年产4.5万吨聚氯乙烯工程项目工艺设计毕业论文.doc

第66页贵州大学本科毕业论文（设计）年产4.5万吨聚氯乙烯工程项目工艺设计毕业论文摘 要1Abstract2第一章 总 论31.1 设计对象31.1.1 产品聚氯乙烯的概述31.1.2 聚氯乙烯的物化性质41.1.3 聚氯乙烯的主要用途51.1.4 产品聚氯乙烯的主要规格51.1.5氯乙烯的物化性质51.1.6 氯乙烯的用途及前景71.2 工艺路线的选择论证71.2.1 单体合成工艺路线及选择71.2.2 聚合工艺路线及选择91.3 建厂位置选择121.4 年工作日和工作制度的确定14第二章 生产工艺原理152.1反应原理152.1.1氯乙烯单体的合成（电石乙炔法）152.2.2 生产工艺流程简述172.3 催化剂的选择172.4 主要原料物化性质172.5 主要工艺参数18第三章 工艺计算203.1 物料衡算203.1.1 计算依据203.1.2 计算213.2 热量衡算323.2.1 衡算方法323.2.2 计算：333.3 主要设备的设计与选型423.3.1 石墨冷却器的选型423.3.2 石墨预热器的选型：433.3.3 石墨冷却器的选型443.3.4 转化器的设计453.4 主要管道管径计算和选型483.4.1 HCl进料管483.4.2 乙炔气进料管493.4.3 石墨冷却器的进料管503.4.4 多筒过滤器进料管503.4.5 转化器进料管513.4.6 转化器出料管513.4.7 石墨冷却器进口管523.4.8 40%盐水进料管523.4.9 循环水管533.4.10 总进水管543.4.11 部分管道一览表54第四章 非工艺部分554.1环境保护与工厂“三废”处理554.2 氯化汞触媒的产生中毒机理及处理564.2.1 氯化汞触媒的产生564.2.3 氯化汞中毒机理574.2.4 废HgCl2触媒的处理574.3 尾排废气氯乙烯的产生中毒机理及处理574.3.1 尾排氯乙烯的产生574.3.2 中毒机理574.3.3 对VC泄露的综合治理584.4废水的处理584.5 经济评价584.5.1技术指标584.6经济核算594.6.1基本介绍594.6.2预计产品成本594.6.3经济分析594.6.4生产聚氯乙烯所需原材料604.6.5原材料及动力消耗604.6.6投资估算604.6.7产品成本及部分厂家的产品价格614.7安全生产63结语65致谢66第一章 总 论1.1 设计对象1.1.1 产品聚氯乙烯的概述聚氯乙烯（PVC）是一种有机合成材料，是国内5大的热塑性合成树脂材料之一，PVC的发展迅速，运用广泛，由于其有着廉价的特性以及使用普遍的优势，在整个合成树脂的消费量中PVC就占了差不多29%，这个占有量仅次于拍第一的聚乙烯（PE），PVC则排名第二。所以在生活中我们可以随处可以见到聚氯乙烯的身影，只是我们没有太多的留意，最主要也是最常见最多的就是生活着的各种熟料，比如塑料袋这个就是大家几乎走到哪里都会看到的，从大的方面来说就是衣食住行处处都有聚氯乙烯产品的存在，很贴近我们的生活，所以从很多方面来说聚氯乙烯对我们的影响是非常大的，与我们的生活也是息息相关，有着举足轻重的重要性。 在中国聚氯乙烯（PVC）产业拥有非常广阔的发展前景，从很多方面来说这都是毋庸置疑的，大家都知道中国无论是从国土面积还是从人口上来说，都是非常巨大的，并且加上现在的经济综合实力越来越强大，所以在对聚氯乙烯的使用上面需求量是非常大的，并且只会有增无减，为PVC产品的使用提供了一个广大的市场。但是主要的问题就在于我们自己能不能生产处符合要求，能够满足我们使用的合格的聚氯乙烯，要解决这个问题，关键就在于从生产技术出发，提高了核心的生产技术，我们就能生产处合格的产品来满足这个大市场的需求，我们国家在这方面也在不断的进行探索，不断地的在开发新技术。进入第二十一个世纪后的今天，我们更应该学习和借鉴国外的先进技术和发展模式，结合中国的具体情况，中国PVC行业的发展。在淘汰落后产能的同时，对上游和下游产业链的一体化建设，目前务必需要做到的就是加大生产可以的投入，因为只有拥有一个先进的技术，产品才不会落后，其次就是要适应发展的脚步，那就是一个企业要做到环保，务必要求其生产工艺是清洁的，这是今后PVC行业不断壮大发展的一个主要前进方向。