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化学毕业论文氯乙烯的合成[1]


西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 摘 要
聚氯乙烯是五大通用树脂之一,由于具有良好的性能,应用领域最宽,在全 世界得到了广泛应用。我国是世界上PVC生产和消费发展最快的国家。我国PVC 生产多采用电石作为原料,与发达国家采用的石油乙烯路线相比,存在工艺技术 落后、消耗高、污染严重的问题。 聚氯乙烯笼统指的是具有重复单元-CH2 =CHCl-的氯乙烯均聚物和具有少 量其它共聚单体(如乙酸乙烯酯、偏氯乙烯等)的共聚物。它是仅次于聚乙烯的 第二大通用塑料,也是我国产量最大的塑料品种之一,应用十分广泛,所以其单 体氯乙烯的生产也十分重要。 本设计是关于乙炔电石法制取氯乙烯单体的工艺设 计,它的年产量是十二万吨,通过此方法生产的氯乙烯单体的合格率为99.9%。 本设计主要包括关于设计的一些物料衡算,能量衡算,设备的选型计算等内容。 本次设计由于专业知识和其它学科间知识的衔接问题,只是对流程图进行了绘 制。但是这次设计的创新和改进之处在于对于尾气回收处理方面:在对原有工艺 进行深入研究的基础上,大胆对原工艺进行了简化,产生了新的工艺流程,实现 了系统的循环连续运行,在环境保护方面也有了重大的突破。

关键词:氯乙烯,氯乙烯生产方法,乙炔法,能量控制 :

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) ABSTRACT

Poly Vinyl Chloride(PVC)is one of the five general resins , as its good performance in many areas,PVC has bean widely used over the world.China is the world’s fastest—growing country in producing and consuming of PVC.Compared with oil ethylene as raw material in developed countries,the application of Calcium carbide in China, result in high consumption and pollution. The polyvinyl-chloride generally refers has the repetition unit -CH2=CHClchloroethylene homopolymer and has the few other comonomer (for example vinyl acetate, leaning chloroethylene and so on) the copolymer.It is only inferior to the polyethylene second big general plastic, also is one of our country output biggest plastic varieties, the application is extremely widespread, therefore its monomer chloroethylene production is extremely important.This design is about the acetylene calcium carbide legal system chloroethylene monomer technological design, its annual output is 120000 tons, through this method production chloroethylene monomer qualified rate is 99.9%.This design mainly includes about design some material balances, the energy graduated. Because this design the specialized knowledge and during other discip-lines the knowledge engagement question, was only has carried on the plan to the flow chart. But this designs innovation and the improvement place of lie in regarding the exhaust recovery processing aspect: In conducts the deep research to the original craft in the foundation, has carried on the simplification boldly to the original craft, has had the new technical process is, has realized system's circulation continuous running, also had the significant breakthrough in the environmental protection aspect.

KEY WORDS: chloroethylene, chloroethylene production method, acetylene law,
energy control

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目 录
前 言 .............................................................. 1 第一章 设计说明书 .................................................. 3 1.1 设计概况及方法 ............................................. 3 1.1.1 设计的生产规模......................................... 3 1.1.2 生产方法............................................... 3 1.2 物料和能量的合理利用......................................... 4 1.3 装置内三废治理和环境保护措施................................. 5 1.4 原材料及产品的主要技术规格 .................................. 5 1.5 生产流程确定................................................. 6 1.5.1 生产原理............................................... 6 1.5.2 工艺特点............................................... 7 第二章 设计计算书 ................................................. 10 2.1 设计依据 ................................................... 10 VCM 量的计算 ................................................ 10 2.2 物料衡算.................................................... 10 2.2.1 混合器的物料衡算...................................... 10 2.2.2 石墨冷却器的物料衡算.................................. 13 2.2.3 转化器的物料衡算...................................... 13 2.2.4 泡沫塔的物料衡算...................................... 14 2.2.5 水洗塔的物料衡算...................................... 15 2.2.6 碱洗塔的物料衡算...................................... 16 2.2.7 机前冷却器的物料衡算.................................. 17 2.2.8 机后冷却器的物料衡算.................................. 17 2.3 能量衡算 ................................................... 17 2.3.1 2.3.2 机前冷却器的热量衡算................................. 18 机后冷却器的热量衡算................................. 19

2.4 设备选型与设计计算 ......................................... 19

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2.4.1 机前冷却器............................................ 19 2.4.2 机后冷却器............................................ 22 第三章 结 论 ...................................................... 23 参考文献 .......................................................... 24 附录 1 主要设备一览表 .............................................. 25 附录 2 原材料消耗定额一览表 ........................................ 26 附录 3 尾气处理及三废排放 .......................................... 27 致 谢 ............................................................ 29

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 前 言

本次毕业设计任务是年产十二万吨聚氯乙烯氯乙烯合成工序工艺设计。 氯乙 烯在常态下是纯净无色的气体,微溶于水,易液化[1]。在世界上氯乙烯是与乙烯 和氢氧化钠并列的最重要的化工产品之一,主要用途是用来合成聚氯乙烯。聚氯 乙烯是最古老的塑料品种之一,其能大量生产,价廉易得,用途十分广泛。 目前,国内外生产氯乙烯的主要方法有:电石乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烷 氧氯化法、烯炔法[2]。电石乙炔法由于电石价格大幅度提高,国外已基本淘汰, 但其建厂投资和自动化要求较低, 乙炔转化率高, 技术成熟, 流程简单, 适于中、 小规模得生产;乙炔氧氯化法对技术和设备条件要求较高、投资大;乙烷氧氯化 法尽管避免了处理氯化烃的麻烦,但其工艺中乙烷的单程转化率很低,而且产物 分离困难;烯炔法投资大,工艺复杂,成本也较高。本次设计我们采用了电石乙 炔法合成氯乙烯单体的工艺。 虽然聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料, 但是在聚氯乙烯经历了高 速迈进的成熟阶段,面临了世界多次的石油危机和经济萧条,严重冲击了建筑市 场,造成对聚氯乙烯需求的下降,生产成本的提高,所以世界范围进行了技术革 新,国外的聚氯乙烯生产工艺和设备投资的新工艺、新技术等各方面有了新的进 展。例如[3]: (1) 国产化大型 PVC 成套工艺技术在消化吸收国外先进技术的基础上已经 形成独特的技术体系,成套技术的优势是工艺成熟先进、采用 DCS 控制,自动 化程度高,产能大、能耗低、产品质量稳定。 (2)实现清洁生产和循环经济: PVC 生产厂必须始终注意环境保护和资源利 用,按照“节能降耗、减少排放、回收再利用、资源化”的原则,进行产业循环 组合、资源循环利用和清洁文明生产。从源头上减少污染物的排放,保护环境, 大力发展循环经济,走可持续发展道路。 (3)PVC 产品要精细化、要开发新产品:随着国内产能的迅速扩大,今后产 品成本的降低、产品质量和品牌的竞争是未来的必然趋势。PVC 的发展方向是 产品精细化、专业化,通过调整反应体系及工艺条件开发出产品性能好、易于加

