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含CAD图纸、说明书 年产 15 PVC 工段 工艺 设计 CAD 图纸 说明书

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毕业（设计）论文题 目 年产15万吨PVC全工段工艺设计 专业班级 学 号 学生姓名 学 院 指导教师 指导教师职称 完成日期： 年 6 月 8 日 摘 要本设计采用电石法、悬浮法聚合生产PVC。对年产15万吨聚氯乙烯(PVC)全工段工艺设计，进行了乙炔段物料衡算、氯乙烯合成物料衡算、聚合段物料衡算、汽提段物料衡算、离心干燥段物料衡算和乙炔段热量衡算、氯乙烯合成热量衡算、聚合釜热量衡算。得出本次设计需采用九个48（型）不锈钢聚合釜并联操作，五台70出料槽，21台WL-630型离心机。同时绘制了带控制点的PVC合成工艺流程图、带控制点的PVC汽提工艺流程图、聚合工段主要设备平面布置图、聚合工段主要设备立面布置图以及聚合釜装配图等。关键词：聚氯乙烯；电石法；悬浮聚合；聚合釜；工艺流程AbstractThis design uses calcium carbide method, suspension polymerization of PVC. Of the annual output of 150,000 tons of PVC (PVC) full section in process design, carried out acetylene segment material balance, material balance synthesis of vinyl chloride polymerization section of material balance, stripping section mass balance, material balance centrifugal drying section Operators and acetylene segment heat balance, heat balance of vinyl chloride synthesis, polymerization reactor heat balance. This design requires the use of derived 9 48 ( type) stainless steel polymerization reactor operating in parallel, five 70 trough, 21 units WL-630 centrifuge. Control points are drawn with the PVC synthetic process flow chart, with the control point flow chart of PVC stripping the polymerization section in the main equipment floor plan, elevation polymerization Section of major equipment layout and assembly drawings and other polymerization reactor.Keywords：PVC；calcium carbide process；suspension polymerization； polymerizing pot；process flows目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 文献综述11.1聚氯乙烯的性质21.1.1物理性质21.1.2化学性质21.1.3聚氯乙烯的用途31.2聚氯乙烯生产工艺介绍41.2.1世界聚氯乙烯工艺技术进展41.2.3 国内聚氯乙烯工业技术进展41.3聚氯乙烯生产方法及工艺流程的介绍51.3.1聚氯乙烯生产方法介绍51.3.2聚氯乙烯的工艺流程介绍6第二章 工艺流程说明92.1 乙炔发生及氯乙烯合成阶段92.2悬浮聚合工艺流程：102.3 料浆汽提工艺流程：122.4 离心干燥工艺流程：12第三章 物料衡算143.1物料衡算依据143.2物料衡算条件153.3各个设备物料衡算173.3.1乙炔发生段与氯乙烯合成段物料衡算173.3.2聚合釜物料衡算203.3.3出料槽物料衡算223.3.4汽提塔物料衡算233.3.5离心机物料衡算263.3.6气流干燥物料衡算263.3.7沸腾干燥物料衡算273.3.8筛分包装物料衡算283.4物料衡算总平衡29第四章 热量衡算314.1乙炔发生器的热量衡算314.1.1设计条件314.1.2水解反应放热314.2氯乙烯工序阶段物料衡算334.3聚合釜热量衡算354.4汽提塔热量衡算384.5列管式换热器热量衡算394.6气流干燥塔热量衡算404.7空气加热器热量衡算43第五章 设备选型计算455.1聚合釜的选型455.2料浆排放槽的选型455.3离心机的选型465.4气流干燥塔鼓风机的选型475.5列管式换热器的选型48设备一览表49第六章 安全生产及环境保护516.1氯乙烯的燃烧爆炸性能516.2氯乙烯的防火防爆措施516.3聚合釜安全生产526.4环境保护536.4.1PVC的环境保护536.4.2减少氯乙烯污染的预防措施546.5 今后国内聚氯乙烯工业的发展目标和对策55参考文献56致谢5758第一章 文献综述聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、绝缘、耐磨损、耐腐蚀、价格低廉、原材料来源广泛等优良的综合性能, 其加工方法主要有：挤出、注塑、压延和吹塑等。聚氯乙烯经加工后可以制成管材、管件、棒材、型材、薄膜、片、电线电缆绝缘材料、人造革、地板砖、玩具、鞋、瓶子、唱片、防腐材料、防水材料等制品，广泛用于轻工、建筑、农业、电力、电子电器、包装、日常生活等多方面。聚氯乙烯是五大热塑性合成树脂之一，其产量仅次于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，居第3位,其消费量占合成树脂总消费量的29%左右，也居第3位。由于聚氯乙烯消耗氯碱生产中30%的氯气，因此，聚氯乙烯对碱、氯平衡和氯碱工业的发展具有极其重要的作用。以美国为例，聚氯乙烯产品在17种塑料产品中占有相当大的比例。1993年，美国聚氯乙烯建材的消费量占总消费量的52.6%；相应的电子用品占25.6%；家庭用品占12.3%；工业器具占10%；在塑料家具中占6.9%；在玩具中占4.5%。在包装用品中占2.8%；在运输工具中占5.9%。有如在日本，聚氯乙烯产品在塑料工业中也占有相当大比例，1991年日本塑料制品总产量为552.6吨。聚氯乙烯树脂的消费量占合成树脂的消费量的30%，其中软质聚氯乙烯制品在塑料制品中约占12%，硬制品占20%，充分显示了聚氯乙烯产品在塑料产品中的重要位置。我国聚氯乙烯工业起于1958年，在短短几十年中已发展成为亚洲地区第二大聚氯乙烯生产国，生产能力在国内合成树脂中位居首位，树脂产量仅次与聚乙烯，居第二位，制品产量与聚乙烯并驾齐驱，在国内合成材料起着举足轻重的作用。现在，聚氯乙烯树脂生产厂家已遍布国内29个省市自治区，无论是生产技术还是产品品种较过去都有了长足的发展，原料生产路线已开始从电石路线向石油路线过渡。许多生产厂家从单体生产到聚合后处理都实现了微机质量控制，通过引进国外先进的技术硬件和软件，主要生产厂家悬浮和乳液聚合生产技术水平已达到国外发达国家80年代初的水平，并引进本体聚合工艺和设备。1.1聚氯乙烯的性质1.1.1物理性质外观：白色粉末 分子量：40600111600密度：1.351.45g/mL 表观密度：0.400.65 g/mL热导率：0.1626W/（mK） 折射率：=1.544 比热容（0100）：1.0451.463J/（g） 软化点：7585 热分解点：100开始降解出氯化氢颗粒直径：紧密(XJ)型:30100 疏松(SG)型:60150 糊树脂：1.22溶解性：不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。溶于酮类、酯类和氯烃类溶剂毒性：无毒、无臭1.1.2化学性质（1）热稳定性没有明显熔点，在8083开始软化，加热高于180时，开始流动。约在200以上时完全分解。130以上时变成皮革状，长期加热后分解脱出氯化氢而变色。