电石法生产氯乙烯.docx
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电石法生产氯乙烯
合肥工业大学
课程设计
设计题目：
5万吨/年电石法制氯乙烯
学院：
化学与化工学院专业：
化学工程与工艺班级：
2012.2
学生：
方柳陈志指导教师：
张旭系主任:
（署名）
一、设计要求：
1、依据设计题目，进行生产实质调研或查阅相关技术资料，选定合理的流程方案和设
备种类，并进行简要阐述。
（字数不小于8000字）
2、设计说明书内容：
封面、目录、设计题目、概括与设计方案简介、工艺方案的选择
与论证、工艺流程说明、专题阐述、参照资料等。
3、图纸要求：
工艺流程图1张（图幅2号）；设施平面或立面部署图1张（图幅3号））。
二、进度安排：
教课内容学时地址备注
查资料、说明书纲要、工艺方法、工艺流程图第一周
物料衡算、能量衡算、设施工艺管道及设施设
第二周
计、绘制工艺流程图和设施平面图
编写计划说明书第三周
三、指定参照文件与资料
《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、
《化工单元过程及设施课程设计》
纲要
本次课程设计主假如设计氯乙烯的生产成套装置。
氯乙烯是生产聚氯乙烯
的主要原料，到当前为止，全世界有93%以上的氯乙烯采纳氧氯化法生产。
在国内，考虑到石油资源不足，价钱较高，而电石资源丰富，所以大多半工厂都采纳电石法制取氯乙烯。
本次主要介绍电石法制取氯乙烯。
先后介绍了从原料气氯化氢、
乙炔的制备到氯乙烯的合成、氯乙烯的精馏等一系列生产过程的工艺流程、工艺原理以及主要设施选型等问题。
重点词：
氯乙烯；电石法；乙炔；氯化氢；工艺流程；精馏
一乙炔的制备
1.1乙炔生产的工艺原理
（1）电石的破裂
往常厂家采买的电石都是大块的电石，而电石料块进入发生器的合理径为
25~50mm，所以在进发生器前一定破裂，往常是将大块的电石放入颚式破裂机，
粗破后料块直径为80~100mm，经过皮带机输入电石库房，而后经过二次破裂，径粒达到25~50mm，破裂后料块经过皮带机径除铁器除铁后输入日料库，作为发生器的入料电石。
进入破裂机的电石温度应≤130℃，不然会烫坏，烧坏皮带；进入发生器的电石温度应当≤80℃，不然对发生系统不安全。
（2）电石的除尘
化学工程里把气体与微粒子混淆物中分别粒子的操作称作除尘。
针对电石及其粉尘的特征，采纳的除尘方法一般有以下几种。
①旋风除尘。
旋风除尘器对数微米以上的粗粉尘特别有效。
采纳简单的旋风除尘器微风机进行除尘，利用电石粉尘在风机的作用下，在除尘器内旋转所产生的离心力，将电石粉尘从气流中分别出来。
这类方式构造简单，器身无运动零件，不需要特别的隶属设施，安装投资较少，操作、保护也方便，压力损失中等，动
力耗费不大，运行保护花费低，也不受浓度、温度的影响。
但因为电石粉尘比较细，用这类简单的除尘方式很难达到环保要求，除尘效率不高。
②湿法除尘。
湿法除尘拥有投资少，构造简单，占地面积小，特别是对易燃
易爆气体的除尘成效更好，在操作时不会产生捕集到的电石尘埃再飞扬。
电石除
尘往常采纳旋风除尘和湿法的冲激式除尘器相联合。
这类除尘方式固然效率较高，但因为系统压力损失大，管道简单积灰。
冬季用蒸汽时，积灰易受潮结块，造成管道拥塞，清理比较困难。
除尘器内排出的电石渣水，多耗了水又易造成二次污染，除尘器排出的气体中水蒸气在严寒的北方也简单结冰，所以这类除尘方式合适于天气润湿、冬季不冷的地方使用。
