冷器：原料乙炔气经预冷器，由冷却到，有307 3.972kmol/h（71.517kg/h）的水被冷凝，原料乙炔气经冷凝器需转移的热量为： （2- qqq 显潜 13） 其中 , ,平均温度 t= ip

60、i qg ct 显r qgh 潜 5 . 18 2 730 其中进入预冷器的组分的流量， i q kmol h 组分在平均温度下的热熔, pi c kcal/ kmolk 物料进出口温度差，t=30-7=23t g预冷器脱除水分量，kg/h 水在时的汽化潜热 o h7 r h591.22kcal/ kmol 计算见表 2-20q显 表表 2-20 乙炔预冷器物料需脱除显热组分乙炔预冷器物料需脱除显热组分 i g pi c tq潜组分 kmol h kcal/ kmol kkcal/h c2h2221.610.52353516.4 n22.4166.823377.8624 o20.0936.92