化工聚录乙烯生产技术pvc课件项目一 复习课

项目一电石法乙炔生产技术复习课

冶化系苏小莉主要任务：任务一乙炔的发生任务二乙炔的清净原料及产品的性质一工业卫生二乙炔生产的原理三工艺条件的选择四主要设备的识别五乙炔生产工艺流程的识读六主要内容一、原料及产品的性质

1、电石及标准（1）电石的性质①电石是由碳和氧化钙在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，又称碳化钙。②化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常说的电石是指工业碳化钙。③电石能导电，其导电性与温度和电石中的碳化钙纯度有关，纯度越高导电性越好。(2)电石的发气量与电石质量的关系优等品含CaC2≥80.6％发气量≥372.63×0.806≥300L／kg一级品含CaC2≥75.14％发气量≥372.63×0.7514≥280L／kg合格品含CaC2≥69.77％发气量≥372.63×0.6977≥260L／kg

2、乙炔及标准(1)乙炔的物理化学性质①分子式是C2H2，结构式是：②常温常压下是比空气略轻、溶于水和有机溶剂的无色气体，工业生产的乙炔气因含有磷、硫等杂质而带刺激性臭味。③乙炔的沸点是－83.6℃，凝固点是－85℃，自燃点是305℃，闪点是－17.8℃。

④化学性质

与氢气、氯气、氯化氢、水等进行加成反应，还能在适当条件下发生二聚、三聚和四聚作用，作为制备氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯、丙烯腈、氯丁二烯的原料。⑤爆炸性乙炔纯度越高、操作压力和温度越高，越容易爆炸。但是，乙炔:水蒸气=1.15:1时（接近发生器排出的湿乙炔气）通常无爆炸危险。

(2)乙炔中硫化氢、磷化氢定性检测方法

①原理

②测定手续

将滤纸条浸沾5%的硝酸银溶液，放在乙炔取样口下，吹气约0.5min，若无色迹产生，说明清净效果较好；若显示杏黄色，证明有磷化氢存在；若显示黑色，证明有硫化氢存在。滤纸条显色越深，说明杂质含量越高。这种检测硫、磷杂质的方法是很粗糙的，只是因为操作简便，目前还有不少工厂采用。

(3)产品规格(企业标准)纯度≥99%（体积分数）；氧含量≤0.3%（体积分数）；硫、磷、砷等杂质含量用硝酸银试纸检验不变色。(4)产品的主要工业用途乙炔应用范围很广，主要用于合成氯乙烯生产聚氯乙烯，目前国内70%甚至更多的电石量均用于电石乙炔法生产PVC。工业上还用于合成多种塑料、树脂，合成橡胶，合成纤维及溶剂以及烧焊等。3、氯气的性质及规格氯气，分子式为Cl2，相对分子质量为70.91。(1)基本性质①常温常压下为黄绿色有刺激性气味的气体，液化后为黄绿色透明液体。有剧毒，在空气中最大允许浓度为2mg/m3。易溶于水和碱液，常温时加压可液化。②氯气化学性质很活泼，是强氧化剂，易与氧化合。③与乙炔混合时在日光下能起爆炸反应，在氢气中可燃烧生成氯化氢，含水氯气腐蚀性也很强，0℃下可生成Cl2.8H2O黄绿色晶体。(2)危险特性与易燃气体（氢气、乙炔等）在日光下混合时会发生燃烧爆炸；气体外溢时会使人、畜中毒，甚至死亡；高温、高压时危险性更大。(3)工业规格纯度≥94%（体积分数），含氢量≤1.0%（体积分数），含水≤0.01%。4、氢氧化钠的性质及规格氢氧化钠俗称烧碱、苛性钠、火碱、固碱。(1)基本性质纯品是无色透明的晶体，工业品含有少量的氯化钠和碳酸钠而呈白色不透明的固体，易潮解，能吸收空气中二氧化碳而逐渐变为碳酸钠，因此必须贮存在密闭的铁罐或玻璃瓶中。易溶于水，溶解时放出大量的热。水溶液为无色或淡蓝色液体，稀溶液对皮肤有滑腻感，浓溶液可烧伤皮肤。(3)危险特性不会燃烧，固体遇水大量放热，液体具有腐蚀性，遇酸发生中和反应并放热。(4)工业规格氢氧化钠（NaOH）含量≥42%，氯化钠（NaCl）含量≤2%，碳酸钠含量≤1%，三氧化二铁含量≤0.03%。(1)乙炔属微毒类化合物，具有轻微的麻醉作用。车间空气中最高允许浓度为500mg/m3，大量吸入乙炔后应及时呼吸新鲜空气，反应较严重的患者应采取人工呼吸或输氧治疗。(2)氮气氮气是窒息性气体，短时间内可使人窒息而死亡，因为它属于无毒气体而常为人们所忽视。二、工业卫生3、氢氧化钠对皮肤有腐蚀和刺激作用，高浓度碱液引起皮肤及眼睛等灼伤或溃烂。操作或检修时必须戴涂胶手套、防护眼镜或面罩；如溅入皮肤或眼睛，应立即用大量清水反复冲洗，或用硼酸水(3％)或稀醋酸(2％)中和，必要时再敷软膏。4、氯气对呼吸道及支气管有强烈的刺激和破坏作用，大量吸入时可引起中毒性肺水肿、昏迷、甚至死亡。车间空气中最高允许浓度为1mg／m3，当有氯气外溢时，应佩戴防毒面具来处理事故。5、次氯酸钠对皮肤和眼睛有严重腐蚀和刺激作用，高浓度液体引起皮肤灼伤及眼睛失明。操作或检修时应戴涂胶手套和防护眼镜，如溅在皮肤上可用稀的苏打水或氨水洗涤，或用大量水冲洗。三、乙炔生产的原理副反应

