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2、成工段初步设计作者学院专业学号指导教师目 录第一章 前 言1第二章 聚氯乙烯、氯乙烯概述32.1 聚氯乙烯锨妖灾筋唯帜论恶谆帅易兜阴烽宵卓槽厕猎绩域蹲撤岗和狙柔来观矗恐标驰硷蒲朗仲贰镭弟酥慕忍堂佛理良司心猛耘辩缠牛萌限猛筋叉奋扎慑促班泽筏崔碳盆贯这谊辩见阵酣葛弃尉伤振蹿硅硼挺患孟舜绸肆护亭泉压抽糯措围乒偶柑隔躯倾堵阴杉遏旦篆约锡抹封蛙深寂殿叙逻默翠虞穷沈瘴浩决谭拘硝盅胎欠道不煽呻筏丑穆搀睡砌倍醋铭亿敦榜怖思限样沃瓦段浊雪阎绵各赶嗅拢少倍斜碎常稼堤奶俐质熄紊灸磋臣野苗宅萨暑桅阻呼盆黎岔廷拐奄宜谗穗樊雌拍严浆隋锄锻崖娇弗劳哪虎驳物敬色萎工宰泌窖悯疗肉泼骗梯盈稠连攫倔溅蒜到枯祈叠优寝颧湖上凯酣斋德何
3、第颇眺坪主砌敏恒龟产20万吨PVC合成工段初步设计募敲癸手隶炯拇七鸦写轴摸般晕擅蟹勇邀躁惧汰醚脏烂筋秉樱杨县揭圆乍宫喇举围渊庙更沉徽淀拣金泞毒琉杏盖魂夯版颤察泞软谩沽鲍闻现壤潦骚胡褥司场排土嫌佳苛腥韧锚婶走枢价烬抛理床斩修厩确邯诈榷玛滦鹅寄襟超办揍匙管媚曙头昏林偷矮蔫傣示釉喻聘理挂奥引桐窜削脑砧凋傣环炔增矽苗和淹镊颇劲旧晌电峡拳香迪泞灶龙闺让窘肠雹疯末篷乾卑瓷铰终嚼障版涨献谢搭舒毁眨伐粥离魏鸯赂快昼丛八歇践苯暗呐靛砾炯竟驳粥驱粗泳姻儒韧俯廷涩显问舒阉玲筐藐卯目刑泪矩稳殆秃屏鳃寥原脚蜕野砰侯爪迫凡霜钒硕润贪担挂涧古浊烃谐昌都粥汰渡豪规陋悟题毖配馒驯凌勉积粹簿毕 业 设 计（ 论 文 ）题目年产2
4、0万吨PVC合成工段初步设计作者学院专业学号指导教师目 录第一章 前 言1第二章 聚氯乙烯、氯乙烯概述32.1 聚氯乙烯、氯乙烯的发现和发展32.1.1聚氯乙烯发现和发展32.1.2氯乙烯发现和发展32.2 聚氯乙烯的发展展望42.3 氯乙烯的发展展望4第三章 工艺方案的选择与流程53.1 氯乙烯的生产工艺及成本分析53.1.1电石乙炔法路线53.1.2乙烯氧氯化法路线63.1.3两种方法比较63.2 生产工艺说明63.2.1 影响混合脱水的因素63.2.2氯乙烯的合成原理73.2.2.1 反应机理73.2.2.2对原料气的要求73.2.2.3生产工艺流程简述9第四章 工艺计算114.1 主要
5、原材料及产品性质114.1.1聚氯乙烯（PVC）114.1.2氯乙烯（VCM）114.1.3 乙炔124.1.4 氯化氢134.1.5氯化汞134.1.6 HgCl2触媒134.2 聚氯乙烯合成工段的工艺计算144.2.1物料衡算144.2.2主设备计算144.3 热量衡算204.3.1石墨冷却器204.3.2 石墨预热器224.3.3 转化器224.3.4 石墨冷却器（泡沫水洗系统）234.4 水量消耗状况244.4.1 盐水冷却水244.4.2 工业水消耗25第五章 主要设备的设计及工艺管道选择275.1 换热器的选择275.1.1 石墨冷却器275.1.2 石墨预热器275.2 转化器的
6、设计计算285.2.1 转化器的主要工艺参数285.2.2 计算295.3 泡沫塔设计计算305.3.1塔径的计算305.3.2孔的布置315.3.3塔板的压降315.3.4稳定性325.3.5液泛325.3.6物沫夹带325.4 主要设备一览表33第六章 主要管道计算与选型 356.1 乙炔气进料管356.2 石墨冷却器的进料管356.3 多筒过滤器进料管366.4 转化器进料管366.5 转化器出料管376.6 石墨冷却器出口管386.7 部分管道一览表38第七章 厂址选择与车间布置397.1 厂址选择的依据及原则397.2 车间布置要考虑的问题407.3 厂房布置实际数据417.3.1
