（资料）年产2.5万吨PVC的氯乙烯合成工段的工艺设计毕业设计

湖南科技大学本科生毕业设计(论文)题目年产2.5万吨PVC的氯乙烯合成工段的工艺设计 指导教湖南科技大学本科生毕业设计(论文)毕业设计任务书 化学化工学院应用化学系(教研室)1设计(论文)题目及专题：年产2.5万吨PVC的氯乙烯合成工段的工艺设计2学生设计(论文)时间：自2011年3月8日开始至2011年6月10日止3设计(论文)所用资源和参考资料：4设计(论文)应完成的主要内容：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)5提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)湖南科技大学本科生毕业设计(论文)毕业设计(论文)答辩记录提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料：1设计(论文)说明书共页2设计(论文)图纸共页毕业设计(论文)答辩委员会评语：答辩委员会主任：(签名)湖南科技大学本科生毕业设计(论文)委员：(签名)(签名)(签名)(签名)湖南科技大学本科生毕业设计(论文)ionengineering.Calculatethematefeachsection.ExplaintheproducinKeywords:polyvinylchloride,synthesis,productionengineering11.1.1聚氯乙烯工业在国民经济中的作用(1)聚氯乙烯材料制品性能优良。有独特的使用功能。(2)基础原料资源广，为聚氯乙烯树脂生产发展奥定了物质基础。(3)以聚氯乙烯制取的合成材料可代替钢铁和木材使用，而且节能显著,每生产1立方米。通用塑料，其能耗为148.6千焦，而生产1立方米钢材能耗为1.1.2聚氯乙烯工业的发展概况湖南科技大学本科生毕业设计(论文)220世纪的30年代50年代是塑料工业迅速发展的时期。在此期间有许多合自1835年法国化学家V.Regnault首先发现了氯乙烯，于1838年他又观察到聚Ostromislensky在进行氯乙烯研究时，也获得氯乙烯聚合物，称之为Cauprene德国法本公司于1932年采取乳液聚合法生产聚氯乙烯，定名为“伊奇利湖南科技大学本科生毕业设计(论文)3特”(Igelit),以后于1933年美国碳化物和碳化学公司系统的“贝克菜29%以上。到上世纪末，聚氯乙烯树脂大约以3%的速度增长。这首先是由于新技术轻重的作用。从目前世界主要聚氯乙烯生产国来说：一般耗用量占其总量的20~30%。特别是60年代以来，由于石油化工的发展，为聚氯乙烯工业提供长率，而在其余国家和地区均略高于3%。1.1.3聚氯乙烯制品的开发与应用技术湖南科技大学本科生毕业设计(论文)4在西欧，每年大约有150万t的PVC用于制作管材(主要用作输水管)湖南科技大学本科生毕业设计(论文)5作护栏杆。在管子改造方面，可将一根预先变形弯曲的管子从破裂的旧管子中穿过，然后用过热蒸汽使其恢复整形。破裂的旧管子宽度最大达450mm,该改造工艺简单，2002年西欧PVC挤出型材消费量为130万t,其中大约有一半用于制造接枝共聚物的消费量逾20万t/a,占欧洲硬膜占PVC原料的最大份额，除了K值为57～60的标准产品外，还有子质量专用料有助于消光及表面的结构成形。PVC接枝共聚物提高了硬膜制品的强湖南科技大学本科生毕业设计(论文)62001年，西欧糊状PVC树脂加工量为60万t。该产品的专门用途为地板71.1.4聚氯乙烯系列聚合物的性质聚氯乙烯在常温下为白色粉末，比重为1.392～1.4不溶于水，汽油，酒精，表1.1质量标准GB5761-93型号平均聚合温度/℃粘数/K值聚合度/P参考用途154~77~1800~高级电绝缘材料143~74~1650~电绝缘材料，一般软制品72~1500~塑料鞋70~1250~人造革，高强度硬管118~68~1100~型材64~唱片，透明片，硬板，焊条，纤维62~管件859~1.2氯乙烯(VC)1.2.1氯乙烯的合成(1)反应机理CH=CH+HCIHgCl₂CH2=CHCI+124.8kJ/moli外扩散乙快、氯化氢向碳的外表面扩散；ii内扩散乙炔、氯化氢经碳的微孔通道向外表面扩散；ii表面反应乙炔、氯化氢在升汞催化剂活化中心反应发生加成反应生成氯乙烯；iv内扩散氯乙烯经碳的微孔通道向外表面扩散；v外扩散氯乙烯自碳外表面向气流中扩散。