年产1万吨PVC精馏工段工艺初步设计及高沸塔再沸器设计 毕业论文.doc

毕业设计(论文)课 题 名 称 年产1万吨pvc精馏工段工艺 初步设计及高沸塔再沸器设计 学 生 姓 名 学 号 1040902037 系、年级专业 生物与化学工程系2010级化学工程与工艺 指 导 教 师 职 称 2014年 5 月 20 日年产1万吨pvc精馏工段工艺初步设计及高沸塔再沸器设计 摘 要本次毕业设计课题为年产1万吨pvc精馏工段工艺初步设计及高沸塔再沸器设计。本次设计主要完成了pvc工业生产方法的选择和优化，用a2图纸绘制了带控制点的pvc精馏工段工艺流程图；以设计任务以及计算机为辅助，对pvc精馏工段进行了物料衡算和热量衡算，列出了相应的物料衡算表和热量衡算表；对高沸塔再沸器进行了设备结构选型，并作出了详细的工艺及设备设计计算，采用a2图纸绘制了高沸塔再沸器设备装配图。 本设计在pvc工业生产方法的选择上采用了乙炔法，因为它具有设备、工艺简单，投资低，小规模经营的特点。关键词： 氯乙烯；乙炔法；物料衡算；热量衡算；高沸塔再沸器；工艺流程the design of annual production capacity of 10,000 tons of pvc distillation process of preliminary design and high boiling tower reboiler design (2010 chemical engineering and technology,department of biology and engineering ,shaoyang university)tutor: deng xin huasummary the graduation design topic for an annual output of 10000 tons of pvc distillation process of preliminary design and high boiling tower reboiler design. use a2 drawing pvc distillation process flow chart with control points; thedesign task and computer, the pvc distillation section of the material balance and heat balance, lists the corresponding table of material balance and heat balance sheet; the high tower reboiler for equipment selection of structure the design and calculation, and make the technology and equipment in detail,using a2 drawing the high tower reboiler equipment assembly drawings. this design uses the method of acetylene in the industrial production of pvcchoice, because it has the equipment,simple process, low investment, smallscale of operation. key words: vinyl chloride; acetylene; material balance; heat balance; high boiling tower reboiler process.ii目 录中文摘要 . 英文摘要 1 前 言12 概 述22.1 聚氯乙烯工业的发展概况42.2 聚氯乙烯工业在国民经济中的重要意义72.3 聚氯乙烯的分类82.4 氯乙烯的生产方法82.5氯乙烯精馏工艺流程112.6 高沸塔再沸器选型133 物料衡算143.1 设计依据143.2 全凝器物料衡算153.3 全凝器物料衡算163.4 低沸塔物料衡算183.5低沸塔再沸器物料衡算233.6 高沸塔物料衡算263.7二氯乙烷回收塔的物料衡算304 热量衡算364.1 全凝器的热量衡算364.2 尾凝器的热量衡算36 4.3 再沸器的热量衡算374.4高沸塔成品冷凝器的热量衡算395 设备设计与选型405.1尺寸设计40 5.2结构选型476结论517参考文献528致辞53附工程图纸1 前 言 毕业设计是工科类学生大学教育体系中一个非常重要的实践环节，工业科研成果只有通过工程设计，才能转化为现实的工业生产力。