年产10万吨氯乙烯工艺设计项目设计方案

1、 II 平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量的计算：MVD = 0.3 26+( 1-0.3)62.5= 51.55 kg/mol进料板平均摩尔质量的计算：M VF = 51.55 kg/mol进料板平均摩尔质量的计算：M VF 62.5 kg/mol 精馏段的平均摩尔质量：M Vm = ( 51.55+62.5) /2= 57 kg/mol取 MVm MLmIII 平均密度气相平均密度的计算：由理想气体状态方程计算，即PM VmVmRTm700 578.314 (17.5 273.15) 16.51kg/m3液相平均密度的计算： 液相平均密度依下式计算，即1/ Lmai / i3-19)3-20)3

2、-21)3-22)塔顶液相平均密度的计算：tD = -5，由手册6查得：3-23)A 470kg/m3-23)B 948kg/m31LDm1726.38kg/m30.3/470 0.7/948进料板液相平均密度计算由 tF = 40，由手册查得：A 230kg/m3B 890kg/m3此处由于aB教大，故可近似为LFm 890kg /m3精馏段液相平均密度为：Lm （ 890 726.38） /2 808.19kg/m3（ 3-24）.液体表面张力的计算： 液相平均表面张力可依下式计算，即Lmxi i（ 3-25）由手册查得，液相平均表面张力近似为2.567 mN/m塔径的计算：精馏段的气、液

3、相体积流率为：VSVM VSVM Vm3600 Vm3-26)LS3-26)LSLM Lm3600 Lm167.54 573600 16.51 0.161m3/s3-27)3-27)3600 808.19maxC0.00188m3/smaxC3-28)式中 C 由手册查图得，图的横坐标为Lh L 1/2Vn ( V)3-29)0.000188 3600(808.19)1/2 0.161 3600 ( 16.51 3-29)0.082取板间距HT=0.4m,板上液层高度hL=0.06m则，HT-hL=0.4-0.06=0.34m再由图得C20=0.068C C20(2L0)0.20.0680.2

4、2.567200.0680.22.567200.04513-30)umax 0.0451umax 0.0451808.19-16.5116.510.312m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为u=0.7umax= 0.7 0.3123-31)= 0.218 m/s0.312m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为u=0.7umax= 0.7 0.3123-31)= 0.218 m/sD4VuS4 0.1610.2180.97m按标准塔径圆整后为D = 1.0m塔截面积为：3-32)2ATD2T421240.785m23-33)实际空塔气速：u 0.161 0.205m/s 0.7853.2.4精

5、馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为：3-34)Z精（ N精 -1） HT（ 6-1）0.45m 提留段有效高度为：3-35)Z提（ N提 -1） HT3-36）（ 17-1）3-36）12.4m在进料板上方开一人孔，其高度为0.6m故精馏塔的有效高度为：Z Z精 Z提 0.6512.40.6（ 3-37）18m塔板结构设计根据塔径和液体的流量，选用弓形降液管，不设进口堰，塔板采用单溢流和分块式组装。溢流装置a.堰长lW：取lW 0.66D 0.66 1m 0.66mb.溢流堰高度hW ：hW hL hOW进行计算，并且采用平直堰，堰上液层高度hOW，按照公式hOWhOW2.84 EOW 100

6、02/3Lh lW5-19）计算，可近似取E=1，因lW 0.66mLh0.00188 3600 6.768m3 / h，故hOW2.8416.7680.0134mhOW10000.66取板上清液层高度：hL 0.06mhWhLhO W 0. 0 6 0. 0 1 3 40. m0 4c.弓形降液管宽度Wd 和面积Af由 lW / D 0.66，查化工原理及设备课程设计17图2-6得：Af / AT0. 0 7 2 2 Wd / D 0. 1 2 4故Af 0.0722 0.66 0.048m2； Wd 0.124 1 0.124m3600AfHT依据公式:f T 3 5（ 5-20）Lh验证

7、液体在降液管中的停留时间是否合理，即3600Af HT 3600 0.048 0.4Lh6.76810.14s 5s，故可用。d.降液管底隙高度hO根据公式：hOLh （ 5-21） ，取u0根据公式：hO3600lWu0Lh6. 7 6 8hOh 0. 0 3 9m23 6 0lW0u03 6 0 0 0. 6 0 0. 0 8则 hW hO 0.0466 0.0392 0.0074m 0.006m故降液管底隙高度设计合理。塔板布置及筛孔计算与排列a.塔板的分块因为 D 800mm，故通过查塔板溢流类型图可得，适合采用3 块式塔板b.边缘区域宽度的确定根据经验，取Ws Ws 0.065m，

