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年产30万吨PVC聚氢乙烯_课程设计
年产30万吨PVC聚氢乙烯_课程设计
第一章 概 论
1.1 PVC简介
1.1.1 PVC的发展史
pvc（Polyvinylchloride，PVC）是一种无毒、无臭的白色粉末。主要成份为pvc聚氢乙烯，是由氯乙烯（Vinyl Chloride）单体聚合而成的热塑性高聚物，其分子结构式：（CH2-CH-）n，其中n为聚合度。PVC为无定形聚合物，含结晶度5%—10%的微晶体，熔点为175，目前商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1.9×105～5.0×106之间，国产通用型悬浮PVCSG1～SG8型平均相对分子质量则在4×105～1×106之间。
我国pvc工业起步于20世纪50年代末，第一套pvc装置在锦西化工厂于1958年建成投产，生产能力在3000吨／年。1959年，国内建成4个生产能力6000吨／年的pvc厂，即北京化工二厂、上海天原化工厂、天津化工厂、天津大沽化工厂，1970年国内pvc树脂厂增加到20家，但规模都叫小，1978年从日本东洋工程公司引进了两套20万吨／年pvc厂，分别在齐鲁石化公司和上海吴泾建厂。进入20世纪90年代北京化工二厂、上海氯碱、天津大沽化工厂、锦西化工厂等纷纷改进，生产能力提高很大。
1.1.2 PVC的分类及用途
PVC可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆,不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的 开发应用价值。软质PVC多用来做成真空吸塑薄膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药电线电缆 、薄膜和片材、传送带、日用品（鞋、玩具、门帘、密封条）人造革及箱包等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。硬制品主要包括各种型材、管材、硬片、瓶类、汽车配件、异型材等
PVC材料用途极广， 主要用于制作：pvc卡片；pvc贴牌；pvc铁丝；pvc窗帘；pvc涂塑电焊网；pvc发泡板、pvc吊顶、pvc水管、pvc踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋 等方面。在我们的日常生活领域中处处可见到PVC产品。PVC被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。
1.2 PVC的性质和特点
1.2.1 特点
聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良，一般不会燃烧，但在火焰上能燃烧并放出HCl，若离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等[3]。
聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度为20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCl[3]。
聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n值一般在500～20000范围内，其分子、结构式如下：

从产品分类看，PVC属于三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）中的合成树脂类，其中包括五大通用树脂，聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂。

1.2.2 物理性质
（1）物理参数
中文名称： 聚氯乙烯
英文名称： Polyvinyl chloride polymer
简称： PVC　　
熔点： 212℃
导热率(λ)： 0.16 W/m·K
热容(c)： 0.9 kJ/(kg·K)
吸水率： 0.04～0.4%
（2） 外观 pvc树脂尾白色粉末微粒，但工业产品夹带分解产物或机械杂质，使树脂发黄或有黑色的杂质，统称为黑黄点。
（3） 密度和表观密度 PVC平均密度为1.4g／cm3,实际上它很分散。密度分布窄的，其结构不均匀，易被增塑剂或其他液态助剂渗透；密度分布宽的，树脂有的使开孔的，有的则使不能渗透的孔，影响增塑剂等的吸收和渗透。
（4） 水分 PVC是极性聚合物，因而有一定的吸水性。水分影响过筛，水分可使成型时产生气泡而影响产品质量。通常要求在0.1%-0.3%。
（5） 机械性质 PVC抗冲击强度很高，常温下可达到10MPa.
（6） 溶解性质 可溶于氯化苯、二氯乙烷、酯类等，不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯中。
1.2.3 化学性质
（1） 化学稳定性 化学稳定性很高，除若干有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%～60%的硝酸及20%以下的烧碱。这是由于PVC分子沿主链存在有许多极性键，大分子与大分子之间的结合力强，可以耐酸、碱和非极性溶剂的作用，因此，耐化学腐蚀性能优良。
（2） 热性能 通常的PVC玻璃化温度Tg在75～80℃，结晶PVC的熔点为175℃，因而通常加工温度在160～220℃。PVC加热到130℃以上时变为皮革状，呈现弹性，长期加热则分解脱出氯化氢，同时使PVC变色。随着温度的升高，树脂由白色变为淡黄色→深黄色→棕色→黑色。在200℃以上开始分解并失去化学稳定性与优良的物理性质。pvc只是在火焰上才能燃烧并分解，放出氯化氢，离开火焰立即熄灭。
（3）光性能 纯pvc在紫外线单色光的照射下显示蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。
（4） 电性能 PVC具有特别好的介电性能，使属于介电功耗最小的材料之一，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与硬橡胶媲美。PVC的介电性能与温度有关，温度升高，介电性能变差。

