年产20万吨乙炔项目工程工艺设计.docx

中国矿业大学银川学院
本 科 毕 业 设 计
（ 2016 届）

题 目 年产20万吨乙炔项目工程
工艺设计
系 别 化学工程系
专业班级 过程装备与控制工程
学生姓名 宋
指导教师

教务处制
2016年5月15日

年产20万吨乙炔项目工程工艺设计

毕业设计共47页
图纸共 4张
说明书共10页
完成日期：2016年5月4日
答辩日期：2016年5月15日

摘要
本设计为年产20万吨乙炔项目工程工艺设计，设计的主体是由设计图纸与设计正文两大部分组成。在设计的正文中，简要介绍了乙炔的性质与主要用途，同时对国内外乙炔化工行业的生产方法与技术进展进行了简介，并加以比较。最终，确定了以电石湿式发生工艺作为此次设计的工艺方案。在本次设计过程中，查阅了大量相关文献与数据，并对其参考总结，针对整体工艺进行了较为详尽的物料衡算，对部分设备进行了工艺计算和选型，并根据传统湿法乙炔工艺的特点，提出改进的方案。同时，针对生产过程中的“三废”治理以及安全注意事项作了相应的说明。最终绘制了相应的设计图纸，设计图纸囊括部分设备零部件图、主要设备装配图以及带控制点的乙炔生产总工艺流程图。
关键词：乙炔；电石；湿法；生产工艺

I

目录
1综述 1
1.1 乙炔的性质 1
1.1.1物理性质 1
1.1.2化学性质 1
1.2乙炔的主要用途 2
1.3乙炔的发展前景 2
2乙炔生产工艺的介绍与选择 4
2.1乙炔化工生产的主要方法 4
2.2各类生产方法的概述与比较 4
2.2.1天然气部分氧化法 4
2.2.2煤的等离子裂解法 4
2.2.3干法电石乙炔法 5
2.2.4湿法电石乙炔法 5
2.2.5干法与湿法的比较 5
3.工艺设计说明书 7
3.1生产原料规格要求与选择 7
3.1.1电石 7
3.2设计任务书及主要设计工艺技术指标 7
3.2.1 设计任务书 7
3.2.2 湿法乙炔生产原理 7
3.2.3 工艺流程叙述 9
3.2.4生产流程要求及部分技术指标 10
3.3主要公式、物性数据来源 12
3.4环保及安全要求 13
4设计计算书 14
4.1 物料衡算 14
4.1.1 物料守衡 14
4.1.2 电石加料量 15
4.1.3 NaClO的消耗量 15
4.1.4碱消耗量的计算 16
4.1.5顺流程逐个设备展开计算 16
4.2 主要设备中和塔计算 23
4.2.1中和塔塔径计算 24
4.2.2气相传质单元数计算 25
4.2.3气相总传质单元高度计算 27
4.2.4填料层高度计算 27
4.2.5支承板选择 28
4.2.6液体分布器简要设计 28
4.2.7液体再分布器 28
4.2.8塔顶空间设计 29
4.2.9塔底空间设计 29
4.2.10塔体高度 29
4.3塔的机械设计 30
4.3.1厚度计算 30
4.3.2强度校核 31
4.3.3封头计算 32
4.3.4支座及检查孔设计 32
5小结 34
致谢 35
参考文献 36
附录A 37

