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1、年产1万吨P-PVC糊树脂工艺设计氯乙烯合成工段工艺设计第一章 前言1.1 PVC糊树脂的发展历史、生产现状及市场前景1.1.1 PVC糊树脂的发展历史、生产现状PVC糊状树脂是1931年在德国的法本（I.G.Farbon）工厂开始研究，并于1937年实现工业化生产的。在目前国外PVC糊树脂的生产中，西欧是PVC糊状树脂生产厂家最多、产量最大的地区，并且其消费量也最大；美国的PVC糊状树脂的生产能力也较大。由于各国加工与应用情况不同，PVC糊状树脂的生产量占PVC总量的大小也各不相同。其中，美国约占10%，日本占7.5%，法国占12%，德国占25%。国外发达国家约有93%的PVC糊树脂生产企业
2、大多采用乙烯法路线进行生产（日本为100%），且生产规模较大。国外各PVC糊状树脂生产企业大多数拥有自己的专用生产技术和产品牌号，为弥补由于生产方法而造成的产品应用上的不足，大多数生产厂家同建有多种工艺路线的生产装置，因此在市场上极具竞争力。国外公司除生产通用产品品种、牌号的PVC糊状树脂外，几乎所有的PVC糊状树脂生产企业都同时生产PVC掺混树脂、氯醋糊树脂等专用树脂。掺混树脂生产方法不尽相同，有悬浮法、本体聚合法、乳液法等，所得掺混树脂大多掺混到PVC糊状树脂中一同出售，这样既可以改善产品的性能，又可以降低生产成本。国外公司在大力发展PVC糊状树脂的同时，相应抗冲击改性剂的开发与生产也异常
3、活跃，有专业生产厂家，也有在PVC糊状树脂生产厂进行生产的。在国外，PVC糊状树脂已经广泛应用于人造革、浸渍手套、壁纸、粘合剂、汽车密封料、钢板涂层、涂料、高级鞋靴等应用领域。预计在未来几年内，全球PVC糊状树脂的需求增长率将达到4%-5%，欧洲的需求增长率约为1%-2%。国外PVC糊状树脂的消费结构为：PVC弹性、发泡地板块（卷材）占29%，PVC墙纸、沙发、人造革等家庭装饰材料占22%，电器、工具把手、手套、玩具和日用消费品占21%，汽车、运输带、金属涂层占18%，其它占10%。我国PVC糊状树脂的工业生产始于20世纪50年代，在50-70年代共建有8个生产厂，生产规模为100-500吨/
4、年，生产工艺主要以种子乳液法为主，只能生产3个型号的PVC糊状树脂。进入80年代，我国PVC糊状树脂生产厂家先后引进了国外7家PVC糊状树脂生产技术。至近几年，PVC糊状树脂的生产厂家有近20家，总生产能力约为18万吨/年，其中约有9家生产规模大多在2000吨/年以下。但是由于以下的原因一是国内糊树脂的生产企业较少，行业竞争明显小于粉状树脂；二是糊树脂市场利润情况较好，在成本与粉状树脂相差不多的情况下，售价却明显高于粉状树脂；三是近年来糊树脂下游需求有比较明显的增长，进口数量占国内消费量的比例较大。吸引了越来越多的企业准备投身于糊树脂生产行列中，一方面现有的企业生产能力仍在不断增加，另一方面一
5、部分传统的粉状树脂生产企业也准备加入到糊状树脂生产行列之中，这样导致产能也有了比较大的增长。据统计，2005年中国糊树脂总生产能力达到30万吨，产量达28万吨左右，进口量约为15万吨，与当年约43万吨的需求相比基本处于供需平衡状态。2006年以来，国内PVC糊树脂行业发展十分迅猛，现有企业生产能力不断增加。其中，沈阳化工股份有限公司糊树脂生产能力扩产之后已经达到12万吨/年，生产能力居亚洲第一位，世界前三位；其他老牌糊树脂生产企业，如上海氯碱、上海天原、天津化工、郴州华湘等也都已经完成或者正在进行糊树脂的扩产计划。1.1.2 PVC糊树脂的市场前景及应用虽然糊树脂市场近几年发展相对比较稳定，但
6、近年来我国糊树脂产能增长速度较快，而进口数量变化不大虽然下游需求也有一定的增长，但是产能和产量的增长速度明显大于需求的增长速度。 我国PVC糊树脂主要用于造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材等。随着我国经济的稳步发展和人民生活水平的不断提高，加之PVC糊状树脂应用开发的不断深入，国内市场对聚氯乙烯糊树脂的需求有了较大增长，特别是在汽车、建筑、电子和涂料等方面的需求显著增加。但PVC主要应用的玩具和合成革类的发展速度已经明显变缓，主要的合成革类消费地区温州的需求甚至有所萎缩。在这种情况下，业内专家认为，国内糊树脂企业的扩产扩能一定要谨慎。应不断扩大产品的应用领域，增加产品型号，
