化工专业毕业设计

山 东 师 范 大 学

本科毕业设计

论文（设计）题目：年产30000吨PVC装置产品

精制工序工艺设计

学 号： 200601030071 姓 名：靳淑云 学科专业：化学工程与工艺 指导教师： 刘名礼

山东师范大学教务处制 2010年 5 月 25 日

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毕业论文（设计）内容介绍 论文（设计） 年产30000吨PVC装置产品精制工序工艺设计 题 目 选题时间 关 键 词 2010-01-10 完成时间 2010-5-25 论文设计 字数 23505 30000吨/年，PVC，精馏，高沸塔 论文（设计）题目的来源、理论和实践意义： 设计题目来源： 济宁中银电化厂进行了为期三周的生产实习。 设计的理论来自于大学期间对化工原理、分离工程、化学反应工程、化工热力学、化工仪表、化工设备等专业课的学习，以及《化学工程手册》、《石油化工数据手册》、《基本有机化学工程》等工具书。 实践意义：此次毕业设计有着特殊的重要性，首先：是对本人大学四年来学习的一次综合检验，是一次大型的将自己所学与现实的应用的一次结合，对以后的工作学习都有重要的指导意义。再次：通过毕业设计小组的合作，进一步加强了团队合作精神， 对以后的工作学习有重要的意义。 论文（设计）的主要内容及创新点： 根据（参考）济宁中银电化厂的PVC生产流程设计了PVC精馏工序的流程， 根据所给工艺条件，进行相关设备的物料衡算和热量衡算和设备设计； 根据所计算的结果进行设备的选型和相关尺寸的计算； 进行高沸塔其它附属设备的选择和计算。 创新点：设计中添加了自控部分，自己的改进建议，并综合考虑了环保问题；流程图中物料代号及设备选型都采用了新标准。 附：论文（设计） 本人签名： 靳淑云 2010 年5 月 25日

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目 录

前言?????????????????????????????????5 摘要?????????????????????????????????6 第一章 设计任务书????????????????????????????7 一 设计任务书?????????????????????????????7 二 设计规模????????????????????????????? 7 三 设计基础数据???????????????????????????7 四 产品性质及用途??????????????????????????8 五 原料规格及来源??????????????????????????11 第二章 氯乙烯的生产方法及工艺流程???????????????? 12 一 各种生产方法评述及生产方法的选择?????????????????12 二 电石乙炔法合成VC的反应机理及物化数据??????????????13 三 生产工艺条件的选择及主要设备形式的选择??????????????14 四 工艺流程说明??????????????????????????16 五 生产控制表????????????????????????????17 第三章 物料衡算??????????????????????????17 一 气柜 ??????????????????????????????18 二 机前冷凝器????????????????????????????19 三 压缩机????????????????????????????? 20 四 全凝器 ?????????????????????????22 五 低沸系统 ?????????????????????????24 六 高沸塔?????????????????????????????26 七 产量核算????????????????????????????27 第四章 热量衡算???????????????????????????27 一 进料、塔釜、塔顶温度的计算????????????????????28 二 全塔相对挥发度?????????????????????????32 三 最小回流比求取????????????????????? ???33 四 最小理论板数求取???????????????????? ???33 五 高沸塔热量衡算 ????????????????????????35 第五章 高沸塔设计的基础数据???????????????????37

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一 操作温度?????????????????????????????37 二 操作压力??????????????????????????? 38 三 气液相组成???????????????????????????38 四 密度的计算????????????????????????????38 五 表面张力的计算????????????????????????? 40 六 粘度的计算??????????????????????????? 41 七 流量计算???????????????????????????? 42 第六章 设备工艺尺寸的计算???????????????????? 44 一 塔径的计算?????????????????????????? 44 二 塔高的计算?????????????????????????? 45 三 板式塔形式的选取 ? ????????????????? 47 四 溢流装置?????????????????????????? 48 五 塔板布置及浮阀数目与排列 ? ????????????????? 50 第七章 塔板流体力学验算?????????????????????53 一、气相通过浮阀塔的压强降???????????????????? 53 二、 液泛???????????????????????????? 54 三、雾沫夹带核算????????????????????????? 55 四、塔板负荷性能图???????????????????????? 56 第八章 塔的其它附属设备的选择??????????????????60 第九章 改进与建议???????????????????????? 64 第十章 环境保护?????????????????????????65 后记????????????????????????????? ??68 参考文献?? ?????????????????? ???????? 69

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前 言

2009年4月，在老师的带领下，我们在济宁中银电化厂完成了毕业实习。通过实习，我们熟悉并掌握了关于聚氯乙烯（PVC）的生产方法和生产工艺，并初步了解了pvc的发展和用途，将以前所学的专业知识应用于实践。实习结束后，在老师的指导下，通过网络、书籍等途径，我搜集了大量相关资料，并进行了认真的整理与组织工作。为本说明书的设计准备了丰富的一手资料。

在参阅了大量文献的基础上，根据设计步骤及程序，编制了本说明书。本说明书由三大部分组成。第一部分是概述，包括PVC的发展概况、在国民经济中的地位和作用、未来工业展望，厂址的选择，生产方法的评述和选择，工艺配方的确定和主要设备的选型，原料和产品的主要物化性质、技术规格和用途，PVC工艺流程叙述。第二部分是工艺计算，包括物料衡算、热量衡算和设备的计算和选型。第三部分为自控部分，对流程设备改进建议，以及环境保护措施的介绍。

本说明书主要依据济宁中银电化厂PVC生产车间的工艺流程，相关数据也从该厂取得，附带的工艺流程图也是依据该厂的工艺流程图。

在设计过程中，得到了刘名礼等老师的热心帮助和指导，在此谨表感谢。同时，感谢济宁中银电化厂为我们的毕业实习提供了大力的帮助。

虽然笔者在本课题的设计过程中，进行了大量而认真的筛选、组织和整理工作，但是由于笔者的知识有限，加上时间仓促，书中难免有缺点错误，敬请老师及时提出、指正，不胜感激。

编者

2010年5月25日

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摘要：中国的聚氯乙烯工业兴起于20世纪50年代，不断的成长壮大，产量稳步增长，技术日益进步，氯乙烯工业的发展不但增强了我国的综合国力，更从实际中丰富了人们的生活。本设计阐述了PVC在国内外的发展概况、在国民经济中的地位和作用及未来工业展望，生产方法的评述和选择及PVC生产的基本工艺流程。并重点对30000/年PVC生产的精馏阶段进行相关的工艺计算，其中主要包括物料衡算、热量衡算和设备的计算和选型，设备计算选择了高沸塔的相关计算。文章最后对自控部分、工厂关于聚氯乙烯车间的环境保护做了简要介绍。

关键词：30000吨/年 聚氯乙烯（PVC） 精馏 高沸塔

Abstract ：China's polyvinyl-chloride industry emerged in the 1950s, which maitans unceasing growth , not only strengthened our country's comprehensive status, but aslo has enriched people's life from actual. This design elaborated the development of PVC in the domestic and foreign, the status and the function in the national economy and the future industry predict that the production method narration and the choice, raw material and the product main transformation nature, the technical norms and the use, and PVC production basic technical process。It emphatically carries on the related process design to 30000 ton/year PVC production's selective evaporation stage, which has consummated the design theory.It mainly includes the material balance, the thermal graduated arm to calculate that with equipment's computation and the shaping. Ihe equipment computation has chosen the related computation of the high boiling point tower. The article has made a brief introduction of the automatic control and the environmental protection of the polyvinyl-chloride workshop's. Key words: 30000t/year polyvinyl chloride (PVC) selective evaporation high boiling point tower

