年产10万吨氯乙烯工艺设计(共53页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业本科毕业设计本科毕业设计( ( 20162016 届届 ) ) 题题 目：目： 年产 10 万吨氯乙烯工艺设计 学学 院：院： 化学化工学院 专专 业：业： 化学工程与工艺 学生姓名：学生姓名： 郑浩东 学号：学号： 指导教师：指导教师： 詹益民 职称（学位）：职称（学位）： 合作导师：合作导师： 职称（学位）：职称（学位）： 完成时间：完成时间： 20162016 年年 月月 日日 成成 绩：绩： 黄山学院教务处制黄山学院教务处制精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业学位论文原创性声明学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立

2、完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人（签名）：声明人（签名）：年年 月月 日日精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业年产 10 万吨氯乙烯工艺设计Process design of vinyl chloride with annal output of 100kt精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目录目录 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业.54 工艺流程图 .54 主要设备图 .54精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业年产

3、年产1010万吨氯乙烯工艺设计万吨氯乙烯工艺设计化学化工学院 化学工程与工艺 郑浩东（）指导老师：詹益民摘要摘要：氯乙烯是化学工业重要有机化工原料，其市场供需量也愈来愈庞大，在化工生产中的地位不断攀升。由于近年来全世界氯乙烯的生产发展很快，其产量及消费需求也都迅猛增长;而在国内也随着我国聚氯乙烯等行业的不断发展，带动了我国氯乙烯消费量的不断增加。本设计主要对氯乙烯的物性、用途及国内外生产消费现状进行分析，对其现有各种生产工艺做简要介绍，根据设计任务要求确定了本生产工艺流程，对氯乙烯的生产、分离及提纯阶段精馏塔进行详细计算，并根据物性及操作条件等综合因素对塔设备结构进行计算、设计、选型，对辅助设

4、备进行相应的设计计算。做出我认为年产 20万吨氯乙烯理想的设计方案 。关键字关键字：增加；氯乙烯；聚氯乙烯；精馏塔；计算精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业Process design of vinyl chloride with annal output of 100ktAbstract:Vinyl chloride is an important organic chemical raw materials in chemical industry, its market supply and demand quantity will become more and more lar

5、ge and the position of Vinyl chloride will be rise in chemical production. Due to the production of vinyl chloride is developing very fast in the world, the production and consumption demand are growing rapidly; With the continuous development of PVC industry in China, our countrys vinyl chloride co

6、nsumption also increased. This design mainly analyze the vinyl chlorides physical properties, use and production, and consumption status at home and abroad.Also brifely introducing the existing production process .According to the requirement of design task,making sure the production process and cal

7、culating the production, separation and purification of vinyl chloride. Considering the comprehensive factors such as physical properties, operating conditions and so on,we calculate the tower equipments structure, design, select type, and calculate the design of auxiliary equipment.Finally making t

8、he ideal design scheme from my side which can output 100 kt of vinyl chloride every yearKey words: Addition;Vinyl chloride;Poly vinyl Chloride;Distillation column;Calculate精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业前 言 本设计是根据设计任务的要求，对年产二十万吨氯乙烯的工艺初步设计，广泛收集了聚氯乙烯（(Polyvinyl Chloride，简称 PVC） 、氯乙烯（vinyl Chloride;简称 VC）工艺化工设计的

9、相关资料作为设计依据。对 PVC 的性质和国内外发展状况进行了介绍，并着重对 VC 工艺发展状况、工艺选择、性质、工艺流程及合成原理，相关的物料性质、物料衡算、设备选型、管道设计作了较为详细的阐述，以理论设计为主，参考了大量资料和书籍，力求接近实际、切合实际。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章第一章 绪绪 论论1.1 聚氯乙烯 1.1.1 聚氯乙烯性质和用途1常温常压下，氯乙烯（vinyl chloride，CH2=CHCl）是无色气体，具有微甜气味，微溶于水，溶于烃类，醇，醚，氯化溶剂和丙酮等有机溶剂中，氯乙烯沸点-13.9，易聚合，并能与乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯、丙