中国矿业大学银川学院毕业设计
1综述
1.1 乙炔的性质
1.1.1物理性质
乙炔俗称电石气，纯的乙炔是没有颜色、没有臭味的气体。密度是1.16克/升，比空气稍轻。易溶于有机溶剂，对水微溶。纯乙炔气体存在无色、无味、易燃的特点，而由于混有硫化氢、磷化氢等气体, 用电石制成的乙炔存在特殊的臭味。沸点-84℃（119kPa），熔点-81.8℃，相对密度(水=1)0.62，蒸汽压（16.8℃）4053 kPa，燃烧热1298.4 kJ/mol。放置在1.5MPa和15℃的环境中时，其在丙酮中的溶解度为237 g/L，溶液相对来说是较为稳定的。根据此特性，乙炔通常的贮藏及运输的通常方式是先将其溶解在多孔物质及溶剂当中，再装入钢瓶 [1] 。
1.1.2化学性质
结构简式HC≡CH，是最简单的炔烃。化学式CH2＝CH2
电石的化学性质非常活泼。同水激烈反应，可分解产生氢氧化钙和乙炔气，同时释放出大量的热量。
水合反应
CH≡CH+ H2O →CH3CHO
氧化反应
2C2H2+5O2 → 4CO2+2H2O
现象：释放浓烟、火焰明亮, 燃烧时火焰温度产生很高的温度（＞3000℃），常用于气割与气焊。其火焰被称为氧炔焰。
被KMnO4氧化：能将褪去高锰酸钾溶液的紫色
3CH≡CH + 10KMnO4 + 2H2O→6CO2↑+ 10KOH + 10MnO2↓
乙炔的实验室制法
CaC2+2H－OH→Ca(OH)2+CH≡CH↑
加成反应：可以跟Br2、H2、HX等多种物质发生加成反应。
与H2的加成
CH≡CH + H2→ CH2＝CH2
与HX的加成
如：CH≡CH+HCl →CH2=CHCl 氯乙烯用于制聚氯乙烯
1.2乙炔的主要用途
乙炔在化工行业的有着至关重要的地位。乙炔是合成许多化工产品的基本结构。例如，乙炔可作为合成PVC、醋酸乙烯、乙烯、含有苯结构的苯环体等化工产品的基体。同时，在当前经济环境以及国内外发展的形势下，化工行业在寻求化工原料的时候也在朝着两个极端方向发展，第一种是传统的方向，是趋向于最基本的能够合成其产品的原料；另一种则是在比较前端的新型能源当中搜寻能够合成其产品的原料。
不管是以新能源为基础的原料还是以传统资源为基础的原料，目前和今后，乙炔作为合成复杂化工产品的基体，甚至是产品原料的地位是不可撼动的。它在科研、工业制造、金属切割、施工等领域被广泛应用。乙炔燃烧时所产生高达3200℃的高温，被用于金属的切割以及焊接，在焊接及火焰加工领域，乙炔是当下无以代之的工业用气。
乙炔的化学性质特别活泼，能够与多类试剂发生加成反应。例如与氯化氢、氢氰酸、乙酸加成，均能生成生产高聚物的原料：分别生成乙烯基乙炔以及二乙烯基乙炔，前者与氯化氢加成可以得到制氯丁橡胶的原料：3-丁二烯，2-氯-1。乙炔在450℃的温度下，可以发生环状三聚合生成苯。它能够很好的利用与生俱来的特性使合成物的合成变的更为简易，同时也能大量减少合成过程中许多不必要的麻烦[2]。
所以说，乙炔的用途是十分广泛的，是我们所不可或缺的。
1.3乙炔的发展前景
由于石油资源的日渐枯竭，世界已进入后石油经济时代，必将提升基于煤和天然气原料的乙炔化工的竞争力，因此对未来乙炔化工应抱有乐观的态度，特别是我国石油对外依赖度很高，以相对丰富的天然气和煤发展乙炔化工对我国来说具有重大意义。在当今世界，乙炔化工具有较强的市场竞争力的领域醋酸乙烯、聚氯乙烯、1,4-丁二烯等，应大力推广乙炔法路线，同时也应进一步开展技术创新，加大先进的乙炔及其衍生物生产的研发的力度[3]。
2乙炔生产工艺的介绍与选择
2.1乙炔化工生产的主要方法
（1）电石生产法：湿法电石乙炔法；干法电石乙炔法。
（2）烃类裂解法：电弧法、高温裂解法、蓄热炉裂解法、天然气部分氧化法、甲烷氯化法，但主要以天然气部分氧化法为主。
（3）煤的等离子裂解法。
2.2各类生产方法的概述与比较
2.2.1天然气部分氧化法
天然气部分氧化法是利用天然气内烃类物质在同一时间、同一空间使部分烃类物质与氧气燃烧所产生的热量用以裂解另一部分烃类物质的一种方法[2]。
其特点：
（1）我国的天然气储量相对来说较为充裕，且便于开采；
（2）天然气相较于其他的能源来说较为经济，并且污染也较小；
（3）天然气部分氧化法在设备的投资成本上相对较高，技术以及维护成本较大；
（4）天然气部分氧化法在工艺上尚不完全成熟，存在一定的危险性。
2.2.2煤的等离子裂解法
其原理是利用等离子体炬所产生的高达5000℃平均温度的氢等离子体，使氢气和煤粉进行化学反应，生成含乙炔的混合气体，再通过分离和提浓等一系列处理，便可得到高质量的乙炔[2]。
其特点：
(1)煤在我国的存储量十分丰富
(2)相对于石油和其他的新兴能源来说煤具有相当的价格优势；
(3)此技术相较以往更为清洁高效；
(4)煤等离子体法的技术正处于探索阶段，尚不成熟；
(5)煤等离子体法的设备投资交高，其维护成本同样不低。
2.2.3干法电石乙炔法
干式电石乙炔发生法是把少量的水喷洒在电石上，水量为理论量的1.2～1.3倍。反应热依靠过量的水蒸发吸收掉，操作温度维持在100～110℃，干法生产所使用的电石粒度小（小于5mm），其产生的杂质为干粉末，比较容易处理，但移动设备多，设备复杂，严密性较高，操作技术要求较高[4]。其反应式为：
CaC2 +H2O→C2H2 ↑ + CaO
2.2.4湿法电石乙炔法
湿式电石乙炔发生法是将电石投入到过量的水中，每一千克电石需要10～20千克的水。反应释放的热量大部分由水吸收。其产生的杂质为Ca(OH)2，水澄清后返回发生器继续使用。产生的渣浆最终用泵输送至排渣场。其反应式为：
CaC2 +2H2O→C2H2 ↑ + Ca(OH)2 ↓
2.2.5干法与湿法的比较
目前国内电石法制乙炔发生的方法主要由湿法和干法两种组成。两者在收率、生产成本、生产能力、设备要求以及技术要求等方面存在着诸多差异。两者之间的具体比较见表2-1

