本科毕业论文-年产3万吨pvc产品精制工段工艺设计说明书

广西科技大学毕业设计（论文）说明书课题名称年产3万吨PVC产品精制工段工艺设计TopicnameWithanannualoutputof30,000tonsofrefinedsectionprocessdesignofPVCproducts学院生物与化学工程学院专业化学工程与工艺班级化工092学号200900601059姓名韦辉挺指导教师姚志湘（教授）2013年5绪论通过对高分子材料相关书籍的搜集和学习，笔者熟悉了关于聚氯乙烯（PVC）的生产方法和生产工艺，并初步了解了PVC的发展和用途。这学年，在老师的指导下，通过网络、书籍等途径，我搜集了大量相关资料，并进行了认真的整理与组织工作。为本说明书的设计准备了丰富的资料。在参阅了大量文献的基础上，根据设计步骤及程序，编制了本说明书。本说明书由三大部分组成。第一部分是总论，包括原料和产品的主要物化性质、技术规格和用途，PVC的发展概况、在国民经济中的地位和作用、未来工业展望，生产方法的评述和选择，工艺方案的确定和主要设备的选型，原料和产品的主要物化性质、技术规格和用途，PVC工艺流程叙述。第二部分是工艺计算，包括物料衡算、热量衡算和设备的计算和选型。第三部分为自控部分，对流程设备改进建议，以及环境保护措施的介绍。本说明书主要参考济宁中银电化厂PVC生产车间的工艺流程，相关数据也从该厂取得，附带的工艺流程图也是依据该厂的工艺流程图。在设计过程中，得到了指导老师和同学的热心帮助和指导，在此谨表感谢。虽然笔者在本课题的设计过程中，进行了大量而认真的筛选、组织和整理工作，但是由于笔者的知识有限，书中难免有缺点错误，敬请老师及时提出、指正，不胜感激。摘要中国的聚氯乙烯工业兴起于20世纪50年代，不断的成长壮大，产量稳步增长，技术日益进步，氯乙烯工业的发展不但增强了我国的综合国力，更从实际中丰富了人们的生活。本设计阐述了PVC在国内外的发展概况、在国民经济中的地位和作用及未来工业展望，生产方法的评述和选择及PVC生产的基本工艺流程。并重点对30000/年PVC生产的精馏阶段进行相关的工艺计算，其中主要包括物料衡算、热量衡算和设备的计算和选型，设备计算选择了高沸塔的相关计算。文章最后对自控部分、工厂关于聚氯乙烯车间的环境保护做了简要介绍。关键词：30000吨/年聚氯乙烯（PVC）精馏高沸塔AbstractChina'spolyvinyl-chlorideindustryemergedinthe1950s,whichmaitansunceasinggrowth,notonlystrengthenedourcountry'scomprehensivestatus,butaslohasenrichedpeople'slifefromactual.ThisdesignelaboratedthedevelopmentofPVCinthedomesticandforeign,thestatusandthefunctioninthenationaleconomyandthefutureindustrypredictthattheproductionmethodnarrationandthechoice,rawmaterialandtheproductmaintransformationnature,thetechnicalnormsandtheuse,andPVCproductionbasictechnicalprocess。Itemphaticallycarriesontherelatedprocessdesignto30000ton/yearPVCproduction'sselectiveevaporationstage,whichhasconsummatedthedesigntheory.Itmainlyincludesthematerialbalance,thethermalgraduatedarmtocalculatethatwithequipment'scomputationandtheshaping.Iheequipmentcomputationhaschosentherelatedcomputationofthehighboilingpointtower.Thearticlehasmadeabriefintroductionoftheautomaticcontrolandtheenvironmentalprotectionofthepolyvinyl-chlorideworkshop's.Keywords:30000t/yearpolyvinylchloride(PVC)selectiveevaporationhighboilingpointtower目录1总论 11.1产品介绍 11.1.1产品性质 11.1.2产品用途 31.2生产现状及发展趋势 41.3原料规格及来源 51.3.1规格 51.3.2来源 62氯乙烯的生产方法及工艺流程 62.1各种生产方法评述及生产方法的选择 62.2电石乙炔法合成VC的反应原理及物化数据 72.2.1反应机理 72.2.2物化数据 92.3生产工艺条件的选择及主要设备形式的选择 92.3.1生产工艺条件的选择 92.3.2主要设备形式的选择 92.4工程流程说明 112.5生产控制表 112.5.1低沸塔 112.5.2高沸塔 123工艺计算 133.1物料衡算 133.1.1气柜 133.1.2机前冷凝器 153.1.3压缩机 163.1.4全凝器 173.1.5低沸系统 193.1.6高沸塔 213.1.7产量核算 223.2能量衡算 223.2.1进料、塔釜、塔顶温度的计算 