本次毕业课题来源于毕业实习的生产实际。通过此次毕业设计，培养我们综合运用所学基础理论、基础知识、基本技能和专业知识的能力。毕业设计加强了对计算、绘图、编辑设计文件、使用规范化手册等最基本的工作实际能力的培养，提高了我们分析，解决工程实际问题的能力，培养了我们踏实、细致、严格、认真和吃苦耐劳的工作作风。通过完成毕业课题，进一步提高了我们处理实际问题的能力，并且掌握基本的设计方法，受到初步的工程技术训练，同时综合衡量教学质量，以利于提高教学管理水平。并对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。本次课题结合工业实际进行设计，全方位锻炼学生工程设计的基本能力和方法，为更好、更快地适应实际工作奠定良好的基础。2 概 述氯乙烯是重要的有机化工产品，它的主要用途是生产聚氯乙烯。聚氯乙烯是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一。由于其具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和机械强度较高等优点，广泛应用于农业、石油化工、轻工、纺织、化学建材、电力、冶金、国防军工、建材、食品加工等国民经济各命脉部门， 在国民经济发展中具有举足轻重的地位。氯碱工业是我国基础原材料产业，产品种类多、关联度大，下游产品达上千个品种，具有较高的经济延伸价值，据统计，每万吨氯碱产品所带动的一次性经济产值在10亿元人民币以上。另外，氯产品也是生活饮用水处理和日用化学品生产的主要原料，与人民生活息息相关。由于氯碱工业具有的特殊地位，建国以来，一直将主要氯碱产品产量及经济指标作为国民经济统计和考核的重要指标。聚氯乙烯是一种重要的热塑性树脂。他经过成型加工、改性，可以制成软质、硬质、泡沫、纤维等塑料制品，性能优良，用途很广。聚氯乙烯是从1930年才开始作为工业材料的，但现在年产量已逾1100万吨，约占世界塑料总产量的五分之一，仅次于聚乙烯居第二位。同时生产设备不断向大型化发展。据报道目前最大的氯乙烯生产装置达36万吨每年。我国于1958年开始大规模工业生产，现在是发展最快的通用树脂之一。在我国聚氯乙烯树脂更是经历了从无到有，由少到多的历程。聚氯乙烯树脂是我国武大基础树脂之一，我国由于经济的持续高涨，树脂合成技术和加工技术的进步，使聚氯乙烯在工业、农业、建筑、汽车包装和家电等各大领域得到了广泛的应用，特别是以氯乙烯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质品。日常生活中常见的电缆外皮、防水卷材、农用膜、密封材料等属于软制品，塑钢门窗、上下水管、硬纸板材、管件等一般为硬质品。但是我国的建筑行业对聚氯乙烯的需求强劲市场缺口较大，而氯乙烯作为聚氯乙烯的单体，只有供应充足才能满足它的后续产品有更大的发展。由于我国的经济的稳定增长，对聚氯乙烯的需求量很大，对原料的需求也逐渐增加，因此氯乙烯的发展前景非常良好。氯乙烯聚合的基本方法有四种：悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合及溶液聚合。树脂产品的物理形态有粉状、糊状、溶液和清漆等。他们各自适应一定的加工工艺或使用范围。目前主要用悬浮法生产，成品为某种粗细的粒状树脂，适宜于压延、挤出、注射、吹塑等成型加工工艺。最近有关专利报道，对悬浮法做适当改进，可生产代糊用树脂。在聚氯乙烯生产中，单体氯乙烯的合成是关键。其合成工艺路线，可分为电石乙炔法、平衡氧氯化法、乙烯氧氯化法和乙烯乙炔法。电石乙炔法是以电石为原料，先水解得乙炔，然后把乙炔和氯化氢混合，通过氯化汞催化剂合成氯乙烯，这是生产单体氯乙烯的老方法。它具有设备简单，工艺成熟，投资低，能小规模经营的特点。但存在耗电量大，原料成本高，因安全问题生产规模受到限制，和钢铁工业争焦炭，同时会引起汞的污染问题，因而不能适应聚氯乙烯大发展需要的缺点。 氯乙烯的合成、精馏、聚合一直就是氯乙烯生产的热点问题。我国有非常丰富的电石资源，以电石为原料生产氯乙烯自然成为国内大部分生产氯乙烯工厂的共同选择。