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1、湖南科技大学本科生毕业设计（论文）毕 业 设 计（ 论 文 ）题目年产20万吨PVC合成工段初步设计作者学院专业学号指导教师目 录第一章 前 言1第二章 聚氯乙烯、氯乙烯概述32.1 聚氯乙烯、氯乙烯的发现和发展32.1.1聚氯乙烯发现和发展32.1.2氯乙烯发现和发展32.2 聚氯乙烯的发展展望42.3 氯乙烯的发展展望4第三章 工艺方案的选择与流程53.1 氯乙烯的生产工艺及成本分析53.1.1电石乙炔法路线53.1.2乙烯氧氯化法路线63.1.3两种方法比较63.2 生产工艺说明63.2.1 影响混合脱水的因素63.2.2氯乙烯的合成原理73.2.2.1 反应机理73.2.2.2对原料气
2、的要求73.2.2.3生产工艺流程简述9第四章 工艺计算114.1 主要原材料及产品性质114.1.1聚氯乙烯（PVC）114.1.2氯乙烯（VCM）114.1.3 乙炔124.1.4 氯化氢134.1.5氯化汞134.1.6 HgCl2触媒134.2 聚氯乙烯合成工段的工艺计算144.2.1物料衡算144.2.2主设备计算144.3 热量衡算204.3.1石墨冷却器204.3.2 石墨预热器224.3.3 转化器224.3.4 石墨冷却器（泡沫水洗系统）234.4 水量消耗状况244.4.1 盐水冷却水244.4.2 工业水消耗25第五章 主要设备的设计及工艺管道选择275.1 换热器的选择
3、275.1.1 石墨冷却器275.1.2 石墨预热器275.2 转化器的设计计算285.2.1 转化器的主要工艺参数285.2.2 计算295.3 泡沫塔设计计算305.3.1塔径的计算305.3.2孔的布置315.3.3塔板的压降315.3.4稳定性325.3.5液泛325.3.6物沫夹带325.4 主要设备一览表33第六章 主要管道计算与选型 356.1 乙炔气进料管356.2 石墨冷却器的进料管356.3 多筒过滤器进料管366.4 转化器进料管366.5 转化器出料管376.6 石墨冷却器出口管386.7 部分管道一览表38第七章 厂址选择与车间布置397.1 厂址选择的依据及原则39
4、7.2 车间布置要考虑的问题407.3 厂房布置实际数据417.3.1 厂房平面布置417.3.2 设备布置的安全距离417.4 车间内辅助室和生活室布置41第八章 安全设计438.1 个人防护438.2 生产安全438.3 设备安全操作布置的要求448.4 现场事故处理448.5 安全管理458.6 个人卫生保健45第九章 环境保护479.1 废水的治理479.2 废渣的治理479.3 氯乙烯外逸47第十章 经济核算4910.1 技术经济分析概述4910.2 主要技术经济指标4910.2.1 产品价格4910.3 投资估算4910.3.1 总投资费用估算4910.3.2 成本估算5010.3
5、.3 收入、税收和利润50第十一章 结论53参 考 文 献54致谢55附录56iv湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第一章 前 言图1.1 聚氯乙烯分子结构 图1.2 PVC薄膜 polyvinylchloride，主要成份为聚氯乙烯，色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性，韧性，延展性等，故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。PVC正以4%的增长速度在全世界范围内得到生产和应用。近年来PVC 在东南亚的增长速度尤为显著，这要归功于东南亚各
6、国都有进行基础设施建设的迫切需求。在可以生产三维表面膜的材料中，PVC是最适合的材料。PVC(聚氯乙烯)，其单体的结构简式为CH2=CHCl. 图1.3 氯乙烯 氯乙烯也称乙烯基氯，化学式为CH2CHCl，是卤代烃的一种，工业上大量用作生产聚氯乙烯（PVC）的单体。它在室温下是无色有毒的气体，微溶于水，有醚样的气味氯乙烯（简称VCM），是聚氯乙烯的中间体，也是生产聚氯乙烯的原料。通过对二氯乙烷（EDC）裂解后脱除HCl，以及干燥精制可获得制造PVC级的VCM。96%VCM均用于生产PVC。PVC是由乙炔气体和氯化氢先合成氯乙烯，再聚合而成。在20世纪50年代前期是以乙炔电石法生产为主，而50年
7、代后期则转向了原料充足、成本低廉的乙烯氧化法；目前世界上80%以上的PVC树脂都是由此方法生产的。但到2003年后，因石油价格暴涨，2005年2008年上半年，油价一直高位运行，电石法PVC制备工艺的生产成成本反而比乙烯氧化法还要低10%左右，所以PVC的合成工艺又转向了乙炔电石法。本设计的目的是以乙炔和氯化氢为原料，初步设计年产能力为200000吨的聚氯乙烯单体，氯乙烯合成工序，其中包括：氯乙烯的生产方法和比较，乙炔法制取氯乙烯的工艺过程及原理，包括物料衡算和热量衡算两部份;主要设备的尺寸计算和选型；主要管道的尺寸计算与选型，厂房厂址的设计与选择；生产安全问题与注意事项；三废的处理以及经济效