10、烯腊、丙烯酸酯等单体共聚，而制得各种性能的树脂，加工成管材、面膜、塑料地板、各种压塑制品、建筑材料、涂料和合成纤维等。近年来世界和中国聚氯乙烯树脂消耗比例分别见表 1.1 和表 1.2。表 1.1 近年来世界聚氯乙烯树脂消耗比例品 种比例/%品 种比例/%管材33薄膜片材13护墙板8地板地砖3薄膜和片材8合成皮革3吹塑制品5电线电缆8其他6其他13PVC硬制品合计60PVC软制品合计40表 1.2 近年来中国聚氯乙烯树脂消耗比例品 种比例/%品 种比例/%管材14薄膜片材11护墙板18地板地砖8薄膜和片材15合成皮革7吹塑制品5电线电缆4其他5其他13PVC硬制品合计57PVC软制品合计43精

11、选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1.2 氯乙烯 VC1.21氯乙烯在国民经济中的地位和作用自 1835 年法国化学家 V.Regnault 首先发现了氯乙烯，于 1838 年他又观察到聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。占目前塑料消费总量的 29%以上。到上世纪末，聚氯乙烯树脂大约以 3%的速度增长。这首先是由于新技术不断采用，产品性能亦不断地得到改进，品种及牌号的增加，促进用途及市场的拓宽。其次是制造原料来源广、制造工艺简单。产品质量好。在耐燃性、透明性及耐化学药品性能方面均较其它塑料优异。又它是氯碱行业耗“氯”的大户，对氯碱平衡起着举足轻

12、重的作用。从目前世界主要聚氯乙烯生产国来说：一般耗用量占其总量的2030%。特别是 60 年代以来，由于石油化工的发展，为聚氯乙烯工业提供廉价的乙烯资源，引起了人们极大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断地更新，使聚氯乙烯工业获得迅猛的发展。1.2.2 我国 VC 的产需状况及预测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，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 22

13、0 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%。1.3 氯乙烯制取方法1835 年法国人 V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪 30 年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的工业生产。初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940 年，美国联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960 年，美国陶氏化学公司开发了乙

14、烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。乙炔法、混合烯炔法等其他方法由于能耗高而处于逐步被淘汰的地位。1.4 氯乙烯的合成2精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业氯乙烯是由乙炔与氯化氢在升汞催化剂存在下的气相加成的。1.4.1 反应机理 + 1248kJ/mol （1-6）ll2lg222CHCCHHCHCCH 上述反应实际上是非均相的，分 5 个步骤来进行，其中表面反应为控制阶段。I 外扩散 乙快、氯化氢向碳的外表面扩散；II 内扩散 乙炔、氯化氢经碳的微孔通道向外表面扩散；III 表面反应乙炔、氯化氢在升汞催化剂活化中

15、心反应发生加成反应生成氯乙烯；IV 内扩散 氯乙烯经碳的微孔通道向外表面扩散；V 外扩散 氯乙烯自碳外表面向气流中扩散。 1.4.2 催化剂的选取15 载体活性炭 ，升汞对于 HCl 与 C2H2 化合生成氯乙烯的反应,要求使用的催化剂具有高活性和高选择性。目前,电石法生产氯乙烯常用的催化剂是以活性炭为载体(孔隙率即吸苯率=30%,机械强度90%)浸渍吸附质量分数为 10%12%的氯化汞制备而成的,其具体标准参见(YS/T31-1992 氯化汞触媒技术标准)。1.5 氯乙烯生产工艺流程简述1.5.1 生产工艺流程缓冲器乙炔砂封混合器石墨冷却器多筒过滤器石墨预热器转化器除汞器水洗塔碱洗塔冷却器图

16、 1.1 生产工艺流程由乙炔工段送来的精制乙炔气，经乙炔砂封，与氯化氢工序送来的氯化氢气体经缓冲罐通过孔板流量计调节配比（乙炔/氯化氢=1/1.051.1）在混合器中充分混合，进入石墨冷却器，用-35盐水间接冷却，冷却到-142，乙炔氯化氢混合气在此温度下，部分水分以 40%盐酸排出，部分则夹带于气流中，进入串联的酸雾过滤器中，由硅油玻璃精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业棉捕集器分离，然后混合气经石墨冷却器，由流量计控制进入串联的第一组转化器，在列管中填装吸附于活性炭上的升汞催化剂，在催化剂的作用下使乙炔和氯化氢合成转化为氯乙烯，第一组出口气中尚有 2030%未转化的乙炔，再进入第二级