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第一章 设计任务书

一、设计任务书

1．设计项目：氯乙烯车间 2．产品名称：氯乙烯 3．产品规格：纯度为99.9％ 4．年生产能力：30000 PVC

二、设计规模：

本组的设计规模是年产30000吨PVC。

三、设计基础数据

1、生产能力：30000t PVC/年（以100%PVC计） 2、年工作日：300天（以7200小时/年计） 3、自碱洗塔来物料流率： 组分 VC EDC N2 C2H2 H2O 总计 Kg/h 4720 90 120 20 80 5030 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 OC（298.15 K）

P=0.005MPa(表压)

6、 压缩工段工艺条件：

（1）机前冷凝器：t入=25 OC（298.15K）

t出=10 OC（283.15K）

（2）一段压缩： P入=0.004MPa(表压)

P出=0.15MPa(表压)

t入= 10OC（283.15K）

中间冷却 t出= 30OC（303.15K）

二段压缩： P入=1.5at(表压)

P出=0.52MPa(表压)

t入= 30OC（303.15K）

机后冷却至 t出= 40OC（313.15K）

7、全凝器： t出=13OC（288.15K）

P出=0.51MPa(表压) 8、水分离器内除水80%（w%）

9、尾气冷凝器：t出=-30OC（243.15K）

P出=0.50MPa(表压)

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10、 低沸塔工艺条件：

（1）塔顶馏出液中：VC<50%（W%） （2）塔低出料含乙炔量：0.0001 %（W%） （3）操作压力：0.5MPa(表压) （4）放空尾气中VC含量12%（w%） 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：20%（W%） （3）操作压力：0.25MPa（表压）

（4）釜加热水温度：t入=90OC（363.15K）

t出=75OC（348.15K）

12、聚合工段：聚合率85%（W%），未聚合VC回收率90%（W%）

13、所有设备计算：全凝器、尾气冷凝器、低沸塔、高沸塔。对所设计设备作能量衡算和设备工艺计算。 四、产品性质及用途 （一）产品性质

聚氯乙烯

英文名称：Polyvinyl chloride polymer 简写： PVC

结构简式：[―CH2―CHCl―]n 外观： 白色粉末

分子量： 40600～111600 密度： 1.35～1.45 g/mL 表观密度：0.40～0.65 g/mL

比热容： (0～100℃)：1.045～1.463J/(g·℃) 热导率： 0.1626W/(m·K)

20折射率： nD=1.544

颗粒直径：紧密（XJ）型 30～100μm

疏松（SG）型 60～150μm 糊树脂 1.2 ～2 μm

软化点： 75～85℃

热分解点: ﹥100℃开始降解出氯化氢

溶解性： 不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。溶于酮类、脂类和氯烃类溶剂。

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毒性： 无毒无臭

化学性质：稳定;不易被酸、碱腐蚀。本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜

于聚乙烯、聚苯烯，差于聚苯乙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCI。工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80℃左右开始软化，热扭变温度（ 1.82MPa负荷下）为70-71 ℃，加压下150℃开始流动，并开始缓慢放出氯化氢，致使聚氯乙烯变色（由黄变红、棕、甚至于黑色）。

危 害：聚氯乙烯是经常使用的一种塑料，是由聚氯乙烯树脂、增塑剂和防老剂

组成的树脂，本身并无毒性。但所添加的增塑剂、防老剂等主要辅料有毒性，日用聚氯乙烯塑料中的增塑剂，主要使用对（邻）苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等，这些化学品都有毒性，聚氯乙烯的防老剂硬脂酸铅盐也是有毒的。含铅盐防老剂的聚氯乙烯(PVC)制品和乙醇、乙醚及其他溶剂接触会析出铅。含铅盐的聚氯乙烯用作食品包装与油条、炸糕、炸鱼、熟肉类制品、蛋糕点心类食品相遇，就会使铅分子扩散到油脂中去，所以不能使用聚氯乙烯塑料袋盛装食品，尤其不能盛装含油类的食品。另外，聚氯乙烯塑料制品在较高温度下，如50度左右就会慢慢地分解出氯化氢气体，此气体对人体有害，因此聚氯乙烯制品不宜作为食品的包装物。

污 染：常规的PVC等材料的电线电缆是相当严重的污染源。在制造、使用及废

弃处理时，都会产生大量的二恶英、卤氢酸、铅等有害物质；PVC材料燃烧时会发生很大的浓烟，并产生有害的HCL气体；而且大部分PVC材料中含有Pb（铅）、Cd（镉）等（用作电缆稳定剂）多种有害重金属，会对人体健康造成一定的危害；焚烧或掩埋后，会造成对土壤和水源的污染。

氯乙烯

英文名称：chloroethylene 分子式： C2H3Cl 分子量: 62.50

色味态： 无色、有醚样气味的气体 熔点(℃)：-159.8 沸点(℃)：-13.4

相对密度(水=1)：0.91

相对蒸气密度(空气=1)：2.15 饱和蒸气压(kPa)：346.53(25℃) 临界温度(℃)： 142

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临界压力(MPa)： 5.60 引燃温度(℃)： 415 爆炸上限%(V/V)： 31.0 爆炸下限%(V/V)： 3.6

溶解性：微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。 主要用途：用作塑料原料及用于有机合成，也用作冷冻剂等。

健康危害：氯乙烯可以产生急性中毒，急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙

烯病。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。 慢性中毒时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。 燃爆危险：本品易燃，为致癌物。

危险特性：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。有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳、氯化氢。灭火方法：切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳。

（二）产品用途 聚氯乙烯

聚氯乙烯是用途最广泛的通用塑料之一。聚氯乙稀具有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气）、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。聚氯乙烯容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工。聚氯乙烯主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品，也可生产板材、门窗、管道和阀门等塑料硬制品。

PVC具有很好的隔水性，所以被广泛用于制造水管，浴帘；此外PVC具有阻燃性能，因为在燃烧时，PVC会释放出抑制燃烧的氯原子。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCI。

工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，但也包含一些结晶区域（约５％），所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80℃左右开始软化，热扭变温度（ 1.82MPa负荷下）为70-71 ℃，在加压下150℃开始流动，并开始缓慢放出氯化氢，致使聚氯乙烯变色（由黄变红、棕、甚至于黑色）。工业聚氯乙烯重均相对分子质量在4.8-4.8万范围内，相应的数均相对分子质量为2-1.95万。而绝大多数工业树脂的重均相对分子质量在10-20万，数均相对分子质量在4.55-6.4万.硬质聚氯乙烯（未加增塑剂）具有良好的机械强度、耐候性和耐燃性，可以单独用做结构材料，应用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬质聚氯乙烯可以用增强材料

1.化工设备：管道、贮槽、反应器及反应器衬里、烟囱、鼓风机、泵及阀门。 2.建 筑：墙纸、地板、建筑板材、门窗以及防水卷材。

3.电子电器：电线电缆绝缘层、电线套管、电池套管、槽线盒等。

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4.包 装：中空吹塑包装瓶，可用于食品、调味品、饮料等包装、包装各种物品的软包装、啤酒瓶盖及饮料瓶盖内衬。

5.汽 车：内饰件及各种部件的表皮套等、汽车仪表电线绝缘层及护套、护管。 6.其 它：日用品，如凉鞋、拖鞋、盘、盆、盒、水池、洗衣板等、薄膜用品，如农用薄地膜、雨衣薄膜、民用薄膜等、小型机械零件，手轮、螺栓、阀膜、支架等。 7.玩具 氯乙烯

