年产20万吨氯乙烯工艺设计

年产20万吨氯乙烯工艺设计Processdesignofvinylchloridewithannaloutputof200kt目录摘要IAbstractII引言1第一章绪论21.1聚氯乙烯2聚氯乙烯性质和分类21.1.2聚氯乙烯的用途21.1.3聚氯乙烯工业与乙烯工业的关系41.2氯乙烯VC41.2．1氯乙烯在国民经济中的地位和作用4世界VC的产需状况及预测5我国VC的产需状况及预测51.3氯乙烯制取方法61.4氯乙烯的合成71.4.1反响机理71.4.2催化剂的选取7生产条件的选择8对原料气的要求91.5氯乙烯生产工艺流程简述10生产工艺流程10主要原料和产物的物化性质11第二章工艺计算132.1物料衡算13计算依据132.1.2各单元的物料衡算132.2热量衡算212.2.1热量衡算式21有关物化数据表212.2.3相应各个设备的热量衡算22第三章主要设备及管道管径设计与选型293.1转化器的设计与选型293.1.1条件29数据计算29手孔31封头的选择313.2精馏塔的设计与选型31求精馏塔的气、液相负荷333.2.2求操作线方程33塔径的计算34精馏塔有效高度的计算37管径的计算373.3主要管道管径的计算与选型393.3.1HCl进料管403.3.2乙炔气进料管403.3.3石墨冷却器的进料管413.3.4多筒过滤器的进料管41转化器的进料管413.3.6转化器的出料管423.3.7石墨冷却器进料管42局部管道一览表42第四章生产中的考前须知及废水处理434.1生产中常见物质的危害及处理方法43相应各物质危害及处理434.1.2对VC泄露的综合治理444.2废水的处理444.2.1废水排放标准444.2.2废水的处理方法45其他三废的处理45第五章平安生产防火技术465.1厂区平安生产特点465.2乙烯合成的平安技术465.3乙炔爆炸475.3.1氧化爆炸475.3.2分解爆炸475.3.3乙炔的化合爆炸475.4氯乙烯的燃烧性能475.5平安措施475.6氯乙烯生产中发生过的典型事故48结论51致谢52参考文献53附录54附录A工艺流程图54附录B主要设备图54年产20万吨氯乙烯工艺设计摘要：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开展很快，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开展，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、别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：增加；氯乙烯；聚氯乙烯；精馏塔；计算Processdesignofvinylchloridewithannaloutputof200ktAbstract:Vinyl

chloride

is

an

important

organic

chemical

raw

materials

in

chemical

industry,

its

market

supply

and

demand

quantity

will

become

more

and

more

large

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

country's

vinyl

chloride

consumption

also

increased.