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工的 PVC 树脂和专用树脂。虽然今后数年内国内聚氯乙烯的需求依然旺盛,但 据业内人士分析[4],我国聚氯乙烯产业面临的压力正日趋增大,政府需尽快出台 措施加强行业整合力度,淘汰规模小、工艺落后、质量差、牌号少的企业,扶持 规模大、前景好的企业,引进、推广先进技术,推动产业升级换代。 到 2010 年[5],全球 PVC 树脂和 VCM 的生产量要达到 4000 万吨,以满足行 业需求增长的需要。大部分新的生产能力将建在亚洲,以减少该地区对于进口的 依赖。一些新的生产能力也可能建在中东,因为该地区具有充足的低成本燃料和 原料。 目前我国聚氯乙烯消费分两大部分:软制品和硬制品。软制品主要包括电线 电缆、各种用途的膜(根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等)、铺 地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料 和密封剂等。硬制品主要包括门窗、各种型材和管材、硬片、瓶罐等。 本次设计完成了生产工艺流程的设计。并进行了物料衡算、能量衡算、设备 选型计算,绘制了氯乙烯生产工段的净化压缩工艺流程图。

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 第一章 设计说明书

1.1 设计概况及方法
1.1.1 设计的生产规模 年产十二万吨聚氯乙烯车间。本设计承担氯乙烯单体压缩工序工艺设计。 1.1.2 生产方法 工业上合成氯乙烯的方法有(1) 乙炔法;(2) 烯炔法;(3) 乙烯氧氯化法;(4) 乙烷氧氯化法。 (1) 乙炔法 即采用乙炔和氯化氢在催化剂作用下生产氯乙烯的方法。有液

相法和气相法两种。液相法不需要高温,但乙炔转化率低,产品分离困难,因此 多采用气相法。化学反应式为:
CH CH+HCl
HgCl2

CH2 =CHCl

此法以 HgCl2 做触媒,活性炭作载体,在列管式固定床转化器内进行。乙炔 转化率很高,产品纯度高,所需设备不很复杂,工艺流程比较简单,生产技术成 熟,因此很适合中、小规模生产,缺点是 HgCl2 有毒、价格昂贵、成本高。
(2) 烯炔法

即以乙烯、乙炔同时进料联合生产,有联合法和混合气化法,

其反应基础为:
CH2=CH2 + Cl2 CH≡CH + HCl a)联合法 C2H4Cl2 C2H3Cl
裂解

C2H3Cl + HCl

石油经裂解得到乙烯,经氯化后生成 1,1—二氯乙烷(EDC) ,

再在加压条件下裂解脱去 HCl,即得氯乙烯(VCM) ,副产物与乙炔反应又可得 到氯乙烯。此法避免了乙炔法中处理副产物的麻烦,而且节约了一半的电石,但 这种反应复杂,需要设备很多,不能摆脱电石的使用,也不能向电石原料转变。
b)混合气化法

此法是对联合法的重要改进,以石脑油和氯气为原料,得到

氯乙烯产品。生产流程为:

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石脑油裂解
热裂解

等摩尔的 C2H3Cl 和 C2H4

合成

C2H4 和 VCM HCl

C2H4 + Cl2 资费用很大。 (3) 乙炔氧氯化法

合成

EDC

该方法中乙烯和乙炔不需分离,没有副产物,但工艺流程很复杂,一次性投

在触媒存在下,将氯化氢的氯化和烃的氯化一步进行

的方法。此法以乙烯为原料,经氧氯化生成二氯乙烷(EDC) ,然后裂解生成氯 乙烯,反应方程式如下:
C uC l 2

C 2 H 4 + 4 H C l+ O 2
2C2H4 + Cl2

C 2H 4C l 2

CH2=CHCl + 2HCl

该反应需在触媒存在下进行,实际使用的触媒以二价铜盐(CuCl2、CuSO4) 为主剂,以碱金属盐类(NaCl、KCl、MgCl2、NaHSO4、Na2SO4)等作助剂,此 外还要加入稀士金属盐类做第三成份构成复合触媒, 这种方法对技术和设备条件 要求较高,投资大。 (4) 乙烷氧氯化法 采用特制的熔盐为触媒,使石油裂解气中的乙烷在反应

器中进行氧氯化和裂解反应,从而制得氯乙烯。这是一条新的工艺路线,有液相 法和气相法,其中液相法比较成熟,其反应为: C2H6 + HCl + O2 2C2H6 + 2HCl + O2 C2H6 + 2HCl + O2
KCl-CuCl -CuCl 2 2

C2H3Cl + 2H2O

2C2H3Cl + 2H2O C2H4Cl2 +H2O

这种方法可以省去裂解乙烯的步骤,可直接采用粗氯化烃类作氯源,避免了 处理氯化烃的麻烦。但该工艺中乙烷的单程转化率很低,仅为 28%左右,而且产 物复杂,分离起来也很困难。 综上所述,乙炔法的建厂投资最低,自动化要求低,乙炔转化率较高,技术 成熟,流程简单,适合中、小规模生产。按照设计任务书要求,本次设计我们采 用了电石乙炔合成工艺。

1.2 物料和能量的合理利用
在氯乙烯的生产过程中的能源管理,首先在配备好各种水、电、气、计量仪 表的条件下,搞好能源调查和能量衡算,测算每吨氯乙烯产品的水、电、气等单

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项能耗以及综合能耗。 对于冷却用的工业水, 要尽量重复使用, 并加强循环回收, 反应器移热用的热水循环回热水罐,用于预热器加热和为再沸器提供热量。混合 脱水和泡沫塔排出的浓度较大的盐酸,经回收后出售或运送至其他车间。高沸塔 釜出料经定期闪蒸后的参液回收处理后出售。

1.3 装置内三废治理和环境保护措
氯乙烯生产中主要污染物有氯乙烯气体、高沸物残液、氯化高汞以及废酸和 废碱等。 生产环境保护的核心是最大程度的减少或消除这些污染物在生产中的流 失,要尽量做到回收利用。氯乙烯气体在排放前经过彻底的尾气吸附,用活性炭 加以回收利用,废气排放于高空,高废残液排入残液储槽定期回收。氯化高汞的 脱除采用活性炭除汞器。 废酸、 废碱大量的回收后重新利用, 剩余极少量的废酸、 废碱经处理后,排放于排污口。

