聚氯乙烯工艺计算及生产问答.docx
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聚氯乙烯工艺计算及生产问答
聚氯乙烯工艺计算及生产问答
1、70.5m3聚合反应放热计算：
单体加入量为27.8m3（按25吨单体，单体密度900Kg/m3,每千克氯乙烯聚合热为1540KJ/Kg）转化率C为80%
则Q总=VpC×1540=27.8×900×80%×1600=3.2×107（KJ）=7.66×106千卡/釜80%
2、70.5m3聚合釜连续注水工艺计算：
5型树脂反应温度为57℃（注入温度为20℃投入单体量为25吨反应结束时的转化率为80%，试求：
反应结束时总放热量和注入水直接吸收热量占反应总热量的百分之几？
（注入水Cp为1kcal/kg.℃）氯乙烯聚合热为1600Kj/kg,树脂相对密度1.4，57℃时单体的相对密度0.8671）
反应结束时物料体积收缩量（注入水量）为
V注=△V=单体入料量×转化率（1/单体比重-1/树脂比重）
=25×0.8（1/0.8371-1/1.4）=20×（1.195-0.714）=9.62m3
注入水吸收的热量为
Q=W注Cp（t釜-t注）=9.62×1000×4.174（57-20）=1.486×106（KJ）
反应结束时总反应热为
Q总=VpC×1540=27.8×900×80%×1600=3.2×107（KJ）
注入水直接吸收热量占总反应热的百分数为：
（1.486/3.2）×100/100=4.64%
反应半小时注水量（温度在55℃左右、反应时间为270min，反应结束停止注水）注水量为1.2吨×4=4.8吨水；
缓冲剂冲水量为0.2吨；
GH-20、L-10（槽和管线）冲水量为0.4吨；
分散剂HPMC（槽和管线）冲水量为0.35吨；
引发剂（槽和管线）冲水量为0.6吨；
轴封水：
500kg/小时（反应周期6小时）=3吨
则总的连续注入水量为4.8+0.2+0.4+0.35+0.6+3=9.35m3
3、70.5m3聚合釜引发剂用量计算：
生产SG-5型树脂时，在4.5小时内可结束反应，聚合时单体投入量25000Kg,聚合温度为57℃，加入引发剂的量大约多少？
（使用EHP为引发剂分子量为346，理论引发剂用量Nr=1.1mol/TVC,57℃时EHP的半衰期为t1/2=1.1h）
根据公式
Nr
Nr=No（1-e-0.693/t1/2）则No=-------------=1.17（mol/TVC）
1-e-0.693/t1/2
所以加入引发剂的量为W=25×1.17×346÷1000=10.12Kg=10.2Kg
生产SG-2树脂时，在6时内可结束反应，聚合时单体投入量25000Kg,聚合温度为50℃，加入引发剂的量大约多少？
（使用EHP为引发剂分子量为346，理论引发剂用量Nr=1.1mol/TVC,50℃时EHP的半衰期为t1/2=4.3h）
根据公式
Nr
Nr=No（1-e-0.693/t1/2）则No=-------------=1.78（mol/TVC）
1-e-0.693/t1/2
所以加入引发剂的量为W=25×1.78×346÷1000=15.4Kg
4、干燥计算:
物料由水分25%（湿基）干燥到3%（湿基），假定加速管入口热风温度150℃，干燥管出口温度65℃，产品温度55℃，PVC物料比热容1.8396kj/（kg.干品℃）。
以平均气温25℃、相对湿度为79%、进料温度为70℃、20℃～150℃空气的定压比热容近似取1.01kJ/kg.k、水的定压比热容取4.187kJ/kg.k、0℃时水的汽化潜热为2490kj/kg；0.3MPa时的水为2168.1kj/kg；0.5MPa时的水为2113.2kj/kg。
水蒸气的比热为Cp=1.88kj/kg.℃。
计算干燥管容积，干燥管直径、干燥管长度、所需风量、蒸气耗量。
解：
1.干燥能耗：
设置两套干燥
干燥处理能力：
M=160000000÷8000÷2=10000kg/h
PVC干燥前的含水率：
W1=0.25÷0.75=0.34；
PVC干燥后的含水率：
W2=0.03÷0.97=0.03093
应除去的水分W总=M×（W1-W2）=10000×（0.34-0.03093）=3090.7kg（水）/h
取水的蒸发潜热：
2490kj/kg,物料比热容1.8396kj/（kg.干品℃）则干燥所需热量Q为：
Q=3090.7×[2490+4.187×（70-55）]＋10000×1.8396×（70-55）=816.5×104kj/h