（3）袋式过滤除尘
布袋除尘室依赖编制的或毡织的滤布作为过滤资料来达到分别含尘气体中电石
尘的目的，除尘效率一般可达99%。
滤布在长久与粉尘的接触和频频清理的过程
中，其性能会发生变化，这在实质使用中影响很大。
滤布一般在一到两年内大多半孔眼就会被拥塞，实时清理也不可以达到所需的肚量，或产生滤布损坏事故，此时需要改换滤布。
所以滤布的选型特别重要，一般要考虑材质、织法、透气率、阻力降、压损比等。
（4）乙炔的发生
库房内经破裂至25~50mm的电石，在皮带机的输送下，加入到经氮气置换合格的第一贮斗，再加入到经氮气置换合格的第二贮斗，在由电磁振动加料依据发生器的控制需求加入发生器内。
电石碰到发生器内的水生成粗乙炔气体由发生器顶部逸出，经喷淋预冷器及正水封进入喷淋冷却塔及气柜中。
反响所放出的热量是由过度的冷却塔废水和清净塔废水及渣浆上清液或工业增补水连续加入发生器并
经过溢流管溢流而出，上述加水量以保持发生温度在（85±5）℃为标准。
为了使发生器液相中的电石颗粒表面因水解反响产生的浓渣浆层被耙齿不停更新破
坏，使电石表面不停地能偶与水充足接触，发生器内设置了多层隔板和耙齿，通
过耙齿的搅拌使电石颗粒的表面获取不停的更新并慢慢地向下一层隔板推进，使得水解速度更快，更完整；水解反响的副产物电石渣浆不停从溢流管流出，而较浓的渣浆及矽铁杂质由发生器内的搅拌耙齿送至底部间歇排放。
当发生器压力因加料故障或泊车时，压力低于控制范围时，气柜内储存的乙炔将借压差经逆水封，进入发生器内以保持设施处于正压，保证安全生产。
发生器的安全水封连结收道安装于发生器液面略上方的气相部位。
当发生器气相出口管道或冷却内电石渣拥塞而压力剧增时，乙炔气经管道突破安全水封自动排空。
在湿式发生器中电石加入液相中发生水解反响，生成乙炔，反响式以下：
CaC2+2H2OCa（OH）2+C2H2130KJ/mol
因为工业品电石中含有许多杂质，在发生器水相中也同时进行一些副反响，生成
相应的PH3、H2S、NH3等杂质气体，其反响时以下：
CaCO
H2OCa（OH）2
CaS
2H2O
Ca（OH）2
H2S
Ca3P2
6H2O
3Ca（OH）2
2PH3
Ca3N2
6H2O
3Ca（OH）
Ca2Si
4H2O
2Ca（OH）
Ca3As3
6H2O
3Ca（OH）
22NH3
2SiH4
22AsH3
发生器生成的是由乙炔气和杂质气体共同构成的、含有大批水蒸气的粗乙炔气，
进入清净工序。
乙炔发生工艺流程图见1-1。
（5）乙炔的净化
粗乙炔气因为电石内杂质常含有硫化氢、磷化氢、氨、砷比氢等杂质气体。
它们合对氯乙烯合成的氯化高汞触媒进行不行逆吸附，破坏其“活性中心”而加
速触媒活性的降落，此中磷化氯会降低乙炔的自燃点，与空气接触会自燃，均应
完全脱除。
当前多半工厂均采纳次氯酸钠液体清净剂，其与杂反进行氧化反响：
PH34NaClOH3PO44NaCl
H2S4NaClOH2SO44NaCl
SiH44NaClOSiO22H2O4NaCl
AsH34NaClOH3AsO44NaCl
清净过程反响产物磷酸、硫酸等由后边的碱洗过程予以中和为盐类，再由废碱液
排出：
H3PO4
3NaOH
Na3PO4
3H2O
H2SO4
2NaOH
Na2SO4
2H2O
CO2
2NaOH
Na2CO3
H2O
关于生产中液体清净剂次氯酸钠浓度和pH值的选择，主要考虑到清净成效
及安全因素两个方面。
塔内次氯酸钠溶液的有效氯含量不低于0.06%，而增补新
