氯乙烯单体的制备
培训教材
第一章氯乙烯安全生产基础知识
一、氯乙烯工序的任务
二、反应基本原理
三、产品说明
四、工艺流程简述
五、工艺流程方框图
六、生产中原辅材料和成品的性质
第二章工艺流程
第一部分混合脱水和合成系统
一混合脱水系统
二、氯乙烯的合成系统
三、氯乙烯合成对原料气的要求
四、氯乙烯合成反应条件的选择
五．混脱和合成系统工艺流程方框图
第二部分粗氯乙烯的净化和压缩
一、净化的目的
二、净化原理—水洗和碱洗
三、盐酸脱吸
四、粗氯乙烯的压缩
五、粗氯乙烯的净化和压缩系统工艺流程方框图
第三部分氯乙烯的精馏
一、精馏的目的和方法
二、精馏的一般原理
三、精馏操作的影响因素
四、单体质量对聚合的影响
五、先除低沸物后除高沸物精馏工艺的优点
六. 氯乙烯精馏系统工艺流程方框图
第四部分精馏尾气变压吸附回收
一. 工艺原理
二、吸附平衡
三、工艺生产过程
四、变压吸附部分操作条件表
第五部分氯乙烯的贮存及输送
第三章、安全技术措施：
氯乙烯的制备培训教材
第一章氯乙烯安全生产基础知识
一、氯乙烯工序的任务
本工段的生产任务是将精制后的乙炔气（纯度≥98.5%）、与氯化氢工段送来的氯化氢气体（纯度≥93%）按一定量配比（1:1.05）混合，经混合脱水、预热后进入装有氯化高汞触媒的转化器合成粗氯乙烯气体，并经水洗、碱洗、加压、精馏制得纯度达99.9％以上的合格氯乙烯单体，供聚合聚氯乙烯树脂使用。
二、反应基本原理
HCL+C H≡CH→CH2＝CHCL+124.6KJ/mol
氯乙烯的物化性质：
氯乙烯在常温、常压下是比空气重一倍的微溶于水的无色气体，带有一种麻醉性的芳香气味。氯乙烯分子式是C2H3CL,分子量62.51。
主要参数：
沸点：-13.9℃凝固点：-159℃
爆炸范围（空气中）3.6%～32%（体积含量）
爆炸范围（氧气中）4%～70%（体积含量）
冲N2或CO2可缩小其爆炸浓度范围。
纯的氯乙烯气体加压到0.5MPa时，可用工业水冷却得到比水略轻的液体氯乙烯。
液态氯乙烯无论从设备或从管道向外泄漏，都是极其危险的，一方面它遇到外界火源会爆炸起火，另外，由于它是一种高绝缘性液体，在压力下快速喷射，就会产生静电积聚而自发起火爆炸。因此，输送液态氯乙烯时宜选用低流速（一般≤3m/s），并将设备与管道进行防静电接地。
+
三、产品说明
1、产品名称：氯乙烯
分子式： C2H3Cl
H Cl
结构式： C = C
H H
2、主要物理、化学性质：氯乙烯分子量：62.5，常温常压下是一种无色有乙醚香味的气体。冷凝点为－13.9 ℃，凝固点为－159.7 ℃，气体温度越高，密度越小。氯乙烯气体易燃易爆，且较高浓度时能引起人体急性中毒。氯乙烯含有氯原子和双键，能进行多种化学反应。
四、工艺流程简述
自乙炔工段来的乙炔气经阻火器进入混合器，自氯化氢工段来的氯化氢气经氯化氢冷却器分离部分酸液后也进入混合器，两种气体混合后，经过1级石墨冷却器、2 级石墨冷却器，用－35 ℃冷冻盐水冷却脱水后，再依次进入1级酸雾过滤器、2级酸雾过滤器充分进行脱水，然后分别经过热水、蒸汽预热器进入转化器，在触媒的作用下生成粗氯乙烯气体。
粗氯乙烯气体经过脱汞器进入合成气冷却器冷却，由活性炭吸附气体中夹带的氯化汞升华物，再经过盐酸组合吸收塔除掉过量的氯化氢气体和回收盐酸，然后经过碱洗塔，用氢氧化钠除去粗氯乙烯气体中残余的氯化氢和二氧化碳，进入机前预冷器、机前除雾器冷却脱水，然后去氯乙烯压缩机进行加压，氯乙烯气柜作为缓冲设备。氯乙烯压缩机将气体压缩至0.65MPa，经过机后冷却器冷却降温后送分馏岗位精制。
经压缩后的粗氯乙烯气体经单体空冷管冷却送入全凝器，经＋7℃
冷冻盐水冷却，冷凝下来的液体氯乙烯经水分离器分离水份后，进入低沸塔，通过塔板、塔釜再沸器、塔顶冷凝器进行低沸点物的分离。被分离出的低沸点物从塔顶出来和全凝器内未冷凝的气体汇合，进入三台串联的尾气冷凝器，用－35 ℃冷冻盐水冷却，回收部分氯乙烯后不凝气体去尾气变压吸附系统。尾气冷凝液流入水分离器。
被除去低沸物的氯乙烯从低沸塔底部加入高沸塔，进行高沸点物的分离，被分离出高沸点物的氯乙烯气体经高沸塔顶冷凝器进入成品冷凝器，用＋7 ℃冷冻盐水冷凝后进入单体中间槽贮存，经泵打入球形储罐。高沸塔底的高沸物排至高沸物贮槽，经热水加热回收部分氯乙烯后排至二氯乙烷贮槽。
五、工艺流程方框图
六、生产中原辅材料和成品的性质
本工段是利用乙炔和氯化氢两种气体为原料，在氯化汞触媒的作用下合成氯乙烯、副产品二氯乙烷。这些物质均具有易燃、易爆、毒害及刺激性，所以在生产中操作工必须遵守安全操作和掌握防护技术。㈠原辅材料的性质
1、乙炔：当温度超过550℃，即能发生爆炸；当温度低于550℃，但接触氧化银或氧化铜时也能发生爆炸。乙炔与空气的混合爆炸范围在2.3－81%之间；当乙炔含量在13%时爆炸危险性最大。乙炔毒性不甚剧烈，允许安全浓度为0.5ml / L以下，乙炔气中毒后，先是兴奋，有不安、幻想、哭等现象，兴奋后则有沉睡、呕吐、发呆等症状。
2、氯化氢：是一种刺激性很强的气体，对皮肤粘膜及角膜有强烈的刺激性，急性中毒时，有食欲减退、头痛、失眠、眼膜发炎等症状，在空气中浓度达5%时能使人头昏。在含氯化氢浓度20－40%空气中停留十分钟后，将危及生命。
3、氯化汞触煤：对消化器官、分泌器官及粘膜等有剧烈危害，如空气中含二氯化汞粉尘，则易发生慢性汞中毒，二氯化汞内服致命含量为0.1－0.5g 。
4、二氯乙烷：氯乙烯反应副产物，为易燃、易爆物质，在常温下为液体，与空气混合后爆炸范围为 5.8－15.6%，空气中允许浓度为0.05mg/l。
5、烧碱：液体苛性钠，有强烈的腐蚀性，淡碱液对皮肤有滑腻之感，浓碱会灼伤皮肤，如接触应速用水冲洗。
㈡、成品VCM的性质：
氯乙烯比空气重，当与空气混合浓度在4－22%范围内遇明火即发生爆炸。人在1%浓度环境中停留30－60分钟，对生命有危险；如遇中毒立即将人抬到户外空气新鲜处，冬季在室内通风处，打开窗户施行人工呼吸，使之恢复呼吸，转送入医院。
第二章工艺流程
第一部分混合脱水和合成系统
一、混合脱水系统
1.混合脱水的目的
原料气C2H2和HCL的水分必须尽量除去，因为原料气中水分的存在，容易溶解HCL形成盐酸，严重腐蚀转化器。特别严重时可以使列管发生穿漏，被迫停工检修，使生产受损失。水分的存在易使转化器的催化剂结块，降低催化剂的活性，还导致整个转化系统的阻力增加，气流分布不均匀。局部地方由于反应特别剧烈发生过热，使HgCL2升华加剧，催化剂活性迅速降低，并且波动大，不易控制。水分的存在还容易发生副反应，如：