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℃湖南科技大学本科生毕业设计(论文)9ii升汞在常温下是白色的结晶粉末，分子式HgC12分子量271.52,升华点302℃。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，说明纯的升汞粉末(无载体活性炭时)对氯乙烯合成反应并无活性，而一且吸湖南科技大学本科生毕业设计(论文)一步生成氯乙烯，也即催化剂的存在改变了反应的历程(机理)和反应所需的活化一些损失，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，纯的活性炭表面后(比表面积下降到600～800m3/g,即具有很强的催化活性。(3)对原料气的要求率，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，从而降低精馏总一般要求乙炔纯度≥98.5%,氯化氢纯度≥93%。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应生成无活性的湖南科技大学本科生毕业设计(论文)水分的存在还促进乙炔与升汞生成有机络合物，后者覆盖于催化剂表面而降低催化剂活性。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，即发生激烈反应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。作为生产安全措施，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℃时即关闭原料乙炔气总阀，作临时紧急停车处理，待游离氯分析正常时再通入乙炔气开车。v含氧量原料气(主要存在于氯化氢中)中含量用较高时，将威胁安全生产、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应生成一氧化碳和二氧化碳，使精馏湖南科技大学本科生毕业设计(论文)更值得注意的是，氧在精馏系统中能与氯乙烯单体反应形成氯乙烯过氧化物：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、甲醛等酸性物因此，原则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。(4)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，都有利于反应速度和转化率增加。但当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还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，则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机会。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。提高反应温度有利于加快氯乙烯合成反应的速度，获得较高的转化率。但是，过湖南科技大学本科生毕业设计(论文)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还原成甘汞或水银。因此，工业生产中尽可能将合成反应温度控制在100～180℃范围。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，乙炔空间流速为25～40m3乙炔1m3催化剂h。此时，既能保证乙炔有较高的1.2.2生产工艺流程简述(1)生产工艺流程氛化氢氛化氢多筒过石墨冷石墨预混合器转化器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，部分水分以40%盐酸排出，部分则夹带于气流中，进入串联的酸雾过滤器中，由硅油玻璃棉捕集器分离，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，第一组则填装活性较低的，即由第二组转化器更换下来的旧催化剂即可。