7、形成差异竞争、错位竞争的良性竞争格局；应加强企业之间的技术交流，加速提高行业整体技术水平；应积极开拓国际市场，规范国内市场竞争，避免步粉状PVC因供大于求出现无序竞争的后尘。据最新报道，3月份国内糊树脂市场有所波动。这是因为在三月上旬，3月份国内糊树脂市场有所波动；在三月下旬，3月份国内糊树脂市场有所波动。在三月末，电石法糊树脂主流出厂价围绕9800-10400元/每吨波动，乙烯法糊树脂10700-11000元/每吨波动。进入四月份，已是糊树脂市场消费旺季，随着下游开工率上升，对糊树脂需求加大，各生产厂家糊树脂销量也将随之增加。同时外盘糊树脂市场上涨迹象明显，4月中下旬韩华皮革料和手套料报价均
8、上涨40-50美元，其他进口厂商4月份报价也有上涨趋势。进口糊树脂价格稳中有升有利于国内糊树脂市场逐步回暖。从3月份普通型PVC及液氯等相关产品价格小幅上涨的情况来看，部分化工产品价格正在逐渐走出低谷，有利于糊树脂市场走出一季度以来的盘整局面。因此，在4月份，糊树脂价格有望稳中有升。 1.2 PVC糊树脂生产工艺简述PVC是世界五大通用塑料之一，糊状PVC树脂是聚氯乙烯中的一个品种。我国糊树脂工业经过四十多年的努力，特别是自八十年代以来，我国通过引进多家国外的糊树脂生产技术和装置，使我国糊树脂工业出现质的飞跃，也促进了我国糊树脂加工工业的迅猛发展。 目前我国糊树脂装置近20 个，生产方法有种子
9、乳液法、微悬浮法、混合法等几种，其中生产PVC糊树脂单体氯乙烯的生产方法主要有乙炔法、乙烯法、乙烷法，在我国主要是用乙炔路线来获得单体氯乙烯。1.2.1氯乙烯（VCM）的生产工艺氯乙烯（VCM）是生产聚氯乙烯糊树脂的单体，其早期的生产方法是采用电石为原料的乙炔法路线，即电石水解生成乙炔，乙炔与氯化氢反应生成VCM。随着VCM生产工艺的发展，乙炔法已经被先进的乙烯法路线所取代，目前乙烯法已经占到VCM生产工艺的93%。近年来，欧洲乙烯基公司（EVC）又开发成功以乙烷为原料的VCM工艺路线。乙烯法：该法首先由乙烯经氧氯化或直接氯化法制得二氯乙烷(EDC)，EDC再热解制得VCM。早期采用氧氯化法生
10、产VCM，生产成本高，原料消耗和能耗大，乙烯与HCl氯化反应设备比较昂贵，生产过程排放的气体中VCM含量较高(100g/g)，污染大气，还会使裂解炉结焦。上世纪90年代，国外各大公司对EDC、VCM生产工艺进行改进，1990年后所有装置均采用直接氯化法制EDC和VCM工艺。拥有直接氯化法生产技术的公司有Inovyl（由EVC公司技术转让），Vinnolit、OxyVinyls以及三井化学公司等。具有代表性的Inovyl公司的VCM工艺是将乙烯氧氯化法提纯的循环EDC和直接氧化的EDC在裂解炉中进行裂解生产VCM。经急冷和能量回收后，将产品分离出HCl（HCl循环用于氧氯化）、高纯度VCM和未反
11、应的EDC（循环用于氯化和提纯）。来自VCM装置的含水物流被汽提，并送至界外处理，以减少废水的生化耗氧量（BOD）。采用该生产工艺，乙烯和氯的转化率超过98%，已经有52套装置在运行和建设中，VCM总产能为470万吨/年。直接氯化法的改进主要是液相低温工艺向高温氯化方向发展，以利用大量反应热，并改进产品提纯过程。美国MonsantoKellogg公司共同开发了乙烯法制VCM的Partec新工艺。该工艺去除了联合平衡法中的氧氯化工艺过程。由于所有EDC都是在产率很高的直接氯化反应釜内生成，因此总产率很高，最大程度地从副产物中回收氯气。2004年，德国Vinnolit公司通过其工程合作伙伴乌德(U
