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1、摘要聚氯乙烯是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一。由于其具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和机械强度较高等优点，广泛应用于农业、石油化工、轻工、纺织、化学建材、电力、冶金、国防军工、建材、食品加工等国民经济各命脉部门， 在国民经济发展中具有举足轻重的地位。本次设计对年产 6 万吨 PVC 精馏工段进行工艺设计。采用电石乙炔法制取氯乙烯。此法是以电石为原料，电石水解生产乙炔，氯碱生产中产生的氯气和氢气直接合成法合成氯化氢，由乙炔和氯化氢经净化后在转化器中合成粗氯乙烯单体，粗氯乙烯单体经精馏后得到精氯乙烯单体，精氯乙烯单体经悬浮聚合得到 PVC 。确定了生产方法之后对氯乙烯合成工段、精馏

2、工段进行了物料衡算、热量衡算和设备选型计算。本文设计的电石乙炔法生产粗氯乙烯在工艺上可满足要求。关键词 ：PVC 合成；粗氯乙烯精馏；物料衡算；热量衡算；设备选型AbstractPVC is the world's first industrial production of the plastic varieties. Because it , the anti-chemical etching, wear-resisting, the electric insulation fine and the mechanical strength national economy vari

3、ous lives departments and so on agriculture, petroleum chemical industry, light industry, spinning and weaving, chemistry building materials, electric power, metallurgy, national defense war industry, building materials, food processing, Has the pivotal status in the national economy development.The

4、 design of an annual output of 60,000 tons of PVC section for distillation process design. Preparation of the use of calcium carbide acetylene perchlorethylene. This method is based on calcium carbide as raw materials, the production of calcium carbide of chlorine and produced by the direct synthesi

5、s of chloride synthesis from acetylene and chloride by water in the coarse converter in the synthesis of vinyl chloride monomer, vinyl chloride single rough After the body refined by the distillation of vinyl chloride monomer and refined by the suspension polymerization of vinyl chloride monomer to

6、be PVC. Methods to determine the production section of the synthesis of vinyl chloride, distillation section to the material balance, and selection of equipment.This article designs the calcium carbide acetylene law produces the thick vinyl chloride to be possible to satisfy the request in the craft

7、.Key word: PVC synthesis;vinyl chloride selectiveevaporation; Materialbalance目录引言 .1第一章绪论 .31.1聚氯乙烯工业的发展概况 .31.1.1聚氯乙烯工业 .31.1.2国外聚氯乙烯工业的发展.31.1.3中国的聚氯乙烯工业 .51.2聚氯乙烯工业在国民经济中的重要意义 .51.3聚氯乙烯的分类 .61.4聚氯乙烯的性质 .61.4.1物理 性质 .61.4.2化学 性质 .61.5厂址的选择 .7第二章聚氯乙烯的生产过程 .92.1氯乙烯的生产方法 .92.1.1 电石乙炔法 .92.1.2联合法 .102

8、.1.3乙烯法 .102.1.4确定生产方案 .122.2氯乙烯单体的聚合 .122.2.1悬浮聚合 .122.2.2本体聚合 .132.2.3乳液聚合 .132.2.4溶液聚合 .132.2.5聚合方法的确定 .132.3氯乙烯单体的生产工艺 .132.3.1氯乙烯生产条件的选择 .142.3.2氯乙烯制备的工艺流程 .16第三章 物 料 衡 算 .213.1需原料气的计算 .213.1.1每小时需生产 VC 量： .213.1.2每小时所需纯原料量 .213.2乙炔冷却器的物料衡算 .233.3氯化氢冷却器的物料衡算 .243.4混合器的物料衡算 .263.5石墨冷凝器的物料衡算 .273

9、.6转化器的物料衡算 .293.7水洗塔物料衡算 .303.8碱洗塔物料衡算 .323.9机后冷却器的物料衡算 .333.10 全凝器的物料衡算 .353.11 水分离器的物料衡算 .373.12 尾气冷凝器的物料衡算 .383.13 低沸塔的物料衡算 .393.14 高沸塔的物料衡算 .41第四章热量衡算 .434.1氯化氢冷却器的热量衡算 .434.2乙炔冷却器热量衡算 .444.3石墨冷凝器的热量衡算 .454.4转化器的热量衡算 .464.4.1反应热 Q 反 .474.4.2原料气带入热 Q 入 .474.4.3出料带出热 Q 出 .484.4.4热损失 Q 损 .494.4.5热载

