万吨生产工艺流程工厂设计

流程。3.物料衡算、热量衡算。4.重要设备的设计和选型.5.重要管道的设计及选型。6.三废处理安全与防火技术。图纸：1.带控制点的物料流程图。2.车间平面布置图。3.重要设备的装配图。4.厂区平面图tonsperyearwascompleteaccordingtotheinformationofZhuzhouequilibriumofmaterialandequilibriumofhdevelopmenthistoryandtrendencyofproducingPVCandVC,2theproductionprincipleandprocessofsynthesisconstructionsection,3thecalculationofthebalanceofmaterialandcalculationofheatquantity,aboutthemainpipelines,6thedisposalo照并通过查阅有关的化工生产设计资料对年产30万吨PVC的氯乙烯聚合合成工中文摘要 i英文摘要 2pvc性质 23我国pvc生产消费现实状况 34建设一种30万吨/年规模的pvc厂的可行性 4二、pvc产品及原辅材料阐明 4 4 4去离子水 5分散剂 7其他助剂 7三、工艺路线的选择和简介 81工艺路线的选择 2工艺流程简介 9四、物料衡算 1合成段计算 2聚合段计算 1衡算措施 2计算 26 1合成车间的设备计算 2聚合车间的设备计算 481合成段 482循环水管 3聚合段 51 531基本计算 2产品成本及部分厂家的成品价格 九、三废的产生及处理 551氯化汞触媒的产生中毒机理及处理 2尾排氯乙烯外逸的产生中毒机理及处理 3废水的处理 4其他三废的处理 58参照文献 59物，含结晶度5%—10%的微晶体，熔点为175,目前商品化的PVC树脂的平均相早在1835年，法国人Regnaukn就发现了氯乙烯(vinylchloride),1838年观测到其在光作用下能形成无定形粉状高聚物。直到1912～1923年，德国化学家F.Klate和E.Zacharia才发现称PVC)的工业生产措施，较大规模的乳液聚合则到1935年才由Bitterfeld实始发展，1940年全世界产量为1.1万吨，1950年为22万吨，1960年达145万吨，1970年为600万吨，1980年1000万吨，1990年为1500万吨，近期估计在我国聚氯乙烯工业起步于20世纪50年代末，第一套聚氯乙烯装置在锦西化工厂于1958年建成投产，生产能力在3000吨/年。1959年，国内建成4个生产能力6000吨/年的聚氯乙烯厂，即北京化工二厂、上海天原化工厂、天津化工厂、天津大沽化工厂，1970年国内聚氯乙烯树脂厂增长到20家，但规模都叫小，1978年从日本东洋工程企业引进了两套20万吨/年聚氯乙烯厂，分别在齐鲁石化企业和上海吴泾建厂。进入20世纪90年代北京化工二厂、上海氯碱、天PVC可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大概占市场的2/3,软PVC占保留时间长，因此具有很大的开发应用价值。软质PVC多用来做成真空吸塑薄装、医药电线电缆、薄膜和片材、传送带、日用品(鞋、玩具、门帘、密封条)人造革及箱包等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%,另一方面是包等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋等方面。在我们的平常生活领域中到处可见到PVC产品。PVC被用来制作多种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。物理性质(2)密度和表观密度PVC平均密度为1.4g/cm²,实际上它很分散。密度(2)热性能一般的PVC玻璃化温度Tg在75～175℃,因而一般加工温度在160～220℃。PVC加热到130℃以上时变为皮革状，脂由白色变为淡黄色→深黄色→棕色→黑色。在20(3)光性能纯聚氯乙烯在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长生产现实状况近年来，中国聚氯乙烯(PVC)发展速度惊人，市场需求将展现迅猛增长的态势，尤其是在建材方面，近年来正处在高速增长期，伴随中国市场国际化的步伐加大，聚氯乙烯树脂包装材料和管材在水泥、化肥、粮食、食品、饮料、药物、洗涤剂、化妆品等领域都将有广阔的发展空间，其需求量对应大幅度增长；此外，汽车、通讯、交通领域对聚氯乙烯树脂的需求也呈高速增长，中国聚氯乙烯树脂工业仍有较大的发展空间。