年产30万吨PVC生产工艺流程工厂设计

年产30万吨PVC聚合工段工艺初步设计说明书摘 要本设计是年产30万吨PVC聚合合成工段的初步工艺设计，根据株洲化工集团现场实习有关资料及有关文献，完成了物料衡算、热量衡算、主要设备和管道的设计及选型。此设计有说明书一份、图纸四张。说明书内容：1PVC和VC的发展及发展趋势。2合成工段的生产原理、流程。3物料衡算、热量衡算。4主要设备的设计和选型5主要管道的设计及选型。6三废处理安全与防火技术。图纸：1带控制点的物料流程图。2车间平面布置图。3主要设备的装配图。4厂区平面图关键词：合成、PVC、VC、设计。The Preliminary Design about the Synthesis Construction Section of PVC 200000 tons per yearAbstractThe primary design for synthesis construction section of PVC 300000 tons per year was complete according to the information of Zhuzhou Chemical Industry Group scene practice and its relative dates. The equilibrium of material and equilibrium of heat quantity were calculated and the main equipments and pipelines were chosen. The design included a instruction booklet and four diagrams.The main contention of the instruction booklet included: 1 the development history and trendency of producing PVC and VC, 2 the production principle and process of synthesis construction section, 3 the calculation of the balance of material and calculation of heat quantity, 4 the design and choice about the main equipments. 5 the design and choice about the main pipelines, 6 the disposal of three wastes processing security and fire protection technology.The diagrams comprised of 1 the technique flow chart with controlled point, 2 the factory floor-plan diagram,3 the main equipment installing picture and the Site planKey Words: synthesis、PVC、VC、design.前言本设计是根据设计任务书的要求，以株州化工集团的PVC生产工艺流程为参考并通过查阅相关的化工生产设计资料对年产30万吨PVC的氯乙烯聚合合成工段进行了初步的设计。本设计针对PVC生产工艺在国内外的发展状况、工艺选择、产品性质、工艺流程及合成原理，相关的物料性质、物料衡算、能量衡算、设备选型、管道设计、经济分析以及尾气和三废的处理作了较为详细的阐述，以理论设计为基础，查阅了大量资料和书籍，力求与实际符合。在此次的设计过程当中，自始至终都得到了曾祥成老师的耐心指导和同组同学的热心帮助，在此表示衷心的感谢。由于经验不足，水平有限，设计中难免存在纰漏和不足之处，敬请各位老师和同学批评指正。谢谢！目 录 中文摘要i英文摘要ii前言 iii一、pvc概括 11 pvc简介12 pvc性质23我国pvc生产消费现状34 建设一个30万吨/年规模的pvc厂的可行性4二、pvc产品及原辅材料说明41 电石42 氯化氢63 氯乙烯64 去离子水75分散剂76 引发剂77其它助剂7三、工艺路线的选择和介绍81 工艺路线的选择82 工艺流程介绍9四、物料衡算121 合成段计算122 聚合段计算21五、热量衡算251 衡算方法252 计算26六、主要设备的设计和选型341合成车间的设备计算342 聚合车间的设备计算38七、主要管道管径计算和选型481合成段482循环水管513聚合段51八、经济分析531基本计算532产品成本及部分厂家的成品价格54九、三废的产生及处理551氯化汞触媒的产生中毒机理及处理552尾排氯乙烯外逸的产生中毒机理及处理553废水的处理564其它三废的处理58X 结论58参考文献59- 62 -第一章 概 论1.1 PVC简介1.1.1 PVC的发展史聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）是一种无毒、无臭的白色粉末。主要成份为聚氯乙烯聚氢乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）单体聚合而成的热塑性高聚物，其分子结构式：（CH2-CH-）n，其中n为聚合度。PVC为无定形聚合物，含结晶度5%10%的微晶体，熔点为175，目前商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1.91055.0106之间，国产通用型悬浮PVCSG1SG8型平均相对分子质量则在41051106之间。