（2）光稳定性 纯PVC在日光或紫外线单色光照射下，发生老化，使色泽变暗。（3）电性能 聚氯乙烯相邻高分子间有强的偶极键，其介电常数及介电损耗比非极性及弱极性聚合物较高，不宜用作高压电缆及通讯电缆，但可用作低压电缆及电缆护套的加工。（4）化学稳定性聚氯乙烯塑化加工制品的化学稳定性较高，常温下能耐任何浓度的盐酸，能耐90%的硫酸，能耐50%60%的硝酸，能耐25%以下的烧碱，对盐类也很稳定。1.1.3聚氯乙烯的用途（1）PVC一般软制品。利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。（2）PVC薄膜。PVC与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为压延薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜，所受热收缩的特性，可用于收缩包装。（3）PVC涂层制品。有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上，然后在100摄氏度以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片，再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑物的铺地材料。（4）PVC泡沫制品。软质PVC混炼时，加入适量的发泡剂做成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。（5）PVC透明片材。PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂，经混合、塑化、压延而成为透明的片材。利用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装，是优良的包装材料和装饰材料。（6）PVC硬板和板材。PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状，然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。1.2聚氯乙烯生产工艺介绍1.2.1世界聚氯乙烯工艺技术进展（1）VCM生产技术进展VCM是生产PVC树脂的主要原料，对PVC树脂质量及成本影响极大。国外VCM生产工艺绝大部分已用乙烯路线取代了老式的电石乙炔法路线，近十年来在简化生产工艺、减少设备投资的新工艺、新技术等方面发展。以乙烯为基础的VCM生产工艺采用直接氯化乙烯生产二氯乙烷，在二氯乙烷裂解生产氯乙烯过程中副产品氯化氢经氧化生成氯，再返回到直接氯化段使用，去掉了氧氯化单元，节约了大量的工艺操作和维护费用。（2）PVC生产技术进展PVC行业经过60多年的发展，虽然受环境生态保护、石油危机的影响以及其他塑料品种的激烈竞争，但由于PVC生产新技术不断推出，品种不断更新，其市场需求仍持续增长。国外PVC生产厂家普遍采用大釜技术和高效的防粘釜工艺，实现密闭加料，除此之外，还对VCM悬浮工艺进行改进，实施“倒加料”（即无离子水全部VCM无离子水）、“热水加料”工艺、改变搅拌工艺、变温聚合等手段提高产能及树脂质量。1.2.3 国内聚氯乙烯工业技术进展目前我国PVC工业处于成长期向成熟期过渡的阶段，其主要特点是产业的增长速度超常规发展，技术趋于成熟，产品差异化程度低，行业进入门槛低，一些电力、制盐、煤炭、塑料加工等行业的企业大量介入，导致竞争的进一步加剧。我国石油资源紧缺，而煤炭、石灰石的资源极为丰富，决定了电石法路线在一定时期内长期存在，国内PVC工业技术的发展方向表现在如下几个方面： (1)设备大型化电石炉向大型全密闭炉（5.5万吨/年台）采用炉气回收技术和废热锅炉副产蒸汽方向发展，推广使用中空电极。（2）乙炔发生器作为乙炔生产的主要设备，近几年开发的逐步取代的发生器，产气能力提高到4万吨/年台。（3）转化器目前国内VCM转化器仍然以为主，列管数为610895根，虽然现在有企业开始开发使用转化器，但仅是简单的放大。 (4) 水洗三合一塔三合一塔采用了专用的填料塔和板式塔设计、组合、制造技术，选择多种塔型组合于一塔之中（即包括一、二级泡沫水洗塔、填料水洗塔），配置合适的酸循环泵、冷却器等辅助设备，具有以下特点：流程简化、设备少、占地面积小。压降低、弹性大。粗氯乙烯中过量的氯化氢吸收完全等优点，体现了废酸回收与水洗的统一。（5）气体输送设备乙炔输送的水环压缩机送气能力在2400m3/h以上，已取代原来的SZ-3、SZ-4、YLJ-1250/3.5等设备。单体压缩机逐渐由活塞式压缩机向螺杆机过渡，单台送气能力由1200m3/h增至3600m3/h。1.3聚氯乙烯生产方法及工艺流程的介绍1.3.1聚氯乙烯生产方法介绍（1）悬浮聚合悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的工艺过程是在清理后的聚合釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂，然后加入氯乙烯单体，在去离子水中搅拌，将单体分散成小液滴，这些小液滴由保护胶加以稳定，并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液，保持反应过程中的反应速度稳定，然后升温聚合，一般聚合温度在4570之间。使用低温聚合时，可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时，可生产出低分子质量的聚氯乙烯树脂。（2）乳液聚合乳液聚合与悬浮聚合基本类似，只是要采用更为大量的乳化剂，并且不是溶于水中而是溶于单体中。这种聚合体系可以有效防止聚合物粒子的凝聚，从而得到粒径很小的聚合物树脂，一般乳液法生产的PVC树脂的粒径为0.1-0.2mm，悬浮法的为20200mm。由于不可能将乳化剂完全除去，因此用乳液法生产的树脂不能用于生产需要高透明性的制品如包装薄膜或要求吸水性很低的制品如电线绝缘层。一般乳液聚合PVC树脂的价格高于悬浮聚合的树脂。（3）本体聚合本体法生产工艺在无水、无分散剂，只加入引发剂的条件下进行聚合，不需要后处理设备，投资小、节能、成本低。用本体聚合生产的PVC制品透明度高、电绝缘性好、易加工，用来加工悬浮法树脂的设备均可用于加工本体法树脂。由于悬浮聚合和本体聚合树脂不能混合，即使少量混合也会因静电效应导致聚合物粉末的流动性降低，而悬浮聚合树脂更易得到的，因此大多数工厂放弃了本体聚合树脂。由于悬浮聚合生产的PVC产量比例最大，且工艺过程操作简单，成本低，因此悬浮法生产PVC占有首要地位。1.3.2聚氯乙烯的工艺流程介绍（1）乙炔发生工段发生：经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮斗，用置换其中乙炔气后，电石在继续通的情况下，经第一贮斗蝶阀放入第二贮斗，第二贮斗电石经电磁振动加料器加入发生器内。电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大量热，可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排出，以维持发生器液面，渣浆从排渣口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。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0.050.1mPa左右，进入第一第二清净塔，NaOCl溶液由泵打到第二清净塔，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。其塔底流出的NaOCl溶液与冷却塔出来的废水回至废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充水用。经清净后的乙炔气带有酸性，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水份后，送氯乙烯工序。(2) 氯乙烯合成工段.混合脱水：由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自HCL工序的HCL经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合器内充分混合，进入石墨冷却器内在-35盐水下进行冷却到-14，C2H2、HCL混合气体在此温度下，部分水分以40%左右酸雾析出，部分酸雾夹带与气相中进入多筒过滤器中，由含氟硅油棉捕集分离。