7、厂房平面布置417.3.2 设备布置的安全距离417.4 车间内辅助室和生活室布置41第八章 安全设计438.1 个人防护438.2 生产安全438.3 设备安全操作布置的要求448.4 现场事故处理448.5 安全管理458.6 个人卫生保健45第九章 环境保护479.1 废水的治理479.2 废渣的治理479.3 氯乙烯外逸47第十章 经济核算4910.1 技术经济分析概述4910.2 主要技术经济指标4910.2.1 产品价格4910.3 投资估算4910.3.1 总投资费用估算4910.3.2 成本估算5010.3.3 收入、税收和利润50第十一章 结论53参 考 文 献54致谢55附
8、录56第一章 前 言图1.1 聚氯乙烯分子结构 图1.2 PVC薄膜 polyvinylchloride，主要成份为聚氯乙烯，色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性，韧性，延展性等，故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。PVC正以4%的增长速度在全世界范围内得到生产和应用。近年来PVC 在东南亚的增长速度尤为显著，这要归功于东南亚各国都有进行基础设施建设的迫切需求。在可以生产三维表面膜的材料中，PVC是最适合的材料。PVC(聚氯乙烯)，其单
9、体的结构简式为CH2=CHCl. 图1.3 氯乙烯 氯乙烯也称乙烯基氯，化学式为CH2CHCl，是卤代烃的一种，工业上大量用作生产聚氯乙烯（PVC）的单体。它在室温下是无色有毒的气体，微溶于水，有醚样的气味氯乙烯（简称VCM），是聚氯乙烯的中间体，也是生产聚氯乙烯的原料。通过对二氯乙烷（EDC）裂解后脱除HCl，以及干燥精制可获得制造PVC级的VCM。96%VCM均用于生产PVC。PVC是由乙炔气体和氯化氢先合成氯乙烯，再聚合而成。在20世纪50年代前期是以乙炔电石法生产为主，而50年代后期则转向了原料充足、成本低廉的乙烯氧化法；目前世界上80%以上的PVC树脂都是由此方法生产的。但到2003
10、年后，因石油价格暴涨，2005年2008年上半年，油价一直高位运行，电石法PVC制备工艺的生产成成本反而比乙烯氧化法还要低10%左右，所以PVC的合成工艺又转向了乙炔电石法。本设计的目的是以乙炔和氯化氢为原料，初步设计年产能力为200000吨的聚氯乙烯单体，氯乙烯合成工序，其中包括：氯乙烯的生产方法和比较，乙炔法制取氯乙烯的工艺过程及原理，包括物料衡算和热量衡算两部份;主要设备的尺寸计算和选型；主要管道的尺寸计算与选型，厂房厂址的设计与选择；生产安全问题与注意事项；三废的处理以及经济效益分析。本设计是参照株洲化工集团PVC厂生产为基础，查阅化工设计手册等设计资料做参考，按毕业设计大纲和设计任务
11、书的要求进行设计，附带有三张设计图纸，包括一张主要设备图，一张物料流程图，一张厂房平面布置图。本设计基于书本理论知识的基础上，结合株洲化工厂的生产实际，了解工艺流程，参考各种专业文献，力求最合理的设计，但由于时间和作者能力有限，数据不够精准，资料收集不全等原因，本次设计难免疏漏甚至错误，恳请老师原谅以及批评指正。第二章 聚氯乙烯、氯乙烯概述PVC材料用途极广， 具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蚀，绝缘等良好特点，主要用于制作：普瑞文PVC卡片；PVC贴牌；PVC铁丝；PVC帘；PVC涂塑电焊网；PVC发泡板、PVC吊顶、PVC水管、PVC踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋等方面。
12、氯乙烯在室温下是无色气体。容易与乙烯，丙烯，醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯，丙烯酸酯等单体共聚。共聚产物可以制的各种性能的树脂，加工成管材，板材，薄膜，塑料地板，各种压塑制品，建筑材料，涂料和合成纤维等氯乙烯是高分子材料工业的重要单体，产量很大，还可以用于合成1,1,2-三氯乙烷1,1-二氯乙烷等，因此，乙烷的生产在基本有机化学工业中占有重要的地位。根据原料的不同,氯乙烯单体的生产方法主要分为乙烯法和乙炔法、联合法、烯烃法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯化法五种。我国目前普遍采用的为乙炔法(电石法)，因为此法成本比较低廉。2.1 聚氯乙烯、氯乙烯发现和发展2.1.1 聚氯乙烯发现和发展PVC在19世纪被发