塑料工业的重要原料，主要用于生产聚氯乙烯树脂。与醋酸乙烯、偏氯乙烯、丁二烯、丙烯腈、丙烯酸酯类及其他单体生成共聚物。也可用作冷冻剂等。此外,还可用于合成1,1，2-三氯乙烷及1，1-二氯乙烯等。 五、原料规格来源 （一）规格

⑴氯乙烯合成对原料乙炔的纯度和杂质含量有严格的要求： ①纯 度 纯度要求≥98.5%

②磷硫含量 磷硫含量要求硝酸银试纸不变色。 ③水 分 含水要求≤0.06%

⑵生产聚氯乙烯树脂的主要原料电石，其技术条件、检验规则、检验方法和包装等，都必须符合国家标准GB10665-2004的要求。

技术要求：

表1 电石国家标准的技术条件 项目 优等品 发气量（20℃、101.3kPa）/(L/kg) ≥ 乙炔中磷化氢的体积分数/% ≤ 乙炔中硫化氢的体积分数/% ≥ 粒度（5~80mm）质量分数/% ≥ 筛下物（2.5mm以下）质量分数/% ≤ 注：圆括号中的粒度范围可由供需双方协商确定。 （二）来源

碳化钙(CaC2)俗称电石。工业品呈灰色、黄褐色或黑色，含碳化钙较高的呈紫色。其新创断面有光泽，在空气中吸收水分呈灰色或灰白色。能导电，纯度愈高，导电性愈好。在空气中能吸收水分。加水分解成乙炔和氢氧化钙。与氮气作用生成氰氨化钙。 生产方法有氧热法和电热法。一般多采用电热法生产电石，即生石灰和含碳原料(焦炭、无烟煤或石油焦)在电石炉内，依靠电弧高温熔化反应而生成电石。主要生产过程是：原料加工；配料；通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2000℃左右，依下式反应生成电石：GaO+3C→CaC2+CO。熔化了的碳化钙从

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指标 一等品 280 0.08 0.10 85 5 合格品 260 300 0.06 炉底取出后，经冷却、破碎后作为成品包装。反应中生成的一氧化碳则依电石炉的类型以不同方式排出：在开放炉中，一氧化碳在料面上燃烧，产生的火焰随同粉尘—起向外四散；在半密闭炉中，一氧化碳的一部分被安置于炉上的吸气罩抽出，剩余的部分仍在料面燃烧；在密闭炉中，全部一氧化碳被抽出。

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

这是最早投入工业生产的方法，主要反应：

C2H2＋HCl → CH2=CHCl + Q（110KJ）

优点：工艺成熟，投资少，建厂周期短，设备简单。

缺点：电石成本高，催化剂HgCl2有毒，污染，不能大规模生产。该法应用有所缩减、

但随着石油价格的迅速上涨，电石的成本相对有些降低，电石乙炔法重新受到重视。 （2）联合法

联合法以1，2-二氯乙烯（EDC）裂解制取氯乙烯并副产氯化氢，然后以氯化氢与电石乙炔再合成氯乙烯，两种粗氯乙烯经精制得出聚合用的单体。 优点：利用已有的电石资源和乙炔合成装置，能够迅速提高生产能力。 缺点：仍需利用大量高价电石，仍存在汞毒，因此不能持久。 主要反应:

C2H2 + HCl C2H4 + Cl2

HgCl/C???? CH=CHCl

2

FeCl3????CHCl-CHCl

2

2

CH2Cl-CH2Cl

???CH=CHCl + HCl

2

?（3）乙烯氧氯法（平衡氧氯化法）

乙烯氧氯法以纯氧为原料，成本比较低，生产装置的伸缩性也较大，在发达国家以此法为主，主要反应：

C2H4 +Cl2

FeCl3????CHClCHCl

22CH2Cl-CH2Cl

???CH=CHCl + HCl

2

? 12

C2H4 +2HCl +

1O22CuCl2???? EDC +HO

2

另外，乙烷的氧氯化制取氯乙烯已有工业性试验，乙烷价格比较低，被认为有广阔的前景。

近来石油价格有所上涨，联合法和乙烯氧化法成本相对于电石乙炔法较高，

本厂生产规模不大，另外电石乙炔法工艺成熟，可利用本厂电解生产的氯化氢，综合各因素，本设计选用电石乙炔法。

二、电石乙炔法合成VC的反应原理及物化数据 （一）反应机理

电石原料生产氯乙烯的原理是在氯化汞催化剂存在下，将电石水解精制后的乙炔气与氯化氢加成直接合成氯乙烯:

C2H2?HCl?CH2?CHCl+124.7kJ/mol

上述反应实际上是非均相的，分五个步骤进行，其中表面反应为控制阶段： ① 外扩散 乙炔、氯化氢向炭的外表面扩散； ② 内扩散 乙炔、氯化氢通过炭的微孔向内表面扩散；

③ 表面反应 乙炔与氯化氢在氯化高汞活化中心反应生成氯乙烯； ④ 内扩散 氯乙烯通过炭的微孔向外表面扩散； ⑤ 外扩散 氯乙烯自炭外表面向气流扩散。

不少学者对该反应的动力学进行了研究，比较成熟的如下：

本反应的历程先是氯化氢被吸附于氯化汞催化剂的活化中心上，然后与气相中乙炔反应而生成吸附态氯乙烯，最后氯乙烯再脱附下来，即：

HCl?HgCl2?HgCl2?HCl

C2H2?HgCl2?HCl?HgCl2?C2H3Cl

HgCl2?C2H3Cl?HgCl2?C2H3Cl

其中第二步为速度控制步骤。在130～175℃范围内该反应动力学方程式为：

V?K?KH?PA?PH

1?KH?PH?KVCM?PVCM 13

??27.55?103??K?1.714?10exp?;??RT??14式中 KH?1.1018?10KVCM?20?39.60?103??exp???;RT??

?12.90?103???1.783?10exp??2.53;??RT???6V——乙炔转化反应速度，kg·mol(乙炔)/【kg(催化剂)·h】；

PA——乙炔分压，atm； PH——氯化氢分压，atm； PVCM——氯乙烯分压，atm；

T——温度，K；

R——气体常数，8.32kJ/（kg·mol·K） （二）物化数据

见计算过程。

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

不同温度下，氯乙烯合成反应的热力学平衡常数KP（表征反应的可能程度）如下： 温度/℃ KP 25 1.318×1015 150 4.677×108 100 5.623×1010 180 4.266×107 130 2.754×109 200 1.289×107 温度/℃ KP

由上表可见，在25～200℃范围内，KP均较大。即，在此温度范围内，都能得到较高平衡分压的氯乙烯产品。

不同温度下，该反应动力学常数K（表征反应的快慢程度）如下：

温度/℃ K

100 329.6 140 722.2 14

181 1421 218 2297 因此，提高反应温度，有利于加快氯乙烯合成反应，获得较高的转化率。但过高的温度易使氯化汞催化剂吸附的氯化高汞升华而随气流带走，降低氯化汞催化剂使用寿命。 在生产条件下，反应温度的提高使合成气中高沸物含量明显上升： 反应温度/℃ 135 150 0.183 175 0.267 187 0.321 193 0.391 高沸物含量/% 0.14 因此，在生产条件许可下，应尽可能将反应温度控制在100～180℃为好。 （二）主要设备形式的选择

气液传质设备的类型很多，特别是近年来发展尤快。按气液接触基本结构特点分类，其中有工业价值的大致可以分为三类：

（1）填料塔

填料塔属于微分接触逆流操作，塔内以填料作为气液接触的基本构件。填料又可分为通用型填料和精密填料两大类。拉西环，鲍尔环，矩鞍填料等属于通用型填料。圆网环，波纹网填料等属于精密填料。通用型填料效率较低，但适应性好。精密填料效率高，但尺寸也苛刻，在很多场合下其适应性就受到许多限制。 （2）板式塔