C2H2＋H2O→CH3CHO(乙醛)
乙醛在精制中不易除去，于是成为VCM中的杂质，对聚合反应有一定的影响，同时由于生成乙醛，一部分乙炔原料被消耗，VCM的收率降低。
乙炔和氯化氢原料气的含水量应在0.06%以下。
2. 混合脱水的原理
利用冷冻方法混合脱水，是利用盐酸冰点低，盐酸上水蒸汽分压低的原理，将混合气体冷冻脱酸，以降低混合气体中水蒸气分压来降低气相中水含量，达到进一步降低混合气体中的水分至所需要的工艺指标。在乙炔与氯化氢混合冷冻脱水工艺中，由于原料气中水分溶解HCL后，盐酸浓度高达40%左右，混合气体的含水量取决于该温度下的40%盐酸
溶液上的蒸气分压，混合气温度越低，水分含量也越小。
在混合冷冻脱水过程中，冷凝的40%盐酸，除少量是以液膜状自石墨冷却器列管内壁流出外，大部分呈极微小的“酸雾”（直径在几微米以下）悬浮于混合气流中，形成“气溶胶”，用一般气液相分离设备是捕捉不到的，而采用浸渍3%～5%憎水性有机硅树脂的5～10um的玻璃棉，可以将其大部分分离下来。
3.工艺条件的选择
冷冻混合脱水关键是温度的控制，温度高混合气体含水分达不到工艺要求，会腐蚀碳钢设备和管道，还会在转化器内同乙炔反应生成乙醛类的缩合物（黏稠状），使触媒结块堵塞转化器列管，部分触媒失去作用，转化系统阻力增大；温度太低，低于浓盐酸的冰点（-18℃），则盐酸结冰，该冰塞堵塞设备管道，系统阻力增大、流量下降，严重时流量将为零，无法继续生产。因此，混合脱水二级石墨冷却器出口的气体温度必须稳定控制在（-14±2）℃范围内。
经混合脱水后的混合气体温度很低，需要在与预热器中加热到70-80℃后才能进入转化器进行反应。这是因为混合气体加热后，使未除净的雾滴全部气化，可以降低氯化氢对碳钢的腐蚀性，气体温度接近转化温度有利于提高转化反应的效率。
二、氯乙烯的合成系统
一定纯度的乙炔气体和氯化氢气体按照1：（1.05-1.07）的比例混合后，在氯化高汞触媒的作用下，在100-180℃温度下反应生成氯乙烯，
乙炔与氯化氢在升汞催化剂存在下的气相加成反应式：
HCL+CH≡CH→CH2＝CHCL+124.6KJ/mol
氯乙烯的合成在转化器中完成，转化器列管中装填有吸附HgCL2催化剂的触媒，使乙炔和氯化氢在一定的温度下合成转化为氯乙烯。
在合成反应中还有少量的副反应的发生
乙炔与氯化氢加成反应生成二氯乙烷：
C2H2+HCL→C2H4CL2
副反应是我们所不希望的，既消耗掉宝贵的原料乙炔，又给氯乙烯精馏增加了负荷，其关键是催化剂的选择、摩尔比、反应热的及时移出和反应温度的控制。
1.催化剂是一种能改变化学反应速度，而本身的组成、质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。每一种催化剂必须在一个合适的温度范围内，才能发挥出最大催化效力。
升汞又叫氯化高汞，它在常温下是白色的结晶粉末，分子式HgCL2。纯的升汞粉末对氯乙烯合成反应并无活性，而吸附于活性炭表面上的氯化高汞分子，由于与碳的相互作用，对该反应有优异的活性和选择性，是迄今为止该反应最理想的氯化汞催化剂。氯化汞催化剂制造宜选用试剂级升汞，其纯度要求＞99%。
在氯乙烯生产中，HgCL2催化剂由于反应物中的某些杂质（如CO、H2S 等）存在，可以使催化剂中毒，使催化剂活性降低或者完全失去活性。现国内大部分厂家氯乙烯合成使用的氯化汞催化剂，以活性炭为载体，浸渍吸附10.5%～12.5%左右的升汞而制成的，其含汞量系指升汞10.5～12.5份，活性炭100份而言。
2．活性炭用作氯化汞催化剂载体的活性炭，通常由低灰分的煤加
工制成，并经750～950℃高温水蒸气活化，以氧化（或称“烧掉”）成型后碳粒内部的挥发组分，使之形成许多微细的“孔穴”和“通道”因此，活性炭具有非常大的表面积，每克就包含有800～1000m2的表面积，常称为活性炭的比表面积。活性炭的这种性质，使它具有优异的吸附性能，被广泛地应用于气体或液体中微量元素的吸附分离过程：制造各种有毒有害气体的防毒面具，以及催化剂的载体。
作为氯乙烯氯化汞催化剂载体的活性炭，其内部“通道”为10um左右的微孔型。
用于氯化汞催化剂制造的活性炭规格：
颗粒尺寸：颗粒直径3mm，长4～6mm
机械强度：＞90%
比表面积：800～1000m2/g
含水分：≤1%
三、氯乙烯合成对原料气的要求
1.氯乙烯合成对原料C2H2的要求
氯乙烯合成对原料乙炔的纯度和杂质含量有严格的要求：
A．纯度纯度要求≥98.5%
因纯度低使CO2等惰性气体增多，不但降低合成的转化率，还将使分馏系统的冷凝器传热系数显著下降，尾气放空量增加，从而降低分馏的收率。
B.硫、磷含量硫、磷含量要求AgNO3试纸不变色。
乙炔中杂质如PH3、H2S等均能与汞催化剂发生不可逆的吸附，使催化
剂中毒，降低催化剂使用寿命。
HgCL2+H2S→HgS+2HCL
3HgCL2+PH3→(HgCL)3P+3HCL
C.水分含水要求≤0.06%
乙炔气中含水过高易与氯化氢形成盐酸，使转化器设备及管线受到严重腐蚀，腐蚀的产物FeCL3、FeCL2结晶体还会堵塞管线，威胁安全生产。水分还易使催化剂结块，降低催化剂活性，导致转化器阻力上升，流量提不上。此外，水分还易与乙炔反应生成对聚合有害的杂质乙醛：C2H2+H2O→CH3-CHO
水分的存在，还能与乙炔和升汞生成有机配合物，后者覆盖于催化剂表面，使催化剂活性降低。
2.氯乙烯合成对原料氯化氢的要求
A.纯度纯度要求≥93%
HCL气体中夹带的H2等惰性气体，将会在冷凝器的内表面形成一层薄薄的气膜，妨碍VCM的换热液化。为克服传热不良的问题，要保证尾凝器有足够的换热面积，尽可能地提高HCL的纯度。
B.游离氯游离氯要求≤0.002%
由于氯化氢合成中的氢、氯配比不当或压力波动，使合成氯化氢中含有游离氯，其与乙炔气在混合器混合后即发生激烈反应，生成氯乙炔并放出大量热量，促使混合气体瞬时膨胀，易在混合脱水的石墨冷凝器等薄弱环节处爆炸，破坏性很大，因此必须严格控制。一般借游离氯自动测定仪或检测混合器出口气相温度，当超过50℃时即紧急停
车。
正常生成中，应严格控制氯化氢中无游离氯检出。
C.含O2含O2要求＜0.5%
原料气HCL中含氧较高时影响生产安全，特别在转化率差，放空尾气中乙炔含量较高时，氧浓度也显著浓缩，威胁更大。在高温下氧能与活性炭反应生成CO和CO2,如：转化器或除汞器内活性炭，均能参与氧化反应。
此外，O2在分馏系统中还能与VCM反应生成氯乙烯的过氧化物。