1.1.2 聚氯乙烯的物化性质聚氯乙烯的理化性质相对来说还是比较稳定的，也正以为它具有自己独特且实用的这些性质，才让它能够制造出许多有生活实际意义的的产品，以下就是对聚氯乙烯有关性质的简介：分子式： ( CH2-CHCl)n 物理性质 外 观：白色粉末比 重：1.35-1.45宏观密度：0.40-0.65 g/cm3比 热 容：0.8372-1.465 J/g（0100）导热系数：0.6128 W/(mK)折 光 率：1.544软 化 点：7585颗粒半径：糊树脂0.12，掺混2080；化学性质而生产运用的主要也就是聚氯乙烯的化学性质，拥有这些化学性质并利用这些化学性质就可以制造出可以使用的产品。耐酸碱性：聚氯乙烯具有很好的化学稳定性，能耐高浓度的盐酸，也就是不会有盐酸能够对其造成腐蚀，出了盐酸以外，PVC还可以耐一定浓度的硫酸以及硝酸的酸性，还有一定浓度范围的浓碱溶液，这个性质也让PVC产品的实用性增大了很多，除了上述的可以有很强的耐酸碱性以外，PVC还能和这些强酸强碱发生不一样的反应。老化性：较耐老化，也就是这个性质在很大程度上决定了聚氯乙烯产品的使用寿命，让它不是那么轻易的被风化。1.1.3 氯乙烯的主要用途氯乙烯在工业上的主要应用时生产聚氯乙烯树脂，故常称其为氯乙烯单体（VCM）所谓聚氯乙烯树脂是一类由氯乙烯单体衍生的均聚物和共聚物，其中氯乙烯占树脂组分质量的50%，因此VCM的生产质量和成本直接影响到聚氯乙烯树脂的质量和成本。目前用于制造聚氯乙烯树脂的氯乙烯约占其产量的96%，VCM的需求量和产量在很大程度上取决于聚氯乙烯树脂的需求量。聚氯乙烯为五大和成树脂之一，由于其价廉易得、应用广泛，因此需求量和产量逐年上升。氯乙烯是离分子材料工业的重要单体，产量很大，还可用于合成1,1,2-三氯乙烷和1,1-二氯乙烯等。故氯乙烯的生产在基本有机化学工业中占有重要的地位。1.1.4 产品聚氯乙烯的主要规格聚氯乙烯的产品根据它的纯度还可以细分为几种，然后评为不同等级的产品，不同含量精度的聚氯乙烯它的酸碱度PH也各不相同。产品及副产品规格见表1-3。表1-1 聚氯乙烯产品规格序号纯度单体含量其它杂质H2OPH备注精聚氯乙烯99% 0.10.60.32.7-3.7优级品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.32.5-3.8合格1.1.5氯乙烯的物化性质因为本设计虽然是年产4.5万吨的聚氯乙烯，但是主要的还是氯乙烯工段合成工序，因此除了介绍最终的产品聚氯乙烯以外，这里也要重要的介绍有关氯乙烯的性质。氯乙烯的规格如下表：表1-2 氯乙烯的规格 项 目指 标纯度（%） 99.99乙炔（10-6） 101,1-二氯乙烷（10-6） 100水份（10-6） 60铁（10-6） 1氯化氢（10-6） 1氯乙烯的分子式为，结构式为，相对分子质量为62.5，它的蒸汽压和温度的关系如下表：表1-3 氯乙烯的蒸汽压和温度的关系温度压力（104）温度压力（104）-28.370.52716.213.010-23.020.68425.724.035-16.610.90333.535.051-13.611.02338.725.999-8.231.65239.275.999-1.751.63246.806.4404.101.97854.878.9005.532.10960.4310.121除此之外，氯乙烯也具有自己独特的化学性质，它有两个可以发生反应的地方，氢原子以及双键，能够参加的化学反应那更是非常的多。值得一提的是氯乙烯它还有一定的爆炸性，如果处理不好很容易给我们带来危害，氯乙烯只要和空气混合后，它们的混合物只只要达到一定的范围就会爆炸，这个范围是422%，所以日常中对氯乙烯的排放储存以及运输就要特别的注意采取有关的措施。氯乙烯应该储存在密闭的空间，室内周围环境的温度不能太高，一般要求不能超过30，并且要防止不能发生撞击，远离火源。在运输过程中，要使用钢瓶装运，钢瓶也要必须戴上安全帽，并且要平放，不能和其他的有氧化性的物品一起运输。1.1.6 氯乙烯的用途及前景VCM单体最主要的用途就是制造它的有关聚合物，是塑料生产的主要原料，除此之外，它还能最为萃取剂和制冷剂，是一个具有很多用处的物质。有关它的前景，因为之前他是生产PVC的主要原料，聚氯乙烯的生产是离不开它的，又因为之前已经介绍过PVC的有关前景发展前途，是非常乐观的，聚氯乙烯的前景乐观，那么氯乙烯的市场等等的前景也是非常广阔的，并且除了作为聚氯乙烯的主要原料以外，他还有很多其他的使用，比如作为制冷剂和萃取剂等等。