1.4 原材料及产品的主要技术规格
原材料及产品的主要技术规格如下表所示:
表 1-1 原材料技术规格[7]

序号

名称 乙炔气 (干基) C2H2 N2 CO2 HCl H2 CO2 O2

规格 99% 0.97% 0.03% 90% 8% 1.6% 0.4%

分析方法

国家标准

备注

1

化学法

2

氯化氢 (干基)

化学法

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表 1-2 产品技术规格表[8]

序号

名称 VCM

规格 99.99% <0.01% <0.001%

分析方法

国家标准

备注

1

PVC

EDC C2H2

色谱法

表 1-3

氯化汞触媒的规格表[9]

指标名称 7gCl2(%) H2O(%) 机械强度(%) 装填密度(g/l) >65 2.75~65 粒度(%) 1.0~2.75

规格 10~13 ≤0.3 >90 500~600 ≤5 ≥85 ≤15

>1.0

≤1

1.5 生产流程确定
1.5.1 生产原理 氯乙烯单体的制备采用电石乙炔法。 氢气和氯气在合成炉中发生反应得到氯 化氢气体,电石在反应器中与水反应生成乙炔气体,乙炔和氯化氢经混合、冷冻 脱水、预热,在以活性炭为载体的氯化汞触媒的列管式转化器内进行合成,生成 氯乙烯及副产物,后经加压精馏制得高纯度氯乙烯。 HgCl2 CH2=CHCl 主反应:C2H2 + HCl 副反应:C2H2 + H2O C2H2 + 2HCl CH3CHO C2H4Cl2 1,1—二氯乙烷(EDC)

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1.5.2 工艺特点 1. 混合冷冻脱水 (1) 利用氯化氢的吸湿性质,在混合时吸收乙炔气中的部分水分变成浓盐 酸,以降低乙炔气中的水蒸气分压。 (2) 利用冷冻的方法使混合气中的残余水分冷凝,使气体中的水蒸气分压进 一步降低,从而达到脱水的目的。 (3) 采用湿氯化氢气体与湿乙炔气一次冷冻脱水,可省去氯化氢干燥系统, 排酸输送管道采用耐腐蚀的 PVC 管材或钢衬里管。 (4) 良好的脱水效果可以减少转化器因盐酸腐蚀引起的渗透检修次数,提高 转化设备的运转率,这不但节约检修工时和费用,更重要的是保证了氯乙烯单体 的稳定生产。 2.使用列管式固定床反应器 氯乙烯合成的转化器是一种气固相接触的等温固定床反应器,有如下优点: (1) 床层内流体呈轴向流动,可以近似认为理想的活塞流,推动力大,催化 的生产能力较高。 (2) 流体的停留时间可以严格控制,温度分布可以适当调节,因而有利于提 高化学反应的转化率和选择性。 (3) 固定床的触媒不易磨损, 因此减少了触媒耗用量, 可在高温操作下使用。 但固定床反应器也有如下缺点: (1) 结构复杂,合金钢材的耗量较大。 (2) 传热效果差,需要很大的传热面,扫应温度不易控制,热稳定性差。 (3) 轴向温差较大,存在热点,容易出现飞温现象和事故。 (4) 触媒的装卸不便,如装填不均匀,容易造成气体短路或沟通。 (5) 原料气需充分混合方能进入反应器,故原料气组成严格受到爆炸极限限 制。 3. 水洗碱洗净化工艺流程简介 (1) 原水洗碱洗工艺 由转化工序除汞器送来的粗氯乙烯进入合成气石墨冷却器将气体冷却至四 十摄氏度左右, 进组合吸收系统, 用塔内的二级组合吸收技术(泡罩和填料) 吸

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收喷淋的工业水, 吸收合成气中的过量氯化氢, 制得质量分数为 30%~31%的副 产盐酸。再用碱洗塔净化吸收二氧化碳等杂气, 获得精制的氯乙烯供聚合用。新 鲜的工业水从组合塔顶部连续加入, 成品酸亦连续产出, 碱液则定时更换, 当其 中碳酸钠浓度超标后, 必须更换一定浓度的氢氧化钠溶液作为吸收液。 (2) 水洗碱洗净化原理简述 在本工序中有 2 个主要的任务要完成。一个是去除 HCl 气体, 一个是去除 CO2 等杂质气。HCl 气体可用新鲜的工业水去吸收。由于 HCl 气体在溶解于水的 过程中, 会有大量的溶解热释放出来, 需要不断地将这些热量移去, 并且从经济 效益上考虑, 制成 30%~31%盐酸最为合算。目前, 移去这些热量的方法主要是 用石墨冷却器通入 0~5?C 水来冷却。CO2 等杂质气则可用 NaOH 水溶液循环吸 收。在水洗碱洗净化工序中, 除去粗氯乙烯单体气中 HCl 气体是最关键的内容。 但是, 在用水吸收粗氯乙烯单体气中的 HCl 气体时, 必然伴随有大量的溶解热释 放出来。 要制成质量分数为 30%的副产盐酸,每克水需溶解 0.428g 的 HCl 气体, 其 溶解生成热为 736.5 J/g。由于释放了大量的热量, 系统温度必然升高。系统温度 过高时, 不但会造成系统主要的衬胶设备变形损坏, 而且使成品盐酸的浓度难以 达到百分之三十以上。因此, 降低吸收系统的温度即成为水洗碱洗净化工序的关 键问题。 4.氯乙烯的精制采用加压精馏,并采用了先除低沸物,后除高沸物的流程,使 产品从塔顶出料 (1) 合成气压缩。因为氯乙烯在常压下的沸点为-13.9?C,采用加压操作,可 以提高氯乙烯的产量,加压操作可降低每吨氯乙烯产品的电耗和生产成本,因为 温度降低,对于相同的耗冷量,其动力消耗将显著增加,使用两段压缩可节省功 耗。 (2) 先除低沸物,后除高沸物,可节约能耗,并保证产品从塔顶出料,从而 提高产品纯度。 5.氯乙烯的合成采用两段转化流程。每段内转化器采用并联方式,这样可以提 高产品收率。 整个工艺流程大体上可分为三个阶段即:混合脱水、净化压缩、单体精制。 混合脱水 来自乙炔站的湿乙炔经计量后, 经过乙炔冷却器后由乙炔砂封与

