年產(chǎn)10萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1、 II 平均摩爾質(zhì)量塔頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算：MVD = 0.3 26+( 1-0.3)62.5= 51.55 kg/mol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算：M VF = 51.55 kg/mol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算：M VF 62.5 kg/mol 精餾段的平均摩爾質(zhì)量：M Vm = ( 51.55+62.5) /2= 57 kg/mol取 MVm MLmIII 平均密度氣相平均密度的計(jì)算：由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即PM VmVmRTm700 578.314 (17.5 273.15) 16.51kg/m3液相平均密度的計(jì)算： 液相平均密度依下式計(jì)算，即1/ Lmai / i3-19)3-20)3

2、-21)3-22)塔頂液相平均密度的計(jì)算：tD = -5，由手冊(cè)6查得：3-23)A 470kg/m3-23)B 948kg/m31LDm1726.38kg/m30.3/470 0.7/948進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算由 tF = 40，由手冊(cè)查得：A 230kg/m3B 890kg/m3此處由于aB教大，故可近似為L(zhǎng)Fm 890kg /m3精餾段液相平均密度為：Lm （ 890 726.38） /2 808.19kg/m3（ 3-24）.液體表面張力的計(jì)算： 液相平均表面張力可依下式計(jì)算，即Lmxi i（ 3-25）由手冊(cè)查得，液相平均表面張力近似為2.567 mN/m塔徑的計(jì)算：精餾段的氣、液

3、相體積流率為：VSVM VSVM Vm3600 Vm3-26)LS3-26)LSLM Lm3600 Lm167.54 573600 16.51 0.161m3/s3-27)3-27)3600 808.19maxC0.00188m3/smaxC3-28)式中 C 由手冊(cè)查圖得，圖的橫坐標(biāo)為L(zhǎng)h L 1/2Vn ( V)3-29)0.000188 3600(808.19)1/2 0.161 3600 ( 16.51 3-29)0.082取板間距HT=0.4m,板上液層高度hL=0.06m則，HT-hL=0.4-0.06=0.34m再由圖得C20=0.068C C20(2L0)0.20.0680.2

4、2.567200.0680.22.567200.04513-30)umax 0.0451umax 0.0451808.19-16.5116.510.312m/s取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為u=0.7umax= 0.7 0.3123-31)= 0.218 m/s0.312m/s取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為u=0.7umax= 0.7 0.3123-31)= 0.218 m/sD4VuS4 0.1610.2180.97m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D = 1.0m塔截面積為：3-32)2ATD2T421240.785m23-33)實(shí)際空塔氣速：u 0.161 0.205m/s 0.7853.2.4精

5、餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為：3-34)Z精（ N精 -1） HT（ 6-1）0.45m 提留段有效高度為：3-35)Z提（ N提 -1） HT3-36）（ 17-1）3-36）12.4m在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.6m故精餾塔的有效高度為：Z Z精 Z提 0.6512.40.6（ 3-37）18m塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，塔板采用單溢流和分塊式組裝。溢流裝置a.堰長(zhǎng)lW：取lW 0.66D 0.66 1m 0.66mb.溢流堰高度hW ：hW hL hOW進(jìn)行計(jì)算，并且采用平直堰，堰上液層高度hOW，按照公式hOWhOW2.84 EOW 100

6、02/3Lh lW5-19）計(jì)算，可近似取E=1，因lW 0.66mLh0.00188 3600 6.768m3 / h，故hOW2.8416.7680.0134mhOW10000.66取板上清液層高度：hL 0.06mhWhLhO W 0. 0 6 0. 0 1 3 40. m0 4c.弓形降液管寬度Wd 和面積Af由 lW / D 0.66，查化工原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì)17圖2-6得：Af / AT0. 0 7 2 2 Wd / D 0. 1 2 4故Af 0.0722 0.66 0.048m2； Wd 0.124 1 0.124m3600AfHT依據(jù)公式:f T 3 5（ 5-20）Lh驗(yàn)證