1.2 工艺路线的选择论证这个部分主要介绍有关VCM单体的合成方法以及最终产品PVC的各种聚合方法，以及最后所选择的反应方法。因为对于化学反应开说可能要得到一个产品会有很多的反应以及很多的方法来实现目的，但是每一个反应每一个方法都有其各自的优点以及缺点，这样我们就要综合考虑各种方法，选出最适合自己生产所需要的路线，这样才能做到经济效益的高效，还有对环境的保护，企业才能长久持续的发展下去，可知工艺路线选择的重要性就不言而喻了。1.2.1 单体合成工艺路线及选择 氯乙烯的合成有很多种方法，主要有乙炔法、乙烯法等，下面便来一一介绍一下这些方法，并对它们做一个比较，然后选择一个适合的工艺路线。 （1）乙烯氧氯化法 氧氯化法是对利用HCl合成有机物的一种称呼。其反应如下CH2=CH2 +2HCl+1/2 O2ClCH2CH2Cl+ H2OClCH2CH2ClCH2=CHCl +HCl这种法的特点是：生产成本低，但产量规模大，很好的利用了热能，这种方法是目前氯气比较少的地区常使用的一种方法。（2）乙炔法 用反应的催化剂，乙炔和加成反应之后得氯乙烯：CHCH+HClCH2=CHCl这个过程可分为制乙炔，乙炔精制，氯乙烯合成和乙烯产品的精制。这种方法工艺和对设备的要求都比较简单，投资也不太高，产品的回收率也高；但不好的地方就是能量消耗大，原料成本来说也相对的比较高，不宜大规模生产。这种方法在国外差不多已经被淘汰，但是由于我国矿产资源丰富，普遍都有廉价的煤炭资源，为此方法提供了可行的条件。就像上面提到的一样我国是一个矿产资源非常丰富的一个资源大国，比如乙炔法反应这个方法需要用电石来生产乙炔气，然而生产乙炔的过程中就要用到供热物质来煅烧电石，而最常用的就是煤炭，煤炭又是我国矿产资源里面储量相对来说比较丰富的一种，就地取材将会节约下许多的原材料成本，因此虽然这个方法他也有很多不值得可取的地方，但是综合考虑下来，这种方法还是在我国是非常实用的！（3）乙烯直接氯化法CH2=CH2+Cl2CH2=CHCl+HCl这种方法是很久之前就已经研发出来的一种生产工艺。这种方法的最大缺点就是伴随反应进行，得到主产物的同时还产生大量的副产物1,2-二氯乙烷，使产量相对较低。但是这个反应也有其自己的优点，他的副产物也可以作为其它反应的原料，所以综合来说这个方法依然是一个比较好的方法。（4）乙烯氯化裂解法CH2=CH2+Cl2CH2ClCH2ClCH2ClCH2ClCH2=CHCl+HCl这是为弥补乙烯直接氯化法当中存在的问题而开发出来的一种生产方法，这种方法生产效率高。这种方法产生的副产品氯化氢，如果没有得到循环合理的利用，那么就会增加生产成本。但是由于这种方法不能够达到很高的转化率，并且还要依赖于其他方法来实现,这样就会显得过程繁琐，生产实际意义不强，因而没有什么好的发展前途。（5）乙烯氧氯化平衡法其实这种方法就是利用两种生产方法之间的互补来实现的，这种法分三步进行，如下：乙烯氯化二氯乙烷热裂解ClCH2CH2ClCH2=CHCl +HCl氧氯化反应采用乙烯氧氯化法生产的主要优点是在氯化氢的全过程中HCl始终保持平衡，不需要添加也不会产生消耗，从而达到一种平衡，这就是平衡氧氯化法。这种方法是现在世界上比较前卫的生产工艺方法。上面简单的介绍了几种生产氯乙烯的工艺方法，对几种方法比较它们的特点，本次设计最后决定选用电石乙炔法来制取氯乙烯。原因如下：电石乙炔法是最早实现工业化的方法，在我国的话资源丰富，矿产资源、煤炭资源丰富，生产工艺相对来说比较成熟，工艺和设备都比较简单，投资不太高，产品的收率也高，降低生产成本对于产业来说是非常重要的。1.2.2 聚合工艺路线及选择 在PVC的氯乙烯的工业化生产中，根据使用的树脂不相同，聚合方法可以分为以下四种类型：悬浮聚合、本体聚合、乳液聚合、溶液聚合四种聚合方法，在这四种方法中，最常用的是悬浮聚合法，在聚氯乙烯的总产量当中差不多近九成都是悬浮聚合生产出来的，这些年来，这项技术已经取得了突破性进展。 悬浮聚合悬浮聚合是单体滴以悬浮状态在液相中分散，选择的油溶性引发剂则溶解在单体中的方法，聚合反应的过程是在水中进行的。氯乙烯聚合反应方程式为：n CH2CHCl ( CH2-CHCl )n + 96.3108.9 kJ/mol VC悬浮聚合是在搅拌作用下使液体VC聚合的过程，分散的液滴悬浮在水介质中的水。