This

design

mainly

analyze

the

vinyl

chloride’s

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

calculating

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

equipment‘s

structure,

design,

select

type,

and

calculate

the

design

of

auxiliary

equipment.Finally

making

the

ideal

design

scheme

from

my

side

which

can

output

200

kt

of

vinyl

chloride

every

yearKeywords:Addition;Vinylchloride;PolyvinylChloride;Distillationcolumn;Calculate引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〔(PolyvinylChloride，简称PVC〕、氯乙烯〔vinylChloride;简称VC〕工艺化工设计的相关资料作为设计依据。对PVC的性质和国内外开展状况进行了介绍，并着重对VC工艺开展状况、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。第一章绪论1.1聚氯乙烯聚氯乙烯性质和分类[1]聚氯乙烯(PolyvinylChloride，简称PVC)树脂是由氯乙烯单体(VinylChloride，简称VC)聚合而成的热塑性高聚物，工业生产主要采用悬浮法、乳液法、本体法和溶液法以及衍生开展的微悬浮法等方法而实现聚合。其外观为一种白色的无定形粉末，密度1.35～1.45g／cm3，表观密度0.45～0.65g／cm3。生产方法不同得到的树脂颗粒大小不同，一般悬浮法PVC树脂颗粒大小为60～150um，本体法PVC树脂颗粒大小为30～80um，乳液法PVC树脂颗粒大小为1～50um，微悬浮法PVC树脂颗粒大小为20～80um。PVC分子结构式为-(CH2CHCl)n-目前，商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1．9×105～5．0×106之间。PVC树脂与聚乙烯(PE)树脂相比，由于碳氢链中引入了氯元素，其物理性能具有特点，氯元素的引入导致聚氯乙烯具有难燃性，在火焰上可以燃烧，同时放出HCl、CO和苯等物质，离火即自熄。在常温下耐磨性超过硫化橡胶，抗化学腐蚀性、抗渗透性、综合机械性能、电绝缘性、隔热性等较优异。其缺点是热稳定性和抗冲击性能较差。在受热和在光线照射下，易释放HCl，PVC分类表现出较差的热稳定性，一般在80℃开始软化，于100℃我国通用型悬浮法树脂划分为SGl～SG8共8个型号，其聚合度在800～1600之间。在专用型树脂方面国内自行研究开发了低聚合度PVC(聚合度在400左右)、高聚合度PVC(聚合度为2500、4000、6000等)、糊用掺混PVC、交联PVC、共聚PVC树脂、食品级和医用级PVC树脂、蓄电池隔板和PVC热塑性弹性体等品种。氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂和纳米聚氯乙烯等暂时在国内还没有形成生产能力。高性能化和替代某些工程塑料的PVC树脂成为PVC品种开展的新方向。PVC应用广泛，其制品种类繁多。聚氯乙烯的用途由于其性能价格比优越，聚氯乙烯树脂广泛应用于国民经济各个领域。以PVC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制品。日常生活中常见的电缆外皮、防水卷材、农用膜、密封材料等一般由SG2和SG3树脂和30％～70％增塑剂加工而成，属于软制品，主要通过吹塑、压延、模塑、滚塑等加工方法实现。塑钢门窗，上下水管，硬制板材，管件等一般由SG5型以上树脂和含有0～6％的增塑剂加工而成，称为硬制品，采用压延、挤出、注塑成型工艺。乳液法PVC主要采用浸渍法、涂刮法生产工艺制造人造革、壁纸等。本体法聚氯乙烯树脂的应用领域与悬浮法PVC根本相同，由于生产过程不含有分散剂，制作透明片材的优点较为突出。国外PVC一般以硬制品为主，所占比例到达60％以上，多年来我国一直以软制品为主，经过近几年的开展，硬制品的应用比例逐年提高，也逐步向以硬制品为主的方向开展。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/%PVC硬制品管材33PVC软制品薄膜片材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13合计60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/%PVC硬制品管材14PVC软制品薄膜片材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13合计57合计43聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS统称为五大通用合成树脂，广泛应用于工业、农业、建筑业、国防事业、人们的衣食住行等国计民生各个领域。聚氯乙烯作为大宗合成树脂，应用领域最宽，市场广阔。在一些兴旺国家，聚氯乙烯硬制品占70％，软制品涂料和黏合剂占30％；按应用领域划分，建材类占65％，包装类占8％，电子电器占7％，家具／装饰占5％，一般消费占4％，其他占11％。特别是PVC在加工过程中可以添加较多的其他改性助剂、大量廉价的填料，在适宜的性能下可以更低的本钱制造适用产品，所以PVC比其他通用树脂及塑料制品的价格廉价，性能价格比优越，经济效益好，尤其是在建筑领域的角色地位是其他材料所不能取代的。聚氯乙烯工业与乙烯工业的关系乙烯是化工行业最根本的化工原料，乙烯的生产能力是衡量一个国家的经济实力的具体指标。20世纪60年代以前化工原料，世界各国均采用电石乙炔法制氯乙烯单体，随着电价的不断攀升，而使用石油裂解生产出的乙烯的价格只是电石法制乙炔的一半(石油价格2～3美金／桶)，于是世界各国开始原料路线的转变，淘汰高耗能污染大的电石乙炔法。美国于1969年根本完成了原料路线的转变，日本在1971年绝大局部装置采用乙烯原料路线，其他国家的聚氯乙烯厂也在很短的时间内，于20世纪70年代完成单体原料路线的转变。1.2氯乙烯VC1.2．1氯乙烯在国民经济中的地位和作用氯乙烯又名乙烯基氯，是一种应用于高分子化工的重要的单体，为无色、易液化气体，是塑料工业的重要生产原料，是生产聚氯乙烯塑料的单体；或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维，也用作化学中间体或溶剂。氯乙烯易液化，这一性质在氯乙烯精制中有着重要的工业意义。