年生产10万吨氯乙烯工艺设计项目设计方案

1、年产10万吨氯乙烯工艺设计项目设计方案第一章绪论1.1 聚氯乙烯1.1.1 聚氯乙烯性质和用途1常温常压下，氯乙烯（vinylchloride,CH2=CHCl是无色气体，具有微甜气味，微溶于水，溶于姓类，醇，醴，氯化溶剂和丙酮等有机溶剂中，氯乙烯沸点-13.9C,易聚合，并能与乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯、丙烯腊、丙烯酸酯等单体共聚，而制得各种性能的树脂，加工成管材、面膜、塑料地板、各种压塑制品、建筑材料、涂料和合成纤维等。近年来世界和中国聚氯乙烯树脂消耗比例分别见表1.1和表1.2。表1.1近年来世界聚氯乙烯树脂消耗比例品种/%品种/%管材33薄膜片材13PVC护墙板8PVC地板地砖

2、3硬薄膜和片材8软合成皮革3制吹塑制品5制电线电缆8品其他6品其他13合计60合计40表1.2近年来中国聚氯乙烯树脂消耗比例品种比例/%品种比例/%管材14薄膜片材11PVC护墙板18PVC地板地砖8硬薄膜和片材15软合成皮革7制吹塑制品5制电线电缆4品其他5品其他1357431.2 氯乙烯VC1.2. 1氯乙烯在国民经济中的地位和作用自1835年法国化学家V.Regnault首先发现了氯乙烯，于1838年他又观察到聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。占目前塑料消费总量的29犯上。到上世纪末，聚氯乙烯树脂大约以3%勺速度增长。这首先是由于新技术不断采

3、用，产品性能亦不断地得到改进，品种及牌号的增加，促进用途及市场的拓宽。其次是制造原料来源广、制造工艺简单。产品质量好。在耐燃性、透明性及耐化学药品性能方面均较其它塑料优异。又它是氯碱行业耗“氯”的大户，对氯碱平衡起着举足轻重的作用。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2030%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廉价的乙烯资源，引起了人们极大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断地更新，使聚氯乙烯工业获得迅猛的发展。1.2.2我国VC的产需状况及预测1998年我国PVE量和表观需求量分别为160万吨和317万吨。在世界上产量仅次

4、于美国（639万吨）、日本（263万吨）居第三位。2000年前后，计划新建和扩建PVC能力至少为88万吨/年，估计此期间大量没有竞争能力的电石法小厂将闲置，所以总产能有可能达220万吨/年水平，其中乙烯法将达134.6万吨/年，从目前占31%1升到61%1.3氯乙烯制取方法1835年法国人V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪30年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙烘加成，首先实现了氯乙烯的工业生产。初期，氯乙烯采用电石，乙烘与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙烘法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940年，美国联合碳化

5、物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙烘法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960年，美国氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。乙烘法、混合烯烘法等其他方法由于能耗高而处于逐步被淘汰的地位。1.4 氯乙烯的合成2氯乙烯是由乙烘与氯化氢在升汞催化剂存在下的气相加成的。1.4.1 反应机理C2H2HClHgCl2CH2CHCl+124.8kJ/mol（1-6）上述反应实际上是非均相的，分5个步骤来进行，其中表面反应为控制阶段。I外扩散乙快、氯化氢向碳的外表面扩散；II扩

6、散乙快、氯化氢经碳的微孔通道向外表面扩散；III表面反应乙快、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。1.4.2 催化剂的选取15载体活性炭，升汞对于HCl与C2H2化合生成氯乙烯的反应，要求使用的催化剂具有高活性和高选择性。目前，电石法生产氯乙烯常用的催化剂是以活性炭为载体（孔隙率即吸苯率=30%机械强度90%浸渍吸附质量分数为10%12%J氯化汞制备而成的，具具体标准参见（YS/T31-1992氯化汞触媒技术标准）。1.5 氯乙烯生产工艺流程简述1.5.1生产工艺流程图1.1生产工艺流程由乙快工段

7、送来的精制乙快气，经乙快砂封，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（乙快/氯化氢=1/1.051.1）在混合器中充分混合，进入石墨冷却器，用-35C盐水间接冷却，冷却到-14C±2C,乙快氯化氢混合气在此温度下，部分水分以40%fc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烘和氯化氢合成转化为氯乙烯，第一组出口气有2030琳转化的乙烘，再进入第二级转化器继续转化，使出口处未转化的乙烘控制在3%Z下，第二组转化器

