【《年产18万吨聚氯乙烯合成车间化工工艺设计》23000字】

IPAGEPAGEVI年产18万吨聚氯乙烯合成车间化工工艺设计摘要聚氯乙烯，英文名称为：polyvinylchloride，简称PVC，结构式为：[―CH2―CHCl―]n,引发剂作用下由氯乙烯单体聚合而成的热塑性树脂。机械性能良好，介电性能优异。添加其他组分可增强聚氯乙烯耐热性，韧性，延展性等性能，目前广泛应用于工业，建筑，日用生活等等领域。经过近几十年的工业摸索以及发展，PVC在社会发展中有十分重要的作用。本设计根据设计任务书的要求，选用新型干法电石乙炔设计一个年产18万吨聚氯乙烯（PVC）合成车间的工艺流程，旨在处理氯碱厂废气氯气。本文对聚氯乙烯的研究，生产和应用进行了解析，阐述了聚氯乙烯的用途地位等，确定了生产工艺为干法电石，对氯乙烯合成工段的主要设备进行了物料衡算、热量衡算和计算选型。并对非工艺部分如三废处理，供水供电等制作了处理方案。并绘制了氯乙烯合成工段物料流程图，主要设备图装配图及管道及仪表流程图。关键词：聚氯乙烯氯乙烯干法电石乙炔物料衡算热量衡算目录30434摘要 I3167第一章绪论 1132011.1设计的目的、作用及任务 1201381.1.1毕业设计的目的和作用 1256021.1.2毕业设计的任务 1261081.2聚氯乙烯简介 1307781.2.1聚氯乙烯的性质 177911.2.2聚氯乙烯的用途 2257751.2.3聚氯乙烯在国民经济中的意义 3144021.4建厂依据及设计指导思想 360841.4.1建厂依据 3171491.4.3厂址概况 56856第二章工艺生产方法 689482.1原料氯乙烯生产方法的比较 6184242.1.1氯乙烯生产方法简介 671092.2生产方法的选择和论证 796072.3原材料和产品的技术规格以及物化性质 8204052.3.1原材料和产品的物化性质 8138202.4生产过程的基本原理 13253802.4.1原材料的生产及氯乙烯的合成 13205802.4.2由乙炔和氯化氢合成VC的动力学分析 15113732.5主要设备的选择与论证 18264072.5.1合成转化器 18235282.5.2低沸塔—冷凝蒸出塔 1867932.5.3高沸塔 1994542.6生产工艺流程的设计与论证 1971882.6.1合成工段 19307362.6.2清净工段 20211262.6.3精馏工段 208152第三章物料衡算 22271253.1计算依据 22237633.1.1生产规模 2267263.1.2全年开工时间 22170813.1.3原料电石标准 22322983.1.4氯乙烯工段原料规格（干基V%） 23265963.1.5原料配比 23264333.1.6转化率和收率 24167613.1.7氯乙烯单体（VCM）规格 24164033.1.8主要设备操作工艺条件 2466453.1.9电石消耗定额计算 25212363.1.10进入氯乙烯工段的原料气量 25156063.2物料衡算 27176983.2.1混合器 2726823.2.2石墨冷却器及除雾器 27203663.2.3预热器 29299313.2.4转化器 29192523.2.5水洗塔 29186073.2.6碱洗塔 3153573.2.7VC气柜 34207583.2.8机前冷却器和机后冷却器 35115533.2.9全凝器 36199323.2.10分馏系统 4122984第四章热量衡算及设备计算 5814344.1计算说明 5814254.1.1温度基准 58258154.1.2热容数据 58115664.1.3各物质热容Cp值计算 58221784.1.4进出口物料组成 59297144.1.5结果要求 59109554.2主要设备的热量衡算及选型 5910714.2.1混合器 59161994.2.2混合气体石冷器（包括除雾器） 59144404.2.3预热器 6133854.2.4转化器热衡及设备计算 62204414.2.5转化后石墨冷却器 73326924.2.6机前冷却器 7461804.2.7机后冷却器 76269404.2.8全凝器 78121344.2.9尾凝器 81221514.2.10成品冷凝器 84170174.2.11低沸塔 86123054.2.12高沸塔 9147874.2.13低沸塔设备计算 95270034.2.14高沸塔设备计算 1049802第五章生产控制与安全技术 113135265.1生产控制 113248205.2生产安全技术和防范措施 11485165.2.1生产安全技术措施 114282955.2.2生产过程中害因素分析及防范措施 11519385.3三废处理和综合利用 117306315.3.1废气处理 117319315.3.2废液处理 11863305.3.3废渣处理 1183745.4主要控制测量仪表 11855745.4.1主要测量控制仪表 11879955.4.2主要调节系统和控制点 120230055.5安全技术与劳动保护 12126211第六章其他非工艺部分 12418576.1建筑设计要求 12477556.1.1设计依据资料 124177756.1.2建筑设计要求和房屋结构特点 124163006.1.3车间布置 12593876.2供电 125211176.3车间室员编制 126273356.3.1车间管理工作人员 126215326.3.2主要、辅助生产工段班组人员 126315396.4消耗定额及成本 126第一章绪论1.1设计的目的、作用及任务1.1.1毕业设计的目的和作用毕业设计是本科教学计划中最后一个重要环节，是为实现高等院校培养高级应用型、技术型人才培养目标和城镇规划专业培养目标所必须的实践性教学环节。毕业设计的目的在于强化学生对知识的掌握和理解，培养学生思维，进一步提高外语水平，计算机运用水平,查找文献的能力，书面及口头表达能力。进一步系统的巩固所学的专业基础理论、关联专业内的知识和和新颖所用的设计观念，使学生能熟练掌握资料的收集和分析、相关规范的选择和运用；掌握化工工艺规模的确定、管道的布置和计算、设计方案的选择、成果图的绘制以及设计文本的编制全过程。为解决工作中的问题奠定了基础。1.1.2毕业设计的任务本设计以广西柳化氯碱公司为原型，为处理公司烧碱车间废气的氯气，设计了年产18万吨的聚氯乙烯合成车间，并结合当地情况，设计内容包括厂址选择，废气废水废渣处理及管道设备布置等。需要完成：（一）、干法电石乙炔生产聚氯乙烯的合成车间的化工工艺设计和计算，说明书撰写。（二）、绘制CAD图纸：1.带控制点的生产工艺流程图；2.物料流程图。3.主要设备布置图；1.2聚氯乙烯简介1.2.1聚氯乙烯的性质一、物理性质外观：白色粉末分子量：50000～120000表观密度：0.40～0.65g/ml密度：1.35～1.45g/ml（20℃）比热容：（0～100℃）：1.045～1.463J/(g.℃)表观密度：0.40～0.65g/ml热导率：0.1626W/（m.K）颗粒直径：紧密（XJ）型30～100μm输送型（SG）型60～150μm糊树脂1.2～2μm热分解点：>100℃开始降解出氯化氢软化点：75～85℃溶解性：不溶水、酒精，水及氯乙烯。溶于酮类、脂类和氯烃类溶剂。毒性：无毒、无臭二、化学稳定性稳定性高，高耐药性三、热能性无固定熔点，80~85℃软化，130℃变为粘弹态，160~180℃开始变为粘流态。在100℃以上或者经长时间曝晒，分解产生氯化氢，并进一步自动催化分解，发生变色：白色→浅黄色→红色→褐色→黑色。