湖南科技大学本科生毕业设计（论文）
属强酸，可使蛋白质凝固造成凝固性坏死，严重时可引起受损器官穿孔，斑痕形成，狭窄及畸形。 规格[2]： 纯度≥93% 水分≤0.06% ⑶ 氯乙烯：
分子式：CH2＝CHCl 分子量：62.50 性质：
沸点：-13.9℃ 熔点：-160.0℃
蒸汽相对密度：2.15(空气为1) 液体相对密度：0.9121（20℃) 爆炸极限：在空气中3.6～26.4%(体积)
氯乙烯在常温常压下为易燃、无色的气体，具有类似醚一般气味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。
规格[3]：
主要质量要求(均为重量百分数) 氯乙烯 ≥ 99.99% 乙炔 ≤ 0.8ppm 乙烯 ≤ 2ppm 氯甲烷 ≤ 50ppm 丁二烯 ≤ 6ppm 铁 ≤ 0.5 ppm HCl ≤ 0.5ppm 水 ≤ 80ppm 重组分≤ 50ppm
2 工艺计算
2.1 物料衡算
假设各化工单元操作连续进行，采用倒推法，根据转化率或损失率计算出原料投料，然后再按照操作顺序对各单元操作进行物料衡算。 2.1.1 计算依据： ⑴ 计算标准
生产能力：年产5万吨的聚氯乙烯 年工作日：以300天计算
日产量：5×104×103/300=1.667×105 kg 小时产量：1.667×105/24=6944.4 kg
∵聚合物一般进行到转化率为85%～90%[2]，再加上在洗涤树脂、包装工段的损失，这里取转化率为85%。
nH2CCHClHCH2CCln
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x·85% 6944.4 kg x=6944.4/85%=8169.9 kg
∴每小时要合成氯乙烯8169.9 kg ⑵ 化学反应式 主反应：
CHCH+HClHgCl2CH2CHCl
副反应：
H2CCHCl+HClCHCl2CH3
CHCH+H2OHgCl2CHHg3CHO2Cl2
CHCH+HgCl2HgCl2HCClCHHgCl
ClCHCHHgCl+HgCl2CHClCH2+HgCl2
⑶ 倒推法计算
精馏：（氯乙烯的收率：99.5%）8169.9/99.5%=8211.0 kg=8211.0/62.5kmol=131.376kmol 转化器：（乙炔转化率：95%）131.376/95%=138.291kmol ∴进气中CH≡CH需138.291kmol（3595.566kg） 2.1.2 计算： ⑴ 混合器的物料衡算 乙炔 混合器 CH≡CH 氯化氢 HCl O2 H2O 图4 混合器的物料衡算方框图 计算依据：
CH≡CH和HCl的摩尔比为：1：1.05～1.1[1]。 本设计选取：n CH≡CH：nHCl=1:1.08 ⅰ 进料气组成
表4 进料气组成
进料气 组分 含量/% CH≡CH
99.9
乙炔气
H2O 0.1 HCl
99.95 氯化氢
H2O 0.01 O2
0.04
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∴进料气需乙炔气：138.291/99.9%=138.429kmol 进料气需氯化氢：138.429×1.08/99.95%=149.429kmol ∴CH≡CH：1.38291kmol（3595.566kg）
HCl：138.291×1.08=149.354kmol（5451.421kg） O2：149.429×0.04%=0.0598kmol（1.9136kg）
H2O：1.38.429×0.1%+149.429×0.01%=0.1534kmol（2.7612kg） ⅱ 出料：
依据：水分以酸雾的形式进入下一层，有微量水分以浓盐酸形式流出，这里计算时忽略流出的浓盐酸的量[3]。
CH≡CH：138.291 kmol（3595.566kg）
HCl：138.291×1.08=149.354 kmol（5451.421kg） O2：149.429×0.04%=0.0598 kmol（1.9136kg）
H2O：1.38.429×0.1%+149.429×0.01%=0.1534 kmol（2.7612kg） ⅲ 混合器物料衡算表
表5 混合器物料衡算表
进料 CH≡CH HCl O2 H2O Σ
质量/kg 3595.566 5451.421 1.9136 2.7612 9051.6618
W/%
出料
质量/kg 3595.566 5451.421 1.9136 2.7612 9051.6618
W/% 39.723 60.226 0.021 0.031 100.0
39.723 CH≡CH 60.226 0.021 0.031 100.0
HCl O2 H2O Σ
⑵ 石墨冷却器
混合气 石墨冷却器 CH≡CH HCl O2 H2O 盐酸 图5 石墨冷却器物料衡算方框图
根据：在石墨冷却器中，用-35℃盐水（尾气冷凝器下水）间接冷却，混合气中水分一部分则以40%盐酸的形式排出，部分则夹带与气流中。[10] 设混合器中水分以40%盐酸排出的量占水总量的30%。
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ⅰ 进料：
CH≡CH：138.291 kmol，3595.566 kg HCl：149.354 kmol，5451.421 kg O2：0.0598 kmol，1.9136 kg H2O：0.1534 kmol，2.7612 kg ⅱ 出料：
CH≡CH：138.291 kmol，3595.566 kg O2：0.0598 kmol，1.9136 kg H2O ：
0.1534??1?30%? ?0.1074kmol
?1.9332kg∵
mHCl?100%?40%
mHCl?m水∴mHCl?HCl：
0.4m水 0.60.4??2.7612?1.9332?0.6
(5451.421?1.9332)??5450.869kg?148.802kmol盐酸：
?2.7612?1.9332??0.4??2.7612?1.9332??1.38kg
0.6ⅲ 石墨冷却器物料衡算表
表6 石墨冷却器物料衡算表
进料 CH≡CH HCl O2 H2O Σ
质量/kg 3595.566 5451.421 1.9136 2.7612 9051.6618
W/%
出料
质量/kg 3595.566 5450.869 1.9332 1.9136 1.38 9051.6618
W/% 39.723 60.220 0.021 0.021 0.015 100.0
39.723 CH≡CH 60.226 0.021 0.031 100.0
HCl O2 H2O 盐酸 Σ
⑶ 多筒过滤器
根据在多筒过滤器中，采用3～5%憎水性有机硅树脂的5～10um细玻璃纤维，可将大部分酸雾
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分离下来，以盐酸的形式排出。[3]
设：盐酸为38%，除水量为80% 进料：
CH≡CH： 3595.566 kg HCl： 5450.869 kg H2O： 1.9136 kg O2： 1.9136 kg 出料：
CH≡CH： 3595.566 kg O2： 1.9136 kg
H2O： 1.9332×（1-80%）=0.38664 kg ∵
mHClm?m?100%?38%
HCl水∴m0.38HCl?0.62m水 HCl：
5450.869?0.380.62?1.9332?0.3866??5449.951kg 盐酸：
1.9332?80%?0.380.62?1.9332?0.3866??2.465kg 多筒过滤器物料衡算表
表7 多筒过滤器物料衡算表
进料 质量/kg W/% 出料 质量/kg W/% CH≡CH 3595.566 39.723 CH≡CH 3595.566 39.729 HCl 5450.869 60.220 HCl 5449.951 60.219 O2 1.9332 0.021 O2 1.9136 0.021 H2O 1.9136 0.021 H2O 0.3866 0.004 盐酸 2.465 0.027 Σ
9050.2818
100.0
Σ
9050.2818
100.0
⑷ 石墨预热器
表8 石墨预热器物料衡算表
出料/出料 质量/kg W/% CH≡CH 3595.566 39.740 HCl
5449.951
60.235
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