合成反应放出的热量通过离心泵送来的95～100℃左右的循环水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的氯化汞升华物，在填活性炭吸附器中除去，接着粗氯湖南科技大学本科生毕业设计(论文)循环)接触得20%盐酸，装大贮槽供罐装外销，气体再经碱洗泡沫塔，除去残余的微浮聚合占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)悬浮聚合悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，真空脱除单体氯乙烯之后开始升温，搅拌，反应开始后维持温度在50℃左右，压力0.88~1.22MPa,当转化率达到70%左右开始降压，在压力降至0.13～0.48MPa时即可停止反应。聚合完毕抽出未反应单体，料浆进行汽提，回收氯乙烯单体。汽提后的料浆进行离心分离，使聚氯乙烯含水25%,再进入干燥器干燥至含水0.3%~0.4%,过筛后即得产品，工艺流程见图1.2。热热离悬浮聚合 图1.2悬浮聚合流程(2)本体聚合发剂，因此可大大简化生产工艺。由于本体聚合过程中物料状态是由低粘液相逐渐变氯乙烯转化率达到7%～12%时即将物料送入后聚合釜继续反应，后聚合釜是本体聚合的关键设备，在此物料经历从液相低粘度到糊状再到粉末相的转化。聚合反应结束后，对未反应的氯乙烯进行回收。离开聚合釜的物料是干粉，通过气流送到聚氯乙乳液聚合是生产糊树脂的方法，通常采用水溶性引发剂(H2O2或K2S208等)。把氯乙烯单体、水溶性引发剂、水、乳化剂及非离子型表面活性剂加入聚合釜中，在40～55℃下聚合达到预定转化率(85%～90%)时停止聚合反应，聚(4)微悬浮聚合聚合反应釜，升温至聚合温度。待达到预定的转化率时停止反应，回收未聚合单体，湖南科技大学本科生毕业设计(论文)(5)溶液聚合1.3.2典型聚合工艺技术特性比较透明包装材料和电缆料等特点。悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界聚氯乙糊树脂的方法，只用于特殊用途。本设计采用技术最成熟的悬浮法工艺，所以在此重表1.2主要聚合工艺特性比较序号悬浮法本体法乳液法法微悬浮法1工业类型间歇间歇间歇间歇2生产能力(万55续表2序号悬浮法本体法乳液法法微悬浮法3反应器/m3第一第二类型立式立式立式立式效率/t/a/m3应条件温度/℃o时间/h批量时间/h转化率/%总收率1%原料氯乙烯(1)氯乙烯 一(3)引发剂—(4)悬浮剂 一(6)乳化剂——(7)乳化剂Ⅱ(8)乳化剂Ⅲ1.3.3氯乙烯悬浮聚合反应机理湖南科技大学本科生毕业设计(论文)nCH2=CHCL→-(CH2—CHCL)n+96.3～108.9KJ/mol式中：n为聚合度(即VC分子数目),一般为500-1500范围之内。此反应机理可按以下三个步骤进行：(1)链的引发：包括两个步骤，即引发剂分解为初期自由基(简称R·)和初期自由基与VC反应生成单体自由基或称最初活性链，i生成初期自由基：i初期自由基与单体生成单体自由基：引发剂的分解及初期自由基形成是吸热反应。因此，在聚合反应的引发阶段需要外界提供热量。具有活性的初级自自基很快与氯乙烯分子结合形成长链，这一过程称之为链的增长。其反应为：R-CH2-CHCL·+CH2=CHCL→R-CH2-CHCL-CH2CHCLR-CH2-CHCL-CH2-CHCL·+CH2=CHCL→RCH2CHCL-CH2CHCL-CH2CHCL.R(-CH2-CHCL-)n-1-CH2-CHCL·+CH2=CHCL→R(-CH2-CHCL-)nCH2CHCL·其总反应式为：链的增长，是聚合反应的主要过程，该过程是放热反应，需要外界冷却将反应热R[CH-R[CH-CHCL]nCH2=CHCL+-CH2-CHCLR-(CH2-CHCL)n-CH2CH-CL·+R(CH2-CHCL)m-CH2-CHCL·→R-(CH2-CHCL)n-CH2-CH2CL+RR-(CH2CHCL)n-1-CH2-CHCL+R-CH2-CHCL上述这些关于链终止是复杂的反应过程，在一般聚合反应的条件下，引发剂的用量与单体量相比，浓度很低，这样，生成的大分于自由基彼此相遇形成双分子偶终止反应的可能性很少，而通过单体的扩散作用，大分子自由基与单体之间的链增长与链由于引发剂的不断分解，活性中心值随反应时间的增加而增加，产生了聚合反应1.3.4氯乙烯合成的两条主线(1)氯乙烯悬浮聚合反应机理主线聚合温度对于向VM链转移反应，转而对聚合度的影响甚为敏感，最低要求应控制在择半衰期适当(例如2～3小时)的引发剂(或复合),使聚合过程有比较均一的聚合速率；另一方面要求聚合釜有较高的传热能力，保持釜内各处物料和各段时间内的聚(2)氯乙烯悬浮聚合成粒机理主线(1)温度：而这种主要反应和温度有直接的关系。