233.2.2全塔相对挥发度αm的求取 273.2.3最小回流比的求取 283.2.4最小理论塔板数的求取 283.2.5高沸塔热量衡算 304高沸塔设计的基础数据 334.1操作温度 334.2操作压力 334.3气液相组成 334.4密度的计算 334.4.1液体密度ρL的求取 334.4.2气相密度ρg的求取 354.5表面张力的计算 354.5.1精馏段表面张力计算 354.5.2提馏段表面张力计算 364.6粘度的计算 364.6.1精馏段粘度的计算 364.6.2提馏段粘度的计算 374.7流量计算 384.7.1理论塔板数的计算 394.7.2进料位置的确定 395设备工艺尺寸的计算 405.1塔径的计算 405.2塔高的计算 415.3板式塔形式的选取 425.4溢流装置 445.5塔板布置及浮阀数目与排列 456塔板流体力学验算 486.1气相通过浮阀塔的压强降 486.2液泛 506.3雾沫夹带核算 516.4塔板负荷性能图 527塔其它附属设备的选择 577.1塔顶冷凝器的选择 577.2再沸器 587.3筒体壁厚的计算 587.4椭圆封头 597.5裙座 607.5.1选择材料 607.5.2确定结构 607.6法兰连接 617.7塔节 617.8水的用量 617.9仪表的选型和流程中的主要控制点 618改进和建议 628.1流程改进 628.2建议 628.2.1工程项目建设 628.2.2工艺流程设计 628.3聚氯乙烯工业发展的改进措施和建议 639环境保护 639.1工程排除废渣、废水、废气的性质、数量和排出场所 639.2排出物对空气、河流、农作物等危害情况以及提出三废处理的措施综合利用办法 64结束语 66参考文献 66PAGE21总论1.1产品介绍1.1.1产品性质聚氯乙烯英文名称：Polyvinylchloridepolymer简写：PVC结构简式：[―CH2―CHCl―]n外观：白色粉末分子量：40600～111600密度：1.35～1.45g表观密度：0.40～0.65g比热容：(0～100℃)：1.045～1.463J/(g·℃热导率：0.1626W/(m·K)折射率：=1.544颗粒直径：紧密（XJ）型30～100μm疏松（SG）型60～150μm糊树脂1.2～2μm软化点：75～85℃热分解点:﹥100℃溶解性：不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。溶于酮类、脂类和氯烃类溶剂。毒性：无毒无臭化学性质：稳定;不易被酸、碱腐蚀。本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚苯烯，差于聚苯乙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCI。工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80℃加压下150℃危害：聚氯乙烯是经常使用的一种塑料，是由聚氯乙烯树脂、增塑剂和防老剂组成的树脂，本身并无毒性。但所添加的增塑剂、防老剂等主要辅料有毒性，日用聚氯乙烯塑料中的增塑剂，主要使用对（邻）苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等，这些化学品都有毒性，聚氯乙烯的防老剂硬脂酸铅盐也是有毒的。含铅盐防老剂的聚氯乙烯(PVC)制品和乙醇、乙醚及其他溶剂接触会析出铅。含铅盐的聚氯乙烯用作食品包装与油条、炸糕、炸鱼、熟肉类制品、蛋糕点心类食品相遇，就会使铅分子扩散到油脂中去，所以不能使用聚氯乙烯塑料袋盛装食品，尤其不能盛装含油类的食品。另外，聚氯乙烯塑料制品在较高温度下，如50度左右就会慢慢地分解出氯化氢气体，此气体对人体有害，因此聚氯乙烯制品不宜作为食品的包装物。污染：常规的PVC等材料的电线电缆是相当严重的污染源。在制造、使用及废弃处理时，都会产生大量的二恶英、卤氢酸、铅等有害物质；PVC材料燃烧时会发生很大的浓烟，并产生有害的HCL气体；而且大部分PVC材料中含有Pb（铅）、Cd（镉）等（用作电缆稳定剂）多种有害重金属，会对人体健康造成一定的危害；焚烧或掩埋后，会造成对土壤和水源的污染。氯乙烯

英文名称：chloroethylene

分子式：C2H3Cl分子量:62.50色味态：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相对蒸气密度(空气=1)：2.15饱和蒸气压(kPa)：346.53(25℃临界温度(℃)：142临界压力(MPa)：5.60引燃温度(℃)：415爆炸上限%(V/V)：31.0爆炸下限%(V/V)：3.6溶解性：微溶于水，溶于乙醇、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。健康危害：氯乙烯可以产生急性中毒，急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙烯病。轻度中毒时病人出现眩晕、胸闷、嗜睡步态蹒跚等；严重中毒可发生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。皮肤接触氯乙烯液体可致红斑、水肿或坏死。慢性中毒时表现为神经衰弱综合征、肝肿大、肝功能异常、消化功能障碍、雷诺氏现象及肢端溶骨症。皮肤可出现干燥、皲裂、脱屑、湿疹等。本品为致癌物，可致肝血管肉瘤。

