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1、设计说明氯乙烯又名乙烯基氯，是一种应用于高分子化工的重要单体。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，所以要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。因为低沸塔和高沸塔设备工艺计算过程类似，因此设计选择设计选择低沸塔。氯乙烯精馏塔设计包括:低沸塔物料恒算，塔板数计算和确定，塔的工艺条件和物性计算，精馏和提馏气液负荷计算，塔和塔板计算，流体力学校核，塔板负荷性能计算，塔及其附属设备的选型，最终完成设备的确定。其中计算的低沸塔塔高13.765米，塔板数为12，其中精馏段为7块，提馏段为5块，塔径为0.9米， 壁厚7mm
2、，塔板采用浮阀塔。本设计绘制了相应的工艺流程图、物料流程图和低沸塔装配图。关键词：氯乙烯，低沸塔，工艺流程，设计计算Design descriptionVinyl chloride, also known as vinyl chloride, was applied to the polymer chemical monomer. Containing a low boiling point material to the crude vinyl chloride in the liquefaction of C2H2, N2 H2, etc., also contained high boi
3、ling point material the C2H4Cl2, C2H2Cl2, acetaldehyde, the first with a low boiling tower low boiling separate the then high boiling tower high boiling separate. Design options for the design process calculation of the low boiling towers and high-boiling tower equipment was similar to select the lo
4、w boiling tower. Vinyl chloride distillation column design included: the low-boiling tower material constant calculation, the plate number and determined the tower process conditions and properties calculation, distillation and stripping gas and liquid load calculation, tower and tray calculations,
5、fluid mechanics check plate load performance calculation, the tower and its ancillary equipment selection, the final completion of the equipment. The calculation of low-boiling high tower 13.765 m, the number of trays was 12, the rectifying section 7, paragraph stripper 5, tower diameter of 0.9 m, w
6、all thickness of 7mm, the plate valve tower. The design drew the corresponding process flow diagram, material flow diagram and low-boiling tower assembly drawings.Key words: VC, low boiling point tower , technical process, design and calculation.目 录设计说明IDesign descriptionII目 录i主要符号说明iii英文字母iii希腊字母iv
7、引 言11氯乙烯及其精馏简介21.1氯乙烯在国民经济的地位和作用21.2氯乙烯工业的发展及前景21.3 氯乙烯的生成方法31.3.1 电石乙炔法31.3.2 平衡氧氯化法41.3.3乙烯氧氯化法41.3.4乙烯乙炔法61.4 精馏原理71.4.1精馏的原理相关概念71.4.2VCM精馏形式81.4.3精馏塔主要控制参数对产品质量的影响91.5氯乙烯的性质91.5.1物理性质91.5.2化学性质112主要设备工艺计算132.1 物料恒算132.1.1精馏段的物料恒算132.1.2 塔板数的确定142.1.3塔的工艺条件及物性数据计算162.1.4 精馏段气液负荷计算182.1.5 塔和塔板的主要
8、工艺尺寸计算182.2 提馏段的物料恒算202.2.1 提馏段气液负荷计算222.2.2 塔和塔板主要工艺尺寸计算222.3精馏段校核232.3.1精馏段空塔气速232.3.2塔板布置232.3.3塔板流体力学校核252.3.4 塔板负荷性能图262.4提馏段校核282.4.1空塔气速282.4.2塔板布置282.4.3塔板流体力学校核302.4.4 塔板负荷性能图312.5塔高332.6精馏塔壁厚342.7封头的选取343 塔及其附属设备的选型363.1 塔顶冷凝器的设计与选型363.2 塔底再沸器的选型363.3 泵的选型363.4 除沫器36设计计算结果总表37参考文献38致 谢39附
9、录40主要符号说明英文字母Aa塔板开孔区面积，m2；Af降液管截面积，m2；A0筛孔面积；AT塔截面积；c0流量系数，无因此；C计算umax时的负荷系数，m/s；CS气相负荷因子，m/s；d0筛孔直径，m；D塔径，m；DL液体扩散系数，m2/s；DV气体扩散系数，m2/s；eV液沫夹带线量，kg(液)/kg(气)；E液流收缩系数，无因次；ET总板效率，无因次；F气相动能因子，kg1/2/（sm1/2）；F0筛孔气相动能因子，kg1/2/（sm1/2）；g重力加速度，9.81m/s2；h1进口堰与降液管间的距离，m；hC与干板压降相当的液柱高度，m；hd液体流过降液管相当的液柱高度，m；hf塔板
10、上鼓泡层液高度，m；h1板上液层阻力相当的高度，m液柱；hL板上清夜层高度，m；h0降液管底隙高度，m；hOW堰上液层高度，m；hW出口堰高度，m；hW进口堰高度，m；H与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m；H板式塔高度，m； 溶解系数，kmol/(m3kPa)；HB塔底空间高度，m；Hd降液管内清夜层高度，m；HD塔顶空间高度，m；HF进料板处塔板间距，m；HP人孔处塔板间距，m；HT塔板间距，m；K稳定系数，无因次；lW堰长，m；Lh液体体积流量，m3/h；LS液体体积流量，m3/h；n阀孔数目；P操作压力，Pa；P压力降，Pa；PP气体通过每层筛板的压降，Pa；r鼓泡区半径，m，t孔中
11、心距，m；u空塔气速，m/s；u0气体通过阀孔的速度，m/s；u0，min漏气点速度，m/s；u0液体通过降液管底隙的速度，m/s；Vh气体体积流量，m3/h；Vs气体体积流量，m3/h；Wc边缘无效区宽度，m；Wd弓形降液管宽度，m；Ws破沫区宽度，m；x液相摩尔分数；X液相摩尔比；y气相摩尔分数；Y气相摩尔比；Z板式塔的有效高度，m。希腊字母充气系数，无因次；筛板厚度，m；空隙率，无因次；液体在降液管内停留时间，s；粘度，mPa；密度，kg/m3；表面张力，N/m；液体密度校正系数，无因次。下标max最大的；min最小的；L液相的；V气相的。引 言氯乙烯是聚氯乙烯单体，是塑料工业的重要生产
12、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。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地落后。“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，中国的增加氯乙烯生产规模，降低成本，发展节能、环保的工艺成为核心企业具有强竞争力的重要资本。电石生产法在我国经济、技术已经无法达到满足，不再符合中国国情，进行技术开发和改革是生产氯乙烯的必然选择。氯乙烯精
