氯乙烯精馏工段高沸塔课程设计.doc

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1、湘潭大学化工学院专业课程设计说明书题 目：10万吨/年氯乙烯精馏工段高沸塔（低沸塔）的设计专 业： 化学工程与工艺 学 号： 2008650607 姓 名： 李文君 指导教师： 易争明 完成日期： 2012年2月28日 目 录2前 言5氯乙烯是聚氯乙烯单体，是塑料工业的重要生产原料，是我国重要的有机化工产品，是世界上最重要化工产品之一。5第一章 绪 论61.1氯乙烯在国民经济的地位和作用61.2氯乙烯工业的发展及前景61.3 氯乙烯的生成方法71.3.1 电石乙炔法71.3.2 平衡氧氯化法81.3.3乙烯氧氯化法81.3.4乙烯乙炔法101.4 精馏原理101.4.1精馏的原理相关101.4

2、.2VCM精馏形式121.4.3精馏塔主要控制参数对产品质量的影响121.5氯乙烯的性质131.5.1物理性质131.5.2化学性质15第二章 工艺计算及主要设备设计152.1物料衡算的计算152.1.1物性数据152.1.2精馏塔物料平衡及热量恒算计算162.2塔和塔板主要工艺尺寸计算182.2.1理论板的确定182.2.2实际塔板数的确定192.2.3回流比的确定212.3塔的工艺条件及物性数据计算212.3.1精馏段物性数据计算212.3.2 提馏段的物性计算242.3.3精馏段工艺条件的计算262.3.4 塔板流体力学校核282.3.5 塔板负荷性能图292.3.6 塔板流体力学校核3

3、12.3.7塔板负荷性能图332.4 工艺流程说明35第三章、塔及其附属设备的选型353.1 塔顶冷凝器的设计与选型353.2 塔底再沸器的选型363.3 泵的选型363.4 除沫器36湘潭大学化工学院专业课程设计任务书设计题目： 10万吨/年氯乙烯精馏工段高沸塔的设计 学号： 2008650607 姓名：李文君 专业： 化学工程与工艺 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求生产任务： 装置年产10万砘氯乙烯，年运行时间330天，合计7920小时，每小时生产能力12.63砘。出口指标：氯乙烯液体；出口温度：2030；出口压力：0.250.35MPa成分（质量比）：C2H3Cl99.99%

4、；C2H25 ppm；高沸物20 ppm；H2O200 ppm 二、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研2011.1.102011.1.132制定设计方案、设计计算2011.1.132011.1.173核算、修改2011.1.172011.1.194绘图2011.1.192011.1.23 主要参考文献：1 颜华，任康斌. 24 万ta氯乙烯精馏装置湿式氯乙烯空气冷却器运行总结J. 聚氯乙烯，2006, 20(6):10-13. 2 李群生，皮耀，张泽廷. 高效导向筛板在26 万t/ a PVC高/低沸塔精馏中的应用J，聚氯乙烯， 2006, 4(6):20-23. 3 杨国恒

5、，彭昌军，何秉忠. 氯乙烯精馏塔的计算J. 武汉化工学院学报，1999，124 陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋. 化工原理M. 北京：化工工业出版社，1999.5 黄璐，王保国. 化工设计M. 北京：化工工业出版社，2000.前 言 氯乙烯是聚氯乙烯单体，是塑料工业的重要生产原料，是我国重要的有机化工产品，是世界上最重要化工产品之一。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

6、的发展。市场经济的大蓬勃发展正在推动着我国聚氯乙烯工业的发展，作为氯碱工业的支柱产业聚氯乙烯工业正在推动着一些相关产业的发展。聚氯乙烯历史上曾经是使用量最大的塑料，现在某些领域上已被聚乙烯、PET所代替，但仍然在大量使用，其消耗量仅次于聚乙烯和聚丙烯。近几年来，国内PVC生产装置规模水平虽在不断提高，但与国外的PVC平均装置规模为15-20万吨每年及最大装置规模在100万吨每年以上相比仍明显的落后。“十二五”期间国家出台一系列的政策，针对高耗能和高污染行业进行清理整顿，我国氯乙烯生产技术将进一步提高。随着石油工业的迅速发展，氯乙烯工艺也随之突飞猛进，竞争也日益激烈，“十二五”期间中国的氯乙烯生

