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开题报告.doc

1、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

2、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

3、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的年产20万吨悬浮法P

4、VC树脂装置，及北京化工二厂、锦西化工厂、福州化工二厂引进的悬浮法PVC树脂生产技术，这些技术和设备的引进，使我国PVC树脂的生产技术和水平有了很大的提高，带动了我国PVC工业的发展2。目前，我国PVC工业经过4、50年来的发展，不论在理论上研究和生产实践上都取得了巨大的进步。国内PVC行业在消化吸收国外先进技术和设备的同时，不断自主创新开发，形成了具有世界先进水平的国产化PVC生产技术。2003年国内扩建和新建PVC生产装置中70立方米聚合釜占主导地位，同时在工艺技术方案上采用先进的生产配方技术、密闭入料技术、防黏釜技术、新型汽提技术、新型干燥技术和DCS控制技术等，提高了生产装置的自控水平

5、和生产效率，提高了产品质量，大幅度降低了原辅材料和能源消耗。但我国PVC工业与发达国家相比还存在装置规模、生产技术、产品品种和消费结构等多方面的差距。今后国内PVC行业发展的趋势将朝着生产规模大型化、原料路线多样化、生产技术高新化、产品品种专业化、环保水平先进化等几个方向发展8。生产装置的大型化带来工艺技术和控制方案上的更高要求。单条生产线能力的提高对于设备的大型化提出了更新的要求，如离心机、汽提塔、干燥器、压缩机等单台设备处理能力都需要进一步提高，国内设备制造和开发企业应对此做大量的工作。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

6、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。由于我国具有丰富廉价的煤炭资源，因此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路线具有明显的成本优势，我国的VCM生产目前

7、仍以乙炔法工艺路线为主，采用气相工艺5。中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。二，国内的研究和市场现状中国PVC制品市场需求浅析1、中国PVC树脂需求大，供不应求，仍需大量进口2、高性能PVC专用树脂供不应求3、PVC制品生产品种门类繁多，应用范围广阔，市场需求强劲。4、塑料建材持续快速发展（1）PVC管材消费量最大，市场前景好（2）PVC型材门窗向大规模化、高品质方向发展（3）塑料防水材料发展势头强劲5、农用塑料制品需求量近两倍增长需求的明显改善与成本强劲支撑使得PVC行业步入景气时光，PVC期价将高位运行。当前，国内PVC管道中小企业加

8、工能力主要集中在PVC排水管。“十二五”期间房屋建筑与市政工程仍提供稳定内需，将拉动PVC排水管的市场需求增长。未来一段时间内，PVC管道市场需求量仍然会受到建设需求拉动而不断的增长，尤其是在一大批保障房建设完工的到来。但值得注意的是PVC管道企业还应该结合实际情况对产品结构进行调整，以环保和质量为核心重点开发符合市场需求的建材产品，这样才能在塑料管道市场上立与不败之地。据GIA称,中国PVC市场需求的持续增长以及美国住宅市场的复苏将刺激全球PVC消费增长。三、课题研究的主要内容、基本要求、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施主要内容对年产5万吨PVC生产装置合成转化工段单体合成工序的初步设

9、计。包括以下具体内容1、设计说明书部分（1）生产原料及产品性质的资料分析；（2）工艺路线的比较与选择；（3）单体合成工序设备类型的选择和设计；（4）物料衡算；（5）热量衡算；（6）总结性结论。2、设计图纸部分（1）工艺流程图；（2）合成反应釜的设备图。氯乙烯合成工艺路线采用乙炔法合成VCM，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。将电石破碎至2050MM后加入发生器遇水即反应生成C2H2，控制温度在80左右，粗乙炔气体进冷却器冷却至40以下，在经水压机压缩气体至4080KPA，由于工业用电石含有其他杂质，与水同时进行副反

10、应，故在粗乙炔气中含有PH3、H2S、NH3、SIH4、ASH3等杂质，这些杂质对VC合成所用的HGCL2触媒发生了不可逆吸附，破坏其“活动中心”，从而加速触媒失效，因此需先将粗乙炔气精制。再将乙炔和HCL混合送入转化器中，在HGCL2触媒的催化下反应生成粗氯乙烯。粗氯乙烯在高温下带逸的氯化汞升华物在填装活性炭的吸附器中脱除，除汞后的粗氯乙烯进入水洗塔，经碱洗塔除去残余的微量氯化氢后进入氯乙烯气柜9。氯乙烯生产方法（1）电石乙炔法电石乙炔法是最早的氯乙烯生产方法。它主要利用乙炔和氯化氢为原料,用氧化汞做催化剂进行加成反应,生成氯乙烯。CHCLCHHCLCHCH2其优点是工艺成熟、简单,设备投资