7、液體在降液管中的停留時(shí)間是否合理，即3600Af HT 3600 0.048 0.4Lh6.76810.14s 5s，故可用。d.降液管底隙高度hO根據(jù)公式：hOLh （ 5-21） ，取u0根據(jù)公式：hO3600lWu0Lh6. 7 6 8hOh 0. 0 3 9m23 6 0lW0u03 6 0 0 0. 6 0 0. 0 8則 hW hO 0.0466 0.0392 0.0074m 0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。塔板布置及篩孔計(jì)算與排列a.塔板的分塊因?yàn)?D 800mm，故通過(guò)查塔板溢流類(lèi)型圖可得，適合采用3 塊式塔板b.邊緣區(qū)域?qū)挾鹊拇_定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取Ws Ws 0.065m，

8、Wc 0.035mc.開(kāi)孔區(qū)面積的計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積Aa按照如下公式計(jì)算：Aa 2 開(kāi)孔區(qū)面積Aa按照如下公式計(jì)算：Aa 2 x r2 x2r2arcsinx180 r5-22）xD2WdWs1.000.135 0.065m0（ .53-213）r D Wc1.0 0.035 0.465m（ 5-24）2 c22 TOC o 1-5 h z 22 rxAaAa2 x r180 r222 3.14 0.46520.312 0.310.4652 0.252arcsin1800.4653.14 0.2162 0.310.216 0.0961.40.1781800.518m2d.篩板計(jì)算及其排列3mm 碳

9、鋼板，取篩孔直徑3mm 碳鋼板，取篩孔直徑d0 5mm。篩孔按照正三角形排列，取孔中心距t 為：t 3d0 3 5mm 15mm取篩孔數(shù)目n 為2660 （個(gè)）（ 5-25）1.155 2660 （個(gè)）（ 5-25）n22t20.0152開(kāi)孔率為氣體通過(guò)篩孔的氣速為u00. 9 0 7d0 t0. 1 60. 90007.00105521（ 05. -126%）A00. 1 0 1 0. 5 1 813. 0 8m4 s/篩板的流體力學(xué)性能精餾段塔板壓降pp精餾塔塔板壓降計(jì)算公式如下：p h Lg （ 5-27） ， h 為精餾段塔板總壓力，其計(jì)ppp算公式為：h hhlhpcla.干板阻力h

10、c干板阻力hc的計(jì)算公式為2 hc 0.051 u0 c0A0Aa（ 5-28）通常，篩板的開(kāi)孔率10.1% 15% ，故公式可簡(jiǎn)化為hc 0.0512u0c0d0 10mm，所以c0可以通過(guò)干篩孔的流量系數(shù)圖查得，d0/8 1.67， c0 0.775u0 hc 0 .05 1 0 cc0L3.08416.510 . 0 5 10m. 0 1 6 80.775808.19b.氣體通過(guò)板上液層的阻力hl氣體通過(guò)液層的阻力hl 由如下公式計(jì)算：hlhLhWhO W（ 5-29）式中 為充氣系數(shù)，其可以通過(guò)計(jì)算氣相阻力動(dòng)能因子F0 由充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖來(lái)查得V0161氣相動(dòng)能因子F0計(jì)算如下：ua0.

11、221m/ s（ 5-30）0a AT Af0.785 0.0567F0 ua V 0 . 2 2 15 . 8 2 9 m0s. 9（ 05-31/）F0 0.90m/ s查充氣關(guān)聯(lián)系數(shù)圖得，充氣系數(shù)0.65，故氣體通過(guò)液層的阻力為hlhLhW hOW 0.65 0.06 0.039mc.液體表面張力造成的阻力hh 4 L 4 2.567 310 0.0002m5（95-32） Lgd0808. 1 9 9. 81 0. 005總之，氣體通過(guò)精餾段每層塔板的總阻力為hphchl h 0. 0 1 6 8 0. 0 3 9 0. 0 0 02 5 9 m則氣體通過(guò)精餾段每層塔板的總壓降為pph