7、产 规模，成本，节能，环保的工艺成为核心企业具有强竞争力的重要资本。在未来的氯乙烯生产中自动化和环保技术会成为企业发展的优越条件。当然有一部分没有先进环保，节能，自动化度高的企业会淘汰，电石生产法在我国经济、技术已经无法达到满足，不在符合中国国情，进行技术开发和改革是生产氯乙烯的必然选择。对氯乙烯精馏工艺的设计对氯乙烯生产有着至关重要的作用，也是进行技术研发和创新的关键之处。第一章 绪 论1.1氯乙烯在国民经济的地位和作用氯乙烯在常温常压下为无色气体，具有微甜，其分子内包含双键，工业上氯乙烯以液态运输，不允许人体直接接触，属OSHA管制物质。氯乙烯是重要的有机化工产品，它的主要用途是生产聚氯乙

8、烯。在我国氯乙烯树脂更是经历了从无到有，由少到多的历程。聚氯乙烯树脂是我国五大基础树脂之一，我国由于经济的持续高涨，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。市场经济的大蓬勃发展正在推动着我国聚氯乙烯工业的发展，作为氯碱工业的支柱产业聚氯乙烯工业正在推动着一些相关产业的发展。由于聚氯乙烯优异的性能，成本低，在许多领域代替了木材和钢铁。我国由于建筑行业的活跃，聚氯乙烯的消费正在蓬勃发展，而我国不能满足全部的需求。在“十一五

9、”期间，我国国民经济的发展西部大开发都给聚氯乙烯的发展带来了新机遇，发展建筑业、农业、信息业、快城市化进程和市政工程建设、保护生态环境、改善和提高人民生活质量、走可持续发展的道路都需要大量的乙烯制品。聚氯乙烯历史上曾经是使用量最大的塑料，现在某些领域上以被聚乙烯、PET所代替，但仍然在大量使用，其消耗量仅次于聚乙烯和聚丙烯。聚氯乙烯制品形式十分丰富，可分为硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚氯乙烯糊三大类。硬聚氯乙烯主要用于管材、门窗型材、片材等挤出产品，以及管接头、电气零件等注塑件和挤出吹型的瓶类产品，它们约占聚氯乙烯65%以上的消耗。软聚氯乙烯主要用于压延片、汽车内饰品、手袋、薄膜、标签、电线电缆、

10、医用制品等。聚聚氯乙烯糊约占聚氯乙烯制品的10%，主要用于产品有搪塑制品等。1.2氯乙烯工业的发展及前景氯乙烯是制备聚氯乙烯及其共聚物的单体。也常称为氯乙烯单体（VCM），在世界上是与乙烯和氢氧化钠等并列的最重要的化工产品之一。氯乙烯的合成始于1835年，由法国化学家Regnault用氢氧化钾的乙醇溶液将二氯乙烷脱氯化氢制得，并于1838年观察到了它的聚合体，这次的发现被认为是PVC的开端。1902年，Biltz将1，2-二氯乙烷进行热分解也制得氯乙烯，但当时由于聚合物的科学和生产技术尚不成熟，他的发现没有导致工业生产的结束。Klatte于1912年通过乙炔与氯化氢的催化加成反应制得了氯乙烯，

11、成为工业上氯乙烯合成的最初工艺，但在沿用将近30多年后，由于乙炔生产的高能耗而逐渐趋于淘汰。从1940年起，氯乙烯的生产原料，乙炔开始被乙烯部分取代，首先将乙烯直接氯化成1，2-二氯乙烷（EDC），再加以热裂解制得氯乙烯，裂解产生的氯化氢仍被用在乙炔-氯化氢法中。1955-1958年，美国的化学公司研究的大规模乙烯氧氯化法制备1，2-二氯乙烷取得成功。至此以后，乙烷全部取代乙炔成为制备氯乙烯的原料。至目前为止，大多数工厂都采用乙烯直接氯化（DC）和乙烯氧氯化（OXY）制备1，2-二氯乙烷（EDC），再将EDC加以热裂解得到氯乙烯单体（VCM）的联合切平衡的DC-EDC-OXY-EDC-VCM法