12、hde)公司对外公布了一种称之为沸腾床反应器的直接氯化法新工艺，在该工艺中，乙烯先溶于反应器的EDC中，然后再与一种EDC/氯溶液相混合，进行快速液相反应。该工艺与其他工艺相比，改进了再循环过程，无需对EDC产品进一步处理或提纯，EDC产品纯度高，且反应热可回收，从而降低了能耗和蒸汽消耗。此外，还可以按照所需工序的要求，选择并调整反应压力和温度。乙烷法：原料气乙烯在我国一直很短缺，但我国具有丰富的天然气和油气资源，其中乙烷含量很大，因此用乙烷法生产氯乙烯不但具有很大的潜力和竞争力，而且还为综合利用油气和天然气开辟了更广阔的途径，降低了VCM的生产成本。研究结果表明，以乙烷为原料，经氧氯化催化合
13、成氯乙烯，该合成路线是制备VCM非常有应用前景的工艺路线。为了利用富含乙烷的天然气资源，Goodrich、鲁姆斯、孟山都、ICI及EVC等公司都在研究乙烷氧氯化制VCM工艺。其工艺的关键是研制开发了一种新型催化剂，可降低反应温度，减轻设备腐蚀并减少副产物的生成量，副产的氯代烃可转化成VCM，提高了乙烷的转化率；另外，该新工艺将乙烷和氯气一步反应转化为VCM，仅使用1个反应器；由于不以乙烯为原料，所以VCM的生产不必依赖乙烯裂解装置。新工艺与乙烯法工艺相比，因乙烷资源丰富，价格低廉，生产成本可降低20%30%。EVC公司从1991年就开始开发乙烷制氯乙烯工艺，1995年将反应化学确定，1998年
14、一套试验装置开始运转。试验结果表明氧的转化率为99%，乙烷的转化率为90%，经细致调节，乙烷的转化率可达92%-95%。1999年末，EVC报道了在德国Wihelmshaven年产1000t氯乙烯单体试验半装置的承诺结果。该工艺包括4个部分：氧氯化、分离、直接氯化和加氢。1.在氧氯化工段，气了的和预热的乙烷原料、管道氧、氧氯化扫应器是流化床反应器，催化剂为铜、钾、铈载于粒径为90微米的氧化铝上。以乙烷计，转化率为90%；以氧计，转化率为98.8%；以二氯乙烷计54.6%。主产品为VCM，副产品为二氯乙烯、水、二氧化碳和其它氧化烃。用发生蒸汽法除去反应热。冷却反应器出来的反应物，在热交换中产生蒸
15、汽。2.在分离工段，反应器产物先进行脱气和干燥，在轻馏塔除去的轻馏分，供直接氯化使用。轻馏塔塔底馏出物送至氯乙烯塔回收氯乙烯。氯乙烯与固体片状NaOH接触，并在冷却前除去微量氯乙氢，并收集在氯乙烯罐。氯乙烯塔的塔底馏出物关至加氢工段。3.在直接氯化工段，从分离工段来的轻馏份送至氯化反应器，以便与氧氯化反应中生成的乙烯生成更多二氧乙烷。氯化反应器是塔型高温氯化反应器，在氯化铁催化剂存在下操作。用气化反应器产品的方法除去反应热。用发生蒸汽的方法部分冷凝气相物料。液体物料循环回氯化反应器，气固分离。压缩气体物料并送至回流塔，以除去轻质馏分和重质馏分。富二氯乙烷的物料从回流塔排出并循环至氧氯化反应器。
16、4.加氢工段，从氯乙烯单体工段出来的不饱和物通过把催化剂在一定温度和压力下加氢饱和。加氢反应器的反应物冷却后进相分离，富氢物料循环。液体物料在串联塔内蒸馏，分离1，1-二氯乙烷、重馏出物、氯仿和四氯化物及富二氯乙烷物料。富二氯乙烷物料和1，1-二氯乙烷循环至氧氯化反应器，重馏出物去三处理，氯仿和四氯化物可以作为副产品以减少成本。乙炔法：我国仍以乙炔法路线为主。我国的VCM生产技术主要致力于对乙炔法工艺进行改进，集中于改进传统生产工艺、解决汞催化剂污染、回收利用VCM尾气、降低能耗及节省资源等方面。针对目前的电石法煤制乙炔传统工艺的不足，太原理工大学等单位合作开发成功具有自主知识产权的由煤粉直接
17、制取乙炔的等离子体工艺技术，该工艺能耗低、流程简单，适于生产的连续化和大型化，基本可以实现对环境的零排放，是一条煤洁净高效生产乙炔的新途径。目前该技术距大规模工业化应用已为期不远。为克服乙炔法工艺中氯化汞-活性炭催化剂消耗大、氯化汞挥发腐蚀性大的问题，石家庄科创助剂有限公司开发了新型的汞-分子筛催化剂，中试验证结果表明，在乙炔:氯化氢=51:56条件下，该新型催化剂的转化率和选择性分别为95.5%和98.2%，均优于传统催化剂88.4%和94.0%的水平。且该催化剂损失仅为6.5%，远小于传统催化剂32%的水平。在全凝器和精馏塔尾气的回收利用方面，国内主要采用活性炭吸附、溶剂吸收、膜法回收以及
