（資料）年產(chǎn)2.5萬噸PVC的氯乙烯合成工段的工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)題目年產(chǎn)2.5萬噸PVC的氯乙烯合成工段的工藝設(shè)計 指導(dǎo)教湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系(教研室)1設(shè)計(論文)題目及專題：年產(chǎn)2.5萬噸PVC的氯乙烯合成工段的工藝設(shè)計2學(xué)生設(shè)計(論文)時間：自2011年3月8日開始至2011年6月10日止3設(shè)計(論文)所用資源和參考資料：4設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)5提交設(shè)計(論文)形式(設(shè)計說明與圖紙或論文等)及要求：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯記錄提交畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會下列材料：1設(shè)計(論文)說明書共頁2設(shè)計(論文)圖紙共頁畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會評語：答辯委員會主任：(簽名)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)委員：(簽名)(簽名)(簽名)(簽名)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)ionengineering.Calculatethematefeachsection.ExplaintheproducinKeywords:polyvinylchloride,synthesis,productionengineering11.1.1聚氯乙烯工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用(1)聚氯乙烯材料制品性能優(yōu)良。有獨特的使用功能。(2)基礎(chǔ)原料資源廣，為聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)發(fā)展奧定了物質(zhì)基礎(chǔ)。(3)以聚氯乙烯制取的合成材料可代替鋼鐵和木材使用，而且節(jié)能顯著,每生產(chǎn)1立方米。通用塑料，其能耗為148.6千焦，而生產(chǎn)1立方米鋼材能耗為1.1.2聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)220世紀(jì)的30年代50年代是塑料工業(yè)迅速發(fā)展的時期。在此期間有許多合自1835年法國化學(xué)家V.Regnault首先發(fā)現(xiàn)了氯乙烯，于1838年他又觀察到聚Ostromislensky在進行氯乙烯研究時，也獲得氯乙烯聚合物，稱之為Cauprene德國法本公司于1932年采取乳液聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯，定名為“伊奇利湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)3特”(Igelit),以后于1933年美國碳化物和碳化學(xué)公司系統(tǒng)的“貝克菜29%以上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹脂大約以3%的速度增長。這首先是由于新技術(shù)輕重的作用。從目前世界主要聚氯乙烯生產(chǎn)國來說：一般耗用量占其總量的20~30%。特別是60年代以來，由于石油化工的發(fā)展，為聚氯乙烯工業(yè)提供長率，而在其余國家和地區(qū)均略高于3%。1.1.3聚氯乙烯制品的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)4在西歐，每年大約有150萬t的PVC用于制作管材(主要用作輸水管)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)5作護欄桿。在管子改造方面，可將一根預(yù)先變形彎曲的管子從破裂的舊管子中穿過，然后用過熱蒸汽使其恢復(fù)整形。破裂的舊管子寬度最大達(dá)450mm,該改造工藝簡單，2002年西歐PVC擠出型材消費量為130萬t,其中大約有一半用于制造接枝共聚物的消費量逾20萬t/a,占?xì)W洲硬膜占PVC原料的最大份額，除了K值為57～60的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品外，還有子質(zhì)量專用料有助于消光及表面的結(jié)構(gòu)成形。PVC接枝共聚物提高了硬膜制品的強湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)62001年，西歐糊狀PVC樹脂加工量為60萬t。該產(chǎn)品的專門用途為地板71.1.4聚氯乙烯系列聚合物的性質(zhì)聚氯乙烯在常溫下為白色粉末，比重為1.392～1.4不溶于水，汽油，酒精，表1.