除此之外，氯乙烯易溶解于丙酮、乙醇和烃类，微溶于水，它易燃，与空气混合爆炸的极限是4%～22%，它对人体有麻醉的作用，对肝脏有影响，可使人中毒，人对氯乙烯的嗅觉感知的质量浓度为2.4g/3m，长期的接触会使人引起消化系统、皮肤组织、神经系统等多种病症。氯乙烯分子含有不饱和双键和不对称的氯原子，因而很容易发生均聚反响；也能与其他的单体发生共聚反响，还能与多种无机或有机化合物进行合成、加成、取代及缩合等化学反响。氯乙烯的主要应用是在工业上进行均聚反响或共聚的以上生产高聚物。目前世界上用于制造聚氯乙烯树脂的上网氯乙烯单体量约占氯乙烯总产量的96%，而美国那么达98%。氯乙烯的聚合物广泛用于工业、农业、建筑及人们的日常生活中，例如；硬的聚氯乙烯具有强度高、质量轻、耐磨性能好等特点。广泛用于工业给水、排水、排污、排气及排放腐蚀性的流体等用管道、管件以及农业灌溉系统、电线电缆等管道等，其总量约占氯乙烯的消耗量的30%多，目前世界上塑料销量的20%以上用于建筑，而建筑上的40%是氯乙烯的聚合物，如塑料地板，不仅可以制成色彩鲜艳的各种图案，而且可以将图案制成外表有浮雕感的多种型材。聚氯乙烯制成得到的门和窗具有较好的隔热、隔冷、隔音性能好的以及耐腐蚀、耐潮湿、耐霉烂等特点。而且由于它们的外表光滑，不需要涂漆、维修方便，比其他的塑料门的材料要廉价好多，因而在国内外的的产业上得到了广泛阿的应用和开展，聚氯乙烯的材料具有色泽鲜艳，花纹有立体感、防潮、防霉、防燃及便易清洗的特点，用做房屋建设具有简单大方，价格廉价等好多的优点。软的聚氯乙烯具有坚韧柔软、耐弯曲、有弹性、耐寒等优点，所以常用作电线电缆的绝缘包皮，以代替铅皮、橡胶与纸张等，聚氯乙烯糊是将聚氯乙烯的颗粒分散在液体悬浮介质中，形成高粘度状的混合物，用于制造人造革、零件及日常生活用品。由于传统的电石乙炔法制氯乙烯需要消耗大量电能,对环境造成了严重的污染,我国在几家较大的氯乙烯生产厂引进了日本、欧洲的平衡氧氯化生产工艺,该工艺由于具有本钱低、质量高、污染小、易于大规模生产等优点,是目前世界上比拟通用的氯乙烯生产工艺。最初的氯乙烯生产全部以乙炔为原料。60年代后期，随着乙烯装置大型化及乙烯氧氯化技术的成熟，乙烯法在经济和环保等方面占有明显的优势，在世界范围内乙炔法迅速被乙烯法取代。迄今为止，全世界氯乙烯装置93%以上采用乙烯法，在工业兴旺国家如日本，已全部淘汰了乙炔法，仅在我国及其它开展中国家仍占有相当比重世界VC的产需状况及预测1998年,世界各国拥有VC的生产能力合计为304312万t,产量合计258017万t,开工率达85%,而1993-1998年世界VC生产能力和产量的年增长率分别为610%和516%。根据目前世界各地区的再建和扩建方案,预计到2003年和2023年,全世界VC的生产能力将分别到达330115万t和380910万t,依次比1998年增长815%和2512%,预计2003年VC生产将进入下一个百分点,到达94%。北美和西欧的增长率降低与亚洲和中东地区,亚洲和中东仍将是VC开展的重点地区。我国VC的产需状况及预测随着国民经济的高速开展,社会需求的增长,刺激了PVC树脂生产的迅速开展,目前全国有生产企业80余家,但规模较小,年产10万吨以上的厂家仅有上海氯碱化工股份和齐鲁石化总公司。1998年我国PVC生产能力是22023万t,产量为15415万t,而表观消费量却达310112万t,近年我国PVC树脂产量远远不能满足市场的需求,这与我国大局部生产厂家工艺技术落后,VC原料短缺有直接的关系。今后几年,我国塑料加工业对PVC的需求量会越来越大,特别是聚氯乙烯硬制品的开展迅速,据有关资料统计,2005年建筑排水管70%采用塑料管;电线套管80%采用塑料管;2023年新建住宅室内排水管道80%采用塑料管,电线套管90%采用塑料管;外墙雨水管50%采用塑料管;塑料门窗的市场占有率也将达30%以上,因此2023年仅化学建材对PVC树脂的需求量已达200多万t。可见PVC的开展空间越大,VC的市场开展前景越好。1.3氯乙烯制取方法氯乙烯是生产聚氯乙烯树脂的原料，目前主要采用以下四种方法制取氯乙烯：1.乙烯氧氯化法2.电石乙炔法3.乙烯直接氧化法4.烯炔联合法〔原料为乙烯〕。前两种方法应用较为普遍，而基于我国现状，目前我国大局部厂家都采用乙炔法。因此，本设计采用乙炔法。氯乙烯首先在工业上实现生产是在20世纪30年代，当时是使用电石水解成，乙炔和氯化氢进行加成反响得到的。其化学反响方程式为：CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2〔1-1〕C2H2+HCl→CH2CHCl〔1-2〕50年代前，电石是由焦炭与生石灰在电炉中加热生成：CaO+3C→CaC2+CO〔1-3〕随着氮乙烯需求量的增加，人们致力于寻找生产氯乙烯更廉价的原料来源。在50年代初期，乙烯成为生产氯乙烯更经济、更合理的原料。实现了由乙烯和氯气生产氯乙烯的工业生产路线。该工艺包括乙烯直接氯化生产二氯乙烷及二氯乙烷裂解生产氯乙烯。随后，人们注意到二氯乙烷裂解过程，除生成氯乙烯外还生成氯化氢。由此，工业界想到由氢化氢可以连同乙炔生产工艺一起生产氯乙烯。CH2＝CH2十C12→CH2C1—CH2CH2C1—CH2C1→CH2＝CHC1十HC1十HCl→CH250年代后期，开发出乙烯氧氯化工艺以适应不断增长的对氯乙烯的需求。在这个过程中，乙烯、氧气和氯化氢反响生成二氯乙烷，和直接氯化过程结合在一起，两者所生成的二氯乙烷一并进行裂解得到氯乙烯，这种生产方法称为平衡法。至今世界上虽仍有少量的氯乙烯来自于电石乙炔及乙炔—乙烯混合法，而绝大局部氯乙烯是通过基于乙烯和氯气的平衡过程生产。平衡氧氯化生产工艺仍是已工业化的、生产氯乙烯单体最先进的技术，在世界范围内，93％的聚氯乙烯树脂都采用由平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体聚合而成。该法具有反响器能力大、生产效率高、生产本钱低、单体杂质含量少和可连续操作等特点。1.4氯乙烯的合成[2]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。反响机理+124．8kJ/mol〔1-6〕上述反响实际上是非均相的，分5个步骤来进行，其中外表反响为控制阶段。I外扩散乙快、氯化氢向碳的外外表扩散；II内扩散乙炔、氯化氢经碳的微孔通道向外外表扩散；III外表反响乙炔、氯化氢在升汞催化剂活化中心反响发生加成反响生成氯乙烯；IV内扩散氯乙烯经碳的微孔通道向外外表扩散；V外扩散氯乙烯自碳外外表向气流中扩散。催化剂的选取[15]I载体活性炭用作催化剂载体的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并经750～950℃高温水蒸气活化，以氧化(或称“烧掉〞)成型后炭粒内部的挥发组分，使形成许多微细的“孔穴〞和“通道〞。因此，活性炭具有非常惊人的外表积，如利用低湿氮气吸附法或苯蒸气动态吸附法，可测得目前常用的活性炭其每克重量就有800～1000m2的外表积，这一数值又称为活性炭的比外表积。活性炭的这一特性使它具有优异的吸附能力，被广泛地应用于气体或液体中微量杂质的吸附别离过程，各种有毒、有害气体的防毒面具以及催化剂的载体。II升汞在常温下是白色的结晶粉末，分子式HgCl2分子量271.52，升华点302℃。在此温度下固态升汞可以直接升华变成蒸气态。