(整理)年產(chǎn)20萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)20萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)Processdesignofvinylchloridewithannaloutputof200kt目錄摘要 IAbstract II引言 1第一章緒論 21.1聚氯乙烯 21.1.1聚氯乙烯性質(zhì)和分類 21.1.2聚氯乙烯的用途 21.1.3聚氯乙烯工業(yè)與乙烯工業(yè)的關(guān)系 41.2氯乙烯VC 41.2．1氯乙烯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 41.2.2世界VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè) 51.2.3我國(guó)VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè) 51.3氯乙烯制取方法 61.4氯乙烯的合成 71.4.1反應(yīng)機(jī)理 71.4.2催化劑的選取 71.4.3生產(chǎn)條件的選擇 81.4.4對(duì)原料氣的要求 91.5氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 101.5.1生產(chǎn)工藝流程 101.5.2主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì) 11第二章工藝計(jì)算 132.1物料衡算 132.1.1計(jì)算依據(jù) 132.1.2各單元的物料衡算 132.2熱量衡算 212.2.1熱量衡算式 212.2.2有關(guān)物化數(shù)據(jù)表 212.2.3相應(yīng)各個(gè)設(shè)備的熱量衡算 22第三章主要設(shè)備及管道管徑設(shè)計(jì)與選型 293.1轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)與選型 293.1.1已知條件 293.1.2數(shù)據(jù)計(jì)算 293.1.3手孔 313.1.4封頭的選擇 313.2精餾塔的設(shè)計(jì)與選型 313.2.1求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 333.2.2求操作線方程 333.2.3塔徑的計(jì)算 343.2.4精餾塔有效高度的計(jì)算 373.2.5管徑的計(jì)算 373.3主要管道管徑的計(jì)算與選型 393.3.1HCl進(jìn)料管 403.3.2乙炔氣進(jìn)料管 403.3.3石墨冷卻器的進(jìn)料管 413.3.4多筒過濾器的進(jìn)料管 413.3.5轉(zhuǎn)化器的進(jìn)料管 413.3.6轉(zhuǎn)化器的出料管 423.3.7石墨冷卻器進(jìn)料管 423.3.8部分管道一覽表 42第四章生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)及廢水處理 434.1生產(chǎn)中常見物質(zhì)的危害及處理方法 434.1.1相應(yīng)各物質(zhì)危害及處理 434.1.2對(duì)VC泄露的綜合治理 444.2廢水的處理 444.2.1廢水排放標(biāo)準(zhǔn) 444.2.2廢水的處理方法 454.2.3其他三廢的處理 45第五章安全生產(chǎn)防火技術(shù) 465.1廠區(qū)安全生產(chǎn)特點(diǎn) 465.2乙烯合成的安全技術(shù) 465.3乙炔爆炸 475.3.1氧化爆炸 475.3.2分解爆炸 475.3.3乙炔的化合爆炸 475.4氯乙烯的燃燒性能 475.5安全措施 475.6氯乙烯生產(chǎn)中發(fā)生過的典型事故 48結(jié)論 51致謝 52參考文獻(xiàn) 53附錄 54附錄A工藝流程圖 54附錄B主要設(shè)備圖 54年產(chǎn)20萬(wàn)噸氯乙烯工藝設(shè)計(jì)摘要：氯乙烯是化學(xué)工業(yè)重要有機(jī)化工原料，其市場(chǎng)供需量也愈來(lái)愈龐大，在化工生產(chǎn)中的地位不斷攀升。由于近年來(lái)全世界氯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快，其產(chǎn)量及消費(fèi)需求也都迅猛增長(zhǎng);而在國(guó)內(nèi)也隨著我國(guó)聚氯乙烯等行業(yè)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)氯乙烯消費(fèi)量的不斷增加。本設(shè)計(jì)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)有各種生產(chǎn)工藝做簡(jiǎn)要介紹，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求確定了本生產(chǎn)工藝流程，對(duì)氯乙烯的生產(chǎn)、分離及提純階段精餾塔進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并根據(jù)物性及操作條件等綜合因素對(duì)塔設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)、選型，對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。做出我認(rèn)為年產(chǎn)20萬(wàn)噸氯乙烯理想的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵字：增加；氯乙烯；聚氯乙烯；精餾塔；計(jì)算Processdesignofvinylchloridewithannaloutputof200ktAbstract:Vinyl

chloride

is

an

important

organic

chemical

raw

materials

in

chemical

industry,

its

market

supply

and

demand

quantity

will

become

more

and

more

large

and

the

position

of

Vinyl

chloride

will

be

rise

in

chemical

production.

Due

to

the

production

of

vinyl

chloride

is

developing

very

fast

in

the

world,

the

production

and

consumption

demand

are

growing

rapidly;

With

the

continuous

development

of

PVC

industry

in

China,

our

country's

vinyl

chloride

consumption

also

increased.

This

design

mainly

analyze

the

vinyl

chloride’s

physical

properties,

use

and

production,

and

consumption

status

at

home

and

abroad.Also

brifely

introducing

the

existing

production

process

.According

to

the

requirement

of

design

task,making

sure

the

production

process

and

calculating

the

production,

separation

and

purification

of

vinyl

chloride.

