Process design of vinyl chloride with annal output of
200kt
Abstract:Vinyl chloride is an important organic chemical raw materials in chemical industry, its market supply and demand quantity will become more and more large and the position of Vinyl chloride will be rise in chemical production. Due to the production of vinyl chloride is developing very fast in the world, the production and consumption demand are growing rapidly; With the continuous development of PVC industry in China, our country's vinyl chloride consumption also increased. This design mainly analyze the vinyl chloride?s physical properties, use and production, and consumption status at process .According to the requirement of design task,making sure the production process and calculating the production, separation and purification of vinyl chloride. Considering the comprehensive factors such as physical properties, operating conditions and so on,we calculate the tower equipment?s structure, design, select type, and calculate the design of auxiliary equipment.Finally making the ideal design scheme from my side which can output 200 kt of vinyl chloride every year
Key words: Addition;Vinyl chloride;Poly vinyl Chloride;Distillation column;Calculate
引 言
本设计是根据设计任务的要求，对年产二十万吨氯乙烯的工艺初步设计，广泛收集了聚氯乙烯（(Polyvinyl Chloride，简称PVC）、氯乙烯（vinyl Chloride;简称VC）工艺化工设计的相关资料作为设计依据。对PVC的性质和国内外发展状况进行了介绍，并着重对VC工艺发展状况、工艺选择、性质、工艺流程及合成原理，相关的物料性质、物料衡算、设备选型、管道设计作了较为详细的阐述，以理论设计为主，参考了大量资料和书籍，力求接近实际、切合实际。
第一章 绪 论
1.1 聚氯乙烯
1.1.1 聚氯乙烯性质和分类
聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，简称PVC)树脂是由氯乙烯单体(Vinyl Chloride，简称VC)聚合而成的热塑性高聚物，工业生产主要采用悬浮法、乳液法、本体法和溶液法以及衍生发展的微悬浮法等方法而实现聚合。其外观为一种白色的无定形粉末，密度1.35～1.45gcm3，表观密度0.45～0.65gcm3。生产方法不同得到的树脂颗粒大小不同，一般悬浮法PVC树脂颗粒大小为60～150um，本体法PVC树脂颗粒大小为30～80um，乳液法PVC树脂颗粒大小为1～50um，微悬浮法PVC树脂颗粒大小为20～80um。PVC分子结构式为-(CH2CHCl)n-，其中n表示平均聚合度。
目前，商品化的PVC树脂的平均相对分子质量范围在1．9×105～5．0×106之间。PVC树脂与聚乙烯(PE)树脂相比，由于碳氢链中引入了氯元素，其物理性能具有特点，氯元素的引入导致聚氯乙烯具有难燃性，在火焰上可以燃烧，同时放出HCl、CO和苯等物质，离火即自熄。在常温下耐磨性超过硫化橡胶，抗化学腐蚀性、抗渗透性、综合机械性能、电绝缘性、隔热性等较优异。其缺点是热稳定性和抗冲击性能较差。在受热和在光线照射下，易释放HCl，PVC分类表现出较差的热稳定性，一般在80℃开始软化，于100℃以上时开始分解，颜色逐步变黑。纯硬制PVC的缺口冲击强度只有3～5kJm2，属于硬脆材料，特别是低温韧性差，降低温度时迅速变硬变脆，受冲击时极易脆裂；而软质PVC的增塑剂迁移性大，造成污染并使PVC塑料性能下降。聚氯乙烯(PVC)树脂品种近年来有很大发展，目前有一百多种。通用型悬浮法聚氯乙烯树脂一般按照分子量大小来划分型号，工业生产中采用控制不同的聚合反应温度得到不同的树脂型号。