10、体所需量 .494.5水洗塔热量衡算 .504.6高沸塔的热量衡算 .524.6.1回流比的确定 .524.6.2热量衡算 .524.6.3再沸器所需热水量 GH 及冷凝器所需冷冻盐水量GC 的计算.554.6.4再沸器和冷凝器所需传热面积的计算 .55第五章 设备选型计算 .595.1石墨冷凝器的选型计算 .595.1.1求平均温度差 tm .595.1.2确定传热面积及传热系数 .595.1.3求给热系数验算 K 值 .605.1.4最后确定 K 值及传热面积 .645.2精馏塔操作的计算 .645.2.1理论塔板数的确定 .655.2.2实际塔板数的确定 .685.2.3最小回流比的确定

11、 .68第六章 车间厂房布置设计 .696.1厂房布置设计的条件和依据 .696.1.1常用的规范和规定 .696.1.2设计的基本条件 .696.1.3设计的基本依据 .696.2车间厂房的布置设计 .706.2.1厂房的平面布置 .706.2.2厂房的空间布置 .716.2.3厂房布置时需注意的问题 .716.2.4车间设备布置设计 .71第七章管路布置设计 .737.1化工管路概述 .737.2管路设计 .737.2.1管路设计的依据 .737.2.2管路设计的内容 .737.2.3管路设计的步骤 .747.3管路布置 .74结论.75参考文献 .77谢辞 .79引言聚氯乙烯是世界上最早

12、实现工业化生产的塑料品种之一。由于其具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和机械强度较高等优点，广泛应用于农业、石油化工、轻工、纺织、化学建材、电力、冶金、国防军工、建材、食品加工等国民经济各命脉部门，在国民经济发展中具有举足轻重的地位。氯碱工业是我国基础原材料产业，产品种类多、关联度大，下游产品达上千个品种，具有较高的经济延伸价值，据统计，每万吨氯碱产品所带动的一次性经济产值在10 亿元人民币以上。 另外，氯产品也是生活饮用水处理和日用化学品生产的主要原料，与人民生活息息相关。由于氯碱工业具有的特殊地位，建国以来，一直将主要氯碱产品产量及经济指标作为国民经济统计和考核的重要指标。聚氯乙烯是

13、一种重要的热塑性树脂。他经过成型加工、改性，可以制成软质、硬质、泡沫、纤维等塑料制品，性能优良，用途很广。聚氯乙烯是从 1930年才开始作为工业材料的，但现在年产量已逾 1100万吨，约占世界塑料总产量的五分之一，仅次于聚乙烯居第二位。同时生产设备不断向大型化发展。据报道目前最大的氯乙烯生产装置达 36 万吨每年。我国于1958年开始大规模工业生产，现在是发展最快的通用树脂之一。以氯乙烯树脂为基料和增塑剂、填料、稳定剂、着色剂、改性剂等多种助剂混合后经塑化、成型加工而成的聚氯乙烯塑料应用相当广泛。通用型悬浮法聚氯乙烯树脂可以加工成软制品和硬质品。日常生活中常见的电缆外皮、防水卷材、农用膜、密封

14、材料等属于软制品，塑钢门窗、上下水管、硬纸板材、管件等一般为硬质品。氯乙烯聚合的基本方法有四种：悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合及溶液聚合。树脂产品的物理形态有粉状、糊状、溶液和清漆等。他们各自适应一定的加工工艺或使用范围。目前主要用悬浮法生产，成品为某种粗细的粒状树脂，适宜于压延、挤出、注射、吹塑等成型加工工艺。最近有关专利报道，对悬浮法做适当改进，可生产代糊用树脂。在聚氯乙烯生产中，单体氯乙烯的合成是关键。其合成工艺路线，按基本原料来源，可分为电石路线和石油路线。电石路线以电石为原料，先水解得乙炔，然后把乙炔和氯化氢混合，PVC的通过氯化汞催化剂合成氯乙烯，这是生产单体氯乙烯的老方法。它具有设