升汞在水中具有一定的溶解度，且依温度上升而增加，升汞在水中的离解(或称水解)作用很小，只占溶解的升汞分子总数中的0.1%，且水溶液实际上不导电，说明这种化合物为共价键的性质，升汞在水中的微量离解不产生Hg2+离子，而按独特的方式进行〔1-7〕纯的升汞粉末(无载体活性炭时)对氯乙烯合成反响并无活性，而一旦吸附于活性炭外表，由于两者的相互作用使对该反响有优异的活性和选择性，是迄今为止该化学反响最为理想的催化剂。工业生产中宜选用纯度＞99%的升汞试剂作为催化剂的原料。III催化剂及其催化作用众所周知，催化剂是一种能改变化学反响速度而本身并不发生化学变化也不能改变化学反响平衡的物质，即当进行可进反响时，催化剂对两个相反方向的反响速度具有相同的效力。以乙炔与氯化氢气相合成氯乙烯的反响来说，在100～180℃范围的热力学平衡常数是很高的，说明在上述温度下该反响如到达平衡，那么有获得高收率氯乙烯产品的可能。但反响动力学实验证实，当无催化剂存在时，该反响在上述温度范围的速率几乎等于零，而以升汞的活性炭催化剂用于反响时，反响过程就大大地被加速，这时的平衡常数是很大的，催化剂与乙炔生成了中间络合物，再由中间络合物进一步生成氯乙烯，也即催化剂的存在改变了反响的历程(机理)和反响所需的活化能，以到达加速反响的效果。由于催化剂并不参加化学反响，而只是升华或中毒造成一些损失，所以1kg上述催化剂可合成1000kg以上的氯乙烯单体。目前，工业生产用催化剂，系以活性炭为载体，浸渍吸附8～12%左右的升汞制备而成，这里的含汞量系指每100份活性炭(干基)合升汞8～12份〔摩尔比〕。如前所述，纯的升汞对合成反响并无催化作用，纯的活性炭也只有较低的催化活性，而当升汞吸附于活性炭外表后(比外表积下降到600～800m3/g，即具有很强的催化活性。生产条件的选择I摩尔比提高原料气乙炔或氯化氢气的浓度(即分压)或使一种原料气配比过量，都有利于反响速度和转化率增加。但当乙炔过量时，易使催化剂中升汞复原为甘汞或水银．造成催化剂很快失去活性，而当氯化氢过量太高，那么不但增加原料消耗定额，还会增加已合成的氯乙烯与氯化氢加成生成1,1-二氯乙烷副产物的时机。因此，宜控制乙炔与氯化氢摩尔比在1：1.05～1.10范围，实际生产操作中，应结合合成气中转化氯化氢及乙炔含量的分析值来实现摩尔比控制的。II反响温度提高反响温度有利于加快氯乙烯合成反响的速度，获得较高的转化率。但是，过高的温度易使催化剂吸附的氯化高汞升华而随气流带逸，降低催化剂活性及使用寿命；此外，在较高温度下，催化剂在乙炔气流中可收集到45～70℃馏分的液体，属二氯乙烯类物质，而催化剂上的升汞被复原成甘汞或水银。因此，工业生产中尽可能将合成反响温度控制在100～180℃范围。III空间流速空间流速是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量(气体量习惯以乙炔量来表示，其单位为m3乙炔／催化剂m3·h。乙炔的空间流速对氯乙烯的产率有影响，当空间流速增加时，气体与催化剂的接触时间减少，乙炔的转化率随之降低。反之，当空间流速减少时，乙炔转化率提高，但高沸点副产物量也随之增多，这时生产能力随之减小。在实际生产中，比拟恰当的乙炔空间流速为25～40m3乙炔／m3催化剂·h。此时，既能保证乙炔有较高的转化率，又能保证高沸点副产物含量减少。对原料气的要求氯乙烯合成反响对原料气乙炔和氯化氢的纯度和杂质含量均有严格的要求。I纯度如果原料气纯度低，使二氧化碳、氢等惰性气体量增多，不但会降低合成的转化率，还特使精馏系统的冷凝器传热系数显著下降，尾气放空量增加，从而降低精馏总收率。一般要求乙炔纯度≥98.5%，氯化氢纯度≥93%。II乙炔中磷、硫杂质乙炔气中的磷化氢、硫化氢等均能与合成汞催化剂发生不可逆的化学吸附，使催化剂中毒而缩短催化剂使用寿命。此外，它们还能与催化剂中升汞反响生成无活性的汞盐。〔1-8〕工业生产采用浸硝酸银试纸在乙炔样气中不变色，作为检测磷、硫杂质地标准。III水分水分过高易与混合气中氯化氢形成盐酸，使转化器设备及管线受到严重腐蚀，腐蚀的产物二氯化铁、三氯化铁结晶体还会堵塞管道，威胁正常生产。水分还易使催化剂结块，降低催化活性，导致转化器阻力上升，使乙炔流量增高产生困难。此外，水分还易与乙炔反响生成聚合有害的杂质乙醛。水分的存在还促进乙炔与升汞生成有机络合物，后者覆盖于催化剂外表而降低催化剂活性。一般，原料气含水分≤0.06%，能满足生产需要。IV氯化氢中游离氯氯化氢中游离氯的存在是由于合成中的氢和氯配比不当，或氯化氢气压力波动造成的，游离氯一旦进入混合器与乙炔混合接触，即发生剧烈反响生成氯乙炔等化合物，并放出大量热量引起混合气体的瞬间膨胀，酿成混合脱水系统的混合器、列管式石墨冷凝器等薄弱环节发生爆炸而影响正常生产，因此必须严格控制。作为生产平安措施，一般借游离氯自动测定仪或在混合器出口安装气相温度报警器，设定该温度超过56℃正常生产中，应严格控制氯化氢中无游离氯析出。V含氧量原料气(主要存在于氯化氢中)中含量用较高时，将威胁平安生产、特别当合成转化率较差，造成尾气放空中含乙炔量较高时，氧在放空气相中也被浓缩．就更有潜在的危险，系统中的氧能与活性碳在高温下反响生成一氧化碳和二氧化碳，使精馏系统出现问题。更值得注意的是，氧在精馏系统中能与氯乙烯单体反响形成氯乙烯过氧化物：〔1-9〕后者与精馏系统中微量水分相遇时，会发生水解而产生盐酸，甲酸、甲醛等酸性物质,从而降低单体pH值，造成设备管线的腐蚀，那么产生的铁离子那么污染单体，最终还影响到聚合产品的白度和热稳定性。因此，原那么上应尽量将原料气中含氧量降低到最低值甚至零。仅工业生产上由于电解槽以及氯气、氢气和氯化氢气体的输送处理系统难免将空气泄漏，故一般规定控制在0.5%以下。1.5氯乙烯生产工艺流程简述生产工艺流程缓冲器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Ⅱ图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=1/1.05～1.1〕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-14℃±2℃，乙炔氯化氢混合气在此温度下，局部水分以40%盐酸排出，局部那么夹带于气流中，进入串联的酸雾过滤器中，由硅油玻璃棉捕集器别离，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20～30%未转化的乙炔，再进入第二级转化器继续转化，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，第一组那么填装活性较低的，即由第二组转化器更换下来的旧催化剂即可。合成反响放出的热量通过离心泵送来的95～100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：氯化氢是一种无色有刺激性的气体，遇到湿空气那么呈白色烟雾，鼓可做烟雾剂。标准状况下比重为1.639kg/m2，低温低压下可以成为液体，熔点为-114℃，沸点为-85.03易溶于水，标准状况下，1升水可溶解525.2升的HCl气体。在潮湿状态下，容易与多种金属作用生成该金属的氯化物。