12、来制备氯乙烯。联合平衡法充分利用廉价的原料，基本上不生成副产物，目前西方世界90%以上的氯乙烯产量是用该法生产的。我国从50年代开始研究和生产聚氯乙烯，1953年由沈阳化工研究院和北京化工研究院开始小试，1956年小试成功，并在锦西建立了第一个生产厂家。我国的乙烯产量1990年为77.7万吨。当前仍以电石乙炔为主，使用乙烯的厂家很少。1977年北京化工二厂引进B.F.Goodrich技术，建成年产8万吨乙烯氧氯化法装置，随后有山东齐鲁石化公司和上海氯碱总厂的氧氯化法装置投产。化学工业部北京化工厂研究院开展了空气法流化床氧氯化技术及其催化剂的研究，中国科学院兰州化学物理所对乙烯氧氯化法工艺进行了

13、进一步的研究，锦西化工研究院对氧氯化固定床催化剂研究。与此同时北京化工二厂、齐鲁石化公司的厂家对技术进行了深入剖析，对装置提出改进方案，经实施后均得到满意的效果。由于我国经济的稳定增长，对聚氯乙烯的需求量很大，对原料的需求也逐渐增加。因此氯乙烯的发展前景非常良好。从世界形势看，中东、南美和中国在未来5-8年内对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，需求量的年增长率将达到8%-10%，中东和南美地区对氯乙烯的需求量的年增长率将达到5%以上。1.3 氯乙烯的生成方法1.3.1 电石乙炔法使用乙炔作为原料生产乙烯单体的工艺过程是总所周知的，是将乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯。乙炔转

14、化为氯乙烯的选择性可达99%，副产物是1，1-二氯乙烯、反式二氯乙烷和偏二氯乙烯。在氯化氢中微量的水中导致产生乙醛。如果使用乙炔含有丁二烯，反应后生成的单体中业会含有丁二烯，氯丁二烯，较大量的乙炔等，在聚合时影响树脂的质量。因此，使用纯净的乙炔很重要。此反应可以是气相，也可以是液相反应，工业采用的是气相法，其反应式为：反应式采用列管式，分成两组，催化剂是氯化高汞，载体是活性炭，一般HgCl2的含量是10%到20%。第一组装入使用过的催化剂，第二组装入新催化剂。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。当温度达到200时，会有大量HgCl2升华而使催化剂活性下降；而温度

15、太低时其反应速率太慢。也有使用氯化汞-氯化钡载于活性炭的催化剂，据说该复合催化剂的活性炭和选择性较高，可以减少HgCl2的升华，稳定性得到改善。乙炔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和H2O反应生成，而电石制取耗电大，成本高，存在污染，该法目前逐渐被新工艺取代。目前，国外只有少数公司使用乙炔生产氯乙烯单体，而我国70%的厂家则采用此种方法，因此它具有设备、工艺简单，投资低，能小规模经营的特点。以及我国的电石原料比较丰富，西部地区利用此种优势就地取材来生产氯乙烯还是相对有利的。此外一些获取原料乙烯比较方便的厂家则采用更先进的乙烯氧氯化法来生产。1.3.

16、2 平衡氧氯化法迄今，平衡氧氯化工艺仍是工业化生产氯乙烯单体最先进的技术。在世界范围内，93%的聚氯乙烯树脂都采用平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体经聚合而成；具有反应器大、生产效率高、生产成本低、单体扎制含量少和可连续操作的特点。器主要反应为： 在直接氯化反应中，可使用低温或高温氯化工艺。使用低温氯化工艺的优点是副产物少，但必须使1Kg二氯乙烷中的含量保持在100mg一下，否则如果中间体中氯化铁的浓度过高，会使生产的氯乙烯单体中的杂质含量增高，所以，一般允许的铁含量仅是在生产过程中物料缓慢腐蚀设备和管道所产生很少量的铁。采用高温工艺时，所有与液体接触的设备都需要使用合金材料，尤其是反应器在强湍流条