当其与分馏系统中水分相遇时，会水解而产生盐酸、甲醛、甲酸等酸性物质，从而降低VCM PH值，造成对设备管线的腐蚀，所产生的铁离子污染氯乙烯单体，最终还影响到聚合产品的白度和热稳定性能。
四、氯乙烯合成反应条件的选择
1. 配比乙炔与氯化氢配比对合成反应的影响。
当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞或水银，使催化剂很快失去活性。例如:不同摩尔比时可收集到不同的升华物。
提高原料气的浓度（或分压）或使HCL过量，有利于反应速度和转化率的增加。但若HCL过量太多，则增加原料单耗，在合成反应中易加剧进一步与氯乙烯加成生成1,1—二氯乙烷等副反应。
CH2＝CHCL+HCL→CHCL3-CHCL
因此，宜控制乙炔与HCLmol比在1：（1.05～1.10），实际操作中，是通过流量计实现配比指导生产的。
2. 反应温度温度对氯乙烯合成反应有较大的影响
提高反应温度有利于加快氯乙烯合成反应的速度，获得较高的转化率。但是，过高的温度易使催化剂吸附的氯化高汞升华而随气流带逸，降低催化剂活性及使用寿命。
因此，工业生产中尽可能将合成反应温度控制在100～180℃范围。3. 空间流速
空间流速是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量（气体量习惯以乙炔量来表示），其单位为m3乙炔/m3催化剂.h。
乙炔的空间流速对氯乙烯的产率有影响。当空间流速增加时，气体与催化剂的接触时间减少，乙炔的转化率随之降低。反之，当空间流速减少时，乙炔转化率提高，但高沸点副产物也随之增多，这时生产能力随之而减少。在实际生产中，比较恰当的乙炔空间流速为25～40 m3乙炔/m3催化剂.h。此时，即能保证乙炔有较高的转化率，又能保证高沸点副产物的含量减少。
五．混脱和合成系统工艺流程方框图
去净化和压缩系统
一、净化的目的
合成气进入净化系统之前，需先经活性炭吸附处理，这是因为转化器在100～180℃高温下操作，势必造成活性炭上的氯化高汞升华，并随合成气带出，进一步污染净化、压缩乃至精馏系统，因此宜在进入下一工序之前，进行气相吸附除汞。
反应后的气体中，除氯乙烯外，尚有大量氯化氢、未反应的乙炔和氮气、氢气、二氧化碳等气体，以及转化副反应生产的乙醛、二氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、乙烯基乙炔等杂气。为了生产适于聚合的高纯度单体，应彻底将这些杂质除掉。
二、净化原理—水洗和碱洗
水洗是属于一种对于气体的物理吸收操作。是利用适当的液体作为吸收剂来处理气体混合物，即利用吸收剂吸收混合气体中溶解度大的气体组分，使之达到分离的目的。水是最常用、最易得到、最廉价的吸收剂之一。用水作为吸收剂洗涤去除过量的氯化氢就是以氯化氢在水中的溶解度极大而氯乙烯在水中的溶解度较小为基础的。
水洗是粗氯乙烯净化的第一步，通过水洗去除了溶解度较大的氯化氢、乙醛基汞蒸气等。经过水洗后的粗氯乙烯气体中仍含有微量的氯化氢以及在水中溶解度小的二氧化碳、乙炔、氢气、氮气等，氯
化氢和二氧化碳在水中会形成盐酸和碳酸腐蚀设备、促进氯乙烯的自聚。
盐酸组合吸收塔是将粗氯乙烯中过量的氯化氢水洗吸收制成22%-30%的盐酸，出售或脱吸回收氯化氢。
盐酸组合吸收塔就是利用生产水和稀盐酸循环吸收合成气体中的HCL制作盐酸的设备，经过吸收塔后合成气中的氯化氢虽大部分除去，但仍有部分残留在合成气中，这部分氯化氢如带到后部系统中去，将会腐蚀设备。而且，氯化氢的存在会促进氯乙烯的聚合，堵塞管道和设备，所以需要碱洗将其彻底除去。此外，合成气中CO2惰性气体的存在，增加了气体分离的困难，加大了排空尾气中氯乙烯的损失。通过碱洗，宜可将CO2除去。
二氧化碳可以通过碱洗去除。碱洗是一种化学吸收操作，在吸收的过程中有化学反应发生。通常是用氢氧化钠的稀溶液作为化学吸收剂，所用的碱液为10%-15%的氢氧化钠溶液，粗氯乙烯气体经碱洗至中性，反应方程式如下：
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O+热量
HCL+NaOH→NaCL+H2O+热量
对氢氧化钠和二氧化碳反应的研究表明，氢氧化钠溶液吸收二氧化碳的过程中还存在着下述两个反应：
NaOH+CO2→NaHCO3
NaHCO3+NaOH→Na2CO3+H2O
上述两个反应进行得很快，在有较大的过量氢氧化钠存在时，反应
一直可以向右边进行，生成的碳酸氢钠可以进一步生成碳酸钠，实际上可以将微量的二氧化碳全部去除干净。但是，如果溶液中的氢氧化钠几乎都生成了碳酸钠，这时大量的碳酸钠虽然还有吸收二氧化碳的能力，但反应进行得相当缓慢，其反应如下：
Na2CO3+ CO2+H2O→2NaHCO3
由于溶液中几乎没有氢氧化钠，这时生成的碳酸氢钠就不再消失，而碳酸氢钠在水中的溶解度较小，极易沉淀出来，堵塞管道和设备，使生产不能正常进行。因此溶液中必须保持一定量的氢氧化钠，避免碳酸氢钠的沉淀析出。
三、盐酸脱吸
副产盐酸脱吸是将盐酸组合吸收塔产出的含有杂质的废酸进行脱吸，以回收其中的氯化氢，并返回前部继续生产氯乙烯。由浓酸槽来的31%以上的浓盐酸进入脱吸塔顶部，在塔内与经再沸器加热而沸腾上升的汽液混合物充分接触，进行传质、传热，利用水蒸气冷凝时释放出的冷凝热将浓盐酸中的氯化氢气体脱吸出来，直至达到恒沸（约20%）状态平衡为止。塔顶脱吸出来的氯化氢气体经冷却使温度降至-5℃～-10℃、除去水分和酸雾后，其纯度可达99.9%以上，送往氯乙烯合成前部；塔底排出的稀酸经冷却后送往水洗塔，作为水洗剂循环使用。
四、粗氯乙烯的压缩
LU315W-7T采用新主机后，在0.7MPaG排气压力下，氯乙烯排气量达到4100Nm3/h。
1.1 设备名称:VC M压缩机位号：C-2201A-J
1.2 型式：螺杆式
1.3 数量:选l0台，开8备2
1.4 操作时间:8000小时
1.5 操作弹性:40-120％
2 技术规格
2.l 进气规格:
氯乙烯气体及少量杂质
入口温度: ＜20℃
入口压力:0-0.002 Mpa(G)
额定排气量:3480 Nm3/h (单机氯乙烯量)
成分: C2H3Cl >94.5%，C2H2：3％，高沸物+N2+O2＜2.5%
2.2出气指标：出口温度：≤95℃，出口压力≥0.65 MPa（G）
2.3设备噪音: ≤85Db(A)
2.4 轴承设计寿命l0万小时以上
2.5 效率高，经济节能
2.6 所有与气体及可能与气体接触的垫片、管道、衬套、阀门及部件，不允许用铜。管路法兰标准HG/T20592-2009.