第二章 PVC产品技术规格和原辅材料说明
内蒙古乌海化工股份有限公司是国内生产pvc的大型化工企业，该厂现在使用自己生产的电石资源全部用于生产乙炔原料气，经过氯乙烯工段用乙炔和氯化氢反应生成液态的氯乙烯单体，送到聚合工段合成pvc白色颗粒，最后经过干燥工段变成干燥的反应物，包装之后成为合格的pvc产品。
生产的原辅材料有很多种，如电石、氯化氢、氯乙烯、去离子水、引发剂、高汞触媒等。
2.1电石
电石是由碳和氧化钙（生石灰）在电阻电弧炉内于高温条件下化合而成的，所以它的化学名叫碳化钙，分子式，分子量64.10kg/mol。
2.1.1 性质
（1）化学纯的碳化钙几乎是无色透明的结晶体，通常所说的电石是指工业碳化钙，即除了含有大部分碳化钙外，还有少部分杂质。工业用电石的颜色则随所含的碳化钙纯度不同而不同，有呈灰色，棕黄色或黑色。
（2）18℃时的比重为2.22，电石比重随着含量的减少而增加。
（3）不溶于所有有机溶剂中，熔点2300℃（纯电石），含80%时熔点为2000℃。
（4）电石与水作用生成乙炔和氢氧化钙。
2.1.2 成分列表
大多数企业电石具有以下的组成：（重量）
75%～83%
7%～14%
0.4%～3%
SiO2、Fe-Si、SiC 0.6%～3%
Fe2O3 0.2%～3%
CaS 0.2%～2%
CaSO4 0.2%～0.4%
CaCN2 0.2%～1%
Al、Al4C3、Al2O3 1.5%～4%
2.2氯化氢
2.2.1氯化氢的分子式
HCl ,分子量 36.5kg/mol。
2.2.2氯化氢的性质
（1)氯化氢在常温常压下是无色有刺激性气味的气体。
(2)氯化氢极易溶于水而变成盐酸，病强烈放热。极易与潮湿的空气中的水分结合生成白色烟雾。
（3）在干燥状态下几乎不与金属作用，但在含水或溶于水时，表现盐酸的性能，腐蚀性很强，能与大多数金属反应。
(4)氯化氢是制造合成材料的重要原料，可用它来制造PVC等合成材料。
2.3 氯乙烯
2.3.1 氯乙烯的分子式
，分子量62.51kg/mol。
2.3.2 氯乙烯的性质
（1）常温常压下为无色气体。带有芳香气味
（2）属易燃易爆物质，遇火焰即可燃烧爆炸，在空气中爆炸范围为3.8~29.3%，故在有氯乙烯存在的地方都要严禁烟火及撞击火花的产生。
（3）有毒，对人体有麻醉作用，长时间接触VC气体可使人致癌。
（4）在氯乙烯系统若有氧气存在则生成过氧化物，给后处理造成困难。与氯乙烯开始反应生成单质体，它溶解于氯乙烯单体中，以后分解和重排，生成对碰撞很敏感的过氧化聚合物，并会变成醛和酸。它们对聚合过程有很大的影响，氯乙烯系统中存在微量的水和酸，会加速单体生成过氧化聚合物，造成设备管道的腐蚀。
（5）氯乙烯性质活泼，它能起加成反应，易起聚合反应，它能与丁二烯、乙烯、丙稀腈、醋酸乙烯、丙烯酸酯等共聚物。
（6）氯乙烯难溶于水，溶于醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。
2.4 去离子水
所用反应介质水，应经过离子交换树脂或磺化煤进行脱盐处理。处理后的水pH应在5～8.5范围，硅胶含量≤0.2mg/L。
2.5 分散剂
悬浮聚合生产的pvc颗粒的大小与形态，主要取决于所用的分散剂，可分为两类：主分散剂和辅助分散剂。主分散剂的作用是控制所得颗粒的大小，但也会影响pvc的孔隙率和某些形态。辅助分散剂的作用是提高颗粒中的孔隙率，并使之均与以改进pvc树脂吸收增塑剂的性能。主分散剂主要是纤维素醚和部分水解的聚乙烯醇。辅助分散剂主要是小分子表面活性剂和低水解度聚乙烯醇。
2.6 引发剂
由于氯乙烯悬浮聚合温度为50～60℃上下，应根据反应温度选择合适的引发剂，其原则为在反应温度条件下引发剂的半衰期大约为2h者，反应时间为最佳。由于反应后期单体浓度降低，为了使反应后期具有适当的反应，所以反应前期与反应后期应当使用不同半衰期的引发剂。因此pvc树脂生产工厂目前多数使用复合引发剂，即两种引发剂的混合物。
2.7 产品技术规格
产品及副产品规格见表1。
表1 聚氯乙烯产品规格
序号
纯度
单体含量
其它杂质
H2O
PH
备注
精聚氯乙烯
≥99%
≤0.1
≤0.6
≤0.3
2.7-3.7
优级品
精聚氯乙烯
≥98%
≤0.1
≤1.0
≤0.9
2.5-3.8
一等品
精聚氯乙烯
≥97%
≤0.2
≤1.5
≤1.3
2.5-3.8
合格