11、低,但由于采用电石作为原料,需要消耗大量电能,使氯乙烯成本上升,反应中所用的催化剂对环境的污染严重。电石乙炔法在世界上已基本被淘汰,但这是我国目前主要的氯乙烯生产方法。（2）二氯乙烷法二氯乙烷法是以乙烯为原料与氯气反应生成二氯乙烷EDC,然后由二氯乙烷热裂化制备氯乙烯的方法。该法的副产物是HCL,如果不加以利用,生产成太高。与电石乙炔法联合起来可以解决HCL问题。但这种方法既不能完全向石油天然气化工方向转化,又不能完全摆脱电石乙炔法,所以没有发展前途。（3）乙烯氧氯化法氧氯化法是对利用氯化氢合成有机物的这一类反应的总称。乙烯氧氯化法的化学反应方程式为CLCLCHCHCLCHCH22222；HC

12、LCHCLCHCLCHCLCH222这种方法是目前缺少氯气的地区采用的方法。这3种氯乙烯生产工艺中,除了第一种生产工艺走的是电石路线外,后二种生产工艺均属于石油路线即以石油或石油产品为原材料生产氯乙烯。目前在我国,除齐鲁石化、上海氯碱总厂、北京化工二厂和天津大沽化工厂四家较大的聚乙烯生产企业采用了以乙烯为原料的平衡氧氯化法,天津乐金公司直接以进口的氯乙烯为原料外,其余厂家均是电石乙炔法,乙炔法生产氯乙烯占氯乙烯总生产能力的634。电石路线由于存在耗电量大,成本高以及环境污染严重等问题,正在被世界各国所淘汰，而石油路线则由于成本低、质量高、污染小、易于大规模生产等优点,成为目前世界上比较通用的生

13、产工艺。但是,随着石油资源的日益枯竭以及氯乙烯的需求不断增加,必须有新的氯乙烯生产工艺的诞生。石油和天然气通常是相伴而生,在石油和天然气当中,石油的应用非常广泛,而天然气虽然有极丰富的贮藏量,但其在化学工业上的应用还远远赶不上石油。如何使天然气替代或部分替代石油在国民经济中的作用,是人们一直关注的课题。尤其是随着石油资源的日益减少和天然气资源的大量发现,天然气的转化和利用越来越受到人们的重视。在这种情况下,很自然想到用天然气、油田气中的乙烷来取代石油中的乙烯,用于氯乙烯的生产。因此,电石法PVC在国内还可以生存相当长时间。转化器的选型设计本课题设计中转化器是将乙炔和氯化氢转化成粗氯乙烯的转化设

14、备。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。管外用加压的循环热水进行冷却。对转化器的要求是保证传热良好，能及时传走反应热，且使反应气体分布均匀，以避免局部过热。我国聚氯乙烯生产一般用的是单体转换器，大多数生产厂家是采用圆筒形立式列管结构。这种转化器已使用三十多年，已有比较成熟的制造和使用经验。催化剂的确定此次设计中选择HGCL2触媒作为催化剂，其主要指标如下HGCL2含量为105125，水份03，松装密度为540640G/L废HGCL2触媒的处理目前，国内聚氯乙烯厂普遍采用活性炭脱汞器除汞，正常运转

15、情况下可以保证水洗废水中汞的含量小于002MG/。当除汞器内活性碳吸附汞达到饱和时，可发现水洗酸中汞含量超标，此时要及时更换活性碳，以免造成汞带到水洗后的设备。另外，加强转化控制，尽量减少汞的流失，合理使用触媒，延长触媒的使用寿命，减小汞的流失，接触汞的人员要定期检查身体。四、现有基础和具备的条件课题研究已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料）1、已经对设计项目进行了为期半个月的认真扎实的资料查询，有了设计所必须的工艺设计参数。2、设计资料齐全，有专门的化工设计手册等参考资料，并以中国知网为第二手资料，对相关知识进行随时查处。3、在校期间进行了多次课程设计，包括化工原理、分离工程、反

16、应工程等课程设计，有了很好的基础。4、指导教师具有较为丰富的工厂经验及指导毕业设计的经验。五、总的工作任务，进度安排以及预期结果总的工作任务（1）生产原料及产品性质的资料分析；（2）工艺路线的比较与选择；（3）单体合成工序设备类型的选择和设计；（4）物料衡算；（5）热量衡算；（6）总结性结论。（7）工艺流程图；（8）合成反应釜的设备图六，参考文献1邴涓林，李承志，2008年中国PVC产业动态及分析J聚氯乙烯，2009，37（5）1142薛之化国内聚氯乙烯生产技术的进展J中国氯碱,2005,（5）193薛之化,发展PVC工业的可行性研究,聚氯乙烯,2005,（2）124谭恺,刘岭梅悬浮法VCM聚合生产的新经验J聚氯乙烯,2006,34414155时钧,汪甲鼎,余国琼,陈敏恒化学工程手册第二版,北京,化学工业出版社,19966李雅丽氯乙烯生产技术进展概述J中国化工信息2006,（91523）7邮涓林,朱平,金永利,李承志国内PVC大型聚合釜技术发展动态J聚氯乙烯,2005123一288徐兆瑜聚氯乙烯生产、市场和技术新进展J塑料，2004，33164699株化诚信公司工艺技术规程聚氯乙烯生产工艺技术规程