电石法生产氯乙烯

四川理工学院课程设计5万吨/年电石法制氯乙烯学生：蒋志飞学号：07011010110专业：过程装备与控制工程班级：2007.1指导教师：王维惠四川理工学院机械工程学院二O一一年一月四川理工学院课程设计设计题目：5万吨/年电石法制氯乙烯学院：机械工程学院专业：过程装备与控制工程班级：2007.1学生：蒋志飞指导教师：王维惠系主任:（签名）一、设计要求：1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。（字数不小于8000字）2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号））。二、进度安排：教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程图第一周设计室设备布置图、说明书整理、答辩。第二周设计室三、指定参考文献与资料《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》、《化工单元过程及设备课程设计》摘要本次课程设计主要是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，到目前为止，全球有93%以上的氯乙烯采用氧氯化法生产。在国内，考虑到石油资源不足，价格较高，而电石资源丰富，所以大部分工厂都采用电石法制取氯乙烯。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备选型等问题。关键词：氯乙烯；电石法；乙炔；氯化氢；工艺流程；精馏前言氯乙烯（简称VC），是合成聚氯乙烯（简称PVC）的单体。聚氯乙烯树脂是一种重要的塑料原料，是五大通用合成树脂之一，具有良好的物理及机械性能，广泛应用于生产生活中的各个领域。氯乙烯单体的生产是聚氯乙烯工业中的一个重要环节。本次设计的主要目的是培养正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严谨求实的科学态度和勇于探索的创新精神以及综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力，同时提高在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力，巩固、扩展理论知识与初步的专业技能。本书主要介绍了电石法生产氯乙烯单体的工业过程，其中主要涉及生产工艺流程、生产原理、设备选型、设备布置等问题。由于时间有限，本人的水品有限，所以书中的内容难免有很多不足，而且很多细节问题可能都没有详细介绍，希望老师们批评指正！编者2011-1-7目录第一章乙炔的制备1.1乙炔生产的工艺原理（1）电石的破碎通常厂家采购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，因此在进发生器前必须破碎，通常是将大块的电石放入颚式破碎机，粗破后料块直径为80~100mm，通过皮带机输入电石仓库，然后经过二次破碎，径粒达到25~50mm，破碎后料块通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。进入破碎机的电石温度应≤130℃，否则会烫坏，烧坏皮带；进入发生器的电石温度应该≤80℃，否则对发生系统不安全。（2）电石的除尘化学工程里把气体与微粒子混合物中分离粒子的操作称作除尘。针对电石及其粉尘的特性，选用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非常有效。采用简单的旋风除尘器和风机进行除尘，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离出来。这种方式结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，安装投资较少，操作、维护也方便，压力损失中等，动力消耗不大，运转维护费用低，也不受浓度、温度的影响。但由于电石粉尘比较细，用这种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。湿法除尘具有投资少，结构简单，占地面积小，特别是对易燃易爆气体的除尘效果更好，在操作时不会产生捕集到的电石灰尘再飞扬。电石除尘通常采用旋风除尘和湿法的冲激式除尘器相结合。这种除尘方式虽然效率较高，但由于系统压力损失大，管道容易积灰。冬天用蒸汽时，积灰易受潮结块，造成管道堵塞，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寒冷的北方也容易结冰，因此这种除尘方式适合于气候湿润、冬天不冷的地方使用。（3）袋式过滤除尘布袋除尘室依靠编制的或毡织的滤布作为过滤材料来达到分离含尘气体中电石尘的目的，除尘效率一般可达99%。滤布在长期与粉尘的接触和反复清理的过程中，其性能会发生变化，这在实际使用中影响很大。滤布一般在一到两年内大多数孔眼就会被堵塞，及时清理也不能达到所需的气量，或产生滤布破损事故，此时需要更换滤布。因此滤布的选型非常重要，一般要考虑材质、织法、透气率、阻力降、压损比等。（4）乙炔的发生仓库内经破碎至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，在由电磁振动加料根据发生器的控制需求加入发生器内。电石遇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。反应所放出的热量是由过量的冷却塔废水和清净塔废水及渣浆上清液或工业补充水连续加入发生器并通过溢流管溢流而出，上述加水量以维持发生温度在（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应产生的浓渣浆层被耙齿不断更新破坏，使电石表面不断地能偶与水充分接触，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得到不断的更新并缓缓地向下一层隔板推动，使得水解速度更快，更完全；水解反应的副产物电石渣浆不断从溢流管流出，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停车时，压力低于控制范围时，气柜内贮存的乙炔将借压差经逆水封，进入发生器内以保持设备处于正压，确保安全生产。