18、活性炭纤维吸附等改进方法，基本可以将尾气中的VCM及乙炔全部回收再利用。例如，大连欧科膜技术工程有限公司开发的有机蒸汽膜法VCM精馏尾气回收技术，该技术用于沈阳化工股份有限公司3万t/a PVC扩产装置，VCM回收率达到90%95%，乙炔回收率达89.01%，尾气中VCM质量分数降至0.5%2.0%，投资回收期仅为612个月；四川天一科技股份有限公司开发的变压吸附（PSA）技术净化VCM尾气及回收VCM和乙炔新工艺于2004年在太化集团实现工业化应用；成都华西化工研究所与西安西化热电化工有限责任公司合作开发的回收精馏尾气VCM工艺，已用于西化公司5.5万t/a的 PVC工业化装置。河北中环环保
19、设备有限公司开发的活性炭纤维吸附氯乙烯尾气技术由传统的5个工序简化为2个工序，大幅度降低了投资和运行费用，改善了吸附性能，提高了吸附容量，吸附周期由原来的14h缩短至35min。目前，国内乙炔法采用的VCM转化器平均单台产能为15001800t/a，转化器直径为24003000mm，由于 VCM生产规模不断扩大，现有转化器的设计产能已不适应发展的需要，与国外单台产能为 8500t/a的大型转化器相比有较大差距，为此，大型转化器的开发引起人们的关注。从全球VCM生产技术现状和发展趋势看，乙烯法制VCM仍居主导地位。在富含乙烷天然气资源的地区乙烷法更有发展前景。乙炔法在国外虽已退出VCM生产领域，
20、但近期乙烯价格的上涨，又给乙炔法的发展提供了新的机遇，我国仍以乙炔路线为主。因为98%的VCM都用来生产PVC，所以氯乙烯（VCM）生产工艺不断发展，也推动了PVC工业的发展。1.2.2 PVC糊树脂的生产工艺目前，工业上聚氯乙烯糊树脂的生产方法主要有乳液种子聚合法、乳液连续聚合法和微悬浮聚合法3种方法。乳液种子聚合法：将配方要求的软水加入到聚合釜中，然后按顺序向反映釜中加入起始的乳化剂，用氢氧化钠溶液调节水相的pH值为9.5-10.5，加入引发剂。将反应釜内压力抽至0.057MPa，开启单体加料阀，按配方加入起始单体，升温反应约1小时，回收单体，然后将反应釜内放空阀打开使釜内达到常压，向反应
21、釜内加入要求量的乳化剂和聚氧乙烯蓖麻油，搅拌15分钟即得到PVC糊树脂。微悬浮聚合法：微悬浮聚合法就是使用油溶性引发剂，在乳化剂中分散，稳定的细小氯乙烯单体液滴引发聚合，生成适当粒径的聚氯乙烯乳胶的方法。 用氮气置换釜内空气，将经由过滤器过滤的无离子水用泵打入聚合釜中，将溶解好的聚乙烯溶液经过滤用泵打入反应釜策中，同时将引发剂及单体氯乙烯经计量加入釜中，启动搅拌，升温至聚合温度50-60然后用5水冷却，压力由0.71.0MPa下降至0.3-0.45MPa出料。未反应的氯乙烯经泡沫捕集器回收分离，聚合物和悬浮液送至碱处理。离心机过滤，再经洗涤可得含水量15左右的聚氯乙烯糊树脂。 乳液连续聚合法
22、：乳液连续聚合法是在聚乙烯的增溶胶束存在下，单体在乳化水溶液中经过引发形成活性基团而聚合，在生成的胚乳颗粒中，只要增长链未终止或有活性基团存在，聚合反应就一直会进行下去。在连续聚合反应过程中，聚合需要的氯乙烯来自活性基团，已生成的胶乳微粒被大量的拥有亲水基团的乳化剂包围，处于非常稳定的状态。这其中又可分为连续法与间歇法，间歇聚合法为一次或分批加料，一次出料，而连续聚合法为连续等量加料，连续出料。连续聚合法具有劳动生产率高、聚合釜的时空收率高、产品质量稳定和能耗低等特点，尤其是劳动生产率高，这是包括微悬浮聚合法在内的一切间歇式工艺路线都无法与之相比的优点。无论是间歇聚合的方法或连续聚合的方法，都
23、能生产出具有良好糊性能的产品，都可以用于氯乙烯糊树脂的各个领域，只不过工艺各有特点，产品各有专门用途而已。1.3总结 PVC糊树脂工业的发展，提供了仅经加热就变为聚氯乙烯制品的一种新型的液态材料。该种液态材料配制方便、性能稳定、易控制、使用方便、制品性能优良、化学稳定性好，具有一定的机械强度、易着色、价格便宜等，因此应用广泛。发展 PVC糊树脂工业，导致开发了一代新的加工方法和新产品，这类新加工方法所需设备少、工艺流程简单、占地面积小、一次性投资少，因而出现了一大批新的加工厂。此外还带动了其他行业的发展，如服装业、制鞋业等，同时促进了机械制造及其配套的工业和化学助剂等的发展。另外 ，随着钢铁工