然后，经二台石墨预热器预热后进入转换器。.合成转化：干燥、预热后的气体由转化器上部进入，通过列管中填装的吸附于活性炭上的HgCL2触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循环的热水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的升华物在填装活性炭的吸附器中脱除，然后进入精馏系统。.水洗、碱洗、氯乙烯压缩：除汞后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱洗塔，除去残余的微量HCL后进入VC气柜或经机前冷却器，除去部分夹带液，经螺杆压缩机加压到0.50.6mPa（表压），经机后冷却器除去夹带水和油后，送精馏。.精馏：由单压机出来的粗氯乙烯进入全凝器，使大部分气体冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝气体进入尾气冷凝器，其冷凝器全部进入低沸塔。低沸塔釜加热将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用7水或5水控制回流比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，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，惰性气体排空。由低沸塔进入高沸塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。高沸塔加热器经氯乙烯逸出，经塔板分离氯乙烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到得1，1-二氯乙烷（EDC）为主的高沸物进入残液槽，定期压送到废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝VC气体回到气柜。.冷冻站：.+5水系统：从液氨贮槽出来的液氨经5水分配台流入蒸发器，液氨变成气氨带走蒸发器外工业水热量，合格的的5水由5水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸发器内汽化的氨被螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5mPa（表压）左右的过热气氨进入油分离器，分离后的气氨进入蒸发式冷凝器列管内，被管外水冷却成液氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。.- 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配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而汽化，使管外盐水温度降低，合格的- 35盐水由泵送往合成、聚合使用。气氨自蒸发器吸入螺旋杆压缩机内，经压缩后的过热气氨进入油分离器，分离出油后进入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨，流入热虹吸氨贮液器，再溢流到液氨贮槽，完成制冷循环。在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制，按需送盐水蒸发器。.溴化锂系统：溴化锂制冷是以蒸汽为动力，利用“溴化锂与水”组成的二元溶液为工质对，在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸收载冷剂热负荷，达到所需要的合格7水送到合成工序。溴化锂水溶液作为吸收剂，常设和低温下强烈地吸收水蒸汽，通过高温将水份释放和循环水冷却吸收，周而复始实现制冷循环。（3）氯乙烯聚合工段.聚合岗位：本工艺流程全过程控制采用DCS集散控制。首先将合格的脱离子水、VCM单体、分散剂、引发剂及其其他助剂按配方要求精确计量后，由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至指定温度后进行恒温反应，当最短反应时间、压力降达到配方要求后加入终止剂终止反应。泵料由泵送至料浆贮槽，未反应的单体气经回收单体真空泵回收至VC气柜，去回收装置进行加压冷凝回收。.汽提岗位：来自料浆槽的PVC料浆经过滤器、料浆泵、螺旋板换热器由塔底排出的热浆料预热后，进入汽提塔进行受热汽提。塔底排出的热浆料经过同一换热器被进塔冷浆料冷却后至离心干燥岗位。由塔顶出来的VCM/H2O混合气经过塔顶冷凝器除水后，VCM去压缩冷凝岗位冷凝成液态至回收单体贮槽。.离心干燥及包装岗位：由汽提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到含水约的湿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入料仓。料仓里的PVC成品经过全自动缝包、称量、码垛、分析合格后入库。第二章 工艺流程说明 在常温下，氯乙烯（VCM）为气体（BP=-13.4），加压后才转变为液体。氯乙烯悬浮聚合系将液态VCM在搅拌的作用下分散成液滴、悬浮于水中的聚合过程。溶于单体中的引发剂，在聚合温度（4565）下分解为自由基，引发VCM聚合。水中溶有分散剂，以防达到一定转化率后PVC-VCM溶胀粒子的粘并。 PVC在VCM中的溶解度甚微（0.1%），但VCM却能以相当量溶于PVC中使之溶胀（PVC:VCM70:30重）。因此在0.170%转化率内，以氯乙烯单体相和聚氯乙烯富相两相存在。两相各自的 组成不变，只是单体的相不断减少，而聚合物富相（70%PVC）量相应增加；釜内压力就相当于VCM的饱和蒸汽压。此后，聚合物富相中单体继续聚合，其蒸汽压将低于VCM的饱和蒸汽压，釜压渐降。生产疏松型树脂时，压降0.10.15MPa，即可加入双酚A一类终止剂停止聚合。压降过多，将不利于疏松树脂的形成。生产紧密型树脂时，压降不妨为0.20.25 MPa（转化率约90%）而后终止。欲使VCM完全聚合，并不经济，树脂质量也差。因此，其余的1015%单体应加以回收，也就是使泄压，将VCM排入气柜内，经精制后回用。PVC料浆经处理、汽提脱除残留单体、离心分离、洗涤、干燥等工序，即可包装成PVC树脂产品。本次设计采用九个48（型）不锈钢聚合釜并联操作，生产核心包括本次设计的生产核心包括乙炔发生工艺、氯乙烯合成工艺、聚合工艺、汽提工艺、离心干燥工艺五大工艺过程。下面分别给予介绍。2.1 乙炔发生及氯乙烯合成阶段湿试乙炔发生工艺 仓库中经破碎的小颗粒电石送入装有水的发生器中，生成的粗乙炔气体由发生器顶部逸出，经喷淋冷却器及正水封进入喷淋冷却塔及气柜中，维持发生器温度在855oC为标准。乙炔清净塔由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.050.1mPa左右,进入第一第二清净塔，NaClO溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。其塔底流出的废NaClO溶液与冷却塔出来的废水回至废水储槽，用泵打到发生器作为补充水用。经清净后的乙炔气带有酸性，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水份后，送入氯乙烯工序。氯乙烯合成乙炔与氯化氢混合、脱水、预热后进入列管式反应器，反应器列管内装有以活性炭为载体的氯化汞（含量一般为载体质量的10.5%12.5%）冷却，以除去反应热，并使床层温度控制在180以内。乙炔转化率为98%，氯乙烯收率在95%以上。副产物是1,1-二氯乙烷（约1%）,也有少量的乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。粗氯乙烯净化压缩工艺粗氯乙烯在高温下带逸的氯化高汞升华物，在填装活性炭的汞吸附器（除汞器）中除去，然后由石墨冷却器将合成器冷却到15以下，通入水洗泡沫塔回收过量的氯化氢。泡沫塔顶是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触制得20%的盐酸，由塔顶借位差流入盐酸大储槽供灌装外销。