早在1835年，法国人Regnauk n就发现了氯乙烯（vinyl chloride），1838年观察到其在光作用下能形成无定形粉状高聚物。直到19121913年，德国化学家F.Klate和E.Zacharia才发现了氯乙烯和聚氯乙烯(polyvinyl chloride,简称PVC)的工业生产方法，较大规模的乳液聚合则到1935年才由Bitterfeld实现。1940年，美国的古德里奇公司创建了悬浮聚合，从此以后，聚乙烯工业开始发展，1940年全世界产量为1.1万吨，1950年为22万吨，1960年达145万吨，1970年为600万吨，1980年1000万吨，1990年为1500万吨，近期估计在2800 万吨左右。我国聚氯乙烯工业起步于20世纪50年代末，第一套聚氯乙烯装置在锦西化工厂于1958年建成投产，生产能力在3000吨年。1959年，国内建成4个生产能力6000吨年的聚氯乙烯厂，即北京化工二厂、上海天原化工厂、天津化工厂、天津大沽化工厂，1970年国内聚氯乙烯树脂厂增加到20家，但规模都叫小，1978年从日本东洋工程公司引进了两套20万吨年聚氯乙烯厂，分别在齐鲁石化公司和上海吴泾建厂。进入20世纪90年代北京化工二厂、上海氯碱、天津大沽化工厂、锦西化工厂等纷纷改进，生产能力提高很大。1.1.2 PVC的分类及用途PVC可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆,不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的 开发应用价值。软质PVC多用来做成真空吸塑薄膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药电线电缆、薄膜和片材、传送带、日用品（鞋、玩具、门帘、密封条）人造革及箱包等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。硬制品主要包括各种型材、管材、硬片、瓶类、汽车配件、异型材等PVC材料用途极广， 主要用于制作：pvc卡片；pvc贴牌；pvc铁丝；pvc窗帘；pvc涂塑电焊网；pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋 等方面。在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。1.2 PVC的性质1.2.1 物理性质（1） 外观 聚氯乙烯树脂尾白色粉末微粒，但工业产品夹带分解产物或机械杂质，使树脂发黄或有黑色的杂质，统称为黑黄点。（2） 密度和表观密度 PVC平均密度为1.4gcm3,实际上它很分散。密度分布窄的，其结构不均匀，易被增塑剂或其他液态助剂渗透；密度分布宽的，树脂有的使开孔的，有的则使不能渗透的孔，影响增塑剂等的吸收和渗透。（3） 水分 PVC是极性聚合物，因而有一定的吸水性。水分影响过筛，水分可使成型时产生气泡而影响产品质量。通常要求在0.1%-0.3%。（4） 机械性质 PVC抗冲击强度很高，常温下可达到10MPa.（5） 溶解性质 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯类等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。1.2.2 化学性质（1） 化学稳定性 化学稳定性很高，除若干有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%60%的硝酸及20%以下的烧碱。这是由于PVC分子沿主链存在有许多极性键，大分子与大分子之间的结合力强，可以耐酸、碱和非极性溶剂的作用，因此，耐化学腐蚀性能优良。（2） 热性能 通常的PVC玻璃化温度Tg在7580，结晶PVC的熔点为175，因而通常加工温度在160220。PVC加热到130以上时变为皮革状，呈现弹性，长期加热则分解脱出氯化氢，同时使PVC变色。随着温度的升高，树脂由白色变为淡黄色深黄色棕色黑色。在200以上开始分解并失去化学稳定性与优良的物理性质。聚氯乙烯只是在火焰上才能燃烧并分解，放出氯化氢，离开火焰立即熄灭。（3）光性能 纯聚氯乙烯在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。（4） 电性能 PVC具有特别好的介电性能，使属于介电功耗最小的材料之一，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美。PVC的介电性能与温度有关，温度升高，介电性能变差。1.3 我国PVC生产消费现状1.3.1 生产现状近年来，中国聚氯乙烯（PVC）发展速度惊人，市场需求将呈现迅猛增长的态势，特别是在建材方面，近年来正处于高速增长期，随着中国市场国际化的步伐加大，聚氯乙烯树脂包装材料和管材在水泥、化肥、粮食、食品、饮料、药品、洗涤剂、化妆品等领域都将有广阔的发展空间，其需求量相应大幅度增长；另外，汽车、通讯、交通领域对聚氯乙烯树脂的需求也呈高速增长，中国聚氯乙烯树脂工业仍有较大的发展空间。 因此新建、扩建项目纷纷上马，产能迅速扩大，产量大幅提高。1997-2006年，中国PVC产能、产量年均增长率分别高达22.2%和20.0%。2006年全国聚氯乙烯树酯累计产量为823.86万吨；2007年全国聚氯乙烯树酯累计产量达到971.67万吨；由于受世界金融危机及原材料等因素的影响，国内消费市场的疲软，2008年全国聚氯乙烯树酯累计产量为 881.6万吨，同比下降9.27%，装置开工率仅为57.8%。2009年有所回升。