发生的粗乙炔气由于电石内杂质(系由电石原料焦炭与石灰石带入)的缘故，常含有硫化氢、磷化氢、氨、砷化氢等杂质气体。①它们会对氯乙烯合成的氯化汞催化剂进行不可逆吸附，破坏其“活性中心”，从而加速氯化汞催化剂失效。②磷化氢(特别是四氢化二磷)会降低乙炔气的自燃点，与空气接触会燃烧，均应彻底清除。清净过程的反应产物磷酸、硫酸等在中和塔内由碱洗过程中和：采用次氯酸钠做清净剂系利用其氧化作用，与杂质的反应式为：1、电石粒度的选择

粒度过小，水解速度过高，使反应热不能及时移走，发生局部过热引起乙炔分解和热聚，进而使温度更高而发生爆炸。粒度过大，则电石反应缓慢，在发生器底部排渣时容易夹带未水解的电石，造成电石消耗定额上升。根据目前发生器结构有电石破碎损耗等因素考虑，一般粒度控制在80mm以下，对于四～五层挡板者可选用50～80mm以下，而二～三层挡板者宜选50mm以下。四、乙炔生产工艺条件的选择

反应温度越高乙炔损失越少，发生器排出电石渣含固量越高，相应造成排渣困难；另外，粗乙炔气中的水蒸气含量相应增加，造成冷却负荷加大；而且，从安全生产等方面考虑，也不宜使温度控制过高，一般控制反应温度在80～90℃为好。2、反应温度的选择3、发生器压力的选择

工业生产中不允许压力（表压）＞0.15MPa，而尽量控制在较低的压力下操作，这样也可减少乙炔在电石渣中的溶解损失及设备的泄漏。实际操作压力，将由发生系统、冷却塔结构、气柜压力（钟罩压重），以及乙炔流来决定。也即是由发生器到水环式压缩机之间的沿程阻力降决定的。只要保证水环式压缩机进口有一定的正压，发生器可以在较低压力下操作。对于生产能力（乙炔）4000～6000m3/h装置，压力控制在600～1000mmH2O为宜。4、发生器液面的选择