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB5761-93型號平均聚合溫度/℃粘數(shù)/K值聚合度/P參考用途154~77~1800~高級電絕緣材料143~74~1650~電絕緣材料，一般軟制品72~1500~塑料鞋70~1250~人造革，高強度硬管118~68~1100~型材64~唱片，透明片，硬板，焊條，纖維62~管件859~1.2氯乙烯(VC)1.2.1氯乙烯的合成(1)反應(yīng)機理CH=CH+HCIHgCl?CH2=CHCI+124.8kJ/moli外擴散乙快、氯化氫向碳的外表面擴散；ii內(nèi)擴散乙炔、氯化氫經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴散；ii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)擴散氯乙烯經(jīng)碳的微孔通道向外表面擴散；v外擴散氯乙烯自碳外表面向氣流中擴散。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℃湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)9ii升汞在常溫下是白色的結(jié)晶粉末，分子式HgC12分子量271.52,升華點302℃。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%,且水溶液實際上不導(dǎo)電，說明純的升汞粉末(無載體活性炭時)對氯乙烯合成反應(yīng)并無活性，而一且吸湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)一步生成氯乙烯，也即催化劑的存在改變了反應(yīng)的歷程(機理)和反應(yīng)所需的活化一些損失，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，純的活性炭表面后(比表面積下降到600～800m3/g,即具有很強的催化活性。(3)對原料氣的要求率，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，從而降低精餾總一般要求乙炔純度≥98.5%,氯化氫純度≥93%。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)生成無活性的湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)水分的存在還促進乙炔與升汞生成有機絡(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造成的，游離氯一旦進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，一般借游離氯自動測定儀或在混合器出口安裝氣相溫度報警器，設(shè)定該溫度超過56℃時即關(guān)閉原料乙炔氣總閥，作臨時緊急停車處理，待游離氯分析正常時再通入乙炔氣開車。v含氧量原料氣(主要存在于氯化氫中)中含量用較高時，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，氧在放空氣相中也被濃縮.就更有潛在的危險，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，使精餾湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)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：后者與精餾系統(tǒng)中微量水分相遇時，會發(fā)生水解而產(chǎn)生鹽酸，甲酸、甲醛等酸性物因此，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。(4)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，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)物的機會。因此，宜控制乙炔與氯化氫摩爾比在1:1.05～1.10范圍，實際生產(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實現(xiàn)摩爾比控制的。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，過湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)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。空間流速是指單位時間內(nèi)通過單位體積催化劑的氣體量(氣體量習(xí)慣以乙炔量觸時間減少，乙炔的轉(zhuǎn)化率隨之降低。反之，當(dāng)空間流速減少時，乙炔轉(zhuǎn)化率提高，乙炔空間流速為25～40m3乙炔1m3催化劑h。此時，既能保證乙炔有較高的1.2.2生產(chǎn)工藝流程簡述(1)生產(chǎn)工藝流程氛化氫氛化氫多筒過石墨冷石墨預(yù)混合器轉(zhuǎn)化器由乙炔工段送來的精制乙炔氣，經(jīng)乙炔砂封，與氯化氫工序送來的氯化氫氣體經(jīng)緩沖罐通過孔板流量計調(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，由流量計控制進入串聯(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，再進入第二級轉(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)化器更換下來的舊催化劑即可。合成反應(yīng)放出的熱量通過離心泵送來的95～100℃左右的循環(huán)水移去。