表2-1 湿法和干法乙炔发生的比较
序号
项目
干法
湿法
1
电石质量及粒度
粉末状
不能用低级品及粉末
2
发生器生产能力
大
小
3
操作法
连续
间歇式半连续
4
发生器温度
100～110℃
80±5℃
5
发生器压力
定压
定压
6
乙炔纯度
98.5%左右
98.5%以上
7
H3P含量
0.05～0.08%
0.05～0.07%
8
H2S含量
0.02～0.05%
30 ml/m3
9
经清净后的乙炔纯度
良
良
10
电石收率
97%
94～96%
11
电石消耗
略大
小
12
使用水量
少
多
13
用N2量
少
多
14
工时
少
多
15
沉淀池
不需
需要大的
16
熟石灰
不易
较易
17
操作技术
要求高
一般
18
设备要求
复杂
简单
虽然干法乙炔的收率高，生产能力相对较大，可以节约生产的成本，但技术的要求高，设备较复杂，操作技术要求高，湿法乙炔发生虽然有其局限性，但是现在仍被许多的大型企业所利用。其经济性和设备的安全性、稳定性是其最大的优点 [4]。湿式电石乙炔法从上世纪六十年代起经过不断的改进仍然沿用至今，所以本次的毕业设计选择湿法乙炔发生法作为设计的方案。
3.工艺设计说明书
3.1生产原料规格要求与选择
3.1.1电石
电石化学名称为碳化钙，分子式为CaC2，化学纯碳化钙几乎是无色透明的晶体。极纯的碳化钙结晶是天蓝色的大晶体，其颜色与淬火的钢相似，不溶于任何溶剂中。工业电石的主要成份是碳化钙，其余由游离氧化钙、碳、硅、镁、铁、铝的化合物以及少量的磷化物、硫化物组成。工业用电石纯度约为70%~80%，杂质CaO约占24％，碳、硅、 铁、磷化钙和硫化钙等约占6％。本设计所用电石的组成如表3-1所示
表3-1 所用电石的组成
序号
组 分
分子式
组成（%）
1
碳化钙
CaC2
72.72
2
氧化钙
CaO
22.08
3
二氧化硅
SiO2
2.1
4
氧化铁
Fe2O3
1.45
5
氧化铝
Al2O3
微量
6
氧化镁
MgO
微量
7
碳
C
1.2