第三章 工艺路线的选择和介绍
3.1工艺路线的选择
3.1.1PVC工艺概述
到目前为止， PVC 生产的聚合工艺主要有5 种，即悬浮、本体、乳液、微悬浮及溶液聚合工艺。其中悬浮聚合工艺一直是工业生产的主要工艺，绝大部分均聚及共聚产品都是采用悬浮聚合工艺。乌海化工亦采用主流工艺生产pvc。
3.1.2各种生产工艺介绍
(1)本体聚合。一般采用“两端本体聚合法”，第一段称为预聚合，采用高效引发剂，在62～75℃下强烈搅拌下使氯乙烯聚合的转化率为8%时，输送至聚合釜中，在加入低效引发剂的等量单体，在约60℃下，慢度搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。本体聚合时在氯乙烯单体中不加入任何介质，只有引发剂。生产的PVC树脂纯度较高，质量较好，结构规整，孔隙率高而均匀。但聚合操作控制难度大，PVC树脂分子量分布较宽。
(2)悬浮聚合。液态氯乙烯单体以水为分散介质，兵加入适当的分散剂和不溶于水但溶于单体的引发剂，在一定温度下搅拌，使其呈珠粒状悬浮于水相中进行聚合。然后经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状PVC树脂。选取不同的分散剂，可以得到颗粒结构和形态不同的两类树脂。国产牌号分为SG-疏松型（“棉花球”型）树脂；XJ-紧密型（“乒乓球”型）树脂。疏松型树脂吸油性好，易塑化，成型时间短，加工操作方便，适用于粉料直接成型，因而一般选用悬浮法聚合的疏松型树脂作为PVC硬质品成型的基础原料。目前各树脂厂生产的悬浮法PVC树脂，基本上都是疏松型的。
（3）乳液聚合。氯乙烯单体在乳化剂作用下，分散于水中形成乳液，再用水溶性的引发剂来引发，进行聚合，乳液可用盐类使聚合物析出，再经洗涤、干燥得到PVC树脂粉末。乳液法PVC树脂粒径极细，树脂中乳化剂含量高，电绝缘性能差，成本高。该树脂常用于PVC糊的制备。
（4）微悬浮聚合。使用油性引发剂，在用乳化剂分散、稳定的细小氯乙烯单体液滴中引发聚合，生成的PVC乳液，经破乳、洗涤、干燥得到PVC树脂粉末。该方法生产的PVC树脂具有良好的加工性能，能满足大多数加工的需要。
（5）溶液聚合。以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶剂，使氯乙烯单体在溶剂中聚合，由于溶剂具有链转移剂的作用，所以聚合物的分子量和聚合速率不高。聚合得到的PVC树脂因不溶于溶剂而不断析出。此种PVC树脂不宜于一般成型用，仅作为涂料、粘合剂，是目前各种聚合方法中产量最少的一种方法。
就以上5种主要聚合工艺来讲，通过几种方法的比较，悬浮法是一种相对最成熟的工艺，在目前世界pvc生产中占有绝对的份额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。
悬浮法工艺在PVC的各种生产方法中技术最为成熟，故本设计采用悬浮法聚合。

