年产30万吨PVC课程设计

1、第一章 概 论1.1 PVC简介1.1.1 PVC的发展史pvc（Polyvinylchloride，PVC）是一种无毒、无臭的白色粉末。主要成份为pvc聚氢乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）单体聚合而成的热塑性高聚物，其分子结构式：（CH2-CH-）n，其中n为聚合度。PVC为无定形聚合物，含结晶度5%10%的微晶体，熔点为175，目前商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1.9×1055.0×106之间，国产通用型悬浮PVCSG1SG8型平均相对分子质量则在4×1051×106之间。我国pvc工业起步于20世纪50年代末，第一套pv

2、c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pvc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pvc树脂厂增加到20家，但规模都叫小，1978年从日本东洋工程公司引进了两套20万吨年pvc厂，分别在齐鲁石化公司和上海吴泾建厂。进入20世纪90年代北京化工二厂、上海氯碱、天津大沽化工厂、锦西化工厂等纷纷改进，生产能力提高很大。1.1.2 PVC的分类及用途PVC可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含

3、有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆,不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，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膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、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%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。硬制品主要包括各种型材、管材、硬片、瓶类、汽车配件、异型材等PVC材料用途极广， 主要用于制作：pvc卡片；pvc贴牌

4、；pvc铁丝；pvc窗帘；pvc涂塑电焊网；pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋 等方面。在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。1.2 PVC的性质和特点1.2.1 特点聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良，一般不会燃烧，但在火焰上能燃烧并放出HCl，若离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等3。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、

5、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度为20的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80，于130开始分解变色，并析出HCl3。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n值一般在50020000范围内，其分子、结构式如下： 从产品分类看，PVC属于三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）中的合成树脂类，其中包括五大通用树脂，聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂。1.2.2 物理性质（1）物理参数 中文名称： 聚氯乙烯 英文名称： Polyvinyl chlo

6、ride polymer 简称： PVC 熔点： 212 导热率()： 0.16 W/m·K 热容(c)： 0.9 kJ/(kg·K) 吸水率： 0.040.4%（2） 外观 pvc树脂尾白色粉末微粒，但工业产品夹带分解产物或机械杂质，使树脂发黄或有黑色的杂质，统称为黑黄点。（3） 密度和表观密度 PVC平均密度为1.4gcm3,实际上它很分散。密度分布窄的，其结构不均匀，易被增塑剂或其他液态助剂渗透；密度分布宽的，树脂有的使开孔的，有的则使不能渗透的孔，影响增塑剂等的吸收和渗透。（4） 水分 PVC是极性聚合物，因而有一定的吸水性。水分影响过筛，水分可使成型时产生气泡而影

7、响产品质量。通常要求在0.1%-0.3%。（5） 机械性质 PVC抗冲击强度很高，常温下可达到10MPa.（6） 溶解性质 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯类等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。1.2.3 化学性质（1） 化学稳定性 化学稳定性很高，除若干有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%60%的硝酸及20%以下的烧碱。这是由于PVC分子沿主链存在有许多极性键，大分子与大分子之间的结合力强，可以耐酸、碱和非极性溶剂的作用，因此，耐化学腐蚀性能优良。（2） 热性能 通常的PVC玻璃化温度Tg在7580，结晶PVC的熔点为175，因而通常加工温度在160220。PVC加热到1

8、30以上时变为皮革状，呈现弹性，长期加热则分解脱出氯化氢，同时使PVC变色。随着温度的升高，树脂由白色变为淡黄色深黄色棕色黑色。在200以上开始分解并失去化学稳定性与优良的物理性质。pvc只是在火焰上才能燃烧并分解，放出氯化氢，离开火焰立即熄灭。（3）光性能 纯pvc在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。（4） 电性能 PVC具有特别好的介电性能，使属于介电功耗最小的材料之一，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美。PVC的介电性能与温度有关，温度升高，介电性能变差。 第二章 PVC产品技术规格和原辅材料说明 内蒙古乌海化工股份有限公司是国内生产p

