年产1万吨PPVC糊树脂工艺设计-氯乙烯合成工段工艺设计样本.doc

第一章 序言1.1 PVC糊树脂发展历史、生产现实状况及市场前景1.1.1 PVC糊树脂发展历史、生产现实状况PVC糊状树脂是1931年在德国法本（I.G.Farbon）工厂开始研究，并于1937年实现工业化生产。在现在国外PVC糊树脂生产中，西欧是PVC糊状树脂生产厂家最多、产量最大地域，而且其消费量也最大；美国PVC糊状树脂生产能力也较大。因为各国加工和应用情况不一样，PVC糊状树脂生产量占PVC总量大小也各不相同。其中，美国约占10%，日本占7.5%，法国占12%，德国占25%。国外发达国家约有93%PVC糊树脂生产企业大多采取乙烯法路线进行生产（日本为100%），且生产规模较大。国外各PVC糊状树脂生产企业大多数拥有自己专用生产技术和产品牌号，为填补因为生产方法而造成产品应用上不足，大多数生产厂家同建有多个工艺路线生产装置，所以在市场上极具竞争力。国外企业除生产通用产品品种、牌号PVC糊状树脂外，几乎全部PVC糊状树脂生产企业全部同时生产PVC掺混树脂、氯醋糊树脂等专用树脂。掺混树脂生产方法不尽相同，有悬浮法、本体聚正当、乳液法等，所得掺混树脂大多掺混到PVC糊状树脂中一同出售，这么既能够改善产品性能，又能够降低生产成本。国外企业在大力发展PVC糊状树脂同时，对应抗冲击改性剂开发和生产也异常活跃，有专业生产厂家，也有在PVC糊状树脂生产厂进行生产。在国外，PVC糊状树脂已经广泛应用于人造革、浸渍手套、壁纸、粘合剂、汽车密封料、钢板涂层、涂料、高级鞋靴等应用领域。估计在未来几年内，全球PVC糊状树脂需求增加率将达成4%-5%，欧洲需求增加率约为1%-2%。国外PVC糊状树脂消费结构为：PVC弹性、发泡地板块（卷材）占29%，PVC墙纸、沙发、人造革等家庭装饰材料占22%，电器、工具把手、手套、玩具和日用消费品占21%，汽车、运输带、金属涂层占18%，其它占10%。中国PVC糊状树脂工业生产始于20世纪50年代，在50-70年代共建有8个生产厂，生产规模为100-500吨/年，生产工艺关键以种子乳液法为主，只能生产3个型号PVC糊状树脂。进入80年代，中国PVC糊状树脂生产厂家前后引进了国外7家PVC糊状树脂生产技术。至近几年，PVC糊状树脂生产厂家有近20家，总生产能力约为18万吨/年，其中约有9家生产规模大多在吨/年以下。不过因为以下原因一是中国糊树脂生产企业较少，行业竞争显著小于粉状树脂；二是糊树脂市场利润情况很好，在成本和粉状树脂相差不多情况下，售价却显著高于粉状树脂；三是多年来糊树脂下游需求有比较显著增加，进口数量占中国消费量百分比较大。吸引了越来越多企业准备投身于糊树脂生产行列中，首先现有企业生产能力仍在不停增加，其次一部分传统粉状树脂生产企业也准备加入到糊状树脂生产行列之中，这么造成产能也有了比较大增加。据统计，中国糊树脂总生产能力达成30万吨，产量达28万吨左右，进口量约为15万吨，和当年约43万吨需求相比基础处于供需平衡状态。以来，中国PVC糊树脂行业发展十分迅猛，现有企业生产能力不停增加。其中，沈阳化工股份糊树脂生产能力扩产以后已经达成12万吨/年，生产能力居亚洲第一位，世界前三位；其它老牌糊树脂生产企业，如上海氯碱、上海天原、天津化工、郴州华湘等也全部已经完成或正在进行糊树脂扩产计划。1.1.2 PVC糊树脂市场前景及应用即使糊树脂市场近几年发展相对比较稳定，但多年来中国糊树脂产能增加速度较快，而进口数量改变不大即使下游需求也有一定增加，不过产能和产量增加速度显著大于需求增加速度。 中国PVC糊树脂关键用于造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材等。伴随中国经济稳步发展和人民生活水平不停提升，加之PVC糊状树脂应用开发不停深入，中国市场对聚氯乙烯糊树脂需求有了较大增加，尤其是在汽车、建筑、电子和涂料等方面需求显著增加。但PVC关键应用玩具和合成革类发展速度已经显著变缓，关键合成革类消费地域温州需求甚至有所萎缩。在这种情况下，业内教授认为，中国糊树脂企业扩产扩能一定要谨慎。