13、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。精馏依据的基本原理就是溶液的气液平衡关系原理。而乙炔的精馏过程既包括低沸点组分的精馏，也包括了高沸点组分的精馏，即包含了低沸塔和高沸塔两个精馏塔。本设计要求根据已有和自选的工艺条件，在两个塔中择一设计。1氯乙烯及其精馏简介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，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，由于
14、我国经济的持续高速增长，以及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得到了广泛的应用，“十一五”期间，我国国民经济的持续发展，西部大开发等也给聚氯乙烯的发展带来了新机遇，发展建筑业、农业、信息业，城镇化进程和市政工程建设、生态环境保护、人民生活水平提高、走可持续发展的道路都需要大量的聚氯乙烯制品。聚氯乙烯制品形式十分丰富，可分为硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯和聚氯乙烯糊三大类。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、
15、标签、电线电缆、医用制品等。聚氯乙烯糊约占聚氯乙烯制品的10%，主要产品有搪塑制品等。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研和生产技术尚不成熟，他的发现没有导致工业生产的结果。Klatte于1912年通过乙炔与氯化氢的催化加成反应制得
16、了氯乙烯，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，作为氯乙烯的生产原料，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-平衡的DC-EDC-OXY-E
17、DC-VCM法来制备氯乙烯。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。我国的氯乙烯产量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
18、氯化法工艺进行了进一步的研究，锦西化工研究院对氧氯化固定床催化剂进行研究。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。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氯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可导致产生乙醛。如果使用的乙炔含有丁二烯，反应后生成的单体中也会含有丁二烯，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
19、液相反应，工业采用的是气相法，其反应式为：反应采用列管式，分成两组，催化剂是氯化汞，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的选择性较高，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
20、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，因为它具有设备、工艺简单，投资低，能小规模经营的特点。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。1.3.2 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、单体杂质含量少和可连续操作的特点。其主要反应为： 在直接氯化反应中，可使用低温或高温氯化工艺。
21、使用低温氯化工艺的优点是副产物少，但必须使1Kg二氯乙烷中铁的含量保持在100mg以下，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件下会造成设备腐蚀，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；
22、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：乙烯直接氯化 二氯乙烷裂解 乙烯氧氯化 主、副反应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。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
23、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。加入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：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
24、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。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
25、宜条件，因而使乙烯与乙炔的消耗量提高。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；裂解气中的烯乙炔不经分离，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
26、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精馏的原理相关概念 精馏是分离均相液体混合物（溶液或混合液）的一种常用方法，它是利用混合液中各组分在相同的温度、压力下挥发性（也称挥发度）不同的特性，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。纯溶液的饱和蒸汽压由于分
27、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。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看做为理想溶液。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 。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
28、和B组成的气体，则PA=P总yA，PB=P总yB，P总=PA+PB 。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，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。气液平衡相图即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y
29、A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，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。图1-1气液平衡相图1.4.2VCM精馏形式 前面我们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有所帮助。低沸塔的生产原理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
30、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，才能得到较纯净的精氯乙烯。低沸塔及配套设备由低沸塔塔体、塔底再沸器，塔顶冷凝器，低塔回流罐，低塔回流泵组成，进料板以上称为精馏段，进料板以下称为提馏段，每块塔板上有降液管和径向侧导喷射塔盘，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，