本体聚合两种树脂在使用中也有轻微的不同，如本体聚合法和悬浮法两聚合物都可以用于刚性管的生产。 乳液聚合糊树脂和增塑剂一起搅拌成稳定性很好的糊，最终产品的生产，主要应用的是PV C壁纸、人造皮革、泡沫地板涂层处理；乳液聚合物主要用于挤出生产薄壁复杂形状的型材。溶液聚合虽然VCM溶液聚合法在很早之前就已经被运用了，但是目前只限制于聚合物溶液的使用。VCM溶液聚合单体的进行，是在引发剂和溶剂存在的条件下进行的，散热和控制都很容易在聚合反应里。在这个领域中，一般把氯乙烯和第二，第三单体共聚，以上溶液当油漆使用时，溶剂损耗严重，损坏环境。 聚合方法的确定上面所说的四种方法虽然聚合工艺不同，然而它们的聚合反应机理都一样，全都是自由基聚合。以上生产树脂的四种方法中，以悬浮聚合法产量最大，聚合速率也相当快，现在大多数PVC的生产厂家的生产方法大多都在偏向于悬浮聚合这种方法，悬浮聚合的工艺流程图如下。干燥混合气精乙炔粗乙炔电石 湿式发生 清静 混合脱水HCl电石渣 +H2O +NaClO合成气精VC粗VC合成（转化） 水洗、碱洗 加压精馏 悬浮聚合HgCl2 + H2O 加悬浮剂废酸液 +NaOH 加引发剂干燥PVC成品PVC湿PVCPVC悬浮液 后处理、离心 干燥 过筛包装 +NaOH 加热风 图 1-1 聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程示意图图1-2 聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程图1-氯乙烯计量罐；2-去离子水计量罐；3、4、7-过滤器；5-多级水泵；8-聚合釜；9-泡沫捕集器；10-沉降池；11-碱中和釜；12-离心机；13-料斗；14-螺旋输送器；15-气流干燥管；16、17、19、20-旋风分离器；18-沸腾床干燥器；21-振动筛下面就对上面介绍的四种生产聚氯乙烯方法的各自的相关不同点进行了整理，可以更加明了它们彼此之间的差异。对四种聚合方法的特性进行比较整理如表1-2所示。 表1-4 四种聚合方法比较本体聚合溶液聚合悬浮聚合乳液聚合聚合场所本体内溶液内单体液滴内乳胶粒内温度控制困难简单简单简单聚合速率中等小较大简单分子量控制困难容易较容易简单生产特征间歇产可连续产间歇产可连续产总而言之，这四种方法都是可行的方法，但我们要综合考虑，从各个角度进行分析，选出最经济最实用的方法，而不单单的只考虑某一个因素，因此综合下来悬浮聚合法在汗多方面都要其它四种有优势。1.3 建厂位置选择厂址选择的基本原则与要求选址是是一个关乎到工厂企业经济效益等等多方面的一个起决定性的因素，因此必须做好这个环节。对厂址的选择一般考虑的很多，比如对环境的影响，因为现在一个企业想要长久的发展下去就要跟着政策走，走可持续的发展道路，脱离了这些就很难前行，除此之外还要考虑原料的来源，如果对原料的来源取得不是太方便，那就会增加生产的成本的投入，主要是运输费，所以最好是建造在靠近原料地的地方，其次也要考虑产品的销售地，如果太远的话那就要考虑到交通一定要好，这样方便原料的采购以及产品的外销。另外还要考虑的是就是当地的气候条件，因为在生产过程中气候的影响还是有点的，不可能选在一个天天暴雨或者天天高温的地方，当地的平均气温也要满足生产温度，过高过低都是不好的。另外就是对环境的影响，不能够选在人口密集的地方，毕竟是化工厂，如果有河流的话，不能建造在河流的上流，也不能建在上风向，只有综合考虑了这些因素之后才能够选出一个实用并且具有优势的厂址。基本原则 符合所在地区、城市、乡镇总体规划布局。 节约土地，肥沃的土地和土地经济效益高的土地不占领，并按照国家现行的土地管理，环境保护，水土保持等法规及相关规定实行。有利于环境和景观的保护，最好远离风景旅游区还有自然保护区，不污染水，这是三废物处理的期望，并按照环境保护的法律、法规的相关规定实行。化工厂的选址是一个复杂的问题，涉及到很多的因素，必须综合考虑各个方面，而不能单一的只考虑某一方一方面。最后综合考虑，年产4.5万吨的聚氯乙烯工程项目基地拟建在贵州省黔西南布依族苗族自治州北部的普安县楼下镇境内，原因如下：（1） 地理位置普安县位于贵州省西南部，之所以选择在这里，原料便捷是一个原因，其次就是它的地理位置，交通方面便利，国土面积139.9。境内有县乡级公路4条，总长63.6Km，交通便利。