板式塔属于逐级接触逆流操作，塔内以塔板作为气液接触的基本构件。塔板又可分为有降液管和无降液管两种，在有降液管的塔板上气相与液相相互垂直，属于错流型。无降液管的塔板（穿流型）则属于逆流型。这两类里又包括了许多不同型式的板上气液接触部件，如筛孔，栅条，浮阀，泡罩，浮板等。

（3）特种接触塔型

此外，还有一些不属于填料式和塔板型的特种气液接触设备，例如并流喷射塔、文氏管、卧式管、喷雾塔等，在工业生产上较有用的是并流喷射塔。 表 板式塔和填料塔的性能比较[5.7]

塔型 项目 板式塔 填料塔 压力降一般比填料塔大 压力降小，较适于要求压压力降 力降小的场合 空塔气速（生产能力） 空塔气速小 空塔气速大 塔效率 塔径在?1400mm以下效效率稳定，大塔效率比小塔有所提高 率较高，塔径增大，效率会下降 对液体喷淋量有一定要适应范围较大 求 15

液气比

持液量 材质要求 安装维修 较大 一般金属材料制作 较容易 较小 可用非金属耐腐蚀材料 较困难 直径小于?800mm，一般比直径大时一般比填料塔造价 造价低 板式塔便宜，直径增大，造价显著增加 重量 较轻 重 所以经过对生产能力、塔效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价、安检等各项指标的比较，和本身计算塔径为?800mm，综合考虑我将选择板式塔作为精馏的主要设备。 四、工艺流程说明

电石乙炔法流程述

电石乙炔法生产PVC分为四个工段，即乙炔工段、合成工段、精馏工段、聚合工段。

（1）乙炔工段

粉碎为粒径25-50mm的电石小颗粒装入吊斗中，由吊车加入发生器的贮斗中，在加电石的同时向发生器连续加水，电石遇水反应生成粗乙炔气，送至清净岗位并保持气柜一定高度。来自发生器的粗乙炔气，经冷却后去水环泵加压，然后去清净，中和除去硫、磷、二氧化碳等杂质。经冷凝除去水分后，送下一合成工段。 （2）合成工段

精乙炔、氯化氢两种原料按1:1.05-1.1进行混合，经混合脱水系统脱水、

预热后，通过装有吸附的HgCl2的含活性炭触媒的列管式固定床催化合成粗氯乙烯单体。粗氯乙烯气体经净化、水洗、碱洗、机前冷却器、水分离器，由压缩机加压后送至精馏工段。 （3）精馏工段

来自合成工段压缩机的粗氯乙烯，经全凝器冷凝、水分离后进入低沸塔进行精馏，分离大部分杂质，低沸塔塔釜液体进入高沸塔进一步精馏塔顶得到较纯的氯乙烯单体，经成品冷凝器冷凝后进入单体储罐，然后进入聚合工段。从全凝器出来的未冷凝的气体进入尾气冷凝器回收氯乙烯，尾气经过吸收装置排空。 （4）聚合工段

16

将精氯乙烯单体在聚合釜中按一定的配方和操作条件,聚合为聚氯乙烯树脂。

五、生产控制表

自控流程设计是流程图设计中的一个重要环节，化工生产过程中，任何单元设备对流程设计都有一定的要求，且有一定的共性。在精馏工段典型的单元设备主要有低沸塔、高沸塔，下面介绍其自控流程部分。

（一）、低沸塔

由于低沸塔的塔底物料为主要产品，采用按提馏段指标控制方案，塔底设置一自控装置。但塔顶压力稳定是平稳操作的重要因素，因为塔顶压力的变化将引起塔内气相流量和塔板上气液平衡条件的变化，从而使操作条件改变，影响产品的质量。因此塔顶也需要一自控装置。

1、塔顶

低沸塔塔顶设有一压力仪表，在出口管道上设置一压力调节阀，将温度表的测温点与调节阀用线路连接，在线路中加入一压力记录控制仪表。同时在出口管道上设一装有旁路阀的并联管道，当自控失灵时可以进行手控调节，保证压力稳定。

当塔顶压力过低时，压力自动调节阀将自动将调节阀关小，使塔顶排气量降低，使压力自动回升至设定压力。

2、塔底

低沸塔塔釜设有一液位计指示塔釜中液位，同时再沸器也设有一液位指示控制仪表，仪表与再沸器热水进口的调节阀相连。

当低沸塔的再沸器中液位过低时，调节阀将自动调小开度，使进入再沸器的热水量减少，从而使液位复原；当再沸器中液位过高时，阀门开度将增大，使进入再沸器的热水量增加，使液位降低。 （二）、高沸塔

由于高沸塔塔顶物料为主要产品，采用按精馏段指标控制方案，塔顶设置一自控装置。为控制塔釜液位，塔底再沸器也设置一液位自控装置。 1、塔顶

高沸塔塔顶设有一温度仪表，在出口管道上设置一温度调节阀，将温度仪表的测温点与调节阀用线路连接，在线路中加入一温度指示控制仪表。同时在出口管道上设一装有截止阀的并联管道，以防止自控失灵时可以手控调节。双管齐下保证产品质量。

当塔顶温度过低时，温度自动调节阀将自动将调节阀关小，使塔顶气体流量降低，使温度自动回升至设定温度。 2、塔底

高沸塔塔釜设有一液位计指示釜中液位，同时塔釜再沸器设有一液位指示控制仪表，与再沸器热水进口的调节阀相连。在热水进口管道上设一装有旁路阀的并联管道，当自控失灵时可以进行手控调节，使再沸器中液位稳定。

当再沸器中液位过低时，调节阀将自动调小开度，使进入再沸器的热水量减少，从而使液位复原；当再沸器中液位过高时，阀门开度将增大，使进入再沸器的热水量增加，使液位降低。

17

第三章 物料衡算

1、根据设计要求，列表如下： 生产能力：30000T PVC/年 名称\\组分 分子量kg/kmol 流 量kg/h VC 62.5 4720 EDC 99 90 1.79 N2 28 120 2.39 4.99 C2H2 26 20 0.40 0.0090 H2O 18 80 1.59 0.0517 总计 5030 质量含量 w% 93.84 摩尔含量x 0.8788 0．0106 2、工艺流程图概况（方块图）： 水 油水分离器 尾气冷凝器 成品冷凝器 高沸塔 碱洗塔 气柜 机前冷凝压缩机

一 、气柜： 进料 碱洗塔 气柜 出料

冷凝水 （1）来自碱洗塔的物料流率

NVC?4720kg/h?75.52kmol/h

62.5kg/kmol低沸塔 全凝器 机后冷凝器 油水分离器 同理可以得：

18

kmo/lh NEDC?0.9091kmol/h NN2?4.286h NC2H2?0.7692kmol/h NH2O?4.444kmo/l（3）冷凝水的求取：（出料298.15K） 气柜内t=25°C ， 由[1] P332可查得此时

