工学电石法制氯乙烯工艺毕业设计

毕业设计(论文)题目电石法制氯乙烯工艺设计专业班级姓名学号指导教师完成日期目录摘要0第一章文献综述01.1原料产品性质及用途01.1.1氯乙烯的性质及用途01.1.2乙炔的性质及用途11.1.3氯化氢的性质及用途21.2氯乙烯的生产方法31.2.1电石乙炔法31.2.2二氯乙烷法31.2.3乙烯氧氮化法31.2.4平衡氧氯化法3第二章氯乙烯生产的工艺流程42.1乙炔发生工艺流程52.2乙炔清净原理52.2.1目的——得到符合要求的乙炔52.2.2清净剂——次氯酸钠液体52.2.3反应原理——氧化还原反应，生成酸性物质52.3乙炔清净工艺流程62.3氯化氢合成的工艺流程图72.4粗氯乙烯的生产82.4.1乙炔加氯化氢制氯乙烯工艺流程82.4.2对原料乙炔气的要求92.4.3对原料气氯化氢的要求92.5粗氯乙烯的净化和压缩102.5.1工作原理102.5.2粗氯乙烯的净化和压缩的工艺流程102.5.3氯乙烯单体的精馏11第三章电石法制氯乙烯工段物料及热量衡算方法123.1乙炔法年产40万吨氯乙烯反应器的物料衡算123.2氯乙烯反应器的物料衡算数据作热量衡算。15第四章电石法制氯乙烯工段的主要设备174.1合成部分设备174.2列管式石墨换热器184.3水洗泡沫塔设备194.3.1构造194.3.2工作原理204.4转化器204.4.1构造204.1.2工作原理204.5高沸物塔21致谢21参考文献22附图一22附图二23摘要近年我国PVC树脂产量远远不能满足市场的需求，这与我国大部分生产厂家工艺技术落后，VC原料短缺有直接关系。我国相关技术也基本处于比较落后的水平，且相关资源也不够丰富，致使我国有相当一部分生产氯乙烯厂家还是使用的比较落后的乙炔法。氯乙烯的制备在PVC的生产过程中是一个非常重要的环节，它把从氯化氢装置送来的干燥氯化氢气体和从乙炔装置送来的精制乙炔气体在这里合成反应生成粗氯乙烯，并经过脱水、净化、精馏等工序后，制成精制氯乙烯，即单体，用来满足聚合的需要。设计主要论述了电石法生产氯乙烯，以及原料气的物理性质和化学性质，以及它的用途；还介绍了生产氯乙烯的主要设备，基本原理和工艺流程。关键词乙炔氯化氢氯乙烯工艺流程第一章文献综述1.1原料产品性质及用途1.1.1氯乙烯的性质及用途1.1.1.1氯乙烯的物理性质氯乙烯是无色有醚样气味的气体，沸点-13.9℃，熔点-160.0，闪点-17.8℃，冷凝点-159.7℃，相对密度（水=1）：0.91，易燃易爆，与空气混合能形成爆炸性混合物。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。1.1.1.2氯乙烯的化学性质乙炔和氯化氢在氯化汞催化剂作用下生成氯乙烯反应式：C2H2+HCl→C3H2Cl+124.8KJ/mol（1）化学稳定性极易燃。气体比空气重，可沿地面流动，可能造成远处着火，有湿气存在时，腐蚀铁和钢。（2）燃烧（分解）产物燃烧时，分解生成氯化氢和光气等有毒和腐蚀性烟雾。（3）避免接触条件避免受热、光照和接触空气与潮气。1.1.1.3氯乙烯的用途氯乙烯是塑料工业的重要生产原料，是生产聚氯乙烯塑料的单体；或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维，也用作化学中间体或溶剂。氯乙烯是一种非常重要的化工原材料,主要用来制备聚氯乙烯(简称PVC)树脂,也用于制备偏二氯乙烯、冷冻剂等。全世界9%的氯乙烯单体都用于生产聚氯乙烯,我国目前没有专门的氯乙烯生产企业,所有的氯乙烯装置均与聚氯乙烯装置配套建设,完全一体化。氯乙烯的生产工艺经历了多年的工业生产和工艺改造后，形成了4种主要的生产工艺:电石乙炔法、二氯乙烷法、乙烯氧氯化法和平衡氧氯化法。1.1.2乙炔的性质及用途1.1.2.1乙炔的物理性质乙炔又称电石气。结构简式HC≡CH，是最简单的炔烃。乙炔分子量26.4，气体比重0.91（Kg/m3），火焰温度3150℃，热值12800（千卡/m3）在氧气中燃烧速度7.5，纯乙炔在空气中燃烧2100℃左右，在氧气中燃烧可达3600℃。