8、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95100c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，接着粗氯乙烯进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）接触得20啾酸，装大贮槽供罐装外销，气体再经碱洗泡沫塔，除去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气柜，最后去精储工段。1.5.2主要原料和产物的物化性质I氯化氢分子式：HCl分子量：36.5性质：无色有刺激性气味的气体。标准状态下密度为1.00045克/升，熔点-114.80C,沸点-85C。在空气中发白

9、雾，溶于乙醇、乙醴，极易溶于水，标准状况下，1升水可溶解525.2升的HCl气体。规格：纯度93啾分0.06%II乙快分子式：GHb分子量：26性质：在常温常压下为无色气体，具有微弱的醴昧，工业用乙烘因含有氯化氢、磷化氢等杂质而具有特殊的刺激性臭气。规格：纯度：98.5%不含硫、磷、种等杂质。III氯乙烯分子式：CH=CHCl分子量：62.50沸点：-13.9C熔点：-160.0C蒸汽相对密度：2.15（空气为1）液体相对密度：0.9121（20C）爆炸极限：在空气中3.626.4%（体积）第二章工艺计算2.1 物料衡算由于各化工单元操作连续，故采用倒推法，根据转化率或者损失率计算出原料的投入

10、量，再按顺序对各个单元操作进行衡算。2.1.1 计算依据I计算基准年产能力：年产100kt的氯乙烯年工作日：以330天计算日产量：100X106+330=3.0455X105kg(2-1)小时产量：3.0455X105+24=12689.5kg(2-2)即，每小时要合成氯乙烯12689.5kg,以下计算均以1h为基准。II化学反应式:主反应:C2H2HClHgCl2CH2CHCl副反应:CH2CHC1HC1CH3CHCl2III倒推法计算:C2H2HgCl2HgCl2C1CHCHHgClHgC12HCClCHHgClCHClCH2HgCl2精储(氯乙烯的收率1:99.5%):12689.5+9

11、9.5%=12753.26kg=204.052kmol转化器(乙快的转化率：95%:204.052+95%=214.7915kmol(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)因此，进气中G凡需214.7915kmol2.1.2各单元的物料衡算图2.1混合器的物料衡算简图C2H和HCl的最适宜的摩尔比是：1:1.051.1本设计选取：nGH:nHCl=1:1.08(2-9)I进料气组成:表2.1进料气组成进料气组分含量/%乙燃气C2H299.5HaO0.5HCl99.95氯化氢hbO0.01惰性气体（以Q计算）0.04因此，进料气所需乙快气：214.7915+99.5%=215

12、.871kmol(2-10)进料气所需的氯化氢气体：214.7915X1.08+99.95%=232.091kmol即，C2H2:214.7915kmol(5584.579kg)HCl:231.975kmol(8467.0875kg)Q:232.091x0.04%=0.0928kmol(2.971kg)(2-11)H2O:232.091X0.01%+215.871X0.5%=1.1025kmol(19.845kg)(2-12)II出料气组成：极少量的水分以浓盐酸的形式流出，此时课忽略流出的浓盐酸量。CH:214.7915kmolHCl:231.975kmolQ:0.0928kmolHO:1.1

13、025kmolIII混合器的物料衡算表表2.2混合器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2H25584.57939.679GH5584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8467.087560.159O22.9710.000211Q2.9710.000211H2O19.8450.1410H2O19.8450.1410214074.4825100214074.4825100(2)石墨冷却器C2H2HCl混合气k石墨冷却器O2H2O盐酸图2.2石墨冷却器的物料衡算简图由于在石墨冷却器中，用-35C盐水间接冷却，混合气中水分一部分则以40%fc酸的形式排出

14、，部分则混合在气流中查阅相关资料，即设混合器中水分以40啾酸排出的量占水总量的30喏I进料气组成：CH:214.7915kmolHCl:231.975kmolQ:0.0928kmolHO:1.1025kmolII出料气组成：CH:214.7915kmolO:0.0928kmolHO1.1025(5584.579kg)(8467.0875kg)(2.971kg)(19.845kg)(5584.579kg)(2.971kg)X(1-30%)=0.7718kmol=13.8915kgmC100%40%mHClmH2OmHCl=(0.4+0.6)mH2O(0.4+0.6)X(9.9225-13.891