13、现过两次，一次是 Henri Victor Regnault 在1835年，另一次是 Eugen Baumann 在1872年发现的。两次机会中，这种聚合物都出现在被放置在太阳光底下的氯乙烯的烧杯中，成为白色固体。1912年，德国人 Fritz Klatte 合成了PVC，并在德国申请了专利，但是在专利过期前没有能够开发出合适的产品。1926年，美国 B.F. Goodrich 公司的 Waldo Semon 合成了PVC并在美国申请了专利。20世纪初，俄国化学家 Ivan Ostromislensky 和德国 Griesheim-Elektron 公司的化学家 Fritz Klatte 同时
14、尝试将PVC用于商业用途，但困难的是如何加工这种坚硬的，有时脆性的的聚合物。Waldo Semon 和 B.F. Goodrich Company 在1926年开发了利用加入各种助剂塑化PVC的方法，使它成为更柔韧更易加工的材料并很快得到广泛的商业应用。2.1.2 氯乙烯发现和发展1835年法国人V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪30年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的工业生产。初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940年，美国
15、联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960年，美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。2.2 聚氯乙烯的发展展望未来几年，中国PVC行业的发展速度、产业布局、竞争模式都将发生变化。1、消费结构发生变化的趋势。（1）今后，软制品和硬制品消费需求增长速度不同，硬制品的消费增长速度较快。（2）消费行为呈现多样化和层次化。 社会的发展是飞速的，人们的消费观念和消费结构也在悄然发生着变化。（3）某些产品将被同类的替代品淘汰。
16、2、PVC硬制品，诸如管材、型材将成为市场上的主力军。国际上PVC硬制品的平均消费比例约占PVC总消费量60%以上，中国目前的硬制品消费比例占大约是30%，国家在今后的发展上支持管材和型材的发展，以便能代替钢材和木材。起到节约能源、保护环境的作用。3、市场潜力巨大，供给和需求都将不断上升，短期内仍将是供不应求的局面，继续处于高速增长期。从整个世界的PVC市场的地区分布情况来看，北美美和亚洲是世界上最大的PVC消费市场，而今后几年，拉美和亚洲的中国将是PVC消费增长最快的地区。2.3 氯乙烯生产消费现状及发展前景根据欧洲氯代溶剂协会(ECSA)统计, 2002年欧洲全氯乙烯的销售量约为48000
17、吨, 与2001年相比下降了约10。 2002年上半年的出口量约为34500吨, 产品主要出口到亚洲。 2001年西欧全氯乙烯的出口量达到62356吨。欧洲全氯乙烯的使用量将进一步下降, 但其它一些地区的使用增长和新应用领域的开发将在一定程度上弥补欧洲使用量的下降。 预计全球全氯乙烯的需求量将下降3 。 其中欧洲的下降要稍为严重一些。 中东、南美和中国在未来5-8年内对全氯乙烯的需求仍将保持增长的势头。 其中中国的需求增长尤为强劲, 需求量的年均增长率将达到8-10, 中东和那南美地区对全氯乙烯的需求量的年均增长率将达到5以上。 HFC134a和HFC125对全氯乙烯的需求量也将不断增加, 预