因此新建、扩建项目纷纷上马，产能迅速扩大，产量大幅提高。1997-2023年，中国PVC产能、产量年均增长率分别高达22.2%和20.0%。2023年全国聚氯乙烯树酯合计产量为823.86万吨；2023年全国聚氯乙烯树酯合计产量到达971.67万吨；由于受世界金融危机及原材料等原因的影响，国内消费市场的疲软，2023年全国聚氯乙烯树酯合计产量为881.6万吨，同比下降9.27%,装置动工率仅为57.8%。2023年有所回升。消费现实状况20世纪90年代中期以来，伴随我国城镇化基础建设、包装材料、电子电器脂工业及其加工业的发展。2023年人均消费量3kg左右，2023年到达7kg左右，生产国。自1996到2023年12年翻了4番，远远高于国内同期的GDP增长率，长。2023年我国PVC树脂的表观消费量只有534.40万吨，2023年到达约820.05万吨，2023年深入增长到约918.09万吨，同比增长约11.9%,2023-2023年表观消费量的年均增长率约为11.4%。2023年的表观消费量到达1026.76万吨，同比增长约11。8%。产品自给率对应从2023年的54.6%增长到2023年81.5%,2023年的89.7%,2023年的94.6%,2023年受国际金融危机的影响，表观消费量急剧下降。2023年，在国家4万亿经济投入刺激下，国家加大基础地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份的消费合计约占全国总消费量的70%,其中，广东和福建省市场需求量最大，但产能局限性，进口PVC所占比费量约占国内总消费量的34%;华北地区产销基本平衡。此后，伴随中西部地37%,重要包括电线电缆、多种用途的膜(根据厚度不一样可分为压延膜、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、塑料鞋以及某些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的63%,重要包括多种型材、管材、板材、硬片和瓶等。估计此后几年，我国PVC树脂的需求量将以年均约7%的速度增长，到2023年总消费量将到达约1350万t,其中，硬制品的年均增长速度将到达约7%,而在硬制品中，异型材和管材的发展速度增长最快，年均增长率将到达约10%。未来我国PVC树脂消费将继续以1.4建设一种30万吨/年规模PVC厂的可行性了更好的抓住机遇，因此建设一种20万吨/年规模的PVC生产装置既响应国家第二章PVC原辅材料阐明电石是由碳和氧化钙(生石灰)在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，因此它的化学名叫碳化钙，分子式CaC₂,分子量64.10kg/mol。(2)18℃时的比重为2.22,电石比重伴随CaC,含量的减少而增长。(3)不溶于所有有机溶剂中，熔点2300℃(纯电石),含CaC₂80%时熔点(4)电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。C少许2.1.3电石的原则原料电石的技术条件、检查规则、检查措施和包装等都必须负荷国标GB10665—2023的规定。(1)技术规定国标有关技术条件见表3.1表2.1电石国标的技术条件优等品指标一等品合格品发气量(20℃、101.3kpa/)/(L/kg)≥乙炔中磷化氢的体积分数/%≤乙炔中硫化氢的体积分数/%≥≥≤5(2)检查规则电石批次划分和采样桶数比例按表3.2进行。表3.2电石批次划分和采样桶数比例批次/t0876065432.2氯化氢2.2.1氯化氢的分子式HCl,分子量36.5kg/mol。2.2.2氯化氢的性质(3)在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，体现盐酸的C₂H₃CL,分子量62.51kg/mol。(1)常温常压下为无色气体。带有芳香气味(2)属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为3.8~29.3%,故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及撞击火花的产生。(3)有毒，对人体有麻醉作用，长时间接触VC气体可使人致癌。(4)在氯乙烯系统若有氧气存在则生成过氧化物，给后处理导致困难。