气体再经碱洗泡沫塔去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气柜，气柜中氯乙烯经冷碱塔进一步除去微量酸性气体，至机前冷却器和水分离器，分离出部分冷凝水，借往复式压缩机加压至0.50.6mPa（表压），并经机后油分离器，冷却器及分离器等设备，进一步除去油及水后送精馏系统。氯乙烯精馏工艺由压缩机来的0.50.6mPa（表压）粗氯乙烯，先送入全凝器，借0冷冻盐水间接冷却，使大部分氯乙烯气体冷凝液化，经水分离器除水后，进入低沸塔，未冷凝气体进入尾气冷凝器，其冷凝液作为回流液全部返入低沸塔。低沸塔加热釜借转化器的热水间接加热，将向下流的低沸物蒸出，经塔顶冷凝器冷凝作为塔顶回流，不冷凝的气体由塔顶经全凝器通入尾气冷凝器处理，塔釜脱除低沸物的氯乙烯错位差进入中间槽。尾气冷凝器排出的未冷凝气体，经尾气吸附装置回收其中氯乙烯后，惰性气体经减压阀（自控）排空。自低沸塔流入中间控制槽的粗氯乙烯，借阀门减压后连续加入高沸塔，向下流的液体经高沸塔加热釜，将氯乙烯蒸出，经塔身精馏分离，由塔顶排出精氯乙烯气体，经塔顶冷凝器冷凝作为塔顶回流，大部分精氯乙烯气体进入成品冷凝器，借工业废水或冷冻盐水间接冷却，使氯乙烯被冷凝，贮放在成品槽中，按需要借氯乙烯气化槽中氯乙烯气化压力，将成品氯乙烯间歇压送至聚合装置使用。2.2悬浮聚合工艺流程：氯乙烯悬浮聚合过程大致如下。先将无离子水加入聚合釜内，在搅拌下继续加入分散剂水溶液和其他助剂，后加引发剂，密闭抽真空，必要时以氮排除釜内的空气。最后加入单体，升温至预定温度进行聚合。为了缩短聚合时间，也可以将排氧后的釜内物料加热至预定温度，而后引入单体聚合。采用这一加料方案易使引发剂分散不均匀，局部过浓部分易形成透明塑化粒子，加工时产生鱼眼，为了克服这一缺点，可将引发剂配成溶液或乳液，在VCM加入后，再加入釜内。当釜内单体转化率大达到87%时，根据釜内压力下降的情况进行出料操作，釜内悬浮液借余压压2入出料槽，并于出料槽通入蒸汽升温到75左右，脱除的未聚合的单体借槽内压力排入气柜回收。经脱气后的料浆至出料槽底部排出，经树脂过滤器及料浆泵进入汽提阶段。该聚乙烯聚合系统属于放热反应，聚合热约为1540kJ/kg。放出的热量由夹套中冷却水带走。放热速度与传热速度应该相等，以保证聚合温度恒定。氯乙烯聚合机理上的特点是向单体链转移显著，PVC的聚合度仅决定于温度，而于引发剂浓度、转发率无关。因此，聚合温度要求控制得十分严格（如0.2）。这就要求引发体系有平缓的聚合放热速度，要求聚合釜有良好的传热性能，保证及时散热。表2.2聚合过程的工艺指标如下表：序号项目代号条件备注温度压力MPa1低压纯水LDW室温0.35低压无离子水2高压纯水HDW室温1.5高压无离子水3循环水CW320.34低温冷却水2-50.35水5置换压缩空气室温0.556仪表用压缩空气CA室温0.57蒸汽STM1510.48氮气LN室温0.59一般用水RW室温0.3自来工业水10低温冷冻水CHW-320.5盐水11低温纯水2-50.3低温无离子水12升温热水850.352.3 料浆汽提工艺流程： 来自出料槽的料浆，经树脂过滤器有料浆泵送经热交换器，与汽体塔排出的高温料浆进行热交换并被升温后，进入汽提塔顶部，料浆经塔内筛板小孔流下，与塔底的直接蒸汽逆流接触，进行传热传质过程，树脂及水相中残留的单体即被上升的蒸汽汽提带逸，其中的水分在塔顶冷凝器冷凝，借管间通入冷却水冷凝后回流至塔内。塔顶排出不冷凝的氯乙烯气体借塔顶真空泵抽送至气柜回收。汽提后VCM的含量为13.6ppm，塔底经汽提脱除大部分残留单体后的料浆，由料浆泵抽出经热交换器降温后，送入混料槽，待离心干燥处理。表2.3料浆汽提岗位工艺指标如下表：序号控制项目控制指标控制点控制者纪录1汽提顶温80-85指示主操纪录表2汽提底温93-97指示主操纪录表3压力-0.035-0.040mPa指示主操纪录表4差压0.015-0.035mPa指示主操纪录表5料浆含固量25-30%分析工纪录表6液位30-50%指示主操纪录表7流量7-14/h指示主操纪录表8蒸汽压力0.04MPa指示主操纪录表2.4 离心干燥工艺流程：干燥工艺过程包括两个阶段：气流干燥和沸腾干燥。本工艺采用气流和沸腾两段干燥装置来完成树脂的干燥过程。气提后的料液有进料泵加入离心机进行分离，得到含水量为20%左右的PVC滤饼，并有螺旋输送器送入干燥器对树脂进行干燥，经筛分后得到含挥发物为0.3%0.4%的PVC树脂 旋风干燥器是有一个带夹套的圆柱行桶体组成，内有一定角度的多层环形挡板。将干燥器分成若干室，挡板中间是导流板。高速的气流带着湿的PVC颗粒，从干燥器的切线方向进入最下一个干燥室，热气流和树脂颗粒在床中高速回旋，离心力将固体颗粒与气体分开，经过在床内进行传质、传热，树脂颗粒再次作旋转运动，离心力和重力作用在不同粒径的颗粒上，造成气体和颗粒之间的速度出现差异，小离子滞留时间短，大颗粒滞留时间长，这样不同粒径的都能得到很良好的干燥。 沸腾干燥器是有多孔花板把干燥器分隔成上下两个部分。热气流通过多孔花板把物料吹沸腾，不断向前移动，然后吹冷风，离心后的滤饼经机械分散器均匀进入干燥器，物料中的水分不断蒸发，被热风连续的带入大气中，从而达到干燥的目的，最后进行冷却以便过筛包装。表2.4离心干燥岗位工艺指标控制如下表：序号控制项目控制指标控制者纪录1风机进口风压4-8kPa操作工纪录表2风机出口风压0-3.5kPa操作工纪录表3蒸汽压力0.4-0.8mPa操作工纪录表4压缩空气压力0.5mPa操作工纪录表5出口风温100-155操作工纪录表6底部风温70-100操作工纪录表7物料入口温度60-80操作工纪录表8物料出口温度50-65操作工9离心机电流100-289A操作工10离心机油泵压力0.06-0.08mPa操作工纪录表第三章 物料衡算3.1物料衡算依据（1）画出示意流程图3.1，略去与计算无关的设备。物料平衡关系示意图如下：M水 MHCl精馏塔混合器发生器M电石 M乙炔 M氯乙烯 M3 M4 M5 M10 M12 M13聚合釜出料槽M1 汽提塔 M9 M11 M14 M2M6 M7 M8 M15 M17 M19 离心机沸腾干燥气流干燥 M16 M18 M20 包装 M21图3.1 物料平衡关系图M1氯乙烯单体 M2去离子水 M3引发剂（偶氮二异庚腈）M4终止剂 M5调节剂 M6防粘釜剂 M7悬浮剂 M8二次用水 M9聚合物混合溶液1 M10回收VC单体1 M11聚合物混合溶液2 M12回收VC单体2 M13蒸汽 M14聚合物混合溶液3 M15母液 M16湿物料1 M17脱去水1 M18湿物料2 M19脱去水分2 M20成品1 M21成品23.2物料衡算条件(1)明确物料发生是化学变化,写出主要反应方程式。对于单纯物料配置，无相变化和化学变化，因此不做物料衡算。在聚合釜内发生反应，由引发剂引发单体进行自由基聚合，其反应式如下： (2)搜集基本数据生产规模设计任务规定的年生产量为15万吨/年。生产时间年工作日300天/年（24小时/天）。聚合部分属于间歇操作，采用五釜并联，每天生产三批。汽提，离心及干燥部分属于连续操作。消耗定额 1.05吨VC/吨PVC。消耗分配 聚合总收率94%，总损失6%。根据生产统计数字，各步骤损失分配如下（以聚合釜内反应生成的聚合物为准）：聚合：粘壁泄露泡沫夹带等占1%； 沉析：粘壁气化等占1%； 汽提：破坏低聚物等占1%；离心脱水：母液夹带占1%；干燥：飞扬（扫地料）旋风分离占1%（其中气流干燥及沸腾干燥各占0.5%）；包装：筛分包装不合格品占1%。（3）聚合分配（以SG-5型为准，按48m计量）各组分百分比如下：去离子水与VC单体体积比：1.4：1；引发剂（偶氮二异庚腈）为VC量：0.1%；分散剂（KH-21HPMC）为VC量：0.2%；调节剂（-巯基乙醇）为VC量：0.01%；终止剂（丙酮缩氨基巯脲）为VC量：0.01%；防粘釜剂（H-9）为VC量：0.1%。（4）表3.2操作周期-时间平衡操作进水进VC搅拌升温反应出料清釜置换共计时间/min151520302702020390操作周期取6.5h。（5）操作条件和控制指标。聚合阶段聚合温度：560.2；加料压力：0.8mPa；出料压力：0.45mPa；反应转化率：88%；二次用水量：700m。出料阶段出料中VCM的含量为456.3ppm。汽提阶段汽提顶温：95105；汽提底温：110120；压力：-0.035-0.040mPa；汽提后VCM的含量为13.6ppm。离心阶段离心后湿物料的含水量约为20%。干燥阶段气流干燥后出口含水量为5%，沸腾干燥器出口物料含水0.3%。