2.1 聚氯乙烯工业的发展概况 聚氯乙烯树脂，即常说的pvc树脂，是一个用来表示一类由氯乙烯单体衍生的聚合物和共聚物的叙述性名称。1930年1933年实现了聚氯乙烯工业规模的生产，但大规模的发展还是在解决了增塑加工方法之后才成为一种用途广泛的树脂。1958年聚氯乙烯在我国开始大规模生产，现在已成为发展最快的通用树脂之一。从世界范围来看，pvc第二大合成树脂，消费量仅次于聚乙烯。近几年，全球pvc的总产能一直持续扩张，但其增长点主要集中在中国。由于世界经济非平衡式发展，各地区pvc市场的供求和发展状况存在一定的差异，欧洲和北美市场对pvc需求的扩张主要依赖对下游高端产品的需求增长，亚洲经济的迅速发展带动pvc市场的产销依然旺盛。此外，从生产工艺路线看，除中国和极少几个国家以电石法工艺路线生产，绝大部分国家都是采用石油天然气路线，生产工艺的差别导致了世界各主要地区pvc的市场价格和生产成本也不尽一致。2006年全球pvc产能约4291.1万吨，较2005年的4041.1万吨，增长了6.48%，受2004年全球经济转好的影响，2005年是pvc产能增加最多的一年，增长率由2004年的4.19%增加到9.72%，尤其仅中国产能就增加了280万吨，增长率达到35.45%之多。中东地区pvc产能长期短缺，为了适应需求增长，一些厂家也开始扩大产能，2005年产能增幅也达到了29%。近两年北美pvc产能并没有增长，但2008年以后北美pvc产能增加将接近100万吨，增幅达到12.60%。2.1.1 聚氯乙烯工业聚氯乙烯化学性质稳定，中性无毒，同时既轻又坚固，适应性强且价格便宜。近几年来聚氯乙烯发展的很快，在很大范围上替代了其它有较少问题的材料，如玻璃、金属、纸、陶瓷和树木等，在建筑材料、消费用品、医疗汽车行业等都有着广泛的应用。 近年来，我国pvc表观消费量以年均10%15%左右的速度增长，pvc制品一直以薄膜、人造革、电缆料和鞋类四大系列的软制品为主。目前在各领域的应用比例正在不断变化，软制品消费比例逐年下降，而异型材、管材、板材等主要用作建筑材料的硬制品的消费比例不断提高。预计到2010年仅化学建材业对pvc树脂的需求量将达到200万t；电子电器工业中pvc电缆料、电器连接件以及仪器设备壳体等对pvc的需求量也将有较大幅度的增长，将达100万t。此外，包装、农业、汽车、医疗、日常生活用品等领域对pvc的需求量也将不断增长。 从近几年我国聚氯乙烯(pvc)行业发展趋势来看，聚氯乙烯消费高速的增长，同时也引发了我国聚氯乙烯(pvc)的建设热潮，聚氯乙烯(pvc)市场竞争将更加激烈。同时，近年我国环保、节能、减排、差别电价、出口退税调整、加工贸易调整等政策措施不断出台，执行力度也比以往任何一年都要来得更猛烈。传统的pvc生产格局正面临新的形势和冲击，传统企业如不能尽快通过技改、创新、改制等手段降本增效、化劣势为优势，将有被淘汰的危险。2.1.2 国外聚氯乙烯工业的发展世界聚氯乙烯工业中，美国的生产能力和实际产量均居首位，生产工艺先进，产品更新快，各国较多地引进美国的生产技术，所以说，美国是了解世界聚氯乙烯的窗口。西欧聚氯乙烯工业开发较早，目前生产技术已比较成熟。日本聚氯乙烯工业起步较晚，但发展迅速，可是消费水平仍然很低。经历了2009年的动荡，全球pvc市场将在2010年反弹。但全球信用评级机构惠誉表示：2010年pvc行业不可能直接转好。该机构指出：受全球经济状况依然脆弱和信贷难以保证的影响，到2011年年底，欧洲建筑公司的平均收入预计将下降5%10%，而欧洲近50%的pvc用于建筑业，pvc市场的动荡似乎仍未平息。与此同时，美国pvc市场也未见明显的复苏迹象。pvc市场人士认为：不同地区的市场前景不同。在欧洲，英国和伊比利亚半岛的建筑业遭受冲击较大，而中欧和东欧将会出现强劲复苏。2009年受金融危机影响，pvc行业盈利不佳，这对行业的持续发展不利，所以大多数人认为价格上涨是必要的，回到2008年初水平成为2010年pvc生产商努力的目标。欧洲pvc生产商面临着严峻压力，多数是不赔不赚，少数已经变成了负增长。如果2010年的销量和利润状况进一步恶化的话，生产商将不得不下调开工率，甚至关闭工厂。在地中海一带，2010年pvc的整体产量将增加3%4%，但由于利润被压缩，整个行业的处境仍相当困难。多数预测认为2010年欧洲的建筑业将继续萎缩，而pvc业内也普遍认为建筑业仍是需求最弱的终端市场之一3。惠誉国际评级机构表示：由于基础设施持续发展，pvc行业的增长仍将快于欧洲的其他行业。