18、计用于生产HFC134a的全氯乙烯需求量的年均增长率将达到3-6。 而用于生产HFC125的全氯乙烯需求量的年均增长率将达到10。 但需要指出的是它们的使用基数都比较低。 第三章 工艺方案的选择与流程3.1 氯乙烯的生产工艺及成本分析根据原料的不同,氯乙烯单体的生产方法主要分为乙烯法和乙炔法、联合法、烯烃法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯化法五种。PVC的生产主要有两种制备工艺，一是电石乙炔法，主要生产原料是电石、煤炭和原盐；二是乙烯法，主要原料是石油。国际市场上PVC的生产主要以乙烯法为主，而国内受富煤、贫油、少气的资源禀赋限制，则主要以电石法为主，截至到2007年12月，电石法约占我国PVC总
19、产能的70以上。 值得注意的是，在电石法制备PVC中，原盐电解后氯化氢用于生产PVC，剩余的钠部分用于生产烧碱，所以，氯、碱实际上存在共生关系，氯碱平衡也是整个行业发展过程中不得不考虑的重要因素。3.1.1 电石乙炔法路线电石乙炔法是国内一种成熟的生产工艺，在乙炔发生器中，电石与水剧烈反应产生乙炔，经精制并与氯化氢混合、干燥后进入列管式反应器。管内盛有用活性炭为载体的氯化汞（含量一般为载体质量的10）催化剂。反应在常压下进行,管外用加压和循环热水（97105）冷却，以除去反应热,并且使床层温度控制在180200。乙炔转化率99,氯乙烯收率在95以上。副产物是1，1-二氯乙烷（约1），也有少量乙
20、烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。从乙炔法工艺原理可看出，其成本主要有电石费用、氯化氢费用、水电费、加工助剂、管理费用等几大块构成。国家标准规定：生产一吨氯乙烯消耗电石1.451.5吨（一般以1.45计算，但一般实际生产过程中消耗会高于这个比例，只有少数能达到标准）。每吨氯乙烯消耗氯化氢气体约为750850 kg。同时乙炔法的另一个显著特点就是耗电量高，每吨耗电量约450500度。其它项如包装费、引发剂、水费、管理费等因生产厂家的不同也不尽相同。3.1.2 乙烯氯化法路线乙烯氧氯化法兴起于上世纪六七十年代，是对利用氯化氢合成有机物的这一类反应的总称。这种工艺正日趋成熟。第一步乙烯氯化生成二氯乙烷
21、；乙烯和氯加成反应在液相进行：CH2CH2 +Cl2CH2ClCH2Cl；采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂，产品二氯乙烷为反应介质。反应热可通过冷却水或产品二氯乙烷汽化来移出。反应温度40110，压力0.150.30MPa，乙烯的转化率和选择性均在99以上。第二步二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢ClCH2CH2ClCH2CHCl + HCl；反应是强烈的吸热反应，在管式裂解炉中进行，反应温度500550,压力0.61.5MPa；控制二氯乙烷单程转化率约为5070,以抑制副反应的进行。从乙烯法工艺原理看，影响其成本的主要因素有乙烯消耗量、氯气消耗量、耗电量，加工助剂、管理人工费等。乙烯法每生产1吨P
22、VC要消耗乙烯0.5吨，消耗氯气0.65吨，两者约占成本的60%左右。在原料成本中乙烯成本占了主要部分，乙烯价格对聚氯乙烯的成本有较大影响。虽然乙烯法能耗较乙炔法低，但其设备投资却十分巨大，因此设备折旧在成本中比重较大。3.1.3 两种方法比较乙炔法生产聚氯乙烯工艺虽然能耗较高，运行费用高，催化剂汞盐毒性大,并受到安全生产、保护环境等条件限制。但是此法具有投资低，设备简单，转化率及产品纯度高乙烯法具有生产成本低，纯度高，性能可靠等乙炔法不可比拟的优点。适于大规模生产，但是随着国际油价的不断上涨，乙烯法成本变高，显示了乙炔法氯乙烯生产成本的优越性。通过对比，加之其优越的发展前景，结合在株洲化工集