17、件下会赵成设备腐蚀，在这里加入的铁催化剂是溶解在二氯乙烷中的无水氯化铁。与低温工艺相比，高温工艺也有其优越性，生产出的二氯乙烷一般不需要水洗脱除铁和共沸物进行干燥。此外，由于二氯乙烷形成的热是蒸发热的6倍，所以，沸腾发生器借助本身热量，靠反应热产生的蒸汽操作分馏塔，净化直接氯化产品；干燥氧氯化二氯乙烷并可以从裂解段回收未转化的二氯乙烷。1.3.3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 （2）二氯乙烷裂解 （3）乙烯氧氯化 主、副反应（1）乙烯直接氯化部分主反应： 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

18、性溶液存在下的液相反应，溶剂为二氯乙烷。副反应 ： 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）二氯乙烷裂解部分主反应： （此反应是吸热可逆反应。）副反应： 聚氯乙烯（3）乙烯氧氯化部分主反应： （此反应是个强放热反应。）副反应： 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。乙烯液相氯化反应的催化剂常用。假如的主要作用是抑制取代反应，促进乙烯和氯气的加成反应，减少副反应增加氯乙烯的收率。二氯乙烷裂解反应是在高温下进行，不需要催化剂。乙烯氧氯化制二氯乙烷需要在催化剂存在下进行。工业常用催化剂是以V-A1203为载体

19、的催化剂。根据氯化铜催化剂的组成不同，可分为单组分催化剂、双组分催化剂、多组分催化剂。近年来，发展了非铜催化剂。1.3.4乙烯乙炔法 按其生产方法，可分为：1、联合法：联合法即二氯乙烷的脱氯化氢和乙炔的加成结合起来的方法。二氯乙烷裂解的副产物氯化氢，直接用作乙炔加成的原料，这免去了前者处理副产物的麻烦，又可以省去单独建立一套氯化氢合成系统，在经济上比较有利。在联合法中，氯乙烯的合成仍是在单独的设备中进行的，所以需要较大的投资。虽然如此，这种方法仍较以上各种方法合理、经济。2、共轭法（亦称裂解加成一步法）：如上所述，联合法虽然较其它单独生产法合理、经济，但氯乙烯的制备仍在单独的设备中进行，仍需占

20、用很多的设备，所以还不够理想。共轭法就是联合法的基础上进行改进的。此法系同时往一个装有触媒的反应器中加入二氯乙烷和乙炔的混合物，催化热裂解是在230C、压力在4公斤/厘米以下进行，二氯乙烷裂解是生成的氯化氢立即在2050秒钟内和乙炔反应，反应的生成物再经进一步的净制处理，以将杂质出去。共轭法最主要的缺点是很难同时达到两个反应的最适宜条件，因而使乙烯与乙炔的消耗量提高。3、混合气化法：近几年来，在烯炔法的基础上发展了一种十分经济的氯乙烯生产方法-混合气化法。这一方法以石脑油和氯气为原料，只得到氯乙烯产品。故不存在废气的利用和同时生产多种产品的问题，可以小规模并很经济地生产出氯乙烯。这个方法由下列

21、几个过程组成：以石脑油的火焰裂解法制造含有乙炔和乙烯的裂解气；裂解气中的烯乙烯不经分离，直接同氯化氢反应制造氯乙烯；裂解气中的烯乙炔不经分离，直接同氯气反应制造二氯乙烷；将二氯乙烷热裂成氯乙烯和氯化氢，并将氯化氢分离，以便能能够在反应（2）中使用。将从上述过程所得的氯乙烯进行合理的分离。这个方法特别适用于不能得到电石乙炔和乙烯的地区，或者是乙炔和乙烯价格较高的地区。由于乙炔和乙烯不需分离、浓缩和净化，没有副产物。因此，不需添置分离设备。原料可综合利用，不需建立大型石油联合企业。此法的缺点是一次投资费用较大。1.4 精馏原理1.4.1精馏的原理相关 精馏是分离均相液体混合物（溶液或混合液）的一种