2.7 所输送工艺介质属极度危害，易燃易爆。
2.8 压缩机的选型请设备供货商根据工艺用气量及当地大气压的实际情况，核算后确定。
通过气体的压缩，提高了气体的压力，亦即相应的提高了物料的沸点，才有可能在常温下进行分馏操作。例如：常压下氯乙烯的沸点为-13.9℃，压缩到0.5MPa时，沸点提高到40℃左右，这样分馏过程中的冷量消耗就大为减少。
由碱洗塔顶部出来的粗氯乙烯气体或由VCM气柜送来的氯乙烯气体进入机前冷却器冷却至5-10℃，除去粗VCM中的大部分水分，经压缩机压缩至0.65MPa，送单体空冷器和全凝器冷凝成液体，以便精馏提纯。
压缩工序是调节转化工序生产波动，控制和调节精馏工序生产负荷的工序。它既要消耗转化工序所产生的生产负荷波动，又要控制精
馏工序尽可能地平稳运行，为精馏工序制得高质量的精氯乙烯创造
条件。因此，在压缩机开、停机时要缓慢进行，压缩机负荷调整时，
要根据气柜高度的变化速率，缓慢且适度地调整回流阀，或开、停
备用压缩机。
五、 粗氯乙烯的净化和压缩系统工艺流程方框图
来自转化合成气
生产水
压力
去精馏系统
第三部分 氯乙烯的精馏
一、精馏的目的和方法
经转化器合成的气体氯乙烯含量一般为89-91%，随经过盐酸组合吸
收塔和碱洗塔净化处理，仍含有未反应的C 2H 2、HCL,有由原料气带
来的惰性气体如：N 2、H 2、CO 2、H 2O 等，还有副反应产物如：乙醛、
乙烯基乙炔和二氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷等多氯化
物。其中有些杂质会严重影响以后的聚合反应和聚合产品。因此，
粗氯乙烯中杂质应尽量除去，达到满足聚合要求的纯度，得到单体
级氯乙烯。
精馏的方法是通过压缩机将气体混合物液化后进行精馏。
精馏中发生传质传热过程的条件是:一要有上升的蒸汽，二要有下
流的液体。即塔釜要有加热设备使物料连续产生上升的蒸汽，塔顶
要有冷凝器把部分蒸汽冷凝为液体，并使其向下流动。这是分离混
合肥工业大学 课程设计 设计题目： 5万吨/年电石法制氯乙烯 学院：化学与化工学院专业：化学工程与工艺班级： 学生：方柳陈志指导教师：张旭系主任: （签名） 一、设计要求： 1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。（字数不小于8000字） 2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。 3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号））。 二、进度安排： 三、指定参考文献与资料 《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、《化工单元过程及设备课程设计》
摘要 本次课程设计主要是设计氯乙烯的生产成套装置。氯乙烯是生产聚氯乙烯的主要原料，到目前为止，全球有93%以上的氯乙烯采用氧氯化法生产。在国内，考虑到石油资源不足，价格较高，而电石资源丰富，所以大部分工厂都采用电石法制取氯乙烯。本次主要介绍电石法制取氯乙烯。先后介绍了从原料气氯化氢、乙炔的制备到氯乙烯的合成、氯乙烯的精馏等一系列生产过程的工艺流程、工艺原理以及主要设备选型等问题。 关键词：氯乙烯；电石法；乙炔；氯化氢；工艺流程；精馏
一乙炔的制备 乙炔生产的工艺原理 （1）电石的破碎 通常厂家采购的电石都是大块的电石，而电石料块进入发生器的合理径为25~50mm，因此在进发生器前必须破碎，通常是将大块的电石放入颚式破碎机，粗破后料块直径为80~100mm，通过皮带机输入电石仓库，然后经过二次破碎，径粒达到25~50mm，破碎后料块通过皮带机径除铁器除铁后输入日料库，作为发生器的入料电石。进入破碎机的电石温度应≤130℃，否则会烫坏，烧坏皮带；进入发生器的电石温度应该≤80℃，否则对发生系统不安全。 （2）电石的除尘 化学工程里把气体与微粒子混合物中分离粒子的操作称作除尘。针对电石及其粉尘的特性，选用的除尘方法一般有以下几种。 ①旋风除尘。旋风除尘器对数微米以上的粗粉尘非常有效。采用简单的旋风除尘器和风机进行除尘，利用电石粉尘在风机的作用下，在除尘器内旋转所产生的离心力，将电石粉尘从气流中分离出来。这种方式结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，安装投资较少，操作、维护也方便，压力损失中等，动力消耗不大，运转维护费用低，也不受浓度、温度的影响。但由于电石粉尘比较细，用这种简单的除尘方式很难达到环保要求，除尘效率不高。 ②湿法除尘。湿法除尘具有投资少，结构简单，占地面积小，特别是对易燃易爆气体的除尘效果更好，在操作时不会产生捕集到的电石灰尘再飞扬。电石除尘通常采用旋风除尘和湿法的冲激式除尘器相结合。这种除尘方式虽然效率较高，但由于系统压力损失大，管道容易积灰。冬天用蒸汽时，积灰易受潮结块，造成管道堵塞，清理比较困难。除尘器内排出的电石渣水，多耗了水又易造成二次污染，除尘器排出的气体中水蒸气在寒冷的北方也容易结冰，因此这种除尘方式适合于气候湿润、冬天不冷的地方使用。 （3）袋式过滤除尘 布袋除尘室依靠编制的或毡织的滤布作为过滤材料来达到分离含尘气体中电石尘的目的，除尘效率一般可达99%。滤布在长期与粉尘的接触和反复清理的过程
化工过程课程设计 课题名称：乙烯制氯乙烯的工艺流程实例设计 班级： 姓名： 学号： 时间： 化工过程课程设计 (1) 1 氯乙烯概述 (1) 2氯乙烯的应用 (2) 3 氯乙烯的生产 (3) 3.1乙烯氧氯化法 (3) 3.2乙炔法 (4) 3.3乙烯直接氯化法 (4) 3.4乙烯氯化裂解法 (4) 3.5乙烯氯化平衡法 (4) 3.6混合烯炔法 (4) 4 乙烯氧氯化法具体工艺流程 (5) 4.2 反应催化剂 (5) 4.3 反应机理 (6) 4.4 动力学方程 (6) 4.6 反应器的形式 (7) 4.8 工艺流程图 (9) 4.9 总流程框图 (10) 5 参考文献 (10) 1 氯乙烯概述 氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。为无色、易液化气体，沸点-13.9℃，临界温度142℃，临界压力5.22MPa。氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4%～22%（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂。
氯乙烯三维图形 2 氯乙烯的应用 氯乙烯的主要应用是在工业上进行均聚或共聚以生产高聚物。目前世界上用于制造聚氯乙烯树脂的氯乙烯单体（VCM）量约占总产量的96%，而美国则高达98%，氯乙烯的聚合物广泛用于工业，农业，建筑业以及人们的日常生活之中。例如：硬聚氯乙烯具有强度高、质量轻、耐磨性能好等特点，广泛用于工业给水、排水、排污、排气和排放腐蚀性流体等用管道、管件以及农业灌溉系统、电缆电线管道等，其总量约占聚氯乙烯（PVC ，prly vnyl chloride）消耗量的1/3；目前世界上塑料销量的20%以上用于建筑，而建筑用塑料中有40%是氯乙烯的聚合物，如塑料地板，不仅可以制成色彩鲜艳的各种图案，而且可将图案制成表面有浮雕感的多种型材；聚氯乙烯塑料制成的门、窗框具有较好的隔热、隔冷、隔音性能和耐腐蚀性、耐潮湿、耐霉烂等特点，而且由于表面光滑，不需要油漆、维修方便、比其他材料门框便宜，因而在国内得到了广泛的应用和发展。聚氯乙烯料壁具有色泽鲜艳、花纹有立体感、防潮、防霉、防燃、便于清洗等优点，用于房屋建筑内墙装饰，美观大方，价格便宜。美国、日本、瑞典等国有50%以上的内墙用壁纸装饰。软聚氯乙烯具有坚韧、耐绕曲、有弹性耐寒性高等特点，所以常用作电线电缆的绝缘包皮，用以代替铅皮、橡胶、纸张；还广泛用于软管、垫片及各种零件、人造革和日常用品的生产。聚氯乙烯糊是将聚氯乙烯微粒分散在液体悬浮介质中，形成高黏度糊状混合物，用于制造人造革、纸质黏胶制品，涂于织物、纸张、金属防腐用的涂装材料、微孔塑料、浇铸成型品等表面。泡沫聚氯乙烯抗压强度高、有弹性、不吸水、不氧化，常用作衣物衬里、衬垫、防火壁、绝缘材料及隔音材料等。聚氯乙烯还广泛应用于汽车仪表表皮、门板表面、座椅、车顶内衬、侧面车板等。
氯乙烯的生产方法、生产原理
氯乙烯的生产方法、生产原理 1生产方法 按其所用原料可大致分为下列几种： ⑴乙烯法 此法系以乙烯为原科，可通过三种不同途径进行，其中两种是先以乙烯氯化制成二氯乙烷：C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 然后从二氯乙烷出发，通过不同方法脱掉氯化氢来制取氯乙烯；另一种则直接从乙烯高温氯化来制取氯乙烯。现分述如下： ①二氯乙烷在碱的醇溶液中脱氯化氢(也称为皂化法) C2H4Cl2+ NaOH → C2H3Cl + NaCl + H2O 此法是生产氯乙烯最古老的方法。为了加快反应的进行，必须使反应在碱的醇溶液小进行。这个方法有严重的缺点：即生产过程间歇，并且要消耗大量的醇和碱，此外在生产二氯乙烷时所用的氯，最后成为氯化钠形式耗费了，所以只在小型的工业生产中采用。 ②二氯乙烷高温裂解 C2H4Cl2→ C2H3Cl + HCl 这个过程是将二氯乙烷蒸气加热到600℃以上时进行的，与此同时，还发生脱掉第二个氯化氢生成乙炔的反应，结果使氯乙烯产率降低。为了提高产率，必须使用催化剂。所用的催化剂为活性炭、硅胶、铝胶等，反应在480～520℃下进行，氯乙烯产率可达85%。 ③乙烯直接高温氯化 这一方法不走二氯乙烷的途径，直接按下式进行： C2H4 +Cl2→ C2H3Cl + HCl 由上式可以看出这一反应是取代反应，但实际上乙烯与氯在300℃以下主要是加成反应，生成二氯乙烷。要想使生成氯乙烯的取代反应成为唯一的反应，则必须使温度在450℃以上，而要避免在低温时的加成过程，可以采用将原科单独加温的方法来解决，但在高温下反应激烈，反应热难以移出，容易发生爆炸
