聚氯乙烯合成工艺正文1概要

湖北大学知行学院本科毕业设计I目录1绪论1.1PVC产品介绍1.2原料来源及技术规格和聚氯乙烯生产方法1.3氯乙烯的生产方法1.3.1电石乙炔法1.3.2二氯乙烷法1.3.3乙烯氧氯化法1.3.4平衡氧氯化法1.4PVC行业目前的发展状况以及未来几年的市场预期1.4.1近年来国内PVC行业市场分析1.4.2聚氯乙烯工业发展趋势2工艺流程设计2.1合成的原理2.2工艺流程简述2.3工艺配方的确定3物料衡算4热量衡算5主要设备选型6三废处理7结论参考文献附录湖北大学知行学院本科毕业设计II年产10万吨聚氯乙烯合成工艺设计摘要本设计是年产10万吨聚氯乙烯合成工段工艺流程初步设计。本文对聚氯乙烯进行了详细的介绍，阐述了它在化工工艺中的用途及地位以及在国内外的发展前景，介绍了聚氯乙烯合成的方案以及其单体的性质并介绍和确定聚氯乙烯合理的合成工艺流程。本设计以聚氯乙烯合成工艺为依据，对聚氯乙烯合成工段工艺设计进行物料衡算，热量衡算，主要设备选型,绘制带控制点的工艺流程图并提出三废问题的处理方案。【关键词】聚氯乙烯工艺流程物料衡算热量衡算湖北大学知行学院本科毕业设计1Withanannualoutputof100000tonsofPVCsyntheticprocessdesignAbstractThedesignisanannualoutputof100000tonsofPVCsyntheticsectionprocessofpreliminarydesign.ThispapergivesadetailedintroductiontothePVC,expoundsitsusageandpositioninthechemicalprocessinthedevelopmentathomeandabroadprospect,introducestheschemeofPVCsynthesisanditspropertiesofmonomersandtodeterminethereasonablesyntheticprocessofpolyvinylchloride.Thisdesignisbasedonthesynthesisofpolyvinylchlorideasthebasis,todehydration,anddistillationofvinylchlorideinPVCproductionprocesspolymerizationdryingprocessesofthreesegmentswerecalculatedandreasonabledesignofpolymerizationprocess,theentiresectionofpolyvinylchloridesynthesisprocessdesignofmaterialbalance,heatbalance,equipmentselection,siteselection,anddrawthetreatmentschemeputforwardthewasteproblemofprocessflowchartwithcontrolpoints.【Keywords】PVCdehydrationdistillationpolymerizationdryingprocessofmaterialbalancecalculationofheatbalance湖北大学知行学院本科毕业设计21绪论1.1聚氯乙烯产品介绍聚氯乙烯是五大通用塑料之一，其产量仅次于聚乙烯居第二位。PVC型材与传统的实木、钢铁、铝合金材料相比较，它可适应强腐蚀、大气污染、海水和盐雾、酸雨等恶劣环境，特别适用于盐雾大、在湿度大的南方沿海地区，同样适用带有腐蚀性介质的工业建筑中，广泛应用于轻工、建材、农业、日常生活、包装、电力等部门，尤其在建筑塑料、农用塑料、塑料包装材料、日用塑料等领域占有重要地位，已经成为世界上应用最广泛的塑料品种之一。同时PVC树脂作为氯碱工业最大的有机耗氯产品,在有机氯产品中耗氯量占首位,是氯碱工业的重要支柱。对氯碱工业的碱、氯平衡和发展具有极其重要的作用。