环境危害：氯乙烯在环境中能参与光化学烟雾反应。燃爆危险：本品易燃，为致癌物。危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。燃烧或无抑制剂时可发生剧烈聚合。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳、氯化氢。灭火方法：切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳。1.1.2产品用途聚氯乙烯聚氯乙烯是用途最广泛的通用塑料之一。聚氯乙稀具有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气）、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。聚氯乙烯容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工。聚氯乙烯主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品，也可生产板材、门窗、管道和阀门等塑料硬制品。PVC具有很好的隔水性，所以被广泛用于制造水管，浴帘；此外PVC具有阻燃性能，因为在燃烧时，PVC会释放出抑制燃烧的氯原子。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80℃，于130工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，但也包含一些结晶区域（约５％），所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80℃左右开始软化，热扭变温度（1.82MPa负荷下）为70-71℃，在加压下150(1)化工设备：管道、贮槽、反应器及反应器衬里、烟囱、鼓风机、泵及阀门。(2)建筑：墙纸、地板、建筑板材、门窗以及防水卷材。(3)电子电器：电线电缆绝缘层、电线套管、电池套管、槽线盒等。(4)包装：中空吹塑包装瓶，可用于食品、调味品、饮料等包装、包装各种物品的软包装、啤酒瓶盖及饮料瓶盖内衬。(5)汽车：内饰件及各种部件的表皮套等、汽车仪表电线绝缘层及护套、护管。(6)其它：日用品，如凉鞋、拖鞋、盘、盆、盒、水池、洗衣板等、薄膜用品，如农用薄地膜、雨衣薄膜、民用薄膜等、小型机械零件，手轮、螺栓、阀膜、支架等。

(7)玩具氯乙烯 塑料工业的重要原料，主要用于生产聚氯乙烯树脂。与醋酸乙烯、偏氯乙烯、丁二烯、丙烯腈、丙烯酸酯类及其他单体生成共聚物。也可用作冷冻剂等。此外,还可用于合成1,1，2-三氯乙烷及1，1-二氯乙烯等。1.2生产现状及发展趋势聚氯乙烯（PVC）是五大热塑性合成树脂之一，塑料制品是最早实现工业化的品种之一。可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，而且具有较好的机械性能、耐化学腐蚀性和难燃性等特点，以其低廉的价格和非常突出的性能而广泛地用于生产板材、门窗、管道和阀门等硬制品，也用于生产人造革、薄膜、电线电缆等软制品。近年来，尽管在发达国家受到来自环保等多方面的压力，但世界对的总需求量仍出现稳定的增长态势。1992年，世界生产能力约为二千二百万吨，需求量为1900万吨；2002年世界总产能约为三千四百万吨，消费量约为二千八百万吨；2009年世界生产能力已上升到约三千九百万吨，需求量约为三千七百万吨；2010年世界生产能力为4300万吨，需求量4200万吨。尽管目前世界对PVC的生产和使用存在许多争议，特别在欧洲，对PVC生产和制品的环保制约政策越来越严厉，但由于性能优良，生产成本低廉，仍具有较强的活力，特别在塑料门窗、塑料管道等建材领域。我国聚氯乙烯(PVC)工业起步于50年代，仅次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投产，生产能力为3000吨／年[1]。此后全国各地的PVC装置相继建成投产，到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，遍布全国29个省、市、自治区，总生产能力达220万吨／年。PVC由氯乙烯(VCM)聚合而成，工业生产一般采用4种聚合方式：悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合(禽微悬浮聚合)、溶液聚合。其中悬浮法PVC(SPVC)树脂产量最高，占80％，其次是乳液法PVC(EPVC)，本体法PVC(MPVC)。VCM悬浮聚合是以水为介质，加入VCM、分散剂、引发剂、pH值调节剂等，在搅拌和一定温度条件下进行聚合反应；VCM本体聚合仅在VCM和引发剂存在下进行，无分散剂、表面活性剂等助剂；VCM乳液聚合在VCM、引发剂、乳化剂、H2O以及其他助剂存在下进行，而VCM溶液聚合是在VCM、引发刘和溶剂存在下进行，这种方法有溶剂回收和残留污染问题，并且生产成本高，该方法已逐渐被悬浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生产PVC树脂主要采用悬浮法，少量采用乳液法及本体法。现在，国内引进PVC生产技术及设备的项目有二十项左右，其中生产能力最大的两套设备是上海氯碱股份有限公司和齐鲁石化总公司的年产20万吨悬浮法PVC树脂装置，采用日本信越公司技术。北京化工二厂、锦西化工厂、福州化工二厂引进美国B．F古德里奇公司悬浮法PVC树脂生产技术，生产高型号树脂，其它还有引进美国西方化学公司的高型号树脂和釜式汽提技术及设备，法国阿托公司、前德国布纳公司、日本吉昂公司、日本三菱公司的糊树脂生产装置和技术、法国本体聚合技术和设备等，这些技术和设备的引进，使我国PVC树脂的生产技术和水平有了很大提高，产品品种有所增加，带动了我国PVC工业的发展[2]。