鲜溶液的有效氯应当控制在0.085~0.12范围内，pH值在7~7.5为宜。
办理后的乙炔气经乙炔气冷却器出去饱和水分，制的纯度达98.5%以上，不
含S、P的合格精制乙炔气送氯乙烯合成工序。
1.2乙炔生产中的主要设施
（1）乙炔发生器
乙炔发生器是是以电石水解反响制取乙炔的主要设施，当前国内多半采纳的是湿
式立式发生器。
本次设计采纳φ3.2m的六层隔板发生器，其乙炔生产能力为每
3
小时2400m以上。
其表示图如图1-2。
图1-1乙炔发生工艺流程图
图1-2乙炔发生器表示图
（2）清净塔
清净塔式清净系统的主要设施。
图1-3为典型的填料式清净塔的构造。
清净塔常用的填料有拉西瓷环、塑料阶梯环或涟漪填料，如采纳陶瓷环尺寸越小，则接触表面积越大，缝隙率越小，依据生产经验，一般使用φ25~50mm瓷环，每个瓷环的填补高度为6~9米。
作为清净作用的填料塔，介绍空塔气速在0.2~0.4m/s，气体在塔内总逗留时间为40~60s，以保证化学汲取完整。
因为乙炔清净属于化学汲取过程，清净成效除了与汲取剂浓度、pH值以及汲取温度相关外，还与气液的接触时间相关。
因为清净塔的液相介质为次氯酸纳，以及清净反响生成的硫酸、磷酸等，它对塔体采纳的碳钢有腐化作用，需要对其进行防腐办理，本来的清净塔采纳的是钢衬胶，衬胶在有温度的状况下简单老化零落，此刻有些厂家采纳新式的内衬资料，如内衬PO，内衬四氟等，使用寿命长。
图1-3清净塔表示图
（3）乙炔水环泵
在乙炔气输送设施的选择上，第一要考虑乙炔的性质和对输送设施的要求，
从乙炔的化学、物理性质看，它是易燃易爆的气体，不一在高压条件下输送，以保证安全。
从输送要求看，乙炔要经过一系列的净化设施，必定产生压力损失，
为了战胜压力损失，就要有必定的压头，而同时又一定达到生产所需的肚量，一保证生产均衡。
为此，采纳水环泵来输送乙炔气体。
其特色是叶轮与泵壳空隙较大，不易因碰撞而产生火花，对易燃易爆的气体输送安全靠谱。
泵内的工作液为水，使乙炔成湿气状态，克制了乙炔的爆炸性质。
水环泵拥有必定的抽气能力，
输送压力不是很高，而量大的性能，固然能量变换效率不高，但对输送乙炔气体是相当安全、合适的。
二氯化氢的制备
2.1工艺流程
（1）原资料、协助资料、公用工程规格及耗费
①原资料规格及耗费
（ⅰ）氯氢办理来的氢气
H2
≥99.9%（体积分数，干基）
压力
≤0.098Mpa（G）
O2
≤300ppm（体积分数，湿基）
用量
141.21kmol/h
H2O
10.09（质量分数，湿基）
（1792.96m3
/h；313.31kg/h）
温度
20
℃
（ⅱ）氯氢办理来的氯气
Cl2
≥98.5%（体积分数，干基）
压力
≤0.3Mpa（G）
O2
≤1.0%（体积分数，干基）
用量
124.81kmol/h
H2O
≤50×1069（体积分数）
（1093.20m3
/h；8799.1
kg/h）
温度
≤45℃
（ⅲ）液氯尾气（废氯）
Cl2
80%~90%
压力
≤0.0919Mpa（G）
H2
≤2%（体积分数）
用量5.41kmol/h
（68.67m3
/h；370.85
kg/h）
温度
20
℃
（Ⅵ）氯化氢气体
温度
≥94%
游离氯
≤0.04%
a.合成总量：
271.15kmol/h（4751.52m3
/h；9521.05kg/h）
温度
≤45℃
压力
≤0.0509Mpa（G）
b.
去VCM装置量:
253.92kmol/h（449.56
m3
/h；8915.99kg/h）
c.