8、益分析。本设计是参照株洲化工集团PVC厂生产为基础，查阅化工设计手册等设计资料做参考，按毕业设计大纲和设计任务书的要求进行设计，附带有三张设计图纸，包括一张主要设备图，一张物料流程图，一张厂房平面布置图。本设计基于书本理论知识的基础上，结合株洲化工厂的生产实际，了解工艺流程，参考各种专业文献，力求最合理的设计，但由于时间和作者能力有限，数据不够精准，资料收集不全等原因，本次设计难免疏漏甚至错误，恳请老师原谅以及批评指正。- 2 -湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第二章 聚氯乙烯、氯乙烯概述PVC材料用途极广， 具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蚀，绝缘等良好特点，主要用于制作：普瑞文PVC卡
9、片；PVC贴牌；PVC铁丝；PVC帘；PVC涂塑电焊网；PVC发泡板、PVC吊顶、PVC水管、PVC踢脚线等以及穿线管、电缆绝缘、塑料门窗、塑料袋等方面。氯乙烯在室温下是无色气体。容易与乙烯，丙烯，醋酸乙烯酯，偏二氯乙烯，丙烯酸酯等单体共聚。共聚产物可以制的各种性能的树脂，加工成管材，板材，薄膜，塑料地板，各种压塑制品，建筑材料，涂料和合成纤维等氯乙烯是高分子材料工业的重要单体，产量很大，还可以用于合成1,1,2-三氯乙烷1,1-二氯乙烷等，因此，乙烷的生产在基本有机化学工业中占有重要的地位。根据原料的不同,氯乙烯单体的生产方法主要分为乙烯法和乙炔法、联合法、烯烃法、乙烯氧氯化法、乙烷一步氧氯
10、化法五种。我国目前普遍采用的为乙炔法(电石法)，因为此法成本比较低廉。2.1 聚氯乙烯、氯乙烯发现和发展2.1.1 聚氯乙烯发现和发展PVC在19世纪被发现过两次，一次是 Henri Victor Regnault 在1835年，另一次是 Eugen Baumann 在1872年发现的。两次机会中，这种聚合物都出现在被放置在太阳光底下的氯乙烯的烧杯中，成为白色固体。1912年，德国人 Fritz Klatte 合成了PVC，并在德国申请了专利，但是在专利过期前没有能够开发出合适的产品。1926年，美国 B.F. Goodrich 公司的 Waldo Semon 合成了PVC并在美国申请了专利。
11、20世纪初，俄国化学家 Ivan Ostromislensky 和德国 Griesheim-Elektron 公司的化学家 Fritz Klatte 同时尝试将PVC用于商业用途，但困难的是如何加工这种坚硬的，有时脆性的的聚合物。Waldo Semon 和 B.F. Goodrich Company 在1926年开发了利用加入各种助剂塑化PVC的方法，使它成为更柔韧更易加工的材料并很快得到广泛的商业应用。2.1.2 氯乙烯发现和发展1835年法国人V.勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪30年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的工业生产
12、。初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940年，美国联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960年，美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。2.2 聚氯乙烯的发展展望未来几年，中国PVC行业的发展速度、产业布局、竞争模式都将发生变化。1、消费结构发生变化的趋势。（1）今后，软制品和硬制品消费需求增长速度不同，硬制品的
13、消费增长速度较快。（2）消费行为呈现多样化和层次化。 社会的发展是飞速的，人们的消费观念和消费结构也在悄然发生着变化。（3）某些产品将被同类的替代品淘汰。2、PVC硬制品，诸如管材、型材将成为市场上的主力军。国际上PVC硬制品的平均消费比例约占PVC总消费量60%以上，中国目前的硬制品消费比例占大约是30%，国家在今后的发展上支持管材和型材的发展，以便能代替钢材和木材。起到节约能源、保护环境的作用。3、市场潜力巨大，供给和需求都将不断上升，短期内仍将是供不应求的局面，继续处于高速增长期。从整个世界的PVC市场的地区分布情况来看，北美美和亚洲是世界上最大的PVC消费市场，而今后几年，拉美和亚洲的
14、中国将是PVC消费增长最快的地区。2.3 氯乙烯生产消费现状及发展前景根据欧洲氯代溶剂协会(ECSA)统计, 2002年欧洲全氯乙烯的销售量约为48000吨, 与2001年相比下降了约10。 2002年上半年的出口量约为34500吨, 产品主要出口到亚洲。 2001年西欧全氯乙烯的出口量达到62356吨。欧洲全氯乙烯的使用量将进一步下降, 但其它一些地区的使用增长和新应用领域的开发将在一定程度上弥补欧洲使用量的下降。 预计全球全氯乙烯的需求量将下降3 。 其中欧洲的下降要稍为严重一些。 中东、南美和中国在未来5-8年内对全氯乙烯的需求仍将保持增长的势头。 其中中国的需求增长尤为强劲, 需求量的年均增长率将达到8-10, 中东和那南美地区对全氯乙烯的需求量的年均增长率将达到5以上。 HFC134a和HFC125对全氯乙烯的需求量也将不断增加, 预计用于生产HFC134a的全氯乙烯需求量的年均增长率将达到3-6。 而用于