Considering

the

comprehensive

factors

such

as

physical

properties,

operating

conditions

and

so

on,we

calculate

the

tower

equipment‘s

structure,

design,

select

type,

and

calculate

the

design

of

auxiliary

equipment.Finally

making

the

ideal

design

scheme

from

my

side

which

can

output

200

kt

of

vinyl

chloride

every

yearKeywords:Addition;Vinylchloride;PolyvinylChloride;Distillationcolumn;Calculate引言本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，對(duì)年產(chǎn)二十萬(wàn)噸氯乙烯的工藝初步設(shè)計(jì)，廣泛收集了聚氯乙烯（(PolyvinylChloride，簡(jiǎn)稱PVC）、氯乙烯（vinylChloride;簡(jiǎn)稱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籍，力求接近實(shí)際、切合實(shí)際。第一章緒論1.1聚氯乙烯1.1.1聚氯乙烯性質(zhì)和分類[1]聚氯乙烯(PolyvinylChloride，簡(jiǎn)稱PVC)樹脂是由氯乙烯單體(VinylChloride，簡(jiǎn)稱VC)聚合而成的熱塑性高聚物，工業(yè)生產(chǎn)主要采用懸浮法、乳液法、本體法和溶液法以及衍生發(fā)展的微懸浮法等方法而實(shí)現(xiàn)聚合。其外觀為一種白色的無(wú)定形粉末，密度1.35～1.45g／cm3，表觀密度0.45～0.65g／cm3。生產(chǎn)方法不同得到的樹脂顆粒大小不同，一般懸浮法PVC樹脂顆粒大小為60～150um，本體法PVC樹脂顆粒大小為30～80um，乳液法PVC樹脂顆粒大小為1～50um，微懸浮法PVC樹脂顆粒大小為20～80um。PVC分子結(jié)構(gòu)式為-(CH2CHCl)n-目前，商品化的PVC樹脂的平均相對(duì)分子質(zhì)量范圍在1．9×105～5．0×106之間。PVC樹脂與聚乙烯(PE)樹脂相比，由于碳?xì)滏溨幸肓寺仍?，其物理性能具有特點(diǎn)，氯元素的引入導(dǎo)致聚氯乙烯具有難燃性，在火焰上可以燃燒，同時(shí)放出HCl、CO和苯等物質(zhì)，離火即自熄。在常溫下耐磨性超過硫化橡膠，抗化學(xué)腐蝕性、抗?jié)B透性、綜合機(jī)械性能、電絕緣性、隔熱性等較優(yōu)異。其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性和抗沖擊性能較差。在受熱和在光線照射下，易釋放HCl，PVC分類表現(xiàn)出較差的熱穩(wěn)定性，一般在80℃開始軟化，于100℃我國(guó)通用型懸浮法樹脂劃分為SGl～SG8共8個(gè)型號(hào)，其聚合度在800～1600之間。在專用型樹脂方面國(guó)內(nèi)自行研究開發(fā)了低聚合度PVC(聚合度在400左右)、高聚合度PVC(聚合度為2500、4000、6000等)、糊用摻混PVC、交聯(lián)PVC、共聚PVC樹脂、食品級(jí)和醫(yī)用級(jí)PVC樹脂、蓄電池隔板和PVC熱塑性彈性體等品種。氯化聚氯乙烯(CPVC)樹脂和納米聚氯乙烯等暫時(shí)在國(guó)內(nèi)還沒有形成生產(chǎn)能力。高性能化和替代某些工程塑料的PVC樹脂成為PVC品種發(fā)展的新方向。PVC應(yīng)用廣泛，其制品種類繁多。1.1.2聚氯乙烯的用途由于其性能價(jià)格比優(yōu)越，聚氯乙烯樹脂廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。以PVC樹脂為基料和增塑劑、填料、穩(wěn)定劑、著色劑、改性劑等多種助劑混合后經(jīng)塑化、成型加工而成的聚氯乙烯塑料應(yīng)用相當(dāng)廣泛。通用型懸浮法聚氯乙烯樹脂可以加工成軟制品和硬制品。日常生活中常見的電纜外皮、防水卷材、農(nóng)用膜、密封材料等一般由SG2和SG3樹脂和30％～70％增塑劑加工而成，屬于軟制品，主要通過吹塑、壓延、模塑、滾塑等加工方法實(shí)現(xiàn)。塑鋼門窗，上下水管，硬制板材，管件等一般由SG5型以上樹脂和含有0～6％的增塑劑加工而成，稱為硬制品，采用壓延、擠出、注塑成型工藝。乳液法PVC主要采用浸漬法、涂刮法生產(chǎn)工藝制造人造革、壁紙等。本體法聚氯乙烯樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域與懸浮法PVC基本相同，由于生產(chǎn)過程不含有分散劑，制作透明片材的優(yōu)點(diǎn)較為突出。國(guó)外PVC一般以硬制品為主，所占比例達(dá)到60％以上，多年來(lái)我國(guó)一直以軟制品為主，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，硬制品的應(yīng)用比例逐年提高，也逐步向以硬制品為主的方向發(fā)展。近年來(lái)世界和中國(guó)聚氯乙烯樹脂消耗比例分別見表1.1和表1.2。表1.1近年來(lái)世界聚氯乙烯樹脂消耗比例品種比例/%品種比例/%PVC硬制品管材33PVC軟制品薄膜片材13護(hù)墻板8地板地磚3薄膜和片材8合成皮革3吹塑制品5電線電纜8其他6其他13合計(jì)60合計(jì)40表1.2近年來(lái)中國(guó)聚氯乙烯樹脂消耗比例品種比例/%品種比例/%PVC硬制品管材14PVC軟制品薄膜片材11護(hù)墻板18地板地磚8薄膜和片材15合成皮革7吹塑制品5電線電纜4其他5其他13合計(jì)57合計(jì)43聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS統(tǒng)稱為五大通用合成樹脂，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防事業(yè)、人們的衣食住行等國(guó)計(jì)民生各個(gè)領(lǐng)域。聚氯乙烯作為大宗合成樹脂，應(yīng)用領(lǐng)域最寬，市場(chǎng)廣闊。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，聚氯乙烯硬制品占70％，軟制品涂料和黏合劑占30％；按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，建材類占65％，包裝類占8％，電子電器占7％，家具／裝飾占5％，一般消費(fèi)占4％，其他占11％。特別是PVC在加工過程中可以添加較多的其他改性助劑、大量廉價(jià)的填料，在合適的性能下可以更低的成本制造適用產(chǎn)品，所以PVC比其他通用樹脂及塑料制品的價(jià)格便宜，性能價(jià)格比優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)效益好，尤其是在建筑領(lǐng)域的角色地位是其他材料所不能取代的。1.1.3聚氯乙烯工業(yè)與乙烯工業(yè)的關(guān)系乙烯是化工行業(yè)最基本的化工原料，乙烯的生產(chǎn)能力是衡量一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力的具體指標(biāo)。20世紀(jì)60年代以前化工原料，世界各國(guó)均采用電石乙炔法制氯乙烯單體，隨著電價(jià)的不斷攀升，而使用石油裂解生產(chǎn)出的乙烯的價(jià)格只是電石法制乙炔的一半(石油價(jià)格2～3美金／桶)，于是世界各國(guó)開始原料路線的轉(zhuǎn)變，淘汰高耗能污染大的電石乙炔法。美國(guó)于1969年基本完成了原料路線的轉(zhuǎn)變，日本在1971年絕大部分裝置采用乙烯原料路線，其他國(guó)家的聚氯乙烯廠也在很短的時(shí)間內(nèi)，于20世紀(jì)70年代完成單體原料路線的轉(zhuǎn)變。1.2氯乙烯VC1.2．1氯乙烯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用氯乙烯又名乙烯基氯，是一種應(yīng)用于高分子化工的重要的單體，為無(wú)色、易液化氣體，是塑料工業(yè)的重要生產(chǎn)原料，是生產(chǎn)聚氯乙烯塑料的單體；或與醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合劑、涂料、絕緣材料和合成纖維，也用作化學(xué)中間體或溶劑。氯乙烯易液化，這一性質(zhì)在氯乙烯精制中有著重要的工業(yè)意義。除此之外，氯乙烯易溶解于丙酮、乙醇和烴類，微溶于水，它易燃，與空氣混合爆炸的極限是4%～22%，它對(duì)人體有麻醉的作用，對(duì)肝臟有影響，可使人中毒，人對(duì)氯乙烯的嗅覺感知的質(zhì)量濃度為2.4g/3m，長(zhǎng)期的接觸會(huì)使人引起消化系統(tǒng)、皮膚組織、神經(jīng)系統(tǒng)等多種癥狀。

