#一万吨氯乙烯生产工艺Word格式.docx
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乙炔流量:
氯化氢流量
1:
1.05
混合气温度
℃
25
石墨冷却器
进料温度
出料温度
-13
盐水进口温度
-35
盐水出口温度
-20
多筒过滤器
混合气含水
%
﹤0.08
石墨预热器
75
循环水进口温度
110
循环水出口温度
95
转化器
反应温度<
新触媒)
≤150
旧触媒)
≤180
卸大盖温度
放酸
转化率
≤60
次/小时
1
≥95
2.3主要原料和产物的物化性质
⑴乙炔
分子式:
C2H2分子量:
26
性质:
在常温常压下为无色气体,具有微弱的醚味,工业用乙炔因含有氯化氢、磷化氢等杂质而具有特殊的刺激性臭气。
乙炔是一种易燃易爆的不稳定化合物。
易分解放出大量的热而发生爆炸。
压力对乙炔有特殊的意义。
压力增加时,乙炔气体分子间相密聚,因此,一旦某处乙炔分解,就能迅速扩展到全部气体中。
加工业气体乙炔的压力在147kPa(1.47bar>
以上温度超过773~823K时,使会全部分解,发生爆炸。
当温度低于723K(并有接触物质存在时,可能发生爆炸。
乙炔可以发生加成反应,聚合反应。
乙炔具有弱酸性,其分子中的氢能被某些金属取代而成盐。
例如含有水成氨的工业乙乙炔与氯化亚铜作用,生成具有爆炸性副乙炔铜。
所以,工业上乙炔发生系统不能使用铜制的旋塞及管件。
纯度:
≥98.5%不含硫、磷、砷等杂质。
⑵氯化氢
HCl分子量:
36.5
是一种无色有刺激性的气体,遇到湿空气则呈白色烟雾,鼓可做烟雾剂。
标准状况下比重为1.639kg/m2,低温低压下可以成为液体,熔点为-114℃,沸点为-85.03℃。
易溶于水,标准状况下,1升水可溶解525.2升的HCl气体。
在潮湿状态下,容易与多种金属作用生成该金属的氯化物。
属强酸,可使蛋白质凝固造成凝固性坏死,严重时可引起受损器官穿孔,斑痕形成,狭窄及畸形。
纯度≥93%水分≤0.06%
⑶氯乙烯:
CH2=CHCl分子量:
62.50
沸点:
-13.9℃熔点:
-160.0℃
蒸汽相对密度:
2.15(空气为1>
液体相对密度:
0.9121<
20℃>
爆炸极限:
在空气中3.6~26.4%(体积>
氯乙烯在常温常压下为易燃、无色的气体,具有类似醚一般气味,溶于水,溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。
主要质量要求(均为重量百分数>
氯乙烯≥99.99%乙炔≤0.8ppm
乙烯≤2ppm氯甲烷≤50ppm
丁二烯≤6ppm铁≤0.5ppm
HCl≤0.5ppm水≤80ppm
重组分≤50ppm
2.4物料衡算
假设各化工单元操作连续进行,采用倒推法,根据转化率或损失率计算出原料投料,然后再按照操作顺序对各单元操作进行物料衡算。
2.4.1计算依据:
⑴计算标准
生产能力:
年产1万吨的氯乙烯
年工作日:
以300天计算
日产量:
1×
104×
103/300=3.3333×
104kg
小时产量:
3.3333×
104/24=1388.9kg
⑵化学反应式
主反应:
副反应:
⑶倒推法计算
精馏:
<
氯乙烯的收率:
99.5%)1388.9/99.5%=1395.8kg=1395.8/62.5kmol=22.333kmol
转化器:
乙炔转化率:
95%)22.333/95%=23.508kmol
∴进气中CH≡CH需23.508kmol<
611.208kg)
2.4.2计算:
⑴混合器的物料衡算
CH≡CH
HCl
O2
H2O
乙炔
氯化氢
图2混合器的物料衡算方框图
计算依据:
CH≡CH和HCl的摩尔比为:
1:
1.05~1.1
本设计选取:
nCH≡CH:
nHCl=1:
1.08
i进料气组成
表2进料气组成
进料气
组分
含量/%
乙炔气
99.9
0.1
99.95
0.01
0.04
∴进料气需乙炔气:
23.508/99.9%=23.531kmol
进料气需氯化氢:
23.531×
1.08/99.95%=25.426kmol
∴CH≡CH:
23.508kmol<
HCl:
1.08=25.413kmol<
927.575kg)
O2:
25.426×
0.04%=0.0102kmol<
0.3264kg)
H2O:
0.1%+25.426×
0.01%=0.0261kmol<
0.4698kg)
ⅱ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[3]。
CH≡CH:
23.519kmol<
611.491kg)
23.519×
1.08=25.400kmol<
927.112kg)
25.413×
0.3254kg)
23.542×
0.1%+25.413×
0.4696kg)
ⅲ混合器物料衡算表
表3混合器物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
611.208kg
39.723
611.491
927.575
60.226
927.112
0.3264
0.021
0.3254
0.0261
0.031
Σ
1539.398
100.0
1539.3988
⑵石墨冷却器
混合气
盐酸
图3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,混合气中水分一部分则以40%盐酸的形式排出,部分则夹带与气流中。
设混合器中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。
ⅰ进料:
23.519kmol,611.491kg
25.400kmol,927.115kg
0.0102kmol,0.3293kg