（2） 自然环境地形特征是中间比较高，四周比较低，乌蒙山脉穿过中部的县分为两个部分，北部和南部。地形是低斜率分布西南东北。在泥堡海拔1966.8m在老熊洞的最高点，在竹桶河与楼下河交汇处最低，海拔1061.5m。主要河道楼下河，从西至东流经境内的上屯、鱼陇，长18Km，流域面积68。(3) 气象条件本项目位于云贵高原向黔中过渡的梯级状斜坡地带，属亚热带季风湿润气候。多年的年平均气温为13.7，极端最低气温-6.9（出现在1977年2月9日）；最高气温，总的来说这里的气温不是太高也不会太低，日照时间相对来说是比较长的平均为，年总辐射103.25。降雨主要集中在六月到八月。（3） 交通运输条件普安地处交通枢纽中心，通过沪昆高速、汕昆、晴兴高速公路和沪昆快速铁路、毕水兴城际铁路（规划建设），距离省会几百公里，兴义市也就几十公里，总体来说交通比较便利的。(4) 公用工程条件供电 2011年末城镇拥有110Kv及35以上变电站（所）2座，主变压器77台，总容量7920兆伏安，高压输电线路3条，总长度161.4千米，年售电量累计完成。供热 本项目周边区无可利用的热源，需根据项目的实际需求，利用好项目本身副产蒸气，不足部分由动力车间供应。（5） 优惠政策根据兴义市招商引资优惠政策（试行）的通知可以了解到，在这里建设项目那将会得到政府的很多优惠政策的支持。在供电、供水、财政等方面都有相应的优惠政策。这将大大的为本项目的实施提供很多好处，特别在资金方面。1.4 年工作日和工作制度的确定在生产过程中，考虑到该生产装置的连续性，生产作业制度实行“四班三倒”（即白班、中班、夜班）的模式，除计划停车检修和临时小修，每年按300个工作日计算，每天24小时连续生产。由于这是化工生产，氯乙烯又是易燃易爆物质，所以在生产过程中所有员工都必须遵守化工生产的有关规章制度。第二章 生产工艺原理2.1反应原理2.1.1氯乙烯单体的合成（电石乙炔法）电石乙炔法是通过电解食盐水得到和，然后再混合路里面进行燃烧反应干燥后得到气体，之后与经过净化工段净化后的乙炔进行加成反应就可以得到粗氯乙烯，粗氯乙烯通过精馏提高纯度之后就得到纯氯乙烯单体。这边是电石乙炔法制氯乙烯的大致过程，其主要的有关反应如下：(1)乙炔制备原理电石水解反应原理CaC2 +2H2OCa(OH)2 +C2H2 +130KJ/mol(31kcal/mol)由于工业电石的纯度并不是太高，里面含有大量杂质,在进行反应的时候，特别是水解反应是，会产生一些副产物和相应的气体，其反应式如下:CaO+H2OCa(OH)2+63.6kJ/molCaS+2H2OCa(OH)2 +H2SCa3P2 +6H2O3Ca(OH)2 +2PH3 Ca3N2+6H2O3Ca(OH)2 +2NH3 清净原理:上述水解反应中,生成的粗乙炔气中含有硫化氢、 磷化氢等杂质气体,在清净时主要进行如下化学反应： 上述反应生成的 、 等酸类物质， 少量夹带于气体中， 进入中和塔，在塔的里面还可以和发生中和反应，主要的反应式如下： （2）氯化氢的合成和在一般的正常温度下的合成反应进行的比较温和， 假如受到某些强烈条件的刺激，就有可能爆炸，这种反应称为链锁反应。 H2 + Cl2 2HCl + 185.04kJ/mol (3)生成氯乙烯反应这个反应用作为催化剂，的温度范围内反应，反应式如下：主反应 当HCl过量时，还会发生副反应，如下：副反应： CH2CHCl + HCl CH3CHCl3 反应流程简图如图2-1所示。图2-1 电石乙炔法工艺流程简图2.2.2 生产工艺流程简述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除汞器水洗塔碱洗塔冷却器图2-2 生产工艺流程以上便是电石乙炔法生产氯乙烯的工艺流程简图。2.3 催化剂的选择乙炔和氯化氢的气相反应生产得到氯乙烯的反应选用的催化剂是氯化汞催化剂，在的温度以内，这个时候的热力学常数是相当高的，也就是说反应到达平衡的时候，就有可能得到很高产率的氯乙烯产品，但问题是在这个温度下且没有催化剂的时候该反应的感应速度接近于零，然而当有少量的氯化汞催化剂存在时，反应过程就会得到很大的提速。原因在于氯化汞催化剂可以和乙炔原料形成一种中间配合物，然后中间配合物再进一步的得到产品氯乙烯，简单的说有了氯化汞催化剂之后改变了反应的过程以及反应需要的活化能，从而达到了提速的目的。