氯乙烯分子含有不飽和雙鍵和不對(duì)稱的氯原子，因而很容易發(fā)生均聚反應(yīng)；也能與其他的單體發(fā)生共聚反應(yīng)，還能與多種無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物進(jìn)行合成、加成、取代及縮合等化學(xué)反應(yīng)。

氯乙烯的主要應(yīng)用是在工業(yè)上進(jìn)行均聚反應(yīng)或共聚的以上生產(chǎn)高聚物。目前世界上用于制造聚氯乙烯樹脂的上網(wǎng)氯乙烯單體量約占氯乙烯總產(chǎn)量的96%，而美國(guó)則達(dá)98%。氯乙烯的聚合物廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑及人們的日常生活中，例如；硬的聚氯乙烯具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐磨性能好等特點(diǎn)。廣泛用于工業(yè)給水、排水、排污、排氣及排放腐蝕性的流體等用管道、管件以及農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)、電線電纜等管道等，其總量約占氯乙烯的消耗量的30%多，目前世界上塑料銷量的20%以上用于建筑，而建筑上的40%是氯乙烯的聚合物，如塑料地板，不僅可以制成色彩鮮艷的各種圖案，而且可以將圖案制成表面有浮雕感的多種型材。聚氯乙烯制成得到的門和窗具有較好的隔熱、隔冷、隔音性能好的以及耐腐蝕、耐潮濕、耐霉?fàn)€等特點(diǎn)。而且由于它們的表面光滑，不需要涂漆、維修方便，比其他的塑料門的材料要便宜好多，因而在國(guó)內(nèi)外的的產(chǎn)業(yè)上得到了廣泛阿的應(yīng)用和發(fā)展，聚氯乙烯的材料具有色澤鮮艷，花紋有立體感、防潮、防霉、防燃及便易清洗的特點(diǎn)，用做房屋建設(shè)具有簡(jiǎn)單大方，價(jià)格便宜等好多的優(yōu)點(diǎn)。軟的聚氯乙烯具有堅(jiān)韌柔軟、耐彎曲、有彈性、耐寒等優(yōu)點(diǎn)，所以常用作電線電纜的絕緣包皮，以代替鉛皮、橡膠與紙張等，聚氯乙烯糊是將聚氯乙烯的顆粒分散在液體懸浮介質(zhì)中，形成高粘度狀的混合物，用于制造人造革、零件及日常生活用品。由于傳統(tǒng)的電石乙炔法制氯乙烯需要消耗大量電能,對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,我國(guó)在幾家較大的氯乙烯生產(chǎn)廠引進(jìn)了日本、歐洲的平衡氧氯化生產(chǎn)工藝,該工藝由于具有成本低、質(zhì)量高、污染小、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),是目前世界上比較通用的氯乙烯生產(chǎn)工藝。最初的氯乙烯生產(chǎn)全部以乙炔為原料。60年代后期，隨著乙烯裝置大型化及乙烯氧氯化技術(shù)的成熟，乙烯法在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)乙炔法迅速被乙烯法取代。迄今為止，全世界氯乙烯裝置93%以上采用乙烯法，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如日本，已全部淘汰了乙炔法，僅在我國(guó)及其它發(fā)展中國(guó)家仍占有相當(dāng)比重1.2.2世界VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè)1998年,世界各國(guó)擁有VC的生產(chǎn)能力合計(jì)為304312萬(wàn)t,產(chǎn)量合計(jì)258017萬(wàn)t,開工率達(dá)85%,而1993-1998年世界VC生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的年增長(zhǎng)率分別為610%和516%。根據(jù)目前世界各地區(qū)的再建和擴(kuò)建計(jì)劃,預(yù)計(jì)到2003年和2008年,全世界VC的生產(chǎn)能力將分別達(dá)到330115萬(wàn)t和380910萬(wàn)t,依次比1998年增長(zhǎng)815%和2512%,預(yù)計(jì)2003年VC生產(chǎn)將進(jìn)入下一個(gè)百分點(diǎn),達(dá)到94%。北美和西歐的增長(zhǎng)率降低與亞洲和中東地區(qū),亞洲和中東仍將是VC發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)。1.2.3我國(guó)VC的產(chǎn)需狀況及預(yù)測(cè)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,社會(huì)需求的增長(zhǎng),刺激了PVC樹脂生產(chǎn)的迅速發(fā)展,目前全國(guó)有生產(chǎn)企業(yè)80余家,但規(guī)模較小,年產(chǎn)10萬(wàn)噸以上的廠家僅有上海氯堿化工股份有限公司和齊魯石化總公司。1998年我國(guó)PVC生產(chǎn)能力是22010萬(wàn)t,產(chǎn)量為15415萬(wàn)t,而表觀消費(fèi)量卻達(dá)310112萬(wàn)t,近年我國(guó)PVC樹脂產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求,這與我國(guó)大部分生產(chǎn)廠家工藝技術(shù)落后,VC原料短缺有直接的關(guān)系。今后幾年,我國(guó)塑料加工業(yè)對(duì)PVC的需求量會(huì)越來(lái)越大,特別是聚氯乙烯硬制品的發(fā)展迅速,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),2005年建筑排水管70%采用塑料管;電線套管80%采用塑料管;2010年新建住宅室內(nèi)排水管道80%采用塑料管,電線套管90%采用塑料管;外墻雨水管50%采用塑料管;塑料門窗的市場(chǎng)占有率也將達(dá)30%以上,因此2010年僅化學(xué)建材對(duì)PVC樹脂的需求量已達(dá)200多萬(wàn)t。可見PVC的發(fā)展空間越大,VC的市場(chǎng)發(fā)展前景越好。1.3氯乙烯制取方法氯乙烯是生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的原料，目前主要采用以下四種方法制取氯乙烯：1.乙烯氧氯化法2.電石乙炔法3.乙烯直接氧化法4.烯炔聯(lián)合法（原料為乙烯）。前兩種方法應(yīng)用較為普遍，而基于我國(guó)現(xiàn)狀，目前我國(guó)大部分廠家都采用乙炔法。因此，本設(shè)計(jì)采用乙炔法。氯乙烯首先在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)是在20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)是使用電石水解成，乙炔和氯化氫進(jìn)行加成反應(yīng)得到的。