应不停扩大产品应用领域，增加产品型号，形成差异竞争、错位竞争良性竞争格局；应加强企业之间技术交流，加速提升行业整体技术水平；应主动开拓国际市场，规范中国市场竞争，避免步粉状PVC因供大于求出现无序竞争后尘。据最新报道，3月份中国糊树脂市场有所波动。这是因为在三月上旬，3月份中国糊树脂市场有所波动；在三月下旬，3月份中国糊树脂市场有所波动。在三月末，电石法糊树脂主流出厂价围绕9800-10400元/每吨波动，乙烯法糊树脂10700-11000元/每吨波动。进入四月份，已是糊树脂市场消费旺季，伴随下游开工率上升，对糊树脂需求加大，各生产厂家糊树脂销量也将随之增加。同时外盘糊树脂市场上涨迹象显著，4月中下旬韩华皮革料和手套料报价均上涨40-50美元，其它进口厂商4月份报价也有上涨趋势。进口糊树脂价格稳中有升有利于中国糊树脂市场逐步回暖。从3月份一般型PVC及液氯等相关产品价格小幅上涨情况来看，部分化工产品价格正在逐步走出低谷，有利于糊树脂市场走出一季度以来盘整局面。所以，在4月份，糊树脂价格有望稳中有升。 1.2 PVC糊树脂生产工艺简述PVC是世界五大通用塑料之一，糊状PVC树脂是聚氯乙烯中一个品种。中国糊树脂工业经过四十多年努力，尤其是自八十年代以来，中国经过引进多家国外糊树脂生产技术和装置，使中国糊树脂工业出现质飞跃，也促进了中国糊树脂加工工业迅猛发展。 现在中国糊树脂装置近20 个，生产方法有种子乳液法、微悬浮法、混正当等多个，其中生产PVC糊树脂单体氯乙烯生产方法关键有乙炔法、乙烯法、乙烷法，在中国关键是用乙炔路线来取得单体氯乙烯。1.2.1氯乙烯（VCM）生产工艺氯乙烯（VCM）是生产聚氯乙烯糊树脂单体，其早期生产方法是采取电石为原料乙炔法路线，即电石水解生成乙炔，乙炔和氯化氢反应生成VCM。伴随VCM生产工艺发展，乙炔法已经被优异乙烯法路线所替换，现在乙烯法已经占到VCM生产工艺93%。多年来，欧洲乙烯基企业（EVC）又开发成功以乙烷为原料VCM工艺路线。乙烯法：该法首先由乙烯经氧氯化或直接氯化法制得二氯乙烷(EDC)，EDC再热解制得VCM。早期采取氧氯化法生产VCM，生产成本高，原料消耗和能耗大，乙烯和HCl氯化反应设备比较昂贵，生产过程排放气体中VCM含量较高(100g/g)，污染大气，还会使裂解炉结焦。上世纪90年代，国外各大企业对EDC、VCM生产工艺进行改善，1990年后全部装置均采取直接氯化法制EDC和VCM工艺。拥有直接氯化法生产技术企业有Inovyl（由EVC企业技术转让），Vinnolit、OxyVinyls和三井化学企业等。含有代表性Inovyl企业VCM工艺是将乙烯氧氯化法提纯循环EDC和直接氧化EDC在裂解炉中进行裂解生产VCM。经急冷和能量回收后，将产品分离出HCl（HCl循环用于氧氯化）、高纯度VCM和未反应EDC（循环用于氯化和提纯）。来自VCM装置含水物流被汽提，并送至界外处理，以降低废水生化耗氧量（BOD）。采取该生产工艺，乙烯和氯转化率超出98%，已经有52套装置在运行和建设中，VCM总产能为470万吨/年。直接氯化法改善关键是液相低温工艺向高温氯化方向发展，以利用大量反应热，并改善产品提纯过程。美国MonsantoKellogg企业共同开发了乙烯法制VCMPartec新工艺。该工艺去除了联合平衡法中氧氯化工艺过程。因为全部EDC全部是在产率很高直接氯化反应釜内生成，所以总产率很高，最大程度地从副产物中回收氯气。，德国Vinnolit企业经过其工程合作伙伴乌德(Uhde)企业对外公布了一个称之为沸腾床反应器直接氯化法新工艺，在该工艺中，乙烯先溶于反应器EDC中，然后再和一个EDC/氯溶液相混合，进行快速液相反应。该工艺和其它工艺相比，改善了再循环过程，无需对EDC产品深入处理或提纯，EDC产品纯度高，且反应热可回收，从而降低了能耗和蒸汽消耗。另外，还能够根据所需工序要求，选择并调整反应压力和温度。乙烷法：原料气乙烯在中国一直很短缺，但中国含有丰富天然气和油气资源，其中乙烷含量很大，所以用乙烷法生产氯乙烯不仅含有很大潜力和竞争力，而且还为综合利用油气和天然气开辟了更宽广路径，降低了VCM生产成本。