SpH?3167.89Pa 2O∴yH2OnH2O3167.89????0.02979

P5000?101325nH2O?nvc?nEDC?nN2?nC2H2SPH2O∴nH2O=2.502kmol/h

∴气柜内水损失量NH2O?4.444?2.502?1.942kmol/h （4）从而得到出料的摩尔流率

NVC?75.52kmol/h NEDC?0.9091kmol/h

NN2?4.286kmol/h NC2H2?0.769k2mo/lh NH2O?2.502kmo/lh

物料衡算表：

碱洗塔输入 组分 kgh 气柜输出 y% kgh w% 93.84 1.79 2.38 0.40 1.59 kmolh w% 94.49 1.80 2.40 0.40 kmolh y% 89.92 1.08 5.10 0.92 2.98 100 VC EDC N2 C2H2 H2O ∑ 4720 90 120 20 80 75.52 87.89 0.9091 4.286 0.7692 4.444 1.06 4.99 0.89 5.17 4720 90 120 20 75.52 0.9091 4.286 0.7692 2.502 83.9863 45.036 0.91 100 5030 100.00 85.93 100.00 4995.036 二、机前冷凝器物料衡算 (出料283.15K)

19

进料 气柜 进料即气柜出料

机前冷凝 出料

冷凝水 查查参考书[1] p：t出=10°C ， P SH2O?1227.96Pa

332由 yH2OnH2O1227.96????0.01166

P4000?101325nH2O?nvc?nEDC?nN2?nC2H2SPH2O3mo/lh 解得 NH2O?0.961kh 所以冷凝水的量为 ?NH2O?2.502?0.9613?1.541kmo/l

因此 从机前冷凝器的出料摩尔流率是：

NVC?75.52kmol/hNEDC?0.9091kmol/hNN2?4.286kmol/h

NC2H2?0.769k2mo/lh NH2O?0.961k3mo/lh

物料衡算表： 组分 Vc EDC N2 C2H2 H2O kgh 从气柜输入 w% 94.49 1.80 2.40 0.40 0.91 kmolh 机前冷凝器输出 y% 89.92 1.08 5.10 0.92 2.98 kgh w% 95.02 1.81 2.42 0.40 0.35 kmolh y% 91.60 1.10 5.20 0.93 1.17 4720 90 120 20 45.036 75.52 0.9091 4.286 0.7692 2.502 4720 90 120 20 17.3034 75.52 0.9091 4.286 0.7692 0.9613 ∑ 4995.036 100.00 83.9863 100.00 4967.3034 100.00 82.4456 100.00

20

三 . 压缩机

（一）一段压缩：（出料T=303.15K） 进料 机 前 冷 凝 压缩机一段 出料 器

进料即机前冷凝出料：

查参考书[1] p T=303.15K下

333水的饱和蒸汽压 P SH2O?4242.53Pa

此时根据水的饱和蒸汽压求出出料中水的最大含量 yH2OP S 4242.53?H2O??0.01688

P150000?101325nH2OnH2O?nvc?nEDC?nN2?nC2H2?0.01166＜0.01688

由于实际yH2O?所以 压缩一段中没有冷凝水出现

（二）二段压缩：（出料T=313.15K）

进料 压缩机一段 压缩机二段 出料

进料即压缩一段出料：

查参考书[1] p： T=313.15K下

333水的饱和蒸汽压： P SH2O?7375.75Pa

此时根据水的饱和蒸汽压求出出料中水的最大含量 yH2OP S 7375.75?H2O??0.01187

P520000?101325 由于理论计算的最大含量0.01187大于实际含量0.01166

所以 压缩二段中没有冷凝水出现

（三）压缩过程的跑、冒、滴、漏损失和扣除：

30000?9?NVC??0.6kmol/h

7200?62.5

由损失的原料组成与压缩机出料口物料组成相同：

21

故出料组成为：

NVC?75.52-0.6?74.92kmol/h

0.6?0.9091?0.9019kmol/h

75.520.6?4.286NN2?4.286??4.252kmol/h

75.520.6?0.7692NC2H2?0.7692??0.7631kmol/h

75.520.6?0.9613 NH2O?0.9613??0.9537kmol/h

75.52物料物料横算表:

NEDC?0.9091?组分 Vc EDC N2 C2H2 H2O kgh 从机前冷凝器输入 w% 95.02 1.81 2.42 0.40 0.35 kmolh 从压缩机后冷凝器输出 y% 91.60 1.10 5.20 0.93 1.17 kgh w% 95.02 1.81 2.42 0.40 0.35 kmolh y% 91.60 1.10 5.20 0.93 1.17 4720 90 120 20 17.3034 75.52 0.9091 4.286 0.7692 0.9613 4682.5 89.2881 119.056 19.8406 17.1666 74.92 0.9019 4.252 0.7631 0.9537 ∑ 4967.3034 100.00 82.4456 100.00 4927.8513 100.00 81.7907 100.00 四、全凝器

由压缩机进料

尾气冷凝器 全凝器 油水分离器 22

全凝器t出=13°C 出口压力P =0.51MPa（表压）=611.325KPa

Pi*为等温闪蒸过程，近似认为汽液平衡常数与组成无关。设为理想溶液,则Ki?

P查参考书[2] p查参考书[2] p查参考书[1] p2?372 得：P*VC?13?c??294.2KPa P*EDC?13?c??15.691KPa 得：P*C2H2?13?c??3530KPa 得：P*H2O?13?c??1497.28KPa

2?373332Pi*由Ki?可得各物料的Ki值，列于下表

P

组分 压缩机输入（kmol/h） Zi Ki VC 74.92 0.91600 0.4812 EDC 0.9019 0.01103 0.02567 N2 4.252 0.05199 _ C2H2 0.7631 0.00932 5.74 H2O 0.9537 0.01166 0.002449 进料含有不凝组分氮气： ?yi??i?1cKiZi?1.0

i?11?v(Ki?1)c① 设v=0.15

由上式求得各物质的气相含量如下：

yVC?0.4812?0.91600?0.47798

1?0.15?0.4812?1? 同理可得 yEDC?0.00033 yC2H2?0.03136 yH2O?0.00003

V F所以V=12.2686 L=69.5221

4.252 yN2??0.3468 512.2686 F=81.7907 v? 23

?yi?1?0.14345?0.0001 不符合要求，重设v

②故重设v=0.10445

yVC?0.46603 yEDC?0.00031 yC2H2?0.03591 yN2?0.49772 yH2O?0.00003

?y

i?1?0.00001?0.0001,v合适

由xi?Zi求出各物质的气、液相流率和液相组成，圆整后列于下表：

vKi?1?v物料衡算表 从压缩机输输入 组分 kgh 全凝器输出(液相) kgh 全凝器输出(气相) x﹪ kgh w% kmolh y% w% kmolh w% kmolh y% VC 4682.5 95.02 74.92 91.60 4433.75 97.41 70.94 96.85 248.75 66.15 3.98 46.59 EDC 89.2881 1.81 0.9019 1.10 89.0307 1.95 0.8993 1.23 0.2574 0.07 0.0026 0.03 N2 119.056 2.42 4.252 5.20 0 0 0 0 119.056 31.66 4.252 49.78 C2H2 19.8406 0.40 0.7631 0.93 11.8638 0.26 0.4563 0.62 7.9768 2.12 0.3068 3.59 H2O 17.1666 0.35 0.9537 1.17 17.1612 0.38 0.9534 1.30 0.0054 0.0014 0.0003 0.0035 ∑ 4927.8513 100.00 81.7907 100.00 4551.8057 100.000 73.249 100.000 376.0456 100.000 8.5417 100.000