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2（1-1）C2H2+HCl→CH2CHCl（1-2）50年代前，電石是由焦炭與生石灰在電爐中加熱生成：CaO+3C→CaC2+CO（1-3）隨著氮乙烯需求量的增加，人們致力于尋找生產(chǎn)氯乙烯更廉價(jià)的原料來(lái)源。在50年代初期，乙烯成為生產(chǎn)氯乙烯更經(jīng)濟(jì)、更合理的原料。實(shí)現(xiàn)了由乙烯和氯氣生產(chǎn)氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)路線。該工藝包括乙烯直接氯化生產(chǎn)二氯乙烷及二氯乙烷裂解生產(chǎn)氯乙烯。隨后，人們注意到二氯乙烷裂解過程，除生成氯乙烯外還生成氯化氫。由此，工業(yè)界想到由氫化氫可以連同乙炔生產(chǎn)工藝一起生產(chǎn)氯乙烯。CH2＝CH2十C12→CH2C1—CH2C1CH2C1—CH2C1→CH2＝CHC1十HC1十HCl→CH250年代后期，開發(fā)出乙烯氧氯化工藝以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的對(duì)氯乙烯的需求。在這個(gè)過程中，乙烯、氧氣和氯化氫反應(yīng)生成二氯乙烷，和直接氯化過程結(jié)合在一起，兩者所生成的二氯乙烷一并進(jìn)行裂解得到氯乙烯，這種生產(chǎn)方法稱為平衡法。至今世界上雖仍有少量的氯乙烯來(lái)自于電石乙炔及乙炔—乙烯混合法，而絕大部分氯乙烯是通過基于乙烯和氯氣的平衡過程生產(chǎn)。平衡氧氯化生產(chǎn)工藝仍是已工業(yè)化的、生產(chǎn)氯乙烯單體最先進(jìn)的技術(shù)，在世界范圍內(nèi)，93％的聚氯乙烯樹脂都采用由平衡氧氯化法生產(chǎn)的氯乙烯單體聚合而成。該法具有反應(yīng)器能力大、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、單體雜質(zhì)含量少和可連續(xù)操作等特點(diǎn)。1.4氯乙烯的合成[2]氯乙烯是由乙炔與氯化氫在升汞催化劑存在下的氣相加成的。1.4.1反應(yīng)機(jī)理+124．8kJ/mol（1-6）上述反應(yīng)實(shí)際上是非均相的，分5個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行，其中表面反應(yīng)為控制階段。I外擴(kuò)散乙快、氯化氫向碳的外表面擴(kuò)散；II內(nèi)擴(kuò)散乙炔、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散；III表面反應(yīng)乙炔、氯化氫在升汞催化劑活化中心反應(yīng)發(fā)生加成反應(yīng)生成氯乙烯；IV內(nèi)擴(kuò)散氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴(kuò)散；V外擴(kuò)散氯乙烯自碳外表面向氣流中擴(kuò)散。1.4.2催化劑的選取[15]I載體活性炭用作催化劑載體的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并經(jīng)750～950℃高溫水蒸氣活化，以氧化(或稱“燒掉”)成型后炭粒內(nèi)部的揮發(fā)組分，使形成許多微細(xì)的“孔穴”和“通道”。因此，活性炭具有非常驚人的表面積，如利用低濕氮?dú)馕椒ɑ虮秸魵鈩?dòng)態(tài)吸附法，可測(cè)得目前常用的活性炭其每克重量就有800～1000m2的表面積，這一數(shù)值又稱為活性炭的比表面積?；钚蕴康倪@一特性使它具有優(yōu)異的吸附能力，被廣泛地應(yīng)用于氣體或液體中微量雜質(zhì)的吸附分離過程，各種有毒、有害氣體的防毒面具以及催化劑的載體。II升汞在常溫下是白色的結(jié)晶粉末，分子式HgCl2分子量271.52，升華點(diǎn)302℃。在此溫度下固態(tài)升汞可以直接升華變成蒸氣態(tài)。升汞在水中具有一定的溶解度，且依溫度上升而增加，升汞在水中的離解(或稱水解)作用很小，只占溶解的升汞分子總數(shù)中的0.1%，且水溶液實(shí)際上不導(dǎo)電，說明這種化合物為共價(jià)鍵的性質(zhì)，升汞在水中的微量離解不產(chǎn)生Hg2+離子，而按獨(dú)特的方式進(jìn)行（1-7）純的升汞粉末(無(wú)載體活性炭時(shí))對(duì)氯乙烯合成反應(yīng)并無(wú)活性，而一旦吸附于活性炭表面，由于兩者的相互作用使對(duì)該反應(yīng)有優(yōu)異的活性和選擇性，是迄今為止該化學(xué)反應(yīng)最為理想的催化劑。工業(yè)生產(chǎn)中宜選用純度＞99%的升汞試劑作為催化劑的原料。III催化劑及其催化作用眾所周知，催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身并不發(fā)生化學(xué)變化也不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡的物質(zhì)，即當(dāng)進(jìn)行可進(jìn)反應(yīng)時(shí)，催化劑對(duì)兩個(gè)相反方向的反應(yīng)速度具有相同的效力。以乙炔與氯化氫氣相合成氯乙烯的反應(yīng)來(lái)說，在100～180℃范圍的熱力學(xué)平衡常數(shù)是很高的，說明在上述溫度下該反應(yīng)如達(dá)到平衡，則有獲得高收率氯乙烯產(chǎn)品的可能。但反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)無(wú)催化劑存在時(shí)，該反應(yīng)在上述溫度范圍的速率幾乎等于零，而以升汞的活性炭催化劑用于反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)過程就大大地被加速，這時(shí)的平衡常數(shù)是很大的，催化劑與乙炔生成了中間絡(luò)合物，再由中間絡(luò)合物進(jìn)一步生成氯乙烯，也即催化劑的存在改變了反應(yīng)的歷程(機(jī)理)和反應(yīng)所需的活化能，以達(dá)到加速反應(yīng)的效果。由于催化劑并不參加化學(xué)反應(yīng)，而只是升華或中毒造成一些損失，所以1kg上述催化劑可合成1000kg以上的氯乙烯單體。目前，工業(yè)生產(chǎn)用催化劑，系以活性炭為載體，浸漬吸附8～12%左右的升汞制備而成，這里的含汞量系指每100份活性炭(干基)合升汞8～12份（摩爾比）。如前所述，純的升汞對(duì)合成反應(yīng)并無(wú)催化作用，純的活性炭也只有較低的催化活性，而當(dāng)升汞吸附于活性炭表面后(比表面積下降到600～800m3/g，即具有很強(qiáng)的催化活性。1.4.3生產(chǎn)條件的選擇I摩爾比提高原料氣乙炔或氯化氫氣的濃度(即分壓)或使一種原料氣配比過量，都有利于反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率增加。