3.2设计任务书及主要设计工艺技术指标
3.2.1 设计任务书
以电石为原料，采用湿法工艺对年产能力为20万吨的乙炔生产工艺进行初步设计。年工作日为300天，每天24小时，连续操作。
3.2.2 湿法乙炔生产原理
（1）乙炔发生
电石遇水生成乙炔气和氢氧化钙，同时放出很大的热量。因工业电石不纯，其中杂质遇水后也能起反应，生成相应的杂气。其主副反应如下：
主反应
CaC2 + 2H2O→C2H2↑+ Ca(OH)2↓
副反应
CaO + H2O→Ca(OH)2 ↓
CaS + 2H2O→Ca(OH)2 ↓+ H2S↑
Ca3P2 + 6H2O→3Ca(OH)2 ↓+ 2PH3↑
Ca3N2 + 6H2O→3Ca(OH)2 ↓+ 2NH3↑
Ca2Si + 6H2O→2Ca(OH)2↓ + SiH4↑
CaAs2 + 6H2O→3Ca(OH)2 ↓ + 2AsH3↑
由于发生上述副反应，故在粗乙炔气冲含有PH3、H2S、NH3、AsH3、SiH4等杂质。
影响乙炔产量的因素主要有以下几点：电石的粒度；电石的纯度；电石在发生器内的停留时间；反应的温度等。
电石的水解反应是液—固相反应，电石的粒度越小，则与水接触的相对表面积就会越大，反应速度就越快。但粒度也不宜过小，否则电石的水解速度过快，将会导致反应热不能及时移走，发生局部过热从而引起分解爆炸的危险。粒度过大，则电石反应慢，在排渣时容易带走未水解的电石，造成电石耗量上升。不同粒度的电石在不同温度下水解速度的区别是较大的。随着温度的升高，水解速度加快，小粒度电石更为显著。
电石的纯度越高，水解的速度越快，单位发气量就越大，反之就会越慢。电石发生器的结构决定着电石在发生器内的停留时间，对一定粒度的电石必须保证其完全水解的停留时间，以便电石同水有良好的接触，能够充分反应。同时，随着反应温度的上升，乙炔在电石渣中溶解度下降，显著的降低电石消耗。因此，适当提高反应温度是比较有利的[3]。
（2）乙炔气的压缩

图 3-1水环泵工作原理图

水环压缩机又被称为水环泵，泵的外壳为圆形。泵中有偏心安装的转子，转子上有叶板，当泵内以水充满到一定高度，转子旋转形成水环，由于具有偏心距，此水封将叶板密封，从而使叶板间形成大量小室。在旋转的前半周，这些小室体积增大，由于通过进口处将气体吸入，在旋转的后半周，小室的体积变小，于是将气体压缩，迫使气体从压出口排出，往返连续运行，即乙炔连续压送的过程。
（3）乙炔清净
乙炔清净主要是为了除去乙炔中H3P、H2S、NH3、SiH4、AsH3、水、二氧化碳等一些对后面工序正常生产有害的杂质气体。运用NaClO的净化原理,把还原性化合物PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3等氧化成相应的酸，随后用NaOH溶液中和酸并除去粗制气体中的二氧化碳，最后将碱沫和乙炔中的水分用低温水洗去。
3.2.3 工艺流程叙述
本设计采用的是湿法乙炔生产工艺，工艺流程简图见图3-2。