聚合釜

碱处理釜
离心分离槽
离心分离槽

气
提
塔
气提塔
碱处理釜
浆料排放槽
浆料排放槽
去离子水
聚乙烯
引发剂
助剂

经筛分 包装后入库[8]。
旋振筛
旋风干燥床

成品储存与包装

图9 聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程示意图
3.2工艺流程的介绍
在工厂实习期间，聚氯乙烯事业部生产pvc产品经过四大工段和重要的工序。首先将电石破碎与水反应生成乙炔气，与HCL反应生成氯乙烯，经过压缩和精馏工序提纯氯乙烯，所送到聚合工段进行产品的合成，得到需要的化工产品。
3.2.1 乙炔工段
(1)发生。经破碎好的电石装进电石吊斗，推到提升口，由电动葫芦吊到三楼，送到发生器加料贮存，用置换其中的乙炔气后，电石在继续通的情况下，经第一贮斗碟伐放入第二贮斗，第二贮斗电石经过电磁振动加料器加入发生器内。电石在发生器内遇水产生乙炔气，从发生器顶部逸出，电石水解时放出大量的热，可借连续加入发生器内的水来维持发生器温度，电石水解之后电石渣浆从溢流管不断排除，以维持发生器液面，渣浆从排泄口排到地沟，流到沉淀池集中处理，顶部逸出的乙炔气体经喷淋冷却后，分别进入气柜或水环压缩机。
(2)清净。由发生器送来并经冷却的乙炔气，经水环压缩机加压到0.05~0.1Mpa左右，进入第一、第二清净塔，NaOCl溶液由泵打到第二清净塔顶，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。器塔底流出的废NaOCl溶液与冷却塔出来的废水回至废水贮槽，用泵打到发生器作为补充用水。经清净后的乙炔气带有酸性，进入中和塔用碱液除去，中和塔出来的乙炔气进入二台串联的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。
3.2.2氯乙烯工段
(1)混合脱水工序。由乙炔工段送来的粗乙炔气经砂封与来自HCL工序的HCL经缓冲罐通过孔板流量计调节配比在混合器内充分混合，进入石墨冷却器内在﹣35℃盐水下进行冷却到﹣14℃±2℃，、HCL混合气体在此温度下，部分水份以40%左右的酸雾析出，部分酸雾夹带于气相中进入多筒过滤器，由含氟硅油棉捕集分离。然后，经二台石墨预热器预热后进入转化器。
(2)合成转化。干燥、预热后的混合气从转化器上部进入，通过列管中装填的吸附于活性炭上的触媒转化为粗氯乙烯，转化过程反应放热则通过热水循环泵循环的热水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的升华物在填装活性炭的吸附器中脱除，然后进入精馏系统。
(3)水洗、碱洗、氯乙烯压缩。除贡后的粗氯乙烯进入三合一水洗组合塔，经碱洗塔，出去残余的微量HCL后进入VC气柜或经机前冷却器，出去部分夹带液，经螺杆压缩机加压到0.5~0.6MPa（表压），经机后冷却器除去夹带水和油后，送精馏。
(4) 精馏。由单压缩机出来的粗氯乙烯气体进入全凝器，使大部分冷凝液化经低沸加料贮槽，进入低沸塔，未凝聚气体进入尾气冷凝器，其冷凝液全部进入低沸塔。低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器用7℃水或者5℃水控制回流比后，由塔顶汇入尾气冷凝器处理，塔釜粗氯乙烯进入高沸塔，尾气冷凝器未冷凝的气体经变压吸附回收大部分氯乙烯和乙炔后，惰性气体排空。由低沸塔进入高沸塔的氯乙烯，经调节阀控制流量，减压后进入高沸塔。高沸加热器将氯乙烯逸出，经塔板分离成氯乙烯，经塔顶控制部分回流，大部分氯乙烯进入成品冷凝器，然后进入单体贮槽，按需送聚合工序，在高塔釜分离收集到的1，1二氯乙烷（EDC）为主的高沸物进入残液槽，定期压送废液处理塔，将残液中的二氯乙烷精制，包装外销，未凝VC其他回到气柜。