12、p Lg 0. 0 56 0 8 08. 1 9 9. 8 14P4a4. 1 0 7kP a0.4 4k4P a故該設(shè)計(jì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)允許條件。精餾塔液沫夾帶現(xiàn)象的驗(yàn)證精餾段液沫夾帶液沫夾帶量計(jì)算公式如下：5. 71 60uaeVVL HThf.2（ 5-33）hf 2. h5L2. 5 0. 0 6 m0.故3.232e 5.7 10 6ua5.7 10 60.221.eVL HT hf 2.567 10 30.4 0.150.00150 kg（液 ）/kg（氣 ）0.1 kg（液 ）/kg（氣 ）故本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量eV在允許范圍內(nèi)。精餾塔液泛現(xiàn)象驗(yàn)證精餾段液泛現(xiàn)象為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管

13、內(nèi)液層高度H d 應(yīng)服從如下關(guān)系：H d H ThW （ 5-34）-四氯化硅物系具有一定的揮發(fā)性能，因而取其安全系數(shù)0.5 ，即H T hW0. 50. 4 0. 0 4 6 6 m0. 2 2 3H d 計(jì)算公式：H dhp hL hdhd 可由如下公式計(jì)算：hd0. 1 5u0320. 1 53 20. 080.m0 00 97 9Hd hp hL hd 0. 05 60 0. 06 0. 0009 79mH dHT hW ，故精餾段內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛的現(xiàn)象。精餾塔漏液現(xiàn)象驗(yàn)證精餾段漏液現(xiàn)象篩板塔漏液點(diǎn)氣速u(mài)0,min 計(jì)算公式如下：u0, mi n4 .4C0 0 . 00 56 hL0.

14、 1h3 L808.194.4 0.772 0.0056 0.13 0.039 0.000976（ 5-35）2.025m / s實(shí)際孔速u(mài)03.084 u0min ，穩(wěn)定系數(shù)為Ku03.084 1.523 1.500,minu0,min 2.025故本設(shè)計(jì)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。3.2.5管徑的計(jì)算二氯乙烷的摩爾質(zhì)量：MA99kg / kmol 氯乙烯：MB 62.5kg / kmol乙炔：MC26kg / kmol二氯乙烷的密度：A 1235kg / m3 氯乙烯的密度：B 1380kg / m3乙炔的密度：C 620kg / m3（ 1）進(jìn)料管徑的計(jì)算摩爾分率：二氯乙烷0.045 氯乙烯

15、 0.897 乙炔 0.058所以 M 0.04599 62.50.8970.0582662.03kg / kmol1235 0.0451380 0.897620 0.0581329.4kg / m所以 qv ,v214.791562.031329.436002.7810 3m3 / s3-38）3-39）3-40）取 u 0.8 m/ s所以 D4 2.78391033.140.867mm所以選用73 3mm的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為D67mm42783910 3重新核算流速：u43.142.78(309.0671)020.79m/ s（ 2）塔頂蒸汽管徑摩爾分率：乙炔0.3 氯乙烯 0.7所以

16、M 62.50.70.32651.55kg / kmol1.2932.150.71.2930.910.32.30 kg / m3所以qv ,v83.752151.552.3036000.52 m3 / s取 u 12.5 m/ s所以 D4 0.523.1412.5230mm所以選用245 3mm的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為D 239 mm重新核算流速：40.52u11.63 m/ s3.14(0.239) 23）回流管徑經(jīng)計(jì)算得：qv,v35.791562.5138036000.4510 3m3 / s取 u 1m/ s所以 D4 0.4510 33.14124mm所以選取32 3mm的無(wú)縫鋼管，其

17、內(nèi)徑為D 26mm重新核算流速：4 0.4510 3u0.85 m/ s3.14(0.026) 23-41)3-42)3-43)3-44)3-45)3-46)3-47)3-48)3-49)3-50)4）塔釜出口管徑氯乙烯的摩爾分率：0.749 二氯乙烷的摩爾分率：0.251所以 M 62.50.7490.2519971.66kg / kmol( 3-51)1380 0.7481235 0.2511343.6kg / m3( 3-52)所以qv ,v179 71.66所以qv ,v179 71.661343.636002.6510 3m3 / s3-53)取 u 0.9 m/ s所以 D4 2.