五、全凝器、低沸塔和尾气冷凝器系统物料衡算

放空：VC含量12%（W%） 冷凝回流 尾气冷凝器

24 全凝器 油水分离器 低沸塔 高沸塔

出料

除去冷凝水含量80%（W%）

上面的系统按照清晰分割计算：

尾气中含有：VC :12%（W%） C2H2 N2 冷凝水的量：总水量的80%（W%）

低沸塔釜液出料：VC H2O EDC C2H2

（1）损失水的量 由 NH2O,失?0.9534?80%?0.76272kmol/h

所以 NH2O?0.19068kmol/h 设尾气出料中含有VC为NVC，C2H2 为NC2H2 列方程式

62.5?NVC?12%

4.252?28?62.5?NVC?26?NC2H226?(0.7631?NC2H2)26?(0.7631?NC2H2)?18?（0.9537-0.76272）?62.5?(74.92?NVC)?99?0.9019?0.0001%

解方程得：

9mo/lh NC2H2?0.762kNVC?0.3030kmol/h

（2） 所以从低沸塔系统的液相出料组成为：

h NVC?74.92?0.303?74.617kmo/l NEDC?0.9019kmol/h NN2?0

NC2H2?0.7631?0.7629?0.0002kmol/h h NH2O?0.1909k8mo/l

物料衡算表：

25

组分 VC EDC N2 C2H2 压缩机输入74.92 0.9019 4.252 0.7631 （kmol/h） 低沸系统气相输出0.303 0 4.252 0.7629 （kmol/h） 低沸系统液相输出74.617 0.9019 0 0.0002 （kmol/h）

六、高沸塔物料衡算 EDC 0.08%(W%)

高沸塔 低沸塔

VC 20%(W%)

高沸塔的工艺指标以及分离要求：

高沸塔顶EDC含量：0.08%（W%） 塔底VC含量： 20%（W%） 操作压力： 0.25MPa

釜加热水温度：t入=90OC（363.15K）

t出=75OC（348.15K）

按照清晰分割来计算高沸塔：

设塔顶出料中含有VC为NVC，EDC 为NEDC 列如下方程

62.5?(74.617?NVC)?20%

62.5?(74.617?NVC)?99?(0.9019?NEDC)?18?0.1909899?NEDC99?NEDC?0.08%

?62.5?NVC?0.0002?26H2O 0.9537 0 0.19098 26

解方程得：

5mo/lh NEDC?0.037kh NVC?74.261kmo/l即高沸塔塔顶出料组成为：

NVC?74.261kmol/h NEDC?0.00.0375kmol/h NC2H2?0.0002kmol/h

高沸塔底部出料组成为：

NVC?0.356kmol/h NEDC?0.8644kmol/h NH2O?0.19098kmol/h

高沸塔物料衡算表

进 料 X% (液相摩尔组成) 2.64? 10-4 98.56 塔 底 出 料 X% （液相 Kg/h 摩尔 组成） —— 22.50 0.0052 塔 顶 出 料 Y% (气相摩尔组成) 2.69?10?4 组成 Kg/h W% Kmol/h Kg/h W% Kmol/h W% Kmol/h 0.005C2H2 2 VC EDC H2O ∑ 1.093 0.000? 2 10-5 4663.74.6198.05 56 7 89.280.9011.877 1 9 3.4370.0720.1906 28 98 4756.75.71100 2838 08 七、产量核算

—— —— 17.71 —— 1.1860.000-42 ?10 19.0438 85.021.191 12 3.4370.252 6 107.5100 026 0.3047 0.85879.09 8 0.1903.198 98 1.354100 48 4644.375 4.26663.40 9 14.10 100 —— 4648.6471 99.91 74.31 99.94 0.0924 —— 100 0.0431 —— 74.3556 0.05796 —— 100 27

：

74.261?62.5?7200?0.85?32194.075TPVC/年

1000??1-0.15?0.90??1.02

第四章 热量衡算

选取0℃，液态物料为基准，对高沸塔进行热量衡算。 ?nDiHDi分 凝 器 Q移出 ?nFiHi 高沸 塔 Q损 ?Q釜加热 ?nWiHWi 对高沸塔作热量衡算得：

?nFiHFi??Q釜加热??nDiHDi??nWiHWi?Q移出?Q损

n Fi nVi n Di n Li — 进料、塔底上升蒸汽 塔顶出来气体、

塔底出来液体各组分的摩尔流量 ￣

H Fi HVi H Di H Li — 进料、塔底上升蒸汽 塔顶出来气体、

塔底出来液体各组分在所处条件下的摩尔焓值

Ｑ移出

—

塔顶冷凝器中由冷凝盐水转移的热量（近似＝回流液体的

冷凝潜热）

Ｑ损失 — 精馏塔的热损失， 取５～１０％塔底再沸气加入热量

一、进料、塔釜、塔顶温度的计算

28

查参考书[3] p 得：

163VC，C2H2 Antoine方程 ㏑P=A-B/（T+C） T:K； P:mmHg：

B (PiS的单位是毫米汞柱) T?C1637.141803.84SS lnP ?14.9601?lnp?16.3481?VCC2H2T?43.15T?19.773816.442697.29SS lnpH?18.3036?lnP?16.0842?EDC2OT?46.13T?45.03⑴. 进料温度的求取：

① 设T=20℃ （293.15K）

1803.84S lnPVC?14.9601?20?273.15?43.15101.325S解得 PVC?2309.393mmHg?2309.393??307.894KPa

760 lnPiS?A?∴KVC同理可得：

SPVC307.894???0.8764 P250?101.325S?183.6976mmHg?24.4910KPa KEDC?0.06971 PEDC PCS2H2?31558.11mmHg?4207.402KPa KC2H2?11.9758

S?17.3515mmHg?2.3133Pa KH2O?0.006585 PH2O?Kxii?14i?0.8764?0.98556?0.06971?0.01191?11.9758?2.642?10?6?0.006585?0.002523?0.8646

不符合设计要求

②故重设T=25℃(298.15K)

25℃时， 根据安托尼公式解得：

SPVC?354.686KPa KVC?1.0096

S?30.3575KPa KEDC?0.06971 PEDC PCS2H2?4685.185KPa KC2H2?13.3358

S?3.1431KPa KH2O?0.008946 PH2O 29

?Kxii?14i?1.0096?0.98556?0.08641?0.01191?13.3358?2.642?10?6?0.008964?0.002523?0.9961 不符合设计要求

③故重设T=25.50℃(298.3K)

T=25.50℃时， 根据安托尼公式解得：

SPVC?359.630KPa KVC?1.02364

S?31.002KPa KEDC?0.08824 PEDC PCS2H2?4.734.846KPa KC2H2?13.4771

S?0.42532KPa KH2O?0.001211 PH2O4?Kxii?1i?1.02364?0.98556?0.08824?0.01191?13.4771?2.642?10?6?0.001211?0.002523?1.00995不符合设计要求

④故重设T=25.14℃(298.25K) 根据安托尼公式解得：

SPVC?356.056KPa KVC?1.0135

S?30.5370KPa KEDC?0.08692 PEDC PCS2H2?4699.055KPa KC2H2?13.375

S?3.696KPa KH2O?0.009022 PH2O所以：

?Kxii?14i?1.0135?0.98556?0.08692?0.01191?13.375?2.642?10?6?0.009022?0.002523?0.99996符合设计要求

即取进料温度为25.14℃ ⑵塔釜泡点温度的求取：

① 设T=69.5℃ (342.65K) 根据安托尼公式解得：

SPVC?1014.627KPa KVC?2.888

S?149.358KPa KEDC?0.4251 PEDCS?30.504KPa KH2O?0.08682 PH2O 30

所以：

?y??Kxiii?13i?2.888?0.2522?0.4251?0.6125?0.08682?0.1353?1.0121

不符合设计要求

②故重设T=69.49℃(342.64K) T=69.49℃时

根据安托尼公式解得：

SPVC?1014.423KPa KVC?2.887

S?153.96KPa KEDC?0.4250 PEDCS?30.490KPa KH2O?0.08679 PH2O所以：

?Kxii?13i?2.887?0.2522?0.4250?0.6125?0.08679?0.1353?1.0016

不符合设计要求

③故重设T=69.48℃(342.63K)