(5) 冷冻站
+5℃水系统。从液氨槽出来的液氨经过5℃水分配台流入蒸发器，液氨变成气态氨带走蒸发器外工业水热，合格的5℃水由5℃水泵送往乙炔、合成、聚合。蒸发器内汽化的氨背螺杆氨压机抽走，经压缩到1.5Mpa（表压）左右的过热气态氨进入油分离器，分离后的气态氨进入蒸发式冷凝管列管内，被外管水冷却成液氨，进入热虹吸氨贮液器，溢流到液氨贮槽完成制冷循环。
﹣35℃盐水系统。从液氨贮槽出来的液氨首先进入经济冷却器过冷后，获得的低温液氨经盐水分配台节流膨胀进入蒸发器盘管，吸收管外盐水的热量而气化，是管外盐水温度降低，合格的﹣35℃盐水由泵送往合成、聚合使用。气态氨自蒸发器吸入螺杆压缩机内，经压缩后的过热气态氨进入油分离器，分离后的油后进入蒸发式冷凝器，被水间接冷凝为液氨，流入热虹吸氨贮液器，再溢流到液态氨贮槽，完成制冷循环。
在池内加工业水，再加氯化钙，将盐水比重调制1.28～1.29，按需送盐水蒸发器。
3.2.3 聚合工段
本工艺流程全过程控制采用DSC集散控制。首先将合格的脱离子水、VCM单体、分散剂、引发剂及其他助剂按配方要求精确计量后，由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中，用循环热水升温至制定温度后进行恒温反应，在最短反应时间、压力降达到配方要求后加入种植剂终止反应。浆料由泵送至料浆贮槽，为反应的单体经回收单体真空泵回收至VC气柜，去回收装置进行加压冷凝回收。
2.2.4 干燥工段
由气提塔出来的PVC料浆，以离心机分离大部分水份后得到约含水20%~25%的湿PVC树脂，之后由螺旋输送器送到干燥系统进行干燥。树脂干燥器采用脉冲气流干燥塔及旋风干燥床，热风为干燥热源，干燥好的PVC从圆盘振动筛筛选后被罗茨鼓风机抽如料仓。
（1） 树脂的干燥方法 聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂内部结合水。
（2） 脱水与成品 在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中，先进行过滤，再用70～80℃热水洗涤二次。经脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，以140～150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小于4%；再送入以120℃热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。
2.2.5包装工序
料仓里的PVC成品经全自动缝包、称重、码垛、分析合格后入库。
第四章 物料衡算
在PVC生产工段中，以氯乙烯工段和聚合工段最为重要，所以在物料衡算中选取这两个工段为例，进行衡算。
4.1 氯乙烯工段的计算
4.1.1计算依据
（1）生产能力
年产30万吨的pvc
年工作日：以300天计算
日产量：30×104×103/300=106 kg/d
小时产量：30×104×103/300×24=4.17×104kg/h
因为聚合物一般进行到转化率为85%～90%，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为88%。

x·88% = 2.78×104 kg
x=4.17×104/88%=4.74×104 kg
所以每小时要合成氯乙烯4.74×104 kg
（2）化学反应式
主反应：