15、5)=3.969kgHCl:8467.0875-3.969=8463.1185kg=231.8665kmol盐酸：3.969+(19.845-13.8915)=9.9225kg(2-13)(2-14)(215)(2-16)(217)进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2hb5584.57939.6795584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131Q2.9710.000211Q2.9710.000211III石墨冷却器的物料衡算表2.3石墨冷却器的物料衡算表HzO19.8450.1410H2O13.89150.000987盐酸9.922

16、50.000745214074.482100214074.48210055(3)多筒过滤器510um细玻璃纤维,由相关资料查得，在多筒过滤器中，采用35%曾水性有机硅树脂的可将大部分酸雾分离下来，以盐酸的形式排出假设盐酸为38%出水量为80%I进料气组成：CH:214,7915kmolHCl:231,975kmolQ:0.0928kmolH2O:0.7718kmolII出料气组成：C2H2:214,7915kmolQ:0.0928kmolHO13.8915x;盐酸为38%(5584.579kg)(8463.1185kg)(2.971kg)(13.8915kg)(5584.579kg)(2.97

17、1kg)(1-80%)=2.7783kg(2-18)mHCX100%=38%mHClmH2omHCl=(0,38+0.62)XmH2O(0.38+0,62)X13.8915=6.8115kgHCl:8463.1185-6.8115=8456.307kg盐酸：6.8115+13.8915X80%=17.9247kg(2-19)(2-20)(2-21)III多筒过滤器的物料衡算表2.4多筒过滤器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%QHa5584.57939.707QH25584.57939.707HCl8463.118560,172HCl8456.30760.125Q2.9710.

18、000211Q2.9710.000211HzO13.89150.000988HzO2.77830.00019814064.5610017.92470.00127E14064.56100盐酸(4)石墨预热器进料/出料/kgW/%C2hb5584.57939.757HCl8456.30760.202Q2.9710.000212HO2.77830.000198214046.64100此时无质量交换，即进出口各物料量不变表2.5石墨预热器物料衡算表(5)转化器图2.3转化器物料衡算简图由前面的叙述知,此转化器转化率为95雳I进料气组成：GH:5584.579kg(214.7915kmol)HCl:84

19、56.307kg(231.68kmol)Q:2.971kgH2O:2.7783kgII出料气组成：(2-22)(2-23)(2-24)CH2CHCl:214.7915X95%<62.5=12753.245kgC2H2:5584.579X(1-95%)=279.229kgHCl:8456.307-214.7915X95%36.5=1008.4117kgO2:2.971kgH2O:2.7783kgIII转化器的物料衡算:表2.6转化器的物料衡算表进料/kgW/%出料/kgW/%QHk5584.57939.757CHCHCl12753.24590.792HCl8456.30760.202GH2

20、79.2290.0199Q2.9710.000212HCl1008.41177.179H2O2.77830.000198O2.9710.000212H2O2.77830.000198214046.64100214046.64100(6)除汞器由于汞含量极少，实际操作中课忽略其影响，即物料进、出组分相同表2.7除汞器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCHCl12753.24590.792CHCHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179Q2.9710

21、.000212Q2.9710.000212H2O2.77830.000198H2O2.77830.000198214046.64100214046.64100(7)石墨冷却器表2.8石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCHCl12753.24590.792CHCHCl12753.24590.792C2H2279.2290.0199C2H2279.2290.0199HCl1008.41177.179HCl1008.41177.179Q2.9710.000212O22.9710.000212H2O2.77830.000198H2O2.77830.000198214046

22、.64100214046.64100(8)水洗泡沫塔4查阅相关文献可知，水洗泡沫塔用来回收过量的氯化氢，泡沫塔是以高位槽低温水喷淋，一次(不循环)接触可得20%勺盐酸。假如回收盐酸的回收率为98%加入的水量为3955kg。I进料气组成：CHCHCl:12753.245kgC2H2:279.229kgHCl:1008.4117kgQ:2.971kgHO:2.7783+3955=3957.7783kg(2-25)II出料气组成：CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kg回收的盐酸：1008.4117X98%h20%=4941.22kg(2-26)HC1:1008.4117X