属强酸，可使蛋白质凝固造成凝固性坏死，严重时可引起受损器官穿孔，斑痕形成，狭窄及畸形。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。乙炔是一种易燃易爆的不稳定化合物。易分解放出大量的热而发生爆炸。压力对乙炔有特殊的意义。压力增加时，乙炔气体分子间相密聚，因此，一旦某处乙炔分解，就能迅速扩展到全部气体中。加工业气体乙炔的压力在147kPa(1.47bar)以上温度超过773～823K时，使会全局部解，发生爆炸。当温度低于723K(并有接触物质存在时，可能发生爆炸。乙炔可以发生加成反响，聚合反响。乙炔具有弱酸性，其分子中的氢能被某些金属取代而成盐。例如含有水成氨的工业乙乙炔与氯化亚铜作用，生成具有爆炸性副乙炔铜。所以，工业上乙炔发生系统不能使用铜制的旋塞及管件。规格：纯度：≥98.5%不含硫、磷、砷等杂质。III氯乙烯分子式：CH2＝CHCl分子量：62.50沸点：-13.9℃熔点：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3.6～26.4%(体积)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。计算依据I计算基准年产能力：年产200kt的氯乙烯年工作日：以330天计算日产量：200×106÷330=6.091×105kg〔2-1〕小时产量：6.091×105÷24=25379kg〔2-2〕即，每小时要合成氯乙烯25379kg，以下计算均以1h为基准。II化学反响式：主反响：〔2-3〕副反响：〔2-4〕〔2-5〕〔2-6〕III倒推法计算：精馏〔氯乙烯的收率[1]：99.5%〕：25379÷99.5%=25506.5kg=408.104kmol〔2-7〕转化器〔乙炔的转化率：95%〕：408.104÷95%=429.583kmol〔2-8〕因此，进气中C2H2需429.583kmol〔11169.2kg〕各单元的物料衡算〔1〕混合器的物料衡算混合器C2混合器C2H2HClO2H2O乙炔氯化氢图2.1混合器的物料衡算简图C2H2和HCl的最适宜的摩尔比是：1:1.05～1.1[2]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/%乙炔气C2H299.5H2O0.5氯化氢HCl99.95H2O0.01惰性气体〔以O2计算〕0.04因此，进料气所需乙炔气：429.583÷99.5%=431.742kmol〔2-9〕进料气所需的氯化氢气体：429.583×1.08÷99.95%=464.182kmol〔2-10〕即，C2H2：429.583kmol〔11169.158kg〕HCl：463.950kmol〔16934.175kg〕O2：464.182×0.04%=0.1857kmol〔5.942kg〕〔2-11〕H2O：464.182×0.01%+431.742×0.5%=2.205kmol〔39.69kg〕〔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。C2H2:429.583kmolHCl：463.950kmolO2：0.1857kmolH2O：2.205kmolIII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/%C2H211169.15839.679C2H211169.15839.679HCl16934.17560.159HCl16934.17560.159O25.9420.000211O25.9420.000211H2O36.690.1410H2O36.690.1410Σ28148.965100Σ28148.965100〔2〕石墨冷却器CC2H2HClO2H2O混合气石墨冷却器混合气石墨冷却器盐酸盐酸图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℃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：C2H2:429.583kmol〔11169.158kg〕HCl：463.950kmol〔16934.175kg〕O2：0.1857kmol〔5.942kg〕H2O：2.205kmol〔39.69kg〕II出料气组成：C2H2:429.583kmol〔11169.158kg〕O2：0.1857kmol〔5.942kg〕H2O：2.205×〔1-30%〕=1.5435kmol=27.783kg〔2-13〕∵〔2-14〕∴=〔0.4÷0.6〕=〔0.4÷0.6〕×〔39.69-27.783〕=7.938kg〔2-15〕HCl：16934.175-7.938=16926.237kg=463.733kmol〔2-16〕盐酸：7.938+〔39.69-27.783〕=19.845kg〔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/%C2H211169.15839.679C2H211169.15839.679HCl16934.17560.159HCl16926.23760.131O25.9420.000211O25.9420.000211H2O39.690.1410H2O27.7830.000987盐酸19.8450.000745Σ28148.965100Σ28148.965100〔3〕多筒过滤器由相关资料查得，在多筒过滤器中，采用3～5%憎水性有机硅树脂的5～10um细玻璃纤维，可将大局部酸雾别离下来，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：C2H2:429.583kmol〔11169.158kg〕HCl：463.733kmol〔16926.237kg〕O2：0.1857kmol〔5.942kg〕H2O：1.5435kmol〔27.783kg〕II出料气组成：C2H2:429.583kmol〔11169.158kg〕O2：0.1857kmol〔5.942kg〕H2O：27.783×〔1-80%〕=5.5566kg∵盐酸为38%，×100%=38%〔2-18〕∴=〔0.38÷0.62〕×=〔0.38÷0.62〕×27.783=13.623kg〔2-19〕HCl：16926.237-13.623=16912.614kg〔2-20〕盐酸：13.623+27.783×80%=35.849kg〔2-21〕III多筒过滤器的物料衡算表2.4多筒过滤器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2H211169.15839.707C2H211169.15839.707HCl16926.23760.172HCl16912.61460.125O25.9420.000211O25.9420.000211H2O27.7830.000988H2O5.55660.000198盐酸35.8490.00127Σ28129.12100Σ28129.12100〔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/%C2H211169.15839.757HCl16912.61460.202O25.9420.000212H2O5.55660.000198Σ28093.3100〔5〕转化器CH2CH2CHClC2H2HClC2H2HCl转化器转化器图2.3转化器物料衡算简图由前面的表达知，此转化器转化率为95%[3]。