年产3万吨氯乙烯的工艺设计.doc

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1、本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页1前言1.1概述氯乙烯又名乙烯基氯（VinylChloride）是一种应用于高分子化工的重要单体，可由乙烯或乙炔制得[1]。氯乙烯在常温、常压下是一种无色带有芳香气味的气体，分子式为C2H3Cl，结构式为CH2=CHCl，相对分子质量为62.5，凝固点为-159.7℃，临界温度为142℃，临界压力为5.22MPa，沸点为-13.9℃。虽然它的沸点为-13.9℃，但稍加压就可液化。而氯乙烯液体同一般液体一样，温度越高，密度越小。氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4％～22％（体积），在压力

2、下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂[2]。氯乙烯是聚氯乙烯（PVC）的单体，也是生产聚氯乙烯的主要原料。在世界上氯乙烯是与乙烯和氢氧化钠并列的最重要的化工产品之一，主要用途是用来合成聚氯乙烯[2]。聚氯乙烯是最古老的塑料品种之一，其能大量生产，价廉易得，用途十分广泛。其制品可分为聚氯乙烯糊、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯三大类[3]。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。硬聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的65%以上，它可以代替金属制成电气零件、管接头等注塑件和挤出吹型的瓶类产品以及管材、异型材、片材等挤出产品。软聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的25

3、%，主要用于雨披、包装材料、薄膜、压延片、标签、手袋、医用制品等。随着聚氯乙烯消费量的增长，市场上对氯乙烯的需求必然有所增长。因而氯乙烯的发展情况对国家经济的增长至关重要。我国五十年代开始研究和生产氯乙烯，到目前为止，我国生产氯乙烯的生产厂家有几十余家，但是我国现有装置的总生产能力仍然不能满足快速增长的市场需要[4]。因此以氯乙烯为原料的产品在市场上前景广阔，生产氯乙烯相关产品可以获得可观的经济收益。1.2设计依据由于本文为假定设计，所以，有关设计任务书中的其他项目如厂址的选择，主要技术经济指标，原料的供应，燃料的种类，水、电、气的主要来源，与其他工业的关系，建厂期限，设计进

4、度，设计单位及设计阶段的规定等内容均可从略。2氯乙烯的生产工艺本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页2.1氯乙烯的合成的方法根据原料的不同,氯乙烯的生产方法主要分为乙烯法、乙炔法、联合法、烯烃法、乙烷一步氧氯化法五种[5]。我国目前普遍采用的是乙炔法(电石法)和乙烯法两种。2.1.1乙炔法乙炔法：乙炔和氯化氢加成制成氯乙烯，其中乙炔可用电石与水反应制得[6]。在氯化汞催化剂存在下，乙炔与氯化氢加成直接合成氯乙烯，其方程式如下：CH≡CH+HCl→CH2=CHCl电石气制备：CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2氯化氢的制备生产方法：直接合成法，来自氯碱车间的氯气和氢

5、气通入合成炉。氯化氢制备的方程式为：H2+Cl2→2HCl+44.126kcal在乙炔发生器中，电石与水反应产生乙炔，经精制并与氯化氢混合、干燥后进入列管式反应器。管内装有以活性炭为载体的氯化汞（含量一般为载体质量的10％）催化剂。反应在常压下进行,管外用加压循环热水（97～105℃）冷却，以除去反应热,并使床层温度控制在180～200℃。乙炔转化率达97％,氯乙烯收率在95％以上。副产物是1，1-二氯乙烷（约1％），也有少量乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等[7]。2.1.2乙烯法乙烯法：乙烯经两步反应制取氯乙烯。第一步乙烯氯化生成二氯乙烷：CH2=CH2+Cl2→CH2Cl

6、-CH2Cl采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂，产品二氯乙烷为反应介质。反应热可通过产品二氯乙烷汽化来移出。反应温度40～110℃，压力0.15～0.30MPa，乙烯的转化率和选择性均在97％以上。第二步二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢：CH2Cl-CH2Cl→CH2=CHCl+HCl反应是强烈的吸热反应，在管式裂解炉中进行，反应温度500～550℃,压力0.6～1.5MPa；控制二氯乙烷单程转化率为50％～70％,以抑制副反应的进行。2.1.3两种方法的比较乙炔法生产氯乙烯虽然能耗高，但此法具有投资低，设备简单，转化率及产品纯度高[8]。催化剂汞盐毒性大，并受到安全生产、保护环境

7、等条件限制。而乙烯法却具有生产成本低，纯度高，性能可靠等乙炔法不可比拟的优点[9]。适于大规模生产，但是随着国际油价的不断上涨，乙烯法成本变高，显示了乙炔法氯乙烯生产成本的优越性。本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页2.2氯乙烯的生产工艺流程本设计采用乙炔法生产氯乙烯。乙炔法生产氯乙烯的工艺流程图如图3所示。石墨预热器转化器氯化氢缓冲罐乙炔砂封混合器石墨冷却器Ⅰ多筒过滤器除汞器水洗塔碱洗塔冷却器Ⅱ乙炔去精馏图3乙炔法生产氯乙烯的工艺流程图由乙炔工段送来的精制乙炔气，经乙炔砂封，与氯化氢工序送来的氯