氯化氢气体沿混合器切线平行进入混合器。 进入混合器的乙炔气体和氯化氢气体
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的体积比是 1:1.05~1.1,混合后进入两个并列的石墨冷却器中,用-35?C 盐水进 行冷冻干燥,除掉混合气中夹带的水分和酸,并控制气体出口温度在-10 ~ -14?C 之间,再经除雾器(高效除雾)除掉气体中夹带的酸雾。混合脱水设备分离下来 的酸,汇集后进入压酸罐,定期用氮气压制盐酸贮罐。 净化压缩 粗氯乙烯在高温下带逸的氯化高汞生化物, 在填装活性炭的汞吸

附器中除去,然后由石墨冷却器将合成器冷却到 15?C 以下,通入水洗泡沫塔中 回收过量氯化氢。泡沫塔顶是以高位槽低温水喷淋,一次接触制得 20%的盐酸, 由塔底借位差流入盐酸大贮槽供灌装外销。 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,分理处部分冷凝水,借往复式压缩机加压至 0.5~ 0.6MPa,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。 单体精制 在全凝器中用 0?C 的水将大部分氯乙烯冷凝成液体, 氯乙烯液体

进入中间槽除去水分,全凝器没有凝下来的气体进入尾凝器,用-35?C 的盐水继 续冷却,冷凝下来的液体直接进入低塔塔顶,没有冷凝下来的气体经乙烯回收罐 进入尾气吸附器,用活性炭纤维将氯乙烯吸附,没有吸附的惰性气体等经空压阀 排空。 从中间槽出来的氯乙烯液体进入低塔,低塔塔釜用转化热水间接加热,将冷 凝液中低沸物蒸出(经塔顶冷却器用 0?C 水控制)再进入高沸塔,高塔釜将氯乙 烯蒸出,经塔顶冷凝器控制部分回流,大部分精氯乙烯进入产品冷凝器,用 0?C 水将氯乙烯冷凝,氯乙烯液体再进入单体贮槽,待聚合需料时送出。高沸塔分离 出的高沸物压入贮罐后进入闪蒸塔,其中的氯乙烯自塔顶进入气柜,高沸物进入 残液贮罐,定期处理。

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 第二章 设计计算书

2.1 设计依据
(1) 生产能力:年产十二万吨疏松型聚氯乙烯树脂。 (2) 年开工时间:乙炔,氯化氢,氯乙烯工序为 8400 小时/年,聚合工序为 8200 小时/年。 (3) 电石定额:300 L/kg 的电石,1660 公斤/吨的聚氯乙烯(见附录 2)。 (4) 总收率为 85%,其中乙炔站收率为 96%,氯乙烯合成工段收率为 96%, 聚合工段收率为 92%。 (5) 原料气体纯度:乙炔纯度为 99%,氯化氢纯度为 94%,氯乙烯纯度为 99.9%,含乙炔≤0.001%,高废物≤0.001%。 含乙炔≤0.001%,高废物≤0.001%。 VCM 量的计算 年产 PVC 120000 吨,年开工时间为 8400 小时,则 PVC 产量为 14.29 t/h。 由 VCM 转化成 PVC 的转化率为 85% Y /(X+Y)=0.1 14.29 /(X+Y)=0.85 解得: X= 15.12 t/h Y=1.68t/h

因此需要 VCM 的量为:15.12 t/h,合计 241.92 kmol/h 由以乙炔计的 VCM 总收率为 95%,得混合器处乙炔气的进料量为: 254.65 kmol/h

2.2 物料衡算
2.2.1 混合器的物料衡算 1. 乙炔气进料(管线 1) 每小时 C2H2 的进料为 254.65 kmol/h,则其中含: C2H2:254.65 kmol/h N2:1.78 kmol/h CO2:0.76 kmol/h

进料条件:10?C,164.225 KPa 查《化学工艺设计手册》[10]下册,得该温度下水的饱和蒸汽压为:
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1.274 KPa,则乙炔干气中含水的百分数为:1.274/(164.225-1.274) = .00782 则含水量为:257.19×0.00782 =2.006 kmol/h 乙炔气进料(管线 1)组成如表 2-1 所示:
表 2-1 混合器乙炔气进料(管线 1)组成

摩尔流量 kmol/h C2H2 N2 CO2 H2O 总计 254.65 1.78 0.76 2.006 259.196

摩尔组成 mol% 98.232 0.694 0.3 0.77 100

质量流量 kg/h 6289.92 47.88 32.12 34.38 6460.43

质量组成 W% 97.36 0.74 0.50 0.53 100

2. 氯化氢气进料(管线 2) 实际生产中取 C2H2:HCl=1:1.1(摩尔比) ,则氯化氢进料: 254.65×1.1=280.115 kmol/h 干基氯化氢气为:280.115/0.9=311.24 kmol/h H2: CO2: O2: 311.24×8%=248.99kmol/h 311.24×1.6%=4.98 kmol/h 311.24×0.4%=1.245kmol/h

进料条件:10 ?C,164.225 KPa 与气体相平衡的盐酸浓度为:40% 查《化学工艺设计手册》 ,得 40%盐酸上方水的饱和蒸汽压为:Ps=0.13569 KPa, 氯化氢气体中水与氯化氢的摩尔比为: 135.69/(164225-135.69)=0.00827 氯化氢气体中含水量为: 311.24×0.00827=2.574 kmol/h 氯化氢气的总量为: 311.24+2.574=313.814 kmol/h 氯化氢气进料(管线 2)组成如表 2-2 所示:

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表 2-2 混合器氯化氢气进料(管线 2)组成

摩尔流量 kmol/h HCl H2 CO2 O2 H2O 总计 280.115 24.9 4.98 1.245 2.574 313.814

摩尔组成 mol% 89.261 7.935 1.587 0.397 0.82 100

质量流量 kg/h 10224.198 49.8 219.12 39.84 46.332 10625.622

质量组成 W% 96.222 0.469 2.062 0.375 0.436 100

3. 混合气(管线 3) 操作条件:10?C,164.225kPa,查得水的饱和蒸汽压为:Ps=135.69Pa,则水 分压: (2.574+2.006)×164225/(313.814+259.196)=1312.63 Pa>135.690Pa 故在混合器中有水凝下来, 40%盐酸中: HCl/nH2O= n (40/36.5) 60/18) ( / =0.329 设凝下的水的摩尔流量为 x,则含有 HCl 为 0.329x,故 135.690/164225=(4.58-x)/(573.01-1.329x)解得:x=4.105 mol/h 则混合器出口含水量为:4.58-4.105=0.475 kmol/h 则溶解的 HCl 量为:0.329×4.105=1.351 kmol/h 混合器出口中 HCl 量为:280.115-1.351=278.264 kmol/h 混合器出口气(管线 3)组成如表 2-3 所示:
表 2-3 混合器出口气(管线 3)组成