副反应：

（产量非常小，可忽略不计）
（3）岗位中反应物的计算
精馏：（氯乙烯的收率：99.5%）4.74×104/99.5%=4.762×104kg=761.92kmol/h
转化器：（乙炔转化率：95%）761.92/95%=802kmol/h
进气中CH≡CH需802kmol=2.0852×104kg/h
4.1.2 混合器的物料衡算

CH≡CH
HCl
O2
H2O
游离氯（可忽略）

乙炔
氯化氢
混合器

图1 混合器的物料衡算方框图
计算依据：
CH≡CH和HCl的摩尔比为：1：1.05～1.1。
本设计选取：n CH≡CH：nHCl=1:1.08
(1)进料
进料气组成
进料气
组分
含量/%
乙炔气
CH≡CH
99.75
H2O
0.25
氯化氢气
HCl
99.8
H2O
0.1
O2
0.1

进混合器需乙炔气：802/99.75%=804kmol/h
进混合器需氯化氢气：802×1.08/99.8%=867.895kmol/h
因此：CH≡CH：802kmol/h=20852kg/h
HCl：802×1.08=866.16kmol/h=31614.84kg/h
O2：867.895×0.1%=0.868kmol/h=27.77kg/h
H2O：804×0.25%+867.895×0.1%=2.88kmol/h=51.84kg/h
(2)出料
依据：水分以酸雾的形式进入下一层，有微量水分以浓盐酸形式流出，这里计算时忽略流出的浓盐酸的量。
CH≡CH：802kmol/h=20852kg/h HCl：866.16kmol/h=31614.84kg/h
O2：0.868kmol/h=27.77kg/h H2O：2.88kmol/h=51.84kg/h
(3)混合器物料衡算表
表2 混合器物料衡算表
进料
质量/kg/h
W/%
出料
质量/kg/h
W/%
CH≡CH
20852
39.68
CH≡CH
20852
39.68
HCl
31614.84
60.17
HCl
31614.84
60.17
O2
27.77
0.0528
O2
27.77
0.0528
H2O
51.84
0.0972
H2O
51.84
0.0972
总物料
52546.45
100.0
总物料
52546.45
100.0

4.1.3 石墨冷却器
CH≡CH
HCl
O2
H2O
石墨冷却器
混合气

盐酸

图2 石墨冷却器物料衡算方框图
根据：在石墨冷却器中，用-35℃盐水（尾气冷凝器下水）间接冷却，来自混合器的混合气中水分一部分以40%盐酸的形式排出，其它的则夹带于气流中。
设混合气中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。
（1）进料
CH≡CH：802kmol/h=20852kg/h
HCl：866.162kmol/h=31614.84kg/h
O2：0.868kmol/h=27.77kg/h
H2O：2.88kmol/h=51.84kg/h
(2)出料
CH≡CH：802kmol/h=20852kg/h
O2：0.868kmol/h=27.77kg/h
H2O ： 2.88×（1-30%）=2.016kmol/h=36.288kg/h
∵
∴
HCl：31614.84-(51.84-36.288)=31604.472kg/h=865.876kmol/h
盐酸：(51.84-36.288)+(51.84-36.288)=25.920kg/h
(3)石墨冷却器物料衡算表
表3 石墨冷却器物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH≡CH
20852
39.68
CH≡CH
20852
39.68
HCl
31614.84
60.17
HCl
31604.472
60.146
O2
27.77
0.0528
O2
27.77
0.0528
H2O
51.84
0.0972
H2O
36.288
0.069