T=69.48℃时， 根据安托尼公式解得：

SPVC?1014.219KPa KVC?2.887

S?149.268KPa KEDC?0.4249 PEDCS?30.436KPa KH2O?0.08663 PH2O所以：

?y??Kxiii?13i?2.887?0.2522?0.4249?0.6125?0.08663?0.1353?1.00007

?yi?1?1.00007?1?0.00007?0.0001

符合设计要求

即取塔釜泡点温度为69.48℃ ⑶塔顶露点温度的求取： ①设T=23℃(296.15K) 设T=23℃时

根据安托尼公式解得：

SPVC?335.396KPa KVC?0.9547

S?29.960KPa KEDC?0.08528 PEDC PCS2H2?4489.98KPa KC2H2?12.780

31

所以：?i?13yi?1.053 不符合设计要求 Ki

②故重设T=24.85℃(298K) T=24.85℃时

根据安托尼公式解得：

SPVC?353.212KPa KVC?1.00537

S?30.166KPa KEDC?0.08586 PEDC PCS2H2?4670.35KPa KC2H2?13.294 所以 ?i?13yi?1.00002 符合设计要求 Ki即取塔顶露点温度 T=24.85℃ 二、 全塔相对挥发度?m的求取 ： 塔顶 进料 塔釜 取EDC的相对挥发度为1

则： （1）塔顶相对挥发度 ?EDC?1 所以 ?VC?KVCKEDC?11.709 KVC KEDC KC2H2 KH2O 1.00537 1.0135 2.887 0.08586 0.08692 0.4249 13.294 13.375 29.984 0.008866 0.009022 0.08663 同理得： ?C2H2?154.83 ?H2O?0.1033 （2）进料相对挥发度 ?EDC?1

?VC?11.660 ?CH?153.88 ?HO?0.1038

222 （3）塔釜相对挥发度 ?EDC?1

?VC?6.795 ?CH?70.57 ?HO?0.2039

222 32

所以全塔的相对挥发度为

?EDC?1 ?VC?311.709?11.660?6.795?9.753

?CH?3154.83?153.88?70.57?118.91

22?HO?30.1038?0.1033?0.2039?0.1298

2

列表如下: 塔顶 进料 塔釜 平均值 ?VC 11.709 11.660 6.795 9.753 ?EDC 1 1 1 1 ?CH 22?HO 2154.83 153.88 70.57 118.91 0.1033 0.1038 0.2039 0.1298 三、 最小回流比的确定：

查参考书[4]

p72 得：

恩特伍特公式：

??i.(xi,D)m= Rm+1

?i????i.xi,F?1?q ?i?? 其中 α —组分i的相对挥发度

q — 进料的液相分率q =L/V 进料状态为饱和液相 q=1 Rm — 最小回流比

Xi，F — 进料混合物中组分i的摩尔分率

（Xi，D）m— 最小回流比下的馏出液中组分i的摩尔分率 θ — 方程的根。 对于c个组分的系统有c个根。取α

∵泡点进料，q=1. ∴?根据试差法求取??1.01084 将??1.01084 代入公式 ?得Rm?0.0615

四、 最小理论板数的求取：

?i(xi,D)m ?Rm?1

?i??LK＜θ

＜

α

HK 的一个

?ixiF?1?1?0 ?i?? 33

则由查参考书[4] p

102 由芬克斯方程

lg[(d)VC/()EDC]wwlg?VClg[(dd全塔理论板数 Nm?lg[(?74.2610.0375)VC/()EDC]0.3560.8644?3.727

lg9.753精馏段理论板数 Nm?d2610.0375)VC/()EDC]lg[(74，)VC/()EDC]ff0.3560.8644??1.235 lg?VClg11.660?11.709dlg[(提馏段理论板数 Nm?非清晰分割：

d2610.0375)VC/()EDC]lg[(74，)VC/()EDC]ff0.3560.8644??2.494 lg?VClg11.660?6.795 由上得全塔理论塔板数 Nm?3.727

dHK0.0375??0.050188 wHK0.8644

因为 fi?di?wi w?ifid1?(?ih)Nm()HKw

代入数据解得 wVC?74.6171?(9.753)3.727?0.050188?0.3047 dVC?74.3123

同理，可得 wEDC?0.8588 dEDC?0.0431

wC2H2?7.35?10?9 dC2H2?0.0002

wHO?0.19098 dHO?0

22结果列表如下 进 料 Y% X% (气相(液相摩尔摩尔组成) 组成) 塔 底 出 料 Y% X% (气相（液相 摩尔摩尔 组成) 组成） 塔 顶 出 料 Y%(气相摩尔组成) X% (气相摩尔组成) 组成 W% Kmol/h W% Kmol/h W% Kmol/h 34

1.093 2.640.0003.53? ? C2H2 —— -32 ?10 -5-410 10 74.61VC 98.05 99.89 98.56 17.71 7 0.9010.103EDC 1.887 1.191 79.09 9 5 0.0720.1900.002H2O 0.252 3.198 28 98 276 75.71∑ 100 100 100 100 08 五、高沸塔热量衡算：

取0℃液态物料为基准：

—— —— —— 1.1860.000-42 ?10 2.69? 10-4 2.023?10?5 0.30464．95 22.50 99.91 7 0.8580.09226.94 63.40 8 4 0.1901.221 14.10 —— 98 1.354100 100 100 48 74.31 99.94 99.40 0.0431 —— 74.3556 0.05796 —— 100 0.6751 —— 100 （一）已知进料温度25.14℃，则平均T均?273.15?298.29?285.72K

2查得到物料不同温度下的比热容，用内差法求取T均?285.72K时的比热容： 查参考书[5]

查参考书[2]

查参考书[2]

查参考书[1]

p437得 CPVC?21.698cal/mol?K?88.705KJ/Kmol?K 得 CPEDC?17.461cal/mol?K?73.106KJ/Kmol?K

ppp2?2842?283得 CPC2H2?10.161cal/mol?K?42.542KJ/mol?K

331得 CPH2O?4.189KJ/kg?K?75.401KJ/Kmol?K

298.29设计过程，物料从0℃上升到25.14℃时，吸收的热量(即进料焓)：

HFVC??289.29273.15289.29CPVCdT??273.1588.705dT?2230.04KJ/Kmol 73.106dT?1837.88KJ/Kmol 42.542dT?1069.51KJ/Kmol

HFEDC??22273.15CPEDCdT??22298.29273.15HFCH??HFHO??2298.29273.15CPCHdT??CPHOdT??2298.29273.15298.29298.29273.15273.1575.401dT?1895.58KJ/Kmol

?(nFiHFi)?74.617?2230.04?0.9019?1837.88?0.0002?1069.51?0.19098?1895.58 ?168418.99KJ/h(二)已知釜液温度69.48℃，则T均?