在正常的聚合反应温度范围内(45-65℃),聚氯移的活化能要大于链增长的反应的活化能，当温度增加时，链转移的常数增加，平均湖南科技大学本科生毕业设计(论文)一般温度波动±2℃,平均聚合度相差336,分子量相差21000左右，所以在工业表1.3聚合温度对反应时间和聚合度的影响反应温度℃反应时间h聚合度6所以，必须严格控制聚合反应的温度，以求得不同聚合度和分子量分布均匀的产成树脂的分子量较低，温度较低部位分子量则较高，成品的分子量也就分布不均匀了，分钟循环6-8次较好。改进以后，分散剂用量已降到0.05%以下，而且树脂形态明显好转，粒度分布相当集中，80-120目达到98%,颗粒皮膜变薄，甚至有部分无皮粒子，这样，对VM的脱除(3)转化率：要获得疏松树脂，最终转化率多控制在85%以下，甚至80～82%。PVA保护膜逐渐变成PVA/PVC接枝共聚物，皮膜粘附将愈来愈牢固。转化率5～15%时，液滴有聚并的倾向，处于不稳定状态。转化率较高后，如>30%,皮膜强度增加，聚并减少，渐趋稳定。VM(密度0.85)转变成PVC(密度1.40)时，体积收缩，总收缩率达39%。收缩有两种情况：一种是保护能力强，液滴或亚颗粒均匀收缩，最后形成孔转化率小于70～75%时，VC-PVC体系以两相存在：一相是接近纯单体相，另一相水的蒸汽压，就等于聚合釜的操作压力，PVC颗粒内外压力相平衡。转化率大于70~75%时，纯单体相消失，大部分VM溶胀在聚氯乙烯的富相内，其产生的VC分压将低搅拌等条件合适外，最终转化率应控制在85%以下。(4)分散剂：由搅拌将VM分散成30～150um的液滴，水比为1:1时，就有足够的“自由”流体湖南科技大学本科生毕业设计(论文)量的水，致使自由流体减少，体系粘度剧增，传热困难。因此起始水比应保持一定值以水比过低，将使粒度分布变差，颗粒形状和表观密度均受影响。1.3.6杂质对聚合反应的影响(1)氧对氯乙烯悬浮聚合的影响：在氯乙烯悬浮聚合中，存在氧气时，会导致PH值的降低，当聚合釜内不含氧或含很少量氧时，体系PH值下降缓慢，若含氧量高时，反应体系PH值在反应开始后则急剧下降，一般反应2.5小时后下降幅度增大。氧的存在对聚合反应起阻聚作用，这是由于长链的游离基吸收氧，而生成氧化物，使链终止。生成的氧化物在PVC中，使热稳定性也显著变坏，产品易于变色。氧含量对聚合度的影响，见下表所示：表1.4氧含量对聚合度的影响02含量(PPm)0氧含量对聚合反应速度的影响，见下表所示：表1.5氧含量对聚合反应速度的影响聚合时间(小时)3679空气中聚合率%由于氧的存在会引起聚合体系PH降低，随之粘釜也会加重。氯乙烯的悬浮聚合中氧的来源，一是来自于水相，常温下水中含氧约10ppm左右，二是来自于气相，气相的含氧则与加料方式，釜内气体置换有关。采用密闭入料工艺，气相的含氧可以大大降低，只要认真的对待清釜开盖后第一釜的排气置换彻底就可以了。但是水相中含氧的彻底的解决，要向等温水入料方向和入水后的真空抽气方向发展，这样含氧所带来的弊病才能克服。(2)铁对悬浮聚合的影响：无论水、单体、引发剂还是分散剂中的铁，都对聚合反应有不利的影响。它使聚合诱导期增长，反应速率减慢，产品的热稳定性变坏，还会降低产品的介电性能。此外铁还会影响产品的均匀度。铁质能与有机过氧化物引发剂反应，影响反应速率。(3)乙炔对聚合的影响：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)体高，但产生游离基活性都比较低，因此，不仅使PVC聚合度降低，还会使聚合速率所产生的炔型游离基进行链增长反应，使PVC大分子中含烯丙基氯(或乙炔基)链单体中的乙醛、1.1-二氯乙烷都是活泼的链转移剂，能降低聚氯乙烯聚合度及反应速度，虽然低含量的乙醛、1.1-二氯乙烷可以消除PVC大分子端基双键，对PVC热稳定性有一定好处，但乙醛、1.1-二氯乙烷的存在对产品的聚合度，反应速率产生较湖南科技大学本科生毕业设计(论文)表1.6乙醛对聚合产品聚合度的影响048表1.71.1--二氯乙烷对PVC聚合度的影响0(5)氯根对悬浮聚合的影响：C1-对PVC颗粒度的影响见下表：水中含氯根(ppm)40目过筛量(kg)正品收率(%)1.4.1生产工艺流程图干燥混合干燥混合气精合成气粗发生电石合成(转化)+NaOH加热风图1.3悬浮法PVC生产工艺流程(T为变温操作)6.0～7.06.5～7.5聚合反应结束压力降单体槽液位二冷尾气压力汽提塔压力汽提塔顶部温度分散剂配料升温温度1.4.3主要原料和产物的物化性质分子式：C2H2分子量：26性质：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，使会全部分解，发生爆炸。