研究结果表明，以乙烷为原料，经氧氯化催化合成氯乙烯，该合成路线是制备VCM很有应用前景工艺路线。为了利用富含乙烷天然气资源，Goodrich、鲁姆斯、孟山全部、ICI及EVC等企业全部在研究乙烷氧氯化制VCM工艺。其工艺关键是研制开发了一个新型催化剂，可降低反应温度，减轻设备腐蚀并降低副产物生成量，副产氯代烃可转化成VCM，提升了乙烷转化率；另外，该新工艺将乙烷和氯气一步反应转化为VCM，仅使用1个反应器；因为不以乙烯为原料，所以VCM生产无须依靠乙烯裂解装置。新工艺和乙烯法工艺相比，因乙烷资源丰富，价格低廉，生产成本可降低20%30%。EVC企业从1991年就开始开发乙烷制氯乙烯工艺，1995年将反应化学确定，1998年一套试验装置开始运转。试验结果表明氧转化率为99%，乙烷转化率为90%，经细致调整，乙烷转化率可达92%-95%。1999年末，EVC报道了在德国Wihelmshaven年产1000t氯乙烯单体试验半装置承诺结果。该工艺包含4个部分：氧氯化、分离、直接氯化和加氢。1.在氧氯化工段，气了和预热乙烷原料、管道氧、氧氯化扫应器是流化床反应器，催化剂为铜、钾、铈载于粒径为90微米氧化铝上。以乙烷计，转化率为90%；以氧计，转化率为98.8%；以二氯乙烷计54.6%。主产品为VCM，副产品为二氯乙烯、水、二氧化碳和其它氧化烃。用发生蒸汽法除去反应热。冷却反应器出来反应物，在热交换中产生蒸汽。2.在分离工段，反应器产物优异行脱气和干燥，在轻馏塔除去轻馏分，供直接氯化使用。轻馏塔塔底馏出物送至氯乙烯塔回收氯乙烯。氯乙烯和固体片状NaOH接触，并在冷却前除去微量氯乙氢，并搜集在氯乙烯罐。氯乙烯塔塔底馏出物关至加氢工段。3.在直接氯化工段，从分离工段来轻馏份送至氯化反应器，方便和氧氯化反应中生成乙烯生成更多二氧乙烷。氯化反应器是塔型高温氯化反应器，在氯化铁催化剂存在下操作。用气化反应器产品方法除去反应热。用发生蒸汽方法部分冷凝气相物料。液体物料循环回氯化反应器，气固分离。压缩气体物料并送至回流塔，以除去轻质馏分和重质馏分。富二氯乙烷物料从回流塔排出并循环至氧氯化反应器。4.加氢工段，从氯乙烯单体工段出来不饱和物经过把催化剂在一定温度和压力下加氢饱和。加氢反应器反应物冷却后进相分离，富氢物料循环。液体物料在串联塔内蒸馏，分离1，1-二氯乙烷、重馏出物、氯仿和四氯化物及富二氯乙烷物料。富二氯乙烷物料和1，1-二氯乙烷循环至氧氯化反应器，重馏出物去三处理，氯仿和四氯化物能够作为副产品以降低成本。乙炔法：中国仍以乙炔法路线为主。中国VCM生产技术关键致力于对乙炔法工艺进行改善，集中于改善传统生产工艺、处理汞催化剂污染、回收利用VCM尾气、降低能耗及节省资源等方面。针对现在电石法煤制乙炔传统工艺不足，太原理工大学等单位合作开发成功含有自主知识产权由煤粉直接制取乙炔等离子体工艺技术，该工艺能耗低、步骤简单，适于生产连续化和大型化，基础能够实现对环境零排放，是一条煤洁净高效生产乙炔新路径。现在该技术距大规模工业化应用已为期不远。为克服乙炔法工艺中氯化汞-活性炭催化剂消耗大、氯化汞挥发腐蚀性大问题，石家庄科创助剂开发了新型汞-分子筛催化剂，中试验证结果表明，在乙炔:氯化氢=51:56条件下，该新型催化剂转化率和选择性分别为95.5%和98.2%，均优于传统催化剂88.4%和94.0%水平。且该催化剂损失仅为6.5%，远小于传统催化剂32%水平。在全凝器和精馏塔尾气回收利用方面，中国关键采取活性炭吸附、溶剂吸收、膜法回收和活性炭纤维吸附等改善方法，基础能够将尾气中VCM及乙炔全部回收再利用。比如，大连欧科膜技术工程开发有机蒸汽膜法VCM精馏尾气回收技术，该技术用于沈阳化工股份3万t/a PVC扩产装置，VCM回收率达成90%95%，乙炔回收率达89.01%，尾气中VCM质量分数降至0.5%2.0%，投资回收期仅为612个月；四川天一科技股份开发变压吸附（PSA）技术净化VCM尾气及回收VCM和乙炔新工艺于在太化集团实现工业化应用；成全部华西化工研究所和西安西化热电化工有限责任企业合作开发回收精馏尾气VCM工艺，已用于西化企业5.5万t/a PVC工业化装置。