23、(1-98%)=20.168kg(2-27)O2:2.971kgH2O:3955+2.7783-4941.22乂0.8=4.8023kg(2-28)III泡沫水洗塔的物料衡算：表2.9泡沫水洗塔的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCHCl12753.2450.708CHCHCl12753.2450.708C2hb279.2290.0155C2H2279.2290.0155HCl1008.41170.056HCl20.1680.00112Q2.9710.000165Q2.9710.000165HO3957.77830.22H2O4.80230.000264盐酸4941.220

24、.274218001.635100218001.635100(9)碱洗泡沫塔图2.4碱洗泡沫塔物料衡算简图I进料气组成：CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kgHC1:20.168kgO2:2.971kgH2O:4.8023kgII出料气组成：HC1被碱液吸收，从而出料气中不含HC1气体。CH2CHC1:12753.245kgC2H2:279.229kgO2:2.971kgH2O:4.8023kgIII碱洗泡沫塔的物料衡算表2.10碱洗泡沫塔的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCHC112753.2450.976CHCHC112753.2450.9

25、76C2hb279.2290.0214279.2290.0214hci20.1680.00154hci，20.1680.00154Q2.9710.000227Q2.9710.000227H2O4.80230.000364H2O4.80230.000364E13060.415100E13060.4151002.2热量衡算2.2.1热量衡算式QiQ2Q3Q4Q5(2-29)Q:物料带入热Q:加热剂或冷却剂带入热Q:过程热效应Q:物料带出热Q:热损失假设Q是Q的5%此衡算式中，“+”表示放热，“-”表示吸热。设混合物的平均比热容近似等于各组分热容与质量分数乘积之和，即CpGW,含量少的物质对混合体系

26、热容的影响可忽略不计。同种物质的平均比热容CpCp1Cp2(2-30)InCP1Cp22.2.2 有关物化数据表5表2.11物化数据表项目温度/C比热/kcal/(kg-C)250.428乙焕750.451100.455250.204HCl750.2081100.2085250.45水蒸气750.4511100.46250.234Q750.241100.244250.846氯乙烯750.83271100.868盐酸(40%-353.2142.2.3 相应各个设备的热量衡算(1)石墨冷却器表2.12石墨冷却器的物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%C2Hb5584.57939.679

27、C2H25584.57939.679HCl8467.087560.159HCl8463.118560.131Q2.9710.000211Q2.9710.000211H2O19.8450.1410H2O13.89150.000987盐酸9.92250.000745214074.4825100214074.4825100进料温度：ti=25C出料温度：t2=-13C以进料温度ti=25C为计算基准：C乙快=1.792kJ/(kgC)C水蒸气=1.8842kJ/(kgC)C氯化氢=0.8541kJ/(kgC)C氧气=0.9798kJ/(kgC)C水(i)=4.175kJ/(kgC)丫水(冷凝热)=-

28、2229.4636kJ/(kgC)C40溢酸=3214kJ/(kgC)计算：Q:进料温度为25C,即Q1=0Q:Q3=Q3.1+Q3.2(2-31)Q3.1:生成40%勺盐酸时，HCl的水溶液生成的热，35430kcal/kmol则冷却器只能中HCl溶于水放出的热量为：148345.4X(8467.0875-8463.1185)+36.5=16131.04kJ(2-32)Q.2:水液化放出的热，2435.0X(19.845-13.8915)=14496.7725kJ(2-33)Q3=Q3.1+Q3.2=16131.04+14496.7725=30627.8125kJ(2-34)Q:Q4=Q乙快

29、+Q氯化氢+Q氧气+Q水蒸气+Q盐酸=5584.579义1.792X(-13-25)+8467.0875X0.8541义(-13-25)+2.971义0.9798X(-13-25)+1.884乂13.8915X(-13-25)+9.9225X3214X(-13-25)=-380287.4916-274806.0985-110.6175-994.5.77=-1868053.498kJ(2-35)Q:5%XQ=QVQi+Q+Q=Q+Q(2-32)0+Q2+30627.8125=-1868053.498+0.05Q2(2-36)Q2=-1998611.906kJQ:Q5=Q2X5%=-99930.5

30、953kJ(2-37)表2.13石墨冷却器热量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJQHa0GHa-380287.4916HCl0HCl-274806.0985Q0Q-110.6175H2O0H2O-994.5202冷凝热30627.8125盐酸-1211854.77盐水吸热-1998611.906损失-99930.59532-1967984093(2)石墨预热器进料温度：t1=-13C出料温度：t2=75c以进料温度t1=-13C为计算基准:C乙快=1.80kJ/(kgC)C水蒸气=1.884kJ/(kgC)C氯化氢=0.858kJ/(kgC)C氧气=0.9798kJ/