我国通用型悬浮法树脂划分为SGl～SG8共8个型号，其聚合度在800～1600之间。在专用型树脂方面国内自行研究开发了低聚合度PVC(聚合度在400左右)、高聚合度PVC(聚合度为2500、4000、6000等)、糊用掺混PVC、交联PVC、共聚PVC树脂、食品级和医用级PVC树脂、蓄电池隔板和PVC热塑性弹性体等品种。氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂和纳米聚氯乙烯等暂时在国内还没有形成生产能力。高性能化和替代某些工程塑料的PVC树脂成为PVC品种发展的新方向。PVC应用广泛，其制品种类繁多。 1.1.2 聚氯乙烯的用途
由于其性能价格比优越，聚氯乙烯树脂广泛应用于国民经济各个领域。以PVC树脂
[1]
为基料和增塑剂、填料、稳定剂、着色剂、改性剂等多种助剂混合后经塑化、成型加工而成的聚氯乙烯塑料应用相当广泛。通用型悬浮法聚氯乙烯树脂可以加工成软制品和硬制品。日常生活中常见的电缆外皮、防水卷材、农用膜、密封材料等一般由SG2和SG3树脂和30％～70％增塑剂加工而成，属于软制品，主要通过吹塑、压延、模塑、滚塑等加工方法实现。塑钢门窗，上下水管，硬制板材，管件等一般由SG5型以上树脂和含有0～6％的增塑剂加工而成，称为硬制品，采用压延、挤出、注塑成型工艺。乳液法PVC主要采用浸渍法、涂刮法生产工艺制造人造革、壁纸等。本体法聚氯乙烯树脂的应用领域与悬浮法PVC基本相同，由于生产过程不含有分散剂，制作透明片材的优点较为突出。国外PVC一般以硬制品为主，所占比例达到60％以上，多年来我国一直以软制品为主，经过近几年的发展，硬制品的应用比例逐年提高，也逐步向以硬制品为主的方向发展。近年来世界和中国聚氯乙烯树脂消耗比例分别见表1.1和表1.2。
表1.1近年来世界聚氯乙烯树脂消耗比例
品 种
PVC
硬 制 品
管材 护墙板 薄膜和片材 吹塑制品 其他 合计
表1.2近年来中国聚氯乙烯树脂消耗比例
品 种
PVC 硬 制 品
管材 护墙板 薄膜和片材 吹塑制品 其他 合计
比例% 14 18 15 5 5 57
品 种 PVC 软 制 品
薄膜片材 地板地砖 合成皮革 电线电缆 其他 合计
比例%
11 8 7 4 13 43
比例% 33 8 8 5 6 60
品 种 PVC 软 制 品
薄膜片材 地板地砖 合成皮革 电线电缆 其他 合计
比例%
13 3 3 8 13 40
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS统称为五大通用合成树脂，广泛应用于工业、农业、建筑业、国防事业、人们的衣食住行等国计民生各个领域。聚氯乙烯作为大宗合成树脂，应用领域最宽，市场广阔。在一些发达国家，聚氯乙烯硬制品占70％，软制品涂料和黏合剂占30％；按应用领域划分，建材类占65％，包装类占8％，电子电器占7％，家具装饰占5％，一般消费占4％，其他占11％。特别是PVC在加工过程中可以添加较多的其他改性助剂、大量廉价的填料，在合适的性能下可以更低的成本制造适用产品，
所以PVC比其他通用树脂及塑料制品的价格便宜，性能价格比优越，经济效益好，尤其是在建筑领域的角色地位是其他材料所不能取代的。 1.1.3聚氯乙烯工业与乙烯工业的关系
乙烯是化工行业最基本的化工原料，乙烯的生产能力是衡量一个国家的经济实力的具体指标。20世纪60年代以前化工原料，世界各国均采用电石乙炔法制氯乙烯单体，随着电价的不断攀升，而使用石油裂解生产出的乙烯的价格只是电石法制乙炔的一半(石油价格2～3美金桶)，于是世界各国开始原料路线的转变，淘汰高耗能污染大的电石乙炔法。美国于1969年基本完成了原料路线的转变，日本在1971年绝大部分装置采用乙烯原料路线，其他国家的聚氯乙烯厂也在很短的时间内，于20世纪70年代完成单体原料路线的转变。
1.2 氯乙烯VC
1.2．1氯乙烯在国民经济中的地位和作用
氯乙烯又名乙烯基氯，是一种应用于高分子化工的重要的单体，为无色、易液化气体，是塑料工业的重要生产原料，是生产聚氯乙烯塑料的单体；或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维，也用作化学中间体或溶剂。氯乙烯易液化，这一性质在氯乙烯精制中有着重要的工业意义。除此之外，氯乙烯易溶解于丙酮、乙醇和烃类，微溶于水，它易燃，与空气混合爆炸的极限是4%～22%，它对人体有麻醉的作用，对肝脏有影响，可使人中毒，人对氯乙烯的嗅觉感知的质量浓度为2.4g3m，长期的接触会使人引起消化系统、皮肤组织、神经系统等多种症状。
氯乙烯分子含有不饱和双键和不对称的氯原子，因而很容易发生均聚反应；也能与其他的单体发生共聚反应，还能与多种无机或有机化合物进行合成、加成、取代及缩合等化学反应。
氯乙烯的主要应用是在工业上进行均聚反应或共聚的以上生产高聚物。目前世界上用于制造聚氯乙烯树脂的上网氯乙烯单体量约占氯乙烯总产量的96%，而美国则达98%。氯乙烯的聚合物广泛用于工业、农业、建筑及人们的日常生活中，例如；硬的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、排气及排放腐蚀性的流体等用管道、管件以及农业灌溉系统、电线电缆等管道等，其总量约占氯乙烯的消耗量的30%多，目前世界上塑料销量的20%以上用于建筑，而建筑上的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，而且可以将图案制成表面有