8、Wc 0.035mc.开孔区面积的计算开孔区面积Aa按照如下公式计算：Aa 2 开孔区面积Aa按照如下公式计算：Aa 2 x r2 x2r2arcsinx180 r5-22）xD2WdWs1.000.135 0.065m0（ .53-213）r D Wc1.0 0.035 0.465m（ 5-24）2 c22 TOC o 1-5 h z 22 rxAaAa2 x r180 r222 3.14 0.46520.312 0.310.4652 0.252arcsin1800.4653.14 0.2162 0.310.216 0.0961.40.1781800.518m2d.筛板计算及其排列3mm 碳

9、钢板，取筛孔直径3mm 碳钢板，取筛孔直径d0 5mm。筛孔按照正三角形排列，取孔中心距t 为：t 3d0 3 5mm 15mm取筛孔数目n 为2660 （个）（ 5-25）1.155 2660 （个）（ 5-25）n22t20.0152开孔率为气体通过筛孔的气速为u00. 9 0 7d0 t0. 1 60. 90007.00105521（ 05. -126%）A00. 1 0 1 0. 5 1 813. 0 8m4 s/筛板的流体力学性能精馏段塔板压降pp精馏塔塔板压降计算公式如下：p h Lg （ 5-27） ， h 为精馏段塔板总压力，其计ppp算公式为：h hhlhpcla.干板阻力h

10、c干板阻力hc的计算公式为2 hc 0.051 u0 c0A0Aa（ 5-28）通常，筛板的开孔率10.1% 15% ，故公式可简化为hc 0.0512u0c0d0 10mm，所以c0可以通过干筛孔的流量系数图查得，d0/8 1.67， c0 0.775u0 hc 0 .05 1 0 cc0L3.08416.510 . 0 5 10m. 0 1 6 80.775808.19b.气体通过板上液层的阻力hl气体通过液层的阻力hl 由如下公式计算：hlhLhWhO W（ 5-29）式中 为充气系数，其可以通过计算气相阻力动能因子F0 由充气系数关联图来查得V0161气相动能因子F0计算如下：ua0.

11、221m/ s（ 5-30）0a AT Af0.785 0.0567F0 ua V 0 . 2 2 15 . 8 2 9 m0s. 9（ 05-31/）F0 0.90m/ s查充气关联系数图得，充气系数0.65，故气体通过液层的阻力为hlhLhW hOW 0.65 0.06 0.039mc.液体表面张力造成的阻力hh 4 L 4 2.567 310 0.0002m5（95-32） Lgd0808. 1 9 9. 81 0. 005总之，气体通过精馏段每层塔板的总阻力为hphchl h 0. 0 1 6 8 0. 0 3 9 0. 0 0 02 5 9 m则气体通过精馏段每层塔板的总压降为pph

12、p Lg 0. 0 56 0 8 08. 1 9 9. 8 14P4a4. 1 0 7kP a0.4 4k4P a故该设计满足设计允许条件。精馏塔液沫夹带现象的验证精馏段液沫夹带液沫夹带量计算公式如下：5. 71 60uaeVVL HThf.2（ 5-33）hf 2. h5L2. 5 0. 0 6 m0.故3.232e 5.7 10 6ua5.7 10 60.221.eVL HT hf 2.567 10 30.4 0.150.00150 kg（液 ）/kg（气 ）0.1 kg（液 ）/kg（气 ）故本设计中液沫夹带量eV在允许范围内。精馏塔液泛现象验证精馏段液泛现象为了防止塔内发生液泛，降液管

13、内液层高度H d 应服从如下关系：H d H ThW （ 5-34）-四氯化硅物系具有一定的挥发性能，因而取其安全系数0.5 ，即H T hW0. 50. 4 0. 0 4 6 6 m0. 2 2 3H d 计算公式：H dhp hL hdhd 可由如下公式计算：hd0. 1 5u0320. 1 53 20. 080.m0 00 97 9Hd hp hL hd 0. 05 60 0. 06 0. 0009 79mH dHT hW ，故精馏段内不会发生液泛的现象。精馏塔漏液现象验证精馏段漏液现象筛板塔漏液点气速u0,min 计算公式如下：u0, mi n4 .4C0 0 . 00 56 hL0.