粗氯乙烯在高溫下帶逸的氯化汞升華物，在填活性炭吸附器中除去，接著粗氯湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)循環(huán))接觸得20%鹽酸，裝大貯槽供罐裝外銷，氣體再經(jīng)堿洗泡沫塔，除去殘余的微浮聚合占87.8%,本體聚合占4.4%,乳液和微懸浮聚合占6.4%,溶液聚合占(1)懸浮聚合懸浮劑，加入引發(fā)劑后密閉聚合釜，真空脫除單體氯乙烯之后開始升溫，攪拌，反應(yīng)開始后維持溫度在50℃左右，壓力0.88~1.22MPa,當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到70%左右開始降壓，在壓力降至0.13～0.48MPa時即可停止反應(yīng)。聚合完畢抽出未反應(yīng)單體，料漿進行汽提，回收氯乙烯單體。汽提后的料漿進行離心分離，使聚氯乙烯含水25%,再進入干燥器干燥至含水0.3%~0.4%,過篩后即得產(chǎn)品，工藝流程見圖1.2。熱熱離懸浮聚合 圖1.2懸浮聚合流程(2)本體聚合發(fā)劑，因此可大大簡化生產(chǎn)工藝。由于本體聚合過程中物料狀態(tài)是由低粘液相逐漸變氯乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到7%～12%時即將物料送入后聚合釜繼續(xù)反應(yīng)，后聚合釜是本體聚合的關(guān)鍵設(shè)備，在此物料經(jīng)歷從液相低粘度到糊狀再到粉末相的轉(zhuǎn)化。聚合反應(yīng)結(jié)束后，對未反應(yīng)的氯乙烯進行回收。離開聚合釜的物料是干粉，通過氣流送到聚氯乙乳液聚合是生產(chǎn)糊樹脂的方法，通常采用水溶性引發(fā)劑(H2O2或K2S208等)。把氯乙烯單體、水溶性引發(fā)劑、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入聚合釜中，在40～55℃下聚合達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)化率(85%～90%)時停止聚合反應(yīng)，聚(4)微懸浮聚合聚合反應(yīng)釜，升溫至聚合溫度。待達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)化率時停止反應(yīng)，回收未聚合單體，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)(5)溶液聚合1.3.2典型聚合工藝技術(shù)特性比較透明包裝材料和電纜料等特點。懸浮法是一種相對最成熟的工藝，在目前世界聚氯乙糊樹脂的方法，只用于特殊用途。本設(shè)計采用技術(shù)最成熟的懸浮法工藝，所以在此重表1.2主要聚合工藝特性比較序號懸浮法本體法乳液法法微懸浮法1工業(yè)類型間歇間歇間歇間歇2生產(chǎn)能力(萬55續(xù)表2序號懸浮法本體法乳液法法微懸浮法3反應(yīng)器/m3第一第二類型立式立式立式立式效率/t/a/m3應(yīng)條件溫度/℃o時間/h批量時間/h轉(zhuǎn)化率/%總收率1%原料氯乙烯(1)氯乙烯 一(3)引發(fā)劑—(4)懸浮劑 一(6)乳化劑——(7)乳化劑Ⅱ(8)乳化劑Ⅲ1.3.3氯乙烯懸浮聚合反應(yīng)機理湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)nCH2=CHCL→-(CH2—CHCL)n+96.3～108.9KJ/mol式中：n為聚合度(即VC分子數(shù)目),一般為500-1500范圍之內(nèi)。此反應(yīng)機理可按以下三個步驟進行：(1)鏈的引發(fā)：包括兩個步驟，即引發(fā)劑分解為初期自由基(簡稱R·)和初期自由基與VC反應(yīng)生成單體自由基或稱最初活性鏈，i生成初期自由基：i初期自由基與單體生成單體自由基：引發(fā)劑的分解及初期自由基形成是吸熱反應(yīng)。因此，在聚合反應(yīng)的引發(fā)階段需要外界提供熱量。具有活性的初級自自基很快與氯乙烯分子結(jié)合形成長鏈，這一過程稱之為鏈的增長。其反應(yīng)為：R-CH2-CHCL·+CH2=CHCL→R-CH2-CHCL-CH2CHCLR-CH2-CHCL-CH2-CHCL·+CH2=CHCL→RCH2CHCL-CH2CHCL-CH2CHCL.R(-CH2-CHCL-)n-1-CH2-CHCL·+CH2=CHCL→R(-CH2-CHCL-)nCH2CHCL·其總反應(yīng)式為：鏈的增長，是聚合反應(yīng)的主要過程，該過程是放熱反應(yīng)，需要外界冷卻將反應(yīng)熱R[CH-R[CH-CHCL]nCH2=CHCL+-CH2-CHCLR-(CH2-CHCL)n-CH2CH-CL·+R(CH2-CHCL)m-CH2-CHCL·→R-(CH2-CHCL)n-CH2-CH2CL+RR-(CH2CHCL)n-1-CH2-CHCL+R-CH2-CHCL上述這些關(guān)于鏈終止是復(fù)雜的反應(yīng)過程，在一般聚合反應(yīng)的條件下，引發(fā)劑的用量與單體量相比，濃度很低，這樣，生成的大分于自由基彼此相遇形成雙分子偶終止反應(yīng)的可能性很少，而通過單體的擴散作用，大分子自由基與單體之間的鏈增長與鏈由于引發(fā)劑的不斷分解，活性中心值隨反應(yīng)時間的增加而增加，產(chǎn)生了聚合反應(yīng)1.3.4氯乙烯合成的兩條主線(1)氯乙烯懸浮聚合反應(yīng)機理主線聚合溫度對于向VM鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，轉(zhuǎn)而對聚合度的影響甚為敏感，最低要求應(yīng)控制在擇半衰期適當(dāng)(例如2～3小時)的引發(fā)劑(或復(fù)合),使聚合過程有比較均一的聚合速率；另一方面要求聚合釜有較高的傳熱能力，保持釜內(nèi)各處物料和各段時間內(nèi)的聚(2)氯乙烯懸浮聚合成粒機理主線(1)溫度：而這種主要反應(yīng)和溫度有直接的關(guān)系。