1.3.2 消费现状 20世纪90年代中期以来, 随着我国城镇化基础建设、包装材料、电子电器制品等方面的快速发展，国内PVC的需求增长迅速,成为全球PVC消费增长最快的国家,高速增长的消费市场引发了PVC的生产投资热潮。特别是2000年以来,受国家加大基础建设投资、扩大内需、启动居民住房消费市场等宏观政策影响,市场对管材、型材和化学建材等硬制品存在着强劲的需求,极大地推动PVC树脂工业及其加工业的发展。2004年人均消费量3 kg左右, 2007年达到7 kg左右,而发达国家年人均消费量则接近20 kg,国内PVC消费市场发展潜力巨大。从2005年开始国内PVC产量和需求量已经超过美国,从而成为世界最大PVC 消费国和生产国。自1996到2007年12 年翻了4番,远远高于国内同期的GDP增长率，与此同时，由于产能和产量的大幅度增长，净进口量大幅度减少，自给率不断增加。2001年我国PVC树脂的表观消费量只有534.40万吨，2005年达到约820.05万吨，2006年进一步增加到约918.09 万吨，同比增长约11.9，2001-2006年表观消费量的年均增长率约为11. 4 。2007 年的表观消费量达到1026.76 万吨，同比增长约11。8。产品自给率相应从2001年的54.6增加到2005年81.5,2006年的89.7，2007 年的94.6，2008年受国际金融危机的影响，表观消费量急剧下降。2009年，在国家4万亿经济投入刺激下，国家加大基础设施建设，PVC消费量有所回升。目前，我国PVC 消费主要集中在华南和华东地区，广东、浙江、福建、山东和江苏等省份的消费合计约占全国总消费量的70%，其中，广东和福建省市场需求量最大，但产能不足，进口PVC 所占比例较高；华东地区的江苏、山东和浙江省PVC 加工工业比较发达， 三省的消费量约占国内总消费量的34%；华北地区产销基本平衡。今后，随着中西部地区开发力度的加强以及大规模基础设施的兴建，中西部PVC 的消费量将会逐渐增加。我国PVC 树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费量的37%，主要包括电线电缆、各种用途的膜（根据厚度不同可分为压延膜、防水卷材、可折叠门等）、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总消费量的63%，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今后几年，我国PVC 树脂的需求量将以年均约7%的速度增长，到2012年总消费量将达到约1350万t，其中，硬制品的年均增长速度将达到约7%，而在硬制品中，异型材和管材的发展速度增长最快， 年均增长率将达到约10%。未来我国PVC 树脂消费将继续以硬制品为主要发展方向。1.4 建设一个30万吨/年规模PVC厂的可行性对以上可能影响我国PVC行业发展的因素及其生产消费现状和发展前景，在今后的发展中，一方面要严格控制无市场竞争力的项目建设，按国家产业政策、环保等有关规定关停和按市场运行规律自然淘汰一些能耗高、工艺路线落后、污染大、成本高的小型PVC生产装置，一方面也应鼓励在资源合理配置的基础上实行跨行业和部门的合作，同时加快我国大型PVC项目的建设努力提高我国现有生产装置规模和产品市场竞争力。虽然2008年受世界金融危机的影响，整个PVC行业受到很大冲击，但随着国家基础设施的大力建设和全球经济的回升，对PVC的需求量越来越大，整体PVC行业会迎来一个快速发展的道路，为了更好的抓住机遇，因此建设一个20万吨年规模的PVC生产装置既响应国家的相关规定，有符合市场的需要，生产能力和竞争力都非常稳定、灵活，非常具有可行性。 第二章 PVC原辅材料说明2.1电石电石是由碳和氧化钙（生石灰）在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，所以它的化学名叫碳化钙，分子式，分子量64.10kg/mol。2.1.1 性质（1）化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常所说的电石是指工业碳化钙，即除了含有大部分碳化钙外，还有少部分杂质。工业用电石的颜色则随所含的碳化钙纯度不同而不同，有呈灰色，棕黄色或黑色。（2）18时的比重为2.22，电石比重随着含量的减少而增加。（3）不溶于所有有机溶剂中，熔点2300（纯电石），含80%时熔点为2000。（4）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。2.1.2 规格大多数企业电石具有以下的组成：（重量） 75%83% 7%14% 0.4%3%SiO2、Fe-Si、SiC 0.6%3%Fe2O3 0.2%3%CaS 0.2%2%CaSO4 0.2%0.4%CaCN2 0.2%1%Al、Al4C3、Al2O3 1.5%4%MgO、Ca、Ca3N2、Ca3P2、Ca3As2 少量2.1.3 电石的标准 原料电石的技术条件、检验规则、检验方法和包装等都必须负荷国家标准GB 106652004的要求。（1）技术要求 国家标准有关技术条件见表3.1 表2.1 电石国家标准的技术条件项目指标优等品一等品合格品发气量（20、101.3kpa/）/(L/kg) 300280260乙炔中磷化氢的体积分数/% 0.060.08乙炔中硫化氢的体积分数 /% 0.10粒度（580mm）质量分数/% 85筛下物（2.5mm以下）质量分数/% 5（2）检验规则 电石批次划分和采样桶数百分比按表3.2进行。 表3.2 电石批次划分和采样桶数百分比批次/t5 515152525353550桶口处取样/%2012876测粒度取样/%1065432.2氯化氢2.2.1氯化氢的分子式 HCl ,分子量 36.5kg/mol。