图3-2湿法工艺流程图
将被电石破碎机破碎成一定粒度的电石投入到装有水的乙炔发生器中，电石进入后，与水发生水解反应。发生器底部的电石渣，定期经由排渣口用泵送至渣浆池。反应产生的乙炔气导出后，进入设有喷淋装置冷却塔与生产上水进行逆流接触。从而使乙炔冷却至40℃，然后从冷却塔顶部导出，大部分乙炔通过管路直接由乙炔水环压缩机进行压缩，然后被送至乙炔清净装置当中，少部分乙炔气体存入乙炔气柜。当发生器出现供气不足时的情况时，气柜的气体将起到补充作用，当发生器供气过量时，气柜起贮存作用。进入清净塔的粗乙炔气体含有PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3、水、二氧化碳等一系列杂质。通过向清净塔内投加强氧化剂，可把还原性化合物PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3等氧化成相应的酸，然后进入到中和塔用碱液中和酸，并除去二氧化碳等酸性气体。中和塔导出的乙炔气体被冷凝器除去大量水分后，所得到的乙炔便是我们所需的产品。
3.2.4生产流程要求及部分技术指标
（1）原料的加入
将电石分厂破碎成50～80mm粒度的原料电石，装-在吊斗内，称重后用电石运输小车从导轨运至本工序。
将电石吊斗推到提升口，由电动葫芦吊斗将电石送到乙炔发生器上部的电石加料斗上。然后进入用N2置换合格后的第一贮斗内，并继续通入N2，将随电石带入发生器的空气置换掉，再进入用N2置换合格后的第二贮斗。在电磁振动给料机与仓壁振动器的协助下，将电石均匀的加入到发生器中。
（2）发生
在发生器内充入75％体积的水，电石进入后发生水解反应。主要用来自废水高位槽的废水，适当补充生产上水，不断由溢流管排出带有石灰乳的水溶液，带出大部分反应热，以及加入的室温水，会保持发生器温度控制在80±5℃，使生产正常进行。发生器的液位是由溢流来保证。
发生器内设有四层搅拌耙齿。使电石与水的接触面不断更新，充分进行反应。产生的粗乙炔气从发生器的上部导出，通过正水封至冷却塔。
当发生器的操作压力超过工艺要求时，乙炔气体通过安全水封自动放空。当压力低于操作压力时，乙炔气体由气柜经逆水封补充到发生器内，从而维持操作压力平衡。
（3）冷却与调节
乙炔气经由正水封导出后，进入设有喷淋装置冷却塔与生产上水进行逆流接触。使乙炔气体的温度下降至40℃，然后从冷却塔的顶部导出，大部分通过管路直接由水环泵进行压缩然后进入乙炔清净装置。少部分气体进入乙炔气柜。当发生器供气不足时，气柜的气体起到补充的作用，当发生器供气过量时，气柜起贮存作用。
（4）次氯酸钠的配制
将45%浓碱打入浓碱槽，靠位差自动流进稀碱槽中，同水配成6%的稀碱液。通过碱泵打到稀碱高位槽后，通过流量计自动流入NaClO配制槽顶部文丘里混合器的入口。
氯气从氯气钢瓶出来，通过氯气缓冲罐，经流量计进入文丘里混合器氯气入口。
水自外管通过流量计进入文丘里水入口。碱液，氯气和水三者在文丘里混合器中发生反应，得到NaClO溶液，贮入NaClO配制槽中以供清净塔使用。
在配制槽溶液出口处，设取样点，随时分析NaClO的组成，调节碱液、氯气、水的进料比，以保障NaClO的工艺控制指标。
（5）清净
从冷却塔和气柜导出的粗乙炔，经水环泵加压到0.05～0.1MPa左右后，进入第一﹑第二清净塔，NaClO溶液由泵打到第二清净塔顶部，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。该塔为分段填料塔，填料采用拉西瓷环。气液两相在拉西瓷环上充分接触进行氧化反应，除去PH3 、H2S 、SiH4 、AsH3等有害杂质。NaClO溶液大部分循环使用，从NaClO贮槽内不断加入新鲜溶液至循环液当中，从塔的溢流管不断排出一部分废液至废液池，从而确保循环液中有效氯的浓度和pH值在规定范围内。废水池的废液经废水泵打至废水高位槽供乙炔发生器使用。
水环泵附近设有气液分离器、冷却水泵和循环水冷却器。以满足压缩机的封液及温度要求，保障压缩效率。压缩机的封液使用软水补充。
（6）碱洗和干燥
从清净塔导出的乙炔气中含有微量的硫酸、磷酸、及二氧化碳等酸性物质需要通过碱洗除去。清净后的乙炔进入中和塔的下部，用来自稀碱槽的6%的氢氧化钠水溶液经碱泵从塔的上部加入，通过逆流接触，除去乙炔中剩余的酸性物质。
中和塔出来的乙炔气通过冷凝器除去大量水分后，进行干燥压缩，之后罐装储藏。
3.3主要公式、物性数据来源
本设计主要为乙炔生产的时的物料衡算以及主要设备（中和塔）的设计，设计中主要公式有塔径、填料层高度等；主要涉及的物性数据有水的饱和蒸汽压、液相的密度等。具体计算公式及物性数据见表3-2、表3-3、表3-4。

表3-2 水的饱和蒸汽压[ 5]
序号
温度（℃）
蒸汽压（kPa）
1
20
2.3346
2
40
7.376
3
45
9.584
4
80
47.345

表3-3 其他物性数据[7]
序号
物性数据
符号
数值
单位
1
碱液的密度

1.045×103

2
液相校正系数
ψ
1.004

3
碱的黏度
μL
0.8
mPa·s
4
总传质系数
KGa
0.040
kmol/(m3·s)