约200℃开始分解。五、光能性在紫外线单色光的照射下为弱蓝绿荧光色。长期照射则发生光氧化分解，聚氯乙烯柔性减弱。六，电能性具良好介电性能，为介电功耗最少的材料之一，温度越低其介电性能越好。聚氯乙烯制品的增塑剂、稳定剂的种类和用量影响其介电性能。1.2.2聚氯乙烯的用途聚氯乙烯为通用树脂，是我国第一、世界第二大通用型合成树脂材料。是重要的基础原材料之一，因为价格低廉，高化学稳定性，具有良好的可塑性，聚氯乙烯在建筑、工业、公用事业、日常生活等领域应用广泛。聚氯乙烯制品一般可分为两大类：硬质制品和软质制品。硬质制品加工中不添加增塑剂，软质制品则添加了大量增塑剂。由于添加的增塑剂、稳定剂，填料及润滑剂等的不同，聚氯乙烯可加工成多种多样的制品。1.2.3聚氯乙烯在国民经济中的意义聚氯乙烯是我国重要的有机合成材料，属于大宗基础商品。由于其性能价格比优越，聚氯乙烯广泛用于工业、日用生活、农业、包装、建筑、公用事业等领域。从产品分类角度则PVC属于三大合成材料中的合成树脂类。随着包装材料，电子电气制品等方面的快速发展，市场的需求也不断增加，聚氯乙烯行业得到了迅速发展。原料方面，在我国，石油、天然气、食盐以及制造电石的煤与石灰石的来源丰富，因此发展聚氯乙烯有着极其优势的条件。技术方面，则是生产技术易于掌握。作为四大支柱之一，PVC产品广泛应用于国民经济的各个领域。PVC工业发展迅速，与其他行业关联度高，其发展有利于带动多行业共同发展。对改善人民的生活条件，提高人们生活水平，以及国民经济发展和综合国力提升有很大帮助。1.4建厂依据及设计指导思想厂址选择需考虑国家政策方针及经济环境社会效益。必须遵守国家法律法规，符合国家地区规划，贯彻落实基本方针，随机应变。做好三废处理工作，遵守环境保护法。1.4.1建厂依据（一）、在化工厂建设电石乙炔法生产PVC的优势广西石灰石资源丰富，电石购买成本低。柳州地区拥有红水河，柳江等河流，并建有火电厂，水力电力资源丰富。柳州化学工业集团氯碱厂副产氯气，为处理氯气，且因该厂公用设施和辅助设施比较完整，故增建PVC车间，充分利用废气。广西柳州鹿寨交通方便，劳动力充足，且建有工业园区，产品生产销售便利。（二）、设计依据《化工设计》化学工业出版社；《化工工艺设计手册》化学工业出版社；《设计任务书》北京化工大学；化学工业部【79】化基字619号文；区石化局油化基字【1983】195号文“关于666停产，扩建PVC车间以平衡氯气，稳定烧碱生产任务；化工部技术经济研究中心的【83】化技戊字13号文；国家部委办和自治区颁布的有关规范、规定和标准。1.4.2设计指导思想和原则秉承节能降耗原则。设计过程中，遵循“自力更生、独立自主、艰苦奋斗、勤俭建国”和“多快好省的建设社会主义”的方针，尽快形成生产力。设计中力求技术先进，经济合理，采用适当的机械化，自动化水平和国外成熟的先进技术，先进设备和改革成果。3.贯彻《中华人民共和国环境保护法》，注意在生产中的综合利用，除害兴利。充分利用当地的现有资源，合理开发，节能减排，加快建设进度。1.4.3厂址概况柳州化学工业集团有限公司位于广西中部，广西柳化氯碱有限公司位于柳州鹿寨县鹿寨镇新胜村（即鹿寨县工业园区），水陆交通比较发达；柳州化学工业集团有限公司厂址位于柳北老工业园区内，基础设施较完善。以生产烧碱为主的综合性化工企业副产、产量较多，为广西柳化氯碱有限公司提供了丰富的原料资源；PVC车间位于工业园区内，不占用农田，不必增购土地；工厂的设置符合环境规定，将环保、节能、安全、经济集于一身。第二章工艺生产方法2.1氯乙烯生产方法的确定2.1.1氯乙烯生产方法简述氯乙烯为生产聚氯乙烯的原料，氯乙烯的生产有乙炔法、联合法、乙烯氧氯化法、乙烯平衡氧氯化法四种方法。本次设计采用电石乙炔法，主要对比了干法与湿法电石。乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯最先应用于工业生产，以活性炭为载体，吸附氯化汞为触媒，在乙炔和氯化氢加成的基础上在装满触媒的转化器中进行放热反应。其化学反应如下：湿法电石乙炔：电石反应为大量反应，水包电石反应。此法优点在于反应所需温度低，乙炔纯度高，副产物少，流程简单，技术成熟，运行稳定性强。但电石消耗量大，渣浆含水量高，耗水量大。干法电石乙炔：为少量水喷洒于电石表面的小水量比反应。此法优点在于：安全系数高，电石消耗低，渣浆含水量低易处理，耗水量少，乙炔收率高，电石水解率高。2.2生产方法选择和论证选择的生产方法需遵循以下原则：技术上先进，经济上合理，因地制宜。从现代世界生产氯乙烯的工艺条件来说，湿法乙炔为主流，但结合两种方法优缺点及广西实际情况，干法更为适宜：湿法乙炔废渣处理步骤复杂：湿法乙炔渣浆含水量过多，处理渣浆工序，复杂资源消耗量大。技术上欠缺：传统湿法乙炔现状环境污染严重，电石及乙炔流失大，工艺装置仍需改善。本次设计氯碱厂渣浆用来对外售卖，且该氯碱厂本有干法电石装置，因此选择干法电石更为合适，具体体现在：从技术角度看，该厂曾配置有干法电石乙炔车间，工序方便熟练，在现成的工艺条件下，选择干法电石乙炔是最优的；从原料看，当地有很多电石来源，且干法电石耗水量低，后续脱水处理工序较简单。从经济角度看，采用干法乙炔生产VC，投资少，运用规模广，经济效益见效快，可实现废气废渣回收利用升值。总而言之，虽干法电石乙炔电力消耗多，设备维修量大，但是在广西柳化氯碱有限公司选择干法电石乙炔生产聚氯乙烯更为合理可行。2.3原材料和产品的技术规格原材料和产品的技术规格如下表2-1所示：表2-1原材料和产品的技术规格Table2-1Technicalspecificationsofrawmaterialsandproducts序号名称控制项目规定指标1电石碳化钙>66.92%(W)氯化钙<22.08%(W)游离钙<100%(W)氧化镁<0.40%(W)硫<0.101%(W)磷<0.030%(W)粒度50mm~80mm2氯化氢纯度≥≤93~96%游离氧<0.02%含氧量<0.5%3氯乙烯VC含量≥99.9%C2H2含量≤10PPMEDC含量≤10PPMHCl含量≤2PPMFe3+含量≤2PPM4聚氯乙烯XJ：水分及挥发物含量≤0.3~0.5%XJ：40目≥99.80%XS：30目≥99.80%XS：水分及挥发物含量≤0.50~0.60%100g树脂中黄黑色总数一级品是其和颗粒中黑点不大于15颗XJ：表观密度≥0.55g/mlXS：表观密度≤0.55g/ml2.4生产过程的基本原理2.4.1原材料的生产及氯乙烯的合成生产乙炔和氯化氢（1）、工业上合成乙炔的方法主要有两类：烃类裂解和电石法。由于广西石油资源不足，乙炔的生产由电石获得。电石和水发生乙炔反应的化学方程式：（2）、氯化氢的合成：是把来自氯碱车间的氯气和氢气共同通入合成炉进行燃烧生成HCl，反应方程式如下：氯乙烯的合成由乙炔和氯化氢合成VC，一般采用载于活性炭上的氯化高汞作为催化剂，其主副反应如下：主反应：，副反应：，由乙炔和氯化氢合成VC的热力学分析根据实验测定，VC合成的主副反应均为放热反应，随着温度的升高，反应平衡常数降低。从理论上主副反应均低温更有利，为达到最高收益，需做热力学分析来确定最佳温度。