当温度低于723K(并有接触物质存标准状况下比重为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HC1气体。规格[2]:湖南科技大学本科生毕业设计(论文)分子式：CH2=CHC1分子量：62.50沸点：-13.9℃熔点：-160.0℃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)湖南科技大学本科生毕业设计(论文)第二章工艺计算假设各化工单元操作连续进行，采用倒推法，根据转化率或损失率计算出原料投料，然后再按照操作顺序对各单元操作进行物料衡算。2.1.1计算依据：生产能力：年产2.5万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算小时产量：0.8335×105/24=3472.2kg∵聚合物一般进行到转化率为85%～90%21,再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为85%。x·85%3472∴每小时要合成氯乙烯4084.95kg主反应：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)副反应：精馏：(氯乙烯的收率：99.5%)4084.95/99.5%=4105.48kg4105.48/62.转化器：(乙炔转化率：95%)65.69/95%=69.15kmol2.1.2计算：(1)混合器的物料衡算乙炔氯化计算依据：混合器混合器的物料衡算方框图HCH=CH和HCl的摩尔比为：1:1.05～1.111。i进料气组成表2.1进料气组成进料气组分含量/%乙炔气氯化氢0HCl:69.15×1.08=74.68kmol(2763.16kgHO:69.21×0.1%+74.79×0.01%=0.07HC1:69.15×1.08=74.68kmol(2763.16kgO:74.79×0.04%=0.02999HO:69.21×0.1%+74.79×0.01%=0.0表2.2混合器物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg3366OO2626盐酸石墨冷却器混合气图2.2石墨冷却器物料衡算方框图设混合器中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。i进料：HO:0.07669kmol,1.3804kg湖南科技大学本科生毕业设计(论文)盐酸：ii石墨冷却器物料衡算表表2.3石墨冷却器物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg333064O0盐酸2020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。[31湖南科技大学本科生毕业设计(论文)设：盐酸为38%,除水量为80%进料：HCI:2725.710kg出料：所以盐酸表2.4多筒过滤器物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg330500盐酸22(4)石墨预热器表2.5石墨预热器物料衡算表出料/出料质量/kgO28OHO转化器O图2.3转化器物料衡算方框图进料：CH=CHCl:69.145×95%×62.5=4105.HCI:1979.783-989.891×95%×36.5=327.3553kg表2.6转化器物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg05OO2828(6)除汞器表2.7除汞器物料衡算表出料/出料质量/kgO28(7)石墨冷却器Ⅱ湖南科技大学本科生毕业设计(论文)出料/出料质量/kg028(8)水洗泡沫塔：设回收盐酸的回收率为98%出料：CH=CHC1:4105.514kgHCl:327.3553×98%/20%=HO:0.1830+1470-[1839.2409-(1839.2409×20%)表2.9水洗泡沫塔物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg4333盐酸958500图2.4碱洗泡沫塔物料衡算方框图表2.10碱洗泡沫塔物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg0OOHC¹(除去的)Σ22表2.11总物料衡算表进料质量/kg出料质量/kg0O湖南科技大学本科生毕业设计(论文)282.2.1衡算方法入方：Q:物料带入热；Q₂:加热剂或冷却剂带入热；Q₃:过程热效应；出方：Q₄:物料带出热；Q₅:热损失。少的物质对混合体系热容地方影响可不计。同种物质的平均比热湖南科技大学本科生毕业设计(论文)表2.12标况下有关物化数据表项目温度/℃比热/kcal/(kg.℃)水蒸气O氯乙烯盐酸(40%)[512.2.3计算：表2.13已知量表进料质量/kg出料质量/kgOO40%盐酸5656湖南科技大学本科生毕业设计(论文)进料温度：25℃,出料温度：-13℃25℃为计算基准C水(1)=4.175kJ(kg.℃)-1计算：Q:进料温度25℃,则Q=0Q:HCI溶于水放出的热以及水气液化放出的热水液化放出的热：Q=2987.3596×0046=137.4184kJ=1.352×1979.783×(-13-25)+0.8581×2724.975×(-13表2.14石墨冷却器热量衡算表00O0O0冷凝热盐酸盐水吸热损失22(2)石墨预热器表2.15已知量表出料/出料质量/kgO2进料温度：-13℃,出料温度：75℃以-13℃计算为基准C氧化氢=0.858kJ(kg.℃)-1计算：Q:进料温度-15℃,则Q=0表2.16石墨预热器热量衡算表入方/kJ出方/kJ00O0O0蒸汽加热损失表2.17已知量表进料质量/kg出料质量/kg0O2828根据：此处热损失率为：1.5%进口温度：75℃,出口：110℃,以75℃为计算标准。C氧化氢=0.872kJ(kg.℃)-1C氧乙烯=0.8502kJ(kg.℃)-1计算：Q:进料温度75℃,则Q=0湖南科技大学本科生毕业设计(论文)表2.18转化器热量衡算表入方/kJ出方/kJ00O000反应热循环水损失∑Z表2.19已知量表出料/出料质量/kgO2进口温度：110℃,出口温度：25℃以110℃为计算标准。C氧乙烯=0.857kJ(kg.℃)-1C氧气=1.000kJ(kg.℃)-1湖南科技大学本科生毕业设计(论文)Q:进料温度110℃,则Q=0=-322769.942kJ表2.20石墨冷却器热量衡算表入方/kJ000000循环水损失∑∑(5)冷却水消耗i盐水：ii循环水：在石墨预热器时，进口温度：110℃,出口温度：95℃。95℃时，C水蒸气=4.214kJ(kg.℃)-1110℃时，C水蒸气=4.238kJ(kg.℃)-1①在转化器中，进口温度：95℃,出口温度：110℃。湖南科技大学本科生毕业设计(论文)进口温度：15℃95℃时，C水气=4.214kJ(kg.℃)¹15℃时，C水气=4.187kJ(kg.℃)-1表2.21水消耗综合表分相热量/kJ质量/kg盐水石墨冷却器石墨预热器转化器石墨冷却器Σ湖南科技大学本科生毕业设计(论文)第三章主要设备的设计与选型3.1石墨冷却器的选型3.1.1已知条件盐水流量：5824.812kg/h进口温度：-35℃出口温度：-20℃混合气进口温度：25℃出口温度：-13℃3.1.2计算两流体的平均温度差查文献[5]得查文献，列管式换热器中的总传热系数K的经验值查文献，浮头列管式石墨换热器系列参数组合，参考查文献，选用换热管有效长度为5000mm,换热管根数为625根，3.2.1已知条件：盐水流量：4150.6551kg/h进口温度：110℃混合气进口温度：75℃出口温度：-13℃3.2.2计算两流体的平均温度差查文献，得φa=0.94查文献，列管式换热器中的总传热系数K的经验植查文献，浮头列管式石墨换热器系列参数组合，参考文献，选用换热管有效长度为5000mm,换热管根数为721根，型号：CHA1200-305(F),A型中32m。