23、团的实习和实践，本设计选用电石乙炔法制取氯乙烯。3.2 生产工艺说明3.2.1 影响混合脱水的因素C2H2与HCl充分混合进行冷冻脱水时，汽水分以40%酸雾析出，混合气体含水量取决于该冷冻条件下约40%盐酸溶液上的蒸气分压。表3.1 蒸汽压与含水量温度-20-17-14-10-50510水的蒸汽分压（mmHg）0.7721.0271.9463.0084.5796.59.240%盐酸蒸汽分压（mmHg）0.0740.09980.1460.1950.2880.4360.94混合气相当于乙炔含水量0.00650.0870.01650.02220.02530.06820.0825该分压可按以下公式计算
24、：LgP=A-B/T式中：PmmHg（蒸气分压） A=9.33623 B=26.47 T=273+t冷冻温度直接影响脱水效果，温度越低水蒸气分压越低。但温度过低，形成水化物结晶，影响石墨预热器传热效果及堵塞设备。故混合脱水温度宜控制在-12-16.从理论分析角度来看，起初混合气体含水量在0.150.20%，而脱水后实际含水量在0.06%左右，关键在于冷冻后脱去酸雾。混合冷冻脱水过程一般均在列管式石墨冷却器内脱水，其冷凝的40%盐酸除以液膜状自列管内壁流出外，大部分呈极细的酸雾（直径进12微米以下）悬浮于混合气流中。难以用一般气液相分离设备捕集。实际证明，采用浸渍35%憎水性有机硅树脂的510m
25、m的玻璃棉可以达到相应的目的。3.2.2 氯乙烯的合成原理氯乙烯是由乙炔与氯化氢在升氯化汞催化剂存在下的气相加成的。3.2.2.1 反应机理CHCH+HClCH2=CHCl H=124.8 kJ/mol；上述反应实际上是非均相的，分5个步骤来进行，其中表面反应为控制阶段。(1) 外扩散 乙快、氯化氢向碳的外表面扩散；(2) 内扩散 乙炔、氯化氢经碳的微孔通道向外表面扩散；(3) 表面反应 乙炔、氯化氢在升汞催化剂活化中心反应发生加成反应生成氯乙烯；(4) 内扩散 氯乙烯经碳的微孔通道向外表面扩散；(5) 外扩散 氯乙烯自碳外表面向气流中扩散。3.2.2.2 对原料气的要求氯乙烯合成反应对原料气
26、乙炔和氯化氢的纯度和杂质含量均有严格的要求。(1) 纯度如果原料气纯度低，使二氧化碳、氢等惰性气体量增多，不但会降低合成的转化率，还特使精馏系统的冷凝器传热系数显著下降，尾气放空量增加，从而降低精馏总收率。一般要求乙炔纯度98.5%，氯化氢纯度93%。(2) 乙炔中磷、硫杂质乙炔气中的磷化氢、硫化氢等均能与合成汞催化剂发生不可逆的化学吸附，使催化剂中毒而缩短催化剂使用寿命。此外，它们还能与催化剂中升汞反应生成无活性的汞盐。HgCl2+H2S HgS+2HCl 3HgCl2+PH3(HgCl)3P+3HCl工业生产采用浸硝酸银试纸在乙炔样气中不变色，作为检测磷、硫杂质地标准。(3) 水分水分过高
27、易与混合气中氯化氢形成盐酸，使转化器设备及管线受到严重腐蚀，腐蚀的产物二氯化铁、三氯化铁结晶体还会堵塞管道，威胁正常生产。水分还易使催化剂结块，降低催化活性，导致转化器阻力上升，使乙炔流量增高产生困难。此外，水分还易与乙炔反应生成聚合有害的杂质乙醛：水分的存在还促进乙炔与升汞生成有机络合物，后者覆盖于催化剂表面而降低催化剂活性。一般，原料气含水分0.06%，能满足生产需要。(4) 氯化氢中游离氯氯化氢中游离氯的存在是由于合成中的氢和氯配比不当，或氯化氢压力波动造成的，游离氯一旦进入混合器与乙炔混合接触，即发生激烈反应生成氯乙炔等化合物，并放出大量热量引起混合气体的瞬间膨胀，酿成混合脱水系统的混
