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1、毕业设计（论文）（化工系）题 目电石乙炔法生产氯乙烯专 业1班 级姓名学号指导教师完成日期目录摘要1前言2第一章氯乙烯概述41.1化学品名称41.2成分组成信息41.3危险性概述4第二章氯乙烯生产方法52.1乙炔氧氯化法生产氯乙烯52.2电石乙炔法生产氯乙烯7第三章乙炔气的制备83.1乙炔性质83.2生产方法93.3影响因素10第四章制备氯化氢124.1制备方法124.2盐酸脱吸法生产氯化氢134.3副产盐酸脱吸法生产氯化氢14第五章主要设备165.1合成部分设备165.2列管式石墨换热器175.3吸收部分设备18第六章氯乙烯制备216.1工艺流程216.1.1 混合脱水和合成系统216.1.
2、2净化和压缩系统226.1.3精馏系统236.2反应原理246.2.1混合脱水的目的246.2.2混合脱水的原理246.2.3影响脱水效果的因素256.2.4氯乙烯的合成25第七章经济核算和物料衡算287.1经济核算287.1.1技术指标的核算297.2物料衡算29第八章环保与废物处理31总结32致谢33参考文献34摘要氯乙烯的制备在PVC的生产过程中是一个非常重要的环节，它把从氯化氢装置送 来的干燥氯化氢气体和从乙炔装置送来的精制乙炔气体在这里合成反应生成粗氯乙 烯，并经过脱水、净化、精馏等工序后，制成精制氯乙烯，即单体，用来满足聚合的 需要。本设计主要论述了电石法生产氯乙烯，以及原料气的物
3、理性质和化学性质，以及 它的用途；还介绍了生产氯乙烯的主要设备，基本原理和工艺流程（包括脱水系统的 工艺流程、合成系统的工艺流程、净化系统的工艺流程、压缩系统的工艺流程、精馏 系统的工艺流程、尾气吸附的工艺流程），并讲述了各岗位的操作安全、工艺控制指 标，最后还介绍了生产的“三废”治理，和企业的发展前景和需要。关键词：乙炔 氯化氢 氯乙烯 工艺流程前言聚氯乙烯是一种重要的热塑性树脂，它经过成形加工、改性可以制成软质、硬质、 泡沫、纤维等塑料制品。性能优良、广范用于塑料管、板、模、片型材、人造革、电 缆、绝缘带、地板砖、门框、窗框、玩具、唱片、电器材料及其它日用品。根据国家 发展规划，今后的聚氯
4、乙烯制品将在农业、建筑、包装、汽车、机电等领域有较多的 发展。氯乙烯单体是聚氯乙烯聚合成的原料，聚氯乙烯工艺的发展带动了氯乙烯生产 工艺的发展。早在1835年，法国人Regnauk就发现了氯乙烯，直到1912-1913年，德国 化学家F.Kla te和E.Zacharis才发现了氛乙烯和聚氯乙烯的工业生产方法，较大规模 的乳液聚合则到1935年才由Bitterfeld实现。1940年，美国的古德里奇公司创建了悬 浮聚合，从此以后，聚氯乙烯工业开始发展，1940年，全世界产量为1.1万吨，1950 年为22万吨，1960年达145万吨，1970年600万吨，2001年全球具有聚氯乙烯生产能力 3
5、310万吨/年（企业180余家）。目前世界上聚氯乙烯生产能力年均增速为4.4%。按生产 工艺看，乙烯石油路线占93%，电石工艺占7%左右。现在，美国生产能力最大，为720 万吨/年（有生产能力企业14家、工厂27个）。其次是中国大陆，生产能力为360万吨/ 年，再者是日本，生产能力260万吨/年。世界聚氯乙烯生产能力整体增速是在减缓， 其中欧洲、美洲、大洋洲增长转为缓慢，相反发展中国家却增长较快，尤其是近几年， 亚非地区表现明显，预计到2003年前后世界聚氯乙烯生产能力将增至3500万吨/年。五十年代以前，聚氯乙烯的原料主要是电石乙炔，战后二十年电石产量有较 大增长，到1965年，全世界电石产