但當(dāng)乙炔過量時(shí)，易使催化劑中升汞還原為甘汞或水銀．造成催化劑很快失去活性，而當(dāng)氯化氫過量太高，則不但增加原料消耗定額，還會(huì)增加已合成的氯乙烯與氯化氫加成生成1,1-二氯乙烷副產(chǎn)物的機(jī)會(huì)。因此，宜控制乙炔與氯化氫摩爾比在1：1.05～1.10范圍，實(shí)際生產(chǎn)操作中，應(yīng)結(jié)合合成氣中轉(zhuǎn)化氯化氫及乙炔含量的分析值來(lái)實(shí)現(xiàn)摩爾比控制的。II反應(yīng)溫度提高反應(yīng)溫度有利于加快氯乙烯合成反應(yīng)的速度，獲得較高的轉(zhuǎn)化率。但是，過高的溫度易使催化劑吸附的氯化高汞升華而隨氣流帶逸，降低催化劑活性及使用壽命；此外，在較高溫度下，催化劑在乙炔氣流中可收集到45～70℃餾分的液體，屬二氯乙烯類物質(zhì)，而催化劑上的升汞被還原成甘汞或水銀。因此，工業(yè)生產(chǎn)中盡可能將合成反應(yīng)溫度控制在100～180℃范圍。III空間流速空間流速是指單位時(shí)間內(nèi)通過單位體積催化劑的氣體量(氣體量習(xí)慣以乙炔量來(lái)表示，其單位為m3乙炔／催化劑m3·h。乙炔的空間流速對(duì)氯乙烯的產(chǎn)率有影響，當(dāng)空間流速增加時(shí)，氣體與催化劑的接觸時(shí)間減少，乙炔的轉(zhuǎn)化率隨之降低。反之，當(dāng)空間流速減少時(shí)，乙炔轉(zhuǎn)化率提高，但高沸點(diǎn)副產(chǎn)物量也隨之增多，這時(shí)生產(chǎn)能力隨之減小。在實(shí)際生產(chǎn)中，比較恰當(dāng)?shù)囊胰部臻g流速為25～40m3乙炔／m3催化劑·h。此時(shí)，既能保證乙炔有較高的轉(zhuǎn)化率，又能保證高沸點(diǎn)副產(chǎn)物含量減少。1.4.4對(duì)原料氣的要求氯乙烯合成反應(yīng)對(duì)原料氣乙炔和氯化氫的純度和雜質(zhì)含量均有嚴(yán)格的要求。I純度如果原料氣純度低，使二氧化碳、氫等惰性氣體量增多，不但會(huì)降低合成的轉(zhuǎn)化率，還特使精餾系統(tǒng)的冷凝器傳熱系數(shù)顯著下降，尾氣放空量增加，從而降低精餾總收率。一般要求乙炔純度≥98.5%，氯化氫純度≥93%。II乙炔中磷、硫雜質(zhì)乙炔氣中的磷化氫、硫化氫等均能與合成汞催化劑發(fā)生不可逆的化學(xué)吸附，使催化劑中毒而縮短催化劑使用壽命。此外，它們還能與催化劑中升汞反應(yīng)生成無(wú)活性的汞鹽。（1-8）工業(yè)生產(chǎn)采用浸硝酸銀試紙?jiān)谝胰矘託庵胁蛔兩?，作為檢測(cè)磷、硫雜質(zhì)地標(biāo)準(zhǔn)。III水分水分過高易與混合氣中氯化氫形成鹽酸，使轉(zhuǎn)化器設(shè)備及管線受到嚴(yán)重腐蝕，腐蝕的產(chǎn)物二氯化鐵、三氯化鐵結(jié)晶體還會(huì)堵塞管道，威脅正常生產(chǎn)。水分還易使催化劑結(jié)塊，降低催化活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力上升，使乙炔流量增高產(chǎn)生困難。此外，水分還易與乙炔反應(yīng)生成聚合有害的雜質(zhì)乙醛。水分的存在還促進(jìn)乙炔與升汞生成有機(jī)絡(luò)合物，后者覆蓋于催化劑表面而降低催化劑活性。一般，原料氣含水分≤0.06%，能滿足生產(chǎn)需要。IV氯化氫中游離氯氯化氫中游離氯的存在是由于合成中的氫和氯配比不當(dāng)，或氯化氫氣壓力波動(dòng)造成的，游離氯一旦進(jìn)入混合器與乙炔混合接觸，即發(fā)生激烈反應(yīng)生成氯乙炔等化合物，并放出大量熱量引起混合氣體的瞬間膨脹，釀成混合脫水系統(tǒng)的混合器、列管式石墨冷凝器等薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生爆炸而影響正常生產(chǎn)，因此必須嚴(yán)格控制。作為生產(chǎn)安全措施，一般借游離氯自動(dòng)測(cè)定儀或在混合器出口安裝氣相溫度報(bào)警器，設(shè)定該溫度超過56℃正常生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制氯化氫中無(wú)游離氯析出。V含氧量原料氣(主要存在于氯化氫中)中含量用較高時(shí)，將威脅安全生產(chǎn)、特別當(dāng)合成轉(zhuǎn)化率較差，造成尾氣放空中含乙炔量較高時(shí)，氧在放空氣相中也被濃縮．就更有潛在的危險(xiǎn)，系統(tǒng)中的氧能與活性碳在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳，使精餾系統(tǒng)出現(xiàn)問題。更值得注意的是，氧在精餾系統(tǒng)中能與氯乙烯單體反應(yīng)形成氯乙烯過氧化物：（1-9）后者與精餾系統(tǒng)中微量水分相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生水解而產(chǎn)生鹽酸，甲酸、甲醛等酸性物質(zhì),從而降低單體pH值，造成設(shè)備管線的腐蝕，則產(chǎn)生的鐵離子則污染單體，最終還影響到聚合產(chǎn)品的白度和熱穩(wěn)定性。因此，原則上應(yīng)盡量將原料氣中含氧量降低到最低值甚至零。僅工業(yè)生產(chǎn)上由于電解槽以及氯氣、氫氣和氯化氫氣體的輸送處理系統(tǒng)難免將空氣泄漏，故一般規(guī)定控制在0.5%以下。1.5氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述1.5.1生產(chǎn)工藝流程緩沖器緩沖器乙炔砂封混合器石墨冷卻器多筒過濾器石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器除汞器水洗塔堿洗塔冷卻器Ⅱ圖1.1生產(chǎn)工藝流程由乙炔工段送來(lái)的精制乙炔氣，經(jīng)乙炔砂封，與氯化氫工序送來(lái)的氯化氫氣體經(jīng)緩沖罐通過孔板流量計(jì)調(diào)節(jié)配比（乙炔/氯化氫=1/1.05～1.1）在混合器中充分混合，進(jìn)入石墨冷卻器，用-35℃鹽水間接冷卻，冷卻到-14℃±2℃，乙炔氯化氫混合氣在此溫度下，部分水分以40%鹽酸排出，部分則夾帶于氣流中，進(jìn)入串聯(lián)的酸霧過濾器中，由硅油玻璃棉捕集器分離，然后混合氣經(jīng)石墨冷卻器，由流量計(jì)控制進(jìn)入串聯(lián)的第一組轉(zhuǎn)化器，在列管中填裝吸附于活性炭上的升汞催化劑，在催化劑的作用下使乙炔和氯化氫合成轉(zhuǎn)化為氯乙烯，第一組出口氣中尚有20～30%未轉(zhuǎn)化的乙炔，再進(jìn)入第二級(jí)轉(zhuǎn)化器繼續(xù)轉(zhuǎn)化，使出口處未轉(zhuǎn)化的乙炔控制在3%以下，第二組轉(zhuǎn)化器填裝活性較高的新催化劑，第一組則填裝活性較低的，即由第二組轉(zhuǎn)化器更換下來(lái)的舊催化劑即可。