2.4 主要原料物化性质 （1）乙炔：分子式：C2H2 分子量：26工业压力温度超易发生爆炸纯度：98.5%不含硫、磷、砷等杂质。（2）氯化氢：分子式：HCl 分子量：36.5标况下比重为；熔点为，沸点为；纯度93%水分0.06%（3）氯乙烯氯乙烯的结构式为：；有一定香味的无色气体，时是液体；容易爆炸，爆炸极限：；不溶于水，易溶于乙醚和四氯化碳。 分子式： 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3.626.4%(体积)2.5 主要工艺参数本设计工艺参数如表2-1所示表2-1 本设计工艺参数设备名称指标名称单位指标压力atm1.5混合器乙炔流量：氯化氢流量1: 1.05混合气温度25石墨冷却器进料温度25出料温度-14盐水进口温度-35盐水出口温度-20多筒过滤器混合气含水%0.08石墨预热器进料温度-13出料温度75循环水进口温度110循环水出口温度95转化器反应温度（新触媒）150反应温度（旧触媒）180卸大盖温度循环水进口温度循环水出口温度放酸转化率60次/小时%95110195第三章 工艺计算3.1 物料衡算物料衡算运用的是倒推法，也就是根据设计题目的年产量以及相应的转化率以及损失率来计算所需的各种原料的量然后才能计算有关的热量和物料衡算，这里的计算便是对我们所学过的只是最好的考验。3.1.1 计算依据 计算标准：生产任务：年产4.5万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算日产量：4.5/300=1.5kg小时产量：1.5/24=6250 kg 查阅资料可以得到聚合物大致的转化率一般在85%90%之间2，但是在转化的过程中难免会有一些损失，比如在洗涤、包装等等工序都会有相应的损失，所以不能做到100%的转化，本设计取转化率为85%。设每小时需要的氯乙烯原料为x kg则x85% =6250 kgx=6250/85%=7352.9 kg每小时要合成原料氯乙烯7352.9kg 氯乙烯的化学反应式主反应：副反应： 用倒推法计算精馏：（氯乙烯的收率：99.5%）7352.9/99.5%=7390kg=7389.85/62.5kmol=118.238kmol转化器：（乙炔转化率：98%）123.04/98%=120.651kmol进料原料气中乙炔气需要量为：120.65126kg=3136.926kg3.1.2 计算 混合器的物料衡算乙炔氯化氢CHCHHClO2H2O混合器图3-1 混合器的物料衡算方框图计算依据：CHCH和HCl的摩尔比为：1：1.051.11本设计选取：n CHCH：nHCl=1:1.05 进料气组成表3-1 进料气组成进料气组分含量/%乙炔气CHCH99H2O0.04N20.96氯化氢HCl95H2O0.06N20.74O20.3H23.9进料口需要乙炔原料气为：120.651/99%=121.870kmol 进料口需要氯化氢原料气为：121.8701.05/95%=134.698kmolCHCH：120.65126kg=3136.926kg HCl：120.6511.05=126.684kmol=126.68436.5kg=4623.966kg ：134.6980.3%=0.404kmol=0.40432kg=12.928kg ：121.87100.04%+134.6980.06%=0.130kmol=0.13018kg=2.34kg:134.6983.9%=5.253kmol=5.2532=10.506kg:121.8700.96%+134.6980.74%=2.167kmol=2.16728kg=60.676kg 出料：计算依据：混合气中的水分是以酸雾的形式进入到下一层的，只有一点点的水分是通过浓盐酸流出的，因此省略流出的浓盐酸量3。