表3-4 主要计算公式[ 6]
序号
物理量
公式
1
平均推动力∆Ym

2
气相总传质单元数NOG

3
气相总传质单元高度HOG

4
填料层高度Z
Z=HOG×NOG

3.4环保及安全要求
对于乙炔的生产过程中主要产生的废渣是电石渣。通常的湿式乙炔发生器排出的电石渣浆含量在5～15%。对于电石渣浆的处理，可将电石渣浆增稠到40～50%的糊状物用于建筑行业，所产生的污水输送到污水处理站，经清污分流后，对酸性水进行中和处理后排出。
乙炔工段主要的废水来源是经清净后的NaClO废液，其主要成分是水，由于含有SO42-、PO33-等阴离子而呈酸性（pH=3～4），并含有少量Cl-。由于溶解有大量的乙炔气，直接排入下水道，不仅对环境造成巨大污染，又使电石消耗大大增加。本设计将废NaClO引入废水回收槽，再通过泵输送到发生器，作为发生器的补充水从而代替了补充的大部分工业水。这样既减少了了乙炔的损失，同时又减少新鲜工业水的用量 [8]。
从生产的角度来看，工业安全有两个方面。一个是以防火、防爆为主的安全措施；另一个方面则是：防止污染扩散形成的暴露源对人身造成的健康危害。火灾和爆炸是化工行业最大的威胁，但是由于化工行业人员不断汲取过去的经验教训，以及在安全方面所做的不懈努力，生产中的不安全因素正在被逐渐克服。有害和有毒物质对于人身健康的危害有时虽然是急性的，但大多数是属于慢性的。急性健康危害容易引起人们的重视，慢性健康危害却常常被人们忽视[7]。
27

4设计计算书
4.1 物料衡算
4.1.1 物料守衡
生产乙炔时，从原料的进入到产品乙炔产出系统始终遵守物料守衡原理。乙炔生产中各反应器的具体物料守衡情况见图4-1。

图4- 1物料守恒示意图
M1：电石量；M2：发生器加水量；M3：电石渣浆量；M4：发生器出口粗乙炔量；M5：水；M6：经冷却的乙炔量；M7：水；M8：经压缩的粗乙炔量；M9：新鲜NaClO的量；M10：废NaClO的量；M11：清净后的乙炔量；M12：NaOH加入量；M13：废NaOH量；M14：中和后的乙炔量；M15：水；M16：精乙炔气体；
R1：乙炔发生器；T1：混合式冷却塔；V1：水汽分离器；T2：清净塔；T3：中和塔；E1：冷凝器
4.1.2 电石加料量
年产20万吨乙炔，以300个工作日计算，一天以24小时计，则每小时需产乙炔的量：
200000300×24=27777.778kg/h=27.778 t/h
标况下，乙炔密度为ρ=1.171 kg/m³。
乙炔量=27777.778kg/h=23721.416m³/h=23721.416×10³L/h
乙炔气冷却、清净等的收率为95%,所选用20℃电石发气量为280L/kg，不计回收乙炔。
则电石加料量：
23721.516×103280×95%=89178.632kg/h=89.179 t/h
根据国内乙炔发生器设备的规格以及国内乙炔生产厂家的规模及设备选型情况，为本设计配备10台产量规格在2500m³/h的乙炔发生器。
4.1.3 NaClO的消耗量
选取发气量为280L/kg的电石
粗乙炔标准体积（20℃）89.179×280=24970.12 m³/h
粗乙炔气中PH3含量为0.08%，H2S含量为0.10%，精乙炔PH3含量为0.0037%，H2S含量为0.0039%，配制的NaClO溶液的浓度为1.2 g/L，总乙炔的流量为24970.12m³/h。
要除掉的PH3实际量0.08%-0.0037%=0.0763%
要除掉的H2S实际量0.10%-0.0039%=0.0961%
每小时要从原料乙炔中除去的PH3体积
为: 24970.12×0.0763%=19.052m³=19052L
根据反应式计算NaClO(100%)的消耗量
4NaClO + PH3→H3PO4 + 4NaCl
22.4
x 19052
x=4×1905222.4=3402.142 mol
同理，每小时要从原料乙炔中除去的H2S体积为:
24970.12×0.0961%=23.996 m³=23996 L
根据反应式计算NaClO(100%)的消耗量
4NaClO + H2S→H2SO4 + 4NaCl
22.4
y 23996
y=4×2399622.4=4285mol
NaClO的分子量为 74.5
X=3402.142+4285×74.5=572692.079g
换算到每小时补加溶液量：
572693.0791.2=477243.399Lh=477.264 m3/h
因为在生产中不只有PH3 、H2S ,所以实际消耗要比理论量要大,取损耗系数为1.3,则实际消耗NaClO量=477.243×1.3 = 620.416m3/h
4.1.4碱消耗量的计算
假设清净后产生的硫酸和磷酸都进入中和塔中和，则中和硫酸和磷酸的需碱量为：
23.99622.4×2+19.02522.4×3×40=187.619 kg/h
粗乙炔气中含CO2为0.09%，其他酸性气体不考虑。
CO2总量为：24970.12×0.09%=22.473 m3/h
CO2+2NaOH →Na2CO3 + H2O
22.4 80
需碱量为 ：
22.473×2×8022.4=160.522 kg/h
换算为6%的比重为1.045的碱液时：
160.522+187.6196%×1.045=5802.353 kg/h
取碱的损耗系数为1.7，则实际消耗碱量为：5802.353×1.7=9283.765 kg/h

