年产7.5万吨氯乙烯固定床反应器设计Word文件下载.doc
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通过反应的物料衡算、热量衡算、反应器选型、反应器尺寸计算，得到该反应器工艺尺寸。
设计采用直径为3200mm的列管固定床反应器，有5台反应器，列管共7482根，催化剂床层高度为2.85m，床层截面积为3.09m2,催化剂总体积为9.42m3。
通过验算，证明各指标数据均符合标准，本次设计满足设计要求。
关键词：
氯乙烯；
乙炔合成法；
固定床反应器
Abstract
Theproperties,applicationandandproductionmethodsofvinylchlorideweresimplysummarized.Introducedthesynthesisofvinylchlorideandreactionprinciple.Thedesignmainlycalculatedtheprocessparameterandthesizeofthereactor.Accordingtothedesignconditionsandrequirements，throughmaterialbalancecalculation,heatbalancecalculationandotherprocesscalculationdesignedannual75,000tonsofvinylchloridefixed-bedreactor,anddeterminedthereactorselectionandsize,calculatepressuredrop,catalystetc,designedtomeettherequirementsofthereactor.
Thisdesignadoptstheacetylenesynthesisprocessforthesynthesisofvinylchloride.Rawmaterialgasiscomposedofacetyleneandhydrogenchloride.Thecontentofacetyleneintheacetylenegasis99%.Thecontentofhydrogenchlorideinthehydrogenchloridegasis99%.Theproportionofacetyleneandhydrogenchlorideis1:
1.08.Theyaremixedinthemixer,themixedgasaftergettingintographitecoolernextgetsintothemisteliminatortoconductfurtherdehydration,andthemixturegetsintothepreheat-er,thenentersintoconverterwhichisfullofmercuricchloridecatalystwhosecarrierofasetofreactionisactivatedcarbonforthefirsttime,afterpreliminarytransformationof,themixedgasgetsintoconverter（acetyleneconversionrateof97.6%）forthesecondtime,theby-product1,1-thegenerationofthedichloroethaneisabout0.9%）.Crudevinylchloridegetsintothemercuryremovaltanktoremovemercuryandentersinthefoamcoolertocooldown.Finallytheproductissenttoastoragetank.
Bycalculationofmaterialbalance,calculationofheatbalanceandtheselectionofreactortype,thesizeofthereactorisobtained.Thedesignadoptsfixedbedreactorwhosecolumnpipes’diameteris3200mm,thereare5tubereactorsand7482steelpipes,theheightofcatalystbedis2.85m,thebedcrosssectionalareaofcatalystbedis3.09m2.Thetotalvolumeofcatalystis9.42m3.
Throughcalculation,itisprovedthateachindexdataissatisfiedwithastandard,thisdesignachievesthedesignrequirements.
Keywords:
vinylchloride;
fixedbedreactor
I
目录
摘要 I
Abstract II
第1章概述 1
第2章氯乙烯的生产工艺 2
2.1乙炔法 2
2.1乙烯氧氯化法 2
2.3乙烯直接氯化法 2
2.4乙烯氯化裂解法 3
2.5乙烯氯化平衡法 4
2.6混合烯炔法 4
2.7乙烷氧氯化法 5
第3章反应器型式及设计方案的确定 6
3.1反应器型式的确定 6
3.2催化剂的确定 8
3.3温度对反应的影响 8
3.4压力对反应的影响 8
3.5空速对反应的影响 9
3.6设计方案的确定 9
第4章物料衡算与热量衡算 10
4.1反应原理 10
4.2反应的设计条件 10
4.3反应的物料衡算 11
4.4反应器的热量衡算 14
4.4.1前台反应器的热量衡算 15
4.4.2后台反应器的热量衡算 17
第5章反应器的设计 19
5.1反应原理 19
5.2确定反应器的基本尺寸及根数 20
5.3实际状况 21
5.4床层压力降的计算 22
5.5传热面积的核算 25
5.5.1床层对壁面的给热系数 25
5.5.2总传热系数的计算 29
5.5.3传热面积核算 29
5.6数据总结 32
第6章设计总结 33
参考文献 34
致谢 35
附录 36
第1章概述
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，微溶于水，分子式为CH2CHCl，结构式为CH2=CHC1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。
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%，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。
根据原料的不同，氯乙烯的生产方法主要分为乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烯直接氯化法、乙烯氯化裂解法、乙烯氯化平衡法、混合烯炔法、乙烷氧氯化法等，我国目前普遍采用的是乙炔法（电石法）和乙烯法[5]两种。
第2章氯乙烯的生产工艺
2.1乙炔法
乙炔法即采用乙炔和氯化氢在催化剂作用下生产氯乙烯的方法。
有液相法和气相法两种。
液相法不需要高温，但乙炔转化率低，产品分离困难，因此多采用气相法。
化学反应式为：
（2.1.1）
其过程可分为乙炔的制取和精制、氯乙烯的合成以及产物精制三部分。
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HgCl2（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99%，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。
此法工艺和设备简单，投资低，收率高，但能耗大，原料成本高，催化剂汞盐毒性大，并受到安全生产、保护环境等条件限制，不宜大规模生产。
2.2乙烯氧氯化法
乙炔氧氯化法即在触媒存在下，将氯化氢的氯化和烃的氯化一步进行的方法。
此法以乙烯为原料，经氧氯化生成二氯乙烷（EDC），然后裂解生成氯乙烯，反应方程式如下：
（2.2.1）
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