发生器液面控制在液面计中上部为好。也就是说，保证电石加料管至少插入液面200～300mm左右。

液面过高，使气相缓冲容积过少，易使排出乙炔夹带渣浆和泡沫，还有使水向上浸入电磁振动加料器及贮斗的危险。液面过低，甚至低于电石加料管时，则易使发生器气相部分的乙炔气大量逸入加料器及贮斗，影响加料的安全操作。在“加压清净”系统中，为了防止清净塔内的乙炔汽提倒吸入文丘里反应器，与与氯气直接混合而引起爆炸。高位槽的安装高度一般应超过清净系统的乙炔压力，例如水环式压缩机出口操作压力最高可能达到(表压)0.08MPa，则高位槽安装高度不应低于8m。5、次氯酸钠高位槽高度的选择6、次氯酸钠有效氯和pH值的选择配制的次氯酸钠溶液有效氯宜控制在0.085%～0.12％，pH值为7～8，其主要的原因在于清净效率和安全因素两个方面。①当次氯酸钠溶液有效氯在0.05％以下和pH值在8以上，则清净(氧化)效果较差。②有效氯在0.15％以上(特别在低的pH值下)容易生成氯乙炔而发生爆炸危险。考虑到安全因素，以及分析有效氯的可能误差，为保证清净效果，清净塔内有效氯一般不低于0.06％，补充的配制溶液有效氯应控制在0.085％～0.12％范围内，pH值在7附近。7、清净塔液面的选择这也是填料塔和一般塔设备的操作要求。因为液面超过气相进口时，会引起系统压力波动(脉冲)，甚至冲碎塔内瓷环，后者漏人循环泵会损坏叶轮而造成紧急停车。液面太低则易使乙炔气窜人循环泵，使泵压力打不上，影响塔内正常循环和清净效果。五、乙炔生产主要设备的识别图1乙炔发生器结构

乙炔发生器的作用是使电石在耙子搅拌的作用下，由第一层托盘落至第五层托盘，在此期间分解反应不断发生，电石表面氢氧化钙不断被搅拌除去，直到反应完全。反应生成的石灰乳经溢流管排出，固体渣经锥底定期排放。反应生成的乙炔气，出发生器上部引出，经水封、冷却器进入清净系统。2、正水封、逆水封和安全水封的作用

(1)正水封①发生器产生的乙炔气经过正水封（它的进口管插入液面内），送至冷却清净系统。②正水封起了单向止逆阀的作用，当发生系统和清净系统有一部分发生事故时，起到安全隔离的效果。此外，当单台发生器停车检修时，可往正水封中加水使与系统切断。③一般正水封和逆水封都置于发生器顶部，其所需定期更换的含渣浆水可排入发生器内，减少乙炔溶解损失。

(2)逆水封逆水封进口管（插入液面内）与乙炔气柜管线连接，出口管通到发生器上方气相部分。正常生产时，逆水封不起作用，当发生器故障，设备内压力低时，气柜内乙炔气可经逆水封自动进入发生器，以保持其正压，防止系统产生负压而抽入空气形成爆炸混合物的危险。

(3)安全水封当发生器故障，设备内压力过高时，乙炔气自溢流口排至安全水封，自动排入大气中。此外，由于安全水封安装在底楼，当发生器液面过高时，渣浆也可以由溢流口自动借位差经安全水封排放。因此，安全水封起了安全阀和溢流管的作用。3、喷淋预冷器、冷却塔和气柜的作用

(1)喷淋预冷器发生器顶部设置喷淋预冷器，可减少发生乙炔气夹带的电石渣浆堵塞正水封、冷却塔及管道，并起到降温预冷、分担冷却塔负荷的作用。预冷器所用水可自顶部喷入，由底部流入发生器作为反应用水。

(2)冷却塔冷却塔一股采用喷淋塔或填料塔（小型厂），通过直接喷入冷却水来吸收与降低粗乙炔气温度使气体中的大部分水蒸气冷凝下来。冷却塔在气柜之前，可防止气柜系统（如管道）积水而影响缓冲作用。此外，乙炔经冷却降温后，有利于清净塔的次氯酸钠对磷、硫杂质的化学吸收过程。

(3)气柜主要起到发生与清净两系统的缓冲作用，特别在加料系统出现故障时，能在短时间内保证清净系统、乃至氯乙烯合成系统的连续操作。在某些乙炔生产装置中，已将气柜高度与发生器的电磁振动加料器电流控制，进行联锁自控米提高气柜的缓冲效率。图2清净塔结构图①填料：清净塔内一般放置Φ25-50mm瓷环；每个塔充填高度约6-9m。清净塔除了使用瓷环，还有用鞍形或不同型式的聚丙烯塑料环(如鲍尔环)作为填料的。4、清净塔的结构②填料塔的效率：主要取决于填料表面的润湿程度，假若循环量不足，部分填料表面未被润湿，则使气体流过时这部分填料起不到传质效果。一般，每平方米塔截面积的喷淋量应在15～20m3/h以上。③壁流现象：为保证气液相在填料塔内流量分布均匀，一般填料高度与塔径之比为2～6范围内，应加设集液盘，使流向塔壁的液体再聚集到塔中心来。④作为清净用填料塔，空塔速度一般在0.2～0.4m/s范围，为保证化学吸收完全，气体在塔内总停留时间在40～60s范围为宜。5、文丘里反应器的结构