4.1.5顺流程逐个设备展开计算
（1）发生器
CaC2 + 2H2O→C2H2↑+ Ca(OH)2↓
乙炔发生器物料平衡关系示意图如下：
M2：水

M4：粗乙炔
M1：电石
M1：电石
乙炔发生器

M3：电石渣浆

图4-2 乙炔发生段和氯乙烯合成段物料平衡关系图
加水量（包括所用废水）在5.5吨水/吨电石左右，所以
M2=6×M1=5.5×89.179=490.485 t/h
粗乙炔气成分：
CO2=24970.12×0.09%=22.473m³/h=1.003kmol/h=44.143 kg/h
H2S=24970.12×0.10%=24.970m³/h=1.115kmol/h=37.901 kg/h
PH3=24970.12×0.08%=19.976m³/h=0.892kmol/h=30.328 kg/h
C2H2=24970.12×（1-0.09%-0.10%-0.08%）=24902.701 m³/h
=1111.728kmol/h=28904.928kg/h
反应所消耗的水：
1111.728×2+1.115×2+0.892×3+89.179×22.08%56
=2228.714kmol/h
=40116.852kg/h

乙炔发生器的出口温度为80℃，压力700mm水柱，即6.865 kPa，在该温度下，水的饱和蒸汽压为47.345kPa，则水蒸气的量：
47.3756.865+101.35×24970.1222.4=488.129kmol/h=8786.324 kg/h
发生器出口粗乙炔量：
M4=28904.928+44.143+37.328+30.328+8786.324=37803.624 kg/h
电石渣浆：
剩余水=490485-40116.852-8786.324=441581.324kg/h
电石渣：
89179×22.08%56×74+28904.92826×74+37.90134×74+30.32868×222-44.143
=108425.115 kg/h
电石渣浆量：
M3=441581+110450.301=552031.301 kg/h
M4+M3-M1=37803.624+552031.301-89179=500655.925kg/h=500655.925 t/h
与M2（发生器加水量）相差不大，数值差距是由于经验数值所选取的差异，以及尚有多种组分未参与计算等原因，基本可认为两者相等。说明物料衡算是正确的。
表4-1发生器物料衡算表
代号
含义
数值
代号
含义
数值
M1
电石量
89179kg/h
M3
电石渣浆量
552031.301kg/h
M2
发生器加水量
490485kg/h
M4
粗乙炔量
37803.624 kg/h
小计

579664kg/h
小计

589834.925kg/h

（2）冷却塔
冷却塔物料衡算示意图如下：

M4：经冷却乙炔
M4：粗乙炔
M1：电石
冷却塔

M5：冷却塔废水

图4- 3冷却塔物料守恒示意图
塔I出口温度45℃，该温度下水的饱和蒸汽压9.584 kPa，则剩余水蒸气的量：
9.5846.865+101.325×24970.1222.4+488.129=141.990kmol/h=2555.816 kg/h
被冷凝的水蒸气的量：
8786.324-2555.816=6230.508 kg/h
塔II出口温度40℃，水的饱和蒸汽压7.376 kPa
则出口乙炔气中水蒸气的量：
7.3766.865+101.325×24970.1222.4+141.990=85.679kmol/h=1542.223 kg/h
被冷凝的水蒸汽的量=2555.816-1542.223=1013.593 kg/h
冷却塔废水量：
M5=6230.508+1013.593=7244.101 kg/h
经冷却乙炔量：
M6=28904.928+44.143+37.901+30.328+1542.223=30559.523 kg/h
M5+M6=7244.101+30559.523=37803.624=M4
说明物料衡算是正确的。
表4-2冷却塔物料衡算表
代号
含义
数值
代号
含义
数值
M4
粗乙炔量
37803.624kg/h
M5
冷却塔废水
7244.101kg/h