O₂(5)氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，它能与丁二烯、(6)氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。pH应在5～8.5范围，硅胶含量≤0.2mg/L。由于氯乙烯悬浮聚合温度为50～60℃上下，应根据反应温度选择合适的引起剂，其原则为在反应温度条件下引起剂的半衰期大概为2h者，反应时间为最2.7其他助剂第三章工艺路线的选择和简介3.1工艺路线的选择聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯在引起剂作用下聚合而成的热塑性树脂，也是到目前为止，世界上PVC生产的聚合工艺重要有5种，即悬浮、本体、乳艺中，悬浮聚合占87.8%,本体聚合占4.4%,乳液和微悬浮聚合占6.4%,溶液聚合占1.4%。与美国相比，西欧乳液和本体聚合的比例较大，而日本则悬浮多种生产工艺简介高效引起剂，在62～75℃下强烈搅拌下使氯乙烯聚合的转化率为8%时，输送至聚合釜中，在加入低效引起剂的等量单体，在约60℃下，慢度搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。本体聚合时在氯乙有引起剂。生产的PVC树脂纯度较高，质样的分散剂，可以得到颗粒构造和形态不一样的两类树脂。国产牌号分为SG-疏松型(“棉花球”型)树脂；XJ-紧密型(“乒乓球”型)树脂。疏松型树脂吸(3)乳液聚合。氯乙烯单体在乳化剂作用下，分散于水中形成乳液，再用缘性能差，成本高。该树脂常用于PVC糊(4)微悬浮聚合。使用油性引起剂，在用乳化剂分散、稳定的细小氯乙烯就以上5种重要聚合工艺来讲，通过几种措施3.2工艺流程的简介楼，送到发生器加料贮存，用v,置换其中的乙炔气后，电石在继续通v,的状况(2)清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到的摩尔比[H:Cl=(1.05～1.1):1]进入合成炉灯头的内管，由下二上经石英灯头上的斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。燃烧时火焰温度到达2000℃左右，或散热翅片散热，到炉顶出口，温度降到100～150℃,再进入上盖带冷却水箱的石墨冷却器，用冷却水将氯化氢气体冷却到40～50℃左右，由下底盖排出，将气体冷却到-12℃~-18℃后，进入酸雾分离器，气体中夹带的40%盐酸雾沫由体经缓冲器进入纳氏泵压缩，借泵内浓度93%以上的硫内在-35℃盐水下进行冷却到-14℃±2℃,C₂H₂、HCL混合气体在此温度下，部分水份以40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于经碱洗塔，出去残存的微量HCL后进入带液，经螺杆压缩机加压到0.5~0.6MPa(表压),经机后冷却器除去夹带水和油入低沸塔。低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔尾气冷凝器未冷凝的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排到的1,1二氯乙烷(EDC)为主的高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝VC其他回+5℃水系统。从液氨槽出来的液氨通过5℃水分蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5Mpa(表压)左右的过热气-35℃盐水系统。从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后，获得的低温液氨经盐水分派台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸取管外盐水的热量而气化，是管外盐水温度减少，合格的-35℃盐水由泵送在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制1.28～1(6)溴化锂系统溴化锂制冷是以蒸汽为动力，运用“溴化锂与水”构成的二元溶液为工质对，在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸取载冷剂(冷媒水)热负荷，到达所需的合格7℃水送到合成工序。溴化锂水溶液作为吸烈地吸取水蒸汽，通过高温(蒸汽)将水份释放和循环水冷却吸取，周而复始实冷料浆冷却后至离心干燥岗位。