在正常的聚合反應(yīng)溫度范圍內(nèi)(45-65℃),聚氯移的活化能要大于鏈增長的反應(yīng)的活化能，當(dāng)溫度增加時，鏈轉(zhuǎn)移的常數(shù)增加，平均湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)一般溫度波動±2℃,平均聚合度相差336,分子量相差21000左右，所以在工業(yè)表1.3聚合溫度對反應(yīng)時間和聚合度的影響反應(yīng)溫度℃反應(yīng)時間h聚合度6所以，必須嚴(yán)格控制聚合反應(yīng)的溫度，以求得不同聚合度和分子量分布均勻的產(chǎn)成樹脂的分子量較低，溫度較低部位分子量則較高，成品的分子量也就分布不均勻了，分鐘循環(huán)6-8次較好。改進以后，分散劑用量已降到0.05%以下，而且樹脂形態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，粒度分布相當(dāng)集中，80-120目達(dá)到98%,顆粒皮膜變薄，甚至有部分無皮粒子，這樣，對VM的脫除(3)轉(zhuǎn)化率：要獲得疏松樹脂，最終轉(zhuǎn)化率多控制在85%以下，甚至80～82%。PVA保護膜逐漸變成PVA/PVC接枝共聚物，皮膜粘附將愈來愈牢固。轉(zhuǎn)化率5～15%時，液滴有聚并的傾向，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。轉(zhuǎn)化率較高后，如>30%,皮膜強度增加，聚并減少，漸趨穩(wěn)定。VM(密度0.85)轉(zhuǎn)變成PVC(密度1.40)時，體積收縮，總收縮率達(dá)39%。收縮有兩種情況：一種是保護能力強，液滴或亞顆粒均勻收縮，最后形成孔轉(zhuǎn)化率小于70～75%時，VC-PVC體系以兩相存在：一相是接近純單體相，另一相水的蒸汽壓，就等于聚合釜的操作壓力，PVC顆粒內(nèi)外壓力相平衡。轉(zhuǎn)化率大于70~75%時，純單體相消失，大部分VM溶脹在聚氯乙烯的富相內(nèi)，其產(chǎn)生的VC分壓將低攪拌等條件合適外，最終轉(zhuǎn)化率應(yīng)控制在85%以下。(4)分散劑：由攪拌將VM分散成30～150um的液滴，水比為1:1時，就有足夠的“自由”流體湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)量的水，致使自由流體減少，體系粘度劇增，傳熱困難。因此起始水比應(yīng)保持一定值以水比過低，將使粒度分布變差，顆粒形狀和表觀密度均受影響。1.3.6雜質(zhì)對聚合反應(yīng)的影響(1)氧對氯乙烯懸浮聚合的影響：在氯乙烯懸浮聚合中，存在氧氣時，會導(dǎo)致PH值的降低，當(dāng)聚合釜內(nèi)不含氧或含很少量氧時，體系PH值下降緩慢，若含氧量高時，反應(yīng)體系PH值在反應(yīng)開始后則急劇下降，一般反應(yīng)2.5小時后下降幅度增大。氧的存在對聚合反應(yīng)起阻聚作用，這是由于長鏈的游離基吸收氧，而生成氧化物，使鏈終止。生成的氧化物在PVC中，使熱穩(wěn)定性也顯著變壞，產(chǎn)品易于變色。氧含量對聚合度的影響，見下表所示：表1.4氧含量對聚合度的影響02含量(PPm)0氧含量對聚合反應(yīng)速度的影響，見下表所示：表1.5氧含量對聚合反應(yīng)速度的影響聚合時間(小時)3679空氣中聚合率%由于氧的存在會引起聚合體系PH降低，隨之粘釜也會加重。氯乙烯的懸浮聚合中氧的來源，一是來自于水相，常溫下水中含氧約10ppm左右，二是來自于氣相，氣相的含氧則與加料方式，釜內(nèi)氣體置換有關(guān)。采用密閉入料工藝，氣相的含氧可以大大降低，只要認(rèn)真的對待清釜開蓋后第一釜的排氣置換徹底就可以了。但是水相中含氧的徹底的解決，要向等溫水入料方向和入水后的真空抽氣方向發(fā)展，這樣含氧所帶來的弊病才能克服。(2)鐵對懸浮聚合的影響：無論水、單體、引發(fā)劑還是分散劑中的鐵，都對聚合反應(yīng)有不利的影響。它使聚合誘導(dǎo)期增長，反應(yīng)速率減慢，產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性變壞，還會降低產(chǎn)品的介電性能。此外鐵還會影響產(chǎn)品的均勻度。鐵質(zhì)能與有機過氧化物引發(fā)劑反應(yīng)，影響反應(yīng)速率。(3)乙炔對聚合的影響：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)體高，但產(chǎn)生游離基活性都比較低，因此，不僅使PVC聚合度降低，還會使聚合速率所產(chǎn)生的炔型游離基進行鏈增長反應(yīng)，使PVC大分子中含烯丙基氯(或乙炔基)鏈單體中的乙醛、1.1-二氯乙烷都是活潑的鏈轉(zhuǎn)移劑，能降低聚氯乙烯聚合度及反應(yīng)速度，雖然低含量的乙醛、1.1-二氯乙烷可以消除PVC大分子端基雙鍵，對PVC熱穩(wěn)定性有一定好處，但乙醛、1.1-二氯乙烷的存在對產(chǎn)品的聚合度，反應(yīng)速率產(chǎn)生較湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)表1.6乙醛對聚合產(chǎn)品聚合度的影響048表1.71.1--二氯乙烷對PVC聚合度的影響0(5)氯根對懸浮聚合的影響：C1-對PVC顆粒度的影響見下表：水中含氯根(ppm)40目過篩量(kg)正品收率(%)1.4.1生產(chǎn)工藝流程圖干燥混合干燥混合氣精合成氣粗發(fā)生電石合成(轉(zhuǎn)化)+NaOH加熱風(fēng)圖1.3懸浮法PVC生產(chǎn)工藝流程(T為變溫操作)6.0～7.06.5～7.5聚合反應(yīng)結(jié)束壓力降單體槽液位二冷尾氣壓力汽提塔壓力汽提塔頂部溫度分散劑配料升溫溫度1.4.3主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)分子式：C2H2分子量：26性質(zhì)：就能迅速擴展到全部氣體中。