去I
段降膜汲取度量：
17.23kmol/h
（301.96m3
/h:
；605.06kg/h）
②协助资料规格及耗费
（ⅰ）氮气
供应压力0.2Mpa（G）
温度
常温
（ⅱ）仪表空气
供应压力
≥0.6Mpa（G）
温度
常温
露点
≤—40℃
用量
2m3
/h
尘、油
无尘、无油
（ⅲ）循环水
进水温度
30
℃
回水温度
40℃
进水压力
约0.4Mpa（G）
回水压力
约0.2Mpa（G）
用量
约244m3
/h
（Ⅵ）纯水
进水温度
25
℃
用量
≤15m3
/h
进水压力
≤0.4Mpa（G）
（4）本工序产质量量标准及耗费指标
产质量量标准
①氯化氢质量指标
氯化氢纯度
≥94%
含游离氯
≤0.04%
②氯化氢耗费指标
氯化氢耗费指标见表2-1。
表2-1
氯化氢耗费指标
氯气
氢气
纯水
二次水
动力电
972kg/t
30kg/t
3t/t
17t/t
4.0kW·h/t
2.2本工序的生产原理
（1）合成氯化氢的反响机理
生产氯化氢的主要反响时氯气与氢气的化合反响，氯气与氢气在必定的条件
下（如光，焚烧或触媒）下，会快速化合，发生链反响，其反响式以下：
Cl2H22HCl18.42KJ
在实质生产中，氯气与氢气在焚烧前其实不混淆（不然发生爆炸反响）而是经过一种特别的设施“灯头”使氯与氢均衡焚烧。
（2）影响氯化氢合成的因素
①温度的影响。
氯气与氢气在440℃以上会快速化合，但温度高于1500℃时，就有明显的热分解现象。
氯气与氢气的反响时放热反响，有大批的热量产生，这类热量使生成的氯化氢温度高升，所以一定想法把合成过程中产生的反响热出去，反响才能向有益于生成氯化氢的方向挪动，所以合成炉采纳夹套式冷却移走反响热。
②水分和其余触媒的影响。
绝对干燥的氯气和氢气是很难起反响的，当有微量的水分存在时常常能够加速反响速度，所以水分是促使氯气与氢气化合的媒介，可是当水分含量超出必定值时，对反响速度就没有多大影响。
（3）盐酸的生成机理
合成氯化氢气体时，用水汲取，即生成盐酸。
当用水汲取氯化氢时，陪伴着溶解的进行，将开释大批的溶解热，热量会是盐酸温度高升，不利于对氯化氢气体的汲取，因为当氯化氢纯度一准时，溶液温度越高，氯化氢气体的溶解度就越低，就使得制得的盐酸浓度越低。
依据化学均衡的原理，一定移走这部分热量，才能使溶液向有益于生成盐酸的方向进行，在化工生产中采纳二段降膜式汲取法汲取生产盐酸。
还有采纳一段降膜式汲取法和二段绝热式汲取法进行汲取生产盐酸。
氯氢纯度、流量、冷却水量、氯化氢纯度等因素都对氯化氢及盐酸的生产过
程有很大的影响。
2.3工艺流程简述
（1）生产氯化氢的工艺流程简述
原料（氢气）由氯氢办理工序用氢气压缩机压缩过来，经过氢气缓冲罐，进入氢气管道阻火器，经流量计计量后，经过回阀、调理阀进入二合一石墨合成炉灯头。
氢气经过氢气缓冲罐上的压力自动调理阀自动调理，放空氮气经过氮气放空阻火器后放空。
原料（氯气）由氯氢办理工序用氯气压缩机送过来、液氯尾气（废氯）由液
氯工序送过来分别进入氯气缓冲罐，混淆后的氯气进入氯气管道阻火器，经流量
计计量后，经截止阀、调剂阀进入合成炉灯头。
氮、氢气在合成炉灯头混淆焚烧，生成的氯化氢由合成炉上部送出，经冷却槽、石墨冷却器冷却后，进入氯化氢分派台，从氯化氢分派台出来的氯化氢气体，按合成车间的需求量经流量计计量送往VCM工序，开泊车时不合格的氯化氢则进入汲取系统用于生产高纯盐酸。