18、65103所以 D4 2.651033.140.961mm3-54)所以選取68 3mm的無(wú)縫鋼管，其內(nèi)徑為D 62mm4 2.651033-55)重新核算流速：u0.88 m/ 3-55)3.14(0.062) 23.3 主要管道管徑的計(jì)算與選型根據(jù)書(shū)冊(cè) 9，采用最經(jīng)濟(jì)管徑的選擇：管道投資費(fèi)用與克服管道阻力所消耗的動(dòng)力費(fèi)用有關(guān)，管徑越大，管道的投資越大，但動(dòng)力消耗可以降低；管徑小，管道的投資降低，但動(dòng)力消耗增加，因此，選擇管徑時(shí)，應(yīng)將管道投資費(fèi)用與動(dòng)力消耗（即生產(chǎn)費(fèi)用）同時(shí)考慮，并使二者費(fèi)用之和最低，對(duì)于長(zhǎng)距離管道或大直徑管道應(yīng)根據(jù)最經(jīng)濟(jì)管徑選擇；對(duì)于較小直徑的管道，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定也可用計(jì)

19、算式，近似地估算經(jīng)濟(jì)管徑。其計(jì)算式為：D最佳282G0.52 0.37（ 3-56）D 最佳 最經(jīng)濟(jì)管徑，mmG流量，kg/s密度，kg/m33-57)M P 3-57)22.4 T TP壓力，atm 3.3.1 HCl 進(jìn)料管M 平均 = Mx i查文獻(xiàn)，選型：= 99.95% 36.5+0.01% 18+0.04% 32= 36.482+0.00018+0.0128= 36.50 g/mol380mm選用 402 10查文獻(xiàn)，選型：= 99.95% 36.5+0.01% 18+0.04% 32= 36.482+0.00018+0.0128= 36.50 g/mol380mm選用 402 1

20、0，材料：3.3.2 乙炔氣進(jìn)料管350mm3-58)36.5 1 27331 . 4 9kg3 m/22.4 1 2988467.0875G2 . 3 5kg2 s /3600D最佳282G0.520.37282 2.3520 .521.493 0 .37379.31mm1Cr18Ni9Ti 的無(wú)縫鋼管。M乙炔99.5% 26 0.005 18 26g/mol26 1 273 1.063kg/m322.4 1 2985584.579G1.551kg / s3600D最佳282 1.5510.52 1.063 0.37 346.41mm3-59)3-60)3-61)查文獻(xiàn)，選型：選用40224

21、mm，材料1Cr18Ni9Ti 的無(wú)縫鋼管。3.3.3 石墨冷卻器的進(jìn)料管M平均0.39679 26 36.5 0.60159 32 0.00000211 18 0.001410 31.9g/mol3221.49 11 229783 1.327kg/m33.91kg/s14074.4825 G3.91kg/s0.52 1.327 0.52 1.327 0.37 516.05mmD最佳282 3.913-62)517mm。查文獻(xiàn)，選型：選用55010mm，材料16Mn 的無(wú)縫鋼管。3.3.4 多筒過(guò)濾器的進(jìn)料管M平均 0.39707 26 36.5 0.60173 32 0.000211% 18

22、 0.000988% 32.29g/ mol32.29 1 27322.4 1 26031.514kg /m32.29 1 27322.4 1 26031.514kg /m14064.5636003.907kg/sD最佳282 3.9070.52 1.514 0.37 491.3mm3-63)492mm。查文獻(xiàn)，選型：選用53010mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的無(wú)縫鋼管3.3.5轉(zhuǎn)化器的進(jìn)料管M 平均 0.39757 26 36.5 0.60202 32 0.000212% 18 0.000198% 32.31g/mol32.29 1 27322.4 1 3981.132kg 32.29

23、 1 27322.4 1 3981.132kg / m314046.6353 G36003.90kg / s3-64)D最佳282 3.900.52 1.132 0.37 546.75mm圓整到547mm。查文獻(xiàn)，選型：選用 600 20mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的無(wú)縫鋼管3.3.6 轉(zhuǎn)化器的出料管M 平均 0 . 0 1 9 9 % 2 6 3 6 . 5 7 . 1 7 9 % 3 2 0 . 0 0 0 2 1 2 % 1589 . 307. 01 0g 0/ 1m9o8l59.371 59.371 122.412 17 .38 8kg9 m3/38314046.6314046.