9、vc的大型化工企业，该厂现在使用自己生产的电石资源全部用于生产乙炔原料气，经过氯乙烯工段用乙炔和氯化氢反应生成液态的氯乙烯单体，送到聚合工段合成pvc白色颗粒，最后经过干燥工段变成干燥的反应物，包装之后成为合格的pvc产品。 生产的原辅材料有很多种，如电石、氯化氢、氯乙烯、去离子水、引发剂、高汞触媒等。2.1电石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，所以它的化学名叫碳化钙，分子式，分子量64.10kg/mol。2.1.1 性质（1）化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常所说的电石是指工业碳化钙，即除了含有大部分碳化钙外，还有少部分杂质。工业用电石的颜色则随所含的

10、碳化钙纯度不同而不同，有呈灰色，棕黄色或黑色。（2）18时的比重为2.22，电石比重随着含量的减少而增加。（3）不溶于所有有机溶剂中，熔点2300（纯电石），含80%时熔点为2000。（4）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。2.1.2 成分列表大多数企业电石具有以下的组成：（重量） 75%83% 7%14% 0.4%3%SiO2、Fe-Si、SiC 0.6%3%Fe2O3 0.2%3%CaS 0.2%2%CaSO4 0.2%0.4%CaCN2 0.2%1%Al、Al4C3、Al2O3 1.5%4%2.2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

11、（1)氯化氢在常温常压下是无色有刺激性气味的气体。(2)氯化氢极易溶于水而变成盐酸，病强烈放热。极易与潮湿的空气中的水分结合生成白色烟雾。（3）在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，表现盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应。(4)氯化氢是制造合成材料的重要原料，可用它来制造PVC等合成材料。2.3 氯乙烯2.3.1 氯乙烯的分子式，分子量62.51kg/mol。2.3.2 氯乙烯的性质（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3.829.3%，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

12、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，给后处理造成困难。与氯乙烯开始反应生成单质体，它溶解于氯乙烯单体中，以后分解和重排，生成对碰撞很敏感的过氧化聚合物，并会变成醛和酸。它们对聚合过程有很大的影响，氯乙烯系统中存在微量的水和酸，会加速单体生成过氧化聚合物，造成设备管道的腐蚀。（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、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。（6）氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。2.4 去离子水所用反应介质水，应经过离子交换树脂或磺化煤进行脱盐处理。处理后的水pH应在58.5范围，硅胶含量0.2m

13、g/L。2.5 分散剂悬浮聚合生产的pvc颗粒的大小与形态，主要取决于所用的分散剂，可分为两类：主分散剂和辅助分散剂。主分散剂的作用是控制所得颗粒的大小，但也会影响pvc的孔隙率和某些形态。辅助分散剂的作用是提高颗粒中的孔隙率，并使之均与以改进pvc树脂吸收增塑剂的性能。主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。辅助分散剂主要是小分子表面活性剂和低水解度聚乙烯醇。2.6 引发剂由于氯乙烯悬浮聚合温度为5060上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期大约为2h者，反应时间为最佳。由于反应后期单体浓度降低，为了使反应后期具有适当的反应，所以反应前期与反应后期应

14、当使用不同半衰期的引发剂。因此pvc树脂生产工厂目前多数使用复合引发剂，即两种引发剂的混合物。2.7 产品技术规格产品及副产品规格见表1。表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合格第三章 工艺路线的选择和介绍3.1工艺路线的选择3.1.1PVC工艺概述到目前为止， PVC 生产的聚合工艺主要有5 种，即悬浮、本体、乳液、微悬浮及溶液聚合工艺。其中悬浮聚合工艺一直是工业生产的主要工艺，绝大部分均聚及共聚产品都是采用悬浮聚

15、合工艺。乌海化工亦采用主流工艺生产pvc。3.1.2各种生产工艺介绍(1)本体聚合。一般采用“两端本体聚合法”，第一段称为预聚合，采用高效引发剂，在6275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，在加入低效引发剂的等量单体，在约60下，慢度搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。本体聚合时在氯乙烯单体中不加入任何介质，只有引发剂。生产的PVC树脂纯度较高，质量较好，结构规整，孔隙率高而均匀。但聚合操作控制难度大，PVC树脂分子量分布较宽。(2)悬浮聚合。液态氯乙烯单体以水为分散介质，兵加入适当的分散剂和不溶于水但溶于单体的引发剂，在一定温度下搅拌，使其呈珠粒状悬浮于水相中