从石墨冷却器中冷凝下来的盐酸，从石墨冷却器的底部流入冷凝酸排放槽，而后排入盐酸储槽。
软水槽中的软水，经软水泵加压后送入二合一石墨合成炉夹套的下部，之下而上流入合成炉，合成炉夹套顶部产生的低压蒸气经闸阀及压力自动调理阀送入低压蒸气管道。
（2）生产高纯度盐酸的工艺流程简述
用于制酸的氯化氢气经过氯化氢分派台上的截止阀进入高纯盐酸汲取系统Ⅰ段降膜汲取器上封头，与来自Ⅱ段降膜汲取器的稀酸从管内自上而下并流汲取生成成品盐酸，成品盐酸从Ⅰ段降膜汲取器的底部流经盐酸液封罐，而后流入盐酸储槽，未被汲取的氯化氢气体经返气管由Ⅱ段降膜汲取器的上风头进入，与水在管内自上而下进行并流汲取，生成的稀酸经U型管进入Ⅰ段降膜汲取器，废气从Ⅱ段降膜汲取器的底部流出进入水流发射器，痛循环水一同进入循环液储槽，经过分别后的尾气排入大气。
成品酸流入酸储槽，剖析合格后用酸泵送去自用或打入盐酸高位槽供应客
户。
2.4氯化氢合成的主要设施
（1）合成炉
合成炉是制造氯化氢气体的主要设施。
过去工艺上应用比较宽泛的是钢制合成炉，有空气冷却式和水冷夹套式两种。
此刻均以石墨合成炉为主。
因为石墨合成炉拥有耐高温、耐腐化、传热效率高等长处，石墨合成炉的应
用十分宽泛。
工业上常见炉内体的块孔壁通入冷却时的水冷式石墨炉，以降低炉内氯化氢的温度和提升生产能力。
特别是副产低压蒸汽的合成炉，起副产低压蒸汽输送距离较远、利用范围较宽泛，如图2-1。
（2）石墨换热器
石墨换热器是用于冷却或加热氯化氢或其余腐化性气体的设施，主要有块孔式（如图2-2）和列管式（如图2-3）。
列管式石墨换热器，可用于合成炉经空气冷却导管后的高温氯化氢的冷却，
水箱的设计能够降低气体进口部位特别是上管板的温度，不至于经受高温而使管
板与列管的交接缝处因资料热膨胀系数差别而胀裂破坏。
关于列管式石墨换热器，立式安装比斜式安装或卧式安装更有益于浮头的自由伸缩。
块孔式石墨换热器是由若干带有无聊孔道、冷却水孔道的石墨换热块（多块上下叠加），上下石墨封头及其金属盖板以及圆筒钢壳体（圆块孔式）或两头侧盖（矩块孔式）等主要零件构成，零件之间用衬垫密封，并以长螺栓紧固。
（3）膜式汲取塔
膜式汲取塔是一种等温汲取器，是哟个不透性石墨制成的，是最近几年来发展起来的用于氯化氢汲取制取盐酸的主要设施，起基本构造与一般列管式石墨换热器相像，所不一样的是汲取塔在上管板的板孔上设置有汲取液的分派器。
膜式汲取塔拥有典型的气液相在固定界面传质的特色，因此出酸浓度高，温度低，操作稳固，易于修剪等特色。
其许用的技术特征：
①许用温度。
气体进口温度＜250℃；
②许用压力。
壳程0.3Mpa,管程0.1Mpa。
图2-1副产低压蒸汽的氯化氢合成炉和块孔式石墨换热器
图2-2块孔式石墨换热器图2-3列管式石墨换热
器
三氯乙烯的制备
3.1工艺流程
乙炔工段送来的精制乙炔气体（纯度≥98.5%）经乙炔砂封后，与氯化氢工
段送来的氯化氢（纯度≥93%），不含游离氢）在混淆器以必定的比率（1:
1.05）混淆后进入一级石墨冷却器，用—35度冷冻水冷却至（2±4）℃，再经二级石墨冷却器用－35,冷冻盐水间接冷却至（—14±2）℃左右，在这两级石墨设施内各依重力作用出去大多半冷凝液后一次进入一级酸雾过滤器、二级酸雾过滤器，
由氟硅油玻璃棉过滤捕集出去少许晶粒很小的酸雾，排出40%的盐酸送氯化氢脱
吸或作为副产品包装销售。
获取含水分≤0.06%的混淆气体一次进入石墨预热器，