德国市场的pvc销量已有所改善，特别是在门窗型材领域。上升行情主要来源于中欧和东欧的买家以及德国的经济刺激计划，这些利好因素使2009年pvc行业销量上涨了2%，并有望在2010年持续上涨。德国政府拨出20亿欧元用于重建学校、公共建筑和政府建筑，这将使其2010年对pvc建筑制品的需求量持续增长。如果欧洲其他地方也能有如此强烈需求的话，那么整个欧洲建筑行业对pvc的需求量将增加3%4%。但总体来讲，由于利润状况不乐观，行业面临的处境依然艰难。美国pvc生产能力过剩，市场分析人士预测：今后几年内美国pvc生产能力预计会下降200万t/a。北美pvc需求疲软是住房建筑工业呈下降趋势所致，20082009年未有改善。据美国银行分析家kevinmccarthy分析认为：因出口需求驱动，美国2009年第3季度的pvc开工率有所回升4。然而，市场信息指出，出口的机遇并不强劲，2009年第4季度pvc的开工率仍在80%以下。2009年美国pvc市场一直期待着经济复苏，这种期待会延续到2010年年底。市场普遍认为2009年第4季度已经是美国pvc行业周期性的低点。从长远来看，没有快速的解决方案，欧美pvc产业到2013年之前难以恢复到2007年的水平5。2.1.3 中国的聚氯乙烯工业我国pvc树脂是伴随着氯碱工业而发展起来的，是烧碱厂主要以氯为主料的产品，也是烧碱厂平衡氯气的主要手段。由于我国烧碱厂规模小而分散，致使pvc工业的发展先天不足，一直采用电石乙炔为主要原料组织生产，能耗高、污染严重和产品成本无竞争力是其三大致命弱势。但是几十年来，我国pvc树脂生产有了很大发展，无论是树脂生产技术还是产品质量都有很大提高，原料路线已开始从乙炔路线向乙烯路线方向转换，产品品种不断增加，生产能力也迅速增加，质量不断提高，已基本能满足制品生产的需要。随着经济的发展，市场对pvc的需求量将不断增加，pvc行业要进一步提高产品的专用化和市场化水平，加快我国pvc工业的发展步伐，变劣势为优势，为成为pvc世界强国而努力。2005年中国pvc消费量增长到787万t，超过美国成为世界上最大的pvc消费市场。据美国freedonia 集团分析认为:由于建筑业的快速发展，驱动了中国的pvc需求以年均8.0%的速率增长。这一快速增长将使中国对pvc的需求量2010年达到1200万t。中国旺盛的建筑行业对pvc的需求量占pvc挤压成型产品的70%。随着中国要求建筑节能和降低生产与维修成本，pvc管材和门窗的推广使用将继续支撑这一市场。据freedonia预计:挤压成型的pvc年需求增长率为9.2%，2010年达到600万t。中国东北地区建筑领域增长最快，对pvc有较大的需求量。pvc包装市场也在增长，包装已成为pvc的第2大消费市场，pvc包装品在消费品和一些规定的市场上的用量正在迅速扩大，并已进入传统应用纸和金属的领域1。据统计，2006年、2007年、2008年和2009年我国pvc生产能力分别为1158万t/a、1448万t/a、1581.5万t/a和1781万t/a，产量分别为823.8万t、971.6万t、881.6万t和915万t。据统计，2009年年底我国有pvc生产企业104家，总生产能力为1781万t/a，其中电石法94家，生产能力为1362万t/a，占总生产能力的76.5%。2009年我国pvc总产量为915万t，其中电石法pvc产量754万t，占总产量的82.4%。由于国内pvc产量不断增长，中国pvc进口量呈逐年下降趋势。2007年我国进口pvc130.4万t，出口75.3万t，表观消费量为1026.8万t。2008年中国pvc进口112.7万t(比2007年下降13.6%)，出口64.6万t(比2007年下降14.2%)，表观消费量为929.7万t(比2007年下降9.4%)，产量/表观消费量为94.8%，进口/表观消费量为12.1%，进口依存度为5.2%(比2007年下降0.4百分点)。2009年中国pvc产量为915万t（比2008年增长3.8%)，进口195.5万t(比2008年增长73.5%)，出口27.5万t(比2008年下降57.4%)，表观消费量为1083.5万t(比2008年增长16.5%)，产量/表观消费量为84.4%，进口/表观消费量为18.0%，进口依存度为15.6%(比2008年增长10.4百分点)。2009年，我国累计进口pvc195.5万t，同比大幅增长73.5%，进口量所占比例较2008年提高了5.1百分点。