22、常用方法，它是利用混合液中各组分在相同的温度、压力下挥发性不同（也称挥发度）的特性，通过多级蒸发和冷凝，从而使混合液中各组分得到分离、提纯的化工单元操作过程。混合液中较难挥发的组分称为难挥发组分，较易挥发的组分称为易挥发组分。精馏依据的基本原理就是溶液的气液平衡关系原理。下面就先简单介绍一下气液平衡关系原理。1-1 纯溶液的饱和蒸汽压：由于分子运动的特性，决定了纯溶液与其上方的蒸汽是动态平衡的关系，蒸汽压是温度的函数，温度越高，饱和蒸汽压越大。1-2. 理想溶液：溶液中不同组分分子之间的吸引力和纯组分分子之间的吸引力完全相同的溶液。真正的理想溶液是不存在的，但由性质基本相似的物质所组成的溶液可

23、看做为理想溶液。1-3. 拉乌尔定律：对于理想溶液，在某一温度下，溶液上方蒸汽中某一组分的分压，等于该组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以该组分在溶液中的摩尔分率。如A和B组成的溶液，则：PA=PAXA，PB=PBXB；PB=PB（1-XA），P总=PA+PB 。1-4 道尔顿分压定律：对于理想气体，某组分的分压等于该组分的摩尔分率乘以气体总压，气体的总压等于各组分的分压之和。如A和B组成的气体，则PA=P总yA，PB=P总yB，P总=PA+PB 。1-5. 挥发度和相对挥发度：气相中某一组分的蒸汽压和它达到平衡的液相中的摩尔分率之比，称为该组分的挥发度，如UA=PA/XA，两个组分之间的挥发度之比

24、，称为相对挥发度，如A和B组成的溶液，则UAB=UA/UB，显然，UAB=PAXB/PBXA，UAB=yAXB/yBXA。用相对挥发度UAB的数值可简明地判断双组分溶液A与B分离的难易程度，当UAB=1时，是恒沸物，是无法分离的，当UAB1或UAB1时能够分离，且越大或越小越容易分离。1-6. 气液平衡相图：（y-x图）：我们利用相对挥发度的公式就能够很容易地推导出双组分溶液的易挥发组分A的气相含量yA与液相含量Xb的关系式：yA= yBXA UAB/ XB= UABXA/1+(UAB-1) XA ，再把它绘制成图，就是气液平衡相图，如下图所示。是一条曲线，也称为平衡线，离对角线越远越易分离，

25、气液平衡相图或公式是精馏塔设计时必不可少的重要依据。气液平衡相图1.4.2VCM精馏形式 前面我们已经介绍了精馏的工艺流程和气液平衡关系的一些基本常识，精馏塔就是利用这些基本常识并结合物料平衡衡算和热量平衡衡算而设计出来的，懂得精馏塔的设计过程对于我们操作好精馏塔肯定会有所帮助，但限于篇幅和时间，我们今后再探讨，现在重点结合现在这套装置进行介绍。一、低沸塔的生产原理我们已经知道了液化后的粗氯乙烯含有低沸点物C2H2、N2、H2等，也含有高沸点物C2H4Cl2、C2H2Cl2、乙醛等，而氯乙烯的沸点位于中间，所以要用两个塔来进行分离，先用低沸塔把低沸物分离出去，再用高沸塔把高沸物分离出去，才能得

26、到较纯净的精氯乙烯。低沸塔及配套设备有低沸塔塔体、塔底再沸器，塔顶冷凝器，低塔回流罐，低塔回流泵组成，塔体内径1.2m，高约20m，塔板数32块，进料板为塔顶往下数第3块板，进料板以上称为精馏段，有2块板，进料板以下称为提馏段，有29块板，每块塔板上有降液管和径向侧导喷射塔盘（专利技术），塔底再沸器通过热水加热使釜液沸腾汽化，产生上升的蒸汽，进料液（粗氯乙烯）和回流液沿着塔板一块一块向下流动，在塔板上气相在液相中鼓泡分散，充分接触，部分蒸汽冷凝，放出的热量又使部分液体汽化，冷凝时乙炔（易挥发组分）冷凝少些，氯乙烯和高沸物冷凝多些，相反汽化时乙炔（易挥发组分）气化多些，氯乙烯和高沸物气化少些，每