24、业的发展，薄钢板(厚度感0.7rn m)表面涂层产品也随之得到发展，产品已广泛用在建筑业，如户外墙板、瓦楞板、门窗等;家用电器，如电冰箱、洗衣机、汽车业外壳，国外已发展到小轿车外壳、石油化工装置上。因而这是一种很有发展前途的产品，彩色钢板所用涂料除了高档的聚氨醋和丙烯酸醋类外，大量使用的是价格低廉的乳液聚氯乙烯(EPVC)，目前专用的EPVC牌号全靠进口。随着彩色钢板业的发展，PVC糊树脂需求量将会大增，PVC糊树脂行业将大有潜力。第二章 设计方案的选择氯乙烯（VCM）是生产聚氯乙烯的单体，其早期的生产方法是采用电石为原料的乙炔法路线，即电石水解生成乙炔，乙炔与氯化氢反应生成VCM。随着VCM
25、生产工艺的发展，乙炔法已经被先进的乙烯法路线所取代，目前乙烯法已经占到VCM生产工艺的93%。该法首先由乙烯经氧氯化或直接氯化法制得二氯乙烷(EDC)，EDC再热解制得VCM。近年来，欧洲乙烯基公司（EVC）又开发成功以乙烷为原料的VCM工艺路线。即以乙烷为原料，经氧氯化催化合成氯乙烯，该合成路线也是制备VCM非常有应用前景的一种工艺路线。但是乙炔法和乙烷法这些先进的生产工艺只在发达国家应用较为广泛，在我国仍是主要以乙炔法来合成氯乙烯单体，并且近年来由于石油涨价导致乙烯涨价，又给乙炔法合成氯乙烯单体带来了新的机遇，所以乙炔法合成氯乙烯单体在我国的氯乙烯单体合成中仍是占有较大的比例。所以本设计采
26、用乙炔法路来合成氯乙烯单体，经乙炔和HCL的混合脱水、合成、水洗碱洗、精馏得到合格的氯乙烯单体，以供后续的PVC糊树脂合成。现在我国的氯乙烯单体生产技术主要致力于对乙炔法工艺进行改进，集中于改进传统生产工艺、解决汞催化剂污染、回收利用VCM尾气、降低能耗及节省资源等方面。本设计也致力于对传统工艺的改进，特别是对精馏工序的工艺改进，如外置低沸塔塔顶冷凝器，取消了低沸塔精馏段，这样既可以减少消耗，也可以增加低沸塔的稳定性，同是还可以提高氯乙烯的质量;低沸塔位差进料改为强制压差进料，老工艺中，进料量随全凝器冷凝液变化而弯化，偶尔发生全凝器、尾气冷凝器之间的压力变化，这会导致冷凝液下料量波动，造成低沸
27、塔的进料量不平稳，使低沸塔控制发生波动,低沸塔进料改为泵输送强制进料后，在进入低沸塔的物料量相对平稳的前提下实现水分离器的液位缓慢调节，以此控制进入低沸塔的流量，控制水分离器液位保持在一定范围内，以保证低沸塔的平稳控制，达到精馏的目的; 高沸塔内回流改为强制外回流，这样可以增加了流量检测及流量调节控制阀，并采用多参数调节控制，操作人员能直观地了解回流量，可方便地控制高沸塔的运行,以达到优化传统工艺的目的。从而最终达到降低生产成本，提高氯乙烯的产品质量。第三章 工艺流程设计3.1混合脱水工序的工艺设计乙炔气、HCL气体按一定的配比（HCL过量）进入混合器进行混合，混合过程中由于混合气体中含有的水
28、会有部分冷凝下来，所以混合器下有分离器，用来接收冷凝下的水（其中含有少量的HCL，形成稀酸），分离器中的稀酸采用间歇排放的方法排入冷凝酸槽。由混合器出来的混合气体在惰性气体N2的保护下进两级石墨冷却器，以便除去其中的大量的水，之所以采用两级石墨冷却器进行脱水，就是要尽可能地除去混合气体中的大量的水分，石墨冷却器采用-35水进行冷却，所冷凝下来的水（含少量HCL）也排入冷凝酸槽。之后，由石墨冷却器出来的混合气体再进入两级除雾器，进一步脱除其中的残留的水分，让混合气体中的水分降到所要求的水分之下，除雾器也同样是采用-35水来进行冷凝，冷凝下来的水（含少量HCL）先进入分离器，再从分离器间歇排入冷凝
29、酸槽。3.2 合成工序的工艺设计由混合脱水工序过来的乙炔和HCL的混合气体进入预热器，先让混合气体预热到一定的温度，以便后面的转化反应。从预热器中出来的混合气体再进入5台串联的转化器，第一台转化器内置汞催化剂，其余的后面4台转化器可以通过混合气体先与汞催化剂混合再进入转化器进行反应。转化器通过热水来调节一定的转化反应温度。此外，有N2管道输送N2进入转化器，使得转化反应能在惰性气体N2的保护下进行，以保证安全和使副反应减少，从转化器出来的混合气体中含有的废触媒通过触媒分离器进行分离回收，以减少成本，并可以减少后面净化的压力，同时可以减少对环境的污染。由转化器过来的VCM混合气体再进入除汞器，进