由塔顶出来的VCM/H₂O混合气体通过塔顶冷因聚合反应的收率≤85%,故釜内有未参与聚合反应的氯乙烯单体，通过聚合釜及排放槽泄压后仍有0.3～0.5MPA的余压，可直接用5℃水和-35℃盐水通由气提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水20%~25%的湿PVC树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。树脂干燥器采用脉冲气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的PVC从圆盘振动筛筛选后被罗茨鼓风机抽如料仓。料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、分析合格后入库。第四章物料衡算4.1合成段的计算4.1.1计算根据(1)生产能力年产30万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算∵聚合物一般进行到转化率为85%～90%²,再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为88%。x·88%x=4.17×10*/88%=4.74∴每小时要合成氯乙烯4.74×10¹kg(2)化学反应式(产量非常小，可忽视不计)(3)倒推法计算精馏：(氯乙烯的收率：99.5%)4.74×10^/99.5%=4.762×10'kg=转化器：(乙炔转化率：95%)761.92/95%=802kmol/h∴进气中CH=CH需802kmol=2.0852×10'kg/h4.1.2混合器的物料衡算图4.1混合器的物料衡算方框图CH=CH和HCl的摩尔比为：1:1.05～1.1。(1)进料表4.1进料气构成进料气组分乙炔气氯化氢气进混合器需氯化氢气：802×1.08/99.8%HCl:802×1.08=866.16kmol/h=31614.80:867.895×0.1%=0.868kmoH₂0:804×0.25%+867.895×0.1%=2.88kmol/h=51.HCl:866.16kmol/h=31614.8表4.2混合器物料衡算表出料总物料总物料4.1.3石墨冷却器下下图4.2石墨冷却器物料衡算方框图根据：在石墨冷却器中，用-35℃盐水(尾气冷凝器下水)间接冷却，来自混合器的混合气中水分一部分以40%盐酸的形式排出，其他的则夹带于气流中。设混合气中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。HCl:866.162kmol/h=31614H0:2.88×(1-30%)=2.016kmol/h=36.28(3)石墨冷却器物料衡算表表4.3石墨冷却器物料衡算表出料盐酸∑∑4.1.4多筒过滤器根据在多筒过滤器中，采用3%～5%憎水性有机硅树脂的5～10um细玻璃纤维，可将大部分酸雾分离下来，以盐酸的形式排出。设：盐酸为40%,除水量为80%4.1.6转化器(3)多筒过滤器物料衡算表表4.4多筒过滤器物料衡算表出料质量/kg盐酸∑∑4.1.5石墨预热器表4.5石墨预热器物料衡算表出料Z图4.3转化器物料衡算方框图根据氯乙烯产率为99.46%,二氯乙烷产率0.54%,乙炔转化率为95%。[3](1)进料构成为HC1:31585.CH₂=CHCl:(20852÷26)×95%×99.46%×62.5=CH=CH:20852×(1-95%)=HCl:31585.1184-(47361.6÷62.5+2×407.3÷99)(3)转化器物料衡算表表4.6转化器物料衡算表W/%出料∑∑误差分析：(52472.146-52472.14)/52472.146×100%=0.0000114%4.1.7除汞器表4.7除汞器物料衡算表出料Z∑4.1.8水洗泡沫塔(不循环)接触可得40%的盐酸。设HCl的回收率为98%。水洗塔40%盐酸图4.4水洗塔物料衡算方框图(1)进料(2)出料HC1:3625.6124×(1-98%)回收的盐酸：3625.6124×98%/H₂0:8297.8246-11843.667×7(3)水洗泡沫塔物料衡算表表4.8水洗泡沫塔物料衡算表W/%出料盐酸∑4.1.9碱洗泡沫塔NaOH溶液图4.5碱洗泡沫塔物料衡算方框图根据：用5%～10%的NaOH溶液除去余下的氯化氢气体。取10%的NaOH溶液除氯化氢气体。