年产7.5万吨氯乙烯固定床反应器设计
摘要 综述了氯乙烯的性质、用途及生产方法，简介了氯乙烯的合成方法及生产原理。介绍固定床反应器工艺计算和结构计算情况。根据设计条件和要求，通过物料衡算、热量衡算及其他工艺计算设计出年产7.5万吨氯乙烯的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降、催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。 本次设计采用乙炔合成法工艺合成氯乙烯。原料由乙炔气和氯化氢原料气组成，其中乙炔气中乙炔含量为99%，氯化氢原料气中氯化氢含量为99%，乙炔气与氯化氢原料气以1:1.08配比进入混合器，混合后的气体经石墨冷却器冷却后进入除雾器进一步脱水，脱水后的混合气进入预热器，预热后进入装有以活性炭为载体的氯化汞催化剂的一组反应转化器进行第一次转化，经过初步转化的混合气体再进入二组转化器（乙炔转化率达到97.6%)，副产物1,1-二氯乙烷的生成量约为0.9%左右）。反应后的粗氯乙烯进入脱汞罐脱汞后进入除沫冷却器降温，降温后送至储罐。 通过反应的物料衡算、热量衡算、反应器选型、反应器尺寸计算，得到该反应器工艺尺寸。设计采用直径为3200 mm的列管固定床反应器，有5台反应器，列管共7482根，催化剂床层高度为2.85 m，床层截面积为3.09 m2 ,催化剂总体积为9.42 m3。 通过验算，证明各指标数据均符合标准，本次设计满足设计要求。 关键词：氯乙烯；乙炔合成法；固定床反应器
Abstract The properties, application and and production methods of vinyl chloride were simply summarized . Introduced the synthesis of vinyl chloride and reaction principle. The design mainly calculated the process parameter and the size of the reactor. According to the design conditions and requirements，through material balance calculation, heat balance calculation and other process calculation designed annual 75,000 tons of vinyl chloride fixed-bed reactor, and determined the reactor selection and size, calculate pressure drop, catalyst etc, designed to meet the requirements of the reactor. This design adopts the acetylene synthesis process for the synthesis of vinyl chloride. Raw material gas is composed of acetylene and hydrogen chloride . The content of acetylene in the acetylene gas is 99% . The content of hydrogen chloride in the hydrogen chloride gas is 99% . The proportion of acetylene and hydrogen chloride is 1:1. 08 . They are mixed in the mixer, the mixed gas after getting into graphite cooler next gets into the mist eliminator to conduct further dehydration, and the mixture gets into the preheat-er, then enters into converter which is full of mercuric chloride catalyst whose carrier of a set of reaction is activated carbon for the first time, after preliminary transformation of, the mixed gas gets into converter (acetylene conversion rate of 97.6%) for the second time, the by-product 1,1- the generation of the dichloroethane is about 0.9%). Crude vinyl chloride gets into the mercury removal tank to remove mercury and enters in the foam cooler to cool down. Finally the product is sent to a storage tank. By calculation of material balance, calculation of heat balance and the selection of reactor type , the size of the reactor is obtained. The design adopts fixed bed reactor whose column pipes’ diameter is 3200 mm, there are 5 tube reactors and 7482 steel pipes, the height of catalyst bed is 2.85 m, the bed cross sectional area of catalyst bed is 3.09 m2 . The total volume of catalyst is 9.42 m3. Through calculation, it is proved that each index data is satisfied with a
一、概述 1．氯乙烯的性质和用途 氯乙烯在常温常压下是一种无色的有乙醚香味的气体，沸点-13.9℃，临界温度142℃，临界压力为5.12MPa，尽管它的沸点低，但稍加压力，就可得到液体的氯乙烯。氯乙烯易燃，闪点小于-17.8℃，与空气容易形成爆炸混合物，其爆炸范围为4～21.7％(体积)。氯乙烯易溶于丙酮、乙醇、二氯乙烷等有机溶剂，微溶于水，在水中的溶解度是0.001g／L。 氯乙烯具有麻醉作用，在20～40％的浓度下，会使人立即致死，在10％的浓度下，—小时内呼吸管内急动而逐渐缓慢，最后微弱以致停止呼吸。慢性中毒会使人有晕眩感觉，同时对肺部有刺激，因此，氯乙烯在空气中的允许浓度为500ppm。 氯乙烯是分子内包含氯原子的不饱和化合物。由于双键的存在，氯乙烯能发生一系列化学反应，工业应用最重要的化学反应是其均聚与共聚反应。 氯乙烯是聚氯乙烯的单体，在引发剂的作用下，易聚合成聚氯乙烯。氯乙烯也可以和其它不饱和化合物共聚，生成高聚物，这些高聚物在工业上和日用品生产上具有广泛的用途。因此，氯乙烯的生产在有机化工生产中占有重要的地位。 2．氯乙烯的生产方法 氯乙烯首先在工业上实现生产是在20世纪30年代，当时是使用电石水解成，乙炔和氯化氢进行加成反应得到的。其化学反应方程式为： CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 C2H2 + HCl CH2CHCl 50年代前，电石是由焦炭与生石灰在电炉中加热生成： CaO+3C CaC2 + CO 随着氮乙烯需求量的增加，人们致力于寻找生产氯乙烯更廉价的原料来源。在50年代初期，乙烯成为生产氯乙烯更经济、更合理的原料。实现了由乙烯和氯气生产氯乙烯的工业生产路线。该工艺包括乙烯直接氯化生产二氯乙烷及二氯乙烷裂解生产氯乙烯。 随后，人们注意到二氯乙烷裂解过程，除生成氯乙烯外还生成氯化氢。由此，工业界想到由氢化氢可以连同乙炔生产工艺一起生产氯乙烯。 CH 2＝CH2十C12→ CH2C1—CH 2C1 CH 2C1—CH 2C1→ CH2＝CHC1十HC1 十HCl → CH2＝CHC1 50年代后期，开发出乙烯氧氯化工艺以适应不断增长的对氯乙烯的需求。 在这个过程中，乙烯、氧气和氯化氢反应生成二氯乙烷，和直接氯化过程结合在一起，两者所生成的二氯乙烷一并进行裂解得到氯乙烯，这种生产方法称为平衡法。 至今世界上虽仍有少量的氯乙烯来自于电石乙炔及乙炔—乙烯混合法，而绝大部分氯乙烯是通过基于乙烯和氯气的平衡过程生产。平衡氧氯化生产工艺仍是已工业化的、生产氯乙烯单体最先进的技术，在世界范围内，93％的聚氯乙烯树脂都采用由平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体聚合而成。该法具有反应器能力大、生产效率高、生产成本低、单体杂质含量少和可连续操作等特点。 二、反应原理 乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应：