30、一步除去其中含有的汞催化剂，为后面的净化精馏做相应的准备。3.3 水洗碱洗工序的工艺设计由合成工序过来的粗氯乙烯进入两级水洗塔，通过水洗来尽可能地除去其中的HC L，之所以采用两级水洗塔，也即是为了尽可能多地除去其中的HCL。水洗时，采用稀酸循环的方法，混合脱水序中的冷凝酸槽中的稀酸及补加水进入稀酸循环槽，稀酸循环槽中的稀酸通过酸循环泵打入冷凝器，采用-5水冷凝后再进入水洗塔，以尽可能多地除去其中的HCL，除去的HCL加上进入的稀酸再通过水封进入稀酸循环槽，在这里用水封是防止气体进循环槽，保证生产安全。当然，由稀酸循环槽通过酸泵打出的稀酸也有一部分送至售酸工序，以减少酸的排放，节约成本。从水洗
31、塔出来的混合气体再进两级碱洗塔，通过HCL与NaOH的中各反应除去混合气体中的HCL。所用原理与水洗塔基本相同，即补加碱液进入碱循环槽，再通过碱泵打出进入碱洗塔进洗涤作用，回来的废碱液再通过碱泵打出排出。从碱洗塔出来的混合气体基本不含HCL，出来的混合气体再通过水封进入气柜。3.4 精馏工序的工艺设计由压缩过来的混合气体中仍含有乙炔气体以及其它的低沸物与高沸物，必须通过进一步地清除才可能使氯乙烯的纯度达到要求。由压缩过来的混合气体进入全凝器，采用5水进行冷凝，使其中的氯乙烯冷凝，冷凝的VCM进入水分离器，未冷凝的气体进入尾气冷凝器，进行再次冷凝，冷凝物再进入水分离器。水分离器中冷凝物分离水分后
32、的VCM液体单体通过单体泵加压输送至低沸塔，以通过热蒸汽除去其中的低沸物，塔顶蒸出的气相物进入塔顶冷凝器，采用5水冷凝，冷凝物再返回进入水分离器，未冷凝的气体进入尾气冷凝器，尾气冷凝器中的未冷凝的气体进入尾气回收系统。低沸塔塔釜液进入中间缓冲槽，经调节阀调节控制减压进入高沸塔，在高沸塔中除去高沸物，高沸塔塔顶蒸出的精氯乙烯气体进入成品冷凝器，冷凝液经固碱干燥器后采用固碱吸收VCM液相中的水分再进单体暂贮槽，部分的VCM经单体泵加压输送返回高沸塔精馏段作为回流液，剩下的VCM经单体泵输送至聚合工序。第四章 仪表控制设计4.1混合脱水工序的仪表控制设计在乙炔气体和HCL气体进入混合器的管道上分别安
33、装了温度指示仪表，压力指示仪表，为模拟信号集中控制仪表。另外，在这两段的输入管道上还安装了流量记录累积仪表，以记录通过的流量，也为模拟信号集中控制仪表。从混合器出来至除雾器出口段的主物料管道上，每隔一段设置温度指示仪表以及压力指示仪表，以及时了解物料管道的温度和压力，为仪表盘（控制室）。在混合器出来的管道上安装温度指示报警仪表，为模拟信号集中控制仪表，以及时控制温度。另外，石墨冷却器的-35水的进流量通过石墨冷却器中的液位来控制。此外，在除雾器出料管道上也安装温度指示的模拟信号集中控制仪表，以及时了解温度。4.2合成工序的仪表控制设计在预热器的进料口和出料口分别设置压力指示仪表和温度指示报警仪
34、表，以及时控制压力和温度，都为模拟信号集中控制仪表。此工序的主物料线上也是每隔一段即设置温度指示仪表和压力指示仪表，都为模拟信号集中控制仪表，以及时了解主物料管道的温度和压力（包括除汞器的进料管及出料管）。转化器上安有温度指示仪表，为模拟信号集中控制仪表，以及时控制转化器的温度，此外，在转化器的进料管和出料管道上分别安装有压力指示仪表和压力指示报警仪表，以及时了解这段管道的压力。4.3水洗碱洗工序的仪表控制设计此工序中的主物料线及辅助物料线上每隔一段即设置压力指示仪表及温度指示仪表，以及时了解管道的温度及压力。这些仪表都为模拟信号集中控制仪表。在水洗塔、碱洗塔、稀酸循环槽上都有液位指示仪表，以