我国PVC树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的37.0％，主要包括电线电缆、各种用途的膜(根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等)、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的53.0％，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年我国PVC树脂的需求量将以年均约6.4％的速度增长，到2011年总消费量将达到约1250万吨，其中硬制品的年均增长速度将达到约7.0％，而在硬制品中异型材和管材的发展速度增长最快，年均增长率将达到约10.1％。未来我国PVC树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展[3]。中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。在进入21世纪以后,我们要学习和借鉴国外的先进技术和发展模式,结合我国的具体情况,发展我国的聚氯乙烯工业。我们要发挥全行业的力量,克服前进过程中的各种困难,一定能够在较短的时间内赶上世界聚氯乙烯工业的先进水平[4]。聚氯乙烯的而发展，势必带动氯乙烯的发展！1.3原料规格及来源1.3.1规格⑴氯乙烯合成对原料乙炔的纯度和杂质含量有严格的要求：①纯度纯度要求≥98.5%②磷硫含量磷硫含量要求硝酸银试纸不变色。③水分含水要求≤0.06%⑵生产聚氯乙烯树脂的主要原料电石，其技术条件、检验规则、检验方法和包装等，都必须符合国家标准GB10665-2004的要求。技术要求：表1电石国家标准的技术条件项目指标优等品一等品合格品发气量（20℃、101.3kPa）/(L/kg)300280260乙炔中磷化氢的体积分数/%≤0.060.08乙炔中硫化氢的体积分数/%≥0.10粒度（5~80mm）质量分数/%≥85筛下物（2.5mm以下）质量分数/%≤5注：圆括号中的粒度范围可由供需双方协商确定。1.3.2来源碳化钙(CaC2)俗称电石。工业品呈灰色、黄褐色或黑色，含碳化钙较高的呈紫色。其新创断面有光泽，在空气中吸收水分呈灰色或灰白色。能导电，纯度愈高，导电性愈好。在空气中能吸收水分。加水分解成乙炔和氢氧化钙。与氮气作用生成氰氨化钙。

生产方法有氧热法和电热法。一般多采用电热法生产电石，即生石灰和含碳原料(焦炭、无烟煤或石油焦)在电石炉内，依靠电弧高温熔化反应而生成电石。主要生产过程是：原料加工；配料；通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2000℃左右，依下式反应生成电石：GaO+3C→CaC2+CO。2氯乙烯的生产方法及工艺流程2.1各种生产方法评述及生产方法的选择（1）电石乙炔法这是最早投入工业生产的方法，主要反应：C2H2＋HCl→CH2=CHCl+Q（110KJ）优点：工艺成熟，投资少，建厂周期短，设备简单，转化率高。缺点：电石成本高，催化剂HgCl2有毒，污染，不能大规模生产。该法应用有所缩减、但随着石油价格的迅速上涨，电石的成本相对有些降低，电石乙炔法重新受到重视。（2）联合法联合法以1，2-二氯乙烯（EDC）裂解制取氯乙烯并副产氯化氢，然后以氯化氢与电石乙炔再合成氯乙烯，两种粗氯乙烯经精制得出聚合用的单体。优点：利用已有的电石资源和乙炔合成装置，能够迅速提高生产能力。缺点：仍需利用大量高价电石，仍存在汞毒，因此不能持久。主要反应:C2H2+HClCH2=CHClC2H4+Cl2CH2Cl-CH2ClCH2Cl-CH2ClCH2=CHCl+HCl（3）乙烯氧氯法（平衡氧氯化法）乙烯氧氯法以纯氧为原料，成本比较低，生产装置的伸缩性也较大，在发达国家以此法为主，主要反应：C2H4+Cl2CH2Cl-CH2ClCH2=CHCl+HClC2H4+2HCl+O2EDC+H2O另外，乙烷的氧氯化制取氯乙烯已有工业性试验，乙烷价格比较低，被认为有广阔的前景。近来石油价格有所上涨，联合法和乙烯氧化法成本相对于电石乙炔法较高，该厂生产规模不大，另外电石乙炔法工艺成熟，可利用该厂电解生产的氯化氢，综合各因素，本设计选用电石乙炔法。2.2电石乙炔法合成VC的反应原理及物化数据2.2.1反应机理电石原料生产氯乙烯的原理是在氯化汞催化剂存在下，将电石水解精制后的乙炔气与氯化氢加成直接合成氯乙烯:+124.7kJ/mol上述反应实际上是非均相的，分五个步骤进行，其中表面反应为控制阶段：外扩散乙炔、氯化氢向炭的外表面扩散；内扩散乙炔、氯化氢通过炭的微孔向内表面扩散；表面反应乙炔与氯化氢在氯化高汞活化中心反应生成氯乙烯；内扩散氯乙烯通过炭的微孔向外表面扩散；外扩散氯乙烯自炭外表面向气流扩散。不少学者对该反应的动力学进行了研究，比较成熟的如下：本反应的历程先是氯化氢被吸附于氯化汞催化剂的活化中心上，然后与气相中乙炔反应而生成吸附态氯乙烯，最后氯乙烯再脱附下来，即：其中第二步为速度控制步骤。在130～175℃范围内该反应动力学方程式为：式中V——乙炔转化反应速度，kg·mol(乙炔)/【kg(催化剂)·h】；——乙炔分压，atm；