VC的平衡常数：（2-1）它与温度T的关系为：（2-2）设乙烯的转化率为Xe，总压为P，那么反应开始：110反应结束：1-Xe1-XeXe2-Xe∴（2-3）由（2-4）又∵P=1atm∴（2-5）在25℃时，（2-6）∴1−√同理可求得各温度下的平衡常数KD和平衡转化率列表如下：表2-2平衡常数和平衡转化率Table2-2EquilibriumConstantandBalanceConversionRateT(℃)Kp(1)Kp(2)Kp(1)/Kp(2)Xe253.79×10109.6×1053.766×10-60.999995288.14×1072.015×10114.04×10-40.9998892001.85×1047.5×1040.2060.9926482501.73×1031.15×1031.50650.97597由上表可以得以下结论：（1）、随温度升高，VC的Kp值和转化率下降；（2）、低温下，Kp(2)>Kp(1)，说明低温对主反应不利，对副反应有利；（3）、随温度升高，Kp(2)下降速度比Kp(1)快得多，故采用高温，对主反应竞争有利，当Kp(1)=Kp(2)时，此时温度即为T转；（4）、T上升，,Kp下降，反应热力学推动力下降，由于工艺上要求Xe≥99.9%，且温度过高（180℃以上），触媒、HgCl2易升华，容易被分解，从而失去活性，同时温度升高，使副反应加剧，高沸物增加，所以反应温度不能太高，应控制在130~180℃。2.4.2由乙炔和氯化氢合成VC的动力学分析催化剂主反应无cat时，反应速度很慢，且副反应竞争很强，所以生产上要用cat。从热力学分析可知，在100~200℃范围的热力学平衡常数是很高的，但是VC的合成反应在上述温度下无催化剂存在时的反应速度几乎为零。当存在催化剂：AgCl、HgCl2、CuCl2、BaCl2、ZnCl2时，反应速度可以大大加强，而能达到工艺要求的只有HgCl2。因此生产上采用HgCl2/C作为催化剂，它的成分是由8~85%的HgCl2和载体φ3*（6~9）mm圆柱体的活性炭组成，由于HgCl2有毒，易升华，当温度升高时，升华加快，要求反应温度小于180℃。所以合成VC的反应温度为100~180℃。反应机理在氯化汞触媒存在时，乙炔与氯化氢合成VC的反应机理如下：乙炔先与加成生成中间产物氯乙烯氯汞：此中间加成物很不稳定，通氯化氢即分解生成氯乙烯：当乙炔和氯化氢的分子比小时，所生成的VC和HCl加成生成1，1-二氯乙烷：氯乙烯和乙炔的分子比过大，会导致催化剂失活以及副反应比例增大，因此反应过程氯化氢适度过量。反应速度与温度的关系从动力学角度来看，合成VC反应速度随反应温度升高而加快，格列勃开津所得到的合适100—218℃范围的关系式：克分子C2H2*大气压-1/克分子HgCl2*小时上面是合成VC的反应速率常数与温度的关系。结果说明在100~200℃使用HgCl2为催化剂时，合成VC的活化能很低，仅为6000卡/克分子,因此反应很容易进行。反应的影响因素及反应条件的选择选择反应条件，主考虑原料纯度、分子比（原料配比），空速（投料速度的特征值），反应温度和压力以及cat等，选择时尽量达到高产高质低耗，，工艺流程短，操作方便安全等原则。（1）、原料纯度1.乙炔纯度要求≥99%，但由于工业电石不纯，其杂质能与水发生反应，产生气体杂质：这些杂质在氯乙烯的合成中会引起催化剂中毒，使之失去活性，可如下反应：且，PH3与空气接触会产生自燃，引起乙炔爆炸，所以无论从生产还是安全角度考虑，都必须把乙炔中的杂质除去，不含S、P等杂质。2.水分原料气中水分含量≤0.06%。含水量过高，则氯化氢易溶解生成盐酸，腐蚀设备与管道，产物二氯化铁结晶易堵塞管道，威胁正常生产。并会造成触媒结块，催化剂活性变低，转化器进出口阻力增加，造成触媒翻转困难。此外，还易与C2H2反应生成不利于聚合反应的乙醛。3.氯化氢由于Cl2与乙炔反应易引起爆炸，因此要求HCl≥96%，H2<3.0%，N2<1.0%,不含游离氧。4.惰性气体原料气中的惰性气体氮气、氢气等虽然不参与反应，但含量过高会产生稀释作用，使得乙烯转化率下降，同时增加了精馏提纯等工序的工作量，也会导致VC夹带损失加重。因此尽量降低惰性气体含量。（2）、原料配比由Kp=PVC/PC2H2可知，C2H2、HCl的平衡分压或平衡浓度相互影响，为提高C2H2转化率，C2H2或HCl须有一方稍过量(即提高分压或HCl分压，从而使Kp或K值增加)。因为C2H2过量会使HgCl2还原成Hg2Cl2或Hg，导致催化剂失去活性。因此应选择HCl过量。HCl稍过量，可提高C2H2的转化率，避免HgCl2失活。一般认为合成VC时，C2H2于HCl的分子比控制在1：1.05~1.10，即HCl过量5~10%为宜。（3）、反应温度在热力学分析中已经指出，由和HCl合成VC反应的理论转化率随温度升高而降低，但即使在180℃高温下仍很高，大于99%。动力学分析曾指出，合成VC的反应速度与温度成正比，但在180℃以上高温的条件下，发生升华，催化剂活性会在的升华量最大之后快速衰减。因此，合成VC的温度选择在130~180℃，随着使用时间的延长，催化剂活性衰减，则逐步提高温度。（4）、反应压力由于乙炔和氯化氢合成VC的反应是一个体积减小的反应，理论上增加压力有利于提高乙炔的转化率，但高压条件下乙炔易爆炸，且动力消耗增加，对设备要求较高，因此选择常压操作。（5）、空间速度空速较高时，反应物与催化剂接触时间较短，乙炔转化率低。反之，空速较低时，乙炔转化率较高，采用列管式固定床反应器做转化器，经过生产和实验表明，温度为130~180℃，压力1.5atm左右，时，为使乙炔转化率达到99%，采用左右的空速为宜。2.5主要设备的选择与论证2.5.1合成转化器气固相催化反应中，工业常用列管式流化床及列管式固化床，本次选用列管式固化床。列管式固定床反应器的优点是：1.返混小，催化效率高，选择性好。2.催化剂损耗少，反应推动力大，转化率高，生产能力高。3.结构简单。缺点是：1.传热效率较差，温度难以调控。2.催化剂不能在操作过程更换。3.反应器结构复杂，合金钢消耗大。4.沿轴向温差较大，且有热点出现，径向也有温度差。5.对原料气混合要求高。流化床反应器的优点为：1.传热好。2.可以分头进料，操作较安全。3.合金钢材料消耗少。4.催化剂装卸方便。5.对原料要求高。缺点：1.cat易磨损，损耗较多。2.返混大，转化率降低，选择性下降。在合成VC的反应中，由于乙炔的转化率要求较高，≥99%，催化剂HgCl2贵重，触媒HgCl2/C机械强度高,流化床反应器催化剂损失大，转化效率达不到要求。列管式固定床反应器能够减少催化剂磨损，且能够达到较高转化效果。2.5.2低沸塔—冷凝蒸出塔在低沸塔进行的精馏过程中，塔顶出来的是不凝气体，轻组分及少量VC，要求上升蒸汽量较低，下降液体流量较大，且泡罩塔较少发生漏液，操作弹性好，因此选择泡罩式塔板。低采用塔顶冷凝器的回流方式，则是因为过程回流比大，冷凝器回流可以减少设备费用。2.5.3高沸塔由于高沸塔塔顶出来的是VC产品，上升蒸汽量大，下降液体流量较少，所以选择浮阀塔采用塔顶冷凝器的内回流方式。浮阀塔的特点：操作弹性大，塔板效率高，气体压降及液面落差较小，塔的造价低。2.6生产工艺流程的设计与论证2.6.1合成工段生产工艺流程的设计由乙炔装置送来的精制乙炔气与HCl装置送来的干燥HCl按比例调节C2H2/HCl=1:1.05~1.10（克分子比），在混合器中进行混合，后进入石墨冷却器进行冷却和脱水。一部分水和HCl气体变为40%的盐酸排出，部分则夹带于气流中，进入除雾器，然后该气体经过预热器预热，先进入第Ⅰ组转化器，反应生成氯乙烯，然后再进入第Ⅱ组转化器，合成反应的热量是通过95~100℃的循环水移走。论证混合冷冻脱水：乙炔气和氯化氢气互成90度角按切线方向进入混合器内，此时混合气内由于气体回旋运动产生的离心力把其中较大的液滴甩向器壁发生冷凝，又借盐酸本身的重力顺壁流下来，达到气体与水分初步分离的作用，混合气进入石墨冷却器进一步脱水达到脱水的要求。