17、转化器继续转化，使出口处未转化的乙炔控制在 3%以下，第二组转化器填装活性较高的新催化剂，第一组则填装活性较低的，即由第二组转化器更换下来的旧催化剂即可。合成反应放出的热量通过离心泵送来的 95100左右的循环水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的氯化汞升华物，在填活性炭吸附器中除去，接着粗氯乙烯进入水洗泡沫塔回收过量的氯化氢。泡沫塔顶是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触得 20%盐酸，装大贮槽供罐装外销，气体再经碱洗泡沫塔，除去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气柜，最后去精馏工段。1.5.2 主要原料和产物的物化性质I 氯化氢分子式：HCl 分子量：36.5性质：无色有刺激性气味的气体。标准状态下

18、密度为 1.00045 克/升，熔点-114.80，沸点-85。在空气中发白雾，溶于乙醇、乙醚，极易溶于水，标准状况下，1 升水可溶解 525.2 升的 HCl 气体。规格：纯度93%水分0.06%II 乙炔分子式：C2H2 分子量：26性质：在常温常压下为无色气体，具有微弱的醚味，工业用乙炔因含有氯化氢、磷化氢等杂质而具有特殊的刺激性臭气。规格：纯度：98.5% 不含硫、磷、砷等杂质。III 氯乙烯分子式：CH2CHCl 分子量：62.50沸点：-13.9 熔点：-160.0蒸汽相对密度：2.15(空气为 1) 液体相对密度：0.9121（20)爆炸极限：在空气中 3.626.4%(体积)精

19、选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第二章 工艺计算2.1 物料衡算由于各化工单元操作连续，故采用倒推法，根据转化率或者损失率计算出原料的投入量，再按顺序对各个单元操作进行衡算。2.1.1 计算依据I 计算基准年产能力： 年产 100kt 的氯乙烯年工作日： 以 330 天计算日产量： 100106330=3.0455105 kg （2-1精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业）小时产量： 3.045510524=12689.5 kg （2-2）即，每小时要合成氯乙烯 12689.5kg ，以下计算均以 1 h 为基准。II 化学反应式：主反应： （2-3）ll2HgCl222CHCC

20、HHCHC 副反应： （2-4）232lllCHCCHHCCHCCH （2-5）lgllg2HgCl222CCHHHCCCHHC （2-6）222lgllglglCHCHCHCCHCCHCHHCIII 倒推法计算：精馏（氯乙烯的收率1：99.5%）：12689.599.5%=12753.26 kg = 204.052 kmol（2-7）转化器（乙炔的转化率：95%）： 204.05295%=214.7915 kmol （2-8）因此，进气中 C2H2需 214.7915 kmol 2.1.2 各单元的物料衡算（1）混合器的物料衡算 图 2.1 混合器的物料衡算简图 C2H2和 HCl 的最适宜

21、的摩尔比是：1:1.051.12本设计选取：nC2H2 : nHCl = 1:1.08I 进料气组成：表 2.1 进料气组成进料气组分含量/%乙炔氯化氢混合器C2H2HClO2H2O精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业C2H299.5乙炔气H2O0.5HCl99.95H2O0.01 氯化氢惰性气体（以 O2计算）0.04因此，进料气所需乙炔气： 214.791599.5% = 215.871 kmol （2-9）进料气所需的氯化氢气体：214.79151.0899.95% = 232.091 kmol （2-10）即，C2H2 ： 214.7915 kmol （5584.579 kg）H

22、Cl ： 231.975 kmol （8467.0875 kg）O2 ： 232.0910.04% = 0.0928 kmol （2.971 kg） （2-11）H2O ： 232.0910.01%+215.8710.5% = 1.1025 kmol （19.845 kg） （2-12）II 出料气组成：极少量的水分以浓盐酸的形式流出，此时课忽略流出的浓盐酸量。C2H2 : 214.7915 kmolHCl ： 231.975 kmolO2 ： 0.0928 kmolH2O ： 1.1025 kmolIII 混合器的物料衡算表表 2.2 混合器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/

23、%精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业C2H25584.57939.679C2H25584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8467.087560.159O22.9710.O22.9710.H2O19.8450.1410H2O19.8450.141014074.482510014074.4825100（2） 石墨冷却器 图 2.2 石墨冷却器的物料衡算简图由于在石墨冷却器中，用-35盐水间接冷却，混合气中水分一部分则以 40%盐酸的形式排出，部分则混合在气流中。查阅相关资料，即设混合器中水分以 40%盐酸排出的量占水总量的 30%2。I 进料气组成：C2H2

