年产20万吨VCM分离工段的工艺设计开题报告.doc

   
学生姓名：    张雷       学    号：  201048090117              
指导教师：    张雷       教师职称：  副教授              
2012年 3月11日

毕业设计（论文）开题报告
1．结合毕业设计（论文）课题情况根据所查阅的文献资料，每人撰写
2000~4000字左右的文献综述：
文 献 综 述
摘要：乙炔法是目前我国生产氯乙烯（VCM）的主要方法，在我国聚氯乙烯（PVC）的生产中占据主导地位，乙炔法主要是由乙炔氢氯化反应来生产氯乙烯，由于产物中水的存在而使得反应不畅，通过脱水技术和氯乙烯单体精制工艺,既减少了氯乙烯后续副反应的发生，增加产品的数量，也提高了氯乙烯单体(VCM)的质量，从而提高了聚氯乙烯（PVC)树脂的质量。
关键词：氯乙烯   乙炔法   脱水技术   精馏    回收单体精制  
概述
氯乙烯（VCM）是生产聚氯乙烯（PVC）的重要单体，此外还可用于生产聚偏二氯乙烯（PVDC）和氯化溶剂等。虽然世界上发达国家和地区的氯乙烯大都采用乙烯路线，但由于我国具有丰富廉价的煤炭资源，用煤炭和石灰石生成碳化钙(电石)，然后电石加水生成乙炔的VCM生产路线具有明显的成本优势，因此目前甚至在未来一定时期内，我国VCM的生产仍以乙炔法工艺路线为主。因此，其生产技术的发展对于我国PVC行业的发展起着十分重要的作用。
乙炔法氯乙烯生产技术中将反应中的水除去后再精馏对氯乙烯的产量和质量都有着重要影响，对PVC的生产也有重要意义。
1 氯乙烯单体脱水的发展概况
在电石法氯乙烯单体的生产过程中，水不可避免地被带入到系统中，水的存在会导致氯乙烯过氧化物发生水解反应，生成氯化氢（遇水变成盐酸）、甲酸、甲醛等酸性物质，腐蚀钢质设备，生成的铁离子也会直接影响PVC树脂的质量。铁离子的存在又促使系统中的氧与氯乙烯单体发生反应生成过氧化物。后者既能重复水解，又能引发氯乙烯单体聚合，生成低聚合度的PVC，使精馏系统发生自聚阻塞，严重影响正常生产。
目前，氯乙烯单体的脱水技术主要有固碱干燥脱水技术、变温吸附脱水技术以及聚结器高效脱水技术等，每种技术都具有各自的特点[1~2]。
1.1固碱干燥脱水技术
固碱是一种白色透明的晶体，具有很强的吸水性，其与氯乙烯单体接触能吸收其中的微量水分，形成高浓度NaOH液滴。由于NaOH溶液的密度（约为1500kg/远比氯乙烯单体的密度（约910kg/）大，故其可下沉并从固碱干燥器下部分离出来，再利用氯乙烯气体在NaOH溶液中溶解度随温度的升高而减少的原理，对NaOH 溶液进行加热处理，回收其中的氯乙烯单体。固碱脱水干燥技术是传统的脱水技术，除水效果较差且不稳定，装置的前期投资相对较少，并能够适应含水量较高的氯乙烯单体脱水，中后期由于固碱大量流失及变性而效果锐减，运行成本增加，尤其少量固碱随氯乙烯物料进入聚合工序，影响树脂的产品质量。目前国内大部分生产厂家使用该技术。
1.2 变温吸附脱水工艺