进口量猛增严重冲击了国内市场。我国已经成为世界上最大的pvc生产国和消费国2。2.2 聚氯乙烯工业在国民经济中的重要意义在20世纪80年代人类步入了高分子时代。聚氯乙烯树脂作为五大合成高分子材料之一，在我们的当今世界起到了非常重要的作用。合成高分子材料在现代生活中的地位越来越重要，人们的生活一天也离不开塑料制品。聚氯乙烯是非常重要的大宗塑料，可作为钢铁、有色金属、木材、玻璃、纸张等传统材料的替代品，1吨pvc可以替代9.5m3木材、1吨pvc管材可以替代7.14吨钢材或10吨铸铁管，因此pvc工业的发展，有利于资源优化配置和节省社会能源，pvc加工业是中国塑料工业中企业最多的行业，与上游的氯碱行业、电石行业和乙烯行业，下游的加工企业生产的关联度极高，因此，pvc工业的发展，可以带动和促进国民经济许多行业的发展，可以改善人民生活条件，提高人民生活水平。pvc工业在国民经济中担负了重要角色。2.3 聚氯乙烯的分类pvc塑料制品种类繁多，具体分类简介如下：按生产方法分类，分为悬浮法，溶液法，本体法，乳液法；按柔软性可分为硬质(未增塑)和软质(增塑)两大类；按单体种类分为均聚物和共聚物；按树脂特性分类，可分为通用树脂和特种树脂；按应用角度分有板材，管材，异型材，粘接密封材料，皮革，薄膜薄片，鞋料，发泡制品等。按成型方法分，有单螺杆或双螺杆挤出机挤出制品，注塑制品；压延膜、板、弹性地板、多层结构、增强塑料板等；烧结成型蓄电池隔板；汽车用焊缝胶、防砂石击涂料及中空树脂材料等。2.4 氯乙烯的生产方法氯乙烯的工业合成，首先以电石乙炔为原料进行生产，随着石油化工的发展，逐渐过渡到以石油乙烯为主。2.4.1电石乙炔法电石乙炔法是以来自食盐电解的氢与氯气，经过合成炉混合燃烧反应得到干燥氯化氢，再与净化和脱水后乙炔进行加成反应即得粗氯乙烯，经过精制后获得纯氯乙烯单体。(1) 乙炔的发生主反应 cac2 + 2h2o c2h2 + ca(oh)2 + 130kj/mol (2-1)副反应 cao + h2o ca(oh)2 + 63.6kj/mol (2-2) cas + 2h2o ca(oh)2 + h2s (2-3) ca2n2 + 6h2o 3ca(oh)2 + 2nh3 (2-4) ca3p2 + 6h2o 3ca(oh)2 + 2ph3 (2-5) ca2si + 4h2o 2ca(oh)2 + sih4 (2-6)(2) 氯化氢的合成 h2 + cl2 2hcl + 185.04kj/mol (2-7)(3) 生成氯乙烯反应反应以hgcl2为催化剂，于130180下进行：主反应 chch + hcl ch2chcl + 124.8kj/mol (2-8)当hcl过量时，副反应： ch2chcl + hcl ch3chcl3 (2-9)而当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞和水银，使催化剂失活。电石乙炔法的流程简图如图2-1所示。图2-1 电石乙炔法工艺流程简图电石乙炔法历史悠久，是最早工业化的。而且工艺流程易掌握。但以电石、石油或天然气制得乙炔，耗能大、成本高，一些氯乙烯主要生产国均不采用此法。2.4.2 联合法电石乙炔法成本高，因而建厂受到限制。随着石油化工的发展，在氯乙烯制造中出现了一部分碳源来自石油乙烯，再与电石乙炔相结合来获得聚氯乙烯单体。这种方法称为联合法。其过程是将石油乙烯与来自电解车间的氯反应生成1，2二氯乙烷，精制后进行裂解得到氯化氢，再与电石乙炔进行加成反应，所得氯乙烯纯化后即可作为单体使用。其反应式如下：（1） chch + cl 2 ch2clch2cl （2-10）（2） ch2clchcl 2 ch2chcl + hcl （2-11）（3） chch + hcl ch2chcl （2-12）联合法的生产过程如图2-2 所示：图 2-2 联合法的生产过程本法生产成本较电石乙炔法为低。2.4.3 乙烯法bicm法(二氯乙烷法)用石油乙烯完全取代电石乙炔，最早是美国shll development netherland公司发展的。为使生产过程中产生的氯化氢得到利用，美国采取了应用于四乙基铅生产的办法。但这种用量是很有限的。随着氯乙烯生产规模的大型化，氯化氢必须找到适宜的出路。后采用迪肯(dcacon)法，将氯化氢氧化为氯，从而使该法得到了完善且更经济。应用该法生产的有荷兰的shell netherland chemical公司以及德国的basf公司等。