24、: 214.7915 kmol （5584.579kg）HCl ： 231.975 kmol （8467.0875kg）O2 ： 0.0928 kmol （2.971kg）H2O： 1.1025kmol （19.845kg）II 出料气组成：C2H2 : 214.7915 kmol （5584.579kg）O2 ： 0.0928 kmol （2.971kg）H2O： 1.1025（1-30%） =0.7718 kmol =13.8915 kg （2-13） （2-14）40% 100%mmm2lHClOHHC = （0.40.6） lmHCOH2m混合气C2H2HClO2H2O石墨冷却器盐酸精

25、选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 = （0.40.6）（9.9225-13.8915） =3.969kg （2-15）HCl： 8467.0875-3.969=8463.1185 kg =231.8665 kmol （2-16）盐酸：3.969+（19.845-13.8915）=9.9225 kg （2-17）III 石墨冷却器的物料衡算表 2.3 石墨冷却器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2H25584.57939.679C2H25584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131O22.9710.O22.9710

26、.H2O19.8450.1410H2O13.89150.盐酸9.92250.14074.482510014074.4825100（3）多筒过滤器由相关资料查得，在多筒过滤器中，采用 35%憎水性有机硅树脂的 510um 细玻璃纤维，可将大部分酸雾分离下来，以盐酸的形式排出。假设盐酸为 38%，出水量为 80%。I 进料气组成：C2H2 : 214.7915 kmol （5584.579kg）HCl ： 231.975 kmol （8463.1185kg）O2 ： 0.0928 kmol （2.971kg）H2O： 0.7718kmol （13.8915kg）II 出料气组成：C2H2 : 21

27、4.7915 kmol （5584.579kg）O2 ： 0.0928 kmol （2.971kg）H2O： 13.8915（1-80%）=2.7783 kg 盐酸为 38%，100% = 38% （2-18OHHC2mmmlHCl） = （0.380.62）HClmOH2m精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 =（0.380.62）13.8915 =6.8115 kg （2-19）HCl： 8463.1185-6.8115=8456.307 kg （2-20）盐酸：6.8115+13.891580%=17.9247 kg （2-21）III 多筒过滤器的物料衡算表 2.4 多筒过滤器的

28、物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2H25584.57939.707C2H25584.57939.707HCl8463.118560.172HCl8456.30760.125O22.9710.O22.9710.H2O13.89150.H2O2.77830.盐酸17.92470.0012714064.5610014064.56100（4）石墨预热器此时无质量交换，即进出口各物料量不变。 表 2.5 石墨预热器物料衡算表进料/出料质量/kgW/%C2H25584.57939.757HCl8456.30760.202O22.9710.H2O2.77830.14046.64100（5

29、）转化器 图 2.3 转化器物料衡算简图由前面的叙述知，此转化器转化率为 95%3。C2H2HCl转化器CH2CHClC2H2HCl精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业I 进料气组成：C2H2 : 5584.579 kg （214.7915 kmol）HCl ： 8456.307 kg （231.68 kmol） O2 ： 2.971 kgH2O ： 2.7783 kgII 出料气组成：CH2CHCl ：214.791595%62.5 = 12753.245 kg （2-22）C2H2 : 5584.579（1-95%）= 279.229 kg （2-23）HCl ： 8456.307-

30、214.791595%36.5 = 1008.4117kg （2-24）O2 ： 2.971 kgH2O ： 2.7783 kgIII 转化器的物料衡算：表 2.6 转化器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2H25584.57939.757CH2CHCl12753.24590.792HCl8456.30760.202C2H2279.2290.0199O22.9710.HCl1008.41177.179H2O2.77830.O22.9710.H2O2.77830.14046.6410014046.64100（6）除汞器由于汞含量极少，实际操作中课忽略其影响，即物料进、出组分相

31、同。 除汞器的物料衡算： 表 2.7 除汞器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2CHCl12753.24590.792CH2CHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H2279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179O22.9710.O22.9710.精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业H2O2.77830.H2O2.77830.14046.6410014046.64100（7） 石墨冷却器 表 2.8 石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2CHCl1275

32、3.24590.792CH2CHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H2279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179O22.9710.O22.9710.H2O2.77830.H2O2.77830.14046.6410014046.64100（8）水洗泡沫塔4查阅相关文献可知，水洗泡沫塔用来回收过量的氯化氢，泡沫塔是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触可得 20%的盐酸。假如回收盐酸的回收率为 98%，加入的水量为 3955 kg。I 进料气组成：CH2CHCl ： 12753.245 kgC2H2 : 27