(1)进料NaOH溶液：(72.5/36.5)×40/10%=794.52kg(2)出料HCl被碱液吸取，从而出料气中不含HCl气体NaCl溶液：794.52+72.5=867.02kg(3)碱洗泡沫塔物料衡算表表4.9碱洗泡沫塔物料衡算表出料∑∑表4.10合成段总物料衡算表出料30%盐酸40%盐酸(多筒)40%盐酸(石墨)E∑误差分析：(61631.53-61631.519)/61631.53×100%=0.0000178%,在容4.2.1聚合釜设生产装置年产量：30万吨；设一年动工300天，每天分三批生产，聚合物一般进行到转化率为85%～90%2l(本设计中取88%)水图4.6聚合釜物料衡算方框图(1)进料计算其中无离子水：氯乙烯单体=1.5:1(参照株化的生产资料的数据)因此：无离子水的质量：M₂=378.79×10³×1.5=568.18×10³kg此外：助剂质量：氯乙烯单体质量=0.05:100(参照株化数据)因此：助剂质量：M₃=378.79×10°kg×5(2)出料的计算产生的聚合物的质量：M₁=M₁×88%=378.79×10²kg×88%=333未反应的氯乙稀单体损失约为1%(由悬浮液液相吸附，悬浮液故固相吸附，清釜用料)因此：损失的单体质量：M₂=M₁×1%=378.79×10°kg×1%=3.7879×10°kg剩余的氯乙烯单体质量：M3=M₁-Mi'-M₂=378.79×10²kg-333.336×10³kg其中无离子水和助剂的质量没有变化出料的树脂悬浮液质量：M=Mi+M3+M₂+M₃=333.336×10kg+41.666×可得M+M₂=943.37×10kg+3.7879×10²kg=947.16×10³kg=M(3)聚合釜的物料衡算表表4.11聚合釜的物料衡算表出料氯乙烯聚氯乙烯水氯乙烯助剂水助剂氯乙烯单体损失∑∑4.2.2出料槽图4.7出料槽物料衡算方框图在此过程中进料为树脂悬浮液，在此过程是除去未反应总量来计算)将起回收至单体气柜中。由于M“+Mm=909.28×10³kg+34.09×10²kg=943.37×10²kg=M’出料氯乙烯聚氯乙烯水氯乙烯助剂水聚氯乙烯助剂氯乙烯回收∑∑水图4.8气提塔物料衡算方框图此过程中回收剩余的占总量的2%的氯乙烯单体，出料为料浆。除去的氯乙烯单体的质量：M=378.79×10²kg×2%=7.576×10°kg由于M+M=7.576×10³kg+901.7×10³kg=909.28×10²kg=M”因此物料平衡。表4.13出料槽的物料衡算表出料氯乙烯聚氯乙烯水氯乙烯回收助剂水聚氯乙烯助剂2∑4.2.4离心机水水图4.9离心机物料衡算方框图此过程重要是除去中间的90%的无离子水和助剂剩余的为聚氯乙稀溶液的质量为M=M-M*-M3=901.7×10°kg-511.362×10³kg-189.395kg=390.1表4.14聚合段重要物料衡算成果总表(单位：kg/p)氯乙烯单体聚氯乙稀无离子水聚合釜进料378.79×10³损失单体3.7879×10除去单体34.09×10³除去单体7.576×10³5.1衡算措施在热量衡算中，假如无轴功条件下，进入系统加热量与离开系统的热量应平“-”表达吸热，“+”表达放热。设混合物平均热容近似等于各组分热容与质量分数乘积之和。即C=Zcw₁,表5.1标况下有关物化数据表温度/℃比热/kcal/(kg·℃)乙炔水蒸气氯乙烯盐酸(40%)[5]5.2计算表5.2石墨冷却器物料衡算表出料盐酸22Q:进料温度25℃,则Q₁=0Q₃:HCl溶于水放出的热以及水气液化放出的热生成40%盐酸时，HCl的水溶液的生成热：3544kcal·kmol¹=148351.84148351.84×(31614.84表5.3石墨冷却器热量衡算表出方/kJ0000冷凝热盐酸盐水吸热损失∑∑表5.4石墨预热器物料衡算表出料∑∑Q:进料温度-13℃,则Q=0Q₄=Qz*+Q氧化+Q氧气+Q水00.236×27.77×(75+13)+1.884×7.=3302956.8+2384802.78+576.7表5.5石墨预热器热量衡算表出方/kJ0000蒸汽加热损失∑2转化器已知表表5.6转化器物料表出料△H°(HCl)=-92.36kJ/mol△H°(CH₃CHCl₂)=-130.01反应混合气进口温度75℃,出口温度110℃,反应温度160℃.298k的反应热效应表5.7原则生成热表(单位：摩尔定压热容C,/J·(mol·k)¹物质名称摩尔定压热容摩尔定压热容物质名称=(757.78+4.1)×(99.36×99.46%+172.