摩尔流量 kmol/h HCl C2H2 H2O N2 H2 O2 CO2 总计 278.764 254.65 0.475 1.78 24.9 1.245 4.98 566.794

摩尔组成 mol% 49.183 44.928 0.084 0.314 4.393 0.220 0.879 100

质量流量 kg/h 10174.886 6620.9 8.55 49.84 49.8 39.84 219.12 17162.936

质量组成 w% 59.282 38.576 0.050 0.294 0.290 0.232 1.277 100

12

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2.2.2 石墨冷却器的物料衡算 操作条件:259.15 K,164.225 kPa 石墨冷却器冷却下来的盐酸浓度为 40%,查得此时水的饱和蒸汽压为: Ps=17.779 Pa,设冷凝下的水为 y,则 HCl 含量为 0.329y, 17.779/164.225=(0.475-y)/(566.794-1.329y) 故冷却下的 HCl:0.329×0.354=0.116 kmol/h
表 2-4 石墨冷却器出口(管线 4)组成

解得:y=0.354 kmol/h

摩尔流量 kmol/h HCl C2H2 H2O N2 H2 O2 CO2 总计 278.648 254.65 0.121 1.78 24.9 1.245 4.98 566.324

摩尔组成 mol% 49.203 44.970 0.011 0.318 4.397 0.214 0.879 100

质量流量 kg/h 10170.652 6620.9 2.178 49.84 49.8 39.84 219.12 17152.33

质量组成 W% 59.296 38.603 0.006 0.294 0.290 0.232 1.278 100

2.2.3 转化器的物料衡算 乙炔加成反应的转化率为 99%,主反应收率为 96% 反应方程式如下: 主反应: 副反应: C2H2+ HCl→CH2CHCl C2H2+ H2O→CH3CHO C2H2+ 2HCl→CH2ClCH2Cl 参加主反应的 C2H2:254.65×96%=244.464kmol/h 参加主反应的 HCl:244.464 kmol/h 生成的 CH2CHCl(VCM):244.464 kmol/h 由于此处的水含量很少,C2H2 含量相对较大,故可以认为水完全反应,故 与水反应的 C2H2 为:0.121kmol/h 参加副反应⑵的 C2H2 为:254.65×0.99-244.464-0.121=7.519 kmol/h 参加副反应的 HCl 为:7.519×2=15.038 kmol/h 生成 EDC 的量为:15.038kmol/h
13

⑴ ⑵

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剩余 HCl 为:278.648-244.464-15.038=19.146 kmol/h;C2H2 为:2.546 kmol/h 转化器出口(管线 5)组成如表 2-5 所示:
表 2-5 转化器出口(管线 5)组成

摩尔流量 kmol/h HCl C2H2 VCM EDC CH3CHO N2 H2 O2 CO2 总计 19.146 2.546 244.464 15.038 0.121 1.78 24.9 1.245 4.98 314.22

摩尔组成 mol% 6.051 0.811 77.815 4.824 0.020 0.792 7.904 0.395 1.605 100

质量流量 kg/h 698.829 66.196 15279 1488.762 5.324 49.84 49.8 39.84 219.12 17896.711

质量组成 W% 3.876 0.370 85.352 8.382 0.0140 0.282 0.278 0.222 1.224 100

2.2.4 泡沫塔的物料衡算 乙醛易溶于水,在此塔中全部除去 取泡沫塔的吸收率为 70%,设进入泡沫塔的洗液盐酸浓度为 5%(WT) ,出 口盐酸浓度为 20%(WT) 惰性气体量为:G=245.910 kmol/h 进口 HCl 占惰性气体的摩尔分率为: Y1=19.146/245.910=0.078 出口 HCl 占惰性气体的摩尔分率为: Y2=0.3×0.078=0.023 20%盐酸中氯化氢与水的摩尔比为: X1=(20/36.5)/(80/18)=0.123 5%盐酸中氯化氢与水的摩尔比为: X2=(5/36.5)/(95/18)=0.026 设盐酸中含水的量为 L,对泡沫塔进行物料衡算有: G(Y1- Y2)=L(X1- X2)
(2-1)
14

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得: L = G(Y1- Y2)/(X1- X2) =245.910×(0.078-0.023)/(0.123-0.026)=139.43 kmol/h 被吸收掉的 HCl 量为:19.146×0.7=13.402 kmol/h 剩余 HCl 量为:5.744 kmol/h 泡沫塔出口(管线 6)组成如表 2-6 所示:
表 2-6 泡沫塔出口(管线 6)组成

摩尔流量 kmol/h HCl C2H2 VCM EDC N2 H2 O2 CO2 总计 5.744 2.546 244.464 15.038 1.78 24.9 1.245 4.98 300.697

摩尔组成 mol% 1.896 0.847 81.273 5.039 0.598 8.278 0.411 1.656 100

质量流量 kg/h 209.656 66.196 15279 1488.762 49.84 49.8 39.84 219.12 17402.214

质量组成 W% 1.196 0.380 87.745 8.616 0.289 0.286 0.229 1.258 100

2.2.5 水洗塔的物料衡算 取水洗塔与泡沫塔总的吸收率为 99.8%, 即(Y1-Y3)/ Y1=99.8% 则:Y3=0.000156 塔顶一次水的进入流量为:139.43kmol/h 吸收的 HCl 量为: 245.910×(0.023-0.000175)=5.618 kmol/h 剩余 HCl 量为: 5.744-5.618=0.126 kmol/h 其它物料组成不变 水洗塔出口(管线 7)组成如表 2-7 所示:

15

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表 2-7 水洗塔出口(管线 7)组成

摩尔流量 kmol/h HCl C2H2 VCM EDC N2 H2 O2 CO2 总计 0.126 2.546 244.464 15.038 1.78 24.9 1.245 4.98 295.079

摩尔组成 mol% 0.018 0.863 82.829 5.135 0.610 8.436 0.422 1.687 100

质量流量 kg/h 4.599 66.196 15279 1488.762 49.84 49.8 39.84 219.12 17197.157

质量组成 W% 0.012 0.385 88.797 8.720 0.293 0.289 0.231 1.273 100

2.2.6 碱洗塔的物料衡算 操作条件:30?C,120 KPa 因为为化学吸收,所以将 CO2 和 HCl 全部吸收,出口带走部分水蒸汽,查 得此时的水的饱和蒸汽压为:Ps=4245.3 Pa 设碱洗塔出口中含水量为: 4245.3×241.760/(120000-424.3)=8.867 kmol/h 碱洗塔出口(管线 8)组成如表 2-8 所示:
表 2-8 碱洗塔出口(管线 8)组成