混合气体进入石墨冷却器时，由于温度突然下降，也会形成高度过饱和而产生酸雾，因此要用除雾器进行除雾。从除雾器出来的气体温度太低，若此时进入反应器不仅反应慢，而且转化率低，因此要用预热器进行预热。若只用Ⅰ一组转化器，则转化率较低，乙炔没有反应完全，给后面的工序增加负担，因此采用第Ⅱ转化器，第Ⅱ组转化器（可采用联合并联操作），填充活性高的触媒。这样不仅提高转化率而且触媒可得到充分利用。2.6.2清净工段生产流程设计从转化器出来的气体经石墨冷却器，除汞器，水洗塔，碱洗塔，从碱洗塔出来的气体，一部分气体分到气柜，一部分到机前冷却器，水分离器，然后到压缩机，出来经过油水分离器再到机后冷却器。论证在转化器中，由于反应温度较高，氯化汞易升华，并随合成气一起出来，而氯化汞毒性很大，因此要用除汞器把它除掉。在合成反应中，氯化氢过量，通过水洗塔低温水喷淋除去合成气中的大部分氯化氢，再由碱洗塔洗去残余的微量氯化氢及酸性气体。进入压缩机的气体的温度小于30℃，此温度下有液体水产生，水会对压缩机有严重损害，因此，在混合器进入压缩机前要进行冷冻脱水。由于VC的沸点在常温常压下为-13.9℃，为了提高其沸点，因此要对VC进行加压。机后冷却器，粗VC在进入精馏操作之前，必须严格的脱水干燥，否则，即使存在微量的水分也会引起精馏系统因冻结而被堵塞，因此，压缩后用机后冷却器使水冷却下来并除去。2.6.3精馏工段工艺流程设计从机后冷却器出来后，粗VC到全凝器，全凝器中，排出C2H2，液体VC过低沸塔，然后到高沸塔，，最后纯VC经冷凝后成品去聚合工段。论证1.为了节约成本，低沸塔的进料为液相，因此，在进料前要把全凝器中粗VC气体冷凝为液体。2.先除低沸物，再除高沸物，与先除高沸物再除低沸物比有以下优点：（1）、成品精馏的VC由塔顶气相出料冷凝下来，可减少因设备腐蚀产生的铁离子和塔内生成的自聚物含量，可满足聚合过程对单体中杂质含量的要求。（2）、由于高沸塔采用液相进料，由图解计算，在一定回流比下只要采用极少的理论板数，就可获得含量99.9~99.99%以上的高纯度单体，而采用气相进料流程时，要获得同样纯度的单体，则所要的理论板数就要增加几倍。（3）、由于高沸塔在低沸塔之后，所需的压力比低沸塔的低，可以减少所需的理论塔板数。附图1：工艺流程简图第三章物料衡算3.1计算依据3.1.1生产量年产18万吨PVC树脂3.1.2全年开工时间更换催化剂：每年两次，一次三天小修：一次一天，每年进行十次大修：一次十四天，每年一次停车：每年七天总非生产时间：37天/年每年生产总时长：328×24=7872h设计全年生产时长为7900h3.1.3原料电石标准氯乙烯的生产原料电石按照以下国标：表3-1电石国家标准的技术条件Table3-1NationalStandardsofthetechnicalconditionsofcalciumcarbide项目指标优等品一等品合格品发气量（20oC、101.3kPa）/（L/kg）≥300280260乙炔中磷化氢的体积分数/%≤0.060.080.08乙炔中硫化氢的体积分数/%≤0.100.100.10粒度（5~80mm）质量分数/%≥858585筛下物（205mm以下）质量分数/%≤555在压力760mmHg、20℃时，1kg纯电石（含CaC2100%）的发气量为372.63L，因此，不同纯度的电石的发气量为：优等品含CaC2≥80.6%发气量≥372.63×0.806≥300L/kg一等品含CaC2≥75.14%发气量≥372.63×0.7514≥280L/kg合格品含CaC2≥69.77%发气量≥372.63×0.6977≥260L/kg实物电石中，CaC2的含量（Wt%）为72%，CaO含量（Wt%）为22.08%，少量杂质（如MgO、CaS、C、Al2O3等）5.92%。3.1.4原料规格（干基V%）乙炔原料气乙炔原料气中包含99%的C2H2和1%的气体杂质如氮气，氢气。为温度10摄氏度，压力1120mmHg的混合气体。、氯化氢气体氯化氢原料气中包含96%的HCl和4%的杂质气体，如氢气和氮气，为温度十摄氏度，压力1100mmHg的混合气。3.1.5原料配比摩尔比：C2H2：HCl=1:1.093.1.6收率及转化率乙炔工段收率为97.0%，3%的损失主要为乙炔发生时造成以及清净损失。氯乙烯合成工段乙炔生成氯乙烯反应转化率为99.5%，其中假定副反应水分子转化率百分百。3.1.7氯乙烯单体规格VC≥99.999%，EDC（高沸物）<0.001%，C2H2<0.001%，常温常压下氯乙烯沸点为：-13.9+0.1℃3.1.8主要设备工艺条件混合器T=10℃，P=141.9645kPa石墨冷却器（包括除雾器）石墨冷却器及除雾器温度为T1=10℃及T2=-12℃，操作压力为137.299kPa。所用的深冷盐水温度分别是t1=-35℃及t2=-33℃。预热器T1=-12℃，T2=80℃，t1=95℃，t2=90℃P=135.966kPa转化器T1=80℃，T2=105℃，P=133.30kPa（1000mmHg）T1=95℃，t2=101℃最佳反应温度段130~180℃，转化器温度选择160度。主反应副反应转化后气体冷却器T1=105℃，T2=50℃，t1=30℃，t2=33℃3.1.9电石消耗定额计算PVC年生产量18万吨，年生产时长7900小时，则每小时PVC产量=kgPVC/h思路：标准电石（一级）实物电石（二级）CaC2粗乙炔精乙炔粗VCVCM粗PVC成品PVC实物电石消耗量=22785÷62.5÷0.975÷0.965÷0.99÷0.975÷0.72×64.1×7900=282325.3665吨/年3.1.10氯乙烯合成工段的原料气进入量氯化氢原料气组成及含量PVC每小时产量=180000×1000÷7900=22784.8kg/h理论所需VCM量=22784.8÷62.5=364.6kmol/h聚合工段损失2%，实际所需VCM量（C2H2的理论量）373.9487kmol/h实际过程中，C2H2的转化率（转化为VC）为99%，精制过程损失3.0%，所以C2H2的实际需求量389.41kmol/h进入氯乙烯合成工段的乙炔气量（干基）393.34kmol/h计算可得乙炔原料气组分和具体含量，列表3-2如下：表3-2乙炔原料气组成（干基）Table3-2Acetylenefeedgascomposition(drybasis)组成mol%kmol/hC2H299398.41O20.31.180N20.72.753∑100393.3410℃下，=1.2279kPa，P总=149.30kPa含H2O（g）的体积百分比为1.2279÷149.30×100%=0.8224%乙炔原料气总量（湿基）=393.34×（1+0.8224%）=396.5748kmol/h由此可知氯乙烯工段的乙炔原料气总量和组成列表3-3如下：表3-3乙炔原料气组成（湿基）Table3-3Acetylenefeedgascomposition(wetbasis)组成C2H2O2N2H2O∑kmol/h389.411.1802.7533.2318396.5748mol%98.19330.29750.69420.8149100.0000氯化氢原料气的量和组成纯HCl的理论量=389.41×1.09=424.4569kmol/h96%的氯化氢气体量=389.41×1.09÷96%=442.1426kmol/h氯化氢原料气干基组成如下表：表3-4氯化氢原料气的干基