27、块板都一样，这样蒸汽每经过一块板，乙炔含量就增大一次，到塔顶时就几乎是纯乙炔了，塔顶冷凝器也相当于一块塔板，相当于用水使部分蒸汽间接冷凝而非用板上液层，向下流的液体每经过一块板，乙炔（易挥发组分）含量就减少一次，到塔底时就几乎全是氯乙烯和高沸物了，因此低沸物乙炔（包括N2,H2）就被分离出去了。二、 高沸塔的生产原理 低沸塔塔釜排出的粗氯乙烯还含有高沸物，还需用高沸塔把它们分离出去。这时氯乙烯又变成了易挥发组分了。高沸塔及其配套设备与低沸塔一样，塔体内径1.6m，高约25m，塔板数44块，进料板为塔顶往下数第30块板，进料板以上称为精馏段，有29块板，进料板以下称为提留段，有14块板，塔板结构

28、和原理与低沸塔相似，只不过是从塔顶出来的几乎是纯氯乙烯（易挥发组分），除少量经塔顶冷凝器冷凝回流外，大部分经成品冷凝器冷凝，再经固碱干燥塔除去水份后就得到精氯乙烯单体。而从塔底排出的则绝大部分是高沸物了。这样就把高沸物分离除去了。1.4.3精馏塔主要控制参数对产品质量的影响一、压力：精馏塔的操作压力是设计时选定的，应维持稳定，可通过调节尾气流量来调节。二、温度：我们前面已介绍过，精馏塔每块塔板上都处于一个动态并由温 度对应的汽液平衡状态，也对应着一个动态的汽液平衡组成，因此塔顶和塔釜的温度往往决定着塔顶产品和塔釜产品的质量。对于低沸塔，我们主要取塔底产品，若单体含乙炔高时，可提高塔顶和塔底温度

29、，提高上升蒸汽量，从而使对应的塔釜液中C2H2组成相应下降，改善塔底产品质量。对于高沸塔，我们主要取塔顶产品，若单体中含高沸物高时，可降低塔顶和塔底温度，降低上升蒸汽量，从而使对应的塔顶蒸汽中高沸物组成相应下降，改善塔顶产品质量。温度的调节可控制塔顶、塔釜的冷、热介质流量。三、回流比：回流比不仅决定产品的产量也影响到产品的质量，虽然设计时已选定了，但也可小幅度调整。如单体含C2H2高时，可相应减少低沸塔回流比，提高上升蒸汽量，使塔釜中C2H2更多的蒸出，改善釜底产品质量。如单体中含高沸物高时，可加大高沸塔回流比，加大塔内下降液体流量，使上升蒸汽中高沸物多冷凝一些，防止带到塔顶，减少塔顶蒸汽中高

30、沸物含量，改善塔顶产品质量。1.5氯乙烯的性质1.5.1物理性质 氯乙烯在通常情况下为无色、易燃、有特殊香味的气体，稍加压力条件下，可以很容易地转变为液体。氯乙烯稍溶于水，在25C时100g水中可溶解0.11g氯乙烯；水在氯乙烯内的溶解度，在-15C时，100g氯乙烯可溶解0.03g水。氯乙烯可溶于烃类、丙酮、乙醇、含氯溶剂如二氯乙烷及多种有机溶剂内。氯乙烯有较好的机械强度，优异的电介性能，但对光和热的稳定性差，其化学式为,分子量为62.499，熔点为-153.8，沸点-13.4，临界压力为5.60Mpa，临界温度为156.6C，气化热为330J/g，与空气形成爆炸性混合物，其爆炸浓度范围为4

31、%-22%（体积比）。1.氯乙烯的蒸汽压氯乙烯蒸汽压力和温度的关系：表1.1 氯乙烯的蒸汽压表温度C压力 mmHg温度C压力 mmHg-28.37395.616.212258-23.02513.025.723027-16.61677.633.533789-13.61767.539.724492-8.32949.039.724500-1.571224.846.8054344.011490.654.8766765.53158.260.347586 2.液体氯乙烯的密度液体氯乙烯的密度与温度的关系： 表1.2 液体氯乙烯的密度温度C密度 g/ml温度C密度 g/ml-12.960.969239.57