河北中环环境保护设备开发活性炭纤维吸附氯乙烯尾气技术由传统5个工序简化为2个工序，大幅度降低了投资和运行费用，改善了吸附性能，提升了吸附容量，吸附周期由原来14h缩短至35min。现在，中国乙炔法采取VCM转化器平均单台产能为15001800t/a，转化器直径为24003000mm，因为 VCM生产规模不停扩大，现有转化器设计产能已不适应发展需要，和国外单台产能为 8500t/a大型转化器相比有较大差距，为此，大型转化器开发引发大家关注。从全球VCM生产技术现实状况和发展趋势看，乙烯法制VCM仍居主导地位。在富含乙烷天然气资源地域乙烷法更有发展前景。乙炔法在国外虽已退出VCM生产领域，但近期乙烯价格上涨，又给乙炔法发展提供了新机遇，中国仍以乙炔路线为主。因为98%VCM全部用来生产PVC，所以氯乙烯（VCM）生产工艺不停发展，也推进了PVC工业发展。1.2.2 PVC糊树脂生产工艺现在，工业上聚氯乙烯糊树脂生产方法关键有乳液种子聚正当、乳液连续聚正当和微悬浮聚正当3种方法。乳液种子聚正当：将配方要求软水加入到聚合釜中，然后按次序向反应釜中加入起始乳化剂，用氢氧化钠溶液调整水相pH值为9.5-10.5，加入引发剂。将反应釜内压力抽至0.057MPa，开启单体加料阀，按配方加入起始单体，升温反应约1小时，回收单体，然后将反应釜内放空阀打开使釜内达成常压，向反应釜内加入要求量乳化剂和聚氧乙烯蓖麻油，搅拌15分钟即得到PVC糊树脂。微悬浮聚正当：微悬浮聚正当就是使用油溶性引发剂，在乳化剂中分散，稳定细小氯乙烯单体液滴引发聚合，生成合适粒径聚氯乙烯乳胶方法。 用氮气置换釜内空气，将经由过滤器过滤无离子水用泵打入聚合釜中，将溶解好聚乙烯溶液经过滤用泵打入反应釜策中，同时将引发剂及单体氯乙烯经计量加入釜中，开启搅拌，升温至聚合温度50-60然后用5水冷却，压力由0.71.0MPa下降至0.3-0.45MPa出料。未反应氯乙烯经泡沫捕集器回收分离，聚合物和悬浮液送至碱处理。离心机过滤，再经洗涤可得含水量15左右聚氯乙烯糊树脂。 乳液连续聚正当 ：乳液连续聚正当是在聚乙烯增溶胶束存在下，单体在乳化水溶液中经过引发形成活性基团而聚合，在生成胚乳颗粒中，只要增加链未终止或有活性基团存在，聚合反应就一直会进行下去。在连续聚合反应过程中，聚合需要氯乙烯来自活性基团，已生成胶乳微粒被大量拥有亲水基团乳化剂包围，处于很稳定状态。这其中又可分为连续法和间歇法，间歇聚正当为一次或分批加料，一次出料，而连续聚正当为连续等量加料，连续出料。连续聚正当含有劳动生产率高、聚合釜时空收率高、产品质量稳定和能耗低等特点，尤其是劳动生产率高，这是包含微悬浮聚正当在内一切间歇式工艺路线全部无法和之相比优点。不管是间歇聚合方法或连续聚合方法，全部能生产出含有良好糊性能产品，全部能够用于氯乙烯糊树脂各个领域，只不过工艺各有特点，产品各有专门用途而已。1.3总结 PVC糊树脂工业发展，提供了仅经加热就变为聚氯乙烯制品一个新型液态材料。该种液态材料配制方便、性能稳定、易控制、使用方便、制品性能优良、化学稳定性好，含有一定机械强度、易着色、价格廉价等，所以应用广泛。发展 PVC糊树脂工业，造成开发了一代新加工方法和新产品，这类新加工方法所需设备少、工艺步骤简单、占地面积小、一次性投资少，所以出现了一大批新加工厂。另外还带动了其它行业发展，如服装业、制鞋业等，同时促进了机械制造及其配套工业和化学助剂等发展。另外 ，伴随钢铁工业发展，薄钢板(厚度感0.7rn m)表面涂层产品也随之得到发展，产品已广泛用在建筑业，如户外墙板、瓦楞板、门窗等;家用电器，如电冰箱、洗衣机、汽车业外壳，国外已发展到小轿车外壳、石油化工装置上。所以这是一个很有发展前途产品，彩色钢板所用涂料除了高级聚氨醋和丙烯酸醋类外，大量使用是价格低廉乳液聚氯乙烯(EPVC)，现在专用EPVC牌号全靠进口。伴随彩色钢板业发展，PVC糊树脂需求量将会大增，PVC糊树脂行业将大有潜力。第二章 设计方案选择氯乙烯（VCM）是生产聚氯乙烯单体，其早期生产方法是采取电石为原料乙炔法路线，即电石水解生成乙炔，乙炔和氯化氢反应生成VCM。