33、9.229 kg HCl ： 1008.4117kg O2 ： 2.971 kgH2O ： 2.7783 + 3955 = 3957.7783kg （2-25）II 出料气组成：CH2CHCl ： 12753.245 kgC2H2 : 279.229 kg 回收的盐酸： 1008.411798%20% = 4941.22 kg （2-26）精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业HCl ： 1008.4117（1-98%）= 20.168 kg （2-27） O2 ： 2.971 kgH2O ： 3955+2.7783-4941.220.8 = 4.8023 kg （2-28）III 泡沫水

34、洗塔的物料衡算:表 2.9 泡沫水洗塔的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2CHCl12753.2450.708CH2CHCl12753.2450.708C2H2279.2290.0155C2H2279.2290.0155HCl1008.41170.056HCl20.168 0.00112O22.9710.O22.9710.H2O3957.77830.22H2O4.80230.盐酸4941.220.27418001.63510018001.635100（9）碱洗泡沫塔 CH2=CHClCHCHHCl碱洗泡沫塔CH2=CHClCHCH图 2.4 碱洗泡沫塔物料衡算简图I 进料

35、气组成：CH2CHCl ： 12753.245 kgC2H2 : 279.229 kg HCl ： 20.168 kg O2 ： 2.971 kg精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业H2O ： 4.8023 kgII 出料气组成：HCl 被碱液吸收，从而出料气中不含 HCl 气体。CH2CHCl ： 12753.245 kgC2H2 : 279.229 kg O2 ： 2.971 kgH2O ： 4.8023 kgIII 碱洗泡沫塔的物料衡算表 2.10 碱洗泡沫塔的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2CHCl12753.2450.976CH2CHCl12753.24

36、50.976C2H2279.2290.0214C2H2279.2290.0214HCl20.168 0.00154HCl（除去的）20.168 0.00154O22.9710.O22.9710.H2O4.80230.H2O4.80230.13060.41510013060.4151002.2 热量衡算2.2.1 热量衡算式 （2-29）54321QQQQQQ1 : 物料带入热Q2 : 加热剂或冷却剂带入热Q3 : 过程热效应Q4 : 物料带出热Q5 : 热损失假设 Q5 是 Q2的 5% 此衡算式中， “+”表示放热， “-”表示吸热。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业设混合物的平均比

37、热容近似等于各组分热容与质量分数乘积之和，即 ，含iiWCCP量少的物质对混合体系热容的影响可忽略不计。 同种物质的平均比热容 （2-30）2121lnPPPPPCCCCC2.2.2 有关物化数据表5表 2.11 物化数据表项目温度/比热/kcal/（kg）250.428750.45乙炔1100.455250.204750.208HCl1100.2085250.45750.451水蒸气1100.46250.234750.24O21100.244250.846750.8327氯乙烯1100.868盐酸（40%）-353.214 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2.2.3 相应各个设备的

38、热量衡算（1）石墨冷却器表 2.12 石墨冷却器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2H25584.57939.679C2H25584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131O22.9710.O22.9710.H2O19.8450.1410H2O13.89150.盐酸9.92250.14074.482510014074.4825100进料温度： t1 = 25出料温度： t2 = -13以进料温度 t1 = 25为计算基准：C 乙炔=1.792 kJ/（kg）C水蒸气=1.8842 kJ/（kg）C氯化氢=0.8541 kJ

39、/（kg）C 氧气=0.9798 kJ/（kg）C 水（l）=4.175 kJ/（kg）水（冷凝热）= -2229.4636 kJ/（kg）C 40%盐酸=3214 kJ/（kg）计算：Q1 : 进料温度为 25，即 Q1 =0Q3 : Q3= Q3.1 + Q3.2 （2-31） Q3.1 ：生成 40%的盐酸时，HCl 的水溶液生成的热，35430 kcal/kmol5 则冷却器只能中 HCl 溶于水放出的热量为： .4（8467.0875-8463.1185） 36.5 = 16131.04 kJ （2-32）Q3.2 ：水液化放出的热，2435.0（19.845-13.8915）= 1