16、进行聚合。然后经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状PVC树脂。选取不同的分散剂，可以得到颗粒结构和形态不同的两类树脂。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。疏松型树脂吸油性好，易塑化，成型时间短，加工操作方便，适用于粉料直接成型，因而一般选用悬浮法聚合的疏松型树脂作为PVC硬质品成型的基础原料。目前各树脂厂生产的悬浮法PVC树脂，基本上都是疏松型的。（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，再用水溶性的引发剂来引发，进行聚合，乳液可用盐类使聚合物析出，再经洗涤、干燥得到PVC树脂粉末。乳液法PVC树脂粒径极细，树脂中乳化剂含量高，

17、电绝缘性能差，成本高。该树脂常用于PVC糊的制备。（4）微悬浮聚合。使用油性引发剂，在用乳化剂分散、稳定的细小氯乙烯单体液滴中引发聚合，生成的PVC乳液，经破乳、洗涤、干燥得到PVC树脂粉末。该方法生产的PVC树脂具有良好的加工性能，能满足大多数加工的需要。（5）溶液聚合。以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶剂，使氯乙烯单体在溶剂中聚合，由于溶剂具有链转移剂的作用，所以聚合物的分子量和聚合速率不高。聚合得到的PVC树脂因不溶于溶剂而不断析出。此种PVC树脂不宜于一般成型用，仅作为涂料、粘合剂，是目前各种聚合方法中产量最少的一种方法。就以上5种主要聚合工艺来讲，通过几种方法的比较，悬浮法是一种相对最成熟的

18、工艺，在目前世界pvc生产中占有绝对的份额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。悬浮法工艺在PVC的各种生产方法中技术最为成熟，故本设计采用悬浮法聚合。聚合釜碱处理釜离心分离槽离心分离槽气提塔气提塔碱处理釜浆料排放槽浆料排放槽 去离子水 聚乙烯引发剂助剂 经筛分 包装后入库8。旋振筛旋风干燥床成品储存与包装 图9 聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程示意图3.2工艺流程的介绍 在工厂实习期间，聚氯乙烯事业部生产pvc产品经过四大工段和重要的工序。首先将电石破碎与水反应生成乙炔气，与HCL反应生成氯乙烯，经过压缩和精馏工序提纯氯乙烯，所送

19、到聚合工段进行产品的合成，得到需要的化工产品。3.2.1 乙炔工段(1)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，送到发生器加料贮存，用置换其中的乙炔气后，电石在继续通的情况下，经第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第二贮斗电石经过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的热，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除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。(2)清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加

20、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顶，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。器塔底流出的废NaOCl溶液与冷却塔出来的废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。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分后，送氯乙烯工序。3.2.2氯乙烯工段(1)混合脱水工序。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±2，、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

21、夹带于气相中进入多筒过滤器，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化器。(2)合成转化。干燥、预热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的吸附于活性炭上的触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循环泵循环的热水移去。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。(3)水洗、碱洗、氯乙烯压缩。除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱洗塔，出去残余的微量HCL后进入VC气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，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。(4) 精馏。由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，

22、使大部分冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液全部进入低沸塔。低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用7水或者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。高沸加热器将氯乙烯逸出，经塔板分离成氯乙烯，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

23、销，未凝VC其他回到气柜。(5) 冷冻站+5水系统。从液氨槽出来的液氨经过5水分配台流入蒸发器，液氨变成气态氨带走蒸发器外工业水热，合格的5水由5水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5Mpa（表压）左右的过热气态氨进入油分离器，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷却成液氨，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气化，是管外盐水温度降低，合格的35盐水由泵送往合成、聚合使用。气态氨自蒸发器吸入螺杆压缩机内，经压

24、缩后的过热气态氨进入油分离器，分离后的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，再溢流到液态氨贮槽，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1.281.29，按需送盐水蒸发器。3.2.3 聚合工段本工艺流程全过程控制采用DSC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，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应，在最短反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。浆料由泵送至料浆贮槽，为反应的单体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。2.2.4 干

25、燥工段由气提塔出来的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。（1） 树脂的干燥方法 聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂内部结合水。（2） 脱水与成品 在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中，先进行过滤，再用7080热水洗涤二次。经脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，以140150热

26、风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小于4%；再送入以120热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。2.2.5包装工序料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、分析合格后入库。第4章 物料衡算在PVC生产工段中，以氯乙烯工段和聚合工段最为重要，所以在物料衡算中选取这两个工段为例，进行衡算。4.1 氯乙烯工段的计算4.1.1计算依据（1）生产能力年产30万吨的pvc年工作日：以300天计算日产量：30×104×103/300=106 kg/d小时产量：30×104×103/300×