伴随VCM生产工艺发展，乙炔法已经被优异乙烯法路线所替换，现在乙烯法已经占到VCM生产工艺93%。该法首先由乙烯经氧氯化或直接氯化法制得二氯乙烷(EDC)，EDC再热解制得VCM。多年来，欧洲乙烯基企业（EVC）又开发成功以乙烷为原料VCM工艺路线。即以乙烷为原料，经氧氯化催化合成氯乙烯，该合成路线也是制备VCM很有应用前景一个工艺路线。不过乙炔法和乙烷法这些优异生产工艺只在发达国家应用较为广泛，在中国仍是关键以乙炔法来合成氯乙烯单体，而且多年来因为石油涨价造成乙烯涨价，又给乙炔法合成氯乙烯单体带来了新机遇，所以乙炔法合成氯乙烯单体在中国氯乙烯单体合成中仍是占有较大百分比。所以本设计采取乙炔法路来合成氯乙烯单体，经乙炔和HCL混合脱水、合成、水洗碱洗、精馏得到合格氯乙烯单体，以供后续PVC糊树脂合成。现在中国氯乙烯单体生产技术关键致力于对乙炔法工艺进行改善，集中于改善传统生产工艺、处理汞催化剂污染、回收利用VCM尾气、降低能耗及节省资源等方面。本设计也致力于对传统工艺改善，尤其是对精馏工序工艺改善，如外置低沸塔塔顶冷凝器，取消了低沸塔精馏段，这么既能够降低消耗，也能够增加低沸塔稳定性，同是还能够提升氯乙烯质量;低沸塔位差进料改为强制压差进料，老工艺中，进料量随全凝器冷凝液改变而弯化，偶然发生全凝器、尾气冷凝器之间压力改变，这会造成冷凝液下料量波动，造成低沸塔进料量不平稳，使低沸塔控制发生波动,低沸塔进料改为泵输送强制进料后，在进入低沸塔物料量相对平稳前提下实现水分离器液位缓慢调整，以此控制进入低沸塔流量，控制水分离器液位保持在一定范围内，以确保低沸塔平稳控制，达成精馏目标; 高沸塔内回流改为强制外回流，这么能够增加了流量检测及流量调整控制阀，并采取多参数调整控制，操作人员能直观地了解回流量，可方便地控制高沸塔运行,以达成优化传统工艺目标。从而最终达成降低生产成本，提升氯乙烯产品质量。第三章 工艺步骤设计3.1混合脱水工序工艺设计乙炔气、HCL气体按一定配比（HCL过量）进入混合器进行混合，混合过程中因为混合气体中含有水会有部分冷凝下来，所以混合器下有分离器，用来接收冷凝下水（其中含有少许HCL，形成稀酸），分离器中稀酸采取间歇排放方法排入冷凝酸槽。由混合器出来混合气体在惰性气体N2保护下进两级石墨冷却器，方便除去其中大量水，之所以采取两级石墨冷却器进行脱水，就是要尽可能地除去混合气体中大量水分，石墨冷却器采取-35水进行冷却，所冷凝下来水（含少许HCL）也排入冷凝酸槽。以后，由石墨冷却器出来混合气体再进入两级除雾器，深入脱除其中残留水分，让混合气体中水分降到所要求水分之下，除雾器也一样是采取-35水来进行冷凝，冷凝下来水（含少许HCL）优异入分离器，再从分离器间歇排入冷凝酸槽。3.2 合成工序工艺设计由混合脱水工序过来乙炔和HCL混合气体进入预热器，先让混合气体预热到一定温度，方便后面转化反应。从预热器中出来混合气体再进入5台串联转化器，第一台转化器内置汞催化剂，其它后面4台转化器能够经过混合气体先和汞催化剂混合再进入转化器进行反应。转化器经过热水来调整一定转化反应温度。另外，有N2管道输送N2进入转化器，使得转化反应能在惰性气体N2保护下进行，以确保安全和使副反应降低，从转化器出来混合气体中含有废触媒经过触媒分离器进行分离回收，以降低成本，并能够降低后面净化压力，同时能够降低对环境污染。由转化器过来VCM混合气体再进入除汞器，深入除去其中含有汞催化剂，为后面净化精馏做对应准备。3.3 水洗碱洗工序工艺设计由合成工序过来粗氯乙烯进入两级水洗塔，经过水洗来尽可能地除去其中HC L，之所以采取两级水洗塔，也即是为了尽可能多地除去其中HCL。水洗时，采取稀酸循环方法，混合脱水序中冷凝酸槽中稀酸及补加水进入稀酸循环槽，稀酸循环槽中稀酸经过酸循环泵打入冷凝器，采取-5水冷凝后再进入水洗塔，以尽可能多地除去其中HCL，除去HCL加上进入稀酸再经过水封进入稀酸循环槽，在这里用水封是预防气体进循环槽，确保生产安全。当然，由稀酸循环槽经过酸泵打出稀酸也有一部分送至售酸工序，以降低酸排放，节省成本。从水洗塔出来混合气体再进两级碱洗塔，经过HCL和NaOH中各反应除去混合气体中HCL。