化学式C2H2纯品乙炔为无色无气味的气体，自电石制取的乙炔含有磷化氢、砷化氢、硫化氢等杂质而具有特殊的刺激性蒜臭和毒性；常压下不能液化，升华点为-83.8℃，在1.19×105Pa压强下，熔点为-81℃；易燃易爆，空气中爆炸极限很宽，为2.5％～80％；难溶于水，易溶于石油醚、乙醇、苯等有机溶剂，在丙酮中溶解度极大，在1.2MPa下，1体积丙酮可以溶解300体积乙炔，液态乙炔稍受震动就会爆炸，工业上在钢筒内盛满丙酮浸透的多孔物质，在1～1.2MPa下将乙炔压入丙酮，安全贮运。1.1.2.2乙炔的化学性质（1）加成反应是多种多样的，可以与水、氢气、卤化氢、氢氰酸等进行加成，分别获得乙醛、乙烯、卤乙烯和丙烯氰等化工产品。（2）聚合反应乙炔与乙烯相似，也能发生聚合反应，在含有少量盐酸的氯化亚铜-氯化铵的水溶液中，通入乙炔，在357K~369K下生产乙烯基乙炔，还可以进一步生产二乙烯基乙炔。（3）有弱酸性，其分子中的氢能被某些金属取代而成盐。如乙炔能够与铜、银、汞等作用，生成具有爆炸性的乙炔铜、乙炔银、乙炔汞。所以，工业生产中乙炔发生系统不能使用铜制的旋塞及管件、慎用汞压力计等。1.1.2.3乙炔的用途例如：制备聚乙炔，新型导电塑料。合成橡胶、人造树脂、丙酮、烯酮、炭黑等；同时乙炔一氧焰广泛用于金属的焊接和切割。有机合成、原子吸收光谱、标准气、校正气、合成橡胶、照明。1.1.3氯化氢的性质及用途1.1.3.1主要物理性质（1）颜色气味：无色、有刺激性气味的气体（2）密度：气态氯化氢在标准状况下的密度为1.63kg/m3(比空气重)（3）溶解度：氯化氢气体极易溶于水，在标准状况下，约500V氯化氢/1V水，得约46.15%盐酸；其溶解度随温度的升高而降低(制备各种不同浓度的盐酸)，通常浓盐酸为37%。（4）恒沸点：这是氯化氢水溶液的特性。浓盐酸在加热蒸馏时，其馏出物是含有少量水分的氯化氢气体(盐酸脱吸法制备氯化氢的依据)，在0.1MPa下，当盐酸浓度降低到20.24%，温度为108.65℃时，馏出物组成与溶液组成相同，溶液组成不再变化，同时具有恒定沸点。1.1.3.2主要化学性质（1）分子非常稳定：加热到1500℃才发生分解(生产中可以采用高温操作)（2）水溶液具有强酸性：能与大部分金属反应，生成金属氯化物(避湿，否则腐蚀生产设备)（3）高温盐酸蒸气对碳钢几乎无腐蚀：一般盐酸蒸气在其最高露点108.65℃以上时，对碳钢几乎无腐蚀(根据不同条件选择设备)（4）高温气体对设备的腐蚀在适当范围：若温度保持在其最高露点108.65℃以上、250℃以下时，对碳钢的腐蚀作用可保持在适当范围内(可以用钢制的合成炉)；另外，石英、石棉、酚醛树脂、耐酸陶瓷、塑料以及一些金属合金比较耐氯化氢气体腐蚀(作为盐酸生产中的设备防爆膜、浸渍设备或涂膜防腐蚀)（5）与有机化合物的反应：能与多种有机化合物反应生成有机氯化物。1.1.3.3氯化氢的用途氯化氢溶于水即得盐酸，盐酸是三大强酸之一，可用于制造各种化学药品、食品及染色工业品等；近年来，氯化氢多用于制造聚氯乙烯、氯丁橡胶缩合剂等。1.2氯乙烯的生产方法1.2.1电石乙炔法电石乙炔法是最早的氯乙烯生产方法。它主要利用乙炔和氯化氢为原料,用氯化汞做催化剂进行加成反应,生成氯乙烯。CH2=CH2+HCl→CH2=CHCl其优点是工艺成熟、简单,设备投资低,但由于采用电石作为原料,需要消耗大量电能,使氯乙烯成本上升,反应中所用的催化剂对环境的污染严重。电石乙炔法在世界上已基本被淘汰,但这是我国目前主要的氯乙烯生产方法。1.2.2二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯为原料与氯气反应生成二氯乙烷(EDC),然后由二氯乙烷热裂化制备氯乙烯的方法。该法的副产物是HCl,如果不加以利用,生产成太高。与电石乙炔法联合起来可以解决HCl问题。但这种方法既不能完全向石油天然气化工方向转化,又不能完全摆脱电石乙炔法,所以没有发展前途。