组成Table3-4Dryhydrogenchloridegascompositionofrawmaterials组成HClH2N2∑kmol/h424.456913.26434.4214442.1426mol%9631100查《化工设计手册》得：10℃时，在30%盐酸上H2O的蒸汽压=2.73mmHg=0.3639kPa故氯化氢原料气中水蒸气的比例为：0.3639/146.63×100%=0.2482%氯化氢原料气总量（湿基）=442.1426/（1-0.2482%）=443.2427kmol/h所以，氯化氢原料气的湿基组成列表3-5如下：表3-5氯化氢原料气的湿基组成Table3-5Wetbasisofhydrogenchloridegascompositionofrawmaterials组分HClH2N2H2O（g）Σkmol/h424.456913.26434.42141.1001443.2427mol%95.76162.99260.99750.2482100.00003.2物料衡算3.2.1混合器混合器出口温度为10℃，压力为141.9645kPa。混合器物料衡算列表3-6如下：表3-6混合器进出口物料组成Table3-6Importandexportofmaterialsintegralmixer进口出口组成kmol/hmol%组分kmol/hmol%乙炔气396.5478100.00C2H2389.4146.3648C2H2389.410098.1933HCl424.456950.5416O21.1800.2975O21.1800.1405H2O（g）3.23180.8149N27.17440.8543N22.7530.6942H213.26431.5794氯化氢气443.2427100.00H2O（g）4.33190.5158HCl424.456995.7617Σ839.8175100.0000H213.26432.9926N24.42140.9975H2O（g）1.10010.24823.2.2石墨冷却器及除雾器水蒸汽压计算公式：logP=A–B/T查表可知A=9.33923，B=2647∴logP=9.33923–2647/（-12+273.15）=-0.7967，可得P=0.02129kPa出口水蒸气含量=0.02129/137.229×100%=0.01551%设冷凝所得盐酸中，含水分xkmol，HClykmol，4.3319−x(3-2)解得：x=3.4198y=1.1243故水蒸气含量=3.5242–3.4198=0.1044kmol/h；氯化氢含量=337.9068–1.1243=336.7825kmol/h.石墨冷却器进出口物料含量如表3-7所示：表3-7石墨冷却器进出口物料组成Table3-7Importandexportofmaterialcomposedofgraphitecooler进口出口组分kmol/hmol%组分kmol/hmol%C2H2389.410046.6138C2H2389.410046.9281HCl424.456950.8091HCl423.072850.9848O21.18000.1413O21.18000.1422N27.17440.8588N27.17440.8646H213.26431.5878H213.26431.5985H2O（g）4.33190.5185H2O（g）0.12160.01465Σ839.8175100.0000Σ829.8017100.0000H2O（l）4.2103HCl（l）1.3841总计839.8175总计835.39613.2.3预热器假定预热器中原料气没有损失。3.2.4转化器因混合气中氯化氢过量，所以选择乙炔为计算基准，乙炔转化率和选择性均为99.2%。VC生成量=389.41×99.2%×（1–0.008）=383.2044kmol/h进入转化器的H2O全部转化为CH3CHOCH≡CH+H2O=CH3CHO0.12160.12160.1216即生成CH3CHO所消耗的乙炔气量=0.1216kmol/h合成塔发生副反应总乙炔气量=389.41×99.2%×0.8%=3.0904kmol/h∴副产物中二氯乙烷（EDC）的量=3.0904–0.1206=2.9688kmol/h转化器出口气体中乙炔气量=389.41×0.8%=3.1153kmol/hHCl的量=423.0728–383.2044–2.9688×2=33.9308kmol/h表3-8转化器进出口物料组成Table3-8Convertercomposedofimportandexportofmaterials进口出口组成分子量kmol/hkg/hmol%kmol/hkg/hmol%C2H226389.410010124.6646.67943.115380.99780.7001HCl36.5423.072815442.157250.714633.93081238.47427.6256O2321.180037.76000.14141.180037.76000.2652N2287.1744200.88320.86007.1744200.88321.6124H2213.264326.52861.590013.264326.52862.9810H2O180.12162.18880.2624000VC62.5000383.204423950.275086.1212EDC990002.9688293.91120.6672CH3CHO440000.12165.35040.02733Σ834.223125834.1778100444.959625834.18041003.2.5水洗塔已知条件副产物CH3CHO全部溶于水。30℃时，氯乙烯水中的溶解度为8.9×10-3kgVC/kgH2O。水洗塔操作条件：P=111.97kPa，T=30℃计算氯化氢吸的量=33.9308×90%=30.5377kmol/h水洗塔出口氯化氢含量=33.9308×10%=3.3931kmol/h20%（W）的盐酸中水的量=VC水洗塔中损失量=8.9×10-3×4458.5042=39.6807Kg/h=0.6349kmol/h水洗塔出口VC含量=383.2044-0.6349=382.5695kmol/h查表知30℃时20%（W）的盐酸中，水的饱和蒸汽压P=2.5331kPa得水洗塔出口H2O（g）的百分含量=2.5331/111.97×100%=2.2623%设出口气中H2O（g）的含量为xkmol/h，则：(3-3)得：x=9.5751kmol/h水的用量=9.5751+4458.5042÷18=257.2698kmol/h出口液态含水量=257.2698-9.5751=247.6947kmol/h出口总气流量=444.9596-30.5377-0.6349-0.1216+9.5751=423.2405kmol/h表3-9水洗塔物料衡算Table3-9Thematerialbalanceofwashingtower进口出口组成kmol/hmol%kmol/hmol%气相444.9596100.0000423.2405100.0000C2H23.11530.70013.11530.7361HCl33.93087.62563.39310.8017CO21.18000.26521.18000.2788N27.17441.61247.17441.6951H213.26432.981013.26433.1440H2O（g）009.57512.2623VC383.204486.1212382.569590.3897EDC2.96880.66722.96880.7014CH3CHO0.12160.0273300液相257.2698100.0000278.9889100.0000HCl0030.537710.9458H2O257.2698100.0000247.694788.7830.CH3CHO000.12160.04359VC000.63490.2276Σ702.229470.22943.2.6碱洗塔已知条件碱液循环使用，排除废碱液量为5%（W）操作条件为：T=30℃，P=107.97kPa氯乙烯溶解损失考虑在内。