40、4496.7725 kJ （2-33） Q3 = Q3.1 + Q3.2 = 16131.04+14496.7725 = 30627.8125 kJ （2-34）Q4 : Q4 = Q乙炔Q氯化氢 Q氧气Q水蒸气Q盐酸 = 5584.5791.792（-13-25）+8467.08750.8541（-13-25）精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业+2.9710.9798（-13-25）+1.88413.8915（-13-25）+9.92253214（-13-25） = -.4916-.0985-110.6175-994.5202-.77 = -.498 kJ （2-35）Q2 : 5%

41、 Q2=Q5 Q1Q2Q3=Q4Q5 （2-32） 0+ Q2+30627.8125 = -.498+0.05Q2 （2-36） Q2 = -.906 kJ Q5 ： Q5 = Q25% = -99930.5953 kJ （2-37）表 2.13 石墨冷却器热量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H2-.4916HCl0HCl-.0985O20O2-110.6175H2O0H2O-994.5202冷凝热30627.8125盐酸-.77盐水吸热-.906损失-99930.5953-.093-.093（2） 石墨预热器进料温度： t1 = -13出料温度： t2 = 75以进料温度 t

42、1 = -13为计算基准：C 乙炔=1.80 kJ/（kg）C 水蒸气=1.884 kJ/（kg）C 氯化氢=0.858 kJ/（kg）C 氧气=0.9798 kJ/（kg）C 氯乙烯=0.8502 kJ/（kg）计算：Q1 : 进料温度为 75，即 Q1 =0Q3 : 由反应式，Q4 : Q4 = Q乙炔Q氯化氢 Q氧气Q水蒸气精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 = 5584.5791.8（75+13）+8456.3070.858（75+13）+2.9710.9798 （75+13）+2.77831.884（75+13） = .3136+.0037+256.1667+460.62 =

43、 .104kJ （2-38）Q2： Q5 = Q25% Q1Q2Q3 = Q4Q5 0+ Q2+0 =.104+0.05 Q2 Q2 =.057 kJQ5 ： Q5 = Q25% =.0570.05=80199.9528kJ （2-39）表 2.14 石墨预热器热量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H2.3136HCl0HCl.0037O20O2256.1667H2O0H2O460.62蒸汽加热.057损失80199.9528.057.057（3） 转化器 由前面计算可知，转化器的物料核算此处的热损失为 1.5%。进料温度： t1 = 75出料温度： t2 = 110以进料温度

44、t1 = 75为计算基准：C 乙炔= 1.884 kJ/（kg）C 水蒸气= 1.888 kJ/（kg）C 氯化氢= 0.871 kJ/（kg）C 氧气= 1.005 kJ/（kg）精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业C 氯乙烯= 0.8502 kJ/（kg）计算：Q1 : 进料温度为 75，即 Q1 =0Q3 : 由反应式， Q3 = 124.8214.7915103 = .546 kJ （2-40）Q4 : Q4 = Q氯乙烯+Q乙炔Q氯化氢 Q氧气Q水蒸气 = 12753.2450.8502（110-75）+279.2291.884（110-75）+1008.41170.871（1

45、10-75）+2.77831.888（110-75）+2.9711.005（110-75） = .3115+18412.3603+30741.4307+183.5901+104.5049 = .1974 kJ （2-41）Q2 ： Q5 = Q21.5% Q1Q2Q3 = Q4Q5 0+ Q2+.546 = .1974+0.015 Q2 Q2 = -.054 kJQ5 ： Q5 = Q25% = -.0540.015 = -36726.7058 kJ表 2.15 转化器热量衡算表 物料入口/kJ物料出口/kJC2H20CH2CHCl.3115HCl0C2H218412.3603O20HCl30

46、741.4307H2O0O2104.5049精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业反应热.546H2O183.59010循环水-.054损失-36726.7058.4916.4916（4） 石墨冷却器进料温度： t1 = 110出料温度： t2 = 25以进料温度 t1 = 110为计算基准：C 乙炔= 1.905 kJ kJ/（kg）C 水蒸气= 1.926 kJ kJ/（kg）C 氯化氢= 0.873 kJ kJ/（kg）C 氧气= 1.021 kJ kJ/（kg） C 氯乙烯= 0.857 kJ kJ/（kg）计算：Q1 : 进料温度为 110，即 Q1 =0Q3 : Q3 = 0

47、（无反应或冷凝热产生）Q4 : Q4 = Q氯乙烯+Q乙炔Q氯化氢 Q氧气Q水蒸气 = 12753.2450.857（25-110）+279.2291.905（25-100）+1008.41170.873（25-100）+2.77831.926（25-100）+2.9711.021（25-100） = -.5452-45214.1558-74829.1902-454.8355-257.8382 = -.565 kJ （2-42）Q2 ： Q5 = Q21.5% Q1Q2Q3 = Q4Q5 0+ Q2+0= -.565+0.05 Q2 Q2 = -.279 kJQ5 ： Q5 = Q25% =