——氯化氢分压，atm；——氯乙烯分压，atm；T——温度，K；R——气体常数，8.32kJ/（kg·mol·K）2.2.2物化数据见计算过程2.3生产工艺条件的选择及主要设备形式的选择2.3.1生产工艺条件的选择不同温度下，氯乙烯合成反应的热力学平衡常数（表征反应的可能程度）如下：温度/℃251001301.318×5.623×2.754×温度/℃1501802004.677×4.266×1.289×由上表可见，在25～200℃范围内，均较大。即，在此温度范围内，都能得到较高平衡分压的氯乙烯产品。不同温度下，该反应动力学常数K（表征反应的快慢程度）如下：温度/℃100140181218K329.6722.214212297因此，提高反应温度，有利于加快氯乙烯合成反应，获得较高的转化率。但过高的温度易使氯化汞催化剂吸附的氯化高汞升华而随气流带走，降低氯化汞催化剂使用寿命。在生产条件下，反应温度的提高使合成气中高沸物含量明显上升：反应温度/℃135150175187193高沸物含量/%0.140.1830.2670.3210.391因此，在生产条件许可下，应尽可能将反应温度控制在100～180℃为好。2.3.2主要设备形式的选择气液传质设备的类型很多，特别是近年来发展尤快。按气液接触基本结构特点分类，其中有工业价值的大致可以分为三类： （1）填料塔 填料塔属于微分接触逆流操作，塔内以填料作为气液接触的基本构件。填料又可分为通用型填料和精密填料两大类。拉西环，鲍尔环，矩鞍填料等属于通用型填料。圆网环，波纹网填料等属于精密填料。通用型填料效率较低，但适应性好。精密填料效率高，但尺寸也苛刻，在很多场合下其适应性就受到许多限制。（2）板式塔 板式塔属于逐级接触逆流操作，塔内以塔板作为气液接触的基本构件。塔板又可分为有降液管和无降液管两种，在有降液管的塔板上气相与液相相互垂直，属于错流型。无降液管的塔板（穿流型）则属于逆流型。这两类里又包括了许多不同型式的板上气液接触部件，如筛孔，栅条，浮阀，泡罩，浮板等。 （3）特种接触塔型 此外，还有一些不属于填料式和塔板型的特种气液接触设备，例如并流喷射塔、文氏管、卧式管、喷雾塔等，在工业生产上较有用的是并流喷射塔。表2板式塔和填料塔的性能比较项目塔型板式塔填料塔压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力）空塔气速小空塔气速大塔效率效率稳定，大塔效率比小塔有所提高塔径在1400mm以下效率较高，塔径增大，效率会下降液气比适应范围较大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小材质要求一般金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低直径小于800mm，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加重量较轻重所以经过对生产能力、塔效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价、安检等各项指标的比较，和本身计算塔径为800mm，综合考虑我将选择板式塔作为精馏的主要设备。2.4工程流程说明电石乙炔法流程述电石乙炔法生产PVC分为四个工段，即乙炔工段、合成工段、精馏工段、聚合工段。（1）乙炔工段粉碎为粒径25-50mm的电石小颗粒装入吊斗中，由吊车加入发生器的贮斗中，在加电石的同时向发生器连续加水，电石遇水反应生成粗乙炔气，送至清净岗位并保持气柜一定高度。来自发生器的粗乙炔气，经冷却后去水环泵加压，然后去清净，中和除去硫、磷、二氧化碳等杂质。经冷凝除去水分后，送下一合成工段。（2）合成工段精乙炔、氯化氢两种原料按1:1.05-1.1进行混合，经混合脱水系统脱水、预热后，通过装有吸附的HgCl2的含活性炭触媒的列管式固定床催化合成粗氯乙烯单体。粗氯乙烯气体经净化、水洗、碱洗、机前冷却器、水分离器，由压缩机加压后送至精馏工段。（3）精馏工段来自合成工段压缩机的粗氯乙烯，经全凝器冷凝、水分离后进入低沸塔进行精馏，分离大部分杂质，低沸塔塔釜液体进入高沸塔进一步精馏塔顶得到较纯的氯乙烯单体，经成品冷凝器冷凝后进入单体储罐，然后进入聚合工段。从全凝器出来的未冷凝的气体进入尾气冷凝器回收氯乙烯，尾气经过吸收装置排空。（4）聚合工段将精氯乙烯单体在聚合釜中按一定的配方和操作条件,聚合为聚氯乙烯树脂。2.5生产控制表自控流程设计是流程图设计中的一个重要环节，化工生产过程中，任何单元设备对流程设计都有一定的要求，且有一定的共性。在精馏工段典型的单元设备主要有低沸塔、高沸塔，下面介绍其自控流程部分。2.5.1低沸塔由于低沸塔的塔底物料以氯乙烯为主要产品，采用按提馏段指标控制方案，塔底设置一自控装置。但塔顶压力稳定是平稳操作的重要因素，因为塔顶压力的变化将引起塔内气相流量和塔板上气液平衡条件的变化，从而使操作条件改变，影响产品的质量。因此塔顶也需要一自控装置。（1）塔顶低沸塔塔顶设有一压力仪表，在出口管道上设置一压力调节阀，将温度表的测温点与调节阀用线路连接，在线路中加入一压力记录控制仪表。同时在出口管道上设一装有旁路阀的并联管道，当自控失灵时可以进行手控调节，保证压力稳定。当塔顶压力过低时，压力自动调节阀将自动将调节阀关小，使塔顶排气量降低，使压力自动回升至设定压力。（2）塔底低沸塔塔釜设有一液位计指示塔釜中液位，同时再沸器也设有一液位指示控制仪表，仪表与再沸器热水进口的调节阀相连。当低沸塔的再沸器中液位过低时，调节阀将自动调小开度，使进入再沸器的热水量减少，从而使液位复原；当再沸器中液位过高时，阀门开度将增大，使进入再沸器的热水量增加，使液位降低。2.5.2高沸塔由于高沸塔塔顶物料以氯乙烯为主要产品，采用按精馏段指标控制方案，塔顶设置一自控装置。