27、24=4.17×104kg/h因为聚合物一般进行到转化率为85%90%，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% = 2.78×104 kgx=4.17×104/88%=4.74×104 kg所以每小时要合成氯乙烯4.74×104 kg（2）化学反应式主反应：副反应： （产量非常小，可忽略不计）（3）岗位中反应物的计算精馏：（氯乙烯的收率：99.5%）4.74×104/99.5%=4.762×104kg=761.92kmol/h转化器：（乙炔转化率：95%）761.92/95%=802km

28、ol/h进气中CHCH需802kmol=2.0852×104kg/h4.1.2 混合器的物料衡算CHCHHClO2H2O游离氯（可忽略）乙炔氯化氢混合器 图1 混合器的物料衡算方框图计算依据：CHCH和HCl的摩尔比为：1：1.051.1。本设计选取：n CHCH：nHCl=1:1.08(1)进料进料气组成进料气组分含量/%乙炔气CHCH99.75H2O0.25氯化氢气HCl99.8H2O0.1O20.1进混合器需乙炔气：802/99.75%=804kmol/h 进混合器需氯化氢气：802×1.08/99.8%=867.895kmol/h因此：CHCH：802kmol/h=

29、20852kg/hHCl：802×1.08=866.16kmol/h=31614.84kg/hO2：867.895×0.1%=0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：804×0.25%+867.895×0.1%=2.88kmol/h=51.84kg/h(2)出料依据：水分以酸雾的形式进入下一层，有微量水分以浓盐酸形式流出，这里计算时忽略流出的浓盐酸的量。CHCH：802kmol/h=20852kg/h HCl：866.16kmol/h=31614.84kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/h H2O：2.88kmol/h=51.

30、84kg/h(3)混合器物料衡算表表2 混合器物料衡算表进料质量/kg/hW/%出料质量/kg/hW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31614.8460.17O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O51.840.0972总物料52546.45100.0总物料52546.45100.04.1.3 石墨冷却器CHCHHClO2H2O石墨冷却器混合气盐酸图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

31、式排出，其它的则夹带于气流中。设混合气中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。（1）进料CHCH：802kmol/h=20852kg/hHCl：866.162kmol/h=31614.84kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：2.88kmol/h=51.84kg/h (2)出料CHCH：802kmol/h=20852kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O ： 2.88×（1-30%）=2.016kmol/h=36.288kg/hHCl：31614.84-(51.84-36.288)=31604.472kg/h=865.876kmo

32、l/h盐酸：(51.84-36.288)+(51.84-36.288)=25.920kg/h(3)石墨冷却器物料衡算表表3 石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31604.47260.146O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O36.2880.069盐酸25.9200.052252546.45100.052546.45100.04.1.4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510um细玻璃纤维，可将大部分酸

33、雾分离下来，以盐酸的形式排出。设：盐酸为40%，除水量为80%(1)进料：CHCH：20852 kgHCl：31604.472 kgH2O：36.288kg O2：27.77kg(2)出料： CHCH：20852 kgO2：27.77kgH2O： 36.288×（1-80%）=7.2576kgHCl：31604.472-(36.288-7.2576)=31585.1184kg/h盐酸：36.288×80%+(36.288-7.2576)=48.384kg/h(3)多筒过滤器物料衡算表表4 多筒过滤器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.7

34、03CHCH2085239.703HCl31604.47260.175HCl31585.118460.1386O227.770.0528O227.770.0528H2O36.2880.0692H2O7.25760.0135盐酸48.3840.092152520.53100.052520.53100.04.1.5石墨预热器表5石墨预热器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.739CHCH2085239.739HCl31585.118460.194HCl31585.118460.194O227.770.0532O227.770.0532H2O7.25760.01

35、38H2O7.25760.013852472.146100.052472.146100.04.1.6转化器CHCHHClO2H2O转化器CH2=CHClHClCHCHO2 H2OCH3CHCl2图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)进料组成为CHCH：20852kgHCl： 31585.1184kgO2： 27.77kg H2O： 7.2576(2)出料组成为CH2=CHCl：（20852÷26）×95%×99.46%×62.5=47361.6kgCHCH：20852×（1-