2.风量：
取设备热损失15%，则所需风量G为：
G=Q×1.15÷[1.01×（150-65）]=816.5×104×1.15÷[1.01×（150-65）]=109374kg/h
25℃蒸汽分压Ps=3139.74044Pa
罗茨风机出口压力为P=65kPa、25℃、相对湿度φ=79%含湿量:
d=622×φ×Ps/（P-φ×Ps）=24.67蒸汽g/空气kg
d=蒸汽g/空气kg=水汽g/109374kg则水汽=2649409.98g
V=nRT/P
=（2649409.98÷18＋109374000÷29）×8.31×（273＋25）÷65000
=149295.5m3/h
3、所需热量：
（2649×1.88＋109374×1.01）×（150-25）=1443.8×104kj/h
则0.3MPa下蒸气耗量为0.67×104Kg/h=6.7T/h;
0.5MPa下蒸气耗量为0.683×104Kg/h=6.83T/h;
干燥系统两套系统每小时耗蒸气量为14T/h
排气湿度为0.79+3090.7/109374=0.818
4.干燥管长度
取热风与物料温度差为加速管入口处于干燥管出口处的对数平均温差，则
对数平均温差=[（150-25）-（65-55）]÷Ln[（150-25）÷（65-55）]=45.6
干燥管热容量系数为4186kj/（h.℃.m3）
则所需干燥管容积：
729.3×104÷（4186×45.6）=38.2m3
V=NRT/P=[（1772783.1＋3090700）÷18＋97693000÷29]×8.31×（273＋25）÷87500=98179＋4860=102986.8M3/H=28.61M3/S
A、现设定管内热风平均流速为：
18.59m/s则干燥管直径为
D2=28.61/（3.14÷4×18.60）D=1.4M
干燥管长度为：
L=38.2÷（3.14÷4×1.42）=24.827m
最后可选定干燥管尺寸为：
φ1400×24827
B:
现设定管内热风平均流速为：
25.31m/s则干燥管直径为
D2=28.61/（3.14÷4×25.31）D=1.2M
干燥管长度为：
L=38.2÷（3.14÷4×1.22）=33.793m
最后可选定干燥管尺寸为：
φ1200×33793
C:
现设定管内热风平均流速为：
16.2m/s则干燥管直径为
D2=28.61/（3.14÷4×16.2）D=1.5M
干燥管长度为：
L=38.2÷（3.14÷4×1.52）=21628m
最后可选定干燥管尺寸为：
φ1500×21628
组合塔工艺计算
（1）组合脱酸系统带走水量计算
15℃盐酸溶液下饱和水蒸汽分压为10mmHg即1.33kPa；组合塔的操作压力为15kPa
（1）计算氯乙烯气量
15万吨聚氯乙烯按单耗1.02～1.03计算得需氯乙烯单体量为15.3～15.45万吨/年
一小时需氯乙烯量为19.125～19.3125吨/小时，折算成标方气量为6854.4～6921.6Nm3/h
因为乙炔纯度为98.5%所以通过组合塔的气体总量为6958.8～7027Nm3/h
按实际操作时的压力为15kPa，温度为20℃时的流量为
101×6854.4116×V
-----------=---------则V=6405m3/h
273293
按气体分压定律得：
1.33
---------×6405m3/h（出塔气量）=567.91m3/h=456kg/h（水）
15
计算反应生成水
（1）混合气带入水为
混合气总量计算
98.5%乙炔气量为6854.4Nm3/h；氯化氢纯度按93%计算可知氯化氢和乙炔分子配比量为98.5%÷93%=1.0591
可知氯化氢气量为6854.4×1.0591=7259.5Nm3/h即混合气量为7259.5Nm3/h则按0.06%含水量计算可知混合气带入水量为4.36kg/h
（2）反应生成水为
碱洗塔生成水计算
进塔CO2气量（我们的CO2气量有问题我按西部氯碱实际生产耗碱量规模为160kt/a）为53m3/h=104kg/h，
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O得
448018
104189（实际生产耗碱）43
则可知生成水量为43kg/h；耗（100%）碱189kg/h则算成耗15%碱1260kg/h（15%碱密度为1196kg/m3）=1.06m3/h
