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1、年产7.5万吨氯乙烯固定床反应器设计课程设计摘 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
2、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
3、应器AbstractThe 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 requir
4、ements，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.
5、 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 a
6、cetylene 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 catalys
7、t 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
8、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 f
9、ixed 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
10、satisfied with a standard, this design achieves the design requirements. Key words:vinyl chloride;vinyl chloride; fixed bed reactorII目 录摘 要IAbstractII第1章 概述 1第2章 氯乙烯的生产工艺22.1 乙炔法22.1 乙烯氧氯化法22.3 乙烯直接氯化法22.4 乙烯氯化裂解法32.5 乙烯氯化平衡法42.6 混合烯炔法42.7 乙烷氧氯化法5第3章 反应器型式及设计方案的确定63.1 反应器型式的确定63.2 催化剂的确定83.3 温度对反应的影
11、响83.4 压力对反应的影响83.5 空速对反应的影响93.6 设计方案的确定9第4章 物料衡算与热量衡算 104.1 反应原理104.2 反应的设计条件104.3 反应的物料衡算114.4 反应器的热量衡算144.4.1 前台反应器的热量衡算154.4.2 后台反应器的热量衡算17第5章 反应器的设计 195.1 反应原理195.2 确定反应器的基本尺寸及根数205.3 实际状况215.4 床层压力降的计算225.5 传热面积的核算255.5.1 床层对壁面的给热系数255.5.2 总传热系数的计算295.5.3 传热面积核算295.6 数据总结32第6章 设计总结33参考文献34致 谢35
12、附 录36第1章 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单体，可由乙烯或乙炔制得1。氯乙烯在常温、常压下是一种无色带有芳香气味的气体，微溶于水，分子式为CH2CHCl，结构式为CH2=CHC1相对分子质量为62.5，凝固点为-159.7 ，临界温度为142 ，临界压力为5.22 MPa，沸点为-13.9 。虽然它的沸点为-13.9 ，但稍加压就可液化。而氯乙烯液体同一般液体一样，温度越高，密度越小。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422（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
13、添加少量阻聚剂2。 氯乙烯是聚氯乙烯（PVC）的单体，也是生产聚氯乙烯的主要原料。在世界上氯乙烯是与乙烯和氢氧化钠并列的最重要的化工产品之一，主要用途是用来合成聚氯乙烯。聚氯乙烯是最古老的塑料品种之一，其能大量生产，价廉易得，用途十分广泛。其制品可分为聚氯乙烯糊、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯三大类3。聚氯乙烯糊约占聚氯乙烯制品的10%主要产品有搪塑制品等。硬聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的65%以上，它可以代替金属制成电气零件、管接头等注塑件和挤出吹型的瓶类产品以及管材、异型材、片材等挤出产品。软聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的25%，主要用于雨披、包装材料、薄膜、压延片、标签、手袋、医用制品等。随着聚氯乙烯消
14、费量的增长，市场上对氯乙烯的需求必然有所增长。因而氯乙烯的发展情况对国家经济的增长至关重要。我国五十年代开始研究和生产氯乙烯，到目前为止，我国生产氯乙烯的生产厂家有几十余家，但是我国现有装置的总生产能力仍然不能满足快速增长的市场需要4。因此以氯乙烯为原料的产品在市场上前景广阔，生产氯乙烯相关产品可以获得可观的经济收益。 根据原料的不同，氯乙烯的生产方法主要分为乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烯直接氯化法、乙烯氯化裂解法、乙烯氯化平衡法、混合烯炔法、乙烷氧氯化法等，我国目前普遍采用的是乙炔法(电石法)和乙烯法5两种。 第2章 氯乙烯的生产工艺2.1 乙炔法乙炔法即采用乙炔和氯化氢在催化剂作用下生产氯乙烯
15、的方法。有液相法和气相法两种。液相法不需要高温，但乙炔转化率低，产品分离困难，因此多采用气相法。化学反应式为： (2.1.1) 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。 在乙炔发生器中，电石与水反应产生乙炔，经精制并与氯化氢混合、干燥后进入列管式反应器。管内装有以活性炭为载体的HgCl2（含量一般为载体质量的10%）催化剂。反应在常压下进行，管外用加压循环热水（97105 ）冷却，以除去反应热，并使床层温度控制在180200 。乙炔转化率达99%，氯乙烯收率在95%以上。副产物是1,1-二氯乙烷（约1%），也有少量乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。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。2.2 乙烯氧氯化法乙炔氧氯化法即在触媒存在下，将氯化氢的氯化和烃的氯化一步进行的方法。此法以乙烯为原料，经氧氯化生成二氯乙烷（EDC），然后裂解生成氯乙烯，反应方程式如下： (2.2.1)