CHCH：120.65126kg=3136.926kg HCl：120.6511.05=126.684kmol=126.68436.5kg=4623.966kg ：134.6980.3%=0.404kmol=0.40432kg=12.928kg ：121.87100.04%+134.6980.06%=0.130kmol=0.13018kg=2.34kg:134.6983.9%=5.253kmol=5.2532=10.506kg:121.8700.96%+134.6980.74%=2.167kmol=2.16728kg=60.676kg 混合器物料衡算表表3-2 混合器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH3136.926 39.974CHCH3136.926 39.974HCl4623.966 58.924HCl4623.966 58.924H2O2.340 0.030H2O2.340 0.03010.506 0.13410.506 0.134O212.928 0.165O212.928 0.16560.676 0.77360.676 0.7737847.342 100.07847.342 100.0 石墨冷却器CHCHHClO2、H2、N2H2O石墨冷却器混合气盐酸图3-2 石墨冷却器物料衡算方框图计算根据：在石墨冷却器中，冷却剂（尾气冷凝器下水）是用-35的盐水来间接冷却的，混合气中40%水分以盐酸排出，其他部分则夹带于气流中【10】。 进料：CHCH：120.651kmol；3136.926kg HCl：126.684kmol；4623.966kg ：0.404kmol；12.928kg ：0.130kmol；2.34kg: 5.253kmol；10.506kg: 2.167kmol；60.676kg 出料：CHCH：120.651kmol；3136.926kg : 0.404kmol；12.928kg: 5.253kmol；10.506kg: 2.167kmol；60.676kg ：0.130（1-30%）=0.091kmol=0.09118=1.638kg HCl：盐酸：石墨冷却器物料衡算如下表：表3-3 石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH3136.926 39.974CHCH3136.926 39.974HCl4623.96658.924HCl4623.49858.924H2O2.340 0.030H2O1.638 0.02110.506 0.13410.506 0.134O212.928 0.165O212.928 0.16560.676 0.77360.676 0.773盐酸1.170.0157847.342 100.07847.342 100.0 多筒过滤器查资料知在多筒过滤器中，使用憎水性有机硅树脂的细玻璃纤维，可以把绝大多数的酸雾分离下来，以盐酸的形式排出【3】。设：盐酸为38%，除水量为80%进料：CHCH：3136.926kg HCl：4623.498kg ：12.928kg ：1.638kg: 10.506kg: 60.676kg出料：CHCH：3136.926kgO2： 12.928kg: 10.506kg: 60.676kgH2O： 1.638（1-80%）=0.3276 kgHCl：盐酸：多筒过滤器物料衡算表表3-4 多筒过滤器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH3136.926 39.980CHCH3136.926 39.980HCl4623.49858.927HCl4622.69558.917H2O1.6380.021H2O0.328 0.00410.506 0.13410.506 0.134O212.928 0.165O212.928 0.16560.676 0.77360.676 0.773盐酸2.1140.0277846.172 100.07846.172100.0 石墨预热器 因为石墨冷却器不改变物料的量，所以其进出口物料相同且相等。表3-5 石墨预热器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH3136.926 39.991CHCH3136.926 39.991HCl4622.69558.932HCl4622.69558.932H2O0.328 0.004H2O0.328 0.00410.506 0.13410.506 0.134O212.928 0.165O212.928 0.16560.676 0.77460.676 0.7747844.059100.07844.059100.0 转化器CHCHHClO2H2O转化器CH2=CHClHClCHCHO2NH2O图3-3 转化器物料衡算方框图根据转化率为98%。