合成反應(yīng)放出的熱量通過離心泵送來(lái)的95～1001.5.2主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)I氯化氫分子式：HCl分子量：36.5性質(zhì)：氯化氫是一種無(wú)色有刺激性的氣體，遇到濕空氣則呈白色煙霧，鼓可做煙霧劑。標(biāo)準(zhǔn)狀況下比重為1.639kg/m2，低溫低壓下可以成為液體，熔點(diǎn)為-114℃，沸點(diǎn)為-85.03易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解525.2升的HCl氣體。在潮濕狀態(tài)下，容易與多種金屬作用生成該金屬的氯化物。屬?gòu)?qiáng)酸，可使蛋白質(zhì)凝固造成凝固性壞死，嚴(yán)重時(shí)可引起受損器官穿孔，斑痕形成，狹窄及畸形。規(guī)格：純度≥93%水分≤0.06%II乙炔分子式：C2H2分子量：26性質(zhì)：在常溫常壓下為無(wú)色氣體，具有微弱的醚味，工業(yè)用乙炔因含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭氣。乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。壓力對(duì)乙炔有特殊的意義。壓力增加時(shí)，乙炔氣體分子間相密聚，因此，一旦某處乙炔分解，就能迅速擴(kuò)展到全部氣體中。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kPa(1.47bar)以上溫度超過773～823K時(shí)，使會(huì)全部分解，發(fā)生爆炸。當(dāng)溫度低于723K(并有接觸物質(zhì)存在時(shí)，可能發(fā)生爆炸。乙炔可以發(fā)生加成反應(yīng)，聚合反應(yīng)。乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。例如含有水成氨的工業(yè)乙乙炔與氯化亞銅作用，生成具有爆炸性副乙炔銅。所以，工業(yè)上乙炔發(fā)生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞及管件。規(guī)格：純度：≥98.5%不含硫、磷、砷等雜質(zhì)。III氯乙烯分子式：CH2＝CHCl分子量：62.50沸點(diǎn)：-13.9℃熔點(diǎn)：蒸汽相對(duì)密度：2.15(空氣為1)液體相對(duì)密度：0.9121（20℃爆炸極限：在空氣中3.6～26.4%(體積)第二章工藝計(jì)算2.1物料衡算由于各化工單元操作連續(xù)，故采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或者損失率計(jì)算出原料的投入量，再按順序?qū)Ω鱾€(gè)單元操作進(jìn)行衡算。2.1.1計(jì)算依據(jù)I計(jì)算基準(zhǔn)年產(chǎn)能力：年產(chǎn)200kt的氯乙烯年工作日：以330天計(jì)算日產(chǎn)量：200×106÷330=6.091×105kg（2-1）小時(shí)產(chǎn)量：6.091×105÷24=25379kg（2-2）即，每小時(shí)要合成氯乙烯25379kg，以下計(jì)算均以1h為基準(zhǔn)。II化學(xué)反應(yīng)式：主反應(yīng)：（2-3）副反應(yīng)：（2-4）（2-5）（2-6）III倒推法計(jì)算：精餾（氯乙烯的收率[1]：99.5%）：25379÷99.5%=25506.5kg=408.104kmol（2-7）轉(zhuǎn)化器（乙炔的轉(zhuǎn)化率：95%）：408.104÷95%=429.583kmol（2-8）因此，進(jìn)氣中C2H2需429.583kmol（11169.2kg）2.1.2各單元的物料衡算（1）混合器的物料衡算混合器C2混合器C2H2HClO2H2O乙炔氯化氫圖2.1混合器的物料衡算簡(jiǎn)圖C2H2和HCl的最適宜的摩爾比是：1:1.05～1.1[2]本設(shè)計(jì)選?。簄C2H2:nHCl=1:1.08I進(jìn)料氣組成：表2.1進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙炔氣C2H299.5H2O0.5氯化氫HCl99.95H2O0.01惰性氣體（以O(shè)2計(jì)算）0.04因此，進(jìn)料氣所需乙炔氣：429.583÷99.5%=431.742kmol（2-9）進(jìn)料氣所需的氯化氫氣體：429.583×1.08÷99.95%=464.182kmol（2-10）即，C2H2：429.583kmol（11169.158kg）HCl：463.950kmol（16934.175kg）O2：464.182×0.04%=0.1857kmol（5.942kg）（2-11）H2O：464.182×0.01%+431.742×0.5%=2.205kmol（39.69kg）（2-12）II出料氣組成：極少量的水分以濃鹽酸的形式流出，此時(shí)課忽略流出的濃鹽酸量。C2H2:429.583kmolHCl：463.950kmolO2：0.1857kmolH2O：2.205kmolIII混合器的物料衡算表表2.2混合器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H211169.15839.679C2H211169.15839.679HCl16934.17560.159HCl16934.17560.159O25.9420.000211O25.9420.000211H2O36.690.1410H2O36.690.1410Σ28148.965100Σ28148.965100（2）石墨冷卻器CC2H2HClO2H2O混合氣石墨冷卻器混合氣石墨冷卻器鹽酸鹽酸圖2.2石墨冷卻器的物料衡算簡(jiǎn)圖由于在石墨冷卻器中，用-35℃查閱相關(guān)資料，即設(shè)混合器中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%[2]。I進(jìn)料氣組成：C2H2:429.583kmol（11169.158kg）HCl：463.950kmol（16934.175kg）O2：0.1857kmol（5.942kg）H2O：2.205kmol（39.69kg）II出料氣組成：C2H2:429.583kmol（11169.158kg）O2：0.1857kmol（5.942kg）H2O：2.205×（1-30%）=1.5435kmol=27.783kg（2-13）∵（2-14）∴=（0.4÷0.6）=（0.4÷0.6）×（39.69-27.783）=7.938kg（2-15）HCl：16934.175-7.938=16926.237kg=463.733kmol（2-16）鹽酸：7.938+（39.69-27.783）=19.845kg（2-17）III石墨冷卻器的物料衡算表2.3石墨冷卻器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H211169.15839.679C2H211169.15839.679HCl16934.17560.159HCl16926.23760.131O25.9420.000211O25.9420.000211H2O39.690.1410H2O27.7830.000987鹽酸19.8450.000745Σ28148.965100Σ28148.965100（3）多筒過濾器由相關(guān)資料查得，在多筒過濾器中，采用3～5%憎水性有機(jī)硅樹脂的5～10um細(xì)玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來(lái)，以鹽酸的形式排出。