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kPa(1.47bar)以上溫度超過773～823K時，使會全部分解，發(fā)生爆炸。當(dāng)溫度低于723K(并有接觸物質(zhì)存標(biāo)準(zhǔn)狀況下比重為1.639kg/m2,低溫低壓下可以成為液體，熔點為-114℃,沸點為-85.03℃。易溶于水，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升水可溶解525.2升的HC1氣體。規(guī)格[2]:湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)分子式：CH2=CHC1分子量：62.50沸點：-13.9℃熔點：-160.0℃蒸汽相對密度：2.15(空氣為1)液體相對密度：0.9121(20℃)爆炸極限：在空氣中3.6～26.4%(體積)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第二章工藝計算假設(shè)各化工單元操作連續(xù)進行，采用倒推法，根據(jù)轉(zhuǎn)化率或損失率計算出原料投料，然后再按照操作順序?qū)Ω鲉卧僮鬟M行物料衡算。2.1.1計算依據(jù)：生產(chǎn)能力：年產(chǎn)2.5萬噸的聚氯乙烯年工作日：以300天計算小時產(chǎn)量：0.8335×105/24=3472.2kg∵聚合物一般進行到轉(zhuǎn)化率為85%～90%21,再加上在洗滌樹脂、包裝工段的損失，這里取轉(zhuǎn)化率為85%。x·85%3472∴每小時要合成氯乙烯4084.95kg主反應(yīng)：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)副反應(yīng)：精餾：(氯乙烯的收率：99.5%)4084.95/99.5%=4105.48kg4105.48/62.轉(zhuǎn)化器：(乙炔轉(zhuǎn)化率：95%)65.69/95%=69.15kmol2.1.2計算：(1)混合器的物料衡算乙炔氯化計算依據(jù)：混合器混合器的物料衡算方框圖HCH=CH和HCl的摩爾比為：1:1.05～1.111。i進料氣組成表2.1進料氣組成進料氣組分含量/%乙炔氣氯化氫0HCl:69.15×1.08=74.68kmol(2763.16kgHO:69.21×0.1%+74.79×0.01%=0.07HC1:69.15×1.08=74.68kmol(2763.16kgO:74.79×0.04%=0.02999HO:69.21×0.1%+74.79×0.01%=0.0表2.2混合器物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg3366OO2626鹽酸石墨冷卻器混合氣圖2.2石墨冷卻器物料衡算方框圖設(shè)混合器中水分以40%鹽酸排出的量占水總量的30%。i進料：HO:0.07669kmol,1.3804kg湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)鹽酸：ii石墨冷卻器物料衡算表表2.3石墨冷卻器物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg333064O0鹽酸2020根據(jù)在多筒過濾器中，采用3～5%憎水性有機硅樹脂的5～10um細(xì)玻璃纖維，可將大部分酸霧分離下來，以鹽酸的形式排出。[31湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)設(shè)：鹽酸為38%,除水量為80%進料：HCI:2725.710kg出料：所以鹽酸表2.4多筒過濾器物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg330500鹽酸22(4)石墨預(yù)熱器表2.5石墨預(yù)熱器物料衡算表出料/出料質(zhì)量/kgO28OHO轉(zhuǎn)化器O圖2.3轉(zhuǎn)化器物料衡算方框圖進料：CH=CHCl:69.145×95%×62.5=4105.HCI:1979.783-989.891×95%×36.5=327.3553kg表2.6轉(zhuǎn)化器物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg05OO2828(6)除汞器表2.7除汞器物料衡算表出料/出料質(zhì)量/kgO28(7)石墨冷卻器Ⅱ湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)出料/出料質(zhì)量/kg028(8)水洗泡沫塔：設(shè)回收鹽酸的回收率為98%出料：CH=CHC1:4105.514kgHCl:327.3553×98%/20%=HO:0.1830+1470-[1839.2409-(1839.2409×20%)表2.9水洗泡沫塔物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg4333鹽酸958500圖2.4堿洗泡沫塔物料衡算方框圖表2.10堿洗泡沫塔物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg0OOHC1(除去的)Σ22表2.11總物料衡算表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg0O湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)282.2.1衡算方法入方：Q:物料帶入熱；Q?:加熱劑或冷卻劑帶入熱；Q?:過程熱效應(yīng)；出方：Q?:物料帶出熱；Q?:熱損失。