48、-.2790.05 = -56163.7140 kJ表 2.16 石墨冷却器热量衡算表精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业进料入口/kJ物料出口/kJCH2CHCl0CH2CHCl-.5452C2H20C2H2-45214.1558HCl0HCl-74829.1902O20O2-257.8382H2O0H2O-454.8355循环水-.279损失-56163.7140-.279-.279（5） 冷却水消耗：I 盐水： 已知： 盐水用于石墨冷却器除去水气， 进料温度： t1 = -35出料温度： t2 = -2040%盐水的比热容：C 盐水 = 3.214 kJ/（kg） Q = mCP(

49、t2-t1)=.924 m = .924(153.214) = 41453.5765 kJ （2-43）II 循环水：在石墨预热器中，进料温度： t1 = 110出料温度： t2 = 9595时： C水 = 4.214 kJ/（kg）110时：C水 = 4.238 kJ/（kg）C平均 = （4.214+4.238）2 = 4.226 kJ/（kg） （2-44） Q =.057 kJ需水量：m =.057（4.22615）=25303.6608 kg （2-45）在转化器中，进料温度： t1 = 95精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业出料温度： t2 = 110Q = .054 kJ

50、 需水量： m =.0544.226（110-95） = 38625.131 kg （2-46）在石墨冷却器中，进料温度： t1 = 15出料温度： t2 = 9595时： C水 = 4.214 kJ/（kg）15时： C水 = 4.187 kJ/（kg）C平均 = （4.214+4.187）2 = 4.2 kJ/（kg） （2-47） Q = .279 kJ 需水量： m = .2794.2（95-15）= 3343.0782 kg （2-48）表 2.17 水消耗综合表物料相应设备热量/kJ质量/kJ盐水石墨冷却器.92441453.5765石墨预热器.05725303.6608转化器.0

51、5438625.131循环水石墨冷却器.2793343.0782 石墨预热器中的水可由转化器出来的水来提供。 石墨冷却器中出来的水又可以提供给转化器 实际用水 38625.131 kg精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第三章 主要设备及管道管径设计与选型3.1 转化器的设计与选型3.1.1 已知条件1 此处的转化器为列管式固定床反应器。 催化剂粒度： 0.756.5 mm ，载体机械强度应90% HgCl2含量： 10.5%12.5% 水分的含量： 小于 0.3% 松装粒度： 540640 g/L 空 速： 2540 m3/（m3 催化剂h）时，转化率最高。 反应温度： 新触媒，150

52、：旧触媒，180 反应压力： 0.05MPa采用经验设计法6： （3-1）RVVVS 原料混合气进料流量，m3V 催化剂床层体积，m3RVSV 空间流速，h-1 假定空间流速 SV = 30 m3/（m3 催化剂h）表 3.1 转化器的进料组分表进料质量/kg物质的量/kmolC2H25584.579214.7915HCl8456.307231.68O22.9710.093H2O2.77830.154514046.64446.7183精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.1.2 数据计算混合气的体积流量 ： = 446.718322.4 = 10006.49m3 （3-V2） 由式得

53、： = 10006.4930 = 333.5497 m3RV 选管子： 573.5 mm 管子内径 d = 0.05m ，管长 6m，催化剂的装填高度为 5.7m。 管子数： （3-3）根 29803 7 . 505. 045497.333n 2每个转化器用 2401 根管子，则转化器为 298.32401 可取为 13 个转化器。循环水带走的传热量.054kJ，由于进出口温度变化不大，即近似为恒温。 （3-4）27511095110tm）（）（ = 25 K 取经验值 100.则，= 979.3788 （3-5）25100054.2448447tmKQA需A实际 = 3.14ndl = 3.

54、141324010.055.7 = 27932.5137 （3-6） A实际 A需要 能满足要求。选取： 壳体大于 400mm 用钢板卷焊而成7， 壳体内径 D 取决于传热管数 n，排列方式和管心距。 D = t （nC-1）+ （23）d。式中： t 管心距，t = 1.25d。 d。 换热管外径精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 nC 横过管束中心线的管数，该值与管子排列有关。本设计采用正三角形排列，则 nC = 1.1 = 1.1 = 54 （3-7）n2401t = 1.25d。= 1.250.057 = 0.07125 m （3-8）D = t（nC-1）+2.5d。= 0.