进料：CHCH： 3136.926kgHCl： 4622.695kgH2O：0.328kg ：10.506kgO2： 12.928kg ：60.676kg出料：CH2=CHCl：kgCHCH：kgHCl：kgH2O：0.328kg ：10.506kgO2： 12.928kg ：60.676kg得到转化器物料衡算如下表：表3-6 转化器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH3136.926 39.980CH2=CHCl7389.87494.210HCl4622.69558.927CHCH 62.7390.800H2O0.328 0.021HCl307.0093.91410.506 0.134H2O0.328 0.004O212.928 0.16510.506 0.13460.676 0.773O212.928 0.16560.676 0.7747844.059100.07844.059100.0 除汞器 除汞器只是为了去除催化剂带来的各种尘土颗粒，并不改变反应组分，所以进料同出料是一样的。如下表：表3-7 除汞器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl7389.87494.210CH2=CHCl7389.87494.210CHCH 62.7390.800CHCH 62.7390.800HCl307.0093.914HCl307.0093.914H2O0.328 0.004H2O0.328 0.00410.506 0.13410.506 0.134O212.928 0.165O212.928 0.16560.676 0.77460.676 0.7747844.059100.07844.059100.0 石墨冷却器 因为石墨冷却器不改变物料的量，所以其进出口物料相同且相等，如下表：表3-8 石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl7389.87494.210CH2=CHCl7389.87494.210CHCH 62.7390.800CHCH 62.7390.800HCl307.0093.914HCl307.0093.914H2O0.328 0.004H2O0.328 0.00410.506 0.13410.506 0.134O212.928 0.165O212.928 0.16560.676 0.77460.676 0.7747844.059100.07844.059100.0 水洗泡沫塔：根据：水洗泡沫塔的作用是用来回收过量的HCl，泡沫塔用高位槽低温水喷淋的方法，一次（不循环）接触能产生的盐酸1。设以盐酸形式的回收HCl的回收率为98%进料：CH2=CHCl：7389.874kgCHCH：62.739kgHCl：307.009kg ：10.506kgO2：12.928kg: 60.676 kg需要加入的水量：解得：1203.4753 kg为了方便生产取水，这里水洗用水取整1024 kg H2O：0.3276+1024（水洗用水）=1024.3276 kg出料：CH2=CHCl：7389.874kgCHCH：62.739kg ：10.506kgO2：12.928kg: 60.676 kgHCl：回收的盐酸：H2O：整理得水洗泡沫塔物料衡算如下表：表3-9 水洗泡沫塔物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl7389.87481.674CH2=CHCl7389.87481.674CHCH 62.7390.693CHCH 62.7390.693HCl307.0093.393HCl6.1400.068H2O1204.328 13.310H2O0.852 0.00910.506 0.11610.506 0.116O212.928 0.143O212.928 0.14360.676 0.67160.676 0.671盐酸1504.34416.6269048.059100.09048.059100.0 碱洗泡沫塔：CH2=CHClCHCHHCl H2OO2 H2 N2H2O碱洗泡沫塔CH2=CHClCHCHO2 H2 N2H2O图3-4 碱洗泡沫塔物料衡算方框图根据：用的来除去