32、0.87331.320.944348.200.855513.490.922359.910.831028.1108955 3.氯乙烯的潜热潜热即蒸发或冷凝1g氯乙烯所需的热量，其与温度关系如下：表1.3 氯乙烯的潜热温度C潜热 cal/g温度C潜热 cal/g-2085.72080.2温度C潜热 cal/g温度C潜热 cal/g-1084.13078.5083.04076.61081.75074.44.氯乙烯的溶解度氯乙烯在水中的溶解度如下： 表1.4 常压下氯乙烯在水中的溶解度温度C010152028溶解度 体积/体积水0.8080.5720.4330.2920.101.5.2化学性质腐蚀性：

33、干燥态氯乙烯不具腐蚀性，但含水状态下会腐蚀铁及不锈钢。感光性：会进行迅速的光化学氧化作用与聚合反应。危害性聚合：（1）于空气中或遇热、日光会会产生危害性聚合反应。（2）通常加酚为抑制剂以防止聚合。反应性与不相容性：（1）与铜、铝和催化性不纯物等金属、空气、氧、阳光、点火源、氧化剂接触起激烈聚合反应。（2）受热及未添加或耗尽抑制剂的情形下会发生放射性聚合反应。（3）氯乙烯和大气中的氧以及强氧化剂反应会发生过氧化物，并会起剧烈的聚合反应。分解性：燃烧会发生HCl,CO,及高毒性之光气烟雾。氯乙烯的两个反应部分，氯原子和双键，能进行的化学反应很多。但一般来讲，连接在双键上的氯原子不太活泼，所以有关双

34、键的反应则比有关氯原子的反应要多，现各举一两个例子如下：有关氯原子的反应：与丁二酸氢钾反应生成丁二酸乙烯脂：与苛性钠共热时，脱掉氯乙烯生成乙炔：有关双键的反应：与氯乙烯加成生成二氯乙烷：在紫外线照射下能与硫化氢加成生成2-氯乙硫醇：氯乙烯通过聚合反应可生成聚氯乙烯。氯乙烯是重要的有机化工产品，它的主要用途是生产聚氯乙烯。氯乙烯的两个起反应部分，氯原子和双键，能进行的化学反应很多。由于双键的存在，因此氯乙烯能发生氧化、加成、裂解、取代、均聚、共聚等一些列化学反应。第二章 工艺计算及主要设备设计2.1物料衡算的计算2.1.1物性数据1、高沸塔物料衡算表如下：组分进料塔顶塔釜Kg/h%kg/h%kg

35、/h%氯乙烯12626.39712040.6799.9999585.6359.97二氯乙烷390.53微量0.0001390.9340.03合计13016.810012040.67100976.561002、塔的操作条件：塔的平均操作压力为0.49MPa(绝对压力)，塔顶温度34C，塔釜温度51.5C，沸点进料，进料液的沸点34.5C；回流比假设为0.2。3、气液平衡数据见下表4.9Mpa压力下氯乙烯二氯乙烷气液平衡数据xyt(C)xyt(C)xyt(C)0.6000.6300.6500.6800.7000.7300.9300.9400.9460.9530.9580.96551.55048.9

36、47.546.7450.7500.7800.8000.8300.8500.8800.9680.9750.9770.9820.9840.98843.942.741.54039.5380.9000.9300.9500.9801.0000.9900.9940.9960.9981.00037.436.935.834.5342.1.2精馏塔物料平衡及热量恒算计算1、物料平衡计算：已知F=100000t，Xd=97%,Xw=3%，氯乙烯的摩尔质量是62.5kg/kmol,二氯乙烷的摩尔质量是98.97kg/kmol摩尔分率：Xd=0.97/62.5/(0.97/62.5+0.03/98.97)=0.98X

37、w=1-0.98=0.02组分进料塔顶塔釜Kmol/h%kmol/h%kmol/h%氯乙烯20298192.6599.99999.3760二氯乙烷3.952微量0.00013.9540合计F=205.95100D=192.65100待添加的隐藏文字内容2W=13.321002、热量衡算（1）进料带人的热量Qf=Gf(gf,1*cf,1+gf,2*cf,2)*Tf=13016.8（0.970.34+0.030.31）34.5=152283千卡/小时（2）回流液带人的热量Ql=GlCl,1Tl=24080.3434=27836.48千卡/小时（3）塔顶蒸汽带出的热量Qv=(Gd+Gl)(Cr,1T