15、备简单，工艺成熟，投资低，能小规模经营的特点。但存在耗电量大，原料成本高，因安全问题生产规模受到限制，和钢铁工业争焦炭，同时会引起汞的污染问题，因而不能适应聚氯乙烯大发展需要的缺点。氯乙烯的合成、精馏、聚合一直就是氯乙烯生产的热点问题。我国有非常丰富的电石资源，以电石为原料生产氯乙烯自然成为国内大部分生产氯乙烯工厂的共同选择。第一章绪论1.1聚氯乙烯工业的发展概况聚氯乙烯树脂，即常说的 PVC树脂，是一个用来表示一类由氯乙烯单体衍生的聚合物和共聚物的叙述性名称。 1930 年 1933 年实现了聚氯乙烯工业规模的生产，但大规模的发展还是在解决了增塑加工方法之后才成为一种用途广泛的树脂。 195

16、8 年聚氯乙烯在我国开始大规模生产， 现在已成为发展最快的通用树脂之一。从世界范围来看， PVC第二大合成树脂，消费量仅次于聚乙烯。近几年，全球 PVC的总产能一直持续扩张，但其增长点主要集中在中国。由于世界经济非平衡式发展，各地区 PVC市场的供求和发展状况存在一定的差异，欧洲和北美市场对 PVC需求的扩张主要依赖对下游高端产品的需求增长，亚洲经济的迅速发展带动 PVC市场的产销依然旺盛。此外，从生产工艺路线看，除中国和极少几个国家以电石法工艺路线生产，绝大部分国家都是采用石油天然气路线，生产工艺的差别导致了世界各主要地区市场价格和生产成本也不尽一致。2006 年全球 PVC产能约 4291

17、.1 万吨，较 2005 年的 4041.1 万吨，增长了 6.48%，受 2004 年全球经济转好的影响， 2005 年是 PVC产能增加最多的一年，增长率由2004 年的 4.19%增加到 9.72%，尤其仅中国产能就增加了 280 万吨，增长率达到35.45%之多。中东地区 PVC产能长期短缺，为了适应需求增长，一些厂家也开始扩大产能，2005 年产能增幅也达到了29%。近两年北美 PVC产能并没有增长，但2008 年以后北美 PVC产能增加将接近 100 万吨，增幅达到12.60%。1.1.1聚氯乙烯工业聚氯乙烯化学性质稳定，中性无毒，同时既轻又坚固，适应性强且价格便宜。近几年来聚氯乙

18、烯发展的很快，在很大范围上替代了其它有较少问题的材料，如玻璃、金属、纸、陶瓷和树木等，在建筑材料、消费用品、医疗汽车行业等都有着广泛的应用。近年来，我国PVC表观消费量以年均10%15%左右的速度增长，PVC制品一直以薄膜、人造革、电缆料和鞋类四大系列的软制品为主。目前在各领域的应用比例正在不断变化，软制品消费比例逐年下降，而异型材、管材、板材等主要用作建筑材料的硬制品的消费比例不断提高。预计到 2010 年仅化学建材业对 PVC树脂的需求量将达到 200 万 t ；电子电器工业中 PVC电缆料、电器连接件以及仪器设备壳体等对 PVC的需求量也将有较大幅度的增长，将达 100 万 t 。此外，

19、包装、农业、汽车、医疗、日常生活用品等领域对PVC的需求量也将不断增长。从近几年我国聚氯乙烯(PVC)行业发展趋势来看，聚氯乙烯消费高速的增长，同时也引发了我国聚氯乙烯(PVC)的建设热潮，聚氯乙烯(PVC)市场竞争将更加激烈。同时，近年我国环保、节能、减排、差别电价、出口退税调整、加工贸易调整等政策措施不断出台，执行力度也比以往任何一年都要来得更猛烈。 传统的 PVC生产格局正面临新的形势和冲击，传统企业如不能尽快通过技改、创新、改制等手段降本增效、化劣势为优势，将有被淘汰的危险。1.1.2国外聚氯乙烯工业的发展自从 20 世纪 60 年代以来，国外发达国家根据聚氯乙烯市场竞争加剧和能源结构