按5%碱浓度排放到水洗塔则到水洗塔的碱量为63kg/h（100%NaOH）按下式可只好酸量和生成水量5%的碱液的混合溶液连续溢流到水洗塔塔釜经循环后碱液浓度下降到2%左右再到废碱贮槽。
HCL+NaOH=NaCL+H2O得
36.54018
22.99563×0.411.34
即到水洗塔则耗酸量为22.995kg（100%HCL）可知组合塔的吸收率达到1-（22.995÷919）=97.5%可满足生产；反应生成水的量为11.34kg/h
总的生成水量为54.34kg/h
所以组合塔补水量为456-54.34-4.36=397.3kg/h。
2、组合塔石墨换热器面积计算
换热器面积计算（按东日塔稀酸和浓酸都在组合塔打循环）
氯化氢溶解热为：
450kCal/kg
氯化氢量为919kg则氯化氢总溶解热为450×919=41.355万大卡。
氯乙烯从45℃降到15℃热量为
0.249kcal/kg.℃（氯乙烯比热容）
Q=（7392/22.4）×62.5×0.249×（45-15）=15.4万大卡
氢气比热容为3.39kcal/kg.℃
Q=（380/22.4）×2×3.39×（45-15）=0.34万大卡
浓酸换热器面积：
41.355×1.1设计余量×0.9=45.5×0.9=40.95万大卡
A=Q/K△t△t1为进出塔浓酸温差△t2为冷冻水温差
△t1-△t25-32
△t=----------=-------------=----------=3.92
△t15
Ln------Ln------0.51
△t23
石墨换热器的传热系数为581.5W/m2.℃;
A=Q/K△t=409500×1.163/（581.5×3.92）=476248.5/2279.48=209㎡
考虑石墨换热器制造因素取系数1.15所以换热器面积取209×1.15㎡=240㎡
（VCM进气温度为15℃）
如果VCM进气温度为45℃则总热量还应加上16万大卡。
则石墨换热器面积为A=Q/K△t=569500×1.163/（581.5×3.92）=662328.5/2279.48=291㎡考虑石墨换热器制造因素取系数1.15所以换热器面积取291×1.15㎡=335㎡
稀酸换热器面积：
41.355×1.1设计余量×0.1=45.5×0.1=4.55万大卡
A=Q/K△t△t1为进出塔浓酸温差△t2为冷冻水温差
△t1-△t24-31
△t=----------=-------------=----------=3.5
△t14
Ln------Ln------0.2877
△t23
石墨换热器的传热系数为581.5W/m2.℃;
A=Q/K△t=45500×1.163/（581.5×3.5）=52916.5/2035.25=26㎡
考虑石墨换热器制造因素取系数1.15所以换热器面积取26×1.15㎡=30㎡
渣浆流量计算
一、以生产1吨PVC消耗1.5吨折标电石计算：
年产15万吨PVC/年，则PVC产量为15万吨/8000小时=18.75t/h
电石用量为：
18.75×1.5=28.125t/h
根据下面的计算结果可知道1吨电石反应可生成1.16吨干渣。
可知
28.125吨电石反应生成28.125×1.16=32.625吨干渣
渣浆含固量以5～15％计算结果如下：
渣浆含量5％时，32.625÷0.05=652.5t/h，取密度1.1t/m3，
流量为652.5÷1.1=593m3/h
渣浆含量8％时，32.625÷0.08=407.8t/h，取密度1.15t/m3，
流量为407.8÷1.15=354.6m3/h
渣浆含量10％时，32.625÷0.1=326.25t/h，取密度1.20t/m3，
流量为326.25÷1.20=271.875m3/h
渣浆含量15％时，32.625÷0.15=217.5t/h，取密度1.25t/m3，
流量为203÷1.25=174m3/h
渣浆含量
5％
8％
10％
15％
渣浆流量
593m3/h
354.6m3/h
271.875m3/h
174m3/h
考虑溢流渣浆液温度在85℃此时的含固量可能在5%所以取渣浆泵（P-1201A/B）的流量：
600m3/h
二、浓缩机进口渣浆含固量以5～15％，流量：
593m3/h，出口渣浆含固量以25％计算，（电石渣含固量仍以30.45t/h计算）
渣浆含量25％时，32.625÷0.25=130.5t/h，取密度1.25t/m3，
流量为130.5÷1.25=104.4m3/h
取渣浆输送泵（P-1401A～D）的流量：
90～110m3/h