为控制塔釜液位，塔底再沸器也设置一液位自控装置。（1）塔顶高沸塔塔顶设有一温度仪表，在出口管道上设置一温度调节阀，将温度仪表的测温点与调节阀用线路连接，在线路中加入一温度指示控制仪表。同时在出口管道上设一装有截止阀的并联管道，以防止自控失灵时可以手控调节。双管齐下保证产品质量。当塔顶温度过低时，温度自动调节阀将自动将调节阀关小，使塔顶气体流量降低，使温度自动回升至设定温度。（2）塔底高沸塔塔釜设有一液位计指示釜中液位，同时塔釜再沸器设有一液位指示控制仪表，与再沸器热水进口的调节阀相连。在热水进口管道上设一装有旁路阀的并联管道，当自控失灵时可以进行手控调节，使再沸器中液位稳定。当再沸器中液位过低时，调节阀将自动调小开度，使进入再沸器的热水量减少，从而使液位复原；当再沸器中液位过高时，阀门开度将增大，使进入再沸器的热水量增加，使液位降低。3工艺计算3.1物料衡算根据设计要求，列表如下：生产能力：30000TPVC/年名称\组分VCEDCN2C2H2H2O总计分子量kg/kmol62.599282618流量kg/h47209012020805030质量含量w%93.841.792.390.401.59摩尔含量x0.87880．01064.990.00900.0517碱洗塔气柜碱洗塔气柜机前冷凝器压缩机机后冷凝器油水分离器全凝器低沸塔高沸塔成品冷凝器尾气冷凝器油水分离器水3.1.1气柜 进料气柜碱洗塔出料气柜碱洗塔冷凝水（1）来自碱洗塔的物料流率同理可以得：（2）冷凝水的求取：（出料298.15K）气柜内t=25°C，由[5]∴∴n=2.502kmol/h∴气柜内水损失量（3）从而得到出料的摩尔流率物料衡算表：组分碱洗塔输入气柜输出w%y%w%y%VC472093.8475.5287.89472094.4975.5289.92EDC901.790.90911.06901.800.90911.08N21202.384.2864.991202.404.2865.10C2H2200.400.76920.89200.400.76920.92H2O801.594.4445.1745.0360.912.5022.98∑5030100.0085.93100.004995.03610083.98631003.1.2机前冷凝器(出料283.15K)气柜机前冷凝器气柜机前冷凝器 出料 冷凝水进料即气柜出料查查参考书[5]：t=10°C，由解得所以冷凝水的量为因此从机前冷凝器的出料摩尔流率是：物料衡算表：组分从气柜输入机前冷凝器输出w%y%w%y%Vc472094.4975.5289.92472095.0275.5291.60EDC901.800.90911.08901.810.90911.10N21202.404.2865.101202.424.2865.20C2H2200.400.76920.92200.400.76920.93H2O45.0360.912.5022.9817.30340.350.96131.17∑4995.036100.0083.9863100.004967.3034100.0082.4456100.003.1.3压缩机（1）一段压缩：（出料T=303.15K）机前冷凝器压缩机一段机前冷凝器压缩机一段出料进料即机前冷凝出料：查参考书[5]T=303.15K下水的饱和蒸汽压此时根据水的饱和蒸汽压求出出料中水的最大含量由于实际＜0.01688所以压缩一段中没有冷凝水出现（2）二段压缩：（出料T=313.15K）压缩机一段压缩机二段进料 压缩机一段压缩机二段出料进料即压缩一段出料：查参考书[5]：T=313.15K下水的饱和蒸汽压：此时根据水的饱和蒸汽压求出出料中水的最大含量由于理论计算的最大含量0.01187大于实际含量0.01166所以压缩二段中没有冷凝水出现（3）压缩过程的跑、冒、滴、漏损失和扣除：由损失的原料组成与压缩机出料口物料组成相同：故出料组成为：物料物料横算表:组分从机前冷凝器输入从压缩机后冷凝器输出w%y%w%y%Vc472095.0275.5291.604682.595.0274.9291.60EDC901.810.90911.1089.28811.810.90191.10N21202.424.2865.20119.0562.424.2525.20C2H2200.400.76920.9319.84060.400.76310.93H2O17.30340.350.96131.1717.16660.350.95371.17∑4967.3034100.0082.4456100.004927.8513100.0081.7907100.003.1.4全凝器油水分离器油水分离器尾气冷凝器全凝器压缩机进料全凝器t=13°C出口压力P=0.51MPa（表压）=611.325KPa为等温闪蒸过程，近似认为汽液平衡常数与组成无关。