洛阳理工学院 课程设计说明书 课程名称聚合物合成工艺学 设计课题年产1.6万吨聚氯乙烯工艺设计 专业高分子材料科学与工程 班级B10011029 ____________ 姓名贺延昌________________ i
2013年6月21日 课程设计任务书 材料科学与工程___________ 系_________ 高分子科学与工程_________ 专业学生姓名贺延昌_______ 班级B100110 学号B10011029 课程名称：____________ 聚合物合成工艺学________________________________ 设计题目：____________ 年产1.6万吨聚氯乙烯聚合工艺设计_______________ 课程设计内容与要求： 一、配方设计。 二、工艺设计：1、生产能力计算；2、原料及制备；3、物料衡算、热量衡 算；4、工艺参数确定；5、聚合反应釜计算；6、产物后处理工序。 三、绘图：1、工艺流程图（1号图）； 2、聚合反应釜装配图（1号图）。 设计（论文开始日期2013年06月17日指导教师付新建徐亚娟 设计（论文）完成日期2013 年06月21 日— 2013年06月21日 ii
摘要 聚氯乙烯PVC是四大通用塑料之一，具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强度高等优异性能，广泛用于工农业及日常生活等各个领域,尤其是近年来建筑市场对PVC产品的巨大需求，使其成为具备相当竞争力的一个塑料品种。 本设计为年产量1.6万吨聚氯乙烯车间聚合工段工艺。氯乙烯悬浮聚合采用间歇法生产，原料气采用电石路线生产，然后依次对反应装置进行物料衡算和热量衡算，对产物进行后处理，最后设计出一套较为完整的聚氯乙烯生产路线，并对设计进行总结。 关键词：聚氯乙烯悬浮聚合间歇法电石路线
制备氯乙烯方法比较 班级：10化工（1）班姓名：吴倩学号2010115146 氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。1835年法国人V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪30年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的工业生产。初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940年，美国联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960年，美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。 乙烯、乙炔和混合烯炔法的特点如下： 一．乙烯氧氯化法 氧氯化法是利用氯化氢合成有机物的一般称呼。其反应如下 CH2=CH2 +2HCl+1/2 O2→ClCH2CH2Cl+ H2O ClCH2CH2Cl→CH2=CHCl +HCl 二．乙炔法 在氯化汞催化剂存在下，乙炔与氯化氢加成直接合成氯乙烯： CH≡CH+H Cl→CH2=CHCl 其过程可分为乙炔的制取和精制，氯乙烯的合成以及产物精制三部分。 此法工艺和设备简单，投资低，收率高；但能耗大，原料成本高，催化剂汞盐毒性大，并受到安全生产、保护环境等条件限制，不宜大规模生产。电石乙炔法已基本被世界淘汰，但这是我国目前主要的氯乙烯的生产方法。该法的氯乙烯产量占总产量的50%以上。这种方法在我国煤炭和矿石资源丰富的地区，在当前石油涨价的世界经济背景下仍然可获得较高的经济效益。 三．乙烯直接氯化法 CH2=CH2+Cl2→CH2=CHCl+HCl 这是石油化工发展后以石油为基础开发的生产工艺。此法的最大缺点是伴随反应生成了大量的1,2-二氯乙烷，产率较低。该工艺比目前广泛采用的乙烯平衡氧氯化法流程短，能耗
乙烯氧氯化法生产氯乙烯 一、概述 1．氯乙烯的性质和用途 氯乙烯在常温常压下是一种无色的有乙醚香味的气体，沸点-13.9℃，临界温度142℃，临界压力为5.12MPa，尽管它的沸点低，但稍加压力，就可得到液体的氯乙烯。氯乙烯易燃，闪点小于-17.8℃，与空气容易形成爆炸混合物，其爆炸范围为4～21.7％(体积)。氯乙烯易溶于丙酮、乙醇、二氯乙烷等有机溶剂，微溶于水，在水中的溶解度是0.001g／L。氯乙烯具有麻醉作用，在20～40％的浓度下，会使人立即致死，在10％的浓度下，—小时内呼吸管内急动而逐渐缓慢，最后微弱以致停止呼吸。慢性中毒会使人有晕眩感觉，同时对肺部有刺激，因此，氯乙烯在空气中的允许浓度为500ppm。 氯乙烯是分子内包含氯原子的不饱和化合物。由于双键的存在，氯乙烯能发生一系列化学反应，工业应用最重要的化学反应是其均聚与共聚反应。 氯乙烯是聚氯乙烯的单体，在引发剂的作用下，易聚合成聚氯乙烯。氯乙烯也可以和其它不饱和化合物共聚，生成高聚物，这些高聚物在工业上和日用品生产上具有广泛的用途。因此，氯乙烯的生产在有机化工生产中占有重要的地位。 2．氯乙烯的生产方法
氯乙烯首先在工业上实现生产是在20世纪30年代，当时是使用电石水解成，乙炔和氯化氢进行加成反应得到的。其化学反应方程式为：CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 C2H2 + HCl CH2CHCl 50年代前，电石是由焦炭与生石灰在电炉中加热生成： CaO+3C CaC2 + CO 随着氮乙烯需求量的增加，人们致力于寻找生产氯乙烯更廉价的原料来源。在50年代初期，乙烯成为生产氯乙烯更经济、更合理的原料。实现了由乙烯和氯气生产氯乙烯的工业生产路线。该工艺包括乙烯直接氯化生产二氯乙烷及二氯乙烷裂解生产氯乙烯。 随后，人们注意到二氯乙烷裂解过程，除生成氯乙烯外还生成氯化氢。由此，工业界想到由氢化氢可以连同乙炔生产工艺一起生产氯乙烯。 CH 2＝CH2十C12 → CH 2C1—CH 2C1 CH 2C1—CH 2C1 → CH 2＝CHC1十HC1 十HCl → CH 2＝CHC1 50年代后期，开发出乙烯氧氯化工艺以适应不断增长的对氯乙烯的需求。 在这个过程中，乙烯、氧气和氯化氢反应生成二氯乙烷，和直接氯化过程结合在一起，两者所生成的二氯乙烷一并进行裂解得到氯乙烯，这种
年产30万吨氯乙烯工艺毕业设计 一．选题意义及背景 氯乙烯单体(VCM)是生产聚氯乙烯树脂的主要原料，其产品的质量和成本直接影响到聚氯乙烯树脂的质量和成本。 氯乙烯生产工艺经历了较长时间的生产和工艺改造，产生了电石法、二氯乙烷法等工艺，发展到目前世界上最先进的的工艺属乙烯平衡氧氯化工艺。乙烯平衡氧氯化法由乙烯、氯气和氧气生产氯乙烯，整个工艺过程既不产生氯化氢，又不消耗氯化氢，大大降低了原料的成本，此法是目前世界上公认的技术经济较合理的方法，全世界93%以上的氯乙烯是采用乙烯平衡氧氯化法生产的。 二．毕业设计（论文）主要容： 1．工艺生产方法确定、生产流程设计与论证 2．工艺计算（包括物料衡算，热量衡算） 3．酯化合成工艺主要生产设备设计与选型 4．安全生产与环保治理措施 三．计划进度 1.第一周：在完全理解设计任务书的基础上查阅资料，做好准备 工作，包括：了解学位论文的格式、查阅相关文献（万方数据、 中国期刊网、维普资询、硕博论文等）、学习氯乙烯的工艺设 计方法。 2.第二周：选择出设计方案。 3.第三周：参照数据。 4.第四周：撰写毕业论文。 5.第五周：进行毕业答辩。 四．毕业设计（论文）结束应提交的材料： 1、论文电子稿 2、论文打印搞 3、过程资料记录本（实验记录本）
指导教师：教研室主任 年月日年月日 论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。 毕业生签名：日期：
反应工程课程设计 Prepared on 24 November 2020
课程设计(论文)题目名称年产4500吨聚氯乙烯的反应器设计 课程名称化学反应工程课程设计 学生姓名李林 学号05 系、专业生化系2013级化学工程与工艺 指导教师戴云信 2016 年 6月 20 日
目录 化学反应工程 2012级化学工程与工艺专业《化学反应工程》 课程设计任务书 一、设计项目 年产4500吨聚氯乙烯的反应器的设计
二、设计条件 1、生产规模4500 吨/年 2、生产时间：连续生产8000小时/年，间隙生产6000小时/年 3、物料损耗：按5%计算 4、乙炔的转化率：98%，其中副反应占1%。 三、反应条件 反应在等温下进行，反应温度为180℃，以活性炭为载体的氯化高汞为催化剂，进行气固相催化反应，催化剂的生产能力为70kg氯乙烯/,催化剂使用寿命为一年。 四、设计要求 1、反应器选型及方案设计 对所有的设计方案进行比较，最后确定本次设计的设计方案。 2、反应部分的流程设计（画出反应部分的流程图） 3、反应器的工艺设计计算 生产线数，反应器个数，反应器体积。反应器的物料和热量衡算 4、搅拌器的设计 对搅拌器进行选型和设计计算。 5、画出反应器的装配图 图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表,设备管口方位图。 6、设计计算说明书内容 设计任务书； 目录； 设计方案比较； 工艺流程图设计； 反应器的设计 搅拌器的设计； 设备装配图； 设计总结； 参考资料。