6、量达到760万吨，以后由于聚氯乙烯原料的转 换，产量降到400余万吨。在原料变换初期，曾出现了联合法和烯炔法，联合法 以1, 2二氯乙烷（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，此法优点在于能利 用己有的电石资源和乙炔及合成装置，能够迅速的提高生产能力，缺点则还需利 用大量高价电石，因此不能持久。烯炔法即是以石脑油裂解得出乙烯、乙炔裂解 气，不经分离即直接氯化制取氯乙烯，此法比较起来投资较大，工艺复杂，成本 也较高，存在也不久。第一套乙烯氧氯化装置是1964年美国肯塔基州建成的古得里奇工艺，由于此 工艺成本较低，生产能力强
7、大，得以迅速推广。当时出现的乙烯氯化工艺，主要 为古得里奇的沸腾床法，美国斯托弗公司的固定床法。美国的氯乙烯原料变换到 1969年基本完成，这几年中氯乙烯的生产量几乎增大了一倍，日本的原料变换开 始于1965年，1972年电石乙炔法基本停止生产。此后，出现了以纯氧为原料的氧 氯化法，如日本三井东压技术，直接氯化，在沸点下于EDC液相中反应，生成的 EDCnyw气相排出，简化了分离、洗涤工艺，热能得以充分利用。氧氯化以纯氧为 原料，成本比较低，生产装置产量的伸缩性也较大。乙烷的一步氧氯化制取氯乙 烯工艺己在美国进行了工业性试验，乙烷价格比较低，报道的成本比乙烯氧氛化 法还要低，被认为是有广阔前途
8、的工艺。但迄今为止，尚未见有大型生产装置建 成投产的报道。第一章氯乙烯概述11化学品名称化学品中文名称：氯乙烯化学品英文名称：chloroethylene中文名称:乙烯基氯英文名称:vinylchloride分子式：C HCl23结构式：CHCl=CH2分子量：62.5012成分组成信息有害物成分含量CAS No. 75-01-4氯乙烯99.99%13危险性概述健康危害：急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙烯病。急性中 毒：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：表现为神经衰弱综合征、肝
9、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、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。第二章氯乙烯生产方法2.1乙炔氧氯化法生产氯乙烯乙烯氧氯化法是现在工业生产氯乙烯的主要方法。分三步进行（见2-1图）：第一 步乙烯氯化生成二氯乙烷；第二步二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢；第三步乙烯、 氯化氢和氧发生氧氯化反应生成二氯乙烷。乙烯氯化二氯乙烷热裂解乙烯京（氯化氯气放空空气机二氯乙烷图2-1乙烯氧氯化制氯乙烯流程1二氯乙烷合成塔 2贮槽3脱轻组分塔4脱重组分塔5热解炉6二氯乙烷淬冷塔7脱氯化
10、氢塔8氯乙烯精馏塔9氧氯化反应塔 10水淬冷塔11分层器12吸收塔13解吸塔14脱水塔 乙烯氯化乙烯和氯加成反应在液相中进行：CH =CH +Cl CH ClCHCl2 2 2 2 2采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂，产品二氯乙烷为反应介质。反应热可通过冷 却水或产品二氯乙烷汽化来移出。反应温度40110C，压力0.150.30MPa，乙烯 的转化率和选择性均在99%以上。 二氯乙烷热裂解 生成氯乙烯的反应式为：ClCH CH ClCH =CHCl+HCl2 2 2反应是强烈的吸热反应,在管式裂解炉中进行，反应温度500550C,压力0.6 1.5MPa；控制二氯乙烷单程转化率为50%70%，以