我国在2007年就成为了世界第１大PVC生产国，但PVC行业中暴露的众多问题表明：我国虽然是PVC生产大国，但距ＰＶＣ生产强国还有很长的路要走。同时近年很多PVC生产企业在专用树脂的研发上加大了投入，并取得了一定进展，经过多年的探索研发，先后开发了目前国内市场中主要的低聚合度树脂、高聚合度树脂、高表观密度树脂、特种掺混树脂、高抗冲树脂、消光树脂、球形树脂、纳米CaCO3原位聚合PVC树脂、氯醋二元／三元共聚树脂、氯丙共聚树脂等新品种。本设计通过电石法生产路线对PVC合成流程进行设计。1.2原料来源及技术规格和聚氯乙烯生产方法乙炔（C2H2）的性质化学品英文名：AcetyleneCASNo.74-86-2制法（1）甲烷的部分氧化法（2）电石的水解（3）以天然气、液化石油气为原料，用蓄热式热分解法生产。以天然气或甲烷气为原产用部分燃烧法生产。以天然气或丙烷为原料，用完全燃烧法生产。以碳氢化合物为原料用电弧法生产。理化特性见下表：分子式C2H2分子量：26.038三相点（128kPa）：-80.55℃液体密度（—80.75℃）：610㎏/m3沸点（170kPa）：-75.0℃气体密度（273.15K，101.325kPa）：1.1747㎏/m3相对密度（空气=1，0℃，101.325kPa）：0.908比容（15.6℃，101.325kPa）：0.9008m3/㎏最大爆炸压力:10.33kg／cmz气液容积比（15℃，100kPa）：556L/L临界温度：35.2℃粘度（101.33kPa，20℃）：0.0103mPa·s临界压力：6190kPa最小引燃能量：0.019mJ临界密度：230.4㎏/m3毒性级别：1易燃性级别：4易爆性级别：3溶解性：乙炔易溶于丙酮等有机溶剂中,稍溶于水主要用途：乙炔可用以照明、焊接及切断金属（氧炔焰），也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料氯乙烯（CH3Cl）的性质：化学品英文名：chloroethylene湖北大学知行学院本科毕业设计3CASNo.75-01-4危险性类别：第2.1类易燃气体环境危害：氯乙烯在环境中能参与光化学烟雾反应。燃爆危险：本品易燃，为致癌物。理化特性见下表：外观与性状：无色、有醚样气味的气体。分子量：62.50熔点（℃）：-159.8相对密度（水＝1）：0.91沸点（℃）：-13.4相对蒸气密度（空气＝1）：2.15辛醇/水分配系数：1.38临界温度（℃）：142引燃温度（℃）：415临界压力（MPa）：5.60LD50：500mg/kg(大鼠经口)溶解性：微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。主要用途：用作塑料原料及用于有机合成，也用作冷冻剂等。聚氯乙烯的性质：英文名：polyvinylchlorideCASNo.9002-86-2燃爆危险：本品可燃。理化特性见下表：外观与性状：白色或淡黄色粉末。分子式：[CH2CHCl]n分子量：--相对密度（水＝1）：1.41引燃温度（℃）：780(粉云)溶解性：不溶于多数有机溶剂。主要用途：用于制造管、棒、板、薄膜、中空制品及各种工农业用品和日用品。1.3氯乙烯的生产方法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,也用于制备偏二氯乙烯、制作冷冻剂等。全世界9%左右的氯乙烯单体都用于生产聚氯乙烯,但是我国目前没有还没有形成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4种主要的生产方法：电石乙炔法、二氯乙烷法、乙烯氧氯化法和平衡氧氯化法。1.3.1电石乙炔法电石乙炔法是以食盐电解的氢与氯气，经过合成炉混合燃烧得到干燥氯化氢，再与净化和脱水后乙炔加成即得粗氯乙烯，经过精制后获得纯氯乙烯单体。