10万吨年PVC车间氯乙烯净化工段设备平立面布置设计

10万吨/年PVC车间氯乙烯净化工段设备平

立面布置设计

目 录

前言 .................................................................................................................................................. 1 一、设计背景 ................................................................................................................................... 1

（一）氯乙烯的概述 ............................................................................................................... 1 （二）氯乙烯的生产方法 ....................................................................................................... 1

1、电石乙炔法 ................................................................................................................. 1 2、二氯乙烷法 ................................................................................................................. 2 3、乙烯氧氯化法 ............................................................................................................. 3 （三）设计思路 ....................................................................................................................... 4 二、设计内容 ................................................................................................................................... 4

(一) 工艺流程及选择工艺条件 ............................................................................................. 4

1、工艺流程 ..................................................................................................................... 4 2、工艺条件 ..................................................................................................................... 5 (二)10万吨/年PVC车间氯乙烯净化工段的物料衡算 ........................................................ 7

1、混合器的物料衡算 ..................................................................................................... 7 2、混合脱水系统的物料衡算 ......................................................................................... 8 3、转化器物料衡算 ......................................................................................................... 9 4、水洗塔的物料衡算 ................................................................................................... 10 5、碱洗塔的物料衡算 ................................................................................................... 11 （三) 主要设备的工艺计算及选型 ..................................................................................... 13

1、反应器 ....................................................................................................................... 13 2、换热器 ....................................................................................................................... 13 3、水洗塔及碱洗塔 ....................................................................................................... 18 4、低沸塔及高沸塔 ....................................................................................................... 19 （四）工艺流程方框图 ......................................................................................................... 20 （五）三废处理 ..................................................................................................................... 21

1、废渣处理 ................................................................................................................... 21 2、废气处理 ................................................................................................................... 21 3、废水的处理 ............................................................................................................... 21

三、设计总结 ................................................................................................................................. 21 四、参考文献 ................................................................................................................................. 22

前言

氯乙烯（简称VC），是合成聚氯乙烯（简称PVC）的单体。聚氯乙烯树脂是一种重要的塑料原料，是五大通用合成树脂之一，具有良好的物理及机械性能，广泛应用于生产生活中的各个领域。氯乙烯单体的生产是聚氯乙烯工业中的一个重要环节。随着我国经济高速发展，氯乙烯原料的社会需求量日益剧增，树脂合成技术和加工技术的进步，使聚氯乙烯在工业、农业、建筑、汽车包装和家电等各个领域的到了广泛的应用，尤其是我国的建筑行业对聚氯乙烯的需求强劲市场缺口较大。而氯乙烯的单体，只有供应充足才能满足它的后续产品有更大的发展。

本毕业设计为10万吨/年PVC车间氯乙烯净化工段设备平立面布置设计，以传统的电石乙炔法生产工艺为设计依据，并广泛收集了有关生产和工艺设计的资料，对生产的工艺流程进行了设计。

电石乙炔法，用乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯，乙炔与氯化氢的摩尔比为1：1.05~1.10，使用氯化汞作催化剂，反应压力为0.17MPa，反应温度120～180℃，一般转化率可达99%。

本毕业设计分别对氯乙烯净化工段工艺流程及生产原理作了较详细的阐述，并进行了相关的物料、热量衡算和主要设备的计算与选型，对氯乙烯净化工段指标作了较详细的说明。

一、设计背景

（一）氯乙烯的概述

氯乙烯又名乙烯基氯，是一种应用于高分子化工的重要的单体，为无色、易液化气体，是塑料工业的重要生产原料，是生产聚氯乙烯塑料的单体；或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维，也用作化学中间体或溶剂。目前世界上用于制造聚氯乙烯树脂的乙烯单体量约占氯乙烯总产量的96%氯乙烯的聚合物广泛用于工业、农业、建筑以及人们的日程生活中。

（二）氯乙烯的生产方法

1、电石乙炔法

电石乙炔法是以来自食盐电解的氢与氯气，经过合成炉混合燃烧反攻得到干燥氯化氢，再与净化和脱水后乙炔进行加成反应即得粗氯乙烯，经过精制后获得

1

纯氯乙烯单体。

反应以HgCl2为催化剂，于120~180℃下进行： 主反应 CH≡CH＋ HCl→CH2＝CHCl＋124.8 kJ/mol 副反应 当HCl过量时：CH2＝CHCl+HCl→CH3CHCl2

而当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞和水银，使催化剂失活。

电石乙炔法历史悠久，是最早工业化的。反应器采用列管式，分成两组，催化剂是氯化高汞，载体是活性炭，一般HgCl2的含量为10%～20%。第一组装入使用过的催化剂，第二组装入新催化剂。操作条件为：温度120～180℃，绝对压力0.12～0.15MPa，原料气配比C2H2∶HCl=1∶1.05～1.10(摩尔)，乙炔空速为30～60h-1。

催化剂HgCl2是易挥发的物质，直接影响乙炔的转化率和氯乙烯的收率。当温度高达200℃时，会有大量的HgCl2升华而使催化剂活性下降；而温度太低时其反应速率太慢。据研究当温度＜140℃时，其催化剂活性是稳定的，工业上一般将反应温度控制在120～180℃。也有使用氯化汞—氯化钡载于活性炭的催化剂，据报道该复合催化剂的活性和选择性较高，可以减少HgCl2的升华，稳定性得到改善。乙炔法生产氯乙烯的技术比较成功，流程简单，副产物少，产品纯度高。但因乙炔是由CaC2与H2O反应生成，而电石制取耗电大，成本高，存在环境污染，一些氯乙烯主要生产国均不采用此法，该法目前逐渐被新工艺所取代。