11、抑制副反应的进行。主要副反 应为：CH =CHClHC 呏 CH+HC12CH =CHCl+HClClCH CHCl23ClCH CH C12C+H +2HC12 2 2裂解产物进入淬冷塔，用循环的二氯乙烷冷却，以避免继续发生副反应。产物温 度冷却到50150C后，进入脱氯化氢塔。塔底为氯乙烯和二氯乙烷的混合物，通过 氯乙烯精馏塔精馏，由塔顶获得高纯度氯乙烯，塔底重组分主要为未反应的粗二氯乙 烷，经精馏除去不纯物后，仍作热裂解原料。 氧氯化反应以载在Y氧化铝上的氯化铜为催化剂，以碱金属或碱土金属 盐为助催化剂。主反应式为：H C = CH +2HCl+%0 ClCH CH Cl+H O2 2
12、2 2 2 2主要副反应为乙烯的深度氧化（生成一氧化碳、二氧化碳和水）和氯乙烯的氧氯 化（生成乙烷的多种氯化物）。反应温度200230C，压力0.2IMPa，原料乙烯、 氯化氢、氧的摩尔比为1.05:2:0.750.85。反应器有固定床和流化床两种形式，固 定床常用列管式反应器，管内填充颗粒状催化剂，原料乙烯、氯化氢与空气自上而下 通过催化剂床层，管间用加压热水作热载体，以移走反应热，并副产压力1MPa的蒸 汽。固定床反应器温度较难控制，为使有较合理的温度分布，常采用大量惰性气体作 稀释剂，或在催化剂中掺入固体物质。二氯乙烷的选择性可达98%以上。在流化床 反应器中进行乙烯氧氯化反应时，采用细
13、颗粒催化剂，原料乙烯、氯化氢和空气分别 由底部进入反应器，充分混合均匀后，通入催化剂层，并使催化剂处于流化状态，床 内装有换热器，可有效地引出反应热。这种反应器反应温度均匀而易于控制，适宜于 大规模生产，但反应器结构较复杂，催化剂磨损大。由反应器出来的反应产物经水淬冷，再冷凝成液态粗二氯乙烷。冷凝器中未被冷 凝的部分二氯乙烷及未转化的乙烯、惰性气体等经溶剂吸收等步骤回收其中二氯乙 烷。所得粗二氯乙烷经精制后进入热解炉裂解。乙烯氧氯化法的主要优点是利用二氯乙烷热裂解所产生的氯化氢作为氯化剂，从 而使氯得到了完全利用。2.2电石乙炔法生产氯乙烯电石乙烘法是生产氯乙烯最早工业化的方法，设备工艺简单，
14、投资少，产品 纯度咼。反应基本原理：乙烘和氯化氢在以氯化汞为活性组份，以活性碳为载体的催化剂 上气相反应生成氯乙烯。主反应:CaC 十H O=CH=-CH十Ca(OH)2 2 2反应机理：乙烘先与氯化汞加成生成中间加成物氯乙烯氯汞CH=-CH+HgCls= CLCH=CH-HgCl工艺过程：乙烘和氯化氢按一定摩尔比混合进入在列管内装有氯化汞催化剂反应 器进行反应，在反应中放出的热量，借列管外的循环冷却水带走，反应后粗氯乙烯气 体进入水洗塔及碱洗塔，洗去气体中氯化氢及二氧化碳，碱洗后气体，通过干燥塔进 行压缩、全凝、液化，液体氯乙烯通过低沸点塔及高沸点塔，除去高、低沸物，得到 精氯乙烯送入贮槽。
15、第三章乙炔气的制备3.1乙炔性质乙烘又称电石气。结构简式HC三CH，是最简单的烘烃。化学式CH2 2纯品乙烘为无色无气味的气体，自电石制取的乙烘含有磷化氢、砷化氢、硫 化氢等杂质而具有特殊的刺激性蒜臭和毒性；常压下不能液化，升华点为 -83.8C，在1.19X105Pa压强下，熔点为-81C ；易燃易爆，空气中爆炸极限很 宽，为2.5%80% ；难溶于水，易溶于石油醚、乙醇、苯等有机溶剂，在丙酮 中溶解度极大，在1.2MPa下，1体积丙酮可以溶解300体积乙烘，液态乙烘稍 受震动就会爆炸，工业上在钢筒内盛满丙酮浸透的多孔物质，在11.2MPa下将 乙烘压入丙酮，安全贮运。用途：金属的焊接和切割、有机合成、原子吸收光谱、标准气、校正气、合 成橡胶、照明。分子结构：C原子以sp杂化轨道成键、分子为直线形的非极性分子。纯乙烘为无色芳香气味的易燃、有毒气体。熔点(118.656kPa) -80.8C， 沸点-84C,相对密度 0.6208(-82/4C),折射率 1.00051，折光率