蒸气预热器预热至70~80℃送入串连的两头装有氯化高汞触媒的转变器，课分别
由数台并联操作，反响生成粗氯乙烯，第一段转变器出口气体中另有20%~30%的
乙炔未转变，再进入第二段转变器持续反响，使其出口处的乙炔含量控制在3%
以下。
第二段转变器装填的是活性高的新催化剂，第一段转变器装填的则是活性低的催化剂，即由第二段改换下来的旧催化剂。
合成反响热经过转变器列管间的
循环热水移去。
粗氯乙烯经过装有活性炭填料的除汞除掉大多半汞此后，进入粗
氯乙烯冷却器冷却至＜30℃，进入一级水洗组合塔，以二级水洗塔填料的稀酸及
解吸后的稀酸汲取混淆气体中的大多半氯化氢气体，制的氯化氢含量为28%~30%的盐酸送氯化氢脱吸或做为副产品包装销售；经过汲取后的粗氯乙烯气体进入二
级填料水洗塔二次冲洗，水洗后含有微量的氯化氢酸雾、二氧化碳及惰性气体，进入碱洗塔用8%~20%的NaOH溶液清洗，净化后的气体经汽水分别部分脱水后送入压缩工序。
生产间的流动则有设置的氯乙烯气柜来实现缓冲。
3.2工艺原理
（1）混淆气脱水
利用氯化氢吸湿性质，早先汲取乙炔气体中的大多半水，生成40%左右的盐
酸，降低混淆气体中的水分；利用冷冻方法混淆脱水，是利用盐酸冰点低，盐酸
上水蒸气分压低的原理，将混淆气体冷冻脱酸，以降低混淆气体中水蒸气分压来
降低气相中水含量，达到进一步降低混淆气体中水分至所必要的工艺指标。
在混
合气体冷冻脱水过程中，冷凝的40%盐酸，除少许是以液膜状自石墨冷却器列管内壁流出外，大多半呈极细微（≤2μm）的“酸雾”悬浮于混淆气体流中，形成“气溶胶”，该“气溶胶”没法依赖重力自然沉降，要采纳3%～5%憎水性有机氟硅油的5~10μm细玻璃长纤维过滤除雾，“气溶胶”中的液体微粒于垂直摆列的玻璃纤维想碰撞后，大多半雾粒被截留，在重力作用下向下贱动的过程中液滴渐渐增大，最后滴落下来并排出。
工艺条件的选择：
冷冻混淆脱水的重点是温度的控制，温度高达气体含水达不到工业要求，会腐化碳钢设施和管道，还会在转变器内和乙炔发生反响生成乙醛类的缩合物（黏稠状），触媒结块拥塞转变器列管，部分触媒失掉作用，转变系统阻力增大：
温度太低，低于浓盐酸冰点（—18℃），则盐酸结冰，该冰拥塞设施通道，系统阻力增大、流量降落，扬中市流量降为零，没法持续生产。
所以，
混淆脱水二级石墨冷却器出口的气体温度一定稳固地控制在（—14±2）℃范围内。
经混淆脱水后的混淆气体温度很低，需要在预热器中加热到70~80℃后才能进入转变器进行反响。
这是因为混淆气体加热后，使未除尽的雾滴所有气化，能够降低氯化氢对碳钢的腐化性，气体温度靠近转变温度有益于提升转变反响的效率。
（2）氯乙烯的合成
必定纯度的乙炔气体和氯化氢气体依据1：
（1.05~1.07）的比率混淆后，在氯化高汞触媒的作用下，在100~180℃温度下反响生成氯乙烯。
反响方程式以下：
C2H2HClC2H3Cl124.8KJ/mol（29.8kcal/mol）
在合成反响中还有少许的副反响发生：
乙炔在与氯化氢反响生成二氯乙烷：
C2H2HClC2H4Cl2
副反响是我们所不希望的，既耗费掉可贵的原料乙炔，又给氯乙烯精馏增添
了负荷，其重点是催化剂的选择、摩尔比、反响热的实时移出和反响温度的控制。
生产条件的选择以下。
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