盐酸
25.920
0.0522
Σ
52546.45
100.0
Σ
52546.45
100.0
4.1.4多筒过滤器
根据在多筒过滤器中，采用3%～5%憎水性有机硅树脂的5～10um细玻璃纤维，可将大部分酸雾分离下来，以盐酸的形式排出。
设：盐酸为40%，除水量为80%
(1)进料：
CH≡CH：20852 kg
HCl：31604.472 kg
H2O：36.288kg
O2：27.77kg
(2)出料：
CH≡CH：20852 kg
O2：27.77kg
H2O： 36.288×（1-80%）=7.2576kg
∵
∴
HCl：31604.472-(36.288-7.2576)=31585.1184kg/h
盐酸：36.288×80%+(36.288-7.2576)=48.384kg/h
(3)多筒过滤器物料衡算表
表4 多筒过滤器物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH≡CH
20852
39.703
CH≡CH
20852
39.703
HCl
31604.472
60.175
HCl
31585.1184
60.1386
O2
27.77
0.0528
O2
27.77
0.0528
H2O
36.288
0.0692
H2O
7.2576
0.0135

盐酸
48.384
0.0921
Σ
52520.53
100.0
Σ
52520.53
100.0
4.1.5石墨预热器
表5石墨预热器物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH≡CH
20852
39.739
CH≡CH
20852
39.739
HCl
31585.1184
60.194
HCl
31585.1184
60.194
O2
27.77
0.0532
O2
27.77
0.0532
H2O
7.2576
0.0138
H2O
7.2576
0.0138
Σ
52472.146
100.0
Σ
52472.146
100.0
4.1.6转化器
CH≡CH
HCl
O2
H2O

转化器
CH2=CHCl
HCl
CH≡CH
O2 H2O
CH3CHCl2

图3 转化器物料衡算方框图
根据氯乙烯产率为99.46%，二氯乙烷产率0.54%，乙炔转化率为95%。[3]
(1)进料组成为
CH≡CH：20852kg
HCl： 31585.1184kg
O2： 27.77kg
H2O： 7.2576
(2)出料组成为
CH2=CHCl：（20852÷26）×95%×99.46%×62.5=47361.6kg
CH≡CH：20852×（1-95%）=1042.6kg
CH3CHCl2:：（20852÷26）×95%×0.54%×99=407.3kg
HCl： 31585.1184-（47361.6÷62.5+2×407.3÷99）×36.5=3625.6124kg
O2：27.77kg
H2O：7.2576
(3)转化器物料衡算表
表6 转化器物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH≡CH
20852
39.739
CH2=CHCl
47361.6
90.26
HCl
31585.1184
60.194
CH≡CH
1042.6
1.9869
O2
27.77
0.0529
HCl
3625.6124
6.909
H2O
7.2576
0.0141
O2
27.77
0.0543

H2O
7.2576
0.0138

CH3CHCl2
407.3
0.776
Σ
52472.146
100.0
Σ
52472.14
100.0
误差分析：（52472.146-52472.14）/52472.146×100%=0.0000114%
故可行。
4.1.7除汞器
催化剂在物料中含量很少，而且不会影响整个物料平衡。
除汞器物料衡算表
表7 除汞器物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH2=CHCl
47361.6
90.26
CH2=CHCl
47361.6
90.26
CH≡CH
1042.6
1.9869
CH≡CH
1042.6
1.9869
HCl
3625.6124
6.909
HCl
3625.6124
6.909
O2
27.77
0.0543
O2
27.77
0.0543
H2O
7.2576
0.0138
H2O
7.2576
0.0138
CH3CHCl2
407.3
0.776
CH3CHCl2
407.3
0.776
Σ
52472.14
100.0
Σ
52472.14
100.0
4.1.9碱洗泡沫塔