14、 1h3 L808.194.4 0.772 0.0056 0.13 0.039 0.000976（ 5-35）2.025m / s实际孔速u03.084 u0min ，稳定系数为Ku03.084 1.523 1.500,minu0,min 2.025故本设计过程中不会出现漏液现象。3.2.5管径的计算二氯乙烷的摩尔质量：MA99kg / kmol 氯乙烯：MB 62.5kg / kmol乙炔：MC26kg / kmol二氯乙烷的密度：A 1235kg / m3 氯乙烯的密度：B 1380kg / m3乙炔的密度：C 620kg / m3（ 1）进料管径的计算摩尔分率：二氯乙烷0.045 氯乙烯

15、 0.897 乙炔 0.058所以 M 0.04599 62.50.8970.0582662.03kg / kmol1235 0.0451380 0.897620 0.0581329.4kg / m所以 qv ,v214.791562.031329.436002.7810 3m3 / s3-38）3-39）3-40）取 u 0.8 m/ s所以 D4 2.78391033.140.867mm所以选用73 3mm的无缝钢管，其内径为D67mm42783910 3重新核算流速：u43.142.78(309.0671)020.79m/ s（ 2）塔顶蒸汽管径摩尔分率：乙炔0.3 氯乙烯 0.7所以

16、M 62.50.70.32651.55kg / kmol1.2932.150.71.2930.910.32.30 kg / m3所以qv ,v83.752151.552.3036000.52 m3 / s取 u 12.5 m/ s所以 D4 0.523.1412.5230mm所以选用245 3mm的无缝钢管，其内径为D 239 mm重新核算流速：40.52u11.63 m/ s3.14(0.239) 23）回流管径经计算得：qv,v35.791562.5138036000.4510 3m3 / s取 u 1m/ s所以 D4 0.4510 33.14124mm所以选取32 3mm的无缝钢管，其

17、内径为D 26mm重新核算流速：4 0.4510 3u0.85 m/ s3.14(0.026) 23-41)3-42)3-43)3-44)3-45)3-46)3-47)3-48)3-49)3-50)4）塔釜出口管径氯乙烯的摩尔分率：0.749 二氯乙烷的摩尔分率：0.251所以 M 62.50.7490.2519971.66kg / kmol( 3-51)1380 0.7481235 0.2511343.6kg / m3( 3-52)所以qv ,v179 71.66所以qv ,v179 71.661343.636002.6510 3m3 / s3-53)取 u 0.9 m/ s所以 D4 2.

18、65103所以 D4 2.651033.140.961mm3-54)所以选取68 3mm的无缝钢管，其内径为D 62mm4 2.651033-55)重新核算流速：u0.88 m/ 3-55)3.14(0.062) 23.3 主要管道管径的计算与选型根据书册 9，采用最经济管径的选择：管道投资费用与克服管道阻力所消耗的动力费用有关，管径越大，管道的投资越大，但动力消耗可以降低；管径小，管道的投资降低，但动力消耗增加，因此，选择管径时，应将管道投资费用与动力消耗（即生产费用）同时考虑，并使二者费用之和最低，对于长距离管道或大直径管道应根据最经济管径选择；对于较小直径的管道，往往根据经验决定也可用计

19、算式，近似地估算经济管径。其计算式为：D最佳282G0.52 0.37（ 3-56）D 最佳 最经济管径，mmG流量，kg/s密度，kg/m33-57)M P 3-57)22.4 T TP压力，atm 3.3.1 HCl 进料管M 平均 = Mx i查文献，选型：= 99.95% 36.5+0.01% 18+0.04% 32= 36.482+0.00018+0.0128= 36.50 g/mol380mm选用 402 10查文献，选型：= 99.95% 36.5+0.01% 18+0.04% 32= 36.482+0.00018+0.0128= 36.50 g/mol380mm选用 402 1

20、0，材料：3.3.2 乙炔气进料管350mm3-58)36.5 1 27331 . 4 9kg3 m/22.4 1 2988467.0875G2 . 3 5kg2 s /3600D最佳282G0.520.37282 2.3520 .521.493 0 .37379.31mm1Cr18Ni9Ti 的无缝钢管。M乙炔99.5% 26 0.005 18 26g/mol26 1 273 1.063kg/m322.4 1 2985584.579G1.551kg / s3600D最佳282 1.5510.52 1.063 0.37 346.41mm3-59)3-60)3-61)查文献，选型：选用40224