计算查《化工物性图算手册》得此条件下，水蒸气的饱和蒸汽压为28.1mmHg,即p=3.7457kPa，则碱洗塔出口H2O（g）的百分含量=碱洗塔内的反应式：NaOH+HClNaCl+H2O1.82121.82121.82122NaOH+CO2Na2CO3+H2O1.93200.96600.96600.966假设碱液用量为xkg/h，出口气中水蒸气含量为ykmol/h，则进口气量=423.2405kmol/h则，H2O（g）的冷凝量=（9.5751-y）kmol/hVC溶解损失量===废碱液总量=x+3.3931×36.5+1.1800×44+（9.5751-y）×18+8.9×10-3×（0.9x-18y+190.8972）（kg/h）=1.00801x-18.1602y+349.819（kg/h）碱洗塔出口气量=423.2405-1.1800-3.3931-（9.5751-y）-1.424×10-4×（0.9x-18y+254.6676）=409.0560+1.0026y-1.2816×10-4x（kmol/h）列方程组如下：(3-4)(3-5)解得：x=4732.197kg/hy=14.2047kmol/h∴VC损失量=1.4240×10-4×（0.9×4732.197+254.6676-18×14.2047）碱洗塔出口VC总量=382.5659-0.6063=381.9632kmol/h10%（W）碱液中含NaOH的量=4732.1970×10%=473.2197kg/h==11.8305kmol/h废碱液中NaOH的量=11.8305-3.3931-2.3600=6.0774kmol/h碱洗塔进口液中H2O（l）含量=4732.1970×90=4258.9773kg/h=236.6099kmol/h出口液中H2O（l）的含量=4258.9773+（3.3931+1.1800+9.5751-14.2047）×18=4257.9603kg/h=236.5534kmol/h物料衡算结果列表3-10如下：表3-10碱洗塔物料衡算Table3-10Thematerialbalanceofsodascrubber进口出口组分分子量kmol/hkg/hmol%kmol/hkg/hmol%气相423.240524861.034699.9999422.690724529.8222100C2H2263.115380.99780.73613.115380.99780.7370HCl36.53.3931123.84820.8017000CO2441.1851.92000.2788000N2287.1744200.88321.69517.1744200.88321.6973H2213.264326.52863.144013.264326.52863.1381H2O189.5751172.35182.262314.2047255.68463.3605VC62.5382.569523910.593890.3897381.963223872.700090.3647EDC992.9688293.91120.70142.9688293.91120.7024液相278.98894732.1982100248.44514704.7292100.0001Na2CO31060001.1800125.08000.4750H2O18236.60994258.978295.7595236.55344258.978295.2136NaCl58.50003.3931198.49641.3657NaOH4011.8305473.22004.24056.0774243.0962.4462VC62.50.6349001.241277.57500.4996Σ702.229429593.2328671.135829234.55123.2.7氯乙烯气柜已知条件操作条件：P=106.64kPa，t=25℃，采用间歇操作计算聚氯乙烯产量=全天24小时连续生产：22784.8×24=546835.2kg/d抛除精制损失和未转化的量，每天7釜（批），实际每批（釜）VC投料量：(3-5)25℃时VCM（l）的密度ρ=904kg/m3，每釜投料VCM的体积为：97.3363m3投料比为VC：H2O=1：1.09加水量（体积）=97.3363×1.09=106.0966m3每批装料体积=97.3363+106.0966≈204m3平均每小时投VCM的量=氯乙烯回收量=410.6249×8%=32.8504kmol/h回收气85%为氯乙烯，剩余为氮气和水蒸气去。总回收气的量为=查文献知30℃下水的饱和蒸汽压=4.246kPa，则H2O（g）的百分含量=∴回收气中H2O（g）的含量=38.6475×3.9816%=1.5388kmol/h氮气含量为=15%-3.9816%=11.0184%回收气中氮气含量为=38.6475-32.8504-1.5388=4.2583kmol/h物料衡算结果如下：表3-11VC气柜物料衡算Table3-11ThematerialbalanceofVCgastank进口出口组分kmol/hmol%kmol/hmol%碱洗塔100.0000378.3000100.0000C2H23.11530.45933.11530.4213N27.17441.664011.43272.4384H213.26433.043313.26432.7914H2O14.24073.469213.28433.5116VC381.963290.9373414.813690.4457EDC2.96880.42702.96880.3916回收气38.6475100.0000VC32.850485.0001N24.258311.0184H2O1.53883.9815Σ100.0000461.3382100.00003.2.8机前冷却器和机后冷却器已知条件机前冷却器：T1=30℃，T2=10℃，P=103.974kPa机后冷却器：T1=90℃，T2=45℃计算10℃时H2O（g）的饱和蒸汽压=1.2881kPa，则机前冷却器中H2O（g）的百分含量=出口气总量=出口气中含H2O（g）量=450.9210×1.1812%=5.3263kmol/h被冷凝的H2O（l）量=15.7435-5.3263=10.4172kmol/h物料衡算结果如下：表3-12机前冷却器物料衡算Table3-12Thefrontofcooler'smaterialbalance组分进口出口kmol/hmol%kmol/hmol%C2H23.11530.42133.11530.4213N211.43272.438411.43272.4384H213.26432.791413.26432.7914H2O(g)15.74353.51165.32631.1533VC414.813690.4457414.813690.4458EDC2.96880.39162.96880.3916H2O(l)0010.41722.3582Σ461.3382100.0000461.3382100.00003.2.9全凝器已知条件1.