（6）确定计算基准间歇操作过程以/釜为基准，连续过程以/h为基准。（7）计算主要原料投料量每批应生产的聚合物数量为：采用9釜（48m）并联，则每釜每批投料量应为：/B已知反应的转化率为88%，则应投入的VC单体的质量为：/B3.3各个设备物料衡算3.3.1乙炔发生段与氯乙烯合成段物料衡算乙炔发生段和氯乙烯合成段物料平衡关系示意图如下：M水 MHCl精馏塔混合器发生器M电石 M乙炔 M粗聚乙烯 M聚乙烯 图3.3.1 乙炔发生段和氯乙烯合成段物料平衡关系图电石：分子式 GaC2，分子量 64.10。性质：化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，工业用电石呈灰色.棕黄色或黑色。18C时的比重为2.22，电石比重随着GaC2含量的减少而增加。不容于所有有机溶剂中，熔点2300C（纯）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。规格：GaC2含量不小于67.17%（重量）；GaO含量不大于22.08%；C含量不大于1.0%；MgO含量不大于0.4%；H2S含量 小于等于0.15%；PH3含量小于等于0.08%；发气量：在20，0.1mPa压力下（760毫米汞柱），285L/kg以上；粒度：25200mm，当粒度80mm时，视比重为11.3kg/L。氯化氢分子式 HCl，分子量36.5.性质：是一种无色有刺激性的气体，遇到湿空气则呈白色烟雾。标准状况下比重为1.639kg/m3，低温低压下可以成为液体，熔点为-114C，沸点为-85.03C。易溶于水，标准状况下，1升水可溶解525.2升气体。乙炔又称电石气。结构简式HCCH，是最简单的炔烃。化学式C2H2分子结构： C原子以sp杂化轨道成键、分子为直线形的非极性分子。无色、无味、易燃的气体，微溶于水，易溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。化学性质很活泼，能起加成、氧化、聚合及金属取代等反应。能使高锰酸钾溶液的紫色褪去。3CHCH + 10KMnO4 + 2H2O6CO2+ 10KOH + 10MnO2乙炔的实验室制法：CaC2+2HOHCa(OH)2+CHCH化学性质：（1）氧化反应：a可燃性：2C2H2+5O2 4CO2+2H2O 现象：火焰明亮、带浓烟 , 燃烧时火焰温度很高（3000），用于气焊和气割。其火焰称为氧炔焰。b被KMnO4氧化：能使紫色酸性高锰酸钾溶液褪色。（2）加成反应：可以跟Br2、H2、HX等多种物质发生加成反应。 如：溴水褪色或Br2的CCl4溶液褪色 所以可用酸性KMnO4溶液或溴水区别烯烃与烷烃。 与H2的加成 CHCH+H2 CH2CH2 与HX的加成 如：CHCH+HCl CH2=CHCl 氯乙烯用于制聚氯乙烯（3）“聚合”反应：三个乙炔分子结合成一个苯分子： 由于乙炔与乙烯都是不饱和烃，所以化学性质基本相似。在适宜条件下，三分子乙炔能聚合成一分子苯。金属取代反应：将乙炔通入溶有金属钠的液氨里有氢气放出。乙炔与银氨溶液反应，产生白色乙炔银沉淀。因为乙炔分子里碳氢键是以SP-S重叠而成的。碳氢里碳原子对电子的吸引力比较大些，使得碳氢之间的电子云密度近碳的一边大得多，而使碳氢键产生极性，给出H+而表现出一定的酸性。乙炔可用以照明、焊接及切断金属（氧炔焰），也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。由上计算得知需年产单体的吨数=15104/0.88=170454.5t/y= x62.52430010-6 则得出n氯乙烯=378787.8mol/h C2H2 + HCl = CH2CHCl 1 1 1 则n乙炔 = n氯化氢 = 378787.8mol/h 已知： 乙炔/氯化氢=95%；乙炔的转化率=98%则需要n乙炔 = 378787.8/ 98% = 386518.2mol/h n氯化氢= 378787.8 / 95% = 398724mol/h CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)264 36 26 74已知电石纯度为 80%, CaO 10%，不计其余杂质的反应则需要电石量为m = 378787.86410-6/80% =30.3t /h转化出口处（即为反应后的物质）有未反应的乙炔、氯化氢和粗VC； 则未反应的C2H2 =（386518.2378787.8）= 7730.4mol/h则未反应的HCl=（398724386518.2）= 12205.8mol/h经过净化后氯化氢含量接近为零，只含有VC和少量的高沸物、乙炔；则经过精馏以后乙炔气体去变压吸附，高沸物经储罐后运出，单体到储槽中 则绘制物料平衡图如下 HCl的摩尔数为398724mol/h 乙炔的转化率为98% 反应后的物质转化器 混合器 HCl的摩尔数为12205.8mol/h C2H2的摩尔数为7730.4moL/h C2H2的摩尔数为386518.2mol/h净化净化后的物质 氯化氢的含量接近为零少量的C2H2精馏VC单体VC的摩尔数为378787.8 moL/h 少量高沸物去变压吸附 图3.3.1 乙炔段物料平衡3.3.2聚合釜物料衡算聚合釜物料平衡关系示意图如下： M3 M4 M5 聚合釜M1 M9 M2M6 M7 M8 图3.3.2 聚合釜物料平衡关系图M1氯乙烯单体 M2去离子水 M3引发剂（偶氮二异庚腈）M4终止剂M5调节剂M6防粘釜剂 M7悬浮剂 M8二次用水 M9聚合物混合溶液125时氯乙烯密度为0.9017g/cm，水密度为0.997 g/cm。 进入聚合釜内VC单体质量M=22319.8kg，据配方比可得：去离子水质量M=/B引发剂的质量M=/B终止剂的质量M=/B反应调节剂的质量M=/B防粘壶剂的质量M=/B分散剂的质量M=/B二次用水的质量M=700 kg/BM+M+M+M=57663.54 kg/B助剂总剂量为：44.64+2.23+22.32+2.23+22.32=93.74/B 出料生成PVC量：/B未反应的VC量：/B卸到出料槽物料量（所生成的聚合物质量）：22319.888%99%=19445 kg/B损失PVC的质量：M=22319.888%1%=196.4 kg/B聚合物的混合溶液M=M(未转化的PVC)+ M+ M+ M+2678.4=57467.3 kg/B对聚合釜作全物料衡算得：M+ M+ M+ M= M+ M表2.1 聚合釜物料平衡表物料名称进料/B出料/BVC22319.82678.4分散剂44.6444.64调节剂2.232.23引发剂22.3222.32终止剂2.232.23防粘釜剂22.3222.32水3455035250二次用水700PVC19445损失PVC196.4合计57663.5457663.543.3.3出料槽物料衡算出料槽物料平衡关系示意图如下： M10 出料槽 M9 M11 图3.3.3 出料槽物料平衡关系图M9聚合物混合溶液1 M10回收VC单体1 M11聚合物混合溶液2出料槽中损失的PVC量为M=22319.888%1%=196.4 kg/B出料槽中含PVC量为: 19445-196.4=19248.6/B由于出料槽中VCM含量为456.3ppm，过出料中VCM的量为：19248.6456.310-6=8.78kg/B因此回收的VCM量M=2678.4-8.78=2669.62 kg/B聚合物混合溶液M包括分散剂等：93.74 kg 水：35250 kg VC单体：8.78kg PVC:19248.6kg合计M=54601.12kg对出料槽做总物料衡算：M= M+ M+ M=57467.3kg说明物料衡算结果是正确的。表3.3.3 出料槽物料平衡表物料名称进料/B出料/BPVC1944519248.6水3525035250助剂93.7493.74VC2678.48.78回收VC2669.62损失PVC196.4合计57467.1457467.143.3.4汽提塔物料衡算汽提塔物料平衡关系示意图如下： M12 M13 汽提塔 M11 M14 图3.3.4 汽提塔物料平衡关系图M11聚合物混合溶液2 M12回收VC单体2 M13蒸汽 M14聚合物混合溶液3从这步操作开始转入连续操作过程，计算基准相应转化为/h。i.