35、及时显示这些设备中的液位清况，都为模拟信号集中控制仪表。酸泵及碱泵都设置有压力指示仪表，为就地仪表。4.4 精馏工序的仪表控制设计同以上的几个工序，此工序的主物料线上也是隔一段就设置集中控制的温度指示及压力指示仪表。水分离器及中间槽设置液位指示仪表，低沸塔、高沸塔进料管道设置流量指示仪表。再沸器的热水进口及回水管道也设置流量指示仪表，这些仪表均为模拟信号集中控制仪表，以及时控制相应的参数。单体泵上设置压力指示仪表，为就地仪表。4.5热水槽的仪表控制设计热水槽上设置温度指示仪表，液位指示仪表，出水管道上设置温度指示仪表及压力指示仪表，以及时控制这些设备管道的数据，这些仪表均为模拟信号集中控制仪表
36、。在电机泵上设置压力指示仪表，为就地仪表。第五章 工艺设计计算5.1物料衡算5.1.1 总的物料平衡（物料衡算总流程图）加触媒8.5t/a合成工序稀酸29.41t/a进入水洗碱洗工序HCL7400t/a乙炔5000t/a混合脱水工序12.4t/a18.55t/a触媒8.49t/a15.52t/a尾气及其他杂物259.04t/a稀酸（约15%）3600t/a废碱液115.49t/a补加水3060t/a补加碱液80t/a19.01t/a水洗、碱洗工序精馏工序VCM 11500t/a乙炔及其它杂物99.25t/a尾气及其他杂物259.04t/a 5.1.2 总物料平衡计算设HCI与乙炔反应的转化率为
37、98%，结合VCM转化成糊树脂的情况，要年产10000吨PVC糊树脂每年约要11500吨的VCM，而每年生成11500吨的约要乙炔原料气5000吨，在反应开始加入HCL与乙炔时，一般HCL过量，而且根据参考文献，HCL与乙炔的加入量的摩尔比约为1.05:1,取HCL与乙炔的摩尔比为1.05:1，则所要的HCL量为：取HCL的量为7400吨，此时，根据齐化集团有限公司生成PVC糊树脂的配方，年产10000吨PVC糊树脂中氯乙烯合成每年约需要汞催化剂8.5万吨。此外，每年约需要加水3060吨，加入质量分数约为15%的碱液80吨，每年约出酸（约15%）3600吨，排出废碱液量为115.49吨。触媒催
38、化剂按0.15%的损失计算，则每年回收的量为：整个氯乙烯合成部分最终排出的尾气和低沸物、高沸物的总和为259.04t。氯乙烯合成部分是由混合脱水工序、合成工序、水洗碱洗工序以及精馏工序组成，这四个部分的损失分别设为0.1%、0.15%、0.1%、0.15%，则氯乙烯合成部分的总损失量为：所以氯乙烯合成部分的总的物料衡算式为：即整个氯乙烯合成部分的物料平衡。5.1.3混合脱水工序的物料平衡混合脱水工序的物料平衡图12.4t/a乙炔5000t/aHCL7388.19t/a混合脱水工序稀酸29.41t/aHCL7400t/a乙炔4970t/a稀酸5.1.4混合脱水工序的物料平衡计算加入的乙炔量为50
39、00t/a，加入的HCL量为7400t/a,则设乙炔工序关过来的乙炔中含水0.5%,并且在混合脱水工序除去所有的水份，则除去的水份为：5000t/a0.5%=25t/a设此工序中得到的冷凝酸槽中的稀酸的质量分数约为15%，则带走的HCL的量为：则冷凝酸槽中的稀酸的量为29.41吨，此时稀酸的质量分为数为：设此工序的损失量为0.1%,则此工序的损失量为：由上可得进入下一工序的各种物质的数量分别为：HCL：乙炔：则混合脱水工序的物料平衡计算式为：即整个混合脱水工序的物料平衡。5.1.5合成工序的物料平衡合成工序的物料平衡图触媒8.5t/a18.55t/a VCM11690.60t/aHCL7388
40、.19t/a合成工序HCL549.80t/a乙炔4970t/a乙炔及其它杂物99.25t/a触媒8.49t/a5.1.6合成工序的物料平衡计算从混合脱水工序过来的HCL的量为7388.19t/a,乙炔的量为4970t/a，加入的汞催化剂的量为8.5t/a。设此工序的损失为0.15%,则损失量为：又由于反应中HCL过量，所以生成的氯乙烯由乙炔来计算，反应的转化率为98%，则所得的氯乙烯的量为：而反应的HCL的量为：即剩余的HCL的量为：剩余乙炔及其它杂物的量为：剩余触媒的量为：则合成工序的物料平衡计算式为：即整个合成工序的物料平衡。5.1.7水洗、碱洗工序物料平衡水洗碱洗工序物料平衡图稀酸29.