少的物質(zhì)對混合體系熱容地方影響可不計。同種物質(zhì)的平均比熱湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)表2.12標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表項目溫度/℃比熱/kcal/(kg.℃)水蒸氣O氯乙烯鹽酸(40%)[512.2.3計算：表2.13已知量表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kgOO40%鹽酸5656湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)進料溫度：25℃,出料溫度：-13℃25℃為計算基準(zhǔn)C水(1)=4.175kJ(kg.℃)-1計算：Q:進料溫度25℃,則Q=0Q:HCI溶于水放出的熱以及水氣液化放出的熱水液化放出的熱：Q=2987.3596×0046=137.4184kJ=1.352×1979.783×(-13-25)+0.8581×2724.975×(-13表2.14石墨冷卻器熱量衡算表00O0O0冷凝熱鹽酸鹽水吸熱損失22(2)石墨預(yù)熱器表2.15已知量表出料/出料質(zhì)量/kgO2進料溫度：-13℃,出料溫度：75℃以-13℃計算為基準(zhǔn)C氧化氫=0.858kJ(kg.℃)-1計算：Q:進料溫度-15℃,則Q=0表2.16石墨預(yù)熱器熱量衡算表入方/kJ出方/kJ00O0O0蒸汽加熱損失表2.17已知量表進料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kg0O2828根據(jù)：此處熱損失率為：1.5%進口溫度：75℃,出口：110℃,以75℃為計算標(biāo)準(zhǔn)。C氧化氫=0.872kJ(kg.℃)-1C氧乙烯=0.8502kJ(kg.℃)-1計算：Q:進料溫度75℃,則Q=0湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)表2.18轉(zhuǎn)化器熱量衡算表入方/kJ出方/kJ00O000反應(yīng)熱循環(huán)水損失∑Z表2.19已知量表出料/出料質(zhì)量/kgO2進口溫度：110℃,出口溫度：25℃以110℃為計算標(biāo)準(zhǔn)。C氧乙烯=0.857kJ(kg.℃)-1C氧氣=1.000kJ(kg.℃)-1湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)Q:進料溫度110℃,則Q=0=-322769.942kJ表2.20石墨冷卻器熱量衡算表入方/kJ000000循環(huán)水損失∑∑(5)冷卻水消耗i鹽水：ii循環(huán)水：在石墨預(yù)熱器時，進口溫度：110℃,出口溫度：95℃。95℃時，C水蒸氣=4.214kJ(kg.℃)-1110℃時，C水蒸氣=4.238kJ(kg.℃)-1①在轉(zhuǎn)化器中，進口溫度：95℃,出口溫度：110℃。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)進口溫度：15℃95℃時，C水氣=4.214kJ(kg.℃)115℃時，C水氣=4.187kJ(kg.℃)-1表2.21水消耗綜合表分相熱量/kJ質(zhì)量/kg鹽水石墨冷卻器石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器石墨冷卻器Σ湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第三章主要設(shè)備的設(shè)計與選型3.1石墨冷卻器的選型3.1.1已知條件鹽水流量：5824.812kg/h進口溫度：-35℃出口溫度：-20℃混合氣進口溫度：25℃出口溫度：-13℃3.1.2計算兩流體的平均溫度差查文獻[5]得查文獻，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗值查文獻，浮頭列管式石墨換熱器系列參數(shù)組合，參考查文獻，選用換熱管有效長度為5000mm,換熱管根數(shù)為625根，3.2.1已知條件：鹽水流量：4150.6551kg/h進口溫度：110℃混合氣進口溫度：75℃出口溫度：-13℃3.2.2計算兩流體的平均溫度差查文獻，得φa=0.94查文獻，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗植查文獻，浮頭列管式石墨換熱器系列參數(shù)組合，參考文獻，選用換熱管有效長度為5000mm,換熱管根數(shù)為721根，型號：CHA1200-305(F),A型中32m。