摩尔流量 kmol/h C2H2 VCM EDC N2 H2 O2 H2O 总计 2.546 244.464 15.038 1.78 24.9 1.245 8.867 298.84

摩尔组成 mol% 0.847 81.285 5.039 0.598 8.279 0.414 3.538 100

质量流量 kg/h 66.196 15279 1488.762 49.84 49.8 39.84 159.606 17133.044

质量组成 W% 0.385 88.950 8.735 0.293 0.290 0.232 1.115 100
16

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2.2.7 机前冷却器的物料衡算 操作条件:10?C,115 KPa 当 t=10?C,查得此时的水的饱和蒸汽压为:Ps=1228.8 Pa 则此时饱和水的量为: 1228.8×241.760/(115000-1228.8)=2.611 kmol/h 机前冷却器冷凝下的水的量为: 8.867-2.611=6.256 kmol/h 其它组成不变,则 机前冷却器出口(管线 9)组成如表 2-9 所示:
表 2-9 机前冷却器出口(管线 9)组成

摩尔流量 kmol/h C2H2 VCM EDC N2 H2 O2 H2O 总计 2.546 244.464 15.038 1.78 24.9 1.245 2.611 292.584

摩尔组成 mol% 0.868 83.366 5.168 0.614 8.491 0.424 1.068 100

质量流量 kg/h 66.196 15279 1488.762 49.84 49.8 39.84 14.524 16987.962

质量组成 W% 0.389 89.860 8.824 0. 296 0.293 0.234 0.103 99.999

2.2.8 机后冷却器的物料衡算 操作条件:40?C,0.6 MPa 查得此时的水的饱和蒸汽压为:Ps=7380.6 Pa 则机后冷却器出口若达到饱和,含水蒸汽量为: 7380.6×241.760/(600000-7380.6)=3.011 kmol/h >0.8069 kmol/h 故混合器经机后冷却器时没有水冷凝下来 因此机后冷却器出口(管线 10)组成与(管线 9 相同)

2.3 能量衡算
各物质的热容计算公式如下[11]:

17

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A B C D E F G H I J C2H2: C2H3Cl: HCl: H2O(g): N2: H2: O2: CO2: CH3CHO: C2H4Cl2: 6.406+1.810x10-2T-1.196x10-5T2 1.421+4.823x10-2T-3.669x10-5T2 7.235-0.172x10-2T+2.976x10-6T2 7.701+4.595x10-4T+2.521x10-6T2 7.440-0.324x10-2T+6.400x10-6T2 6.483+2.215x10-3T-3.298x10-6T2 6.713-0.879x10-2T+4.170x10-6T2 4.728+1.754x10-2T-1.338x10-5T2 1843+4.353x10-2T-2.404x10-5T2 2.979+6.439x10-2T-4.896x10-5T2

单位为 kcal/ kmol?k 2.3.1 机前冷却器的热量衡算 1. 物料温度由 30?C 降至 10?C ?H(VCM)=244.464×(-253.858)=-6.206×104 kcal/ h ?H(H2O)=8.867×(-160.615)=-1424.177 kcal/ h ?H(H2)=24.9×(-137.897)=-3433.635 kcal/ h ?H(C2H2)=2.546×(-215.377)=-548.350 kcal/h ?H(EDC)=15.038×(-360.508)=-5421.319 kcal/ h ?H(N2)=1.78×(-139.401)=-248.134 kcal/ h ?H(O2)=1.245×(-88.611)=-110.321 kcal/ h ?H1=-7.319×104 kcal/ h=-30.595×104 kJ/ h 2. 气化潜热 查表得[9]:10?C 时水的气化潜热为:589.6 kcal/kg 水液化移走的热量为: ?H2=-37.028×589.6=-21831.7 kcal/ h=-9.126×104 kJ/ h 3. 总的热量变化 Q=?H1+?H2=-3.972×105 kJ/ h 4. 所需冷剂的量 用 0?C 的水冷却,温度变化为 0?C 到 5?C,物性常数为[15]: Cp=4.21 kJ/(kg??C) 则需要水的量为:
18

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m= 1.1 × Q C p × ?t
(2—3)

m=

1.1× Q 1.1× 3.972 × 105 = = 20756.295kg / h C p × ?t 4.21× 5

2.3.2

机后冷却器的热量衡算 1. 物料温度由 60?C 降至 45?C ?H(VCM)=244.464×(-204.441)=-4.998×104 kcal/ h ?H(H2O)=2.611×(-121.325)=-316.780 kcal/ h ?H(H2)=24.9×(-103.764)=-2583.724 kcal/ h ?H(C2H2)=2.546×(-167.224)=-425.752 kcal/h ?H(EDC)=15.038×(-289.119)=-4347.772 kcal/ h ?H(N2)=1.78×(-104.530)=-186.063 kcal/ h ?H(O2)=1.245×(-63.074)=-78.527kcal/ h Q=-5.78×104kcal/ h=-2.418×105 kJ/ h 2. 所需冷剂的量 用 30?C 的水冷却,温度变化为 30?C 到 40?C,物性常数为[15]: Cp=4.21 kJ/(kg??C) 则需要水的量为:
m=

1.1× Q 1.1× 2.418 × 105 = = 6317.815kg / h 4.21× 10 C p × ?t

2.4 设备选型与设计计算
2.4.1 机前冷却器 1. 选定换热器 热物料由 30?C 降至 10?C,冷却水从 0?C 升至 10?C 查物料的物性数据[6]为: Cp=4189.4 J/(kg??C) λ=0.007466 W/(m??C) 查水的物性数据[6]为: Cp=960 J/(kg??C) λ=0.5567 W/(m??C) ρ=999.85 kg/m3 ?=1.6677×10-3 Pa?s ρ=2.248 kg/m3 ?=1.031×10-5 Pa?s

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?tm =

(T1 ? t1 ) ? (T2 ? t2 ) (T ? t ) ln 1 1 (T2 ? t2 )

(2-4)

计算得: ?tm =

(30 ? 10) ? (10 ? 0) = 14.43 ?C (30 ? 10) ln (10 ? 0)

Q= 3.972×105 kJ/ h = 110333 W 认为 K= 50 W/(m2??C) S=
S= Q 110333 = = 152.92m 2 K × ?tm 50 × 14.43

Q K × ?tm

(2-5)

所选换热器参数如表 2-21 所示:
表 2-21 机前冷却器换热器参数

DN/mm PN/MP N 1000 0.6 I

n

L/m d0/mm di/mm A/ m2 25 20 0.2594

S/ m2 170.5

749 3

核算传热系数,物料走管程,水走壳程
V = m/ρ=14169.336/(3600×2.248)=1.751 m3/s u = V/A=15.746 m/s

管程给热系数:

α i = 0.023 × α i = 0.023 ×

λ
di

× ×

(d i × ? × ρ ) 0.8

? ?