I进料气组成：C2H2:11169.158kg〔429.583kmol〕HCl：16912.64kg〔463.36kmol〕〔二者之比为1:1.078〕O2：5.942kgH2O：5.5566kgII出料气组成：CH2CHCl：429.583×95%×62.5=25506.491kg〔2-22〕C2H2:11169.158×〔1-95%〕=558.458kg〔2-23〕×95%×36.5=2016.849kg〔2-24〕O2：5.942kgH2O：5.5566kgIII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/%C2H211169.15839.757CH2CHCl25506.49190.792HCl16912.6460.202C2H2558.4580.0199O25.9420.000212HCl2023.8497.179H2O5.55660.000198O25.9420.000212H2O5.55660.000198Σ28093.3100Σ28093.3100〔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/%CH2CHCl25506.49190.792CH2CHCl25506.49190.792C2H2558.4580.0199C2H2558.4580.0199HCl2023.8497.179HCl2023.8497.179O25.9420.000212O25.9420.000212H2O5.55660.000198H2O5.55660.000198Σ28093.3100Σ28093.3100〔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/%CH2CHCl25506.49190.792CH2CHCl25506.49190.792C2H2558.4580.0199C2H2558.4580.0199HCl2023.8497.179HCl2023.8497.179O25.9420.000212O25.9420.000212H2O5.55660.000198H2O5.55660.000198Σ28093.3100Σ28093.3100〔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。假设回收盐酸的回收率为98%，参加的水量为7910kg。I进料气组成：CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kgHCl：2016.849kgO2：5.942kgH2O：5.5566+7910=7915.557kg〔2-25〕II出料气组成：CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kg回收的盐酸：2023.849×98%÷20%=9882.56kg〔2-26〕HCl：2023.849×〔1-98%〕=40.337kg〔2-27〕O2：5.942kg×0.8=9.5085kg〔2-28〕III泡沫水洗塔的物料衡算:表2.9泡沫水洗塔的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2CHCl25506.4910.708CH2CHCl25506.4910.708C2H2558.4580.0155C2H2558.4580.0155HCl2023.8490.056HCl40.3370.00112O25.9420.000165O25.9420.000165H2O7915.5570.22H2O9.50850.000264盐酸9882.560.274Σ36003.297100Σ36003.297100〔9〕碱洗泡沫塔CHCH2=CHClCH≡CHHCl碱洗泡沫塔CH2=CHClCH≡CH图2.4碱洗泡沫塔物料衡算简图I进料气组成：CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kgHCl：40.337kgO2：5.942kgH2O：9.5085kgII出料气组成：HCl被碱液吸收，从而出料气中不含HCl气体。CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kgO2：5.942kgH2O：9.5085kgIII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/%CH2CHCl25506.4910.976CH2CHCl25506.4910.976C2H2558.4580.0214C2H2558.4580.0214HCl40.3370.00154HCl〔除去的〕40.3370.00154O25.9420.000227O25.9420.000227H2O9.50850.000364H2O9.50850.000364Σ26120.737100Σ26120.7371002.2热量衡算热量衡算式〔2-29〕Q1: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。设混合物的平均比热容近似等于各组分热容与质量分数乘积之和，即，含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〕有关物化数据表[5]表2.11物化数据表工程温度/℃比热/kcal/〔kg·℃〕乙炔250.428750.451100.455HCl250.204750.2081100.2085水蒸气250.45750.4511100.46O2250.234750.241100.244氯乙烯250.846750.83271100.868盐酸〔40%〕-353.214相应各个设备的热量衡算〔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/%C2H211169.15839.679C2H211169.15839.679HCl16934.17560.159HCl16926.23760.131O25.9420.000211O25.9420.000211H2O39.690.1410H2O27.7830.000987盐酸19.8450.000745Σ28148.965100Σ28148.965100进料温度：t1=25出料温度：t2=-13以进料温度t1=25℃C乙炔=1.792kJ/〔kg·℃〕C水蒸气=1.8842kJ/〔kg·℃〕C氯化氢=0.8541kJ/〔kg·℃〕C氧气=0.9798kJ/〔kg·℃〕C水〔l〕=4.175kJ/〔kg·℃〕γ水〔冷凝热〕=-2229.4636kJ/〔kg·℃〕C40%盐酸=3214kJ/〔kg·℃〕计算：Q1:进料温度为25℃Q3: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，35430kcal/kmol[5]那么冷却器只能中HCl溶于水放出的热量为：148345.4×〔16934.175-16926.237〕÷36.5=32262.1kJ〔2-32〕Q3.2：水液化放出的热，2435.0×〔36.69-27.783〕=21688.545kJ〔2-33〕Q3=Q3.1+Q3.2=32262.1+21688.545=53950.645kJ〔2-34〕Q4:Q4=Q乙炔＋Q氯化氢＋Q氧气＋Q水蒸气＋Q盐酸=11169.158×1.792×〔-13-25〕+16926.273×0.8541×〔-13-25〕+5.942×0.9798×〔-13-25〕+1.884×27.783×〔-13-25〕+19.845×3214×=-3735850.53kJ〔2-35〕Q2:5%×Q2=Q5∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5〔2-32〕∴0+Q2+53950.645=-3735850.53+0.05Q2〔2-36〕∴Q2=-3989264.4kJQ5：Q5=Q2×5%=-199463.22kJ〔2-37〕表2.13石墨冷却器热量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H2-760574.983HCl0HCl-549355.731O20O2-221.235H2O0H2O-1989.041冷凝热53950.645盐酸-2423709.54盐水吸热-3989264.4损失-199463.22Σ-3935313.755Σ-3935313.75〔2〕石墨预热器进料温度：t1=-13出料温度：t2=75以进料温度t1=-13℃C乙炔=1.80kJ/〔kg·℃〕C水蒸气=1.884kJ/〔kg·℃〕C氯化氢=0.858kJ/〔kg·℃〕C氧气=0.9798kJ/〔kg·℃〕C氯乙烯=0.8502kJ/〔kg·℃〕计算：Q1:进料温度为75℃，即Q1Q3:由反响式，Q4:Q4=Q乙炔＋Q氯化氢＋Q氧气＋Q水蒸气=11169.158×1.8×〔75+13〕+16912.64×0.858×〔75+13〕+5.942×0.9798×〔75+13〕+5.5566×1.884×〔75+13〕=1769194.627+1276971.971+512.334+921.24〔2-38〕Q2：Q5=Q2×5%∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5∴0+Q2+0=3047600.168+0.05Q2∴Q2=3208000kJQ5：Q5=Q2×5%=3208000×0.05=160400kJ〔2-39〕表2.14石墨预热器热量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H21769194.627HCl0HCl1276971.971O20O2512.334H2O0H2O921.24蒸汽加热3208000损失160400Σ3208000Σ3208000〔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t1=75℃C乙炔=1.884kJ/〔kg·℃〕C水蒸气=1.888kJ/〔kg·℃〕C氯化氢=0.871kJ/〔kg·℃〕C氧气=1.005kJ/〔kg·℃〕C氯乙烯=0.8502kJ/〔kg·℃〕计算：Q1:进料温度为75℃，即Q1Q3:由反响式，Q3=124.8×429.583×103=53611958.4kJ〔2-40〕Q4:Q4=Q氯乙烯+Q乙炔＋Q氯化氢＋Q氧气＋Q水蒸气=25506.491×0.8502×〔110-75〕+558.458×1.884×〔110-75〕+2023.849×0.871×〔110-75〕+5.5566×1.888×〔110-75〕+5.942×1.005×〔110-75〕=758996.653+36824.721+61483.642+367.18+209.01=857881.206kJ〔2-41〕Q2：Q5=Q2×1.5%∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5∴0+Q2+53611958.4=857881.206+0.015Q2∴Q2=-53557438.78kJQ5：Q5=Q2×5%=-53557438.78×0.015=-803361.582kJ表2.15转化器热量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20CH2CHCl758996.653HCl0C2H236824.721O20HCl61483.642H2O0O2209.01反响热53611958.4H2O367.180循环水-53557438.78损失-803361.582Σ54519.62Σ54519.62〔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℃C乙炔=1.905kJkJ/〔kg·℃〕C水蒸气=1.926kJkJ/〔kg·℃〕C氯化氢=0.873kJkJ/〔kg·℃〕C氧气=1.021kJkJ/〔kg·℃〕C氯乙烯=0.857kJkJ/〔kg·℃〕计算：Q1:进料温度为110℃，即Q1Q3:Q3=0〔无反响或冷凝热产生〕Q4:Q4=Q氯乙烯+Q乙炔＋Q氯化氢＋Q氧气＋Q水蒸气=25506.491×0.857×〔25-110〕+558.458×1.905×〔25-100〕+2023.849×0.873×〔25-100〕〕+5.5566×1.926×〔25-100〕〕+5.942×1.021×〔25-100〕〕=-2099534.276kJ〔2-42〕Q2：Q5=Q2×1.5%∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5∴0+Q2+0=-2099534.276+0.05Q2∴Q2=-2210036.08kJQ5：Q5=Q2×5%=-2210036.08×0.05=-110501.804kJ表2.16石墨冷却器热量衡算表进料入口/kJ物料出口/kJCH2CHCl0CH2CHCl-1858020.337C2H20C2H2-90428.312HCl0HCl-149660.28O20O2-515.676H2O0H2O-909.671循环水-2210036.08损失-110501.804Σ-2210036.08Σ-2210036.08〔5〕冷却水消耗：I盐水：：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=3.214kJ/〔kg·℃〕∴Q=mCP(t2-t1)=39892640.4m=3989264.4÷(15×3.214)=82747.654kJ〔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=4.214kJ/〔kg·℃110℃时：C水=4.238kJ/〔kg·℃C平均=〔4.214+4.238〕÷2=4.226kJ/〔kg·℃〕〔2-44〕Q=3208000kJ∴需水量：m=3208000÷〔4.226×15〕=50607.351kg〔2-45〕在转化器中，进料温度：t1=95出料温度：t2=110Q=53557438.78kJ∴需水量：m=53557438.78÷4.226÷〔110-95〕=844887.818kg〔2-46〕在石墨冷却器中，进料温度：t1=15出料温度：t2=9595℃时：C水=4.214kJ/〔kg·℃15℃时：C水=4.187kJ/〔kg·℃C平均=〔4.214+4.187〕÷2=4.2kJ/〔kg·℃〕〔2-47〕Q=2210036.08kJ∴需水量：m=2210036.08÷〔4.2×80〕=6577.488kg〔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3989264.482747.654循环水石墨预热器320800050607.351转化器53557438.78844887.818石墨冷却器2210036.086577.488∵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应转化器∴实际用水844887.818kg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条件[1]此处的转化器为列管式固定床反响器。催化剂粒度：0.75～6.5mm，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：540～640g/L空速：25～40m3/〔m3催化剂·h〕时，转化率最高。反响温度：新触媒，150℃：旧触媒，反响压力：0.05MPa采用经验设计法[6]：〔3-1〕—原料混合气进料流量，m3—催化剂床层体积，m3SV—空间流速，h-1∴假定空间流速SV=30m3/〔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/kmolC2H211169.158429.583HCl16912.64463.36O25.9420.186H2O5.55660.309Σ28093.3893.438数据计算混合气的体积流量：=893.438×22.4=20013.011m3〔3-2〕∴由①式得：=20013.011÷30=667.1m3选管子：Φ57×3.5mm∴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〕每个转化器用2401根管子，那么转化器为59636÷2401可取为26个转化器。循环水带走的传热量53557438.78kJ，由于进出口温度变化不大，即近似为恒温。∴〔3-4〕=25K取经验值100.那么，=21422.98㎡〔3-5〕A实际=3.14ndl=3.14×26×2401×0.05×5.7=55865.027㎡〔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〕+〔2～3〕d。式中：t—管心距，t=1.25d。d。—换热管外径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，那么nC=1.1=1.1=54〔3-7〕t=1.25d。=1.25×0.057=0.07125m〔3-8〕D=t〔nC-1〕+2.5d。=0.07125×54+2.5×0.057=3.9185m〔3-9〕圆整到4000mm参考文献，为了满足及时转移反响放出的热量，采用把转化器换热分为三层，三层同时进行散热。手孔[8]∵反响最高压力为1.5atm∴选用平焊法兰手孔。公称压力PN0.06MPa，公称直径DN250mm，H1=190mm采用Ⅱ类材料，垫片的材料采用普通的石棉橡胶板。其标记为：手孔Ⅱ〔A.G〕250-0.6HG/T21529-95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局部脱水后进入机前冷却器冷却至5～10℃，除去粗VC中的大局部水分、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℃氯乙烯的精馏主要是将压缩岗位送来的氯乙烯气体在0.55～0.60MPa下，在全凝器全部液化为15℃的过冷液体，VC液体进水别离器，含有不凝气体氯乙烯气体进入尾气冷凝器，用-35A—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=57～60以上沸点均为常压。I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%，主反响的收率为94.44%，因此得：均以小时计算二氯乙烷的摩尔质量：21.479kmol氯乙烯的摩尔质量：385.413kmol乙炔的摩尔质量：22.691kmol总的进料量：F=21.479+385.413+22.691=429.583kmol〔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：≤0.7kpa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=0.05t=40xD=0.3t=-5xW=0.00001t=50III精馏塔的物料衡算：乙炔的摩尔质量：MA=26kg/kmol氯乙烯的摩尔质量：MB=62.5kg/kmol总物料衡算：429.583=D+W乙炔物料衡算：429.583×0.05=0.3D+0.00001W〔3-11〕联立解得：D=71.597kmol/hW=357.986kmol/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x—y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x—y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=0.2xq=0.05故最小回流比为：〔3-12〕取操作回流比为：R=2Rmin=1.34〔3-13〕求精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.34×71.597=95.94kmol/h〔3-14〕V=(R+1)D=(1.34+1)×71.597=167.54kmol/h〔3-15〕L`=L+F=95.94+429.583=525.52kmol/h〔3-16〕V`=V=167.54kmol/h求操作线方程精馏段操作线方程为：〔3-17〕提馏段操作线方程为：〔3-18〕图解法求理论板数采用图解法求理论板数，求解结果为：精馏段板数=1.7块提馏段板数=5块由于乙炔与氯乙烯属于非同类化合物，与理想溶液的拉乌尔定律有较大误差，故取板效率为30%，即精馏段实际板数=1.7/0.3=5.667≈6块提馏段实际板数=5/0.3=16.67≈17块即第6块板为进料板。塔径的计算[8]I条件操作压力：0.7MPa操作温度：塔顶温度：tD=-5进料板温度：tF=40精馏段平均温度：tm=〔40-5〕/2=17.5