变温吸附脱水工艺是利用专用吸附剂对混合气中的水分具有特殊选择性及在不同条件下吸附剂对水分的吸附量存在较大差异而实现对含水气体分离净化的。在温度较低时，吸附剂吸水，通过加热升温使吸附剂再生，从而可以循环使用。该装置利用新鲜或再生完全的专用吸附剂处理原料气中的水分。在干燥时，吸附剂吸附原料气中的水分，在吸附塔出口获得符合要求的产品气， 当吸附剂吸附的水分达到一定程度时，吸附塔进入吹扫再生阶段，从吸附塔底部解吸出来的气体回收利用。该装置中采用了多种吸附剂混合装填，其中一种是含强亲水性基团并经过适度交联的功能性高分子吸水树脂，其在一定的温度和压力下，能自发地吸水，并且在短时间内即可吸收其自身质量几百倍甚至几千倍的水，并具有良好的保水性能。此外，还采用了硅胶与沸石分子筛等吸附物质。相关试验结果表明，经过变温吸附脱水后，氯乙烯单体的水含量有了大幅度降低，含水质量分数可以控制在以内，可以减少精馏及聚合系统的自聚现象，PVC树脂的质量也有了很大程度的提高。变温吸附工艺的生产连续性较好，吸附剂的使用周期在5年左右。但吸附剂在脱水的时候需要稳定的压力，因而变温吸附脱水工艺对进吸附塔的原料压力要求严格，同时要控制好每个工序的温度，防止温度过低而造成单体液化。
1.3聚结器脱水技术
该技术的关键分离手段是液-液聚结器。液-液聚结器的核心元件是聚结滤芯。聚结滤芯的结构特点是由不同表面活性的微米级超细纤维在特殊条件下制成，孔径逐层递增。当氯乙烯液体穿过滤床时，夹带的乳化状水滴微粒分散相）依靠流体表面张力、密重、黏度等物理性质的差异，在超细纤维层碰撞、拦截、热运动等综合效能作用下，先被捕集，然后借助氯乙烯物料的推动在逐层流动中渐渐聚结长大，最终在滤芯的外表面因重力脱离介质主体而分离，该技术可广泛应用于液-液（水和烃类）的分离，极大地弥补了PVC 生产中广泛使用的传统的分离器分离效率低下的缺陷。聚结器脱水技术的特点为：（1）集聚结分离、除沫消能、高效脱水，沉降分层等多种功能于一体；（2）脱水效率高，脱水能力强，在氯乙烯单体含水量高时使用效果尤其明显；（3）滤芯的过滤精度高，纳污容量大，使用寿命长；（4）斥水滤芯清洗后可反复用；（5）聚结器设有多个取样口，可随时取样抽检；6）聚结器在各滤床前后设有压差变送器接口，可随时检测各级压力和各级滤芯的操作阻力变化；（7）装置操作简便，可长周期连续工作。在按照工艺要求严格操作的条件下，整个设备的压降不超过20kPa，氯乙烯的含水指标控制在80mg/kg 以下，为减轻精馏低塔的自聚和提高产品的白度起到了很好的保障作用。
聚结器高效脱水技术解决了精馏塔的堵塔现象，除水效果高，一次性投资少，操作简单，运行成本低，可以广泛应用于电石法生产氯乙烯工艺中脱除液态氯乙烯单体中的水分。
2 氯乙烯脱水及分离工艺发展
2.1在氯乙烯聚合反应过程中，氯乙烯转化率为８０％～８５％时，生产的ＰＶＣ颗粒形态、疏松程度、热稳定性能最佳，一般在此时加入终止剂终止聚合反应，剩余１５％～２０％未反应的氯乙烯经压缩冷凝回收后使用。但回收单体中含有引发剂、终止剂、高沸物、乙炔、水等杂质。为提高氯乙烯质量，采用脱水及精馏工艺相结合，既除去了内部含的水以减少副反应的发生，同时精馏提纯氯乙烯，为下一步聚合做准备。
2.2工艺简介
由聚合压缩冷凝岗位冷凝的单体进入新增聚合回收单体储槽，通过粗单体泵送入固碱干燥器。粗单体经固碱干燥器脱水后进入粗单体储槽，通过高沸塔进料泵送入高沸塔精馏，精制得到的氯乙烯单体进入精单体储槽，通过精单体送料泵送往聚合回收单体储槽，供聚合釜投料使用。高沸塔排放的高沸物残液送入精馏残液储槽。回收单体脱水和精馏工艺流程见图