则可知浓缩池溢流水为593-104.4=488.6m3/h（上清液泵550m3/h。
）
板框机出水为按含水35%的渣则压滤后的渣重量为32.625÷0.65=50.2t/h
浓缩池出料口含水为130.5-50.2=97.88t=97.88m3板框压滤后渣浆带走的水为50.2-32.625=17.575t=17.575m3则板框压滤后回来的水为97.88-17.575=80.305m3则到电石上清液的水为488.6+80.305=568.905m3，考虑浓缩池在高温下的蒸发水及喷雾凉水塔的损失所以清液冷却泵的流量取550m3/h。
以1吨发气量300L/kg电石在85℃时水解为例，进行物料平衡的简化计算。
假设电石含CaC2:
80.6%,CaO:
10%,CaS:
1%,Ca3P2:
0.4%，不计入其余8.0%杂质的反应。
则反应平衡方程式如下：
CaC2+2H2O----C2H2+Ca（OH）2+31kcal/mol-----------
（1）
64362674
CaO+2H2O------Ca（OH）2+15.2kcal/mol-----------
（2）
561874
CaS+2H2O---------Ca（OH）2+H2S-----------（3）
72367434
Ca3P2+6H2O---------3Ca（OH）2+2PH3-----------（4）
18210822268
计算：
（1）在20℃，压力101.3kPa（760mmHg），每吨纯度80.6%电石水解可得干乙炔气量
1000×22.223（273+20）×760
------------×---------------×0.806=300m3
64×26760×273
式中22.23----标准状态下，1mol乙炔体积为22.223L
该发生器收率98%，则可获得干乙炔重量是：
300×273×26
------------------×0.98=320.5
22.223×（273+20）
（2）反应后可得干渣总量：
747474222
——×806+----×100+----×10+------×4+80=1159.3Kg
645672182
即1t电石反应可生成1.16t干渣
（3）化学反应所需水量
806×36100×1810×36108×4
-------+--------+--------+----------=492.5Kg
645672182
（4）加入过量的水用于移走反应热
在计算加入水量时，首先要计算水解反应的放热量，水解反应的放热量只计算反应式
（1）和
（2），其余不计，此外不计热损失和电石加料时所带入的热量。
（1）水解反应放热Q由反应式可得：
CaC2水解放热1000×0.806×1000
Q1=-------------------------------×31=390406kcal
64
CaO水解放热1000×0.1×1000
Q2=-------------------------------×15.2=27413kcal
56
总的放热量Q=Q1+Q2=417549kcal
（2）乙炔夹带的热量Q3：
Q3=320.5×0.442×85=12040kcal
式中0.442----乙炔85℃时的热容，cal/g.℃
（3）水蒸汽带走热量Q4：
查得85℃时饱和水蒸气压力：
0.058Mpa（绝压）。
设发生器操作压力为1000mmH2O（表压）=0.1013+0.01=0.1113Mpa（绝压）。
则粗乙炔中水蒸汽对乙炔的分压比也即摩尔比为：
0.058
----------=1.049molH2O/molC2H2
0.113-0.058
则水蒸发量：
320.5
18×------×1.049=232.7kg
26
Q4=232.7×549.2=127800kcal
式中549.2-----水的汽化潜热，kcal/g.℃
（3）干渣带走热量Q5:
由上式计算后得到干渣总量为1159.3kg
则Q4=1159.3×0.26×85=25618kcal
式中0.26---干渣热容，kcal/g.℃
从而可计算乙炔、水蒸汽和干渣带走的热量Q总
Q总=Q3+Q4+Q5=12040+127800+25618=165458kcal为乙炔、水蒸汽、干渣带走热量
因此，加入过量水用于移走反应热量
Q-Q总=417549-165458=252091kcal为1t电石反应需用过量水带走的热量
加入水的初始温度为30℃，则加水量为：
252019