3.3.1已知条件：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)盐水流量：1056.6320kg/h进口温度：15℃出口温度：95℃混合气进口温度：25℃出口温度：110℃3.3.2计算两流体的平均温度差查文献，得P△=0.94(四壳程)△tm=φA·△tm=0.94×82.475=77.527℃查文献，列管式换热器中的总传热系数K的经验植查文献[41,浮头列管式石墨换热器系列参数组合，湖南科技大学本科生毕业设计(论文)参考文献选用换热管有效长度为5000mm,换热管根数为313根3.4.1已知条件：反应温度：新触媒：150℃,旧触媒：180℃HgCl₂含量：10.5%～12.5%水分含量：小于0.3%松装粒度：540～640g/L粒度：0.75～6.50mm(大于92%)采用经验设计法空间速度：V原料混合气进料流量，n²(STP/h)Vk——催化剂床层体积，ni,表3.1已知量表湖南科技大学本科生毕业设计(论文)进料质量kgO∑3.4.2计算：∴混合气的体积流量：Vo=150.7643×22.4=3377.1266n²(SIP/h)选管子φ57mm×3.5mm∴管子内径为d,=0.05m,管长为6m,催化剂填充高度为m分为8个转化器，则每个用2401根管子循环水需要带走的热为632835.7369kJ,A实际=nπd,1n=3.14×0.05×5.7×(2401×8)=17189.23m²∴能满足要求壳体大于400mm用钢板卷焊而成，壳体内径D取决于传热管数n,排列方式和管心距式中：D=t(nc-1)+2.5d₀=0.07125×54+2.5×圆整到4000mm感误件惰0感误件惰03.5泡沫水洗塔的设计3.5.1已知条件：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)混合气流量：3377.1266m³/h盐酸溶液表面张力O=71dyN/cm混合气温度：25℃混合气出口压力：0.010MPa氯乙烯密度：2.34kg/n²盐酸溶液密度：1100kg/m²3.5.2塔径的计算：F因子=o√d₁=O₂√d₂得泡沫塔空塔气速：塔径：选直径为1500mm塔身，内做热喷涂聚氯乙烯处理，厚度为10mm,实际内塔径验算：空塔气速：∴本塔形成良好的泡沫层3.5.3孔的布置筛板孔按取dp=4mm,t/d=3,t=12mm。查图得X=(D/2)一(Oa—@)r=(D/2)—Q查图得A=1.25m²A=1.25m²x0.10=0.125mf查得n′=8500个/m²3.5.4塔板的压降根据塔的结构及考虑到检修的方便，塔板取厚度为30mm的酚醛层压板，板间距查图的C=0.85干板压降：=0.0512[1.80/(O.125×0.85)]²=0.031液柱查图得液层有效阻力h=0.03m液柱则0.118m液柱h=2.5hL=2.5×0.047=0.12m液柱钢内有10mm的喷涂层塔板：厚度为30mm,材料：酚醛层压板共6块。湖南科技大学本科生毕业设计(论文)3.6主要设备一览表序号112131415161728891石墨冷却器I111湖南科技大学本科生毕业设计(论文)第四章主要管道管径计算和选型管径时，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MH=99.95%×36.5+0.01%×18+0.04%×32湖南科技大学本科生毕业设计(论文)最佳=282圆整为211查文献，选型。选用φ350×4mm,材料：1G18NT9h的无缝钢管。4.2乙炔气进料管Mz缺=99.9%×26+0.190×18=26.00g/mol圆整到193mm查文献，选型。选用φ300×4nm,材料1G18NT9F的无缝钢管。4.3石墨冷却器的进料管D最佳=282×1.307052×1.286-037=298.5mun湖南科技大学本科生毕业设计(论文)查文献，选型。选用φ450×6mm,材料16Mn的无缝钢管4.4多筒过滤器进料管D佳=282×1.28505²×1.474-037=275.1圆整到276mm查文献，选型。选用φ400×4.5mm,材料1G18NT9h的无缝钢管。M平均=31.45g/molD最佳=282×0.62805²×1.101-037=149.2圆整到150mm查文献1101,选型。湖南科技大学本科生毕业设计(论文)表4.1已知量表O2M平均=84.08%×62.5+4.42%×26+11.48%×36.5+0.01%×18+0.001%×32=52.55+1.492+4.902+0.001圆整到123mm圆整到253mm湖南科技大学本科生毕业设计(论文)D最佳=282×1.513805²×1666.70.37=23.2查文献，选型。