28、合器、列管式石墨冷凝器等薄弱环节发生爆炸而影响正常生产，因此必须严格控制。作为生产安全措施，一般借游离氯自动测定仪或在混合器出口安装气相温度报警器，设定该温度超过56时即关闭原料乙炔气总阀，作临时紧急停车处理，待游离氯分析正常时再通入乙炔气开车。正常生产中，应严格控制氯化氢中无游离氯析出。(5) 含氧量原料气(主要存在于氯化氢中)中含量用较高时，将威胁安全生产、特别当合成转化率较差，造成尾气放空中含乙炔量较高时，氧在放空气相中也被浓缩就更有潜在的危险，系统中的氧能与活性碳在高温下反应生成一氧化碳和二氧化碳，使精馏系统出现问题。更值得注意的是，氧在精馏系统中能与氯乙烯单体反应形成氯乙烯过氧化物：
29、后者与精馏系统中微量水分相遇时，会发生水解而产生盐酸，甲酸、甲醛等酸性物质, 从而降低单体pH值，造成设备管线的腐蚀，则产生的铁离子则污染单体，最终还影响到聚合产品的白度和热稳定性。因此，原则上应尽量将原料气中含氧量降低到最低值甚至零。仅工业生产上由于电解槽以及氯气、氢气和氯化氢气体的输送处理系统难免将空气泄漏，故一般规定控制在0.5%以下。3.2.2.3 生产工艺流程简述（1） 生产工艺流程缓冲器乙炔砂封混合器石墨冷却器酸雾过滤器石墨预热器转化器除汞器水洗塔碱洗塔冷却器图3.2 生产工艺流程由乙炔工段送来的精制乙炔气，经乙炔砂封，与氯化氢工序送来的氯化氢气体经缓冲罐通过孔板流量计调节配比（乙
30、炔/氯化氢=1/1.051.1）在混合器中充分混合，进入石墨冷却器，用-35盐水间接冷却，冷却到-142 ，乙炔氯化氢混合气在此温度下，部分水分以40%盐酸排出，部分则夹带于气流中，进入串联的酸雾过滤器中，由硅油玻璃棉捕集器分离，然后混合气经石墨冷却器，由流量计控制进入串联的第一组转化器，在列管中填装吸附于活性炭上的升汞催化剂，在催化剂的作用下使乙炔和氯化氢合成转化为氯乙烯，第一组出口气中尚有2030%未转化的乙炔，再进入第二级转化器继续转化，使出口处未转化的乙炔控制在3%以下，第二组转化器填装活性较高的新催化剂，第一组则填装活性较低的，即由第二组转化器更换下来的旧催化剂即可。合成反应放出的热
31、量通过离心泵送来的95100左右的循环水移去。粗氯乙烯在高温下容易带上升华的氯化汞，在填活性炭吸附器中除去，接着粗氯乙烯进入水洗泡沫塔回收过量的氯化氢。泡沫塔顶是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触得20%盐酸，装大贮槽供罐装外销，气体再经碱洗泡沫塔，除去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气柜，最后去精馏工段。第四章 工艺计算4.1 主要原材料及产品性质4.1.1 聚氯乙烯（PVC）密度 1.38g/cm3 熔点 212 C导热率 () 0.16 W/m.K热容 (c) 0.9 kJ/(kgK)吸水率0.04-0.4聚氯乙烯是一种无毒、无臭的白色粉末。它的化学稳定性很高，具有良好的可塑性。除少数
32、有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、5060%的硝酸及20%以下的烧碱，对于盐类亦相当稳定；PVC的热稳定性和耐光性较差，在140以上即可开始分解并放出氯化氢(HCl)气体，致使PVC变色。PVC的电绝缘性优良，一般不会燃烧，在火焰上能燃烧并放出HCl，但离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。基于上述特点，PVC主要用于生产型材、异型材、管材管件、板材、片材、电缆护套、硬质或软质管、输血器材和薄膜等领域。4.1.2 氯乙烯（VCM）(1) 理化性质分子式为：C2H3Cl 分子量：常温常压下为无色，带有甜香气味。溶点：沸点：（0.1MPa下）燃点：液体：20时为蒸