36、95%）=1042.6kgCH3CHCl2:：（20852÷26）×95%×0.54%×99=407.3kgHCl： 31585.1184-（47361.6÷62.5+2×407.3÷99）×36.5=3625.6124kgO2：27.77kg H2O：7.2576(3)转化器物料衡算表表6 转化器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.739CH2=CHCl47361.690.26HCl31585.118460.194CHCH 1042.61.9869O227.770.0529H

37、Cl3625.61246.909H2O7.25760.0141O227.770.0543H2O 7.25760.0138CH3CHCl2407.30.77652472.146100.052472.14100.0误差分析：（52472.146-52472.14）/52472.146×100%=0.0000114%故可行。4.1.7除汞器催化剂在物料中含量很少，而且不会影响整个物料平衡。除汞器物料衡算表表7 除汞器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl47361.690.26CH2=CHCl47361.690.26CHCH1042.61.9869CHCH 10

38、42.61.9869HCl3625.61246.909HCl3625.61246.909O227.770.0543O227.770.0543H2O7.25760.0138H2O 7.25760.0138CH3CHCl2407.30.776CH3CHCl2407.30.77652472.14100.052472.14100.04.1.9碱洗泡沫塔NaOH溶液CH2=CHClCHCHHClO2H2OCH3CHCl2碱洗泡沫塔CH2=CHClCHCHO2H2OCH3CHCl2NaCl溶液 图4 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

39、氢气体。（1）进料 NaOH溶液 :（72.5/36.5）×40/10%=794.52kgCH2=CHCl：47361.6 kgCHCH ：1042.6kgHCl：72.5 kgO2 ：27.77 kgH2O：7.258kgCH3CHCl2 ：407.3kg（2）出料HCl被碱液吸收，从而出料气中不含HCl气体NaCl溶液：794.52+72.5=867.02kgCH2=CHCl：47361.6 kgCHCH ：1042.6 kgO2 ：27.77 kgH2O：7.258 kgCH3CHCl2 ：407.3kg（3）碱洗泡沫塔物料衡算表表9 碱洗泡沫塔物料衡算表进料质量/kgW/%出

40、料质量/kgW/%CH2=CHCl47361.695.269CH2=CHCl47361.695.269CHCH1042.62.097CHCH1042.6 2.097HCl72.50.1458O227.770.0558O227.770.0558H2O7.2580.0154H2O7.2580.0154CH3CHCl2407.30.819CH3CHCl2407.30.819NaOH溶液794.521.598NaCl溶液867.021.743849713.56100.049713.56100.04.1.10总物料衡算表表10 合成段总物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH20852

41、33.833CHCH 1042.61.692HCl31614.8451.296CH2=CHCl47361.676.846O227.770.045O227.770.045H2O8342.413.536H2O7.2580.0135NaOH溶液794.521.29NaCl溶液867.021.406CH3CHCl2407.30.6630%盐酸11843.66719.21740%盐酸（多筒）48.3840.078540%盐酸（石墨）25.9200.04261631.5310061631.519100.0误差分析：（61631.53-61631.519）/61631.53×100%=0.0000

42、178%，在允许范围，故可行。4.2 聚合工段的物料计算4.2.1聚合釜 设生产装置年产量：30万吨；设一年开工300天，每天分三批生产，聚合物一般进行到转化率为85%90%（本设计中取88%）氯乙烯水助剂聚合釜pvc氯乙烯水助剂氯乙烯单体损失图5 聚合釜物料衡算方框图（1）进料计算聚合总共所需单体量： M0=300000t/88%=340909.1t/年每批生产所需的单体量：M1=340909.1×103kg/(330×3)=378.79×103kg 其中无离子水：氯乙烯单体1.5 ：1 （参照海化的生产资料的数据）所以：无离子水的质量 ：M2=378.79&#

43、215;103×1.5=568.18×103kg此外：助剂质量：氯乙烯单体质量0.05 ：100 （参照海化数据）所以：助剂质量：M3=378.79×103kg×5×10-4=189.395kg进料的总质量： M= M1+ M2+ M3=378.79×103kg+568.18×103kg+189.395kg=947.16×103kg（2）出料的计算产生的聚合物的质量：M1'= M1×88%=378.79×103kg×88%=333.336×103kg未反应的氯乙稀单体