NaOH溶液

CH2=CHCl
CH≡CH
HCl
O2
H2O
CH3CHCl2
碱洗泡沫塔
CH2=CHCl
CH≡CH
O2
H2O
CH3CHCl2

NaCl溶液

图4 碱洗泡沫塔物料衡算方框图
根据：用5%～10%的NaOH溶液除去余下的氯化氢气体。取10%的NaOH溶液除氯化氢气体。
（1）进料
NaOH溶液 :（72.5/36.5）×40/10%=794.52kg
CH2=CHCl：
47361.6 kg
CH≡CH ：
1042.6kg
HCl：
72.5 kg
O2 ：
27.77 kg
H2O：
7.258kg
CH3CHCl2 ：
407.3kg
（2）出料
HCl被碱液吸收，从而出料气中不含HCl气体
NaCl溶液：794.52+72.5=867.02kg
CH2=CHCl：
47361.6 kg
CH≡CH ：
1042.6 kg
O2 ：
27.77 kg
H2O：
7.258 kg
CH3CHCl2 ：
407.3kg
（3）碱洗泡沫塔物料衡算表
表9 碱洗泡沫塔物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH2=CHCl
47361.6
95.269
CH2=CHCl
47361.6
95.269
CH≡CH
1042.6
2.097
CH≡CH
1042.6
2.097
HCl
72.5
0.1458
O2
27.77
0.0558
O2
27.77
0.0558
H2O
7.258
0.0154
H2O
7.258
0.0154
CH3CHCl2
407.3
0.819
CH3CHCl2
407.3
0.819

NaOH溶液
794.52
1.598
NaCl溶液
867.02
1.7438
Σ
49713.56
100.0
Σ
49713.56
100.0
4.1.10总物料衡算表
表10 合成段总物料衡算表
进料
质量/kg
W/%
出料
质量/kg
W/%
CH≡CH
20852
33.833
CH≡CH
1042.6
1.692
HCl
31614.84
51.296
CH2=CHCl
47361.6
76.846
O2
27.77
0.045
O2
27.77
0.045
H2O
8342.4
13.536
H2O
7.258
0.0135
NaOH溶液
794.52
1.29
NaCl溶液
867.02
1.406

CH3CHCl2
407.3
0.66

30%盐酸
11843.667
19.217

40%盐酸（多筒）
48.384
0.0785

40%盐酸（石墨）
25.920
0.042
Σ
61631.53
100
Σ
61631.519
100.0
误差分析：（61631.53-61631.519）/61631.53×100%=0.0000178%，在允许范围，故可行。
4.2 聚合工段的物料计算
4.2.1聚合釜
设生产装置年产量：30万吨；设一年开工300天，每天分三批生产，聚合物一般进行到转化率为85%～90%（本设计中取88%）
氯乙烯
水
助剂

聚合釜
pvc
氯乙烯
水
助剂
氯乙烯单体损失

图5 聚合釜物料衡算方框图
（1）进料计算
聚合总共所需单体量： M0=300000t/88%=340909.1t/年
每批生产所需的单体量：M1=340909.1×103kg/(330×3)=378.79×103kg
其中无离子水：氯乙烯单体＝1.5 ：1 （参照海化的生产资料的数据）
所以：无离子水的质量 ：M2=378.79×103×1.5=568.18×103kg
此外：助剂质量：氯乙烯单体质量＝0.05 ：100 （参照海化数据）
所以：助剂质量：M3=378.79×103kg×5×10-4=189.395kg
进料的总质量： M= M1+ M2+ M3=378.79×103kg+568.18×103kg+189.395kg
=947.16×103kg
（2）出料的计算
产生的聚合物的质量：M1'= M1×88%=378.79×103kg×88%=333.336×103kg
未反应的氯乙稀单体损失约为1%（由悬浮液液相吸附，悬浮液故固相吸附，清釜用料）
所以：损失的单体质量：M2'= M1×1%=378.79×103kg×1%=3.7879×103kg
剩余的氯乙烯单体质量：M3'= M1－M1'－M2'=378.79×103kg-