31、(kgC)C氯乙烯=0.8502kJ/(kgC)计算：Q:进料温度为75C,即Q=0Q:由反应式，Q:Q4=Q乙快+Q氯化氢+Q氧气+Q水蒸气=5584.579X1.8X(75+13)+8456.307义0.858义(75+13)+2.971义0.9798义(75+13)+2.7783X1.884X(75+13)=884597.3136+638485.0037+256.1667+460.62=1523799.104kJ(238)Q:Q5=Q2X5%Q1+Q+Q=Q4+Q0+Q2+0=1523799.104+0.05Q2Q2=1603999.057kJQ:Q5=Q2X5%=1603999.057

32、X0.05=80199.9528kJ(2-39)表2.14石墨预热器热量衡算表物料/kJ物料出口/kJQHk0C2H2884597.3136HCl0HCl638485.0037Q0O2256.1667H2O0H2O460.62蒸汽加热1603999.057损失80199.952821603999.05721603999.057(3)转化器由前面计算可知，转化器的物料核算此处的热损失为1.5%。进料温度：t1=75C出料温度：t2=110c以进料温度ti=75c为计算基准：C乙快=1.884kJ/(kgC)C水蒸气二1.888kJ/(kgC)C氯化氢二0.871kJ/(kgC)C氧气=1.005

33、kJ/(kg.C)C氯乙烯二0.8502kJ/(kgC)计算：Q:进料温度为75C,即Q=0Q:由反应式，Q3=124.8X214.7915X103(2-40)+1008.4117义(110-75)(2-4D=2840660.546kJQ:Q4=Q氯乙烯+Q乙快+Q氯化氢+Q氧气+Q水蒸气=12753.245义0.8502X(110-75)+279.229X1.884X(110-75)义0.871X(110-75)+2.7783义1.888X(110-75)+2.971X1.005=379498.3115+18412.3603+30741.4307+183.5901+104.5049=4289

34、40.1974kJQ:Q5=Q2X1.5%Q1+Q+Q=Q4+Q0+Q2+2840660.546=428940.1974+0.015Q2Q2=-2448447.054kJQ:Q5=Q2X5%=-2448447.054X0.015=-36726.7058kJ表2.15转化器热量衡算表/kJ/kJC2Hz0CHCHCl379498.3115HCl0C2H18412.3603Q0HCl30741.4307HzO0O2104.5049反应热2840660.546hbO183.59010循环水-2448447.054损失-36726.70582392213.49162392213.4916(4)石墨冷却

35、器进料温度：ti=110c出料温度：t2=25C以进料温度ti=110c为计算基准：C乙快=1.905kJkJ/(kgC)C水蒸气=1.926kJkJ/(kgC)C氯化氢二0.873kJkJ/(kgC)C氧气=1.021kJkJ/(kgC)C氯乙烯=0.857kJkJ/(kgC)计算：Q:进料温度为110C,即Q=0Q:Q3=0(无反应或冷凝热产生)Q:Q4=Q氯乙烯+Q乙快+Q氯化氢+Q氧气+Q水蒸气=12753.245X0.857X(25-110)+279.229X1.905X(25-100)+1008.4117X0.873X(25-100)+2.7783乂1.926乂(25-100)+2

36、.971X1.021X(25-100)=-946354.5452-45214.1558-74829.1902-454.8355-257.8382=-1067110.565kJ(2-42)Q:Q5=Q2X1.5%Q1+Q+Q=Q4+Q0+Q2+0=-1067110.565+0.05Q2Q2=-1123274.279kJQ:Q5=Q2X5%=-1123274.279乂0.05=-56163.7140kJ表2.16石墨冷却器热量衡算表/kJ/kJCHCHCl0CHCHCl-946354.5452C2Hb0GH-45214.1558HCl0HCl-74829.1902Q0O-257.8382H2O0H

37、2O-454.8355循环水-1123274.279损失-56163.71402-1123274.2792-1123274.279(5)冷却水消耗:I盐水：已知：盐水用于石墨冷却器除去水气,进料温度：ti=-35C出料温度：t2=-20C40%fc水的比热容：C盐水=3.214kJ/(kgC)Q=mCP(t2-ti)=1998476.924m=1998476.924+(15X3.214)=41453.5765kJ(2-43)II循环水：在石墨预热器中，进料温度：t1=110c出料温度：t2=95C95c时：C水=4.214kJ/(kgC)110c时：C水=4.238kJ/(kgC)C平均=(4