发生器的安全水封连接管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堵塞而压力剧增时，乙炔气经管道冲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应，生成乙炔，反应式如下：CaC2+2H2O2)(OHCa+molKJHC/13022由于工业品电石中含有不少杂质，在发生器水相中也同时进行一些副反应，生成相应的PH3、SH2、NH3等杂质气体，其反应时如下：22)(OHCaOHCaCOSHOHCaOHCaS222)(2322232)(36PHOHCaOHPCa322232)(36NHOHCaOHNCa4222)(24SiHOHCaOHSiCa322332)(36AsHOHCaOHAsCa发生器生成的是由乙炔气和杂质气体共同组成的、含有大量水蒸气的粗乙炔气，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由于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可逆吸附，破坏其“活性中心”而加速触媒活性的下降，其中磷化氯会降低乙炔的自燃点，与空气接触会自燃，均应彻底脱除。目前多数工厂均采用次氯酸钠液体清净剂，其与杂反进行氧化反应：NaClPOHNaClOPH44433NaClSOHNaClOSH44422NaClOHSiONaClOSiH424224NaClAsOHNaClOAsH44433清净过程反应产物磷酸、硫酸等由后面的碱洗过程予以中和为盐类，再由废碱液排出：OHPONaNaOHPOH24343332422NaNaOHSOHOHSO242OHCONaNaOHCO23222对于生产中液体清净剂次氯酸钠浓度和pH值的选择，主要考虑到清净效果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%，而补充新鲜溶液的有效氯应该控制在0.085~0.12范围内，pH值在7~7.5为宜。处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备（1）乙炔发生器乙炔发生器是是以电石水解反应制取乙炔的主要设备，目前国内多半采用的是湿式立式发生器。本次设计采用φ3.2m的六层隔板发生器，其乙炔生产能力为每小时2400m3以上。其示意图如图1-2。图1-1乙炔发生工艺流程图图1-2乙炔发生器示意图(2)清净塔清净塔式清净系统的主要设备。图1-3为典型的填料式清净塔的结构。清净塔常用的填料有拉西瓷环、塑料阶梯环或波纹填料，如采用陶瓷环尺寸越小，则接触表面积越大，空隙率越小，根据生产经验，一般使用φ25~50mm瓷环，每个瓷环的填充高度为6~9米。作为清净作用的填料塔，推荐空塔气速在0.2~0.4m/s，气体在塔内总停留时间为40~60s，以确保化学吸收完全。由于乙炔清净属于化学吸收过程，清净效果除了与吸收剂浓度、pH值以及吸收温度有关外，还与气液的接触时间有关。由于清净塔的液相介质为次氯酸纳，以及清净反应生成的硫酸、磷酸等，它对塔体采用的碳钢有腐蚀作用，需要对其进行防腐处理，原来的清净塔采用的是钢衬胶，衬胶在有温度的情况下容易老化脱落，现在有些厂家采用新型的内衬材料，如内衬PO，内衬四氟等，使用寿命长。图1-3清净塔示意图（3）乙炔水环泵在乙炔气输送设备的选择上，首先要考虑乙炔的性质和对输送设备的要求，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，以确保安全。从输送要求看，乙炔要经过一系列的净化设备，必然产生压力损失，为了克服压力损失，就要有一定的压头，而同时又必须达到生产所需的气量，一确保生产平衡。为此，选用水环泵来输送乙炔气体。其特点是叶轮与泵壳间隙较大，不易因碰撞而产生火花，对易燃易爆的气体输送安全可靠。泵内的工作液为水，使乙炔成湿气状态，抑制了乙炔的爆炸性质。水环泵具有一定的抽气能力，输送压力不是很高，而量大的性能，虽然能量转换效率不高，但对输送乙炔气体是相当安全、适合的。第二章氯化氢的制备2.1工艺流程（1）原材料、辅助材料、公用工程规格及消耗①原材料规格及消耗（ⅰ）氯氢处理来的氢气2H≥99.9%（体积分数，干基）压力≤0.098Mpa(G)2O≤300ppm(体积分数，湿基)用量141.21kmol/hOH210.09（质量分数，湿基）（1792.963m/h；313.31kg/h）温度20℃（ⅱ）氯氢处理来的氯气2Cl≥98.5%（体积分数，干基）压力≤0.3Mpa(G)2O≤1.0%(体积分数，干基)用量124.81kmol/hOH2≤50×1069（体积分数）（1093.203m/h；8799.1kg/h）温度≤45℃（ⅲ）液氯尾气（废氯）2Cl80%~90%压力≤0.0919Mpa(G)2H≤2%（体积分数）用量5.41kmol/h（68.673m/h；370.85kg/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(4751.523m/h；9521.05kg/h)温度≤45℃压力≤0.0509Mpa(G)b.去VCM装置量:253.92kmol/h(449.563m/h；8915.99kg/h)c.去I段降膜吸收器量：17.23kmol/h（301.963m/h:；605.06kg/h）②辅助材料规格及消耗（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23m/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2443m/h（Ⅵ）纯水进水温度25℃用量≤153m/h进水压力≤0.4Mpa(G)（4）本工序产品质量标准及消耗指标产品质量标准①氯化氢质量指标氯化氢纯度≥94%含游离氯≤0.04%②氯化氢消耗指标氯化氢消耗指标见表2-1。表2-1氯化氢消耗指标氯气氢气纯水二次水动力电972kg/t30kg/t3t/t17t/t4.0kW·h/t2.2本工序的生产原