反应以HgCl2为催化剂，于120-180℃下进行：主反应CH≡CH＋HCl→CH2＝CHCl＋124.8kJ/mol副反应HCl过量时：CH2＝CHCl+HCl→CH3CHCl2湖北大学知行学院本科毕业设计4当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞和水银，使催化剂失活；所以反应是需要严格控制反应物料配比。电石乙炔法历史悠久，是最早工业化的反应器采用列管式，分成两组，催化剂是氯化高汞，载体是活性炭，一般HgCl2的含量为10%～20%。第一组装入使用过的催化剂，第二组装入新催化剂。操作条件为：温度120～180℃，绝对压力0.12～0.15MPa，原料气配比C2H2∶HCl=1∶1.05～1.10。乙炔法生产氯乙烯的技术比较成功，流程简单，副产物少，产品纯度高。但因乙炔是由CaC2与H2O反应生成，而电石制取耗电大成本高，存在环境污染，一些氯乙烯主要生产国均不采用此法，该法目前逐渐被新工艺所取代。1.3.2二氯乙烷法1,2–二氯乙烷脱氯化氢制得氯乙烯，其反应式为C2H4Cl2→CH2＝CHCl＋HClΔH＝79.5kJ/mol此反应是可逆的吸热反应，同时发生平行反应相连串反应，副产乙炔、二氯乙烷和一些聚合物。1,2–二氯乙烷热裂解分气相法和液相法两种，工业上常用气相非催化裂解法。采用箱式裂解炉，用燃气加热，按一级自由基链式反应的机理分以下4步进行：引发：CH2ClCH2Cl→CH2ClCH+＋Cl－增长：Cl－＋CH2ClCH2Cl→CH2ClCHCl•＋HClCH2ClCHCl•→CH2＝CHCl＋Cl•终止：Cl•＋CH2ClCH2•→CH2＝CHCl＋HCl反应终止的方式有两种，即构成引发反应逆反应重新组合或通过与器壁的碰撞使反应终止。1,2–二氯乙烷裂解时受原料纯度、裂解温度、压力和停留时问的影响。当原料中1,2–二氯丙烷的含量达0.1%～0.2%时，会使1,2–二氯乙烷的裂解转化率下降，多氯化物的存在也会起抑制作用。提高裂解温度对1,2–二氯乙烷裂解反应的平衡和反应速率都有利，但当裂解温度高于600℃时，副反应速率将大于主反应速率，故需从转化率和选择性两方面考虑裂解温度。提高压力对裂解平衡不利，但可提高氧乙烯的选择性，有利于产物的冷凝回收，低压法一般为0.6MPa，中压法为1.0MPa，高压法大于1.5MPa。停留时间增长，1,2–二氯乙烷转化率可提高，但连串反应增多，选择性下降，一般以10s左右为宜，1,2–二氯乙烷的转化率为50％～60％，氯乙烯的选择性为97％左右。1.3.3乙烯氧氯化法乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应：湖北大学知行学院本科毕业设计5(1)乙烯直接氯化主反应：CH2＝CH2＋Cl2→CH2ClCH2Cl△H＝－201KJ/mol该反应可以在气相中进行，也可以在溶剂中进行。气相反应由于放热大，散热困难而不易控制，因此工业上采用在极性溶液存在下的液相反应，溶剂为二氯乙烷。副反应：CH2ClCH2Cl＋Cl2→CH2ClCHCl2＋HClCH2ClCHCl2＋Cl2→CHCl2CHCl2＋HCl主要生成多氯乙烷。(2)二氯乙烷裂解主反应：CH2ClCH2Cl→CH2＝CHCl＋HCl△H＝－201KJ/mol副反应：CH＝CHCl→CH≡CH＋HClCH＝CHCl＋HCl→CH3CHCl2CH2ClCH2Cl→H2＋2HCl＋2CnCH2＝CHCl(3)乙烯氧氯化主反应：CH2＝CH2＋2HCl＋O2→CH2ClCH2Cl＋H2OΔH＝－25KJ/mol副反应：CH2＝CH2＋2O2→2CO＋2H2OCH2＝CH2＋3O2→2CO2＋2H2OCH2＝CH2＋HCl→CH3CH2Cl1.3.4平衡氧氯化法平衡氧氯化工艺是工业化生产氯乙烯单体最先进的技术。在世界范围内，93%的聚氯乙烯树脂都采用平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体经聚合而成；具有反应器大、生产效率高、生产成本低、单体扎制含量少和可连续操作的特点，主要反应为：4C2H4＋2Cl2＋O2→4C2H3Cl＋2H2O在直接氯化反应中，可使用低温或高温氯化工艺。低温氯化工艺的优点是副产物