其化学反应原理如下：（1）乙烯氯化 ch2ch2+ cl2 ch2clch2cl (2-13)（2）二氯乙烷热解脱氯化ch2clch2cl ch2chcl + hcl (2-14)（3）氧化氯化氢为氯 2hcl + 1/2o2 cl2 + h2o (2-15)所得的氯用于乙烯氯化反应。孟山都(monsanto)公司以自己的乙烯氯化和裂解专利与凯洛克(kellogg)公司的改进的氯化氢氧化技术相结合，将二氯乙烷法制氯乙烯过程在技术、经济与安全环保方面更为合理和完善。二氯乙烷法工艺流程框图示于图2-3。 图2-3 二氯乙烷法的vcm工艺流程框图dlanor法dianor法是由意大利ornozlodenora公司和美国的diamond alkali公司共同开发的用稀乙烯制氯乙烯技术，并联产苯乙烯和其他乙烯氯化物。本法适用于有稀乙烯和副产氯化氢的地区建立不同规模的生产装置。其流程是：以石脑油为原料制乙烯，取得含有乙烯裂解气，不经分离经过脱硫、净化、干燥和除炔的稀乙烯，再经加压分氯，进入液相鼓泡式反应器中，以fecl3为催化剂得到1,2-二氯乙烷，以精制的二氯乙烷经过裂解得到氯乙烯。其流程简图如图2-4所示：图2-4 稀乙烯制造氯乙烯单体流程图2.4.4 确定生产方案 上述简单介绍了几种氯乙烯的生产方法，对比其特点，本次设计决定选用电石乙炔法。本设计采用电石乙炔法生产粗氯乙烯。此法是以电石为原料，电石水解生产乙炔，氯碱生产中产生的氯气和氢气直接合成法合成氯化氢，由乙炔和氯化氢经净化后在转化器中合成粗氯乙烯单体，粗氯乙烯单体经精馏后得到精氯乙烯单体，精氯乙烯单体经悬浮聚合得到pvc。此法工艺成熟，设备简单，投资低，能小规模经营。生产出的粗氯乙烯纯度高，乙炔的转化率也非常高，完全满足工业上的要求。但是这种方法存在耗电量大，原料成本高，因安全问题生产规模受到限制，和钢铁工业争焦炭，同时引起汞的污染问题，因而不能适应pvc大发展的需要等缺点。电石乙炔法已逐渐被淘汰，但我国多数工厂仍用此法。2.5氯乙烯精馏工艺流程 自压缩机送来的粗氯乙烯，先进入全凝器，用工业水或0冷冻盐水进行间接冷却，使大部分氯乙烯气体冷凝液化，液体氯乙烯利用位差进入水分离器，利用密度差连续分层，除水后进入低沸塔，全凝器中未冷凝气体(主要进入尾气冷凝器，其冷凝液主要由氯乙烯及乙炔组成）作为回流液返入低沸塔顶部，低沸塔底部的加热釜借转化器循环热水来进行加热，以将沿塔板下流的液相中的低沸物蒸出。气相沿塔板向上流动并与塔板上液相进行同样的热量及质量交换，最后经塔顶冷凝器以0冷冻盐水将其冷凝作为塔顶回流液，不冷凝气体亦由塔顶经全凝器通入尾气冷凝器处理，低沸塔底脱除低沸物的氯乙烯利用位差送入中间槽。尾气冷凝器(用35冷冻盐水冷却)排出的不冷凝气体，经尾气吸附装置，回收其中氯乙烯组分后，惰性气体经压力自控的减压阀排空。中间槽的粗氯乙烯借阀门减压后连续进入高沸塔，向下流的液相经塔底的加热釜将氯乙烯组分蒸出。上升的蒸汽与塔板上液相进行同样的热量及质量交换，至塔顶排出精氯乙烯气相，经塔顶冷凝器以0冷冻盐水将其冷凝作为塔顶回流，大部分气相则进入成品冷凝器，用工业水或0冷冻盐水间接冷却将氯乙烯全部冷凝下来，利用位差流入成品贮槽中，根据聚合装置需要，借氯乙烯气化槽中单体气化压力，将成品单体间歇压送至该装置使用。自高沸塔底分离收集到的1，1-二氯乙烷为主的高沸点物质，间歇排放入高沸物贮槽，并由填料塔或蒸馏塔回收其中氯乙烯或4070的馏分。上述流程中，也可在成品冷凝器之后设置固碱干燥器，以脱除精氯乙烯中的水分含量。全凝器机后冷却器单压机尾凝器低塔再沸器低塔低塔加料槽高塔三塔变压吸附高塔再沸器edc贮槽单体贮槽 2.6高沸塔再沸器选型立式热虹吸式再沸器选择理由：立式热虹吸式再沸器是利用塔底单相釜液与换热器传热管内汽液混合物的密度差形成循环推动力，这就构成了工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环。这种再沸器具有传热系数高，结构紧凑，安装方便，釜液在加热段的停留时间短，增加了流体在管内的流动速度，减少了污垢的沉积，不易结垢，调节方便，占地面积小，设备及运行费用低等显著优点。用热水作加热介质方便壳程的清洗。故选用立式热虹吸式再沸器。