假設(shè)鹽酸為38%，出水量為80%。I進(jìn)料氣組成：C2H2:429.583kmol（11169.158kg）HCl：463.733kmol（16926.237kg）O2：0.1857kmol（5.942kg）H2O：1.5435kmol（27.783kg）II出料氣組成：C2H2:429.583kmol（11169.158kg）O2：0.1857kmol（5.942kg）H2O：27.783×（1-80%）=5.5566kg∵鹽酸為38%，×100%=38%（2-18）∴=（0.38÷0.62）×=（0.38÷0.62）×27.783=13.623kg（2-19）HCl：16926.237-13.623=16912.614kg（2-20）鹽酸：13.623+27.783×80%=35.849kg（2-21）III多筒過濾器的物料衡算表2.4多筒過濾器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H211169.15839.707C2H211169.15839.707HCl16926.23760.172HCl16912.61460.125O25.9420.000211O25.9420.000211H2O27.7830.000988H2O5.55660.000198鹽酸35.8490.00127Σ28129.12100Σ28129.12100（4）石墨預(yù)熱器此時(shí)無(wú)質(zhì)量交換，即進(jìn)出口各物料量不變。表2.5石墨預(yù)熱器物料衡算表進(jìn)料/出料質(zhì)量/kgW/%C2H211169.15839.757HCl16912.61460.202O25.9420.000212H2O5.55660.000198Σ28093.3100（5）轉(zhuǎn)化器CH2CH2CHClC2H2HClC2H2HCl轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化器圖2.3轉(zhuǎn)化器物料衡算簡(jiǎn)圖由前面的敘述知，此轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率為95%[3]。I進(jìn)料氣組成：C2H2:11169.158kg（429.583kmol）HCl：16912.64kg（463.36kmol）（二者之比為1:1.078）O2：5.942kgH2O：5.5566kgII出料氣組成：CH2CHCl：429.583×95%×62.5=25506.491kg（2-22）C2H2:11169.158×（1-95%）=558.458kg（2-23）HCl：16912.64-429.583×95%×36.5=2016.849kg（2-24）O2：5.942kgH2O：5.5566kgIII轉(zhuǎn)化器的物料衡算：表2.6轉(zhuǎn)化器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H211169.15839.757CH2CHCl25506.49190.792HCl16912.6460.202C2H2558.4580.0199O25.9420.000212HCl2016.8497.179H2O5.55660.000198O25.9420.000212H2O5.55660.000198Σ28093.3100Σ28093.3100（6）除汞器由于汞含量極少，實(shí)際操作中課忽略其影響，即物料進(jìn)、出組分相同。∴除汞器的物料衡算：表2.7除汞器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHCl25506.49190.792CH2CHCl25506.49190.792C2H2558.4580.0199C2H2558.4580.0199HCl2016.8497.179HCl2016.8497.179O25.9420.000212O25.9420.000212H2O5.55660.000198H2O5.55660.000198Σ28093.3100Σ28093.3100（7）石墨冷卻器表2.8石墨冷卻器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHCl25506.49190.792CH2CHCl25506.49190.792C2H2558.4580.0199C2H2558.4580.0199HCl2016.8497.179HCl2016.8497.179O25.9420.000212O25.9420.000212H2O5.55660.000198H2O5.55660.000198Σ28093.3100Σ28093.3100（8）水洗泡沫塔[4]查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，水洗泡沫塔用來(lái)回收過量的氯化氫，泡沫塔是以高位槽低溫水噴淋，一次（不循環(huán)）接觸可得20%的鹽酸。假如回收鹽酸的回收率為98%，加入的水量為7910kg。I進(jìn)料氣組成：CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kgHCl：2016.849kgO2：5.942kgH2O：5.5566+7910=7915.557kg（2-25）II出料氣組成：CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kg回收的鹽酸：2016.849×98%÷20%=9882.56kg（2-26）HCl：2016.849×（1-98%）=40.337kg（2-27）O2：5.942kgH2O：7910+5.5566-9882.56×0.8=9.5085kg（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進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHCl25506.4910.708CH2CHCl25506.4910.708C2H2558.4580.0155C2H2558.4580.0155HCl2016.8490.056HCl40.3370.00112O25.9420.000165O25.9420.000165H2O7915.5570.22H2O9.50850.000264鹽酸9882.560.274Σ36003.297100Σ36003.297100（9）堿洗泡沫塔CHCH2=CHClCH≡CHHCl堿洗泡沫塔CH2=CHClCH≡CH圖2.4堿洗泡沫塔物料衡算簡(jiǎn)圖I進(jìn)料氣組成：CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kgHCl：40.337kgO2：5.942kgH2O：9.5085kgII出料氣組成：HCl被堿液吸收，從而出料氣中不含HCl氣體。