根据全年的生产任务和生产时间求出每小时PVC产量为：/h产品中含水0.3%，折合绝干树脂量应为：/h考虑到各步损失后，则进入汽提塔内绝干树脂量为：/h按出量槽出料的组成，以21034.6/h为基准求出汽提塔进料中其它各组分相应的量，因此进入汽提塔内的水量为：/h助剂量为：/hVC单体量为：/hPVC损失量为：/h出料槽中含PVC量为： /h已知出料中VCM含量为13.6ppm，故出料中含VCM量为：/h因此回收的VCM量为：/hii.求蒸汽冷凝量条件：进入汽提塔内的物料初始温度为66，汽提塔内压强为0.06mPa，在此压强下水的沸点为86，潜热为2293.9kJ/kg，水蒸气的比热容Cp=2.31kJ/(kg)。 进入汽提塔蒸汽的初始温度为142，物料的升温以及VC向蒸汽的扩散能由蒸汽的潜热和显热提供，而且单体的扩散能为71kJ/mol,假定在塔内有35%蒸汽冷凝，其余在塔顶冷凝，则物料升温所需热量如下：表3.3.4.1 物料热量表物料名称重量/hkJ/（）QkJ/h水38131.66680144.22242138.1VC9.56680140.848112.8PVC21034.66680141.764519470.5合计2761721.4助剂所占比例甚微并入水中一起计算。单体的扩散能为：kJ/h故所需的总热量为： kJ/h设蒸汽的流量为V，则得V=2973.7/h表3.3.4.2 汽提塔物料平衡表物料名称进料/B出料/BPVC21034.620820水38131.641105.3蒸汽冷凝水2973.7助剂101.4101.4未反应VC9.50.28汽化回收VC9.22损失PVC214.6合计62250.862250.83.3.5离心机物料衡算离心机物料平衡关系示意图如下：M15离心机M14 M16 图3.3.5 离心机物料平衡关系示意图M14聚合物混合溶液3 M15母液 M16湿物料1离心操作中PVC的损失量为：/h离心脱水后湿物料内仍含水20%水份，则含水量为：/h表3.3.5离心机物料平衡表物料名称进料/h出料/hPVC2082020605.4湿物料含水5151.4母液含水41105.335953.9助剂101.4101.4PVC损失214.6合计62026.762026.73.3.6气流干燥物料衡算气流干燥物料平衡关系示意图如下： M17 气流干燥 M16 M18 图3.3.6 气流干燥物料平衡关系图M16湿物料1 M17脱去水1 M18湿物料2PVC损失量为：/h出料PVC量为：/h由于气流干燥后的含水量为5%，则含水量为：/h表3.3.6气流干燥物料平衡表物料名称进料/h出料/hPVC20605.420498.1水5151.41078.8PVC损失107.3脱走水分4072.6合计25756.825756.83.3.7沸腾干燥物料衡算沸腾干燥物料平衡关系示意图如下： M19 沸腾干燥 M18 M20 图3.3.7 沸腾干燥物料平衡关系示意图M18湿物料2 M19脱去水分2 M20成品1PVC损失量为：/h出料PVC量为：/h出料物料含水量为：/h表3.3.7 沸腾干燥物料平衡表物料名称进料/h出料/hPVC20498.120390.8水1078.861.4PVC损失107.3脱走水分1017.4合计21576.921576.93.3.8筛分包装物料衡算筛分包装物料平衡关系示意图如下：包装M20 M21图3.3.8 筛分包装物料平衡关系图M20成品1 M21成品2绝干PVC损失量为：/h包装入库的绝干PVC量应为：/h随PVC树脂损失的相应水的量为：/h表3.3.8筛分包装物料平衡表物料名称进料/h出料/hPVC20390.820176.2水61.460.75PVC损失214.6脱走水分0.65合计20452.220452.23.4物料衡算总平衡（1）聚合釜及出料槽属于间歇操作，计算基准为/B投入VC单体的量为22319.8/B，经聚合釜和出料槽减压后的量为2678.4/B，出料为8.78/B，PVC的总损失为22319.80.882%=392.8/B表3.4.1间歇操作物料衡算总平衡表物料名称进料/B出料/BVC22319.88.78水3455035250二次用水700助剂93.7493.74PVC19248.6损失PVC392.8回收VC2669.62合计57663.5457663.54（2）从汽提塔到筛分包装为连续操作，计算基准为/h 进入汽提塔的VC量为9.5/h，经过汽提后VC单体的量降为0.28/h，进入汽提塔以及在汽提塔内冷凝的水的总量为38131.6+2973.7=41105.3 kg/h。离心后母液总量为35953.9/h，PVC损失总量为/h。表3.4.2 连续操作物料总平衡表物料名称进料/h出料/hVC9.50.28水38131.6蒸汽冷凝水2973.7助剂101.4101.4PVC21034.620176.2回收VC9.22湿物料含水60.75母液35953.9损失PVC858.6损失水5090.65合计6225162251整理以上结果，绘制物料平衡关系示意图VC:9.5kg/h水：41105.3kg/hPVC: 21034.6kg/h助剂等：101.4kg/hVC:22319.8kg/h 水：35250kg/h助剂等：93.74kg/hPVC 水PVC 水PVC: 20820kg/h母液含水41105.3kg/h 助剂 101.4 kg/h PVC: 19445kg/hVC: 2678.4kg/h助剂：93.74kg/h聚合釜排放槽汽提塔离心机气流干燥沸腾干燥筛分包装 去母液池PVC成品图3.4 物料平衡图第四章 热量衡算4.1乙炔发生器的热量衡算4.1.1设计条件电石纯度：80%CaO：10%反应温度：85 C乙炔85 C时的比热容：1.85 J/(gC)发生收率：98%85 C时饱和水蒸汽压力：0.58atm水的气化潜热：2299.5kJ/kg干渣比热容：1.088 J/(gC)不计入其余9.4%杂质的反应，此外不计热损失和电石加料等带入的热量碳化钙和石灰水解的平衡方程式如下所示 CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 + 129.8 kJ/mol CaO + H2O Ca(OH)2 + 63.6 kJ/mol4.1.2水解反应放热 由反应式可得：CaC2 水解放热 Q1 = kJ/hCaO水解放热 Q2 = kJ/h总放热量 Q = Q1+Q2 = kJ/h(1) 乙炔、水蒸气和干渣带走热Q 乙炔带走热Q3 ，在温度20C、压力760mmHg时，每吨纯度80%的电石与水反应，可得干乙炔气300m3。发生收率98%则可获得的乙炔质量是：kJ/hQ3 = 9710.81.8585=1.53106kJ/h 水蒸汽带走热Q4设 发生器操作压力（表压）1000mmH2O=1.0133+0.1=1.1133atm则 粗乙炔中水蒸气对乙炔的分压比（也即摩尔比）为： C2H2则 蒸发水量： kJ/hkJ/h 干渣带走热Q5 由反应式可得生成的总干渣量： kJ/hkJ/h因此，乙炔、水蒸气和干渣带走热是：Q=kJ/h乙炔工序： 701034.2103 20.6106kJ/h乙炔、水蒸气和干渣带走热量2.1107kJ/h 溢流液 7水（7-9）360m3/h 75 70 m3/h 温差2 冷却塔 电石 乙炔气 乙炔气 发生器反应产生总热7.36107kJ/h30.3t/h 85 85 20 9710.8kg/h 119710.8kg/h 水80 m3/h 20 701034.2103 61.75106kJ/h电石反应热：5.26107kJ 循环水（28-34） 70m3/h 温差10 图4.1.2 乙炔工序图4.2氯乙烯工序阶段物料衡算氯乙烯工序热量衡算根据物料衡算，从混脱到石墨冷出口处；已知:乙炔m乙炔进=n乙炔进M=386518.2mol/h26g/mol=10049.5kg/hC 乙炔=1.683kJ/kg；t乙炔进=35；t乙炔出=-15Q乙炔=C乙炔m 乙炔进t 乙炔=1.683kJ/kg10049.5kg35-(-15)=8.5108(J/h)已知：氯化氢m HCl进=nHCl进M=398724mol/h36.5g/moL=14553.4kg/hCHCl=0.8kJ/kg；tHCl进=35；tHCl出=-15QHCl= CHClmHCl进tHCl=0.8kJ/kg14553.4kg35-(-15)=5.8108(J/h)Q总放= QHCl+ Q乙炔=8.5108J/h+ 5.8108J/h=1.43109 J/h已知：盐水m水进=V=80m31000kg/m3=8104kgC水 =4.2103kJ/kg；t水进=-26；t H2O 出=-20Q水吸 = C水m水进t水=4.2103kJ/kg8104kg-20-(-26)=2.01109 (J/h)其余为热损失从进热水到进转化系统Q乙炔=C乙炔m 乙炔进t 乙炔=1.683kJ/kg10049.5kg90-(-15)=1.8109(J/h)QHCl= CHClmHCl进tHC=0.8kJ/kg14553.4kg90-(-15)=1.2109(J/h)Q总吸= QHCl+ Q乙炔=1.8109J/h+ 1.2109J/h=3.0109 J/hQ水吸 = C水m水进t水=4.2103kJ/kg20104kg（94-88) =5.0109 (J/h)其余为热损失C2H2 + HCl = CH3CHCl + 124.8kJ/molQ=386518.2mol/h124.8kJ/mol =4.81010 J/hQ水吸 = C水m水进水=4.2103kJ/kg280104kg（94-90) =47.04109 (J/h)氯乙烯工序：图4.2氯乙烯工序图4.3聚合釜热量衡算聚合过程分两个阶段，升温阶段和恒温阶段。