38、.214+4.238)+2(2-45)(2-4=4.226kJ/(kgC)4)Q=1603999.057kJ.需水量：m=1603999.057+(4.226乂15)=25303.6608kg 在转化器中，进料温度：t1=95C出料温度：t2=110CQ=2448447.054kJ需水量：m=2448447.054+4.226+(110-95)=38625.131kg(2-46) 在石墨冷却器中，进料温度：t1=15C出料温度：t2=95C95c时：C水=4.214kJ/(kgC)15c时：C水=4.187kJ/(kgC)C平均=(4.214+4.187)+2=4.2kJ/(kgC)(247)

39、Q=1123274.279kJ需水量：m=1123274.279+4.2X(95-15)=3343.0782kg(2-48)表2.17水消耗综合表物料相应设备热量/kJ/kJ盐水石墨冷却器1998476.92441453.5765循石麋预热器1603999.05725303.6608环转化器2448447.05438625.131水1123274.2793343.0782石墨预热器中的水可由转化器出来的水来提供。石墨冷却器中出来的水又可以提供给转化器实际用水38625.131kg第三章主要设备及管道管径设计与选型3.1 转化器的设计与选型3.1.1 已知条件川此处的转化器为列管式固定床反应器。

40、催化剂粒度：0.756.5mm,载体机械强度应90%HgCl2含量：10.5%12.5%水分的含量：小于0.3%松装粒度：540640g/L空速：2540m3/（m3催化剂h）时，转化率最高反应温度：新触媒，150C：旧触媒，180c反应压力：0.05MPa采用经验设计法6:SvVr(3-1)V原料混合气进料流量，m3Vr催化剂床层体积，m3SV一空间流速，h-1假定空间流速SV=30m3/（m3催化齐卜h）表3.1转化器的进料组分表进料质量/kg物质的量/kmolQHk5584.579214.7915HCl8456.307231.68Q2.9710.093H2O2.77830.1545E14

41、046.64446.71833.1.2数据计算混合气的体积流量：V=446.7183X22.4=10006.49m3(3-2)由式得：Vr=10006.49+30=333.5497m3选管子：57X3.5mm管子径d=0.05m,管长6m催化剂的装填高度为5.7m。333.5497n管子数：一0.0525.7(3-3)429803根每个转化器用2401根管子，则转化器为298.3+2401可取为13个转化器。循环水带走的传热量2448447.054kJ,由于进出口温度变化不大，即近似为恒温。(11095)(11075)0人tm13-4)2=25CK取经验值100.贝(J,A需-Q2448447

42、.054=979.3788m2(3-5)Ktm10025A实际=3.14ndl=3.14义13X2401X0.05X5.7=27932.5137m2(36)A实际?A需要能满足要求。选取：壳体大于400mm用钢板卷焊而成7,壳体径D取决于传热管数n,排列方式和管心距。D=t(no1)+(2-3)do式中：t一管心距，t=1.25d。d。一换热管外径nc一横过管束中心线的管数，该值与管子排列有关。本设计采用正三角形排列，则nc=1.1赤=1.1<2401=54(3-7)t=1.25d。=1.25X0.057=0.07125m(3-8)D=t(nc-1)+2.5d。=0.07125X54+2

43、.5X0.057=3.9185m(3-9)圆整至ij4000mm参考文献，为了满足及时转移反应放出的热量，采用把转化器换热分为三层，三层同时进行散热。3.1.3 手孔网;反应最高压力为1.5atm选用平焊法兰手孔。公称压力PN0.06MPa公称直径DN250mmH=190mm采用R类材料，垫片的材料采用普通的石棉橡胶板。其标记为：手孔H(A.G)250-0.6HG/T21529-953.1.4 封头的选择根据手册选用锥形封头。由于该设备可直接看做列管式换热器，故可直接查阅手册8,可得在0.6MPa下，管径为4000mm勺封头厚度可取14mm3.2精储塔的设计与选型6由碱洗塔顶部出来的粗氯乙烯气