7、绘制主要设备的装配图。 用A3图纸绘制主要设备装配图（图面应包括设备主要视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术特性表、技术要求,设备管口方位图等），要求采用CAD制图。 指导老师：戴云信 2015年6月16日 概述 此次课程设计，是结合《化学反应工程》这门课程的内容及特点所进行的一次模拟设计。它结合实际进行计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案比较等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计基础。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个行业做好铺垫。 本次课程设计为年产4500吨聚氯乙烯的反应器的设计，是结合《化学反应工程》这门课程的内容及特点所进行的一次模拟设计。它结合实际进行计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案比较等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计基础。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个行业做好铺垫。通过此次课程设计，相信同学们在个方面都会有很大的提高。 本设计包括：方案讨论、设备设计，工艺流程等内容，涵盖了《化学反应工程》的基本知识，对我们进一步掌握课本知识很有益处。同时，对《机械基础设计》和CAD制图的掌握都有明显的帮助，因此，反应工程课程设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节 聚氯乙烯的生产工艺是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺，但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。酯化反应器设计的基本要求是满足传质和传热要求。因此需要设计搅拌器。另
氯乙烯单体的制备 培训教材
第一章氯乙烯安全生产基础知识 一、氯乙烯工序的任务 二、反应基本原理 三、产品说明 四、工艺流程简述 五、工艺流程方框图 六、生产中原辅材料和成品的性质 第二章工艺流程 第一部分混合脱水和合成系统 一混合脱水系统 二、氯乙烯的合成系统 三、氯乙烯合成对原料气的要求 四、氯乙烯合成反应条件的选择 五．混脱和合成系统工艺流程方框图 第二部分粗氯乙烯的净化和压缩 一、净化的目的 二、净化原理—水洗和碱洗 三、盐酸脱吸 四、粗氯乙烯的压缩 五、粗氯乙烯的净化和压缩系统工艺流程方框图 第三部分氯乙烯的精馏 一、精馏的目的和方法 二、精馏的一般原理 三、精馏操作的影响因素
四、单体质量对聚合的影响 五、先除低沸物后除高沸物精馏工艺的优点 六. 氯乙烯精馏系统工艺流程方框图 第四部分精馏尾气变压吸附回收 一. 工艺原理 二、吸附平衡 三、工艺生产过程 四、变压吸附部分操作条件表 第五部分氯乙烯的贮存及输送 第三章、安全技术措施：
氯乙烯的制备培训教材 第一章氯乙烯安全生产基础知识 一、氯乙烯工序的任务 本工段的生产任务是将精制后的乙炔气（纯度≥98.5%）、与氯化氢工段送来的氯化氢气体（纯度≥93%）按一定量配比（1:1.05）混合，经混合脱水、预热后进入装有氯化高汞触媒的转化器合成粗氯乙烯气体，并经水洗、碱洗、加压、精馏制得纯度达99.9％以上的合格氯乙烯单体，供聚合聚氯乙烯树脂使用。 二、反应基本原理 HCL+C H≡CH→CH2＝CHCL+124.6KJ/mol 氯乙烯的物化性质： 氯乙烯在常温、常压下是比空气重一倍的微溶于水的无色气体，带有一种麻醉性的芳香气味。氯乙烯分子式是C2H3CL,分子量62.51。 主要参数： 沸点：-13.9℃凝固点：-159℃ 爆炸范围（空气中）3.6%～32%（体积含量） 爆炸范围（氧气中）4%～70%（体积含量） 冲N2或CO2可缩小其爆炸浓度范围。 纯的氯乙烯气体加压到0.5MPa时，可用工业水冷却得到比水略轻的液体氯乙烯。 液态氯乙烯无论从设备或从管道向外泄漏，都是极其危险的，一方面它遇到外界火源会爆炸起火，另外，由于它是一种高绝缘性液体，在压力下快速喷射，就会产生静电积聚而自发起火爆炸。因此，输送液态氯乙烯时宜选用低流速（一般≤3m/s），并将设备与管道进行防静电接地。 +
安全技术说明书 第一部分化学品及企业标识 化学品中文名称：氯乙烯 化学品英文名称：Vinyl chloride 企业名称： 地址： 邮编： 电子邮件地址： 联系电话： 传真号码： 企业应急电话： 产品代码： 产品推荐用途：用作塑料原料及用于有机合成，也用作冷冻剂等。 第二部分危险性概述 物理化学危险：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。燃烧或无抑制剂时可发生剧烈聚合。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。 健康危害：急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙烯病。急性中毒：轻度中毒时病人出现眩晕、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等；严重中毒可发生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。皮肤接触氯乙烯液体可致红斑、水肿或坏死。慢性中毒：表现为神经衰弱综合征、肝肿大、肝功能异常、消化功能障碍、雷诺氏现象及肢端溶骨症。皮肤可出现干燥、皲裂、脱屑、湿疹等。本品为致癌物，可致肝血管肉瘤。 环境危害：氯乙烯在环境中能参与光化学烟雾反应. GHS危险性类别：根据《化学品分类和危险性公示通则》（GB 13690-2009）及化学品分类、警示标签和警示性说明规范系列标准，该产品属于易燃
气体，类别1；急性毒性，类别4；皮肤腐蚀/刺激，类别1A；致癌性，类别1A；生殖毒性，类别1A 。 标签要素： 象形图： 警示词：危险 危险信息：极易燃气体; 引起严重的皮肤灼伤和眼睛损伤; 可致癌; 可能损害生育力或胎儿; 吸入有害。 防范说明： 预防措施：?远离热源、火花、明火、热表面，使用不产生火花的工具作业； ?保持容器密闭；并储存于阴凉通风处。 ?采取防静电措施；生产设备接地。 ?使用防爆型电器、通风、照明及其他设备。 ?操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防 护眼镜，穿防静电工作服，戴防化学品手套。 ?避免与氧化剂接触。 ?作业场所不得进食、饮水、吸烟。 ?配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。 事故响应：?皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。就医。 ?眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。 ?吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如 呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
毕业设计（论文）开题报告书 课题名称5万t/aPVC生产装置——合成转化工段单体 合成工序的初步设计 学生姓名吕霁桐 学号2011011456 系、年级专业化学工程与工艺学院2011级化学工程与工艺
一、课题的来源、目的、意义（包括应用前景）、 课题的来源： 本课题由指导教师根据中盐株洲化工集团有限公司（PVC厂）氯乙烯单体合成工序的生产工艺来确定的。 目的： 通过对该课题的研究与设计，结合毕业实习，让学生的理论知识得以巩固，实践能力得以提高，从而全面提高学生掌握知识和运用知识的综合技能，为将来的工作打下扎实的基础。 意义（包括应用前景）： 聚氯乙烯（PVC）的易燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、水汽低渗透性好，此外，综合机械性能、制品透明性、电绝缘性、隔热、消声、消震性好，是性价比最为优越的通用型材料。因此用途极为广泛，可用来生产建筑材料，包装材料、电子材料、日常消费品等，在工业、农业、建筑、交通运输、电力、电讯和包装等各领域获得广泛应用。 国内外现状及水平： 聚氯乙烯（PVC）是五大热塑性合成树脂之一，塑料制品是最早实现工业化的品种之一。2002年世界总产能约为3400万吨，消费量约为2800万吨；2009年世界生产能力已上升到约3900万吨，需求量约为3700万吨；2010年世界生产能力为4300万吨，需求量4200万吨。尽管目前世界对PVC生产和制品的环保制约政策越来越严厉，但由于性能优良，生产成本低廉，仍具有较强的活力，特别在塑料门窗、塑料管道等建材领域。 我国聚氯乙烯(PVC）工业起步于50年代，第一个PVC装置于1958年在锦西化工厂建成投资，生产能力为3000吨/年[1]。到目前为止，我国有PVC树脂生产企业80余家，总生产能力达220万吨/年。PVC由氯乙烯（VCM）聚合而成，工业生产一般采用4种聚合方式：悬浮法、本体法、乳液法和微悬浮法。其中悬浮法PVC树脂产量最高，占80%。VCM悬浮聚合是以水为介质、加入VCM、分散剂、引发剂、pH值调节剂等，在搅拌和一定温度条件下进行聚合。现在，国内引进PVC生产技术及设备的项目有二十项左右，其中生产能力最大的两套设备是上海氯碱股份有限公司和齐鲁总公司