44、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）所以：损失的单体质量：M2'= M1×1%=378.79×103kg×1%=3.7879×103kg剩余的氯乙烯单体质量：M3'= M1M1'M2'=378.79×103kg-333.336×103kg-3.7879×103kg=41.666×103kg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'= M1'+ M3'+ M2+ M3333.336×103kg41.666

45、5;103kg568.18×103kg189.395kg943.37×103kg 可得M'+ M2'=943.37×103kg+3.7879×103kg=947.16×103kg=M （3） 聚合釜的物料衡算表表11 聚合釜的物料衡算表进料质量/×kg 出料质量/kg 氯乙烯378.79×103pvc333.336×103水568.18×103氯乙烯41.666×103助剂0.189395×103水568.18×103助剂0.189395×103氯乙

46、烯单体损失3.7879×103947.16×103947.16×1034.2.2出料槽pvc氯乙烯水助剂出料槽pvc氯乙烯水助剂氯乙烯回收 图6 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的9%氯乙烯单体（以总量来计算）将起回收至单体气柜中。回收的氯乙烯单体的质量：M除=378.79×103kg×9%=34.09×103kg剩余聚氯乙稀单体质量：M留41.666×103kg34.09×103kg7.576×103kg出料为聚氯乙稀溶液，其质量：M''= M留+M2

47、+ M3+ M1'=7.576×103kg568.18×103kg189.395kg333.336×103kg=909.28×103kg因为 M''M除909.28×103kg34.09×103kg=943.37×103kg=M物料平衡表12出料槽的物料衡算表进料质量/×kg出料质量/kg氯乙烯41.666×103pvc333.336×103水568.18×103氯乙烯7.576×103助剂0.189395×103水568.18×1

48、03pvc333.336×103助剂0.189395×103氯乙烯回收34.09×103943.37×103943.37×1034.2.3汽提塔 pvc氯乙烯水助剂 气提塔pvc水助剂氯乙烯回收图7 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除'=378.79×103kg×2%=7.576×103kg料浆的质量：M料M1'+ M2+ M3333.336×103568.18×103189.395901.7×103k

49、g因为 M除' M料7.576×103kg901.7×103kg909.28×103kgM''所以物料平衡。表13出料槽的物料衡算表进料质量/×kg 出料质量/kg 氯乙烯7.576×103pvc333.336×103水568.18×103氯乙烯回收7.576×103助剂0.189395×103水568.18×103pvc333.336×103助剂0.189395×103909.28×103909.28×1034.2.4离心机pvc

50、水助剂离心机pvc水水助剂 图8 离心机物料衡算方框图此过程主要是除去中间的90的无离子水和助剂 除去的水的质量：M水'=568.18×103kg×90511.362×103kg剩余的为聚氯乙稀溶液的质量为M溶M料M水'M3901.7×103kg511.362×103kg189.395kg390.149×103kg表14 聚合工段主要物料衡算结果总表（单位: kg/p）氯乙烯单体聚氯乙稀无离子水助 剂注 释聚合釜进料378.79×103568.18×103189.395树脂悬浮液41.666

51、5;103333.336×103568.18×103189.395损失单体3.7879×103出料槽出料7.576×103333.336×103568.18×103189.395除去单体34.09×103汽提塔出料333.336×103568.18×103189.395除去单体7.576×103五、热量衡算5.1衡算方法在热量衡算中，如果无轴功条件下，进入系统加热量与离开系统的热量应平衡，即在实际中对传热设备的热量衡算可表示为：入方： ：物料带入热； ：加热剂或冷却剂带入热； ：过程热效应；出方

52、：物料带出热； ：热损失。设是的5%“-”表示吸热，“”表示放热。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，含量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容5.1.1 标况下有关物化数据表项目温度/比热/kcal/（kg·）乙炔250.428750.451100.455HCl250.204750.2081100.2085水蒸气250.45750.4511100.46O2250.234750.241100.244氯乙烯250.846750.83271100.868盐酸（40%）5-353.2145.2 主要设备热量衡算5.2.1 石墨冷却器已知表： 表15 石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31604.47260.146O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O36.2880.069盐酸25.9200.052252546.45100.052546.45100.0进料温度：25，出料温度：-1325为计算基准C 乙炔=1.352 kJ(kg·)-1C 水蒸气=1.8837 kJ(kg·