PVC生产过程合成精馏工序毕业设计.docx

第一章 概述
一·设计数据
1·生产能力：30000 t PVC/年（以100%PVC计）
2·年工作日：300天（以7200小时计）
3·自碱洗塔来物料流率：
组分
VC
EDC

O
总计
Kg/h
4750
90
125
25
80
5070
4·VC损失：合成，分离工段的跑，冒，滴，漏损失：9kgVC/TPVC(从压缩工段扣除)；聚合工段分离，干燥损失：20kgVC/TPVC.
5·气柜：T=25℃ P=0.005MPa（表压）
6·压缩工段工艺条件：
（1） 机前冷却器：=25℃ =10℃
（2） 一段压缩：=0.004MPa（表压） =0.15MPa（表压）
=10℃ 中间冷却至 =30℃
二段圧缩：=1.5at（表压） =0.52MPa（表压）
=30℃ =75℃
（3）机后冷却器气体进口温度73℃，出口温度44℃;冷却水进口温度30℃，出口温度35℃。
7·全凝器：=13℃ =0.51MPa（表压）
冷冻盐水：=5℃ =15℃
8·水分离器内除水80%（w%）
9·尾气冷凝器：=-30℃ =0.50MPa（表压）
冷冻盐水：=-35℃ =-30℃
10·低沸塔工艺条件：
1）塔顶馏出液中：VC: <50%（w%）
（2）塔底出料含乙炔：0.0001%（w%）
（3）操作压力：0.5MPa（表压）
（4）放空尾气中VC含量12%（w%）
（5）低沸塔回流比15-30
11·高沸塔工艺条件：
（1）塔顶气体EDC浓度：0.08%（w%）
（2）塔釜物料中VC浓度：0.0001%（w%）
（3）操作压力：0.25MPa（表压）
（4）釜加热水温度：=90℃ =75℃
（5）高沸塔回流比0.3-0.5
12·聚合工段：聚合率85%（w%），未聚合回收率90%（w%）
此处回收是进气柜还是部分直接作为合格单元回收部分进气柜可自己根据厂里情况确定。
13·所设计设备：机后冷却器，全凝器，低沸塔再沸器，高沸塔，高沸塔再沸器，高沸塔塔顶冷凝器。对所设计设备作能量衡算和设备工艺计算。
二·产品性质及用途
（一） 产品性质：PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小，相对密度1.4左右，玻璃化温度77-90℃，170℃左右开始分解，对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢，并进一步自动催化分解，引起变色，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。工业生产的PVC分子量一般在5万～11万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点，80～85℃开始软化，130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5～10kJ/m2；有优异的介电性能。
（二）产品用途:
1·PVC异型材：用于制作门窗和节能材料
2·PVC管材：品种多，性能优良，使用范围广。
3·PVC膜：PVC与添加剂混合，塑化制成规定厚度的透明或着色薄膜，成为延压薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋，雨衣，桌布，窗帘等。宽幅的透明薄膜可以供温室，塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜，可以用于收缩包装。
4·PVC硬材和板材：PVC加入稳定剂，润滑剂和填料。混炼后，用挤压机可以挤出各种口径的硬管，异型管，波纹管。用作饮水管，电线套管等。
5·PVC一般软质品：利用挤压机可以挤成软管，电缆以及电线等；利用注射成型机配合各种磨具。可以制成各种塑料凉鞋，玩具，汽车配件等。
6PVC包装材料：PVC容器主要生产矿泉水瓶，化妆品瓶，也用于精细油的包装；PVC膜可以用于拉伸或者是热收缩包装，用于包装床垫，布匹，玩具和工业制品。
7·PVC日常消费品：被用来制作各种皮革，还可以用来制作制服和专用保护设备的皮带。
第二章 氯乙烯的生产方法及工艺流程
一·各种生产方法评述及生产方法的选择
1·电石乙炔法
+
优点：工艺成熟，投资少，建厂周期短。
缺点：电石价高，成本高；催化剂有毒，污染；不适于大规模生
产。
2·联合法

优点：利用已有的电石资源和乙炔合成氯乙烯的装置，迅速提高
产量。
缺点：仍用价高的电石，仍存在汞毒。
3·乙烯氧氯化法（平衡氧氯化法）

优点：工艺成本低；生产能力大。
4·乙烷氧氯化法
开发中
二·电石乙炔法合成VC的反应机理及物化数据
1· 煤与石灰熔融生产电石
-468.832kJ/mol
2·电石水解
+138.138kJ/mol