2.2.2氯化氢的性质（1)氯化氢在常温常压下是无色有刺激性气味的气体。(2)氯化氢极易溶于水而变成盐酸，病强烈放热。极易与潮湿的空气中的水分结合生成白色烟雾。（3）在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，表现盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应。(4)氯化氢是制造合成材料的重要原料，可用它来制造PVC等合成材料。2.3 氯乙烯2.3.1 氯乙烯的分子式，分子量62.51kg/mol。2.3.2 氯乙烯的性质（1）常温常压下为无色气体。带有芳香气味（2）属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为3.829.3%，故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及撞击火花的产生。（3）有毒，对人体有麻醉作用，长时间接触VC气体可使人致癌。（4）在氯乙烯系统若有氧气存在则生成过氧化物，给后处理造成困难。与氯乙烯开始反应生成单质体，它溶解于氯乙烯单体中，以后分解和重排，生成对碰撞很敏感的过氧化聚合物，并会变成醛和酸。它们对聚合过程有很大的影响，氯乙烯系统中存在微量的水和酸，会加速单体生成过氧化聚合物，造成设备管道的腐蚀。（5）氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，它能与丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。（6）氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。2.4 去离子水所用反应介质水，应经过离子交换树脂或磺化煤进行脱盐处理。处理后的水pH应在58.5范围，硅胶含量0.2mg/L。2.5 分散剂悬浮聚合生产的聚氯乙烯颗粒的大小与形态，主要取决于所用的分散剂，可分为两类：主分散剂和辅助分散剂。主分散剂的作用是控制所得颗粒的大小，但也会影响聚氯乙烯的孔隙率和某些形态。辅助分散剂的作用是提高颗粒中的孔隙率，并使之均与以改进聚氯乙烯树脂吸收增塑剂的性能。主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。辅助分散剂主要是小分子表面活性剂和低水解度聚乙烯醇。2.6 引发剂由于氯乙烯悬浮聚合温度为5060上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期大约为2h者，反应时间为最佳。由于反应后期单体浓度降低，为了使反应后期具有适当的反应，所以反应前期与反应后期应当使用不同半衰期的引发剂。因此聚氯乙烯树脂生产工厂目前多数使用复合引发剂，即两种引发剂的混合物。2.7 其他助剂2.7.1 链终止剂为了保证聚氯乙烯树脂质量，使聚合反应在设定的转化率终止或防止发生意外停电事故，必须临时终止反应时使用，工业生产中使用聚合级双酚A、叔丁基邻苯二酚等。2.7.2 链转移剂为了控制聚氯乙烯平均分子量，除严格控制反应温度外，必要时添加链转移剂，特别时生产分子量较低的树脂牌号时。常用的链转移剂为硫醇等。2.7.3 抗鱼眼剂为了减少聚氯乙烯树脂中所含结实的圆球状树脂，可加入抗鱼眼剂，主要时苯甲醚的叔丁基、羟基衍生物。2.7.4 防粘釜剂在生产聚氯乙烯过程中，树脂粘结于反应釜壁上形成釜垢时悬浮法生产聚氯乙烯树脂必须解决的工艺问题之一，较先进的方法时加入防釜剂。防釜剂种类很多，而且生产工厂技术保密，但主要是苯胺染料等的混合溶液或与某些有机酸的络合物。第三章 工艺路线的选择和介绍3.1工艺路线的选择3.1.1PVC工艺简介聚氯乙烯(PVC) 是由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，也是世界上最早实现工业化的塑料品种之一。在世界众多的塑料品种中，PVC 以其优良的综合性能，便宜的价格以及与氯碱工业关系密切，自30 年代工业化以来，一直受到各工业国的普遍重视，保持着长盛不衰的发展势头，是目前世界上仅次于聚乙烯的第二大宗塑料品种。到目前为止，世界上PVC 生产的聚合工艺主要有5 种，即悬浮、本体、乳液、微悬浮及溶液聚合工艺。其中悬浮聚合工艺一直是工业生产的主要工艺，绝大部分均聚及共聚产品都是采用悬浮聚合工艺。就拿美国为例，聚氯乙烯生产工艺中，悬浮聚合占87.8%，本体聚合占4.4% ，乳液和微悬浮聚合占6.4% ，溶液聚合占1.4%。与美国相比，西欧乳液和本体聚合的比例较大，而日本则悬浮聚合占的比例较大。3.1.2各种生产工艺介绍 (1)本体聚合。一般采用“两端本体聚合法”，第一段称为预聚合，采用高效引发剂，在6275下强烈搅拌下使氯乙烯聚合的转化率为8%时，输送至聚合釜中，在加入低效引发剂的等量单体，在约60下，慢度搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。本体聚合时在氯乙烯单体中不加入任何介质，只有引发剂。生产的PVC树脂纯度较高，质量较好，结构规整，孔隙率高而均匀。但聚合操作控制难度大，PVC树脂分子量分布较宽。(2)悬浮聚合。液态氯乙烯单体以水为分散介质，兵加入适当的分散剂和不溶于水但溶于单体的引发剂，在一定温度下搅拌，使其呈珠粒状悬浮于水相中进行聚合。然后经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状PVC树脂。选取不同的分散剂，可以得到颗粒结构和形态不同的两类树脂。国产牌号分为SG-疏松型（“棉花球”型）树脂；XJ-紧密型（“乒乓球”型）树脂。疏松型树脂吸油性好，易塑化，成型时间短，加工操作方便，适用于粉料直接成型，因而一般选用悬浮法聚合的疏松型树脂作为PVC硬质品成型的基础原料。