操作压力P=588.42kPa组分i的摩尔分率为：其中，(3-6)2.操作条件下氮气和氢气不冷凝。计算1.计算各组分的相平衡常数ki查表可得20℃下各组分的：∵其中，∴又∵，得2.计算干基混合气的组成Zi冷却器来的气体干基总量=450.921-5.3262=445.5947kmol/h∴计算结果列表3-13如下：表3-13各组分平衡常数和摩尔分率Table3-13Componentsoftheequilibriumconstantsandthemolefraction组分Fi(kmol/h)(%)VC334.37160.5749414.413693.0921C2H24132.9827.10643.11530.6991EDC26.66440.045852.96880.6663N2∞∞11.43272.5657H2∞∞13.26432.9768Σ445.1947100.00003.试差法计算e(3-7)设e=0.8670，由公式，计算各组分的xi，得：(3-8)(3-9)(3-10)则：=1.000605＞1迭代结果如下：表3-14液化率计算汇总Table3-14Summaryofliquefiedrate液相组成e=0.86700.86800.86830.86835xVC0.9935470.9931000.9929660.9929435xC2H20.0027100.0027180.00272050.0027209xEDC0.0046490.0046440.0046420.00464213∑1.0006151.0001621.00002851.00000654.计算油相组成由得，油相总量L=eF=0.86835×445.5947=386.9322kmol/h计算结果列表3-15如下：表3-15油相组成Table3-15OilphasecompositionFizikixiLi组分kmol/hmol%mol%kmol/hVC414.813693.09210.574999.2944384.2020C2H23.11530.69917.10600.24210.9368EDC2.96880.66630.045850.46421.7961N211.43272.5657∞00H213.26432.9768∞00Σ445.5947100.0000100.0000386.93225.未凝气体组成计算干基量=445.5947-386.9322=58.6625kmol/h其中：VC的量=414.8136-384.2020=30.6116kmol/hC2H2的量=3.1153-0.9368=2.1785kmol/hEDC的量=2.9688-1.7961=1.1727kmol/hH2的量=13.2643kmol/hN2的量=11.4327kmol/h6.计算未凝气体中H2O（g）的含量查表得20℃、588.42kPa时水的饱和蒸汽压∴全凝器中H2O（g）的含量=未凝气体总含量=其中水蒸气含量=58.8966-58.6625=0.2341kmol/h气体组成如下：表3-16未凝气体组成Table3-16Non-coagulategascomposition组分VCC2H2EDCN2H2H2OΣkmol/h30.61162.17851.172711.432713.26430.234158.8933mol%51.97813.69911.991219.412600022.52260.3975100.00007.冷凝液中水相含量混合进料器中水蒸气含量=未凝气中水蒸气的量+水相量水相量=503263-0.2341=5.0922kmol/h全凝器物料衡算列表3-17如下：表3-17全凝器物料衡算Table3-17Thematerialbalanceoffullcondenser进口出口组分kmol/hmol%kmol/hmol%气相450.9210100.000058.8939100.0000C2H23.11530.69092.71583.6990N211.43272.535411.432719.4124H213.26432.941613.264322.5224H2O(g)5.32631.18120.23410.3975VC414.813691.992530.611651.9775EDC2.96880.65841.17271.9912液相0392.0271100.0000VC384.202098.0053C2H20.93680.2390EDC1.79610.4582H2O(l)5.09221.2990Σ450.9210450.92103.2.10分馏系统物料估算1.假设：低沸物全部从塔顶排出，高沸物从塔底排出。2.高沸塔釜排出量W的估算假设只有氯乙烯和二氯乙烷两种成分查表操作条件下两者饱和蒸汽压为：40℃下。饱和蒸汽压为：由此可得39.5℃时各组分的饱和蒸汽压：(3-11)同理(3-12)Ki=，得(3-13)(3-14)由相平衡方程：Yi=ΣKiXi，得由方程：ΣXi=1，得(3-15)可得方程组：解得假设EDC全部从高沸塔底排出，则WEDC=2.9688kmol/h∴W总=2.9688/0.2018=14.7116kmol/hWVC=14.7116-2.9688=11.7428kmol/h3.尾气放空量估算氢气，氮气和乙炔全部尾气排出=13.2643kmol/h=11.4327mol/h=3.1153kmol/h查表得-30℃时，-20℃时，∴-25℃下，由相平衡方程：Xi=Yi/Ki由归一化方程：又得同理得联解方程组，得：∴4.成品（VCM）量D的估算D=F–W–V–冷凝水量=445.5947-14.7116-46.5665-5.3263=378.9903kmol/h低沸塔顶上升蒸汽量V＇的估算1.设T=15℃10℃时，20℃时，则，15℃下，查15℃下，∴=30.6116+0.4394V＇-4.7917=25.8119+0.4394V＇查0℃时，-5℃时，-10℃时，得：-2.65℃时=2568.1817kPa=153.6976kPa∴，即（3-17）整理得：解得：∴尾凝器物料估算列表3-18如下：表3-18尾凝器物料估算Table3-18Thecondensermaterialoftheendestimates进料出料组分未凝气V＇总进料V总尾凝液kmol/hkmol/hkmol/hkmol/hC2H22.17851.10103.28053.11530.1652N211.4327011.432711.43270H213.2643013.264313.26430H2O(g)0.234100.234100.2341VC30.61160.863731.47534.791726.6836EDC1.172701.172700.1727小计59.43391.965760.859646.566425.9456低沸塔物料估算列表3-19如下：表3-19低沸塔物料估算Table3-19EstimationoflowboilingmaterialsTower进口出口全凝器油相尾凝器油相总进料摩尔分率V＇W组分kmol/hkmol/hkmol/hmol%kmol/hkmol/hVC384.202026.6836410.885699.01900.8637410.0219EDC1.79611.17272.96880.7154023.8279C2H20.96380.16521.10200.26561.10200小计386.934928.0215414.9564100.00001.9657412.849低沸塔物料衡算两股进料1.