所用原理和水洗塔基础相同，即补加碱液进入碱循环槽，再经过碱泵打出进入碱洗塔进洗涤作用，回来废碱液再经过碱泵打出排出。从碱洗塔出来混合气体基础不含HCL，出来混合气体再经过水封进入气柜。3.4 精馏工序工艺设计由压缩过来混合气体中仍含有乙炔气体和其它低沸物和高沸物，必需经过深入地清除才可能使氯乙烯纯度达成要求。由压缩过来混合气体进入全凝器，采取5水进行冷凝，使其中氯乙烯冷凝，冷凝VCM进入水分离器，未冷凝气体进入尾气冷凝器，进行再次冷凝，冷凝物再进入水分离器。水分离器中冷凝物分离水分后VCM液体单体经过单体泵加压输送至低沸塔，以经过热蒸汽除去其中低沸物，塔顶蒸出气相物进入塔顶冷凝器，采取5水冷凝，冷凝物再返回进入水分离器，未冷凝气体进入尾气冷凝器，尾气冷凝器中未冷凝气体进入尾气回收系统。低沸塔塔釜液进入中间缓冲槽，经调整阀调整控制减压进入高沸塔，在高沸塔中除去高沸物，高沸塔塔顶蒸出精氯乙烯气体进入成品冷凝器，冷凝液经固碱干燥器后采取固碱吸收VCM液相中水分再进单体暂贮槽，部分VCM经单体泵加压输送返回高沸塔精馏段作为回流液，剩下VCM经单体泵输送至聚合工序。第四章 仪表控制设计4.1混合脱水工序仪表控制设计在乙炔气体和HCL气体进入混合器管道上分别安装了温度指示仪表，压力指示仪表，为模拟信号集中控制仪表。另外，在这两段输入管道上还安装了流量统计累积仪表，以统计经过流量，也为模拟信号集中控制仪表。从混合器出来至除雾器出口段主物料管道上，每隔一段设置温度指示仪表和压力指示仪表，以立即了解物料管道温度和压力，为仪表盘（控制室）。在混合器出来管道上安装温度指示报警仪表，为模拟信号集中控制仪表，以立即控制温度。另外，石墨冷却器-35水进流量经过石墨冷却器中液位来控制。另外，在除雾器出料管道上也安装温度指示模拟信号集中控制仪表，以立即了解温度。4.2合成工序仪表控制设计在预热器进料口和出料口分别设置压力指示仪表和温度指示报警仪表，以立即控制压力和温度，全部为模拟信号集中控制仪表。此工序主物料线上也是每隔一段即设置温度指示仪表和压力指示仪表，全部为模拟信号集中控制仪表，以立即了解主物料管道温度和压力（包含除汞器进料管及出料管）。转化器上安有温度指示仪表，为模拟信号集中控制仪表，以立即控制转化器温度，另外，在转化器进料管和出料管道上分别安装有压力指示仪表和压力指示报警仪表，以立即了解这段管道压力。4.3水洗碱洗工序仪表控制设计此工序中主物料线及辅助物料线上每隔一段即设置压力指示仪表及温度指示仪表，以立即了解管道温度及压力。这些仪表全部为模拟信号集中控制仪表。在水洗塔、碱洗塔、稀酸循环槽上全部有液位指示仪表，以立即显示这些设备中液位清况，全部为模拟信号集中控制仪表。酸泵及碱泵全部设置有压力指示仪表，为就地仪表。4.4 精馏工序仪表控制设计同以上多个工序，此工序主物料线上也是隔一段就设置集中控制温度指示及压力指示仪表。水分离器及中间槽设置液位指示仪表，低沸塔、高沸塔进料管道设置流量指示仪表。再沸器热水进口及回水管道也设置流量指示仪表，这些仪表均为模拟信号集中控制仪表，以立即控制对应参数。单体泵上设置压力指示仪表，为就地仪表。4.5热水槽仪表控制设计热水槽上设置温度指示仪表，液位指示仪表，出水管道上设置温度指示仪表及压力指示仪表，以立即控制这些设备管道数据，这些仪表均为模拟信号集中控制仪表。在电机泵上设置压力指示仪表，为就地仪表。第五章 工艺设计计算5.1物料衡算5.1.1 总物料平衡（物料衡算总步骤图）加触媒8.5t/a合成工序稀酸29.41t/a进入水洗碱洗工序HCL7400t/a乙炔5000t/a混合脱水工序12.4t/a18.55t/a触媒8.49t/a15.52t/a尾气及其它杂物259.04t/a稀酸（约15%）3600t/a废碱液115.49t/a补加水3060t/a补加碱液80t/a19.01t/a水洗、碱洗工序精馏工序VCM 11500t/a乙炔及其它杂物99.25t/a尾气及其它杂物259.04t/a 5.1.2 总物料平衡计算设HCI和乙炔反应转化率为98%，结合VCM转化成糊树脂情况，要年产10000吨PVC糊树脂每十二个月约要11500吨VCM，而每十二个月生成11500吨约要乙炔原料气5000吨，在反应开始加入HCL和乙炔时，通常HCL过量，而且依据参考文件，HCL和乙炔加入量摩尔比约为1.05:1,取HCL和乙炔摩尔比为1.05:1，则所要HCL量为：取HCL量为7400吨，此时，依据齐化集团生成PVC糊树脂配方，年产10000吨PVC糊树脂中氯乙烯合成每十二个月约需要汞催化剂8.5万吨。