文丘里反应器是次氯酸钠溶液配制时，氯气、氢氧化钠溶液和水三者进行混合反应生成次氯酸钠的设备。配制时三种原料均经过转子流量计，借阀门控制配比后通入进行反应，反应生成的次氯酸钠溶液，由扩散管底部排入紧接下方的次氯酸钠配制槽内，供清净系统补充抽取。图3文丘里反应器结构图文丘里反应器也可以用作将浓的次氯酸钠(如10％浓度)，稀释到0.085%～0.12％浓度的混合器。浓次氯酸钠液则由高位槽经转子流量计进人扩散室(由碱液进口处通人)，为降低pH值也可通入少量氯气，同样可获得满意的效果。6、水环式压缩机的作用及操作注意事项图4水环泵结构示意图1—叶轮2—水环3—吸气孔4—排气孔5—气水分离器(1)水环式压缩机的作用主要起提升乙炔气压力的作用。①加压清净：水环式压缩机置于冷却塔之后，原因在于冷却后能保证进口处抽入较低温度的乙炔气，从而使送气能力不至降低。水环式压缩机置于清净塔之前，是使清净在加压下操作。②“加压清净”由于气体被压缩，体积减小，使通过清净塔的流速降低，与清净液接触时间增长，有利于提高乙炔气脱除磷、硫杂质的效果。因此，水环式压缩机置于冷却塔与清净塔中间，是比较合理的流程。③水环式压缩机不仅可用于气体的压缩，还能用作抽真空的设备。(2)操作注意事项水环式压缩机在正常操作下，主要应注意两个控制点。a.水环式压缩机循环水温度。循环水的温度对水环式压缩机的送气能力影响较大，一般不应超过40～50℃。b.乙炔气压力稳定。泵出口的乙炔气压力是由乙炔流量和上述的系统阻力降所决定的，但一经氯乙烯合成确认后，送出压力一般要求越稳越好，这是因为瞬间的压力波动，实质上意味着流量波动，对合成氯化汞催化剂的活性、氯化氢与乙炔的分子配比都有不利的影响。六、乙炔生产工艺流程的识读图5乙炔发生的工艺流程1—电动葫芦2—吊斗3—电磁加料器4—发生器5—喷淋预冷器6—正水封7—喷淋冷却器8—气柜图6乙炔清净工艺流程1—水环泵2—第一清净塔3—第二清净塔4—中和塔5—冷却器来自发生器经冷却后的乙炔气，进人水环式压缩机1加压，然后经两台串联的清净塔2、3与含有效氯0.08％～0.12%的次氯酸钠溶液直接接触，使粗乙炔气中的磷、硫杂质脱除，再经中和塔4以10%～15％液碱中和，中和塔以稀碱液喷淋以除去乙炔中的杂质气体和夹带的次氯酸钠雾滴，中和塔的稀碱液循环使用，达到一定控制条件后进行放碱、洗塔、更换新鲜稀碱操作。经冷却器5初步除去饱和的水分后，纯度98.5％以上的精乙炔送氯乙烯装置使用。图7次氯酸钠连续循环流程所需的次氯酸钠清净剂，系分别由浓氢氧化钠溶液、水和氯气经流量计控制，至文丘里反应器混合后配制的。配好的溶液进入配制槽贮存。用泵打人次氯酸钠高位槽，再由第塔循环泵连续或间歇抽取，由塔顶喷入使用，第二塔出来的次氯酸钠经泵由塔顶喷人第一塔或部分排至废水槽，第一塔出来的废次氯酸钠液排至废水槽，废水槽的废水经泵送入发生器回收使用。中和塔以10％～15％的液碱循环使用。当氢氧化钠中的碳酸钠含量达到10％(冬天8％)时或氢氧化钠含量小于3％时，应更换新的碱液。课堂测试：（一）填空题1．电石的化学名称是________，分子量是________，结构式________。2．乙炔的分子量________，分子式________。3．乙炔为________