目前各树脂厂生产的悬浮法PVC树脂，基本上都是疏松型的。（3）乳液聚合。氯乙烯单体在乳化剂作用下，分散于水中形成乳液，再用水溶性的引发剂来引发，进行聚合，乳液可用盐类使聚合物析出，再经洗涤、干燥得到PVC树脂粉末。乳液法PVC树脂粒径极细，树脂中乳化剂含量高，电绝缘性能差，成本高。该树脂常用于PVC糊的制备。（4）微悬浮聚合。使用油性引发剂，在用乳化剂分散、稳定的细小氯乙烯单体液滴中引发聚合，生成的PVC乳液，经破乳、洗涤、干燥得到PVC树脂粉末。该方法生产的PVC树脂具有良好的加工性能，能满足大多数加工的需要。（5）溶液聚合。以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶剂，使氯乙烯单体在溶剂中聚合，由于溶剂具有链转移剂的作用，所以聚合物的分子量和聚合速率不高。聚合得到的PVC树脂因不溶于溶剂而不断析出。此种PVC树脂不宜于一般成型用，仅作为涂料、粘合剂，是目前各种聚合方法中产量最少的一种方法。就以上5种主要聚合工艺来讲，通过几种方法的比较，悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界聚氯乙烯生产中占有绝对的份额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。悬浮法工艺在PVC的各种生产方法中技术最为成熟，故本设计采用悬浮法聚合。3.2工艺流程的介绍 3.2.1 乙炔工段(1)发生。经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮存，用置换其中的乙炔气后，电石在继续通的情况下，经第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第二贮斗电石经过电磁振动加料器加入发生器内。电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大量的热，可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。(2)清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.050.1Mpa左右，进入第一、第二清净塔，NaOCl溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。器塔底流出的废NaOCl溶液与冷却塔出来的废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。经清净后的乙炔气带有酸性，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。3.2.2 氯化氢工段原料氢气由电解装置输氢泵送来，经过氢气气柜缓冲及阻火器，进入钢制合成炉底部的燃烧器点火燃烧。原料氯气由电解装置氯干燥送来经缓冲器后按一定的摩尔比H2:Cl=(1.051.1):1进入合成炉灯头的内管，由下二上经石英灯头上的斜孔均匀地和外套管的氢气混合燃烧。燃烧时火焰温度达到2000左右，并发出热和光，正常火焰呈青白色。合成后的氯化氢气体，借炉身和夹套冷却水或散热翅片散热，到炉顶出口，温度降到100150，再进入上盖带冷却水箱的石墨冷却器，用冷却水将氯化氢气体冷却到4050左右，由下底盖排出，经阀门控制进入缓冲器，再送人串联的石墨冷却器，用-25左右的冷冻盐水，将气体冷却到-12-18后，进入酸雾分离器，气体中夹带的40%盐酸雾沫由分离器内的有机硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸贮槽。分离器出口的干燥氯化氢气体经缓冲器进入纳氏泵压缩，借泵内浓度93%以上的硫酸作液封和润滑。硫酸随氯化氢排至气液分离器，自下部流入盘管冷却器，经水冷却后循环吸入纳氏泵；分离器出口的干燥氯化氢经缓冲器送至氯乙烯合成装置。3.2.3氯乙烯工序(1)混合脱水工序。由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自HCL工序的HCL经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合器内充分混合，进入石墨冷却器内在35盐水下进行冷却到142，、HCL混合气体在此温度下，部分水份以40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于气相中进入多筒过滤器，由含氟硅油棉捕集分离。然后，经二台石墨预热器预热后进入转化器。(2)合成转化。干燥、预热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的吸附于活性炭上的触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循环泵循环的热水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的升华物在填装活性炭的吸附器中脱除，然后进入精馏系统。(3)水洗、碱洗、氯乙烯压缩。除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱洗塔，出去残余的微量HCL后进入VC气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，经螺杆压缩机加压到0.50.6MPa（表压），经机后冷却器除去夹带水和油后，送精馏。(4) 精馏。