38、d+Ri)=(12040.67+2408)(0.2134+70)=1114570.4千卡/小时（4）釜残液带出的热量Qw=Gw(gw,1*cw,1+gw,2cw,2)*Tw=976.13(0.59970.36+0.40030.351)51.5=17916.5千卡/小时（5）塔釜加热水带人的热量Qh:Qh=（Qv+Qw）-(Qf+Ql)=(1114570.4+17916.5)-(152283+27836.48)=952367.42千卡/小时设热损失为10%，即Q损=95236.742千卡/小时故Qh=Qh1.1=952367.421.1=1047604.162千卡/小时（6）再沸器所需的加热用水

39、量应为：T进=85C，T出=90C，则Gh=Qh/Cpt=1047604.162(15)=209520.8千克/小时（7）冷凝器所需25%CaCl2盐水的量则为：Gc=(Gd+Gl)Ri/Cpt=(12040.67+2408)700.69(-5-(-8)=488600千克/小时高沸塔热量衡算表项目名称Q(千卡/小时)备注入塔进料引人热量回流带人热量加热水热量共计Qf=152283Ql=27836.48Qh=1047604.1621227723.6421、 冷凝器用25% CaCl2水冷却，水温由-8到-5C，消耗水量488600千克/小时2、 用90C的热水加热塔釜，水温降至85C，热水用量为

40、209520.8千克/小时3、 釜残液51.5C出料，在储罐自然冷却出塔塔顶蒸汽带出热量釜残液带出热量热损失共计Qv=1114570.4Qw=17916.5Q损=95236.7421227723.642二氯乙烷1.34627.50.652.2塔和塔板主要工艺尺寸计算2.2.1理论板的确定可以通过图解法确定精馏塔理论板数，由于塔顶馏出液要求的纯度很高，用普通坐标纸作图求塔板数很困难，因此需要在高浓度范围内使用对数坐标坐标纸作图，在中等浓度范围内使用普通坐标纸作图。由 y=ax（1-y）/(1-x) (1)y=ax/1+(a+1)x (2)两式比较得到（1-y）=1-x/1+(a-1)x (3)当

41、浓度很高即x值趋近于1时式（3）等号右方的分母接近于a值，则有： （1-y）=1-x/a (4)两边取对数得：log(1-y)=log(1-x)-loga (5)上式中，y、x分别表示平衡状态时易挥发组分在气相和在液相中的分子分数。根据精馏段操作线方程：Yn+1=RXn/(R+1)+Xd/R+1=1-R(1-Xn)/(R+1)-(1-Xd)/(R+1)这是因为要用到x很接近于1的部分，所以上式要改变形式。把R=0.2和Xd=0.999999代入得Yn+1=1-0.1667(1-Xn)-0.000000833 (6)根据提馏段操作线方程：Ym+1=(R+F/D)Xm/(R+1)D-(F/D-1)

42、Xw/(R+1)将F/D=1.05263，Xw=0.6，R=0.2代入到上式得Ym+1=1.04386)Xm-0.02632（7） 由（6）式求得的Xn，Yn+1号数1 2 3 4 5 6 7 Xn0.900000 0.960000 0.980000 0.990000 0.996000 0.999000 0.999600 Yn+10.983300 0.993300 0.996700 0.998330 0.999330 0.999832 0.999933 号数8 9 10 11 12 13 14 Xn0.999900 0.999960 0.999980 0.999990 0.999994 0.9

43、99996 0.999998 Yn+10.999983 0.999993 0.999996 0.999998 0.999998 0.999999 0.999999 由（7）式求得的Ym+1，Xm求得的数据号数123456Ym+10.91320.94440.96600.98620.99150.9967Xm0.900.930.950.970.9760.980在中等浓度范围内，如所讨论体系中从x=0.6到x=0.9的范围内，可在普通坐标纸上按常规方法作出，但要注意此图与上图在交接处阶梯的衔接，根据作图求得，高沸塔需理论板数N=16.2块（已将塔釜作为一块理论板加以扣除）其中精馏段占14.8块，提馏段占1.4块，进料位置在从塔顶往下数的第15块理论板上。2.2.2实际塔板数的确定=Nt/N在国内多取0.4到0.5的范围，这样该塔所需的实际塔板数为33到41块，其中提留段占3到4块，精馏