氯乙烯的生产方法、生产原理 1生产方法 按其所用原料可大致分为下列几种： ⑴乙烯法 此法系以乙烯为原科，可通过三种不同途径进行，其中两种是先以乙烯氯化制成二氯乙烷：C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 然后从二氯乙烷出发，通过不同方法脱掉氯化氢来制取氯乙烯；另一种则直接从乙烯高温氯化来制取氯乙烯。现分述如下： ①二氯乙烷在碱的醇溶液中脱氯化氢(也称为皂化法) C2H4Cl2+ NaOH → C2H3Cl + NaCl + H2O 此法是生产氯乙烯最古老的方法。为了加快反应的进行，必须使反应在碱的醇溶液小进行。这个方法有严重的缺点：即生产过程间歇，并且要消耗大量的醇和碱，此外在生产二氯乙烷时所用的氯，最后成为氯化钠形式耗费了，所以只在小型的工业生产中采用。 ②二氯乙烷高温裂解 C2H4Cl2→ C2H3Cl + HCl 这个过程是将二氯乙烷蒸气加热到600℃以上时进行的，与此同时，还发生脱掉第二个氯化氢生成乙炔的反应，结果使氯乙烯产率降低。为了提高产率，必须使用催化剂。所用的催化剂为活性炭、硅胶、铝胶等，反应在480～520℃下进行，氯乙烯产率可达85%。 ③乙烯直接高温氯化 这一方法不走二氯乙烷的途径，直接按下式进行： C2H4 +Cl2→ C2H3Cl + HCl 由上式可以看出这一反应是取代反应，但实际上乙烯与氯在300℃以下主要是加成反应，生成二氯乙烷。要想使生成氯乙烯的取代反应成为唯一的反应，则必须使温度在450℃以上，而要避免在低温时的加成过程，可以采用将原科单独加温的方法来解决，但在高温下反应激烈，反应热难以移出，容易发生爆炸的问题。目前一般用氯化钾和氯化锌的融熔盐类作裁热体，使反应热很快移出。 此法主要的缺点是副反应多，产品组成复杂，同时生成大量的炭黑，反应热
年产12万吨氯乙烯合成工艺设计书 第一章总论 1.1项目建设依据 ①HGT 20688-2000化工工厂初步设计文件内容深度规定； ②国家相关政策、技术及市场相关资料。 1.2项目建设范围 根据课程设计的要求，本项目的设计内容为：初步设计说明书，项目可行性研究，工艺流程设计，设备选型，总厂的平面布局，车间设备的布局，创业规划书，用户手册。 1.3主要设计原则 ①反应热及时移出: 反应是放热反应，局部过热会影响催化剂的寿命(HgCl 升华，使其活性下降)。因此， 2 在反应过程中，必须及时地移出反应热。 ②反应器型式： 工业上经常采用多管式的固定床氯化反应器，管内盛放催化剂。 经过干燥和已经净化的乙炔和氯化氢的混合气体，自上而下地通过催化剂床层，进行反应。 ③管外用加压的循环热水进行冷却。 ④发挥催化剂床层的效率，提高处理量： 反应是放热反应，乙炔的空速大，则有局部过热现象(热点温度)，因此，乙炔的空速也受到限制。 如果整个床层温度都接近最佳的允许温度，就可以充分发挥催化剂床层的效率：采取分段进气、分段冷却和适当调整催化剂活性等方法，可以使床层温度分布得到改善，乙炔空速可以提高，因而催化剂的生产能力也可以显著提高。 1.4设计特点 本设计采用乙炔法。在氯化汞催化剂存在下，乙炔与氯化氢加成直接合成氯乙烯：CH≡CH+HCl→CH2=CHCl
1.5设计标准 本设计按照原化工部制定的《化工工厂初步设计文件内容深度规定》及有关国家的专业标准。 第二章项目可行性论证 2.1项目背景 1835年法国人V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪30年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的工业生产。初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940年，美国联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960年，美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。乙炔法、混合烯炔法等其他方法由于能耗高而处于逐步被淘汰的地位。 随着国民经济的高速发展，社会需求的增长，刺激了PVC树脂生产的迅速发展，目前全国有生产企业80余家，但规模较小，年产十万吨以上的厂家仅有上海氯碱化工股份有限公司和齐鲁石化总公司。近年我国PVC树脂产量远远不能满足市场的需求，这与我国大部分生产厂家工艺技术落后，VC原料短缺有直接关系。我国相关技术也基本处于比较落后的水平，且相关资源也不够丰富，致使我国有相当一部分生产氯乙烯厂家还是使用的比较落后的乙炔法，但是此方法对于我国目前国情还是有相当大的适应性，虽然它是最古老但最简单的商业生产路线。乙炔法合成氯乙烯曾为我国聚氯乙烯工业的发展做出巨大贡献，至今仍约占我国氯乙烯总生产能力的2/3、产量的1/2以上。目前我国以电石乙炔为原料的聚氯乙烯生产厂共76家，总生产能力124万吨/年。在能源成本愈来愈高以及国内外竞争日益激烈的今天，建立在高能耗电石基础上的乙炔法聚氯乙烯工业正面临严峻考验。 2.2国内市场现状及预测 目前国内整体化工市场并未出现全面复苏的现象，仍然处于弱势格局，受房地产市场的影响PVC行业难改低迷态势，业内难言乐观，而作为电石的主要下游消耗行业，电石市场难免受此牵连，市场僵持局面难以突破，因此预计后市仍将以平稳运行为主，小幅调整
前言 氯乙烯单体（VCM)几乎全部（98%以上）都用来生产聚氯乙烯（PVC）。余下的则用于生产聚氯乙烯氯化物和氯化溶剂。传统工艺的电石法精馏氯乙烯质量已不能满足PVC 树脂的生产要求，受其工艺流程及精馏塔塔型的限制，原氯乙烯精馏装置规模小，产品质量较差，尾气放空量大，造成氯乙烯、乙炔流失量大，导致生产成本较高，环境污染严重。 最初的氯乙烯生产全部以乙炔为原料。60年代后期，随着乙烯装置大型化及乙烯氧氯化技术的成熟，乙烯法在经济和环保等方面占有明显的优势，在世界范围内乙炔法迅速被乙烯法取代。迄今为止，全世界氯乙烯装置93%以上采用乙烯法，在工业发达国家如日本，以全部淘汰了乙炔法，仅在我国及其它发展中国家仍占有相当比重。目前国内比较先进而又经济可行的成熟工艺技术是电石乙炔法 本设计用美国ChemStations公司开发的流程模拟软件ChemCAD软件对电石乙炔法制备VCM进行了工艺模拟设计与计算，计算主要包括物料衡算和热量衡算，用计算所得到的相关数据对此工艺中所涉及到的设备进行选型，主要包括塔的选型、换热器的选型、泵的选型等，然后用PDSOFT三维软件对车间设备进行布置，为工业生产提供参考。 1
1 总论 1.1 概述 1.1.1 意义与作用 氯乙烯（简称VCM），是无色的、易液化的气体。易聚合，也能与丁二烯、乙烯、丙烯、丙烯睛、酷酸乙烯、丙烯酸醋和马来酸醋等共聚。主要用于制备PVC，也用于制备偏二氯乙烯、冷冻剂等。氯乙烯单体几乎全部（98%以上）都用来生产聚氯乙烯。余下的则用于生产聚氯乙烯氯化物和氯化溶剂。通过对二氯乙烷（EDC）裂解后脱除HCL，以及干燥精制可获得制造PVC级的VCM。由于资源结构的特点，世界上只有我国的氯碱行业有电石法生产PVC，其他国家都是通过乙烯法生产PVC，即乙烯直接氯化、氧氯化生产EDC，进而裂解生产VCM制造PVC。其中96%VCM均用于生产PVC。 聚氯乙烯（简称PVC）是五大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂总消费量的29%左右，仅次于聚乙烯居第二位。由于PVC树脂具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阻燃性、质轻、强度高且易加工、成本又低，因而PVC制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电器及人们生活中的各个领域。PVC硬质制品可代替金属制成各种工业型材、门窗、管道、阀门、绝缘板及防腐材料等，还可作收音机、电话、蓄电池外壳及家俱、玩具等。PVC软质品可制成薄膜做雨披、台布、包装材料及农用薄膜，还可制成人造革、电线、电缆的绝缘层。另外，PVC树脂作为氯碱工业最大的有机耗氯产品，对氯碱工业的碱、氯平衡和发展起到重要的作用。PVC主要用于建筑业，制造管材、门窗和墙板等。作为第一大用户，建筑业约占聚氯乙烯消费总量的76%。其它方面的用量相对较少。包装薄膜和容器约占消费总量的6%，电气配件、电线电缆包皮约占消费总量的4%，涂料和粘合剂约占消费总量的4%，其他约占消费总量的10%。 1.1.2 氯乙烯生产的国内外现状及发展前景 （1）国外发展概况 氯乙烯（VCM）的合成始于1835年，由法国化学家Regnault用氢氧化钾的乙醇溶液将二氯乙烷脱氯化氢制得，并于1838年观察到了它的聚合体，这次的发现被认为是PVC 的开端。1902年，Biltz将1，2-二氯乙烷进行热分解也制得氯乙烯，但当时由于聚合物的科学和生产技术尚不成熟，他的发现没有导致工业生产的结束。Klatte于1912年通过乙炔与氯化氢的催化加成反应制得了氯乙烯，成为工业上氯乙烯合成的最初工艺，但在沿用将近30多年后，由于乙炔生产的高能耗而逐渐趋于淘汰。从1940年起，氯乙烯的生产原料，乙炔开始被乙烯部分取代，首先将乙烯直接氯化成1，2-二氯乙烷（EDC），再加以热裂解制得氯乙烯，裂解产生的氯化氢仍被用在乙炔-氯化氢法中。混合气体法制备氯乙烯采用石脑油作原料，将石脑油用燃烧气体裂解后，制成含乙炔和乙烯的混合气体，该混合气体先