由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，使大部分冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液全部进入低沸塔。低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用7水或者5水控制回流比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，尾气冷凝器未冷凝的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排空。由低沸塔进入高沸塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。高沸加热器将氯乙烯逸出，经塔板分离成氯乙烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到的1，1二氯乙烷（EDC）为主的高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝VC其他回到气柜。(5) 冷冻站+5水系统。从液氨槽出来的液氨经过5水分配台流入蒸发器，液氨变成气态氨带走蒸发器外工业水热，合格的5水由5水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5Mpa（表压）左右的过热气态氨进入油分离器，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷却成液氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。35盐水系统。从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后，获得的低温液氨经盐水分配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而气化，是管外盐水温度降低，合格的35盐水由泵送往合成、聚合使用。气态氨自蒸发器吸入螺杆压缩机内，经压缩后的过热气态氨进入油分离器，分离后的油后进入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨，流入热虹吸氨贮液器，再溢流到液态氨贮槽，完成制冷循环。在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制1.281.29，按需送盐水蒸发器。（6）溴化锂系统溴化锂制冷是以蒸汽为动力，利用“溴化锂与水”组成的二元溶液为工质对，在真空状态下，水蒸发作为制冷剂，从而吸收载冷剂（冷媒水）热负荷，达到所需的合格7水送到合成工序。溴化锂水溶液作为吸收剂，常设和低温下强烈地吸收水蒸汽，通过高温（蒸汽）将水份释放和循环水冷却吸收，周而复始实现制冷循环。3.2.4 聚合岗位本工艺流程全过程控制采用DSC集散控制。首先将合格的脱离子水、VCM单体、分散剂、引发剂及其他助剂按配方要求精确计量后，由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应，在最短反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。浆料由泵送至料浆贮槽，为反应的单体经回收单体真空泵回收至VC气柜，去回收装置进行加压冷凝回收。3.2.5 气体岗位来自料浆的PVC料浆经过滤器、料浆泵、螺旋板换热器由塔底排除的热浆料预热后，进入气提塔进行受热汽提。塔底排除的热浆料经过同一换热器被进塔冷料浆冷却后至离心干燥岗位。由塔顶出来的VCM/ 混合气体经过塔顶冷凝器除水后，VCM去压缩冷凝岗位冷凝成液态至回收单体贮槽。3.2.6 压缩冷凝回收因聚合反应的收率85%，故釜内有未参加聚合反应的氯乙烯单体，经过聚合釜及排放槽泄压后仍有0.30.5MPA的余压，可直接用5水和35盐水经过一级、二级冷凝器进行冷凝，当其压力处于5KPa0.3 Mpa时再进行加压冷凝，成为回收单体备聚合使用，不凝性气体则从排空管排向大气。2.2.7 离心干燥及包装由气提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水20%25%的湿PVC树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。树脂干燥器采用脉冲气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的PVC从圆盘振动筛筛选后被罗茨鼓风机抽如料仓。料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、分析合格后入库。第四章 物料衡算4.1 合成段的计算4.1.1计算依据（1）生产能力年产30万吨的聚氯乙烯年工作日：以300天计算日产量：30104103/300=106 kg/d小时产量：30104103/30024=4.17104kg/h聚合物一般进行到转化率为85%90%2，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为88%。x88% 2.78104 kgx=4.17104/88%=4.74104 kg每小时要合成氯乙烯4.74104 kg（2）化学反应式主反应：副反应：（产量非常小，可忽略不计）（3）倒推法计算精馏：（氯乙烯的收率：99.5%）4.74104/99.5%=4.762104kg=761.92kmol/h转化器：（乙炔转化率：95%）761.92/95%=802kmol/h进气中CHCH需802kmol=2.0852104kg/h4.1.2 混合器的物料衡算CHCHHClO2H2O游离氯（可忽略）乙炔氯化氢混合器 图4.1 混合器的物料衡算方框图计算依据：CHCH和HCl的摩尔比为：1：1.051.1。