3.3.1已知條件：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)鹽水流量：1056.6320kg/h進口溫度：15℃出口溫度：95℃混合氣進口溫度：25℃出口溫度：110℃3.3.2計算兩流體的平均溫度差查文獻，得P△=0.94(四殼程)△tm=φA·△tm=0.94×82.475=77.527℃查文獻，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗植查文獻[41,浮頭列管式石墨換熱器系列參數(shù)組合，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)參考文獻選用換熱管有效長度為5000mm,換熱管根數(shù)為313根3.4.1已知條件：反應(yīng)溫度：新觸媒：150℃,舊觸媒：180℃HgCl?含量：10.5%～12.5%水分含量：小于0.3%松裝粒度：540～640g/L粒度：0.75～6.50mm(大于92%)采用經(jīng)驗設(shè)計法空間速度：V原料混合氣進料流量，n2(STP/h)Vk——催化劑床層體積，ni,表3.1已知量表湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)進料質(zhì)量kgO∑3.4.2計算：∴混合氣的體積流量：Vo=150.7643×22.4=3377.1266n2(SIP/h)選管子φ57mm×3.5mm∴管子內(nèi)徑為d,=0.05m,管長為6m,催化劑填充高度為m分為8個轉(zhuǎn)化器，則每個用2401根管子循環(huán)水需要帶走的熱為632835.7369kJ,A實際=nπd,1n=3.14×0.05×5.7×(2401×8)=17189.23m2∴能滿足要求殼體大于400mm用鋼板卷焊而成，殼體內(nèi)徑D取決于傳熱管數(shù)n,排列方式和管心距式中：D=t(nc-1)+2.5d?=0.07125×54+2.5×圓整到4000mm感誤件惰0感誤件惰03.5泡沫水洗塔的設(shè)計3.5.1已知條件：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)混合氣流量：3377.1266m3/h鹽酸溶液表面張力O=71dyN/cm混合氣溫度：25℃混合氣出口壓力：0.010MPa氯乙烯密度：2.34kg/n2鹽酸溶液密度：1100kg/m23.5.2塔徑的計算：F因子=o√d?=O?√d?得泡沫塔空塔氣速：塔徑：選直徑為1500mm塔身，內(nèi)做熱噴涂聚氯乙烯處理，厚度為10mm,實際內(nèi)塔徑驗算：空塔氣速：∴本塔形成良好的泡沫層3.5.3孔的布置篩板孔按取dp=4mm,t/d=3,t=12mm。查圖得X=(D/2)一(Oa—@)r=(D/2)—Q查圖得A=1.25m2A=1.25m2x0.10=0.125mf查得n′=8500個/m23.5.4塔板的壓降根據(jù)塔的結(jié)構(gòu)及考慮到檢修的方便，塔板取厚度為30mm的酚醛層壓板，板間距查圖的C=0.85干板壓降：=0.0512[1.80/(O.125×0.85)]2=0.031液柱查圖得液層有效阻力h=0.03m液柱則0.118m液柱h=2.5hL=2.5×0.047=0.12m液柱鋼內(nèi)有10mm的噴涂層塔板：厚度為30mm,材料：酚醛層壓板共6塊。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)3.6主要設(shè)備一覽表序號112131415161728891石墨冷卻器I111湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第四章主要管道管徑計算和選型管徑時，應(yīng)將管道投資費用與動力消耗(即生產(chǎn)費用)同時考慮，并使二者費用之和MH=99.95%×36.5+0.01%×18+0.04%×32湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)最佳=282圓整為211查文獻，選型。選用φ350×4mm,材料：1G18NT9h的無縫鋼管。4.2乙炔氣進料管Mz缺=99.9%×26+0.190×18=26.00g/mol圓整到193mm查文獻，選型。選用φ300×4nm,材料1G18NT9F的無縫鋼管。4.3石墨冷卻器的進料管D最佳=282×1.307052×1.286-037=298.5mun湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)查文獻，選型。選用φ450×6mm,材料16Mn的無縫鋼管4.4多筒過濾器進料管D佳=282×1.285052×1.474-037=275.1圓整到276mm查文獻，選型。選用φ400×4.5mm,材料1G18NT9h的無縫鋼管。M平均=31.45g/molD最佳=282×0.628052×1.101-037=149.2圓整到150mm查文獻1101,選型。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)表4.1已知量表O2M平均=84.08%×62.5+4.42%×26+11.48%×36.5+0.01%×18+0.001%×32=52.55+1.492+4.902+0.001圓整到123mm圓整到253mm湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)D最佳=282×1.5138052×1666.70.37=23.2查文獻，選型。選用φ40×2.5mm,材料1G18NT9F的無縫鋼管。4.9.1石墨預(yù)熱器P水=1000kg/m3查文獻，選型。選用φ15×2.5mm,材料16Mn的無縫鋼管。4.9.2轉(zhuǎn)化器P水=1000kg/m3查文獻，選型。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)4.9.3石墨冷卻器P水=1000kg/m選用φ20×2.5mm,材料16Mn的無縫鋼管。