3 物料衡算3.1 设计依据3.1.1年产1万吨pvc精馏工段工艺初步设计及高沸塔再沸器设计任务书3.1.2 生产能力 1万吨/年pvc，根据工业上连续生产的特点，取年平均生产时间为7200小时，每小时需纯vc量：3.1.3 生产时间根据工业上连续生产的特点，取年平均生产时间为7200小时3.1.4进料组成表3.1.1 全凝器进料组成组分氮气乙炔氯乙烯乙醛二氯乙烷水0.0192920.0433870.9191980.0004910.0055870.0120543.1.5 产品聚合度 产品聚合度为98%，vc收率:98%3.1.6 单体产品规格 vcm99.95%,乙炔0.002%3.1.7压力 低沸塔压力0.65mpa,高沸塔压力0.35mpa3.1.8气化率全凝器气化率为0.05，尾凝器气化率为0.753.1.9 分离要求塔釜vcm收率99%（摩尔分数，下同）;塔釜vcm含乙炔0.002%。3.2 全凝器物料衡算3.2.1 物料衡算示意图 图3.2.1 全凝器物料衡算示意图3.2.2所需粗vc混合气体的计算每小时需纯vc量：1446.16kg/h，则。3.2.3 安托因公式 3.2.4 进料组成表3.2.2 全凝器进料组成表组分氮气乙炔氯乙烯乙醛二氯乙烷水摩尔分数0.0192920.0433870.9191980.0004910.0055870.012054n(kmol/h)0.4858 1.0924 23.13490.01260.1410.302m(kg/h)13.602428.40241446.16240.55513.95345.436全凝器部分气化，部分冷凝，压力p=650kpa ，气化率为0.05，试差当t=281.6k时， 计算结果如下表：表3.2.3 全凝器气液平衡表组分进料zit/klgpipi/kpap/kpakixiyin20.019281.65.7778832650121.280.0027510.333412613乙炔0.043281.64.77787765012.11910.0278840.335096119vcm0.919281.60.362306500.35390.9498840.331529168乙醛5e-04281.62.6863.566500.097790.0005144.94573e-05edc0.006281.61.544.6646500.007180.0058794.12507e-05水0.012281.60.921.1166500.001720.0126872.11686e-0510.9995991 混合物中总进料为：，全凝器中的温度为8.2。3.3 尾凝器物料衡算3.3.1物料衡算示意图图3.3.1 尾凝器物料衡算示意图3.3.2 进料组成 全凝器未冷凝的部分进入尾凝器继续冷凝，即全凝器95%的液体进入尾凝器冷凝尾凝器压力p=650kpa 尾凝器的气化率为0.75 试差当t=258.2k时， 表3.3.2 尾凝器组成表组分进料zitlgpipi/kpap/kpakixiyin20.333412613258.5 5.67 62980.5280465096.893120060.0045723170.443026045乙炔0.3350961194.41 3419.5661445.2608709910.0798674480.420172343vcm0.331529168-0.01 97.304069790.1496985690.9151339450.136994242乙醛4.94573e-052.23 22.83178980.035125830.000178976.28647e-06edc4.12507e-050.95 1.1789444280.0018137610.000164112.97656e-07水2.11686e-050.17 0.1978906320.0003044478.45971e-052.57554e-081 1 尾凝器中温度为-14.5，给定vc回收率为0.9944。3.3.4 出料结果全凝器与尾凝器冷凝后进入低沸塔，冷凝结果如下：表 3.3.3 出料组成表组分质量分数zi进料量f kg/hl1(kg/h)l2(kg/h)l总(kg/h)f低(kmol/h)n20.0013 2.0596 1.9566 0.02581.9824 0.0708 乙炔0.0123 19.487 18.5125 0.2438 18.7563 0.7214 vcm0.9730 1541.5338 1468.3859 19.3404 1487.7263 23.7998 乙醛0.0004 0.6337 0.6021 0.0079 0.610 0.0138 edc0.0094 14.8925 