M6
经冷却乙炔
30559.523 kg/h
小计

37803.624kg/h
小计

37803.624kg/h

（3）气液分离器
气液分离器物料衡算示意图如下：

M8：压缩乙炔量
M6：经冷却乙炔量
M1：电石
气液分离器

M7：蒸发水量

图4-4 气液分离器物料平衡关系图

粗乙炔量为：1111.728+1.003-1.115+0.892=1114.738
水压机的出口压力60kPa，温度40℃，根据饱和蒸汽压求得出口乙炔气中含水蒸气的量：
7.37660+101.325×1114.738+85.156=54.861kmol=987.494 kg/h
蒸发水量：
M7=1542.223-987.494=554.729 kg/h
经压缩乙炔量：
M8=28904.928+44.143+37.901+30.328+987.494=30004.794 kg/h
M7+M8=554.729+30004.794=30559.523kg/h=M6
说明物料衡算是正确的。
表4-3气液分离器物料衡算表
代号
含义
数值
代号
含义
数值
M6
冷却乙炔量
30559.523kg/h
M7
蒸发水量
554.729kg/h

M8
经冷却乙炔
30004.794kg/h
小计

30559.523kg/h
小计

30599.523kg/h

（4）清净塔
清净塔物料衡算示意图如下：
M9：新鲜NaClO

M11：清净后乙炔
M8：经冷却乙炔
M1：电石
清净塔

M10：废NaClO

图4-5 清净塔物料平衡关系图
M9×0.07%=4×19.05222.4+23.99622.4×35.5+M10×0.03%
假定清净后生成的H2SO4和H3PO4极少量到中和塔进行中和，质量衡算不予考虑，则
M9+19.05222.4×98+23.99622.4×98=M10 （4-1）
M9×0.07%=4×19.05222.4+23.99622.4×35.5+M10×0.03% （4-2）
由式（4-1），（4-2）得
新鲜的NaClO量：
M9=682376.236kg/h；
废NaClO量：
M10=682564.572kg/h
清净后H2S、H3P的含量：
24970.12×0.0039%22.4×34+24970.12×0.0037%22.4×34=2.880 kg/h
清洁后的乙炔量：
M11=28904.928+44.143+987.494+2.88=29939.445 kg/h
M11+M10-M9=29939.445+682564.572-682376.236=30127.781 kg/h
与M8相差数值差距是由于所取经验数值差异,以及尚有多种组分忽略，未参与计算等原因，可基本认为两者相等。说明物料衡算是正确的。
表4-4发生器物料衡算表
代号
含义
数值
代号
含义
数值
M8
经冷却乙炔
30004.794kg/h
M10
废NaClO量
682564.572kg/h
M9
新鲜的NaClO量
682376.236kg/h
M11
清洁后乙炔
29939.445kg/h
小计

712381.03kg/h
小计

712504.017kg/h

（5）中和塔
中和塔物料衡算示意图如下：
M12：新鲜NaOH

M14：精乙炔
M11：清洁后乙炔
M1：电石
乙炔发生器

M13：废NaOH

图4-6 中和塔物料平衡关系图

NaOH加入量：
M12=9283.765kg/h
废NaOH量：
M13=22.47322.4×44+9283.765=9327.908 kg/h
中和后的乙炔量：
M14=2.88+987.494+28904.928=29895.302 kg/h
M14+M13-M12=29895.302+8747.673-9283.765=29359.21kg/h。
与M11相差数值差距是由于所取经验数值差异,以及尚有多种组分忽略，未参与计算等原因，可基本认为两者相等。说明物料衡算是正确的说明物料衡算是正确的。
表4-5中和塔物料衡算表
代号
含义
数值
代号
含义
数值
M11
经冷却乙炔
29939.445kg/h
M13
废NaOH量
8747.673kg/h
M12
新鲜的NaOH量
9283.765kg/h
M14
精乙炔
29895.302kg/h
小计

39223.21kg/h