本设计选取：n CHCH：nHCl=1:1.08(1)进料表4.1 进料气组成进料气组分含量/%乙炔气CHCH99.75H2O0.25氯化氢气HCl99.8H2O0.1O20.1进混合器需乙炔气：802/99.75%=804kmol/h 进混合器需氯化氢气：8021.08/99.8%=867.895kmol/hCHCH：802kmol/h=20852kg/hHCl：8021.08=866.16kmol/h=31614.84kg/hO2：867.8950.1%=0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：8040.25%+867.8950.1%=2.88kmol/h=51.84kg/h(2)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。CHCH：802kmol/h=20852kg/hHCl：866.16kmol/h=31614.84kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：2.88kmol/h=51.84kg/h(3)混合器物料衡算表表4.2 混合器物料衡算表进料质量/kg/hW/%出料质量/kg/hW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31614.8460.17O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O51.840.0972总物料52546.45100.0总物料52546.45100.04.1.3 石墨冷却器CHCHHClO2H2O石墨冷却器混合气盐酸图4.2 石墨冷却器物料衡算方框图根据：在石墨冷却器中，用-35盐水（尾气冷凝器下水）间接冷却，来自混合器的混合气中水分一部分以40%盐酸的形式排出，其它的则夹带于气流中。设混合气中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。（1）进料CHCH：802kmol/h=20852kg/hHCl：866.162kmol/h=31614.84kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O：2.88kmol/h=51.84kg/h (2)出料CHCH：802kmol/h=20852kg/hO2：0.868kmol/h=27.77kg/hH2O ： 2.88（1-30%）=2.016kmol/h=36.288kg/hHCl：31614.84-(51.84-36.288)=31604.472kg/h=865.876kmol/h盐酸：(51.84-36.288)+(51.84-36.288)=25.920kg/h(3)石墨冷却器物料衡算表表4.3 石墨冷却器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.68CHCH2085239.68HCl31614.8460.17HCl31604.47260.146O227.770.0528O227.770.0528H2O51.840.0972H2O36.2880.069盐酸25.9200.052252546.45100.052546.45100.04.1.4多筒过滤器根据在多筒过滤器中，采用3%5%憎水性有机硅树脂的510um细玻璃纤维，可将大部分酸雾分离下来，以盐酸的形式排出。设：盐酸为40%，除水量为80%(1)进料：CHCH：20852 kgHCl：31604.472 kgH2O：36.288kg O2：27.77kg(2)出料： CHCH：20852 kgO2：27.77kgH2O： 36.288（1-80%）=7.2576kgHCl：31604.472-(36.288-7.2576)=31585.1184kg/h盐酸：36.28880%+(36.288-7.2576)=48.384kg/h(3)多筒过滤器物料衡算表表4.4 多筒过滤器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.703CHCH2085239.703HCl31604.47260.175HCl31585.118460.1386O227.770.0528O227.770.0528H2O36.2880.0692H2O7.25760.0135盐酸48.3840.092152520.53100.052520.53100.04.1.5石墨预热器表4.5石墨预热器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.739CHCH2085239.739HCl31585.118460.194HCl31585.118460.194O227.770.0532O227.770.0532H2O7.25760.0138H2O7.25760.013852472.146100.052472.146100.04.1.6转化器CHCHHClO2H2O转化器CH2=CHClHClCHCHO2 H2OCH3CHCl2图4.3转化器物料衡算方框图根据氯乙烯产率为99.46%，二氯乙烷产率0.54%，乙炔转化率为95%。