另外，每十二个月约需要加水3060吨，加入质量分数约为15%碱液80吨，每十二个月约出酸（约15%）3600吨，排出废碱液量为115.49吨。触媒催化剂按0.15%损失计算，则每十二个月回收量为：整个氯乙烯合成部分最终排出尾气和低沸物、高沸物总和为259.04t。氯乙烯合成部分是由混合脱水工序、合成工序、水洗碱洗工序和精馏工序组成，这四个部分损失分别设为0.1%、0.15%、0.1%、0.15%，则氯乙烯合成部分总损失量为：所以氯乙烯合成部分总物料衡算式为：即整个氯乙烯合成部分物料平衡。5.1.3混合脱水工序物料平衡混合脱水工序物料平衡图12.4t/a乙炔5000t/aHCL7388.19t/a混合脱水工序稀酸29.41t/aHCL7400t/a乙炔4970t/a稀酸5.1.4混合脱水工序物料平衡计算加入乙炔量为5000t/a，加入HCL量为7400t/a,则设乙炔工序关过来乙炔中含水0.5%,而且在混合脱水工序除去全部水份，则除去水份为：5000t/a0.5%=25t/a设此工序中得到冷凝酸槽中稀酸质量分数约为15%，则带走HCL量为：则冷凝酸槽中稀酸量为29.41吨，此时稀酸质量分为数为：设此工序损失量为0.1%,则此工序损失量为：由上可得进入下一工序多种物质数量分别为：HCL：乙炔：则混合脱水工序物料平衡计算式为：即整个混合脱水工序物料平衡。5.1.5合成工序物料平衡合成工序物料平衡图触媒8.5t/a18.55t/a VCM11690.60t/aHCL7388.19t/a合成工序HCL549.80t/a乙炔4970t/a乙炔及其它杂物99.25t/a触媒8.49t/a5.1.6合成工序物料平衡计算从混合脱水工序过来HCL量为7388.19t/a,乙炔量为4970t/a，加入汞催化剂量为8.5t/a。设此工序损失为0.15%,则损失量为：又因为反应中HCL过量，所以生成氯乙烯由乙炔来计算，反应转化率为98%，则所得氯乙烯量为：而反应HCL量为：即剩下HCL量为：剩下乙炔及其它杂物量为：剩下触媒量为：则合成工序物料平衡计算式为：即整个合成工序物料平衡。5.1.7水洗、碱洗工序物料平衡水洗碱洗工序物料平衡图稀酸29.41t/a15.52t/a补加碱液80t/aVCM11690.60t/aVCM11678.90t/a水洗、碱洗工序补加水3060t/a稀酸（约15%）3600t/a废碱液115.49t/aHCL549.80t/a乙炔及其它杂物99.25t/a乙炔及其它杂物99.15t/a5.1.8水洗碱洗工序物料平衡计算从合成工序过来氯乙烯量为11690.60t/a,过来乙炔及其它杂物量为99.25t/a，过来HCL量为549.80t/a。另外，从混合脱水工序中冷凝酸槽过来稀酸有29.41t/a。还有就是在工序中要补加水和碱液，补加水为3060t/a，补加碱液为80t/a（质量分数约为15%）。设此工序损失量为0.1%,则损失量为：则经过此工序，除去损失，剩下VCM量为：剩下乙炔及其它杂物量为：设水洗碱洗过程中两级水洗塔吸收混合气体中98%HCL，而过来HCL量为：则水洗过程洗去HCL量为：水洗过程生成稀酸去售酸工序，设生成稀酸质量分数约为15%，则每十二个月出酸量为：取每十二个月出酸3600t/a，则最终所送去售酸工序稀酸浓度为：除水洗以外，剩下HCL由碱液（质量分数约为15%）除去，由碱液除去HCL量为：由 能够得到除去11.08t/a HCL要约12.4t/aNaOH，所以需碱液量为：取每十二个月加入碱液80t,此时碱液中含有NaOH质量分数为：又因为排出稀酸3600吨，稀酸质量分数为15.09%,则需水量为：取每十二个月补加水3060t而由平衡，每十二个月排出废碱液量为115.49t则水洗碱洗工序物料平衡计算式为：即整个水洗碱洗工序物料平衡。