31、每块板都一样，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。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，进料板以上称为精馏段，进料板以下称为提留段，塔板结构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
32、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压力精馏塔的操作压力应维持稳定，可通过调节尾气流量来调节。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，并且是与温度对应的汽液平衡状态，同时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，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
33、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。回流比回流比不仅决定产品的产量也影响到产品的质量，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
34、为液体。氯乙烯稍溶于水，在25C时100g水中可溶解0.11g氯乙烯；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，优异的介电性能，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%-22%（体积比）。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
35、-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-12.960.969239.570.87331.320.944348.200.855513.490.922359.910.831028.1108955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
36、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-1084.13078.5083.04076.61081.75074.4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：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、日光会产生危害性聚合反应。（2）通常加酚作为抑制剂以防止
37、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产生过氧化物，并会起剧烈的聚合反应。分解性：燃烧会产生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，所以有关双键的反应则比有关氯原子的反应多，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
38、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，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。2主要设备工艺计算因为低沸塔和高沸塔设备工艺计算过程类似，因此设计选择其中一个计算即可，其他条件自定。在低沸塔中，低沸点物主要是N2、H2、和C2H2,高沸点物主要是C2H4Cl、C2H2Cl2、CH3CHO和CH2CHCl为了减小设计计算的难度，本设计选择低沸塔，而N2、H2、难溶于进料液，在低沸物中二者可直接逸出，计算时可
39、不予考虑。高沸点物杂质C2H4Cl、C2H2Cl2和CH3CHO要与CH2CHCl一道进入高沸塔进一步分离，为计算方便，且将这两种高沸物算入氯乙烯组分中。假设进料液中C2H2占2.5%，CH2CHCl占97.5%（质量分数），则要视精馏后氯乙烯纯度99.99%，设定精馏后乙炔0.002%2.1 物料恒算2.1.1精馏段的物料恒算料液及塔顶.塔底产品的乙炔摩尔分数.平均摩尔质量. 总物料衡算：F=D+W=易挥发组分物料衡算：0.9992D+0.00024W=0.058110101.01=586.869kg/h联立以上两式得：D=585.053 W=9515.957 D=W=F=2.1.2 塔板数
40、的确定理论塔板数的确定泡点进料：q=1q线方程为: X=XF=0.0581查化学工程手册表4-4、4-5得相对挥发度a=12.07.相平衡线方程为联立q线方程与相平衡方程得：xF=0.0581 yF=0.4268Rmin=R= 2Rmin=1.62=3.2精馏段操作线方程为L=L+qL=RD+qF=3.222.477+1167.293=239.22kmol/hV=V-(1-q)F=(R+1)D=4.222.477=9404034kmol/h提馏方程为 =2.752x-0.00042y1=XD=0.9992根据相平衡线方程y=求得x1=0.9904根据精馏段操作线方程y2=0.7619x1+0.
41、2379 得y2=0.9925依次交替计算得：x2=0.9164 y2=0.9361 x3=0.5483 y4=0.6556 x4=0.1362 y5=0.3417 x5=0.0412 求得x5xF,则第5层塔板为进料板,精馏段所需理论塔板数为5-1=4块.将x5=0.0412代入提留段操作线方程y=2.752x-0.00042得y6=0.113将y6=0.113代入相平衡线方程y=得x6=0.0104依次交替计算得： y7=00282 x7=0.0024 y8=0.0062 x8=0.0005166 y9=0.001 x9=0.000083求得x9xW则提留段需要4块理论板.全塔总效率ET.
42、根据公式ET=0.17-0.616lgum根据塔顶.塔釜液相组成.查化学工程手册得乙炔u1=9.3510-3mpas氯乙烯u2=0.1674cpum=0.05819.3510-3+(1-0.0581)0.1674=0.1582mpasET=0.17-0.616lg0.1582=0.66=66%实际塔板数.精馏段 N精= 圆整为7块提留段 对于提馏段来说，若采用间接蒸汽加热，再沸器相当于一层理论版 N提= 圆整为5块2.1.3塔的工艺条件及物性数据计算精馏段： 操作压力为Pm塔顶压力：PD=550+101.3=651.3kpa若取每层塔板压降则进料板压力 PF=PD+7=651.3+70.7=6
43、56.2kpa精馏段平均操作压力 Pm=温度tm.根据化学工程手册计算出乙炔.氯乙烯气压与沸点温度的关系如下表2.1：表2.1 氯乙烯气压与沸点温度的关系T/-50.2506.62516.7-40.2796.12528.9-30.21124.84049.3-20.2151.20776.7-10.22017.573114.3-0.22724.821165.69.83495.713229.319.84397.505309.729.85496.880408.535.85942.94506.625根据上表计算出乙炔气、液组成与表2.1温度对应的关系.如下表2.2：表2.2 乙炔气、液组成与表2.1温度对应的关系TXY-50.211-40.20.62270.9785-30.20.42520.9441-20.20.28770.8923-10.20.20610.8208-0.20.13330.71699.80.08490.585819.80.04820.418429.80.01930.209435.800通过试差计算：P=塔顶温度 tD=30 进料板 tF=32.7tm,精=平均摩尔质量.塔顶 xD=y1=0.9992 x1=0.9904 =0.999226+(1-0.9992)62.5=26.03kg/kmol进料板 =0.341726+(1-0.3417)62.5=