P水=1000kg/m3=211.2圓整到212mm4.11部分管道一覽表湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)表4.2部分管道一覽表管道名稱管徑mm氯化氫進料管乙炔進料管混合器與石墨冷卻器之間的管道冷卻器與多筒過濾器之間的管道轉(zhuǎn)化器進料管石墨冷卻器進口管石墨冷卻器出口管40%鹽水管循環(huán)水，在預(yù)熱器循環(huán)水，在轉(zhuǎn)化器中15×2.5循環(huán)水，在石墨冷卻器循環(huán)水總管第五章合成工段中三廢的產(chǎn)生及處理5.1氯化汞觸媒的產(chǎn)生中毒機理及處理5.1.1氯化汞觸媒的產(chǎn)生在合成轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，隨著溫度的升高(特別是160～180℃以上時)HgCl2的5.1.2氯化汞中毒機理5.1.3廢HgCl2觸媒的處理湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)5.2.1尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生5.2.2中毒機理：VM經(jīng)呼吸道進入人體內(nèi)，液體接觸皮膚時也可吸收一部分VM,湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)干擾了脫氧核糖核酸的堿基對，使染色體斷裂，氯乙醛與肝內(nèi)谷5.2.3對VC泄露的綜合治理：各國制定了有關(guān)VM在空氣中的允許濃度標(biāo)準(zhǔn)[3]:表5.1各國有關(guān)VCM在空氣中的允許濃度標(biāo)準(zhǔn)表國家美國日本西德意大利法國荷蘭加拿大中國)145近年來，各生產(chǎn)廠家與科研單位為治理VM污染改善環(huán)境做了大量的工作，取氯乙烯及其聚合過程中徘放的廢水經(jīng)過汽提、中和等方法處理后，pH值達(dá)到中性，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)但是其中的固體雜質(zhì)和微量有機毒物未達(dá)到國家規(guī)定的排放際準(zhǔn)。為了保護水源的清指標(biāo)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)廢水處理方法是根據(jù)廢水的流量、水質(zhì)、受通用使廢水獲得凈化的方法。主要用于處理含有微量有機毒物的廢水，作為二級廢水處理湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)表5.3聚氯乙烯車間有毒物質(zhì)的最高允許濃度物質(zhì)名稱最高允許濃度mg/m3物質(zhì)名稱最高允許濃度mg/m3氨升汞氯化氫金屬汞氯氣1二甲苯硫化氫(1)減少聚合粘釜，延長清釜周期湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)(4)沉析槽密閉回收未聚合的氯乙烯(5)分餾尾氣氯乙烯回收及高沸塔殘液重蒸回收氯乙烯湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第六章安全生產(chǎn)防火技術(shù)中間物的物化所決定的。從事合成工段的人員應(yīng)該掌全技術(shù)知識，了解原材料的特性、在生產(chǎn)中嚴(yán)格貫徹執(zhí)行安全技術(shù)規(guī)程，遵守各項安1234湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)6.2.1原料及中間提的閃點、自燃點、爆炸范圍表6.1原料及中間提的閃點、自燃點、爆炸范圍名稱閃點自燃點爆炸范圍其他特性小于-50℃空氣中305℃點火能最小為0.019毫焦爆，延時間為2.7s氧氣中296℃3.8~爆炸延滯時間——指氣體混合物剛點燃時.初壓升高到最高爆炸壓力的時間.如果設(shè)6.3.1氧化爆炸程為：湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)Q:在常壓下1m3乙炔約為58157.6kJ1kg乙炔約為50172kJ氧化爆炸產(chǎn)生的最大爆炸壓力約為起始壓力的11～13倍。6.3.2分解爆炸：乙炔的解爆炸主要取決于它的瞬間壓力和溫度，當(dāng)溫度超過200～300℃時，乙炔就開始分解，同時放熱。在通常情況下，乙炔壓力超過1.5atm,溫度超過300℃,即可引起分解爆炸，其反應(yīng)方程式為：Q:在常壓下1m3乙炔約為10041.6kJ6.3.3乙炔的化合爆炸110～120℃時，或受到撞擊回產(chǎn)生爆炸，另外，乙烯與氯接觸易產(chǎn)生不穩(wěn)定的氯乙炔(CHCC1)引起爆炸，爆炸產(chǎn)物湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)VM與空氣形成的混合物范圍為3.8～29.3%即為爆炸范圍，充入N2或CO2可縮小爆炸為[3]表6.2氯乙烯的燃燒性能表充入N2充入N2充入CO2充入CO2空氣混合物爆炸范圍VM與乙炔兩種易燃易爆氣體混合物的爆炸范圍，隨混合比(VM:C2H2)中高速流動摩擦產(chǎn)生靜電積蓄而起火爆炸的可能，一般液體的流速不超過4~5m/s,氣體流速不超過10～15m/s(干燥乙炔目前以10m/s為限度)同時所有湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)第七章經(jīng)濟核算技術(shù)經(jīng)濟分析需要考慮市場