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10000吨氯乙烯生产工艺设计
学号：U200710481 班级：化工0703班 姓名：孙海龙
1绪论
1.1氯乙烯
聚氯乙烯为世界五大通用塑料之一，氯乙烯是生产聚氯乙烯树脂的原料，在国民生产中占有重要地位。 我国2004年氯乙烯产量503万吨，进口211万吨，表观消费714吨。根据各应用领域的发展计划及其消费量的增长情况，预测我国2018年和2018年我国氯乙烯的求量将分别达到1150万吨和1540万吨左右，氯乙烯项目市场前景广阔。 1.2氯乙烯的合成工艺
平衡氧氯化法此法以乙烯、氧气和氯化氢反应生成二氯乙烷，和直接氯化过程结
合在一起，两者所生成的二氯乙烷一并进行裂解得到氯乙烯。整个反应过程中氯化氢始终保持平衡，既不增加也不减少。反应式CH2=CH2 + 2HCl + O2→ CH2ClCH2Cl + H2O。是目前世界上公认的技术经济较合理的方法，全世界93%以上的氯乙烯是采用平衡氧氯化法生产。 混合气体法原料乙烯及乙炔是石脑油裂解得到的混合气。此法虽然摆脱了电石原
料，省去了分离乙炔和乙烯的费用，但是其工艺过程复杂，基建投资大，成本高。 二氯乙烷法以乙烷为原料与氯气反应生成二氯乙烷，二氯乙烷热裂化制备氯乙烯。
该法副产品氯化氢，如果不利用，成本太高。 直接合成法目前尚处于研究阶段，可由乙烯或乙烷合成，还没有实现工业生产。 电石乙炔法电石乙炔法是最早的生产方法。主要利用乙炔和氯化氢为原料，用氯
化汞作催化剂进行加成反应，生产氯乙烯。该法设备、工艺简单，投资低，可以小规模经营，但是电石耗电大，成本上升，反应中使用的催化剂污染严重。但是因为我国电石资源丰富，被广泛采用。
1.3工艺选定
本设计的生产规模为年产一万吨，属于较小规模，又鉴于国内实际情况和经济效益，因而本设计选定电石乙炔法生产工艺。 HgCl2反应方程式：CHCH+HClCH2CHCl + 124．8kJ/mol
2工艺计算
2.1 生产工艺流程简述
缓冲器 混 合 器 石墨冷却器 多筒过滤器 石墨预热器 乙炔砂封 碱洗塔 水洗塔 冷却器Ⅱ 除汞器 转化器 图1生产工艺流程图
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<乙炔/氯化氢=1/1.05～1.1）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-14℃±2℃，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20～30%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。
合成反应放出的热量通过离心泵送来的95～100℃左右的循环水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的氯化汞升华物，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。 2.2主要工艺参数
本设计工艺参数如表1所示
表1 本设计工艺参数
设备名称
混合器
指标名称 压力
乙炔流量：氯化氢流量
混合气温度 进料温度
石墨冷却器
出料温度 盐水进口温度 盐水出口温度
多筒过滤器
混合气含水 进料温度
石墨预热器
出料温度 循环水进口温度 循环水出口温度 反应温度<新触媒） 反应温度<旧触媒）
卸大盖温度
转化器
循环水进口温度 循环水出口温度
放酸 转化率
℃ ℃ 次/小时 %
95 110 1 ≥95
单位 atm ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ % ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃
指标 ﹤1.5 1: 1.05 25 25 -13 -35 -20 ﹤0.08 -13 75 110 95 ≤150 ≤180 ≤60
2.3主要原料和产物的物化性质 ⑴乙炔
分子式：C2H2 分子量：26
性质：在常温常压下为无色气体，具有微弱的醚味，工业用乙炔因含有氯化氢、磷化氢等杂质而具有特殊的刺激性臭气。 乙炔是一种易燃易爆的不稳定化合物。易分解放出大量的热而发生爆炸。压力对乙炔有特殊的意义。压力增加时，乙炔气体分子间相密聚，因此，一旦某处乙炔分解，就能迅速扩展到全部气体中。加工业气体乙炔的压力在147kPa(1.47bar>以上温度超过773～823K时，使会全部分解，发生爆炸。当温度低于723K(并有接触物质存在时，可能发生爆炸。 乙炔可以发生加成反应，聚合反应。
乙炔具有弱酸性，其分子中的氢能被某些金属取代而成盐。例如含有水成氨的工业乙乙炔与氯化亚铜作用，生成具有爆炸性副乙炔铜。所以，工业上乙炔发生系统不能使用铜制的旋塞及管件。 纯度：≥98.5%不含硫、磷、砷等杂质。 ⑵氯化氢
分子式：HCl分子量：36.5
性质：是一种无色有刺激性的气体，遇到湿空气则呈白色烟雾，鼓可做烟雾剂。