3·电石含杂质发生反应生成,,等
+63.6kJ/mol
+Q
+Q
+Q
+Q
+Q
乙炔发生的温度85℃，电石粒度50-80mm
4·粗乙炔气净化原理

清净塔新鲜清净液浓度：有效氯0.08-0.12%
5·中和原理

碱液浓度5-15%
三·生产工艺条件的选择及主要设备形式的选择
（一） 生产工艺条件的选择
合成工段：
(1)原料气：纯度为乙炔气浓度大于98%，氯化氢浓度大于93%；两种气体都应过量，且满足氯化氢：乙炔气=1.05-1.1：1
(2)其他气体含量：氯气含量低于0.002%，氧含量低于0.5%(防止爆炸)
(3)水含量：低于0.03%
(4)温度：控制在130-180℃
(5)压力：控制在1.2-1.5*105Pa
（二） 主要设备形式的选择
四·工艺流程的选择
整个生产过程可以分为三个工段，分别为乙炔工段，合成工段，聚合工段。
（1）第一个工段：乙炔工段。电石击碎-乙炔发生-清净配置。经过破碎的电石和水在乙炔发生器内反应，生成粗乙炔，粗乙炔进入渣浆分离器，去掉其中的杂质，然后经过水封，去掉其中的水分，以上是乙炔发生制粗乙炔，然后是清净配置精制乙炔：粗乙炔依次经过水洗塔，水环压缩机，清净塔和中和塔，利用酸碱中和原理去掉其中的水分和杂质，符合要求的乙炔气依次进入乙炔发生器和乙炔阻火器。
（2）第二个工段：合成工段。HCl依次进入限冷器和酸雾过滤器，然后以1.1:1的比例和乙炔气混合进入混合器，混合气进入一级，二级石墨冷却器，去掉其中的水分，再进入一级，二级酸雾过滤器，钢制预热器，预热到反应所需要的温度，之后进入到一级，二级转化器发生反应，生成氯乙烯单体，单体进入脱汞器，将氯化汞去除，合成器进入到合成器冷却器，降温冷却，冷却后进入到泡沫脱酸塔，水洗塔和碱洗塔，去掉其中的水分和杂质。从碱洗塔出来以后进入机前冷凝器，压缩机和机后冷凝器，冷凝器部分水后，到达全凝器，全凝器中的气相进入尾气冷凝器，液相进入油水分离器，实现油水分离后依次进入低沸塔，高沸塔，将低沸组分和高沸组分分离出来，得到的产品进入产品冷凝器，冷凝之后进入固碱干燥器，将冷凝出来的水吸收掉，实现产品的干燥，干燥之后的产品进入单体储罐，储藏起来。
（3）第三个工段：聚合工段。聚合发生之前，涂釜，防止单体粘在釜壁上，并且向聚合釜内进冷水，分散剂和引发剂，单体，热水，然后开始反应，出料，汽提，利用传热传质原理，塔顶得到单体，塔釜得到浆料，经过干燥，离心，储料和包装，整个聚合工段就完成了。
五·生产控制表
第三章 物料衡算
（一） 气柜
T=25℃ P=0.005MPa（表压）
由给定的聚合率和未聚合单体的回收率计算由聚合回收的进入气柜的单体的量。
去聚合VC的量=30000+30000*2010007200*85%=5t/h
VC的量=回收量=去聚合VC的量*未聚合率*回收率
=5*（1-85%）*90%/62.5=675kg/h
进气柜系统的物料量=碱洗塔出来的物料量+自聚合回收来的物料量
=4750+675=5425kg/h=86.8kmol/h
将原料气组成换算成物质的量：
EDC: 90/99=0.909kmol/h : 125/28=4.464kmol/h
: 25/26=0.962kmol/h : 80/18=4.444kmol/h
（1）画出气柜的物料流程简图，如下：
气柜

（2） 以单位时间为衡算基准
（3） 列物料衡算式
P=表压+大气压力=5+101.3=106.3kPa
根据参考书可查得25℃下的饱和蒸气压为3.168kPa,则

3.168106.3=nH2OnH2O+86.8+0.909+4.462+0.962
可以得到2.861
所以冷凝出来的水含量为：4.444-2.861=1.583kmol/h
（4） 列出气柜的物料衡算表
组分
气柜输入
气柜输出
Kg/h
W%
kmol/h
y%
Kg/h
W%
kmol/h
y%
VC
5425
94.43
86.8
88.96
5425
94.90
86.8
90.42
EDC
90
1.57
0.909
0.93
90
1.57
0.909
0.95

125
2.17
4.464
4.57
125
2.19
4.464
4.65

25
0.44
0.962
0.99
25
0.44
0.962
1.00

80
1.39
4.444
4.55
51.50
0.90
2.861
2.98

5745
100
97.577
100
5716.5
100
95.994
100
（二） 机前冷凝器
=25℃ =10℃
（1） 画出机前冷凝器的物料流程图
机前冷凝器