14.1477 0.1863 14.334 0.1448 水0.0037 5.8619 5.5689 0.0733 5.6421 0.3135 1 1584.3102 1524.8986 25.0641 3.4 低沸塔物料衡算3.4.1物料衡算示意图 图3.4.1 低沸塔物料衡算示意图3.4.2 进料组成低沸塔进料组成 冷凝后进入低沸塔的摩尔流量低塔进料如下表：表3.4.2 低塔进料表组分质量分数zi进料量f kg/hl1(kg/h)l2(kg/h)l总(kg/h)f低(kmol/h)n20.0013 2.0596 1.9566 0.02581.9824 0.0708 乙炔0.0123 19.487 18.5125 0.2438 18.7563 0.7214 vcm0.9730 1541.5338 1468.3859 19.3404 1487.7263 23.7998 乙醛0.0004 0.6337 0.6021 0.0079 0.610 0.0138 edc0.0094 14.8925 14.1477 0.1863 14.334 0.1448 水0.0037 5.8619 5.5689 0.0733 5.6421 0.3135 1 1584.3102 1524.8986 25.0641 由于组成为多组分，即在低沸塔处为多组分进料，需利用清晰分割计算低塔出料组成，分离要求为：塔釜vcm99%(摩尔分数，下同），塔釜vcm中含乙炔0.002%。根据设计要求，乙炔为轻关键组分，vcm为重关键组分。假定 物料衡算如下表：表3.4.3 低塔物料衡算表组分进料馏出液釜液xi,ffixi,ddixi,bbin20.0028 0.0708 0.0670 0.0687 0.000000 0.0000 乙炔0.0287 0.7214 0.7010 0.719 0.000002 0.000048 vc收率vcm0.9493 23.7998 0.2319 0.23790.9799 23.7501 0.99乙醛0.0005 0.0138 0.0000 0.0000 0.0005 0.012 edc0.0058 0.1448 0.0000 0.0000 0.0060 0.1442 水0.0130 0.3135 0.0000 0.0000 0.0135 0.3245 1.0000 25.0641 1.0000 1.02581.0000 24.0373 3.4.3塔顶温度和塔底温度的计算进料温度的计算利用试差，利用安托因公式计算出各组分的饱和蒸汽压，进而求得进料温度（泡点进料），如下表：表3.4.4 低塔进料温度表组分进料xit/klgpipi/kpap/kpakiyin20.0028 280.8 5.7686 78255.1483 650120.3925 0.3349 乙炔0.0287 4.7596 7665.3940 11.7929 0.3384 vcm0.9493 0.3496 0.2237 0.3441 0.3267 乙醛0.0005 2.6640 61.5025 0.0946 0.0000 edc0.0058 1.5246 4.4619 0.0069 0.0000 水0.0130 0.8983 1.0550 0.0016 0.0000 1.0000 1.000058 由上表可知，进料温度为7.8。同理，塔顶温度（露点）计算如下表：表3.4.5 低塔塔顶温度表组分xi,dt/klgpipi/kpap/kpakixin20.0670 272.0 5.7334 72153.9636 650111.0061 0.0006 乙炔0.7010 4.6286 5668.8569 8.7213 0.0804 vcm0.2319 0.2149 164.0387 0.2524 0.9190 乙醛02.5047 42.6191 0.0656 0.0000 edc01.3105 2.7255 0.0042 0.0000 水00.6290 0.5674 0.0009 0.0000 11.0000由上表可知，塔顶温度为-1。塔底温度（泡点）计算计算如下表：表3.4.6 低塔塔釜温度表组分xi,bt/klgpipi/kpap/kpakiyin20316.9 5.8936 104349.9460 650160.5384 0.0000 乙炔0.000002 5.2241 22338.3248 34.3667 0.0001 vcm0.9799 0.8215 0.6629 1.0199