41、41t/a15.52t/a补加碱液80t/aVCM11690.60t/aVCM11678.90t/a水洗、碱洗工序补加水3060t/a稀酸（约15%）3600t/a废碱液115.49t/aHCL549.80t/a乙炔及其它杂物99.25t/a乙炔及其它杂物99.15t/a5.1.8水洗碱洗工序物料平衡计算从合成工序过来的氯乙烯的量为11690.60t/a,过来的乙炔及其它杂物的量为99.25t/a，过来的HCL的量为549.80t/a。另外，从混合脱水工序中冷凝酸槽过来的稀酸有29.41t/a。还有就是在工序中要补加水和碱液，补加的水为3060t/a，补加的碱液为80t/a（质量分数约为15%
42、）。设此工序的损失量为0.1%,则损失的量为：则经过此工序，除去损失，剩下的VCM的量为：剩下的乙炔及其它杂物的量为：设水洗碱洗过程中两级水洗塔吸收混合气体中的98%的HCL，而过来的HCL的量为：则水洗过程洗去的HCL的量为：水洗过程生成的稀酸去售酸工序，设生成的稀酸的质量分数约为15%，则每年的出酸量为：取每年出酸3600t/a，则最终所送去售酸工序的稀酸的浓度为：除水洗以外，剩下的HCL由碱液（质量分数约为15%）除去，由碱液除去的HCL的量为：由 可以得到除去11.08t/a HCL要约12.4t/a的NaOH，所以需碱液的量为：取每年加入碱液80t,此时碱液中含有NaOH的质量分数为
43、：又因为排出稀酸3600吨，稀酸的质量分数为15.09%,则需水量为：取每年补加水3060t而由平衡，每年排出的废碱液的量为115.49t则水洗碱洗工序物料平衡计算式为：即整个水洗碱洗工序的物料平衡。5.1.9 精馏工序的物料平衡精馏工序的物料平衡图19.01t/a尾气及其他杂物259.04t/aVCM11678.90t/a精馏工序乙炔及其它杂物99.25t/aVCM 11500t/a5.1.10精馏工序的物料平衡计算从水洗碱洗工序经气柜，压缩机过来的氯乙烯的量为11678.90t/a，过来的乙炔及其它杂物的量为99.15t/a.设此精馏工序的损失为0.15%，则精馏工序的损失量为：则损失后剩
44、余的VCM的量为：损失后剩余的乙炔及其它杂物的量为：设在剩余的VCM的11661.38t中，其中有151.38t的VCM气体无法冷凝，进入尾气冷凝器，再进入尾气回收工序，而乙炔及其它杂物中的乙炔气体无法冷凝，也进入尾气冷凝器，再进入尾气回收工序，乙炔及其它杂物中的低沸物、高沸物将在低沸塔、高沸塔中依次除去，最终排放。尾气及排出的低沸物、高沸物的总和为259.04t。最终排出的成品氯乙烯为11500t/a，则精馏工序的物料平衡计算式为：即整个精馏工序的物料平衡。5.2 设备工艺计算设备工艺计算是在确定了设备的操场作工艺参数及进行了物料衡算的基础上进得的。其内容主要是确定设备的类型、规格、主要工艺
45、尺寸、设备台数等，其目的是为设备机械设计、车间平面布置、配管设计等提供设计依据。化工设备是进行化工生产过程的物质基础，它对装置的生产能力、操作过程的稳定性和可靠性、产品的质量等都起着重要的作用，因此设备工艺计算时工艺设计中的重要环节。设备选型与设计应遵循如下原则：（1）合理性，设备必须满足工艺设计的一般要求，设备要与工艺流程、生产规模、操作条件、控制水平等相适应，同时又能充分发挥每个设备的生产能力。在设计中特别要注意各设备之间生产能力和操作方式的协调关系，防止在整个生产装置中的某个设备必出现瓶劲现象。（2）先进性，设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、生产效率等要尽可能达到先进水平。工人在操作
46、时劳动强度小，便于操作。（3）安全性，生产过程稳定，有一定的弹性。（4）经济性，设备投资费用和操作费用要低。设备易于加工、维修及更新，而且没有特殊的维护要求，对建筑地基和厂房等无苛刻要求。5.2.1转化器的计算从混合脱水工序经预热器过来进入转化器中的混合物的总质量为（包括汞催化剂的加入量，并且假设预热器无损失）：再假设每年开工335天，则每水时进入转化器的量为：由于汞催化剂（）的量少，在求混合气体的密度时不算入内，则：则HCL的体积在混合气体中的体积分数为： 乙炔的体积在混合气体中的体积分数为：又则混合气体的平均分子量为：混合气体进入转化器的压强为152000，温度为150（423.15K）。由公式其中，为混合物的密度，； 为混合物的压强，； 为混合物的平均分子量， 则，设定物料的平均停留时间为0.015h，生产为连续生产，并且设定反应器的装料系数。由公式 其中，为反应液体积，； 为每小时处理物料量，； 为物料平均停留时间，； 为物料的密度，。则，所以根据装料系数最终的反应器的体积为：式中为最终反应器的体积。取反应器的长径比为，封头为球面封头，则由公式 其中，D为反应器的直径，。 H为反应器的直边高度，。则由，取反应器的直径为2500，则直边高度H为：则所选用的反应器的最终体积为：反应器的大小为，工艺中取5个相同大小的反应器，5个反应器串联而