结束语
随着PVC工业的发展，已经越来越多的PVC生产企业意识到氯乙烯单体中水含量对生产设备和产品质量的影响程度及脱水的重要性。选择一种经济有效的氯乙烯单体脱水方法对生产的连续稳定运行起着至关重要的作用，同时也可为生产优质的PVC 树脂奠定良好的基础。保证了产品的质量，为产品在激烈的市场竞争中占有优势提供了稳定、有力的保证。
参考文献：
[1] 耿红霞, 刘勇先, 王延英. 聚结器在氯乙烯高效脱水生产中的应用[J]. 聚氯乙烯, 2009, 37（11）: 41~42, 45.
[2] 蔡生吉, 张海青, 康金福. 液态氯乙烯两种脱水技术对比[J]. 云南化工, 2010, 37（3）: 53~55.
[3] 陈静, 侯春阳, 金炜阳等. 乙炔法生产氯乙烯工业反应技术研究进展[J]. 化工进展, 2010, 29（9）: 1603~1608.
[4] 李春华, 周军, 于信洋等. 3000t/a 氯乙烯循环流化床转化器运行小结[J]. 聚氯乙烯, 2008, 36（1）: 35~37.
[5] 王良栋. 流态化床转化合成氯乙烯催化剂及其制备方法[P]. CN10170392A, 2010-05-12.
[6] 上海工程化学设计有限公司. 一种用于氯乙烯合成的转化器[P]. CN201144199, 2008-11-05.
[7] 任庚寅, 张宇. 新型氯乙烯合成转化器[P]. CN201151701,2008-11-19.
[8]缪　晖．ＡＣＲ－ｇ－ＶＣ共聚抗冲制品专用树脂研究进展[J]．聚氯乙烯，２００５（２）：２６－３０．
[9]袁金凤．聚丙烯酸酯类纳米微粒与乙烯基单体接枝共聚复合及其对ＰＶＣ改性的研究［Ｄ］．天津：河北工业大学，
[10] 汪多仁. 精细化工产品实用生产技术手册[M]． 北京：科学技术出版社，1999．
[11] Baniel, Avraham Gonen, David. Production of citric acid[P]. EP 0460854 B1.
[12] Donald W. McQuigg, Mooresville, Indiana （US）; CharlesMarston, Midland, Michigan （US）; 4Gina Fitzpatrick, Indianapolis,Indiana （US）. Processes for recovering citric acid[P].US 6,137,004 A Oct. 24, 2000.
[13] Avraham Baniel, Jerusalem （IL）; Asher Vitner, Jerusalem（IL）; David Gonen, Herzeliya Pituach （IL）; Process for the recovery of citric acid[P]. US 7,411,090 B2, Aug. 12, 2008.