加入的，CH₂为20852kg/26(g/mol)=802kmHCl为31585.1184kg/36.5(g/mol)=865.3460₂为27.77kg/32(g/mol)=0.868kmolQ=[C₁Ce(CH₂)+C₂Ce(HC1)+C₃C(H₂O)+C₄C=(802×46.6+865.346×29.1+0.403×33.8+0.868=(37373.2+25181.57+13.62+C₈C(H₂O)——分别为纯CH₂和氯化氢含水量之和和水的摩尔定压反应生成的的，CH₂为1042.6kg/26(g/mol)=40.1kmolHCl为3625.6124kg/36.5(g/mol)=99.33kmolH₂O为7.2576kg/18(g/mol)=0.403kmolQ=[C₁C(C₂H₂)+C₂C(HCl)+C₃C(H₂O)+C=(40.1×51.1+99.33×29.8+0式中C₁Cp(C₂H₂)——分别为反应后CH₂的量和摩尔定压热容C₂Cry(HCl)——分别为反应后HCl的量和摩尔定压热容C₃Cpy(H₂O)——分别为反应后CH₂和氯化氢含水量之和和水的摩尔定压热容C₄Cp(CH₂CHCl)——分别为反应后CH₂CHCl的加入量和摩尔定压热容C₅₅Cm(CH₃CHCl₂)——分别为反应后CH₃CHCl₂的加入量和摩尔定压热容热损失表5.8热量衡算表输出QQ8Z25冷却水消耗已知：盐水用于石墨冷却器除去水气，进口温度：110℃,110℃时，C水*=4.238kJ(kg·℃)¹同种物质的平均比热容Q₁由于物料温度变化，系统与外界互换的热量(升温为正，降温为负),Q:由于物料发生多种变化，系统与外界的互换的热量(吸热为正，放热为负kJ;Q:由于设备温度变化，系统与外界互换的热量(Q₄——设备向外界环境散失的热量(操作温度高于环境温度为正，操作温度低于环境温度为负),KJ。(2)混合热和搅拌热的考虑由于溶质的量很少，混合热可忽视不计。搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可忽视不计。(3)回流冷凝器热负荷的考虑由于反应中严格控制反应温度恒定，冷凝器中的回流量很少，因此对冷凝器热负荷不予考虑。(4)物料带入聚合釜的热量以0℃的一批物料为基准，设进料温度为20℃,助剂所用的量尤其少，相对于整体反应可以忽视不计，则物料带入聚合釜的热量为：(50)聚合反应放出的热量以一批物料为基准，则聚合反应放出的热量为：Q₂=24.64kJ/kg×333.336×10³kg=8(6)物料带出聚合釜的热量以一批物料0℃为基准，物料流出的温度为60℃,则物料升温所需要的热量Q₃=(568.18×10³×4.18+333.336×10³×0.9675+41.666×10³×1.5(7)反应过程需要加入的热量根据热量衡算进入系统的热量=出系统的热量，则为(设热损失为10%):△Q=(Q₃-Q₁)/(1-10%)=(16.696×107-5.9545热水进口温度为85℃,出口温度为35℃。(注：数据是参照株化集团资料数冷却水进口温度为29℃,出口温度为26℃。水Cp=4.22kJ/kg.K6.1石墨冷却器的选型冷冻盐水流量：113574.77kg/h进口温度ti:-35℃出口温度tz:-20℃混合气进口温度T₁:25℃出口温度T₂:-14℃6.1.2计算两流体的平均温度差查文献得查文献，列管式换热器中的总传热系数K的φ经验值设K=100w/(m²·℃)故取7台石墨冷却器，每台96.12m²查文献，浮头列管式石墨换热器系列参数组合，A型设备A——换热管型号公称面积为105m²>98.91m²故可行.进口温度T:110℃进口温度ti:-14℃得查文献，列管式换热器中的总传热系数K的查文献，浮头列管式石墨换热器系列参数组合，选用换热管长度为5000mm,公称直径1600mm,公称压力4Mpa,管程为6H——换热设备A——换热管型号公称面积为335m²>280.69m²故可行.6.3转化器的设计氯乙烯合成反应器一般采用气固相固定床列管式反应器，常称作转化器。转化器的重要作用是装载催化剂，进行合成反应和移走反应放热，因此规定转化器保证传热良好，能及时移走反应热，并且使反应气体分布均匀，以防止局部过转化器为一种圆柱形列管式设备，上下为锥形盖，外壳由钢板焊接而成。内有列管，[1用胀管法固定于两端花板上，管内装催化剂，管间的两块隔板将整个圆柱部分隔为三层，每层均有冷却水进出口用以通冷却水，带走反应热。上盖设有气体分派板，使气体均匀分派；下盖内衬瓷砖，以防盐酸腐蚀。下盖内自下而上充以瓷环、活性炭作为填料，支撑列管内的催化剂，防止催化剂粉尘进入管道。