根据分离任务选取关键组分冷凝段(回收段)：VC设定回收度蒸发段(提馏段)：C2H2设定蒸出度2.假设TF=37.8℃，P=588.42kPa，计算结果如表3-20所示：表3-20计算结果Table3-20Results组分XiPi0(mmHg)Ki=Pi/PYi=KiXiC2H20.265645939.710.40880.0277VC99.01904309.10.97630.9667EDC0.7154375.60.08510.0006Σ100.00000.9950由此可知，∑Yi=∑KiXi1，所以假设TF=37.8℃正确。3.计算各温度下的Ki值Ki=Pi/P，P=588.42kPa，计算结果如表3-21所示：表3-21计算结果Pi0：KPaTable3-21ResultsPi0：KPa组分15℃26.4℃38.5℃39.2℃Pi0KiPi0KiPi0KiPi0KiC2H25079.21228.63206227.4510.58337858.01112.8917656.31513.0116VC265.7490.4516369.6850.6283507.47940.8624515.13260.8755EDC18.83120.032031.19510.053051.19270.087052.61901.01144.其他组分计算=0.945×0.6283/10.5833=0.05610=0.945×0.6283/0.053=11.2027>>1∴取（1）、的计算已知，T蒸=38.6℃假设蒸出段理论板数N理=12~13块蒸出度，S=VK/L其中，S-蒸出因子C-液量V-蒸汽量对于C2H2，用试差法求解，设，则假设成立∴则：同理，得：（2）、计算塔的进料状态函数q料液温度T=19.7℃，泡点温度为38℃r-气化潜热Cp-平均温度下的比热∵VC在进料中的损失mol%很大，∴可以用代替查表得10℃时，30℃时，∴28.75℃时，查表得30℃时，rVC=70kcal/kg40℃时，rVC=68kcal/kg∴泡点温度T泡=37.8℃下，∴（3-18）进料气态量a=（1-q）F=（1-1.0882）F=-0.0882F<0计算结果列表3-22如下：表3-22冷凝-蒸出塔计算结果Table3-22Condensation-steamoutofthetowerresults组分F起始混合物26.5℃、588.42kPa时的Ki38.6℃、588.42kPa时的Ki回收度Cu\kmol/h气体a液体bC2H21.1020-0.009721.199210.583312.89050.0561VC410.8856-36.2401447.12570.62830.86240.9450EDC2.9688-0.26183..32060.0530.08701Σ414.9564-36.5992451.5556续表：组分蒸出度CoX=Cu·Co1/(1-X)C2H20.99900.05601.0594VC0.12350.11671.1321EDC0.00920.00921.0092Σ1.17540.22533.2549续表：冷凝段组分a+b·Co总和气体回收的残余气体V＇=()(a+b·Co)/(1-X)(a+b·Co)·Cu/(1-X)kmol/hmol%C2H21.10081.16620.065421.100830.4863VC27.626631.276129.55591.720269.5137EDC-0.1893-0.1406-0.14060.00000.0000Σ24.516827.183829.48072.5395100.00000其中，-0.0350的负号表示热量交换负号续表：蒸出段组分b+a·Cu总和液体L蒸出的V残余液体W=(L-V)(b+a·Cu)/(1-X)Co(b+a·Cu)/(1-X)kmol/hmol%C2H21.19371.26461.26330.00130.0003VC386.2937437.323154.0094383.313799.8576EDC2.96882.99620.027452.96870.1421Σ387.5067441.583955.3002385.3492100.00005.校核蒸出段的，与所设基本相符∴所设理论级数N=13块合适6.塔温校核（1）、计算结果如下：表3-23塔顶温度校核Pi0：kpaTable3-23TemperaturecalibrationtowerPi0：KPa组分V＇(kmol/h)Yi15℃、588.42kPa时的Pi0KiXi=Yi/KiPi0/PC2H21.10200.56065079.21228.63200.93510.0.0888VC0.86370.4394265.74920.45160.0649Σ1.96571.00001.0000ΣXi≈1，∴所设温度TV＇=15℃合理、计算结果如下：表3-24塔釜温度校核Pi0：KPaTable3-24TowerreactortemperaturecheckPi0：KPa组分Wi(kmol/h)Xi(mol%)39.2℃、588.42kPa下的Pi0KiYi=Xi·KiC2H20.00130.00037675.314913.01160.0007VC383.807799.2324515.13261.01141.0110EDC2.96870.767552.61900.089420.0001Σ386.7765100.00001.0111ΣYi=1.0111≈1，∴所设TW=39.2℃合理、计算结果列表3-25如下：表3-25尾凝器出口温度校核Table3-25LastCheckcondenseroutlettemperature组分ViYiKiXi=Yi/KiC2H23.11530.0956104502.36770.0405VC4.79170.1470467.50.153200.9595H213.26430.4068∞∞0N211.43270.3507∞∞0Σ32.60401.00001.0000ΣXi=1，∴所设温度TV总=-25℃合理（4）、校核尾凝器进料温度，原设T进=19.7℃尾凝器有两股进料：VI=59.4339kmol/h，VII=1.9657kmol/h，得：VI:VII=59.4339:1.9657=30.2355:1进料（I）为20℃，进料（II）为15℃∴，得：所设温度T进=19.7℃合理，此温度为实际进料温度。高沸塔物料衡算1.高沸塔进料进料F=低沸塔釜液2.计算（1）、用试差法计算TF计算结果列表3-26如下：表3-26进料温度计算结果Table3-26Theresultsoffeedtemperature组分Fi(kmol/h)Xi%Pi0(mmHg)KiYi=KiXiC2H20.00130.00034225611.48910.0000VC383.807799.23243283.76990.89290.8859EDC2.96870.7675313.18850.085150.0006Σ386.7765100.0000.9513ΣYi=1.0070≈1，TF=32.80℃符合计算（2）、按清晰分割法计算按照假设，则解得：对C2H2组分，有：，解得：又∴同理对于EDC组分得：解得：由，得：（3-19）∴由此可知：由表可知，当TD=32.59℃时，当TD=32.6℃时，∵，∴TD=32.59℃符合要求。求塔釜温度TW结果列表3-29如下：表3-29塔釜温度TW校核P