55、0712554+2.50.057 = 3.9185 m （3-9）圆整到 4000mm参考文献，为了满足及时转移反应放出的热量，采用把转化器换热分为三层，三层同时进行散热。3.1.3 手孔8 反应最高压力为 1.5 atm 选用平焊法兰手孔。 公称压力 PN0.06MPa，公称直径 DN250mm，H1 = 190mm 采用类材料，垫片的材料采用普通的石棉橡胶板。 其标记为： 手孔 （A.G） 250-0.6 HG/T 21529-953.1.4 封头的选择根据手册6，选用锥形封头。由于该设备可直接看做列管式换热器，故可直接查阅手册8，可得在 0.6MPa 下，管径为4000mm 的封头厚度可

56、取 14mm。3.2 精馏塔的设计与选型6由碱洗塔顶部出来的粗氯乙烯气体经排水罐部分脱水后进入机前冷却器冷却至510，除去粗 VC 中的大部分水分、提高了气体的密度后，经氯乙烯压缩机压缩至0.75MPa，送机后冷却器降温至 50左右除去部分油水进入精馏段。氯乙烯的精馏主要是将压缩岗位送来的氯乙烯气体在 0.550.60MPa 下，在全凝器全部液化为 15的过冷液体，VC 液体进水分离器，含有不凝气体氯乙烯气体进入尾气冷凝精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业器，用-35冷冻盐水进一步分离，冷凝液体也进入水分离器，由水分离器的液体 VC 先送至低沸塔进行一级精馏去除乙炔和氮气、氧气等低沸物，

57、再送至高沸塔经二级精馏除去二氯乙烷等高沸物，在塔顶可得到纯度大于 99.95%的精制单体送至聚合工序。A 轻组分 ： C2H2 沸点温度： t = -83.6B 产品 VC ： CH2CHCl 沸点温度： t = -13.9C 重组分 ： CH2ClCH2Cl 沸点温度： t = 5760以上沸点均为常压。I 已知条件：在精馏段以前由于二氯乙烷的含量极少，故将其视为氯乙烯一同进行各种物料和热量衡算。由于此时要精制氯乙烯故将其视为单一化合物进行计算。由前面转化器的物料衡算可知，此转化器的转化率为 95%，主反应的收率为 94.44%，因此得：均以小时计算二氯乙烷的摩尔质量：21.479 kmol

58、氯乙烯的摩尔质量 ： 385.413 kmol乙炔的摩尔质量 ： 22.691 kmol总的进料量 ： F = 21.479+385.413+22.691 =214.7915 kmol （3-10）II 设计条件： 操作压力： 0.7MPa进料热状况：泡点进料回流比： R = 2Rmin单板压降： 0.7 kpa板效率： 30%原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率及其对应的沸点： xF = 0.05 t = 40 xD = 0.3 t = -5 xW = 0.00001 t = 50III 精馏塔的物料衡算：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业乙炔的摩尔质量： MA = 26 kg/kmol

59、氯乙烯的摩尔质量：MB = 62.5 kg/kmol总物料衡算： 214.7915=D+W乙炔物料衡算：214.79150.05=0.3D+0.00001W （3-11） 联立解得： D = 71.597 kmol/h W = 357.986 kmol/hIV 塔板数的计算7： 理论板数 NT的求取采用图解法求理论板数：由聚氯乙烯工艺学查得乙炔氯乙烯的气液平衡数据，绘出 xy 图。 求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。在 xy 图中的对角点上，自点 e（0.05,0.05）作垂线 ef 即为进料线（q 线） ，该线与平衡线的交点坐标为 yQ = 0.2 xq = 0.05故最小回流

60、比为： （3-12）67. 005. 02 . 02 . 03 . 0 xyyxqqqDminR取操作回流比为： R = 2Rmin = 1.34 （3-13）3.2.1 求精馏塔的气、液相负荷L = RD = 1.3471.597 = 95.94 kmol/h （3-14）V = (R+1)D = (1.34+1)71.597精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 = 167.54 kmol/h （3-15） L = L+F = 95.94+214.7915 = 525.52 kmol/h （3-16）V = V = 167.54 kmol/h3.2.2 求操作线方程精馏段操作线方程为：