21、mm，材料1Cr18Ni9Ti 的无缝钢管。3.3.3 石墨冷却器的进料管M平均0.39679 26 36.5 0.60159 32 0.00000211 18 0.001410 31.9g/mol3221.49 11 229783 1.327kg/m33.91kg/s14074.4825 G3.91kg/s0.52 1.327 0.52 1.327 0.37 516.05mmD最佳282 3.913-62)517mm。查文献，选型：选用55010mm，材料16Mn 的无缝钢管。3.3.4 多筒过滤器的进料管M平均 0.39707 26 36.5 0.60173 32 0.000211% 18

22、 0.000988% 32.29g/ mol32.29 1 27322.4 1 26031.514kg /m32.29 1 27322.4 1 26031.514kg /m14064.5636003.907kg/sD最佳282 3.9070.52 1.514 0.37 491.3mm3-63)492mm。查文献，选型：选用53010mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的无缝钢管3.3.5转化器的进料管M 平均 0.39757 26 36.5 0.60202 32 0.000212% 18 0.000198% 32.31g/mol32.29 1 27322.4 1 3981.132kg 32.29

23、 1 27322.4 1 3981.132kg / m314046.6353 G36003.90kg / s3-64)D最佳282 3.900.52 1.132 0.37 546.75mm圆整到547mm。查文献，选型：选用 600 20mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的无缝钢管3.3.6 转化器的出料管M 平均 0 . 0 1 9 9 % 2 6 3 6 . 5 7 . 1 7 9 % 3 2 0 . 0 0 0 2 1 2 % 1589 . 307. 01 0g 0/ 1m9o8l59.371 59.371 122.412 17 .38 8kg9 m3/38314046.6314046.

24、6336003. 9k0g s/D最佳282 3.900 . 521.889 0 . 34752.38mm3-65)453mm。查文献，选型：选用 480 10mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的无缝钢管3.3.7 3.3.7 石墨冷却器进料管M 平均 5 9 . 3 7 1 g / m o l59.371 122.412 159.371 122.412 17 .38 8kg9 m3/38314046.643 . 9k0g s/36003-66)0.520.37D最佳282 3.901.889452.38mm 453mm选用 480 10mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的无缝钢管3.3.8部

25、分管道一览表表 3.2 部分管道一览表管道名称管径mm材料氯化氢进料管 402 101Cr18Ni9Ti乙炔进料管 402 241Cr18Ni9Ti石墨冷却器的进料管道 550 1016Mn多筒过滤器的进料管道 530 101Cr18Ni9Ti转化器进料管 600 201Cr18Ni9Ti转化器出料管 480 101Cr18Ni9Ti石墨冷却器进口管 480 101Cr18Ni9Ti第四章 生产中的注意事项生产中常见物质的危害及处理方法停水、电、气等紧急现象及处理仪表自动控制系统突然停电、停气或仪表失灵时，应立即打开手动系统，改为手动操作，关闭自动控制系统，同时通知中控岗位联系仪表工及有关单位

26、检查修复。如突遇停水，应立即联系中控通知乙炔车间氯化氢工段及有关岗位停车。管理、维护要求及安全注意事项要求本岗位人员对本岗位工艺熟悉，严格按照车间岗位操作规程进行操作，对班长以及车间领导的要求严格执行，对本岗位严格巡检，发现问题及时进行处理，不能处理定期对车间设备进行维护、保养，控制跑、冒、滴、漏，严禁对设备用铁器进行敲打， 维修设备时必须保证该设备与系统断开且维护期间无安全隐患，电气设备进行维护、保养时，严禁带电工作。1.1.7 在正常生产和检修当中，当皮肤或者眼睛受到单体、HCL 气体或者液态单体、二氯乙烷等污染时，应立即用大量清水进行冲洗后送到医院救治。遇到酸性化学烧伤或者碱性烧伤立即进

27、行现场救治后送医院进行处理。氯乙烯中毒时，在保护好个人安全的前提下，立即将中毒人员移至空旷处，待中毒人员情况稳定后，送医院进行进一步处理。结论本设计根据设计任务的要求，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。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