CH2CHCl：25506.491kgC2H2:558.458kgO2：5.942kgH2O：9.5085kgIII堿洗泡沫塔的物料衡算表2.10堿洗泡沫塔的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2CHCl25506.4910.976CH2CHCl25506.4910.976C2H2558.4580.0214C2H2558.4580.0214HCl40.3370.00154HCl（除去的）40.3370.00154O25.9420.000227O25.9420.000227H2O9.50850.000364H2O9.50850.000364Σ26120.737100Σ26120.7371002.2熱量衡算2.2.1熱量衡算式（2-29）Q1:物料帶入熱Q2:加熱劑或冷卻劑帶入熱Q3:過程熱效應(yīng)Q4:物料帶出熱Q5:熱損失假設(shè)Q5是Q2的5%此衡算式中，“+”表示放熱，“-”表示吸熱。設(shè)混合物的平均比熱容近似等于各組分熱容與質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積之和，即，含量少的物質(zhì)對(duì)混合體系熱容的影響可忽略不計(jì)。同種物質(zhì)的平均比熱容（2-30）2.2.2有關(guān)物化數(shù)據(jù)表[5]表2.11物化數(shù)據(jù)表項(xiàng)目溫度/℃比熱/kcal/（kg·℃）乙炔250.428750.451100.455HCl250.204750.2081100.2085水蒸氣250.45750.4511100.46O2250.234750.241100.244氯乙烯250.846750.83271100.868鹽酸（40%）-353.2142.2.3相應(yīng)各個(gè)設(shè)備的熱量衡算 （1）石墨冷卻器表2.12石墨冷卻器的物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%C2H211169.15839.679C2H211169.15839.679HCl16934.17560.159HCl16926.23760.131O25.9420.000211O25.9420.000211H2O39.690.1410H2O27.7830.000987鹽酸19.8450.000745Σ28148.965100Σ28148.965100進(jìn)料溫度：t1=25出料溫度：t2=-13以進(jìn)料溫度t1=25℃C乙炔=1.792kJ/（kg·℃）C水蒸氣=1.8842kJ/（kg·℃）C氯化氫=0.8541kJ/（kg·℃）C氧氣=0.9798kJ/（kg·℃）C水（l）=4.175kJ/（kg·℃）γ水（冷凝熱）=-2229.4636kJ/（kg·℃）C40%鹽酸=3214kJ/（kg·℃）計(jì)算：Q1:進(jìn)料溫度為25℃Q3:Q3=Q3.1+Q3.2（2-31）Q3.1：生成40%的鹽酸時(shí)，HCl的水溶液生成的熱，35430kcal/kmol[5]則冷卻器只能中HCl溶于水放出的熱量為：148345.4×（16934.175-16926.237）÷36.5=32262.1kJ（2-32）Q3.2：水液化放出的熱，2435.0×（36.69-27.783）=21688.545kJ（2-33）Q3=Q3.1+Q3.2=32262.1+21688.545=53950.645kJ（2-34）Q4:Q4=Q乙炔＋Q氯化氫＋Q氧氣＋Q水蒸氣＋Q鹽酸=11169.158×1.792×（-13-25）+16926.273×0.8541×（-13-25）+5.942×0.9798×（-13-25）+1.884×27.783×（-13-25）+19.845×3214×（-13-25）=-760574.983-549355.731-221.235-198954=-3735850.53kJ（2-35）Q2:5%×Q2=Q5∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5（2-32）∴0+Q2+53950.645=-3735850.53+0.05Q2（2-36）∴Q2=-3989264.4kJQ5：Q5=Q2×5%=-199463.22kJ（2-37）表2.13石墨冷卻器熱量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H2-760574.983HCl0HCl-549355.731O20O2-221.235H2O0H2O-1989.041冷凝熱53950.645鹽酸-2423709.54鹽水吸熱-3989264.4損失-199463.22Σ-3935313.755Σ-3935313.75（2）石墨預(yù)熱器進(jìn)料溫度：t1=-13出料溫度：t2=75以進(jìn)料溫度t1=-13℃C乙炔=1.80kJ/（kg·℃）C水蒸氣=1.884kJ/（kg·℃）C氯化氫=0.858kJ/（kg·℃）C氧氣=0.9798kJ/（kg·℃）C氯乙烯=0.8502kJ/（kg·℃）計(jì)算：Q1:進(jìn)料溫度為75℃，即Q1Q3:由反應(yīng)式，Q4:Q4=Q乙炔＋Q氯化氫＋Q氧氣＋Q水蒸氣=11169.158×1.8×（75+13）+16912.64×0.858×（75+13）+5.942×0.9798×（75+13）+5.5566×1.884×（75+13）=1769194.627+1276971.971+512.334+921.24（2-38）Q2：Q5=Q2×5%∵Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5∴0+Q2+0=3047600.168+0.05Q2∴Q2=3208000kJQ5：Q5=Q2×5%=3208000×0.05=160400kJ（2-39）表2.14石墨預(yù)熱器熱量衡算表物料入口/kJ物料出口/kJC2H20C2H21769194.627HCl0HCl1276971.971O20O2512.334H2O0H2O921.24蒸汽加熱3208000損失160400Σ3208000Σ3208000（3）轉(zhuǎn)化器由前面計(jì)算可知，轉(zhuǎn)化器的物料核算此處的熱損失為1.5%。進(jìn)料溫度：t1=75出料溫度：t2=110以進(jìn)料溫度t1=75℃C乙炔=1.884kJ/（kg·℃）C水蒸氣=1.888kJ/（kg·℃）C氯化氫=0.871kJ/（kg·℃）C氧氣=1.005kJ/（kg·℃）C氯乙烯=0.8502kJ/（kg·℃）計(jì)算：Q1:進(jìn)料溫度為75℃，即Q1Q3:由反應(yīng)式，Q3=124.8×429.583×103=53611958.4kJ