44、体经排水罐部分脱水后进入机前冷却器冷却至510C,除去粗VC中的大部分水分、提高了气体的密度后，经氯乙烯压缩机压缩至00.75MPa,送机后冷却器降温至50c左右除去部分油水进入精储段。氯乙烯的精储主要是将压缩岗位送来的氯乙烯气体在0.550.60MPa下，在全凝器全部液化为15c的过冷液体，VC液体进水分离器，含有不凝气体氯乙烯气体进入尾气冷凝器，用-35C冷冻盐水进一步分离，冷凝液体也进入水分离器，由水分离器的液体VC先送至低沸塔进行一级精储去除乙烘和氮气、氧气等低沸物，再送至高沸塔经二级精储除去二氯乙烷等图沸物，在塔顶可得到纯度大于99.95%的精制单体送至聚合工序沸点温度：t=-83.

45、6C沸点温度：t=-13.9C沸点温度：t=5760c故将其视为氯乙烯一同进行各种物料和热量衡A一轻组分：C2HB一产品VC:CH2CHClC一重组分：CHzClCHCl以上沸点均为常压。I已知条件：在精储段以前由于二氯乙烷的含量极少,知，此转化器的转化率为95%主反应的收率为94.44%,因此得：均以小时计算二氯乙烷的摩尔质量：21.479kmol氯乙烯的摩尔质量：385.413kmol乙烘的摩尔质量：22.691kmol总的进料量：F=21.479+385.413+22.691=214.7915kmol(3-1II设计条件：操作压力：0.7MPa进料热状况：泡点进料回流比：R=2Rmin单

46、板压降：<0.7kpa板效率：30%原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率及其对应的沸点：xf=0.05t=40Cxd=0.3t=-5CxW=0.00001t=50III精储塔的物料衡算：乙烘的摩尔质量：Ma=26kg/kmol氯乙烯的摩尔质量：MB=62.5kg/kmol总物料衡算：214.7915=D+W乙烘物料衡算：214.7915X0.05=0.3D+0.00001W(3-11)D=71.597kmol/hW=357.986kmol/hIV塔板数的计算7理论板数N的求取采用图解法求理论板数:由聚氯乙烯工艺学查得乙快一氯乙烯的气液平衡数据，绘出x-y图。求最小回流比及操作回流比采用作图法

47、求最小回流比。在xy图中的对角点上，自点e(0.05,0.05)作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为yq=0.2xq=0.05故最小回流比为:RminxDyq0.30.20.670.20.05(3-12)取操作回流比为:minR=2R=1.34(3-13)3.2.1 求精储塔的气、液相负荷L=RD=1.34X71.597=95.94kmol/h(3-14)V=(R+1)D=(1.34+1)X71.597=167.54kmol/h(3-15)L'=L+F=95.94+214.7915=525.52kmol/h(3-16)V'=V=167.54kmol/h3.2.

48、2 求操作线方程精储段操作线方程为:LDy-xXdVV95.9471.597x0.3167.54167.540.57x0.128(3-17)提储段操作线方程为:、L'、WyVxVXw(3-18)%X357860.00001167.54525.523.137x'6.8106图解法求理论板数采用图解法求理论板数，求解结果为：精储段板数=1.7块提储段板数=5块由于乙快与氯乙烯属于非同类化合物，与理想溶液的拉乌尔定律有较大误差，故取板效率为30%即精储段实际板数=1.7/0.3=5.667=6块提储段实际板数=5/0.3=16.67=17块即第6块板为进料板。3.2.3塔径的计算网I

49、已知条件操作压力：0.7MPa操作温度：塔顶温度：td=-5C进料板温度：tf=40C精微段平均温度：tm=(40-5)/2=17.5CII平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量的计算：MVd=0.3X26+(1-0.3)662.5=51.55kg/mol(3-19)进料板平均摩尔质量的计算：MVf=62.5kg/mol精储段的平均摩尔质量：Mvm=(51.55+62.5)/2=57kg/mol(3-20)取Mvm«MmIII平均密度气相平均密度的计算：由理想气体状态方程计算，即PMvmVmRTm700578.314(17.5273.15)16.51kg/m3液相平均密度的计算：液相平均密度依下式计算，即1/LmHi/i(3-21)(3-22)塔顶液相平均密度的计算:由tD=-5C,由手册6查得:A470kg/m3b948kg/m3(3-23)LDm10.3/4700.7/948726.38kg/m3进料板液相平均密度计算由tF=40C,由手册查得：3a230kg/m