3(1)进料组成为CHCH：20852kgHCl： 31585.1184kgO2： 27.77kg H2O： 7.2576(2)出料组成为CH2=CHCl：（2085226）95%99.46%62.5=47361.6kgCHCH：20852（1-95%）=1042.6kgCH3CHCl2:：（2085226）95%0.54%99=407.3kgHCl： 31585.1184-（47361.662.5+2407.399）36.5=3625.6124kgO2：27.77kg H2O：7.2576(3)转化器物料衡算表表4.6 转化器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085239.739CH2=CHCl47361.690.26HCl31585.118460.194CHCH 1042.61.9869O227.770.0529HCl3625.61246.909H2O7.25760.0141O227.770.0543H2O 7.25760.0138CH3CHCl2407.30.77652472.146100.052472.14100.0误差分析：（52472.146-52472.14）/52472.146100%=0.0000114%故可行。4.1.7除汞器催化剂在物料中含量很少，而且不会影响整个物料平衡。除汞器物料衡算表表4.7 除汞器物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl47361.690.26CH2=CHCl47361.690.26CHCH1042.61.9869CHCH 1042.61.9869HCl3625.61246.909HCl3625.61246.909O227.770.0543O227.770.0543H2O7.25760.0138H2O 7.25760.0138CH3CHCl2407.30.776CH3CHCl2407.30.77652472.14100.052472.14100.04.1.8水洗泡沫塔根据：水洗泡沫塔回收过量的氯化氢，泡沫塔是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触可得40%的盐酸。设HCl的回收率为98%。H2OCH2=CHClCHCHHClO2H2OCH3CHCl2水洗塔CH2=CHClCHCHHClO2H2OCH3CHCl240%盐酸图4.4水洗塔物料衡算方框图（1）进料CH2=CHCl：47361.6kgCHCH：1042.6kgO2：27.77kgCH3CHCl2：407.3kgHCl: 3625.6124H2O: 7.2576+3625.612498%=8297.8246kg（2）出料CH2=CHCl：47361.6kgCHCH：1042.6kgO2：27.77kgCH3CHCl2：407.3kgHCl: 3625.6124(1-98%)=72.5kg回收的盐酸：3625.612498%/30%=11843.667kgH2O： 8297.8246-11843.66770%=7.258kg（3）水洗泡沫塔物料衡算表表4.8 水洗泡沫塔物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl47361.677.945CH2=CHCl47361.677.945CHCH 1042.61.716CHCH 1042.61.716HCl 3625.61245.9668HCl72.50.119O227.770.0457O227.770.0457H2O8297.824613.656H2O7.2580.0118CH3CHCl2407.30.6705CH3CHCl2407.30.6705盐酸11843.66719.49260762.707100.060762.707100.04.1.9碱洗泡沫塔NaOH溶液CH2=CHClCHCHHClO2H2OCH3CHCl2碱洗泡沫塔CH2=CHClCHCHO2H2OCH3CHCl2NaCl溶液图4.5 碱洗泡沫塔物料衡算方框图根据：用5%10%的NaOH溶液除去余下的氯化氢气体。取10%的NaOH溶液除氯化氢气体。（1）进料 NaOH溶液 :（72.5/36.5）40/10%=794.52kgCH2=CHCl：47361.6 kgCHCH ：1042.6kgHCl：72.5 kgO2 ：27.77 kgH2O：7.258kgCH3CHCl2 ：407.3kg（2）出料HCl被碱液吸收，从而出料气中不含HCl气体NaCl溶液：794.52+72.5=867.02kgCH2=CHCl：47361.6 kgCHCH ：1042.6 kgO2 ：27.77 kgH2O：7.258 kgCH3CHCl2 ：407.3kg（3）碱洗泡沫塔物料衡算表表4.9 碱洗泡沫塔物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CH2=CHCl47361.695.269CH2=CHCl47361.695.269CHCH1042.62.097CHCH1042.6 2.097HCl72.50.1458O227.770.0558O227.770.0558H2O7.2580.0154H2O7.2580.0154CH3CHCl2407.30.819CH3CHCl2407.30.819NaOH溶液794.521.598NaCl溶液867.021.743849713.56100.049713.56100.04.1.10总物料衡算表表4.10 合成段总物料衡算表进料质量/kgW/%出料质量/kgW/%CHCH2085233.833CHCH 1042.61.692HCl31614.8451.296CH2=CHCl47361.676.846O227.770.045O227.770.045H2O8342.413.536H2O7.2580.0135NaOH溶液794.521.29NaCl溶液867.021.406CH3CHCl2407.30.6630%盐酸11843.66719.21740%盐酸（多筒）48.384