20、情况，开发了新的平衡氧氯化工艺。到目前为止，全球有93%以上的单体采用氧氯化法生产。但是，在少数国家，由于电石来源广泛，乙炔法氯乙烯生产成本比采用石油的氧氯化法低，所以，乙炔法和联合法仍占有一些市场。世界聚氯乙烯工业中，美国的生产能力和实际产量均居首位，生产工艺先进，产品更新快，各国较多地引进美国的生产技术，所以说，美国是了解世界聚氯乙烯的窗口。1991 年，美国的生产能力为476.43 万吨，占世界聚氯乙烯生产能力 23% ，产量 416.3 万吨，消费量414.5 万吨。 1992年以来，美国的聚氯乙烯市场供不应求，使之产量增加9% ，其中管件消费量上升 28% ，护墙板提高 35% ，门

21、窗型材提高 38% ，电线电缆增长 16% ，地板增长 8% 。 1993 年美国的 PVC 产量比 1992 年增长 4.5% ，1994 年，美国的 PVC 生产能力为 523 万吨，到 2000 年，美国聚氯乙烯生产能力已达到 615.8 万吨，产量 580.2 万吨。西欧聚氯乙烯工业开发较早，目前生产技术已比较成熟。1990 年，生产能力达 598.9 万吨，占世界总生产能力的 27% ，产量 550 万吨，占世界产量的 30% 。西欧每年消费聚氯乙烯 500520万吨，其消费结构为硬制品占 64% ，软制品占 36% 。近年来，由于受 绿色和平 运动的影响，使西欧的 PVC 产量、消

22、费量和价格都有所下降。 1992 年总消费量下降 4% 。1993 年有所回升，1994 年，西欧的PVC生产能力可达大约739 万吨，其中欧共体国家生产能力年增长水平为4.8% ，非欧共体国家为3.3% ，产量约为501.3612.5万吨；到2000年，生产能力达到751.7万吨，产量573.9669.76万吨，市场需求在659 万吨以上。日本聚氯乙烯工业起步较晚，但发展迅速，1991 年聚氯乙烯树脂生产能力已达 211.6万吨 ,占世界总生产能力的9% ，产量 202.4 万吨，占世界的11% ，是亚洲地区目前生产能力和产量最大的国家。在19922000年间，日本 PVC 产品需求量年增长

23、率在7% 以上。东欧：东欧地区1990 年聚氯乙烯生产能力为240.7 万吨，产量 166.5 万吨。 1992 年，东欧地区产量仅为 124.4 万吨，19851992 年间 PVC 年平均减产 2.4% 。1994 年有所增加，产量达到 203.6 万吨。到 2000 年，生产能力的年增长率为2.2% ，人均消费量为 4.45kg，消费水平仍然很低。1.1.3中国的聚氯乙烯工业我国 PVC 树脂是伴随着氯碱工业而发展起来的，是烧碱厂主要以氯为主料的产品，也是烧碱厂平衡氯气的主要手段。由于我国烧碱厂规模小而分散，致使PVC 工业的发展先天不足，一直采用电石乙炔为主要原料组织生产，能耗高、污染

24、严重和产品成本无竞争力是其三大致命弱势。我国 PVC 生产厂生产每吨PVC 树脂的能耗高达500kW·1.4.1物理性质比重： 1.35-1.45宏观 密度 ： 0.40-0.65 gcm 3比 热容： 0.8372-1.465 Jg（0100）导热 系数 ： 0.6128 W(m · K)折 光率： 1.544颗粒 半径 ：悬浮 60150 微米，本体 3080 微米，糊树脂0.12微米，掺混20 80 微米；外形：无毒无臭白色颗粒；电 性 能 ： 耐电击穿，可用于1 万 V 低压电缆。1.4.2化学性质耐酸碱性：PVC化学性质稳定，可在常温下耐最大浓度的盐酸、90%以下