设为理想溶液,则查参考书[6]得：查参考书[6]得：查参考书[5]得：由可得各物料的值，列于下表组分VCEDCN2C2H2H2O压缩机输入（kmol/h）74.920.90194.2520.76310.95370.916000.011030.051990.009320.011660.48120.02567_5.740.002449进料含有不凝组分氮气：①设v=0.15由上式求得各物质的气相含量如下：同理可得F=81.7907所以V=12.2686L=69.5221不符合要求，重设v②故重设v=0.10445,v合适由求出各物质的气、液相流率和液相组成，圆整后列于下表：物料衡算表组分从压缩机输输入全凝器输出(液相)全凝器输出(气相)w%y%w%x﹪w%y%VC4682.595.0274.9291.604433.7597.4170.9496.85248.7566.153.9846.59EDC89.28811.810.90191.1089.03071.950.89931.230.25740.070.00260.03N2119.0562.424.2525.200000119.05631.664.25249.78C2H219.84060.400.76310.9311.86380.260.45630.627.97682.120.30683.59H2O17.16660.350.95371.1717.16120.380.95341.300.00540.00140.00030.0035∑4927.8513100.0081.7907100.004551.8057100.00073.249100.000376.0456100.0008.5417100.0003.1.5低沸系统放空：VC含量12%（W%）高沸塔高沸塔全凝器低沸塔尾气冷凝器油水分离器出料除去冷凝水含量80%（W%）上面的系统按照清晰分割计算：尾气中含有：VC:12%（W%）C2H2N2冷凝水的量：总水量的80%（W%）低沸塔釜液出料：VCH2OEDCC2H2（1）损失水的量由所以设尾气出料中含有VC为，C2H2为列方程式解方程得：（2）所以从低沸塔系统的液相出料组成为：物料衡算表：组分VCEDCN2C2H2H2O压缩机输入（kmol/h）74.920.90194.2520.76310.9537低沸系统气相输出（kmol/h）0.30304.2520.76290低沸系统液相输出（kmol/h）74.6170.901900.00020.190983.1.6高沸塔低沸塔高沸塔低沸塔高沸塔VC20%(W%)高沸塔的工艺指标以及分离要求：高沸塔顶EDC含量：0.08%（W%）塔底VC含量：20%（W%）操作压力：0.25MPa釜加热水温度：t入=90OC（363.15K）t出=75OC（348.15K）按照清晰分割来计算高沸塔： 设塔顶出料中含有VC为，EDC为列如下方程解方程得：即高沸塔塔顶出料组成为：高沸塔底部出料组成为：高沸塔物料衡算表进料塔底出料塔顶出料组成Kg/hW%Kmol/hX%(液相摩尔组成)Kg/hW%Kmol/hX%（液相摩尔组成）Kg/hW%Kmol/hY%(气相摩尔组成)CH0.00521.09310-50.00022.6410-4————————0.00521.18610-40.00022.69VC4663.5698.0574.61798.5619.043817.710.304722.504644.37599.9174.3199.94EDC89.2811.8770.90191.19185.021279.090.858863.404.26690.09240.04310.05796HO3.43760.072280.190980.2523.43763.1980.1909814.10————————∑4756.283810075.7108100107.50261001.354481004648.647110074.35561003.1.7产量核算3.2能量衡算选取0℃分凝器分凝器高沸塔QQ对高沸塔作热量衡算得：nFinVinDinLi—进料、塔底上升蒸汽塔顶出来气体、塔底出来液体各组分的摩尔流量￣HFiHViHDiHLi—进料、塔底上升蒸汽塔顶出来气体、塔底出来液体各组分在所处条件下的摩尔焓值Ｑ移出—塔顶冷凝器中由冷凝盐水转移的热量（近似＝回流液体的冷凝潜热）Ｑ损失—精馏塔的热损失，取５～１０％塔底再沸气加入热量3.2.1进料、塔釜、塔顶温度的计算查参考书[7]得：VC，C2H2Antoine方程㏑P=A-B/（T+C）T:K；P:mmHg：(的单位是毫米汞柱)进料温度的求取：①设T=20℃解得∴同理可得：不符合设计要求②故重设T=25℃25℃不符合设计要求③故重设T=25.50℃T=25.50℃不符合设计要求④故重设T=25.14℃根据安托尼公式解得：所以：符合设计要求即取进料温度为25.14⑵塔釜泡点温度的求取：设T=69.5℃根据安托尼公式解得：所以：不符合设计要求②故重设T=69.49℃T=69.49℃根据安托尼公式解得：所以：不符合设计要求③故重设T=69.48℃T=69.48℃所以：符合设计要求即取塔釜泡点温度为69.48⑶塔顶露点温度的求取：①设T=23℃设T=23℃根据安托尼公式解得：所以：不符合设计要求②故重设T=24.85℃T=24.85℃根据安托尼公式解得：所以符合设计要求即取塔顶露点温度T=24.853.2.2全塔相对挥发度αm的求取塔顶1.005370.0858613.2940.008866进料1.01350.0869213.3750.009022塔釜2.8870.424929.9840.08663取EDC的相对挥发度为1则：（1）塔顶相对挥发度所以同理得：（2）进料相对挥发度（3）塔釜相对挥发度所以全塔的相对挥发度为列表如下:塔顶11.7091154.830.1033进料11.6601153.880.1038塔釜6.795170.570.2039平均值9.7531118.910.12983.2.3最小回流比的求取查参考书[8]得：恩特伍特公式：=+1其中α—组分i的相对挥发度q—进料的液相分率q=L/V进料状态为饱和液相q=1Rm—最小回流比Xi，F—进料混合物中组分i的摩尔分率（Xi，D）m—最小回流比下的馏出液中组分i的摩尔分率θ—方程的根。对于c个组分的系统有c个根。取αLK＜θ＜αHK的一个∵泡点进料，q=1.