升温阶段升温阶段是物料由25加热至56.2，升温时间是0.5小时此阶段加热介质为饱和蒸汽，压力为0.4mPa，温度为142。此阶段升温所需总热量是壶体及壶内物料升温达到聚合条件所消耗的热量。即其中水升温所需的热量（由于分散剂等含量甚微，故并入水中一起计算）VC单体升温所需的热量壶体升温所需的热量蒸汽所提供的热量已知条件如下表：表4.3.1物料热量表名称重量/ht kJ/（）水345502556.231.24.2VC22319.82556.231.20.848釜体66002556.231.20.504：去离子水（助剂等）升温消耗热量 kJ/h：单体升温消耗的热量kJ/h：聚合釜升温消耗热量kJ/h：蒸汽所提供热量kJ/h恒温反应阶段i. 求总传热系数K 总传热系数K的倒数称为总热阻，与分热阻有如下关系： （1）式（1）中釜内壁和釜外液膜给热系数，W/k釜壁导热部分的热阻，其中为厚度，为热导率对于搅拌内壁给热系数可用下列准数方程计算： （2）式（2）中D为釜内径，d为搅拌叶直径，为密度，为粘度，）为搅拌雷诺数，为热导率，c为比热容，g为重力因子，（）为普兰特准数，为近壁处粘度，系数C为常数。 国产48m釜经实验标核C=0.5，将D=3m，d=1212，=0.6 W/k，=998/， ，n=95r/min，流体冷却时，=0.95。将以上数据代入公式（2）得： =2083.95 W/k对于釜外壁给热系数，采用夹套内装设螺旋导流板。 （3）式（3）中为螺距的当量直径，R为弯曲直径，因釜径较大，一般较正因子的数值不大，因此可以取1.05，又因为水的导热系数 W/k， 螺距=0.55m，水的普兰特数，水的流速u=2m/s，故代入以上数据于式（3）得： =5198.68 W/k由于缝隙泄露一般的实测值约为计算值的80%，因此 W/k对于国产48m不锈钢聚合釜而言，其釜壁热阻一般为 W/k，故由式（1）知总传热系数为： =652.18 W/kii.求总传热面积A由物料衡算可知：VC的每批投量/B,总转化率x=88%，反应时间，高峰时反应速率是平均反应速率的1.5倍，聚合反应热，反应温度T=56.2，总传热系数k=652.18 W/k，冷却水进口温度为5，冷却水进口温度差为5。氯乙烯的相对分子质量M=62.5g/mol，则平均反应速率为：mol/h故平均热负荷kJ/h反应放出的热量QR kJ/h令最大热负荷与平均热负荷之比等于热负荷分布指数,对于本聚合反应R=1.5，故对数平均温差为：又因为，则总传热面积为：由于最大水流量kg/h故kg/h对于48（）不锈钢聚合釜，其夹套传热面积A=6988.23，此传热面积不满足要求，故需要增加内冷管。整理以上计算结果得：表4.3.2 反应热量表反应过程Q入，kJ/釜Q出，kJ/釜升温阶段Q1：水、明胶等升温吸收的热量4.53106Q2：单体升温吸收的热量5.91105Q3：设备升温吸收的热量1.04105Q4：加热蒸气带入的热量5.23106恒温反应阶段QR：反应放出的热量3.03107Q水：冷却水带走的热量3.03107总计3.61073.61074.4汽提塔热量衡算 料浆从汽提塔上部进入，下部通入蒸汽进行汽提，VCM通过扩散的方式进入蒸汽，并与蒸汽逸出，蒸汽在塔顶冷凝，VCM则进入回收系统。进入汽提塔内的物料初始温度为66，汽提塔内压强为0.06mPa，在此压强下水的沸点为86，潜热为2293.9kJ/kg，水蒸气的比热容Cp=2.31kJ/(kg)。 进入汽提塔蒸汽的初始温度为142，物料的升温以及VC向蒸汽的扩散能由蒸汽的潜热和显热提供，而且单体的扩散能为71kJ/mol,假定在塔内有35%蒸汽冷凝，其余在塔顶冷凝。则物料升温所需热量衡算表如下：表4.4 升温所需热量表物料名称重量/ht kJ/（）QkJ/h水38131.66680144.21705443.43VC9.56680140.84889.400PVC21034.66680141.764409944.46合计2115477.29助剂所占比例甚微并入水中一起计算单体的扩散能为：kJ/h故所需的总热量为： kJ/h设蒸汽的流量为V，则得V=2973.7/h4.5列管式换热器热量衡算在0.06MPa下冷凝水蒸气，冷凝量kg/s,冷凝温度T=86，冷凝潜热kJ/kg,用冷水进行冷凝，冷凝水入口温度为20，出口温度为28.热负荷：水耗量：平均温差： 对于列管式换热器中总传热系数的K的经验值，当气流体为水，热流体为蒸汽时，K在范围内取，估算传热面积为 从腐蚀性、传热面积和价格三方面考虑后，选用无缝钢管，此管的内径，综合考虑管内、管程压降及单程管数三方面的因素，取水的流速为u=1.2m/s，故：单程管数 取根单程管长，选定换热器管长，则管程数，取,则总管数根。4.6气流干燥塔热量衡算（1）设计条件生产能力：干燥器每小时干燥湿物料20605.4。空气状况：进预热器温度，离开预热器，离开干燥器。物料状况：物料初湿含量，物料进干燥器温度，物料出干燥器时温度，物料密度绝干物料比热,颗粒平均直径d=0.125mm。（2）设计计算水分汽化量W进、出干燥器的含水量为：/干料 /干料 绝干物料的处理量为： =20605.4/3600=5.7kg/s则水分汽化量为：kg/s空气用量L汽化水分耗热kw物料升温耗热其中因此kw废气带走热量式中因此由热量衡算式得 即 得L=39.84kg干气/s出口气体湿度由物料衡算式得：干燥塔直径D采用等直径干燥塔根据经验取干燥管入口的空气速度u=20m/s，干燥塔直径 则干燥塔高度Z干燥塔高度，现分别求出参数、。i.沉降速度m/s，可用试差法求得。 设，即属于过渡流区，则空气的物性按绝干空气在平均温度下查的：。故：校核，可知范围正确。即=m/s为所求。ii. 空气流速，应为平均温度下的速度。 则iii. 停留时间，物料在此时间内完成热量传递。 故 其中每秒进料具有的总表面积 又 =2862.36kw所以即干燥管高度为4.7空气加热器热量衡算本设计采用翅片式空气加热器，由气流干燥塔热量衡算中的数据可知绝干空气的流量为，空气进加热器空气温度为15，空气加热器温度为100，空气湿度为0.0075kg水/kg干气。 设计步骤如下：翅片式空气加热器中加热蒸汽的饱和温度为满足传热要求，取=155.计算参数F 由F值查的3R型和4R型排管均适合，它们分别有3个排管和4个排管，表面风速为2.7m/s和5.5m/s，以上两种型式的排管中3R型表面风速过低，传热效果差，故选用4R型排管。根据翅片式空气加热器中空气在标准状况下的体积流量，由以下计算排管受风面积 式中排管受风面积，标准状况下湿空气的比体积流量， 表面风速，m/s因标准状况下的湿空气的比体积为4R型表面风速 =5.5m/s故 根据受风面积及排管型式表由表选择合适的翅片式空气加热器查的，用S-4R-24-78,单排管数位2，散热面积为58.5，通风净截面积为0.936。计算翅片式空气加热器加热湿空气所需的热量计算翅片式空气加热器的传热系数 对于S型翅片式空气加热器，采用蒸汽加热空气的情况，其总传热系数计算式为式中K总传热系数， G湿空气质量流速， 总传热系数修正系数， 通风净截面积，其中通风净截面积=0.936，查的4R型排管的传热系数修正系数=0.94，故则计算传热推动力核算传热面积是否满足要求 湿空气在翅片式空气加热器中从15预热到100，所需的传热面积，而三台S-4R-24-78型的翅片式空气加热器的总传热面积，则，所以该换热器能满足工艺要求。第五章 设备选型计算5.1聚合釜的选型该聚合反应采用搅拌釜式反应器，搅拌釜式反应器对各种反应体系适应性强，操作弹性大，适应温度和压力范围广，既可用于间歇操作也可用于连续操作。