--------+492.5=5076kg（水比5：
1）
85-30
此时渣浆的含固量1159.3
-----------×100%=18.59%
5076+1159.3
（4）反应后生成H2S和PH3的重量
生成H2S的重量：
34
-----×10=4.7kg
72
生成PH3的重量：
68
-----×4=1.5kg
182
经过以上计算参加反应的物质的重量分别是：
CaC2+CaO+CaS+Ca3P2=806+100+10+4=920kg，未计杂质8%=80kg
反应时所需水量分别是：
453+32.1+5+2.4=492.5kg
若以加入过量水的初始温度为30℃为例，扣除反应水，需加入水5076-492.5=4583.5kg。
因此，参加反应总量为1412.5+4583.5+80=6076kg
反应后的总量为：
C2H2+干渣总量+H2S+PH3+H2O=（320.5+6.5）+1159.3+4.4+1.5+4583.5=6075.7
电石渣含水（带走）
二、转化热量、热水量计算
C2H2+HCl---------C2H3Cl+124.8kJ/mol
1124.8
7335.9
-----------X
22.23
X=9826.1kCal/mol=41184000kJ
Q=Km△t则41184000=4.208×m×（100-94）则m=1631178.7kg
K=4.208KJ/Kg为水在90℃的热容
965.3Kg/m3为水在90℃的密度
则热水流量为
1631178.7kg
V=-----------------=1689m3/h
965.3Kg/m3
管径计算
流速取2m/s
4V
D2=------则D=0.5467m所以热水进水总管查表得DN600
πU
三、计算次氯酸纳用量
以1吨发气量300L/kg电石在85℃时水解为例，进行物料平衡的简化计算。
假设电石含CaC2:
80.6%,CaO:
10%,CaS:
1%,Ca3P2:
0.4%，不计入其余8.0%杂质的反应。
则反应平衡方程式如下：
CaS+2H2O---------Ca（OH）2+H2S-----------
（1）
72367434
Ca3P2+6H2O---------3Ca（OH）2+2PH3-----------
（2）
18210822268
则H2S和PH3的量分别为
34
——×10=4.72Kg（H2S）
72
68
——×4=1.49Kg（PH3）
182
按反应方程式得
4NaClO+H2S---------H2SO4+4NaCl-----------
（1）
2983498
4NaClO+H3P---------H3PO4+4NaCl-----------
（2）
2983498
计算后得折百次氯酸纳量为298×（4.72+1.49）=34X
X=54.4kg/吨电石=1530kg/h
每年用54.4×225000=12240000kg=12240t
（成品NaClO溶液有效氯含量取10%，过碱量取0.1%～1.0%，按年产15万tPVC计算）
1530kg（折百）NaClO需有效氯10%的NaClO溶液量约为15300kg，（密度为1250kg/m3流量为12.24m3/h则需要有效氯0.1%的NaClO流量为122.4m3/h;需0.08%的NaClO流量为153m3/h）其中含NaOH量约为1530×（0.1—1）%=1.53～15.3kg。
0.08%的NaClO流量为153m3/h
2NaOH+CL2--------NaCL+H2O+NaCLO-----------
（1）
807158.574.5
XY54.4
X=58.416kgY=51.844kg
每生产1t有效氯10%的NaClO溶液消耗Cl20.13t，30%NaOH450kg〔2〕。
则每年消耗Cl2量为56.576t，消耗30%NaOH195.84t。
四、转化热量折标煤量和蒸汽产量
转化总热量为41184000kJ，按30%的热损算为41184000kJ×0.7=28828800kJ=6896842kcal=690万大卡
按每公斤标煤发热量为7000kcal/kg可得每小时节约燃煤量6896842/7000=985.3kg
则每天可节约燃煤985.3×24/天=23647.2kg=23.647t
饱和水蒸汽的汽化潜热为（100℃）2258.4kJ/kg则转化产生的蒸汽量为
41184000k
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