（2） 以单位时间为衡算基准
（3） 对机前冷凝器进行物料衡算
P=表压+大气压力=5+101.3=106.3kPa
根据参考书可以查得10℃下的饱和蒸气压为1.228KPa,

1.228106.3=nH2OnH2O+86.8+0.962+4.464+0.909
可以得到=1.088
所以冷凝出来的水含量为：2.861-1.088=1.773kmoi/h
（4） 列出机前冷凝器的物料衡算表
组分
机前冷凝器输入
机前冷凝器输出
kmol/h
y%
kmol/h
y%
VC
86.8
90.42
86.8
92.12
EDC
0.909
0.95
0.909
0.96

0.962
1.00
0.962
1.02

4.464
4.65
4.464
4.74

2.861
2.98
1.088
1.16

95.994
100
94.221
100

（三） 压缩机
一段压缩：=0.004MPa（表压） =0.15MPa（表压）
=10℃ 中间冷却至 =30℃
二段圧缩：=1.5at（表压） =0.52MPa（表压）
=30℃ =75℃
（1） 画出压缩机的物料流程图
压缩机

（2） 以单位时间为衡算基准
（3） 对压缩机和机后冷凝器进行物料衡算
根据所给条件判断段间是否有水凝下
压缩机：根据参考书可以查得30℃的饱和蒸气压为4.242KPa
压缩机入口的含量为yH2O=0.0116
一段压缩出口时的含量为
yH2O=PH2O(30℃）P=1.228105.3>0.0116
因而一段压缩后没有水凝下
二段圧缩出口时因为温度较高，故也没有水凝下
‚扣除跑，冒，滴，漏损失
VC的损失:5.684*9/62.5=0.818kmol/h
EDC的损失:0.909*0.818/86.8=0.009kmol/h
C2H2的损失:0.962*0.818/86.8=0.009kmol/h
N2的损失:4.462*0.818/86.8=0.042kmol/h
H20的损失:1.088*0.818/86.8=0.010kmol/h
（4） 列出压缩机的物料衡算表
组分
压缩机输入
压缩机输出
kmol/h
Y%
kmol/h
Y%
VC
868
92.12
85.982
92.12
EDC
0.909
0.96
0.900
0.96

0.962
1.02
0.953
1.02

4.464
4.74
4.420
4.74

1.088
1.16
1.078
1.16

94.221
100
93.333
100
机后冷凝器：根据参考书可以查得44℃的饱和蒸气压为9.108KPa
P=表压+大气压力=520+101.3=621.3kPa

9.108621.3=nH2OnH2O+86.8+0.962+4.462+0.909
可以得到=1.386>1.088
所以没有水冷凝出来
（四） 全凝器
全凝器：=13℃ =0.51MPa（表压）
冷冻盐水：=5℃ =15℃
由参考书可以查得：Antoine方程中各物质的A,B,C，如下表
组分
A
B
C
温度范围（k）
VC
5.21029
559.842
-84.717
259~327
EDC
6.16284
1278.323
-49.456
242~373
N2
5.65650
260.222
-6.069
63~85
C2H2
6.27098
726.768
-18.008
192~308
H2O
7.074056
1657.459
-46.13
280~441
分别带入公式logP=A- B(T+C)求得Ps,将气体液体均作为理想气体理想液体处理，根据Ki=PisP从而求得Ki
VC:Pis=268.487kPa Ki=0.5264
EDC: Pis=5.737kPa Ki=0.0112
N2:由于无法查得该温度下的数值，故不可以采用该方法求，由其他参考书可以查得该温度和压力下的相平衡常数为Ki=
C2H2: Pis=3623.082kPa Ki=7.1041
H2O: Pis=1.460kPa Ki=0.00029
（五） 尾气冷凝器
（六） 低沸塔系统
（七） 高沸塔系统
（八） 核算PVC产量
第四章 热量衡算
能量衡算的依据是能量守恒定律，可以表示为：
输入的能量-输出的能量=积累的能量
稳流过程 Q=H2-H1
Q: 过程换热量之和，包括热损失
H2:离开设备的各物料的焓或内能之和
H1：进入设备的各物料的焓或内能之和
注意：H,U的绝对值无法求出，要取一基准态。同一物料的H1与H2的基准态应相同。
（一） 高沸塔的热量衡算
（1） 基准温度和相态选择
（2） 各处温度的计算
（3） 回流比的确定
1. 由恩德伍特公式求最小回流比
2. 由芬斯克方程求最小理论板数，并按非清晰分割求塔顶塔底物料组成和量
3. 取回流比为最小回流比的3.0-5.0倍，得到相应相应的理论板数
（二） 全凝器和尾气冷凝器的热量衡算
第五章 主要设备设计

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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