用于间歇操作时生产灵活性大，更换品种方便，适应市场需求能力强；用于连续操作时，反应器操作过程稳定，产品质量均一，且多釜串联连续操作产量大。设计条件日产量：生产周期：，式中为一个生产周期时间；为反应所需的时间；为投料、出料、升温等辅助操作时间。对于本反应=4.5h，=2h，则=6.5h。装料系数，式中为反应液体积。此搅拌釜反应器没有起泡沸腾时，此反应取。计算反应器体积及台数所以 由于设计任务量大，需选用多台反应器，为便于设备的设计和制造，降低设备费，可取每个反应器体积相同。对于此反应可选用国产48不锈钢釜，所需台数，因此可以取n=9台。5.2料浆排放槽的选型 料浆排放槽在工艺流程中起到连接EF工序的作用，即间歇操作的聚合过程于连续操作的汽提离心干燥过程之间的缓冲作用。 根据聚合釜容积和台数，出料槽常见有18.8，45及70几种规格。本设计的处理总体积，因此可选用五台70出料槽。5.3离心机的选型 本次设计选用卧式螺旋沉降式离心机，原因如下：第一 单机生产能力大，适合工厂大型仪表与自动集中控制的需要，没有操作周期，连续运行连续进出料擦操作方便。第二 母液含固量少，澄清度高，因分离原理是离心沉降而不是离心过滤，当机器的分离因素大于2000时，在聚氯乙烯生产中母液中含固量可以小于52ppm，即使分离因数降到1000，也能达到其离心母液的含量在1000ppm左右，不仅较过滤式离心机减少了离心母液对物料的夹带损失，而且省略了一套对离心母液回收处理的设备。第三 结构紧凑，占地面积小，易于密封。 本设计的生产能力为62.0t/h，可选用WL-630型，其生产能力为3t/h（以聚氯乙烯悬浮液计），因此采用的离心机台数台即需要21台。WL-630型离心机规格如下：表5.3 WL-630型离心机型号WL-630转鼓规格 内径长mm6301065转速20002200分离因素1400/1700生产能力 t/h3电动机型号Y225M-2功率kw45外型尺寸长宽高mm310024501120重量kg40705.4气流干燥塔鼓风机的选型求管路所需实际流量 由前面气流干燥塔计算结果可知空气用量L=39.84kg/s，在140空气密度，所以求管路实际分压 在空气的入口截面与出口截面列伯努利方程得已知空气入口前的空气压力及出口后的压力均为大气，故=；入口速度；由于出口温度t=60，故出口状况下的密度；设备和管路总阻力损失为=2000Pa。代入上述数据得： ，转化为标准条件下的风压力为。根据实际流量L=和标准条件下的风压，可查的4-72-16型通风机合适，主要性能参数如下：表5.4 4-72-16型通风机类别名称型号全压范围mmH2O风量范围功率范围kW输送介质最高允许温度t,一般离心通风机离心通风机4-72-16203249912275001.1210805.5列管式换热器的选型由前述热量衡算可知：列管式换热器的传热面积s=7.1，单程管数n=99根，管程数，单程管长为1.5m，查资料化工设备的选择与工艺设计可知选用型号为G-400-1-16-12,其实际传热面积为12.0，有关参数如下：公称直径 DN 400mm 公称压力 PN 传热面积 S 管程数 1管数 N 109 管长 L 1.5m管子规格 管心距T 32mm管子排列方式 正三角形设备一览表序号设备名称设备型号及规格数量1聚合釜直筒长：5500mm 内径：3000mm 体积V=4892汽提塔筛板开孔率：10% 空气气速：1.0m/s13汽提塔进料泵ESHK80-200(A) Q=100 H=60m开式 2950r/min24离心缓冲槽进料泵ESHK80-200(A) Q=100 H=60m开式 2950r/min15汽提塔回水泵ESHK40-250C Q=24 H=57m开式 2950r/min YB160M-216料浆过滤器DN=250 L=110057蒸汽过滤器DN18单体贮槽DN V=6019废液池110无离子水过滤器DN211文丘里112水液分离器DN 113单体气液分离器DN 114回收单体贮槽DN 115回收单体进料泵ESH80-200A Q=100 H=60mn=2950r/min116VCM气体过滤器DN 过滤面积A=6 m2117压缩机循环水泵ISG40-200AJ Q=10.9 H=37.7m218列管换热器G-400-1-16-12 管数：99 管长：1.5m319配套板式换热器F=30 m2120抽风机Q=6450 H=163mm B-72-4121空气过滤器过滤面积24 m2 有效过滤面积7.4 m2122鼓风机型号：4-72-16 风量范围：991227500功率：1.1210kW123离心机型号：WL-630 分离因素1400 生产能力3t/h2124快料旋转筛 减速MB22YBXW5-87125一级冷凝器 换热管：L=3000正三角形排列326二级冷凝器 换热管：L=3000正三角形排列127阻聚剂滴加罐DN 128压缩机汽水分离器DN129一级螺旋输送器减速机XWD11-7-1/17 速比17 130二级螺旋输送器减速机XWD22-9-1/17 速比17 带变频调速器131中间料仓容积 232旋风干燥塔133一级旋振筛334二级旋振筛235罗茨鼓风机ZMH4-200 风量 升压58.5kPa136离心机给料槽ESHK80-200 Q=95 H=48m237料浆混合槽 V=94138母液沉降槽DN2第六章 安全生产及环境保护6.1氯乙烯的燃烧爆炸性能氯乙烯与空气形成爆炸混合物范围4%22%。氯乙烯与氧气形成爆炸混合物范围为3.6%72%。液态氯乙烯无论从设备或从管道向外泄露都是极其危险的，一方面它遇到外界火源会引起爆炸起火；另外，由于它是一种高绝缘性的液体，在压力下快速喷射会产生静电积累而自发引起起火爆炸，因此防止氯乙烯泄露十分重要，在输送液态氯乙烯时宜选用低流速，并将设备及管道进行防静电接地。6.2氯乙烯的防火防爆措施氯乙烯与空气的爆炸范围下限较低，因此氯乙烯泄露在空气中形成混合爆炸性气体，危险性很大。造成氯乙烯空间爆炸的主要原因是氯乙烯泄露到空气中形成混合爆炸性气体，由于打火或静电的原因所致。氯乙烯泄露原因及预防措施如下所述： 氯乙烯合成分馏尾气排空氯乙烯含量过高或夹带液体氯乙烯（简称尾气带料），产生尾气带料原因很多，其主要原因是：分馏操作不当，或尾凝气下料管冻结或堵塞；尾凝器下料冻结堵塞冷却效率低；全凝器冷却效果差。预防措施：1）严格操作控制，坚持巡回检查，及时发现问题并及时处理；2）尾凝器定期停用化冰，以防冷却效果降低；3）尾气排空应采用活性炭回收氯乙烯措施。 氯乙烯压缩机泄露。氯乙烯压缩机主要是拉杆及轴头漏气造成污染，易发生危险。预防措施：1）要坚持氯乙烯压缩机定期检查，并注意检修质量；2）改进压缩机密封结构及填料材质，最好改用无油润滑结构。 氯乙烯贮槽液面计破裂，造成氯乙烯泄露。预防措施：1）玻璃液面计应保持定期检查及定期更换；2）液面计与贮槽间应装有阀门，并应保持灵或好用。 分馏系统压力过大，设备及管路垫泄露氯乙烯。预防措施：1）定期检查及更换设备及管路垫，严禁使用胶垫；2）坚持巡回检查制，发现问题及时处理；6.3聚合釜安全生产聚合釜是生产过程的核心，在聚合过程中保证聚合釜的安全是十分重要的，在生产过程中应注意以下几个问题： 聚合釜轴封泄露国内48m3聚合釜采用机械密封，其使用寿命一般可用半年或一年，最长可达两年，如果管理得当，检修及时这种密封基本上可以保持不漏气，但个别釜因多种原因也会发生露气现象，发现漏气应及时查找原因，采用检修措施。国外机械密封釜一般可用三年左右，因此当前国内聚合釜从密封结构、材质及检修质量上均应需进一步改进和加强，以减少氯乙烯泄露，减少污染，保证安全。2 爆聚排料聚合激烈反应，当聚合温度、压力急剧上升时，或初期温度过高，均会造成安全阀起跳，使大量氯乙烯外逸，此时最易发生空间爆炸事故。造成聚合釜温度压力升高的主要原因有：配料不准，引发剂过量，水比降低；聚合停电或停水；聚合升温时停汽提或停热水过迟，也会造成安全阀起跳。预防措施：1）准确配料，配料时一定要坚持两人相互校对，以防有误，秤应定期校对；2）聚合时应采用双电源加以备用；3）当聚合停水、停电时，应向釜内加阻聚剂；4）聚合压力应安装报警装置。聚合釜人孔或手孔及釜口垫破裂聚合釜人孔手孔及釜管口垫，一定坚持严格检查和定期更换及试压制度，严防在聚合过程中人孔手孔及管垫破裂，因一旦破裂，难于现场扑救和处理，其危险性极大。 6.4环境保护6.4.1PVC的环境保护PVC的环境问题主要存在于PVC产品的生产加工和垃圾处理两方面。生产加工中的污染，主要指加工助剂的影响；垃圾处理中的污染主要包括对大气及土壤的污染以及