1.2.3乙烯氧氮化法氧氯化法是对利用氯化氢合成有机物的这一类反应的总称。乙烯氧氯化法的化学反应方程式为：CH2=CH2+Cl2→CH2ClCH2Cl；ClCH2CH2Cl→CH2=CHCl+HCl这种方法是目前缺少氯气的地区采用的方法。1.2.4平衡氧氯化法平衡氧氯化法是利用乙烯和氯气生产EDC，EDC热裂化生成VCM和氯化氢，再由氯化氢、乙烯和氯气反应生成EDC的方法。2CH2=CH2+2Cl→2ClCH2CH2Cl2CH2=CH2+4HCl+O2→2ClCH2CH2Cl+2H2O4ClCH2CH2Cl→4CH2=CHCl+4HCl总反应式：4CH2=CH2+2Cl2+O2→4CH2=CHCl+2H2O方法在整个反应中，氯化氢始终保持平衡，不需要补充，也不需要处理，即所谓平衡氧氯化。它是目前世界上比较先进的生产工艺。我国四家大厂引进的工艺技术均属此法：山东齐鲁石化、上海氯碱总厂是引进日本三井东亚技术；北京化工二厂是引进德国伍德技术；天津大沽化工厂是引进欧洲EVC技术，可能在工艺条件和具体设备上有些差异，但主要装置都是由直接氯化单元、氧氯化单元、二氯乙烷裂解单元以及相关的二氯乙烷和氯乙烯精馏单元等工艺单元组成。这4种氯乙烯生产工艺中,除了第一种生产工艺走的是电石路线外,后三种生产工艺均属于石油路线(即以石油或石油产品为原材料生产氯乙烯)。目前在我国,除齐鲁石化、上海氯碱总厂、北京化工二厂和天津大沽化工厂四家较大的聚乙烯生产企业采用了以乙烯为原料的平衡氧氯化法,天津乐金公司直接以进口的氯乙烯为原料外,其余厂家均是电石乙炔法,乙炔法生产氯乙烯占氯乙烯总生产能力的63.4%。电石路线由于存在耗电量大,成本高以及环境污染严重等问题,正在被世界各国所淘汰，而石油路线则由于成本低、质量高、污染小、易于大规模生产等优点,成为目前世界上比较通用的生产工艺。但是,随着石油资源的日益枯竭以及氯乙烯的需求不断增加,必须有新的氯乙烯生产工艺的诞生。石油和天然气通常是相伴而生,在石油和天然气当中,石油的应用非常广泛,而天然气虽然有极丰富的贮藏量,但其在化学工业上的应用还远远赶不上石油。如何使天然气替代或部分替代石油在国民经济中的作用,是人们一直关注的课题。尤其是随，着石油资源的日益减少和天然气资源的大量发现,天然气的转化和利用越来越受到人们的重视。在这种情况下,很自然想到用天然气、油田气中的乙烷来取代石油中的乙烯，用于氯乙烯的生产。因此,电石法PVC在国内还可以生存相当长时间。第二章氯乙烯生产的工艺流程生产氯乙烯的生产原料主要有电石、氯化氢。电石（碳化钙CaC2），遇水生成乙炔（C2H2），将乙炔与氯化氢（HCl）合成制出氯乙烯单体（CH2CHCl）。2.1乙炔发生工艺流程乙炔发生的工艺流程如图2-1所示：仓库内经破碎的小颗粒电石经过1皮带传输机运到2电石贮斗，然后经3盘式给料机送往4斗式提升机。在斗式提升机的上部出来的小颗粒送往5加料小车，然后把加料小车内的料送往6上加料贮斗和7下加料贮斗，然后经8振动搅拌器，然后在9小颗粒电石在乙炔发生器经搅拌器15,16进行反应。从上部出来的乙炔气经10正水封，然后进入12冷却塔，电石渣从16乙炔发生器下部排出。然后经13乙炔阻火器，最后送往乙炔的清净塔，进行清净工序。图2—1乙炔发生的工艺流程1-皮带传输机；2-电石贮斗；3-盘式给料机；4-斗式提升机；5-加料小车；6-上加料贮斗；7-下加料贮斗；8-振动加料器；9-乙炔发生器；10-正水封；11-安全水封；12-冷却塔；13-阻火器；14-大搅拌器；15-小搅拌器；16-排渣器2.2乙炔清净原理2.2.1目的——得到符合要求的乙炔2.2.2清净剂——次氯酸钠液体2.2.3反应原理——氧化还原反应，生成酸性物质PH3+4NaClO→H3PO4+4NaClH2S+4NaClO→H2SO4+4NaClSiH4+4NaClO→SiO2+2H2O+4NaClAsH3+4NaClO→H3AsO4+4NaCl中和除去酸性物质(中和剂为NaOH溶液)H3PO