0.0261kmol,0.4696kg
0.0102kmol,0.3254kg
H2O:
∵
∴
HCl:
盐酸:
ⅲ石墨冷却器物料衡算表
表4石墨冷却器物料衡算表
927.019
60.220
0.4696
0.3288
0.2347
0.015
1539.3983
⑶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5~10um细玻璃纤维,可将大部分酸雾分离下来,以盐酸的形式排出。
[3]
设:
盐酸为38%,除水量为80%
进料:
611.491kg
927.019kg
0.3288kg
0.3254kg
出料:
0.3288×
1-80%)=0.0658kg
多筒过滤器物料衡算表
表5多筒过滤器物料衡算表
644.491
39.729
926.862
60.219
0.0658
0.004
0.4192
0.027
1573.177
⑷石墨预热器
表6石墨预热器物料衡算表
出料/出料
39.740
60.235
1538.7444
⑸转化器
图4转化器物料衡算方框图
根据转化率为95%。
644.491kg
926.862kg
0.0658kg
0.3254kg
CH2=CHCl:
kg
转化器物料衡算表
表7转化器物料衡算表
CH2=CHCl
1396.433
90.751
CH≡CH
30.574
1.987
111.345
7.236
H2O
1538.744
⑹除汞器
∵进料同出料
表8除汞器物料衡算表
⑺石墨冷却器Ⅱ
进料同出料
表9石墨冷却器Ⅱ物料衡算表
⑻水洗泡沫塔:
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20%的盐酸。
[1]设回收盐酸的回收率为98%
1396.433kg
30.574kg
111.345kg
0.0658+436.7347<
水洗用水)=436.8kg
1396.433kg
30.574kg
回收的盐酸:
水洗泡沫塔物料衡算表
表10水洗泡沫塔物料衡算表
70.683
1.548
5.636
2.227
0.113
436.8
0.016
22.111
0.3265
545.592
27.618
1975.479
⑼碱洗泡沫塔:
图5碱洗泡沫塔物料衡算方框图
除去多余的氯化氢
2.227kg
0.3265kg
HCl被碱液吸收,从而出料气中不含HCl气体
0.3265kg
碱洗泡沫塔物料衡算表
表11碱洗泡沫塔物料衡算表
97.660
2.138
0.156
0.023
HCl<
除去的)
1429.887
1795.497
⑽总物料衡算表
表12总物料衡算表
30.944
70.665
46.915
1.547
0.2254
437.2043
22.124
碱洗掉的)
0.017
20%盐酸
27.609
38%盐酸
40%盐酸
0.001
1975.480
2.2热量衡算
2.2.1衡算方法
入方:
:
物料带入热;
加热剂或冷却剂带入热;
过程热效应;
出方:
物料带出热;
热损失。
设
是
的5%
“-”表示吸热,“+”表示放热。
设混合平均热容近似等于各组分热容与质量分数乘积之和。
即
,含量少的物质对混合体系热容地方影响可不计。
同种物质的平均比热容
2.2.2标况下有关物化数据表[3]
表13标况下有关物化数据表
项目
温度/℃
比热/kcal/<
kg·
℃)
0.428
0.45
0.455
0.204
0.208
0.2085
水蒸气
0.451
0.46
0.234
0.24
0.244
氯乙烯
0.846
0.8327
0.868
盐酸<
40%)[5]
3.214
2.2.3计算:
⑴石墨冷却器:
已知表:
表14已知量表
进料温度:
25℃,出料温度:
-13℃
25℃为计算基准
C乙炔=1.352kJ(kg·
℃>
-1
C水蒸气=1.8837kJ(kg·
C氯化氢=0.8581kJ(kg·
C氧气=0.653kJ(kg·
C水<
l)=4.175kJ(kg·
C水<
冷凝热)=-2229.4636kJ(kg·
C40%盐酸=3214kJ(kg·
计算:
Q1:
进料温度25℃,则Q1=0
Q3:
HCl溶于水放出的热以及水气液化放出的热
生成40%盐酸时,HCl的水溶液的生成热:
3544kcal·
kmol-1=148351.84kJ·
kmol-1。
[4]
则HCl溶于水放出的热量为:
水液化放出的热:
kJ
∴Q3=2381.559+17.440=398.9997kJ
∴Q4=Q乙炔+Q氯化氢+Q氧气+Q水蒸气+Q盐酸=-90340.286kJ
Q2:
5%Q2=Q5
∵Q1+Q2+Q3=Q4+Q5
∴0+Q2+398.9997=-90340.286+5%Q2
∴Q2=-95515.0378kJ
Q5=-4775.752kJ
表15石墨冷却器热量衡算表
入方/kJ
出方/kJ
-131415.952
-30229.091
-8.076
-23.534
冷凝热
41.8568
-2866.363
盐水吸热
-95515.038
损失
-4775.752
-95116.038
⑵石墨预热器
已知表
表16已知量表
-13℃,出料温度:
75℃
以-13℃计算为基准
C乙炔=1.80kJ(kg·
C水(g>
=1.884kJ(kg·
C氯化氢=0.858kJ(kg·
C=0.236kJ(kg·
进料温度-15℃,则Q1=0
Q3=0
Q4=Q乙炔+Q氯化氢+Q氧气+Q水(g>
=166881.161kJ
∴0+Q2+0=166881.161+5%Q2
∴Q2=175664.380kJ
Q5=8783.220kJ
表17石墨预热器热量衡算表
96860.145
69981.820
28.290
22.255
蒸汽加热
175664.380
8783.220
⑶转化器:
表18已知量表