∴根据试差法求取将代入公式 得3.2.4最小理论塔板数的求取则由查参考书[8]由芬克斯方程全塔理论板数精馏段理论板数提馏段理论板数非清晰分割：由上得全塔理论塔板数 因为代入数据解得同理，可得结果列表如下进料塔底出料塔顶出料组成W%Kmol/hY%(气相摩尔组成)X%(液相摩尔组成)W%Kmol/hY%(气相摩尔组成)X%（液相摩尔组成）W%Kmol/hY%(气相摩尔组成)X%(气相摩尔组成)CH1.09310-50.00023.5310-32.6410-4————————1.18610-40.00022.6910-42.023VC98.0574.61799.8998.5617.710.304764．9522.5099.9174.3199.9499.40EDC1.8870.90190.10351.19179.090.858826.9463.400.09240.04310.057960.6751HO0.072280.190980.0022760.2523.1980.190981.22114.10————————∑10075.71081001001001.3544810010010074.35561001003.2.5高沸塔热量衡算取0℃（1）已知进料温度25.14℃，则平均查得到物料不同温度下的比热容，用内差法求取时的比热容：查参考书[5]得查参考书[2]得查参考书[2]得查参考书[5]得设计过程，物料从0℃上升到25.14(2)已知釜液温度69.48℃，则查得到物料不同温度下的比热容，用内差法求取时的比热容：查参考书[9]得查参考书[6]得查参考书[6]得查参考书[5]得设计过程，物料从0℃上升到69.48（3）已知塔顶出料温度为24.85查参考书[7]得：理想气体热容方程式查参考书[7]得到物性参数和相应温度下的汽化潜热列表如下：组成ABCDVC1.4214.823×10-2-3.669×10-51.14×10-847814479.9C2H26.4061.81×10-2-1.196×10-63.373×10-925161582.4EDC2.9796.439×10-2-4.896×10-51.505×10-875637271.3注：由【9】内插法查得设计过程，物料从0℃上升到24.85同理得：(4)求已知塔顶温度为24.85℃根据已经求出的最小回流比R=0.0615，得回流比：（5）（6）由热量公式将所得数据带入得：得出：釜加热水温度查得82.5时得4高沸塔设计的基础数据4.1操作温度4.2操作压力P=0.25MPa(表压)=250+101.325=351.325Kpa=0.351325Mpa4.3气液相组成进料塔底出料塔顶出料组成W%Kmol/hY%(气相摩尔组成)X%(液相摩尔组成)W%Kmol/hY%(气相摩尔组成)X%（液相摩尔组成）W%Kmol/hY%(气相摩尔组成)X%(气相摩尔组成)CH1.09310-50.00023.5310-32.6410-4————————1.18610-40.00022.6910-42.023VC98.0574.61799.8998.5617.710.304764．9522.5099.9174.3199.9499.40EDC1.8870.90190.10351.19179.090.858826.9463.400.09240.04310.057960.6751HO0.072280.190980.0022760.2523.1980.190981.22114.10————————∑10075.71081001001001.3544810010010074.35561001004.4密度的计算4.4.1液体密度ρL的求取：（1）精馏段：T=24.975℃查参考书[6]得：查参考书[9]得:查参考书[9]得：查参考书[5]得：根据上面的表格数据：得出精馏段平均质量分数：解方程得：（2）提馏段：T=47.31℃查参考书[6]查参考书[9]查参考书[9]查参考书[5]根据上面的表格数据：得出提馏段平均质量分数：解方程得：4.4.2气相密度ρg的求取：（1）精馏段同质量分数一样，气相摩尔分数取平均值：由公式（2）提馏段同质量分数一样，气相摩尔分数取平均值：由公式4.5表面张力的计算4.5.1精馏段表面张力计算：首先求精馏段的液相摩尔分数：查不同温度下的各物料的表面张力，用内差法求取T=24.995℃查参考书[9]查参考书[9]，查参考书[9]，查参考书[5]，4.5.2提馏段表面张力计算：首先求提馏段的液相摩尔分数：查不同温度下的表面张力，用内差法求取T=47.31℃查参考书[5]查参考书[5]查参考书[5]因为乙炔含量较少，其对表面张力的影响可以忽略不计，所以4.6粘度的计算4.6.1精馏段粘度的计算（1）液相粘度已求出精馏段的液相摩尔分数：查不同温度下各物料的液相粘度，用内差法求取T=24.995℃查参考书[9]查参考书[9]查参考书[9]查参考书[9]所以 得出（2）气相粘度已求出精馏段的气相摩尔分数查不同温度下各物料的气相粘度，用内差法求取T=24.975℃查参考书[9]查参考书[9]查参考书[9]查参考书[9]所以4.6.2提馏段粘度的计算(1）液相粘度已求出提馏段的液相摩尔分数：查不同温度下各物料的液相粘度，用内差法求取T=47.31℃因为乙炔含量较少，其对粘度的影响可以忽略不计，所以所以得出（2）气相粘度已求出提馏段的气相摩尔分数：查不同温度下各物料的气相粘度，用内差法求取T=47.41℃所以4.7流量计算由上面求得精馏段：由上面求得提馏段：R=0.479可得精馏段流率由泡点进料q=1得提馏段流率从而得到精馏段提馏段理论塔板数与进料位置的确定：由芬克斯方程全塔理论板数精馏段理论板数提馏段理论板数4.7.1理论塔板数的计算已知R=0.0615,R=0.479∴参