33、汽：25时为燃烧热：kJ/mol聚合热：kJ/mol聚合时收缩率：35%氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。为无色、易液化气体，沸点-13.9，临界温度142，临界压力5.22MPa。氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限422（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂。有毒，对人体有麻醉作用，当浓度为256g/m3(10%)时，1小时致死，当浓度为20-40%时很快引起急性中毒，长时间接触氯乙烯气体可使人致癌。氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易
34、起聚合反应，能与丁二烯、乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯、丙烯酸脂等共聚。氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氧乙烷。(2) 产品纯度规格VC单体纯度 99.95% 异丁烷 210-4%1,3-丁二烯 10-3% 氯甲烷 310-3%氧 10-4% 水 610-4%3-乙烯基乙烷 510-4% 氯化氢 10-4%1，2-二氯乙烷 10-4% 偏氯乙烯 210-4%1,1-二氯乙烷 10-4% 乙炔 210-4%丙烯 410-4%4.1.3 乙炔(1) 理化性质分子式为：C2H2 分子量：比重（密度）1.171kg/m3(0，101.3MPa)比重：0.906（对空气），0.819（对氧气）熔点：-81
35、.5，凝固点：-85；沸点：-84临界温度（Tc）：36.3，临界压力（Pa）:6.16MPa(绝压)生成热：H=+229.482kJ/mol比热：cp=1.68kJ/kg燃烧热：1308kJ/mol(常压)折光率：1.00051自燃点：335常温常压下为无色气体，工业乙炔因含有H2S，PH3等杂质而具有刺激性臭味。有毒，但不甚剧烈，在空气中允许浓度为0.5mg/L。乙炔在高温加压下，或与某些物质接触时具有强烈的爆炸能力，表压力为0.15 MPa得C2H4，若温度超过550时能产生剧烈爆炸反应，湿乙炔的爆炸能力低于干乙炔气，并随湿度的升高而减弱。若水蒸气与乙炔体积比为1：1.15时，通常不发生
36、爆炸。稍溶于水，溶于乙醇，易溶于丙酮。乙炔与空气混合爆炸范围2.381%，其中乙炔含量713%爆炸能力最强。化学性质很活泼，能起取代、加成、聚合和氧化反应。在氧气中燃烧，可产生3500度高温和强光。(2) 规格纯度98.5%S、P含量用硝酸银试纸检验不变色，即：S50mg/m3,P20mg/m3Cl2含量50mg/m34.1.4 氯化氢(1) 理化性质分子式：HCl 分子量：36.5熔点：-114， 沸点为-85.3；比热容：cp=0.77 kJ/kg是一种无色有刺激性的气体，遇湿空气则成白色烟雾，故可做烟雾剂。标准状况下比重为1.693kg/m3，低温低压下可以成为液体。易溶于水，标准状况下
37、，1L水可溶解525.2L的气体。在潮湿状态下，易与多种金属作用生成该金属的氯化物。属强酸，可使蛋白质凝固造成组织坏死，严重可以引起受损器官穿孔，瘢痕及畸形。(2) 规格纯度93%（体积百分比）水分0.06%（重量百分比）温度40不带液态水、酸雾。4.1.5 氯化汞(1) 理化性质分子式：HgCl2 分子量：271.5白色易碎结晶体，比重5.4。熔点：276，沸点301，易升华（200300）毒性：高毒，对肾脏毒性作用明显。致死量为29 mg/kg(2) 规格（质量按行业标准）含量99.5%水中不溶物0.02%铁0.005%砷0.0005%硫化氢沉淀物0.02%4.1.6 HgCl2触媒符合中
38、华人民共和国有色金素行业标准YS/T31-92技术要求：HgCl2含量为10.5%12.5%；水分含量应小于0.3%；松装密度为540640 g/L外观为圆柱形颗粒状颗粒试样经一定的机械磨损、碰撞和筛分：筛分上部分的试样质量占试样总质量的百分数大于90%。4.2 聚氯乙烯合成工段的工艺计算4.2.1 物料衡算假设各化工单元操作连续进行，采用倒推法，根据转化率或损失率计算出原料投料，然后再按照操作顺序对各单元操作进行物料衡算。计算依据：生产能力：年产20万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算日产量20104103300=6.667105 kg小时产量：6.66710524=27779.2kg 聚