25、的硫酸、浓硝酸（50-60% ）以及浓碱（20%）溶液。 PVC 树 脂在 高温 下 与浓 碱发 生脱 HCl 反应 ，而在 浓 硝酸 或 浓 硫酸中发生氧化分解反应。溶解性：PVC树脂可溶于酮类( 丙酮、环己酮) 、酯类氯代物（二氯乙烷、氯、四氯化碳）及芳香烃（苯、二甲苯、四呋喃），对水、汽油、酒精等特别稳定，PVC树脂不溶于乙烯单体。燃烧 性： PVC 树 脂 在火 焰 上 燃烧 能降 解并 放出 HCl ，离 开火焰立即自熄。老化 性： 较耐老化，但在光照 (尤其光波长为 270 310mm 时 )和氧作用下会缓慢分解，释 HCl ，形成羰基、共轭双键而变色。1.5厂址的选择厂址的选择非

26、常重要，直接影响到企业产品成本、运输、市场、环保等多个方面。聚氯乙烯项目选址主要应该考虑以下一些原则。(1) 符合国家、地区和城乡规划的要求。(2) 应靠近主要原料供应地区，并尽可能靠近主要下游用户。(3) 具备充足的水源供应。(4) 厂址应布置在居民区下风向和江河的下游。(5) 安全的原则，防洪、防震、防地质灾害、战争危害。(6) 注意环境保护， 考虑“三废” 的达标排放，减少对生态和环境的影响。(7) 实事求是的原则，调查研究多个厂址，进行科学分析和比选。(8) 在国务院、国家有关部门规定的风景名胜区、 自然保护区、 饮用水源保护区和其他需要特别保护的区域内，城市规划界外2km 以内，主要

27、河流两岸、公路、铁路、水路两侧，及居民聚集区和其他严防污染的食品、药品、卫生产品、精密制造产品等企业周边1km 以内，国家及地方政府所规定的环保、安全防护距离内，禁止新建电石法聚氯乙烯和烧碱生产装置。位于主要原料的产地， 水、电等公用工程设施配套完备， 远离居民区、繁华场所及农田设施，处于所在地区主导风向的下风口，交通运输方便快捷，无疑是聚氯乙烯工厂建设厂址选择的最佳方案。所以，在拟建聚氯乙烯工厂项目的前期工作中，必须对拟建项目的厂址选择进行科学的研究和论证，尤其是拟建厂对周围环境的影响，否则如果在建设中或在开车后发现问题，将很难解决，因而造成很大损失。在石油资源自给率只有约 30%的国情下，

28、依靠进口乙烯、二氯乙烷或氯乙烯来生产聚氯乙烯的工厂，厂址定于沿海靠近港口之地，当是首选；中西部地区，由于是电石的主要生产地，且有充足的煤电供应，建设电石法聚氯乙烯工厂， 具有较大的成本优势和竞争能力， 但不管选用何种工艺，不论厂址确定在何方，聚氯乙烯装置对周围环境的影响，必须给出科学的评价，锲而不舍地用科学的手段探索、研究、采用防护措施，以求避免或最大限度地降低其对周围环境可能造成的伤害。本次设计所选工厂位于内蒙古乌海市。乌海市地处中西部地区，是电石的主要生产地， 且有充足的煤电供应， 具有较大的成本优势和竞争能力。第二章聚氯乙烯的生产过程2.1氯乙烯的生产方法氯乙烯的工业合成，首先以电石乙炔为原料进行生产，随着石油化工的发展，逐渐过渡到以石油乙烯为主。2.1.1电石乙炔法电石乙炔法是以来自食盐电解的氢与氯气，经过合成炉混合燃烧反应得到干燥氯化氢，再与净化和脱水后乙炔进行加成反应即得粗氯乙烯，经过精制后获得纯氯乙烯单体。(1) 乙炔的发生主 反 应CaC 2 + 2H2O C2H 2 + Ca(OH) 2 + 130kJmol(2-1)副 反 应C