2、二氯乙烷法

1,2–二氯乙烷脱氯化氢制得氯乙烯，其反应式为

C2H4Cl2→CH2＝CHCl＋ HCl ΔH＝79.5kJ/mol

该反应是可逆的吸热反应，同时发生平行反应相连串反应，副产乙炔、二氯乙烷和一些聚合物。1,2–二氯乙烷热裂解分气相法和液相法两种，工业上常用气相非催化裂解法。采用箱式裂解炉，用燃气加热，箱内有U型裂解管，非催化的气相热裂解反应，按一级自由基链式反应的机理分以下4步进行：

引发： CH2ClCH2Cl →CH2ClCH－＋Cl－ 增长： Cl－＋CH2ClCH2Cl→CH2ClCHCl?＋HCl CH2ClCHCl－→CH2＝CHCl＋ Cl－ 终止： Cl?＋CH2ClCH2 ? →CH2＝CHCl＋HCl

反应终止的方式有两种，即构成引发反应逆反应重新组合或通过与器壁的碰

2

撞使反应终止。

1,2–二氯乙烷裂解时受原料纯度、裂解温度、压力和停留时问的影响。当原料中1,2–二氯丙烷的含量达0.1%～0.2%时，就会使1,2–二氯乙烷的裂解转化率下降，多氯化物的存在也会起抑制作用，铁离子的存在会加速副反应的发生，水分腐蚀设备。提高裂解温度对1,2–二氯乙烷裂解反应的平衡和反应速率都有利，但当裂解温度高于600℃时，副反应速率将大于主反应速率，故需从转化率和选择性两方面考虑裂解温度。提高压力对裂解平衡不利，但可提高氧乙烯的选择性，有利于产物的冷凝回收，低压法一般为0.6MPa，中压法为1.0 MPa，高压法大于1.5MPa。停留时间增长，1,2–二氯乙烷转化率可提高，但连串反应增多，选择性下降，一般以10 s左右为宜，1,2–二氯乙烷的转化率为50％～60％，氯乙烯的选择性为97％左右。

3、乙烯氧氯化法

乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应： （1）乙烯直接氯化

主反应：CH2＝CH2＋Cl2→CH2ClCH2Cl △H＝－201KJ/mol

该反应可以在气相中进行，也可以在溶剂中进行。气相反应由于放热大，散热困难而不易控制，因此工业上采用在极性溶液存在下的液相反应，溶剂为二氯乙烷。

副反应：CH2ClCH2Cl＋Cl2 → CH2ClCHCl2＋HCl CH2ClCHCl2＋Cl2 → CHCl2CHCl2＋HCl 主要生成多氯乙烷。

乙烯中的少量甲烷和微量丙烯亦可发生氯代和加成反应形成相应的副产物。 （2）二氯乙烷裂解

主反应：CH2ClCH2Cl→CH2＝CHCl＋HCl △H＝－201KJ/mol(此反应是吸热可逆反应)

副反应：CH＝CHCl→CH≡CH＋HCl CH＝CHCl＋HCl→CH3CHCl2

CH2ClCH2Cl→H2＋2HCl＋2CnCH2＝CHCl(聚氯乙烯) （3）乙烯氧氯化

主反应：CH2＝CH2＋2HCl＋O2→CH2ClCH2Cl＋H2O ΔH＝－25KJ/mol(此

3

反应是个强放热反应)

副反应：CH2＝CH2＋2O2→2CO＋2H2O CH2＝CH2＋3O2→2CO2＋2H2O CH2＝CH2＋HCl→CH3CH2Cl

还有生成其它氯衍生物的副反应发生。这些副产物的总量仅为二氯乙烷生成量的1%以下。

（三）设计思路

本毕业设计首先完成10万吨/年PVC车间氯乙烯净化工段的工艺流程及选择工艺条件；然后完成10万吨/年PVC车间氯乙烯净化工段的物料衡算及关键设备的选型和计算；最后绘制10万吨/年PVC车间氯乙烯净化工段带控制点的工艺流程图，再进行三废处理，保护生态环境。

二、设计内容

(一) 工艺流程及选择工艺条件

1、工艺流程

粗氯乙烯从转化器出来经装填活性炭的除汞器，将触媒在高温下出来的氯化汞等升华物吸附除去，再通过氯乙烯冷却器，冷却后的粗氯乙烯气体进入一级泡沫塔和二级泡沫塔，从盐酸脱吸稀酸泵送过来的稀酸从二级泡沫塔塔顶喷淋吸收粗单体中过量的氯化氢气体，增浓后的盐酸，经盐酸冷却器冷却后，继续进入二级泡沫水洗塔吸收氯化氢通过位差进入盐酸中间槽，槽内31%左右的浓盐酸用浓酸泵打至盐酸脱吸去脱吸循环。泡沫塔顶出来的气体再进入填料水洗塔，由塔顶喷淋的稀酸吸收剩余的少量氯化氢气体，得到的浓度升高的盐酸经酸封流入循环酸槽。循环酸槽中的稀酸通过酸泵，少部分送往泡沫塔作为吸收液制得浓酸，大部分重新送到填料塔作为吸收液循环使用。在循环酸槽处设有加入工业水阀，补充因送往泡沫塔制浓酸而减少的酸液，维持循环酸槽液面的稳定。另外从盐酸脱吸送过来的稀酸部分送往乙炔压滤澄清池，以维持循环酸槽的酸浓度在6%～8%。从填料塔顶出来的气体送往碱洗塔，经碱洗塔用浓度约5%～15%的碱液除去残余微量的氯化氢和少量的二氧化碳气体，净化后的粗VC气送去压缩及VC气柜。

由公用工程送来的无离子水加入热水循环槽后，通入适量蒸汽加热至85℃～

4