24、6336003. 9k0g s/D最佳282 3.900 . 521.889 0 . 34752.38mm3-65)453mm。查文獻(xiàn)，選型：選用 480 10mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的無(wú)縫鋼管3.3.7 3.3.7 石墨冷卻器進(jìn)料管M 平均 5 9 . 3 7 1 g / m o l59.371 122.412 159.371 122.412 17 .38 8kg9 m3/38314046.643 . 9k0g s/36003-66)0.520.37D最佳282 3.901.889452.38mm 453mm選用 480 10mm，材料：1Cr18Ni9Ti 的無(wú)縫鋼管3.3.8部

25、分管道一覽表表 3.2 部分管道一覽表管道名稱(chēng)管徑mm材料氯化氫進(jìn)料管 402 101Cr18Ni9Ti乙炔進(jìn)料管 402 241Cr18Ni9Ti石墨冷卻器的進(jìn)料管道 550 1016Mn多筒過(guò)濾器的進(jìn)料管道 530 101Cr18Ni9Ti轉(zhuǎn)化器進(jìn)料管 600 201Cr18Ni9Ti轉(zhuǎn)化器出料管 480 101Cr18Ni9Ti石墨冷卻器進(jìn)口管 480 101Cr18Ni9Ti第四章 生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)生產(chǎn)中常見(jiàn)物質(zhì)的危害及處理方法停水、電、氣等緊急現(xiàn)象及處理儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)突然停電、停氣或儀表失靈時(shí)，應(yīng)立即打開(kāi)手動(dòng)系統(tǒng)，改為手動(dòng)操作，關(guān)閉自動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)通知中控崗位聯(lián)系儀表工及有關(guān)單位

26、檢查修復(fù)。如突遇停水，應(yīng)立即聯(lián)系中控通知乙炔車(chē)間氯化氫工段及有關(guān)崗位停車(chē)。管理、維護(hù)要求及安全注意事項(xiàng)要求本崗位人員對(duì)本崗位工藝熟悉，嚴(yán)格按照車(chē)間崗位操作規(guī)程進(jìn)行操作，對(duì)班長(zhǎng)以及車(chē)間領(lǐng)導(dǎo)的要求嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)本崗位嚴(yán)格巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理，不能處理定期對(duì)車(chē)間設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，控制跑、冒、滴、漏，嚴(yán)禁對(duì)設(shè)備用鐵器進(jìn)行敲打， 維修設(shè)備時(shí)必須保證該設(shè)備與系統(tǒng)斷開(kāi)且維護(hù)期間無(wú)安全隱患，電氣設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)時(shí)，嚴(yán)禁帶電工作。1.1.7 在正常生產(chǎn)和檢修當(dāng)中，當(dāng)皮膚或者眼睛受到單體、HCL 氣體或者液態(tài)單體、二氯乙烷等污染時(shí)，應(yīng)立即用大量清水進(jìn)行沖洗后送到醫(yī)院救治。遇到酸性化學(xué)燒傷或者堿性燒傷立即進(jìn)

27、行現(xiàn)場(chǎng)救治后送醫(yī)院進(jìn)行處理。氯乙烯中毒時(shí)，在保護(hù)好個(gè)人安全的前提下，立即將中毒人員移至空曠處，待中毒人員情況穩(wěn)定后，送醫(yī)院進(jìn)行進(jìn)一步處理。結(jié)論本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，廣泛收集了聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，簡(jiǎn)稱(chēng) PVC） 、氯乙烯 （ vinyl Chloride; 簡(jiǎn)稱(chēng)VC） 工藝化工設(shè)計(jì)的相關(guān)資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì) PVC的性質(zhì)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了介紹，并著重對(duì)VC工藝發(fā)展?fàn)顩r、工藝選擇、性質(zhì)、工藝流程及合成原理，相關(guān)的物料性質(zhì)、物料衡算、設(shè)備選型、管道設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計(jì)為主，參考了大量資料和書(shū)籍，力求接近實(shí)際、切合實(shí)際。主要對(duì)氯乙烯的物性、用途及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)其現(xiàn)