标准状况下比重为1.639kg/m2，低温低压下可以成为液体，熔点为-114℃，沸点为-85.03℃。 易溶于水，标准状况下，1升水可溶解525.2升的HCl气体。 在潮湿状态下，容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凝固性坏死，严重时可引起受损器官穿孔，斑痕形成，狭窄及畸形。 纯度≥93%水分≤0.06%
⑶氯乙烯：
分子式：CH2＝CHCl分子量：62.50 性质：
沸点：-13.9℃熔点：-160.0℃
蒸汽相对密度：2.15(空气为1> 液体相对密度：0.9121<20℃> 爆炸极限：在空气中3.6～26.4%(体积>
氯乙烯在常温常压下为易燃、无色的气体，具有类似醚一般气味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。 主要质量要求(均为重量百分数> 氯乙烯 ≥ 99.99% 乙炔≤ 0.8ppm 乙烯≤ 2ppm 氯甲烷≤50ppm 丁二烯≤ 6ppm 铁≤ 0.5ppm HCl≤0.5ppm 水≤80ppm 重组分≤ 50ppm 2.4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。 2.4.1 计算依据： ⑴计算标准
生产能力：年产1万吨的氯乙烯 年工作日：以300天计算
日产量：1×104×103/300=3.3333×104kg 小时产量：3.3333×104/24=1388.9 kg ⑵化学反应式
HgCl2主反应：CHCH+HClCH2CHCl
副反应：H2CCHClCHCH++HClH2OHgCl2Hg2Cl2CHCl2CH3
CH3CHOCHCH+HgCl2HgCl2HCClCHHgCl
ClCHCHHgCl+HgCl2CHClCH2+HgCl2
⑶倒推法计算
精馏：<氯乙烯的收率：99.5%）1388.9/99.5%=1395.8 kg=1395.8/62.5kmol=22.333kmol 转化器：<乙炔转化率：95%）22.333/95%=23.508kmol ∴进气中CH≡CH需23.508kmol<611.208kg） 2.4.2 计算： ⑴混合器的物料衡算
计算依据：
CH≡CH和HCl的摩尔比为：1：1.05～1.1 本设计选取：n CH≡CH：nHCl=1:1.08 i进料气组成
表2进料气组成
进料气 乙炔气 氯化氢
组分 CH≡CH H2O HCl H2O
含量/% 99.9 0.1 99.95 0.01
乙炔 氯化氢 CH≡CH HCl O2 H2O 图2混合器的物料衡算方框图 混合器 O2 0.04
∴进料气需乙炔气：23.508/99.9%=23.531kmol 进料气需氯化氢：23.531×1.08/99.95%=25.426kmol ∴CH≡CH：23.508kmol<611.208kg） HCl：23.531×1.08=25.413kmol<927.575kg） O2：25.426×0.04%=0.0102kmol<0.3264kg）
H2O：23.531×0.1%+25.426×0.01%=0.0261kmol<0.4698kg） ⅱ出料：
依据：水分以酸雾的形式进入下一层，有微量水分以浓盐酸形式流出，这里计算时忽略流出的浓盐酸的量[3]。
CH≡CH：23.519kmol<611.491kg） HCl：23.519×1.08=25.400kmol<927.112kg） O2：25.413×0.04%=0.0102kmol<0.3254kg）
H2O：23.542×0.1%+25.413×0.01%=0.0261kmol<0.4696kg） ⅲ混合器物料衡算表
表3混合器物料衡算表
进料 HCl O2 H2O Σ
质量/kg
W/% 60.226 0.021 0.031 100.0
出料 HCl O2 H2O Σ
质量/kg
W/% 39.723 60.226 0.021 0.031 100.0
CH≡CH 611.208kg 39.723 CH≡CH
611.491 927.112 0.3254 0.0261
1539.3988
927.575 0.3264
0.0261 1539.398
⑵石墨冷却器
混合气 石墨冷却器 CH≡CH HCl O2 H2O 图3石墨冷却器物料衡算方框图 盐酸 根据：在石墨冷却器中，用-35℃盐水<尾气冷凝器下水）间接冷却，混合气中水分一部分则以40%盐酸的形式排出，部分则夹带与气流中。 设混合器中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。
ⅰ进料：
CH≡CH：23.519kmol，611.491 kg HCl：25.400kmol，927.115kg O2：0.0102kmol，0.3293kg H2O：0.0261kmol，0.4696 kg ⅱ出料：
CH≡CH：23.519kmol，611.491 kg O2：0.0102kmol，0.3254 kg H2O ：
∵∴
mHCl?100%?40%mHCl?m水
mHCl?0.4m水0.6
(927.112?0.3286)?HCl:
盐酸：
0.4??0.4696?0.3286??927.019kg?25.306kmol0.6