毕业设计（论文）开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
本次毕业设计工作主要是根据设计任务和工艺要求进行以下工作：
(1) 确定工艺方案；
(2) 工艺计算；
(3) 塔体结构设计计算；
(4) 强度校核；
(5) 塔内辅助装置的选择和计算，包括吊柱、防涡流挡板等；
(6) 换热器等辅助设备的选择和计算；
(7) 编制设计说明书；
(8) 绘制设计图纸。
经过前期准备工作，目前已经收集到了《化工原理》、《化工原理课程设计》、《化工设备机械基础》、《塔设计》、《换热器设计》、《化学工程手册》、《化学化工物性数据手册》等资料。通过这些资料的查阅对设计工作有了大致思路，为设计工作做好准备。
本次设计大致分为七个阶段：分离工艺的确定；工艺计算；塔结构设计与强度校核；塔内辅助装置的选择和计算；换热器等辅助设备的选择；撰写设计说明书；绘制设计图纸。
1 本次设计的题目是年产20万吨VCM分离工段工艺设计，该设计工艺是脱水精馏提纯技术，先经过脱水再进行精馏提纯。
由聚合压缩冷凝岗位冷凝的单体进入新增聚合回收单体储槽，通过粗单体泵送入固碱干燥器。粗单体经固碱干燥器脱水后进入粗单体储槽，通过高沸塔进料泵送入高沸塔精馏，精制得到的氯乙烯单体进入精单体储槽，通过精单体送料泵送往聚合回收单体储槽，供聚合釜投料使用。高沸塔排放的高沸物残液送入精馏残液储槽。由聚合压缩冷凝岗位冷凝的单体进入新增聚合回收单体储槽，通过粗单体泵送入固碱干燥器。粗单体经固碱干燥器脱水后进入粗单体储槽，通过高沸塔进料泵送入高沸塔精馏，精制得到的氯乙烯单体进入精单体储槽，通过精单体送料泵送往聚合回收单体储槽，供聚合釜投料使用，高沸塔排放的高沸物残液送入精馏残液储槽。
2 工艺计算。
2.1  塔类型的确定。根据本次设计的产量、要求及脱吸塔的常用类型，初步确定为填料塔。
2.2 工艺计算主要内容：
a.物料衡算和塔径的计算。
b.确定脱吸塔的内件类型与设计。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。为做此项设计我借了《塔设计》、《化工原理课程设计》、《化工设备机械基础》等资料作为参考。通过这些资料的查阅，使我对脱吸塔的内部构造包括各个部分的结构及其作用有了进一步的了解，对本次设计很有帮助。
工艺尺寸设计是该设计的难点之一。
3 结构设计与强度计算
塔结构设计与强度的设计主要有以下几步：
3.1  确定脱吸塔所用的材质。
3.2  塔体厚度计算。此步有5方面的计算：
a.按计算压力计算塔体及封头厚度；
b.塔体承受的各种载荷的计算，其中包括塔设备质量载荷、地震载荷、风载荷、偏心载荷等；
c.塔体与裙座危险截面的稳定性校核；
d.塔体最大组合轴向拉应力的校核；
e.塔设备水压试验时的应力验算。
3.3  裙座设计。裙座是塔体与地面连接的重要部分，因此裙座设计的好坏直接关系到塔的整体稳定性与安全性。
4  确定脱吸塔的辅助装置及附件。这些辅助装置及附件主要包括：填料、支撑栅板、接管、人孔、塔箍、附属装置的连接结构、操作平台与梯子等。这些部件有些虽然不是关键装置，但在整个生产和维护时都起着重要作用。
5 最后绘制设计图纸。
6 撰写设计说明书，完成毕业设计。

毕业设计（论文）开题报告
3.时间进度安排：
假期时间  查阅文献资料，准备开题报告、英文译文素材。
第1.2周       初步完成开题报告、英文资料翻译，以及设计时所需资料查询。
第3周         复习化工原理和机械设计基础课本知识。
第4.5.6周    确定设计方案、进行工艺计算（物料衡算、能量衡算等），初步完成工艺计算，检查并完成的工艺计算并修改。
第7.8周      再次审查工艺计算并修改；完成塔结构及内部件的选择和尺寸的计算及脱吸塔的强度校核。
第9周         完成开题报告、英文资料翻译的修改、打印、交稿。
第10.11.12周  画出工艺的流程图、设备图、零件图。
第13周        核对设计结果，撰写设计说明书；撰写毕业论文并修改，准备毕业答辩材料。
第14周        制作ppt，毕业答辩。

毕业设计（论文）开题报告
指导教师意见：
1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

3.时间进度安排合理性评述：

                                   指导教师：              
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系（教研室）审核意见：

                                     负责人：              
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