273.15?342.63235

?307.89K

查得到物料不同温度下的比热容，用内差法求取T均?307.89K?34.74?C?时的比热容：

查参考书[5] 查参考书[2] 查参考书[2] 查参考书[1]

p437得 CPVC?22.321cal/mol?K?93.454KJ/Kmol?K 得 CPEDC?17.86cal/mol?K?74.769KJ/Kmol?K 得 CPC2H2?10.36Kcal/mol?K?43.367KJ/Kmo?lK

ppp2?2842?283331得 CPH2O?4.174KJ/kg?K?75.132KJ/Kmo?lK

设计过程，物料从0℃上升到69.48℃时，吸收的热量（即釜液出料焓）：

HWVC??342.63273.15CPVCdT?6493.18KJ/Kmol CPEDCdT?5194.95KJ/Kmol CPCHdT?3013.14KJ/Kmol

22HWEDC??22342.63273.15HWCH??HWHO??2342.63273.15342,63273.15CPHOdT?5220.17KJ/Kmol

2?(nWiHWi)?0.3047?6493.18?0.8588?5194.95?0.19098?5220.17 ?7436.84KJ/h（三）已知塔顶出料温度为24.85℃ 查参考书[3] p得：

163理想气体热容方程式

CP?A?BT?CT2?DT3(cal/mol?K)

0 查参考书[3] p得到物性参数和相应温度下的汽化潜热列表如下：

168组成 A B C -3.669×10-5 -1.196×10-6 -4.896×10-5 D 1.14×10-8 3.373×10-9 1.505×10-8 ?Hi(cal/mol,273.15K)4.823×10-2 1.81C2H2 6.406 ×10-2 6.439EDC 2.979 ×10-2 VC 1.421 4781 2516 7563 查得

?Hi(cal/mol,298K) 4479.9 1582.4 7271.3 注：?Hi(cal/mol)由【5】P283 P395P437内插

36

设计过程，物料从0℃上升到24.85℃时，吸收的热量（即塔顶出料焓）：

HDVC??HVC????HVC??298273.15298273.150CPdTVC(1.421?4.823?10?2T?3.669?10?5T2?1.14?10?8T3)dT

?4781?309.785?5090.785cal/mol?21314.099KJ/Kmol同理得：

HDEDC??HEDC??22298273.150CPdT?8100.2755cal/mol?33914.23KJ/Kmol EDCHDCH??HC2H2??298273.150CPdT?2803.17cal/mol?11736.30KJ/Kmol GH22?(nDiHDi)?74.3123?21314.099?0.0431?33914.23?0.0002?11736.30 ?1585363.77KJ/h(四)求Q移出

已知塔顶温度为24.85℃.

根据已经求出的最小回流比Rm=0.0615，得回流比：

R?7.8?Rm?7.8?0.0615?0.479

Q移出???HiDR?(4479.9?74.3123?1582.4?0.0002?7271.3?0.0431)?0.479?159614.96Kcal/h?668275.91KJ/h

（五）Q损失?Q釜加热?8% （六）Q釜加热

由热量公式 ?nFiHFi??Q釜加热??nDiHDi??nWiHWi?Q移出?Q损 将所得数据带入得：

168418.99?Q釜加热?1585363.77?7436.84?668275.91?Q釜加热?8%

得出：Q釜加热?2274627.7KJ/h 釜加热水温度t1?90?c t2?90?752?82.5

查得82.5?c时CPH2O?4.19825KJ/kg?K?75.5685KJ/Kmol?K得

nH2O?Q釜加热CPHO?T2?2274627.7?2006.7Kmol/h

75.5685?15 37

第五章 高沸塔设计的基础数据

一、操作温度：

T塔顶?T进料24.85?25.14 T精???24.9950C?298.145K

22T塔底?T进料69.48?25.14T提???47.310C?320.46K

22二、操作压力：

P=0.25MPa(表压)=250+101.325=351.325Kpa=0.351325Mpa 三、气液相组成： 进 料 Y% X% (气相(液相摩尔摩尔组成) 组成) 塔 底 出 料 Y% X% (气相（液相 摩尔摩尔 组成) 组成） —— 塔 顶 出 料 Y%(气相摩尔组成) 2.69? 10-4 X% (气相摩尔组成) 2.023?10?5 组成 W% Kmol/h W% Kmol/h W% Kmol/h 1.093 2.640.0003.53? ? C2H2 —— —— —— -32 ?10 -5-410 10 74.610.304VC 98.05 99.89 98.56 17.71 64．95 7 7 0.9010.1030.858EDC 1.887 1.191 79.09 26.94 9 5 8 0.0720.1900.0020.190H2O 0.252 3.198 1.221 28 98 276 98 75.711.354∑ 100 100 100 100 100 08 48 四、密度的计算：

（一）液体密度?L的求取： 1.精馏段： T=24.975℃ 查参考书[2] 查参考书[5] 查参考书[5] 查参考书[1]

1.1860.000-42 ?10 22.50 99.91 74.31 99.94 99.40 63.40 14.10 100 0.0924 —— 100 0.0431 —— 74.3556 0.05796 —— 100 0.6751 —— 100 pppp283得： ?C2H2?0.3784g/cm3 得: ?VC?0.9032g/cm3 得： ?EDC?1.1675g/cm3 得： ?H2O?0.99695g/cm3

437395331根据上面的表格数据 ： 得出精馏段平均质量分数：

38

xC2H21.093?10?6?1.119?10?60.9805?0.9991??1.106?10?6 xVC??0.9898

220.000924?0.018770.0007228?0.009847 xH2O??0.0003614

22?xB??xNxEDC?1?L1?xA?A?B?N

1.106?10?60.98980.0098470.0003614???? ?L0.37840.90321.16750.99695解方程得： ?L?905.2kg/m3

2.提馏段：T=47.31℃ 查参考书[2] 查参考书[5] 查参考书[5] 查参考书[1]

pppp2833） ?C2H2?0.1208g/cm（由表中数据外推得到

437 ?VC?0.8616g/cm3

395?EDC?1.133g/cm3 ?H2O?0.9892g/cm3

331根据上面的表格数据 ：

得出提馏段平均质量分数：

xC2H21.093?10?60.9805?0.1771??5.465?10?7 xVC??0.5788

220.0007228?0.031980.01877?0.7909?0.01635 ?0.4048 xH2O?22xBxNxEDC?

1?L1?xA?A??B???N

?L5.465?10?70.57880.40480.01635????

0.37860.86161.1330.9892解方程得： ?L?956.4kg/m3 （二）、气相密度?g的求取：

1.精馏段 同质量分数一样，气相摩尔分数取平均值：

39

yC2H2?1.8995?10?5 yVC?0.99915

yEDC?0.0008073 yH2O?1.138?10?5 MV??Miyi?1.8995?10?5?26?0.99915?62.5?0.0008073?99?1.138?10?5?18 ?62.527g/mol由公式?g?PMV351325?62.527??8.8617kg/m3 RT8.314??24.995?273.15?2.提馏段 同质量分数一样，气相摩尔分数取平均值： yC2H2?1.765?10?5 yVC?0.8242

yEDC?0.13522 yH2O?0.0061664

MV??Miyi?1.765?10?5?26?0.8242?62.5?0.13522?99?0.0061664?18 ?65.0098g/mol由公式?g?PMV351325?65.0098??8.5719kg/m3 RT8.3145??273.15?47.31?五、表面张力的计算：

（一）精馏段表面张力计算： 首先求精馏段的液相摩尔分数：

xC2H2?1.421?10?6 xVC?0.9898 xEDC?0.0093305 xH2O?0.00126 查不同温度下的各物料的表面张力，用内差法求取 T=24.995℃时物料的表面张力： 查参考书 [5] 查参考书 [5] 查参考书 [5] 查参考书 [1]

?3p ?CH?1.061?10N/m

28322?3p ，?VC?15.54?10N/m

437?3p ，?EDC?24.11?10N/m

395p331 ，?H2O?71.90?10?3N/m

?m??xi?i?（1.421?10?6?1.061?0.9898?15.54?0.0093305?24.11?0.00126?71.90）?10?3?15.61?10?3N/m（二）提馏段表面张力计算： 首先求提馏段的液相摩尔分数： xC2H2?1.32?10?6

xVC?0.6053

xEDC?0.322955

40

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