5.1.9 精馏工序物料平衡精馏工序物料平衡图19.01t/a尾气及其它杂物259.04t/aVCM11678.90t/a精馏工序乙炔及其它杂物99.25t/aVCM 11500t/a5.1.10精馏工序物料平衡计算从水洗碱洗工序经气柜，压缩机过来氯乙烯量为11678.90t/a，过来乙炔及其它杂物量为99.15t/a.设此精馏工序损失为0.15%，则精馏工序损失量为：则损失后剩下VCM量为：损失后剩下乙炔及其它杂物量为：设在剩下VCM11661.38t中，其中有151.38tVCM气体无法冷凝，进入尾气冷凝器，再进入尾气回收工序，而乙炔及其它杂物中乙炔气体无法冷凝，也进入尾气冷凝器，再进入尾气回收工序，乙炔及其它杂物中低沸物、高沸物将在低沸塔、高沸塔中依次除去，最终排放。尾气及排出低沸物、高沸物总和为259.04t。最终排出成品氯乙烯为11500t/a，则精馏工序物料平衡计算式为：即整个精馏工序物料平衡。5.2 设备工艺计算设备工艺计算是在确定了设备操场作工艺参数及进行了物料衡算基础上进得。其内容关键是确定设备类型、规格、关键工艺尺寸、设备台数等，其目标是为设备机械设计、车间平面部署、配管设计等提供设计依据。化工设备是进行化工生产过程物质基础，它对装置生产能力、操作过程稳定性和可靠性、产品质量等全部起着关键作用，所以设备工艺计算时工艺设计中关键步骤。设备选型和设计应遵照以下标准：（1）合理性，设备必需满足工艺设计通常要求，设备要和工艺步骤、生产规模、操作条件、控制水平等相适应，同时又能充足发挥每个设备生产能力。在设计中尤其要注意各设备之间生产能力和操作方法协调关系，预防在整个生产装置中某个设备必出现瓶劲现象。（2）优异性，设备运转可靠性、自控水平、生产能力、生产效率等要尽可能达成优异水平。工人在操作时劳动强度小，便于操作。（3）安全性，生产过程稳定，有一定弹性。（4）经济性，设备投资费用和操作费用要低。设备易于加工、维修及更新，而且没有特殊维护要求，对建筑地基和厂房等无苛刻要求。5.2.1转化器计算从混合脱水工序经预热器过来进入转化器中混合物总质量为（包含汞催化剂加入量，而且假设预热器无损失）：再假设每十二个月开工335天，则每水时进入转化器量为：因为汞催化剂（）量少，在求混合气体密度时不算入内，则：则HCL体积在混合气体中体积分数为： 乙炔体积在混合气体中体积分数为：又则混合气体平均分子量为：混合气体进入转化器压强为15，温度为150（423.15K）。由公式其中，为混合物密度，； 为混合物压强，； 为混合物平均分子量， 则，设定物料平均停留时间为0.015h，生产为连续生产，而且设定反应器装料系数。由公式 其中，为反应液体积，； 为每小时处理物料量，； 为物料平均停留时间，； 为物料密度，。则，所以依据装料系数最终反应器体积为：式中为最终反应器体积。取反应器长径比为，封头为球面封头，则由公式 其中，D为反应器直径，。 H为反应器直边高度，。则由，取反应器直径为2500，则直边高度H为：则所选择反应器最终体积为：反应器大小为，工艺中取5个相同大小反应器，5个反应器串联而成。5.2.2贮罐计算（1）混合器计算混合器每十二个月加入量乙炔为5000吨，HCL为7400吨，设十二个月开工335天，则每小时流量为： 乙炔：HCL：取混合器为半球封头，装料系数为0.8，又设定混合气体密度为，平均停留时间，所以由公式其中，为贮罐中物料数量， 为贮罐中物料体积， 为装料系数； 为物料密度， 为物料流量， 为平均停留时间，。所以设定取长径比为1，由半球面封头容器体积公式其中，D为反应器直径，。 H为反应器直边高度，。则由取D=1000则H=1000此时，混合器大小为（2）除汞器计算由转化器进入除汞器物料理为：（连续操作，年开工335天）取除汞器封头为半球面封头，设定平均停留时间为，装料系数为0.8，则由公式其中，为除汞器中物料数量， 为除汞器中物料体积， 为装料系数； 为物料密度， 为物料流量， 为平均停留时间，。所以，设定取长径比为1，由半球面封头容器体积公式其中