空速为25～40m³/m³催化剂1h时，转化率最大反应温度：新触媒：150℃,旧触媒：180℃HgCl₂含量：10.5%～12.5%水分含量：不不小于0.3%松装粒度：540～640g/L粒度：0.75～6.50mm(不小于92%)采用经验设计法表4.6转化器进料表物质的量W/kmol2混合气的体积流量：Vo=1668.617×22.4=37VR=Vo/40=934.426m³(S分为27个转化器，则每个用3094根管子循环水需要带走的热为78501374.29kJ/hK取100w/(m²·℃),A=mTd1,=3.14×0.05×5.7×(3094×18)=74758∴能满足规定壳体不小于400mm用钢板卷焊而成，壳体内径D取决于传热管数n,排列方式和管心距 ne——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排列，则n=1.1√n=1.1√3094=61.186D=t(n.-1)+2.0d₀=0.07125×(61.86-1)+2.0×0.057圆整到4500mm参照文献，为了满足及时转移反应放出的热，从而保证反应温度不超过最高限额，采用把转化器换热分为三层，三层同步进行散热。反应最高压力为1.5atm选用平焊法兰手孔公称压力PN0.6MPa,公称直径DN250mm,H₁=190mm采用Ⅱ类材料，垫片采用石棉橡胶板其标识为：手孔(A·G)250-0.6HG21529-95.6.4聚合釜的设计半持续操作生产周期或生产批数3P·d-1根据年产量确定每批进料量W=568.29×103kg/P选择反应器装料系数φ=VR/VT[7](φ取0.9)VR反应液体积，m³计算反应器体积V₁=(378.79×10²)/(0.831×10³)=455V₂=(568.18×10²)/(1.00×10²)=56VR=V₁+V₂=455.824m³+568.18m³=10Vr=VR/φ=1024.004/0.9=1137.据株化的资料，反应器的体积可取45m³或48m³此设计中取48m³nr=Vr/VTiVm=1137.782/48=23.704取整24个对液一液相类型选用H/D=1.48估算筒体的内径为：带入数据可得Di=3.36m圆整取筒体内径为3400mm,据原则椭圆，可得h₁=3400/4=850mm,查附表可得Vh=6.62mm³内表面积Fh=14.64mm²再查附表得每一米高筒体容积V₁=8.605m³,表面积F₁=12.56m²筒体高度H=(V-Vn)/V₁=(48-6.62)/8.605=4.79m于是H/D;=4800/3400=1.41圆整可得H=4800mm复核成果基本符合给定的范围。釜体实际高度H₁=H+2×D/4=4.8+2×3.4/4=6.5m聚合釜壁厚的计算(1)计算厚度式中：Pe—计算压力，取P=1.1MPa;Di=3400mm;φ=0.9;设计温度为150℃查18I得16MnR在150℃的[o]=170MPaS=1.1×3400/(2×170×0.取腐蚀余量C₂=1.1mm,钢板厚度负偏差C₁=0.8mm,圆整后取Sn=15mm。复验Sn×6%=15×0.06=0.9mm>0.8mm,故能取C₁=0.8,该聚合釜体可用15mm厚的16MnR钢板制造。由于内压要比外压大，因此按强度计算内筒的壁厚一定能满足外压稳定的规定。因此，本设计中未做外压的设计。(2)校核水压试验强度因此水压试验强度足够。夹套的设计(1)夹套直径和高度确实定对于筒体的内径Di=3000～4000mm,夹套内径Dj=Di+200=3400+200=3600mm查文献得：封头体积VH=3.82m³,表面积Fn=10.1m²圆整，得Hj=4000mm(2)夹套的材料和壁厚选用0Cr18Ni9为夹套材料，设计温度为150℃,查得许用应力[o]=137MPa设计压力为0.44MPa,φ=0.6得：S=0.44×3600/(2×137×0.取腐蚀余量C₂=1.0mm,钢板厚度负偏差C₁=0.25mm,(3)校核水压试验强度(1)搅拌器的构造型式：(2)搅拌器尺寸的计算取搅拌器离底高度h=0.25DN取搅拌器的宽度b=0.2DJ取桨叶数Z=3(3)搅拌附件的设置挡板数目：4块方式：紧贴着釜壁且垂直于釜壁。搅拌液体时，产生循环流量及克服流体摩察阻力所需的功率叫搅拌功率。