× ×

(C p × ? )0.3

λ
(C p × ? )0.3

(2-6)

λ
di

(d i × ? × ρ ) 0.8

λ

=93.685 W/(m2??C)

管束为正三角形排列,管中心间距 t=0.032 m 水的流速为:u=1.5 m/s 当量直径:
2 3 × t 2 ? πd 02 de = πd 0 de = 2 3 × t 2 ? πd 02 =0.0274m; πd 0
(2-7)

20

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Re = Re = de × ? × ρ = de × ? × ρ

?

(2-8)

?

0.0274 × 1.5 × 999.85 = 24641 > 500 0.0016677
Pr = Cp × ?

λ

(2-9)

Pr =

Cp × ?

λ

=

4189.4 × 1.6677 × 10 ?3 = 12.55 0.5567

壳程给热系数为:

α 0 = 0.036 ×

λ
di

× Re0.55 × Pr 3
1

(2-10)

查得污垢热阻[8]为:R0=0.21 (m2??C)/kW, 传热系数为:
K=

Ri=0.176 (m2??C)/kW

1 d0 δ × d0 1 R0 × d 0 + + + + R0 α i × di λ × dm α 0 di

(2-11)

K=

1 =47.04 W/(m2??C) d0 δ × d0 1 R0 × d 0 + + + + R0 di α i × di λ × dm α 0

与所估计较为接近。
2.

核算压强降 管程压降: 取管壁粗糙度 ε=0.15 m,ε/d=0.0075,查图[10]得:λ=0.035

? ? l ρ ?P = ? λ × + 3 ? × f t × N p × ui2 × 1 ? ? di 2 ? ? ? ? l ρ ?P = ? λ × + 3 ? × f t × N p × ui2 × 1 ? ? di 2 ? ?
=(0.035×1/0.02+3)×1.5×1×15.7462×2.248/2 =1620 Pa=1.620 KPa< 7.5 KPa 可行

(2-12)

壳程压降:fs=1.15 取折流挡板间距 B=0.2 m,管束中心线的管数为:
NTC =1.1×(NT)0.5 NTC=1.1×(NT)0.5=1.1×(342)0.5=20.3
21

(2-13)

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壳程流动面积 A2 为: A2 = B×(D- NTC×d0) A2=B×(D- NTC×d0)=0.2×(1.6-20.3×0.25)=0.157 m2 u0 =qm /(ρ×A2) u0=qm /(ρ×A2) =18161.758/(3600×0.157×999.85)=0.0321 m/s Re = Re = d 0 × u0 × ρ = d 0 × u0 × ρ
(2-15) (2-14)

?

(2-16)

?

0.25 × 0.0321 × 999.85 = 962 > 500 0.0016677 f0=5×Re-0.228
(2-17)

f0=5×Re-0.228=5×(962)-0.228=4.28 挡板数为: NB =L/B-1 NB =L/B-1=39 管子为正三角形排列,取校正系数 F=0.5 ?P2 = (F×NTC×(NB +1)+ NB(3.5-2B/D))×fS×u02×ρ/2 ?P2=(F×NTC×(NB +1)+ NB(3.5-2B/D))×fS×u02×ρ/2 =(0.5×20.3×(39+1)+39(3.5-2×0.2/1.6))×1.15×0.03212×999.85/2 =631 Pa < 7.5 KPa 可行 2.4.2 机后冷却器 热物料由 60?C 降至 45?C,冷却水从 30?C 升至 40?C ?tm =
(2-19) (2-18)

(60 ? 40 ) ? (45 ? 30) = 17.38 ?C (60 ? 40) ln (45 ? 30)

Q=2.418×105 kJ/ h=67167 W 认为 K= 50 W/(m2??C)
S= Q 67167 = = 77 m 2 K × ?tm 50 × 17.38

所选换热器参数如表 2-22 所示:
表 2-22 机后冷却器换热器参数

DN/mm PN/MP N 700 0.6 1

n 355

L/m d0/mm di/mm 3 25 20

A/ m2 0.1230

S/m2 80.0

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 第三章 结 论

本次毕业设计我采用了电石乙炔法,确定了氯乙烯的工艺流程。此方法的优 点是建厂投资和自动化要求都不高,乙炔的转化率高,技术成熟,流程简单。在 此基础上完成了氯乙烯生产的工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、主要设备选 型计算等,并本着合理用能经济实惠的原则,有效利用了反应热和冷冻盐水的用 量,循环热水和循环冷却水在系统中实现自给自足。同时,也初步解决了节能、 环保、高效等方面的问题。 采用组合塔水洗碱洗装置的技术改进措施: (1) 组合塔水洗碱洗净化装置的主要技术改进是将三塔合一(一、二级水洗泡 沫塔、水洗塔), 该技术的核心设备是氯化氢组合吸收塔, 塔内可划分为 4 个区, 氯乙烯冷却区、浓酸吸收区、稀酸吸收区、清水吸收区。 (2)当温度较高的含氯化氢体积分数为 5%~10%的氯乙烯混合气进入吸收塔 下部, 由下而上经过各区域冷却、吸收后, 99%以上的氯化氢被除去。 (3)清水从顶层塔板连续加入, 30%~31%的浓盐酸由下段浓酸循环泵开旁路 通过调节阀连续排出作为成品酸。 (4)通过稀酸循环系统和浓酸循环系统, 不断地将吸收氯化氢时所产生的溶解 热移出, 降低吸收温度, 从而可使产品酸的质量分数稳定在 30%~31%。 (5) 喷淋加水和成品酸的输出均使用气动调节阀, 并采用计算机集散控制系 统(DCS)对加水量和出酸量进行自动控制调节, 使系统操作平稳安全, 且降低劳 动强度。