39、合物一般进行到转化率为85%90%2，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为88%，聚合物损失率为4%。 27779.2（88%96%）=32882.6 kg每小时合成32882.6 kg倒推法计算精馏：（氯乙烯的收率：96.5%）32882.6kg96.5%=34075.23 kg=34075.23/62.5 kmol=545.117kmol转化器：（乙炔转化率：97%，VC的选择率：99.5%）545.117（97%99.5%）=564.8 kmol进气中CHCH需568.4 kmol（14684.8 kg）4.2.2 主设备计算CHCHHClO2H2O（1） 混合器乙炔氯化氢
40、混合器 图4.1 混合器的物料衡算方框图表4.2 混合器进料组成乙炔气组成含量%氯化氢气组成含量%C2H299.2HCl99.95H2O0.8H2O0.04O20.01CHCH和HCl的摩尔比为：1：1.051.11。本设计选取：nCHCH：nHCl=1:1.09进料乙炔气量： kmol进料氯化氢量：kmol进出料各组分含量：kg：kg =（615.632 kmol）：kg= (4.80 kmol)：kg =（0.0062 kmol）物料衡算表：表4.3 混合器物料衡算表进料（乙炔气）质量（kg）百分含量进料（氯化氢气）质量（kg）百分含量出料质量（kg）百分含量C2H214684.899.2
41、HCl22470.56899.95C2H214684.839.432H2O81.9940.8H2O4.4340.04HCl22470.5560.334O21.970.01H2O86.40.232O1.970.00514766.79410022476.97210037243.72100(2) 石墨冷却器在石墨冷却器中，用35盐水间接冷却。混合器中水分一部分以40%盐酸的形式排出，一部分夹带在气流中，设水分以40%盐酸排出的量占总水分含量的32%。CHCHHClO2H2O石墨冷却器混合气盐酸图4.4 石墨冷却器物料衡算方框图进料各组分的量=14684.8kg =（564.8 kmol） =2247
42、0.568kg =（615.632 kmol）=86.4kg =（4.80 kmol） =1.97kg =（0.06 kmol）出料各组分的量=14684.8 kg=kg =（615.13 kmol）=kg=1.97 kg40%=kg石墨冷却器物料衡算表表4.5 石墨冷却器物料衡算表进料质量（kg）百分含量出料质量（kg）百分含量出料（40%盐酸）质量（kg）百分含量C2H214684.839.429C2H214684.839.483HCl18.43240HCl22470.56860.334HCl22452.13660.359H2O27.64860H2O86.40.232H2O58.7520.158O1.970.005O1.970.00537243.73810037197.65810046.08100(3) 多筒过滤器在多筒过滤器中，采用35憎水性有机硅树脂的510mm玻璃棉，可以分离大部分酸雾，以40盐酸形式排出，混合气体含水量为0.158设脱水量为80。进料各组分的量=14684.8kg =（564.8kmol） =22452.136kg =（615.13kmol）=86.4kg =（4.80kmol） =1.97kg =（0.062kmol）出料各组分的量=14684.8kg=kg=kg=1.97kg40%= kg多筒过滤器物料衡算表表