由于搅拌釜中液体运动的状况十分复杂，搅拌功率目前尚不能用理论算出，只能通过试验获得它和该系统其他变量之间的经验关系型，然后再按经验关系型计算搅拌功率关系式如下：Ps——搅拌功率p——被搅拌介质的密度d——搅拌器的直径n——搅拌器的转速启动式直叶涡轮式搅拌器有折流挡板得Np=6.4可选用功率为6kW的电动机传热装置的校核式中Q——传热速率Ki——总传热系数Ai——传热内壁(过程一侧)表面积to——载热体的温度(外侧)ti——过程加工流体的温度(内侧)不考虑污垢层，则其中K——总传热系数Zδ/λ——釜壁固体部分(包括结垢部分)的总热阻ai——釜侧的给热系数Z——釜中的液位已知反应釜物料的物性资料如下N=120/60=2r/s(P₁)°.33(μ/μw)⁰14(d/D)(P₁)°.33(μ/μw)⁰14(d/D)夹套侧的传热系数的计算夹套内水温由278K升到282K,已知夹套内水的物性资料如下已知：流速u=0.5m/s夹套当量直径de=4x(水流路截面积)/(流体润湿的传热边长)传热系数公式如下：up/μ)⁸(Cpμ/λ)⁰3(u/uw)ao=0.027(0.563/0.198)[(0.198×0.5×999.8)/1.55×10³]08(11.56)°.33=1已知聚合釜的壁厚忽视污垢的热阻传热系数K公式为：=1/280.77+1/1202.68+0已知釜内温度T=60℃,夹套内冷水由ti=0℃升至tz=4℃=[(60-0)-(60-4)]/ln[(60-0)/(面积的计算由能量衡算知，每批物料冷却操作需要放热4.88×10kJ,降温时间为8h,则单位时间内通过传热面的热量为其中A——传热面积，m²已知，选用的反应釜的夹套传热面积=πDHj故该整套夹套搅拌器符合规定。经计算，且参照《化工容器及设备简要设计手册》,可选择25000L的聚合反应釜。由于聚合反应的需要，反应釜要加搅拌装置和夹套。反应过程中需要密封，因此要选择封闭式的搪玻璃反应釜(HG2372-92)。底座的选择因反应釜外有保温层，可选用型号为：表6.1聚合釜的技术参数公称直径DN,mm夹套传热面积，m²介质温度及容器质搅拌器型号电动机功率，KW续表启动式直叶涡轮式6悬挂式支座JB/T4725—92耳座BN7由物料衡算可得氯乙烯密度p=0.831×10³kg/m³设H取3m,由《化工设计手册》得H/D=1～2,符合《化工设计手册》规定。H=3m,D=2.83986m,圆整为H=3m,D=2.6.6计量槽设停留时间为0.5h,根据化工设计规定取单体流速为2.5m/s6.7料浆槽以一种生产车间为例，共分为4个生产车间6.8汽提塔由《聚氯乙烯生产与操作》,查文献可得，选用2023×12861型汽提塔，共36层。6.9混料槽选用260m²型，转速为15～20r/min电机功率为16～24kw,搅拌型式，耙齿与压缩空气组合。6.10旋风干燥床(器)选用直径为3100mm,高度为9200mm型.6.11重要设备一览表表6.2重要设备一览表序号设备名称乙炔砂封设备型号及规格23混合器435多筒过滤器67389除汞器混料槽旋风干燥器(床)2023×12861型260m³型16666聚合釜七重要管道管径计算和选型此，选择管径时，应将管道投资费用与动力消耗(即生产费用)同步考虑，并使7.1.2HCl进料管摩尔分数的乘积之和，即M=2Mx,圆整为473mm查化工工艺手册，选型。圆整到794mm选用820×8mm,材料1Cr18N;9T;的无缝钢管7.1.5多筒过滤器进料管圆整到985mm圆整到200mm表7.1已知量表出料物质的量kmolE圆整到164mm7.2循环水管圆整到120mm转化器圆整到82mm查文献，选型。选用φ100×4mm,材料16Mn的无缝钢管。计算根据管径确实定重要是根据输送流体地种类和工艺规定，选定流体流速后，通过计算或算图来确定。对于化工厂一般距离较短，直径较小的管路，其管径在流速确定后，由下式计氯乙烯进料管选用流速为2.5m/s,半个小时加满圆整为360mm选用φ400×8mm材料16Mn的无缝钢管进水管选用流速为2.5m/s圆整为410mm选用φ410×4mm材料16Mn的无缝钢管出料管半个小时出完，选用流速为2.5m/s氯乙烯密度[l²|pi=0.831×10³kg/VR=V₁+V₂=455.824m³+568.18m³=1024.004m³Vr=VR/φ=1024.004/0.9=1137.圆整为570mm选用φ600×8mm材料16Mn的无缝钢管85℃热水管选用流速为0.5m/s,24小时圆整为130mm选用流速为0.5m/s圆整为140mm聚氯乙烯工厂装置建设中，既要做好技术决策，还要考虑银行贷款，投产预期成本，以及利税还款后的投资回收期等一系列经济方面的核算和效益问题。8.1.1估计产品成本投产估计的产品成本估算应包括两个部分：氯乙烯单体化学助剂水电汽公用工程单耗及单位成本工资装置折旧费(如按固定资产23年折旧率7.4%计算