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 参考文献

[1] 王正烈,周亚平.物理化学,高等教育出版社,2001,20:1-30. [2] 郑石子.聚氯乙烯生产问答,化学工业出版社,1986:266-291. [3] 廖正品. 我国 PVC 加工行业的发展状态与趋势,聚氯乙烯,2001,3:36, 24. [4] 钱颂文.换热器设计手册,北京:化学工业出版社,2002:19-24. [5] 卢焕章.石油化工基础技术手册,化学工业出版社,1992:337-342. [6] 李崇岳.化工工艺设计概论,天津大学出版社,1993:24-38. [7] 化工设备设计基础,上海科学技术出版社,1985:56-57. [8] 大连理工化工原理教研室.化工原理课程设计, 大连理工出版社, 1994: 38-45. [9] 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册, 化学工业出版社, 1986: 167-169. [10] 朱自强,徐汛.化工热力学,化学工业出版社,1991:47-48. [11] 冯伯华.化学工程手册,化学工业出版社,1989:34-56. [12] 姚玉英.化工原理,天津大学出版社,1999:155-157. [13] 廖巧丽,米镇涛.化学工艺学,化学工业出版社,2001:97-108. [14] 陈敏恒.化工原理,化学工业出版社,2000:27-35. [15] 陈国理.压力容器及化工设备,华南理工大学出版社,1995:76-80. [16] 陈洪钫,刘家祺.化工分离工程,化学工业出版社,1995:14-19. [17] 潘国昌,郭庆丰.化工分离工程,清华大学出版社,1996:17-46. [18] 董大勤.化工设备机械基础,化学工业出版社,1994:35-78. [19] 孙岳明,陈志明.计算机辅助化工设计,科学出版社,2000:1-24. [20] 杨岳,罗意平.CAD/CAM 原理与实践,中国铁通出版社,2000:34-77. [21] 张顺心, 曹东兴.机械制图及计算机制图, 天津科技大学出版社, 2001: 14-63. [22] T. Kurauchi, T. Ohta. Energy absorption in blends of polycarbonate with ABS and SAN. Journal of Material Science, 1984, (19): 1699-1709.

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 附录 1 主要设备一览表

序号
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

位号
E2101
E2102 E2103 E2104 E2105 E2106 E2107 E2108 E2109 V2101 V2102 V2103 V2104 V2106 V2107 V2108 T2101 T2102 T2103 T2104 T2105

设备名称
氯化氢冷却器 石墨冷却器 预热器 转化器 机前预冷器 机后预冷器 全凝器 尾气冷凝器 成品冷凝器 混合器 酸雾过滤器 除汞器 气柜 水分离器 中间槽 单体贮槽 水洗泡沫塔 碱洗泡沫塔 冷碱塔 低沸塔 高沸塔

规格
Ф1100 × 6005 Ф1100 × 6005 Ф900 × 5820 Ф900 × 5820 Ф2400 × 4810 Ф2400 × 4810 Ф2000 × 5680 Ф1900 × 4950 Ф2200 × 2500 Ф2400 × 2500 Ф1200 × 2200 Ф2400 × 5553 Ф3800 × 4920 Ф1100 × 3840 Ф2000 × 4680 Ф2600 × 6600 Ф1600 × 12470 Ф1600 × 12470 Ф2400 × 4810 Ф2400 × 14660 Ф2400 × 18940

台数
2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 1 4 1 1 2 2 1 1 1

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 附录 2 原材料消耗定额一览表

序号
1 2 3 4 5 6 7 8

名 称
电石 氯气 氢气 电 蒸汽 井水 河水 无离子水

单位
公斤 公斤 公斤 度 吨 吨 吨 吨

规 格
实 物

定 额
1660kg/t 804 kg/t 33 kg/t 395kw h/t 1.1t/t 32t/t 10t/t 1.1t/t

备注

>94% ≥98%

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 附录 3 尾气处理及三废排放

通过实验室试验,在对原有工艺进行深入研究的基础上,大胆对原工艺进行 了简化, 新的工艺流程为: 尾气-常压吸附-正压蒸汽脱吸-内循环降温-备用。 该工艺流程(见图 1)主要由五部分组成:⑴吸附器:采用了环式吸附器的组合 结构,吸附剂采用活性炭纤维;⑵脱吸回收系统:包括冷凝器及吸附槽等;⑶内 循环吸附降温系统;⑷微压回送系统;⑸自动控制系统。 由图 1 可以看出, 新工艺流程的运行程序为: 个吸附器共用 1 套管路系统, 3 运行时相互切换,3 个吸附器依次进入吸附状态,即当吸附器 1 吸附饱和后,切 换到吸附器 2 吸附,然后到吸附器 3 吸附;脱吸工序也是依次进行的。运行时, 含氯乙烯的废气由吸附器下部进入,穿过活性炭纤维,其中的氯乙烯被活性炭吸 附下来,经过第一次吸附的气体通过循环系统进行再次吸附,进一步净化,同时 使床层降温。净化后的气体由吸附器顶部排出,脱吸水蒸气由吸附器顶部进入, 穿过活性炭纤维,将被吸附浓缩的氯乙烯脱吸出来并带出吸附器进入冷凝器,经 过冷凝, 水蒸气冷凝气流入分离槽。 由于氯乙烯不溶于水, 冷凝水可以直接排放。 脱吸下来的氯乙烯气体通过微压回送装置直接送至生产系统。 吸附器完成脱吸并 降温后经过切换继续进行吸附。此循环连续运行。

图1

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 三废一览表

名称





主要成分 水 微量-CN 水 微量 PVC 水 VC、 微量水、 空气、 微量PVC PVC PVC PVC

总 量 (吨/年) 17 万 11000 6000 380 万 6.2 万 30 140 180

处理方法 排 放

离心母液 废水 冲釜水 汽提冷凝液 汽提尾气 送料尾气 塑化片 扫地料 其 他

回收利用 排 放 回收利用 排 放

废气

废渣

回收利用 回收利用 回收利用

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西安工程大学本科毕业设计(论文) 西安工程大学本科毕业设计(论文) 致 谢

光阴似箭,四年的学习生活即将结束,转眼间就到了毕业答辩的时候,非 常幸运的是在这段难忘的时光里我们在王力老师和杜燕萍老师的带领和悉心指 导下进行了年产十二万吨聚氯乙烯氯乙烯合成工序的毕业设计。 本论文是对我大学四年所学知识的全面总结,综合运用所学专业知识来独 立完成的工程设计。在设计过程中,老师们始终给予我最无私的帮助和指导,给 我已完成设计的信心。在论文撰写期间,老师不仅教给我知识,更重要的是教给 我解决问题的方式方法,使我开阔了视野,拓展了思维。老师严格,认真,求是 的工作作风也使我留下了深刻的印象。这些都将是我终生受益无穷。在此,谨对 谆谆教导我的老师表示深深的谢意! 在此,同样深深地感谢给予我无私和热情关怀的各位老师和同学以及此次 答辩委员会的评委老师,祝各位老师身体健康,工作顺利!我将在以后的人生道 路上谨记此次经历,并将在即将结束的大学生活里有你们的存在而感到庆幸,因 为你们而使我的大学生活变的圆满,谢谢你们! 最后深深地感谢我的父母对我学业的支持!

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