选用φ40×2.5mm,材料1G18NT9F的无缝钢管。4.9.1石墨预热器P水=1000kg/m³查文献，选型。选用φ15×2.5mm,材料16Mn的无缝钢管。4.9.2转化器P水=1000kg/m³查文献，选型。湖南科技大学本科生毕业设计(论文)4.9.3石墨冷却器P水=1000kg/m选用φ20×2.5mm,材料16Mn的无缝钢管。P水=1000kg/m³=211.2圆整到212mm4.11部分管道一览表湖南科技大学本科生毕业设计(论文)表4.2部分管道一览表管道名称管径mm氯化氢进料管乙炔进料管混合器与石墨冷却器之间的管道冷却器与多筒过滤器之间的管道转化器进料管石墨冷却器进口管石墨冷却器出口管40%盐水管循环水，在预热器循环水，在转化器中15×2.5循环水，在石墨冷却器循环水总管第五章合成工段中三废的产生及处理5.1氯化汞触媒的产生中毒机理及处理5.1.1氯化汞触媒的产生在合成转化反应中，随着温度的升高(特别是160～180℃以上时)HgCl2的5.1.2氯化汞中毒机理5.1.3废HgCl2触媒的处理湖南科技大学本科生毕业设计(论文)5.2.1尾排氯乙烯外逸的产生5.2.2中毒机理：VM经呼吸道进入人体内，液体接触皮肤时也可吸收一部分VM,湖南科技大学本科生毕业设计(论文)干扰了脱氧核糖核酸的碱基对，使染色体断裂，氯乙醛与肝内谷5.2.3对VC泄露的综合治理：各国制定了有关VM在空气中的允许浓度标准[3]:表5.1各国有关VCM在空气中的允许浓度标准表国家美国日本西德意大利法国荷兰加拿大中国)145近年来，各生产厂家与科研单位为治理VM污染改善环境做了大量的工作，取氯乙烯及其聚合过程中徘放的废水经过汽提、中和等方法处理后，pH值达到中性，湖南科技大学本科生毕业设计(论文)但是其中的固体杂质和微量有机毒物未达到国家规定的排放际准。为了保护水源的清指标湖南科技大学本科生毕业设计(论文)废水处理方法是根据废水的流量、水质、受通用使废水获得净化的方法。主要用于处理含有微量有机毒物的废水，作为二级废水处理湖南科技大学本科生毕业设计(论文)表5.3聚氯乙烯车间有毒物质的最高允许浓度物质名称最高允许浓度mg/m³物质名称最高允许浓度mg/m³氨升汞氯化氢金属汞氯气1二甲苯硫化氢(1)减少聚合粘釜，延长清釜周期湖南科技大学本科生毕业设计(论文)(4)沉析槽密闭回收未聚合的氯乙烯(5)分馏尾气氯乙烯回收及高沸塔残液重蒸回收氯乙烯湖南科技大学本科生毕业设计(论文)第六章安全生产防火技术中间物的物化所决定的。从事合成工段的人员应该掌全技术知识，了解原材料的特性、在生产中严格贯彻执行安全技术规程，遵守各项安1234湖南科技大学本科生毕业设计(论文)6.2.1原料及中间提的闪点、自燃点、爆炸范围表6.1原料及中间提的闪点、自燃点、爆炸范围名称闪点自燃点爆炸范围其他特性小于-50℃空气中305℃点火能最小为0.019毫焦爆，延时间为2.7s氧气中296℃3.8~爆炸延滞时间——指气体混合物刚点燃时.初压升高到最高爆炸压力的时间.如果设6.3.1氧化爆炸程为：湖南科技大学本科生毕业设计(论文)Q:在常压下1m3乙炔约为58157.6kJ1kg乙炔约为50172kJ氧化爆炸产生的最大爆炸压力约为起始压力的11～13倍。6.3.2分解爆炸：乙炔的解爆炸主要取决于它的瞬间压力和温度，当温度超过200～300℃时，乙炔就开始分解，同时放热。在通常情况下，乙炔压力超过1.5atm,温度超过300℃,即可引起分解爆炸，其反应方程式为：Q:在常压下1m3乙炔约为10041.6kJ6.3.3乙炔的化合爆炸110～120℃时，或受到撞击回产生爆炸，另外，乙烯与氯接触易产生不稳定的氯乙炔(CHCC1)引起爆炸，爆炸产物湖南科技大学本科生毕业设计(论文)VM与空气形成的混合物范围为3.8～29.3%即为爆炸范围，充入N2或CO2可缩小爆炸为[3]表6.2氯乙烯的燃烧性能表充入N2充入N2充入CO2充入CO2空气混合物爆炸范围VM与乙炔两种易燃易爆气体混合物的爆炸范围，随混合比(VM:C2H2)中高速流动摩擦产生静电积蓄而起火爆炸的可能，一般液体的流速不超过4~5m/s,气体流速不超过10～15m/s(干燥乙炔目前以10m/s为限度)同时所有湖南科技大学本科生毕业设计(论文)第七章经济核算技术经济分析需要考虑市场