100ktaPVC生产装置——氯乙烯工段预热工序的初步设计 毕业设计.doc
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1、 I 100kt/aPVC 生产装置氯乙烯工段预热工序的初步设计 (邵阳学院生物与化学工程系 2009 级化学工程与工艺专业) 摘 要 本次毕业设计课题为年产 10 万吨 PVC 生产装置氯乙烯工段预热工序的初步设 计。本设计根据株洲化工集团现场实习有关资料及有关文献,完成了氯乙烯工业生产 方法的选择和优化,用 A2图纸绘制了带控制点的氯乙烯生产工艺流程图;对氯乙烯工 段预热工序进行了物料衡算和热量衡算,列出了相应的物料衡算表和热量衡算表;对 预热工段主要设备进行了设备结构选型,并作出了详细的工艺及设备设计计算,采用 A2图纸绘制了合成转化设备装配图。 本设计在氯乙烯工业生产方法的选择和优化上
2、重点考虑了生产过程的热量回收再 利用的问题。利用反应放出热量将热水加热成水蒸汽,进行热量回收供后续工段使用, 充分利用热能。 关键词:预热、PVC;VC;工艺;设计 II The Preliminary Design about Vinyl chloride section preheating process of PVC 100000 tons per year Zhang bo (2009 Chemical Engineering and Technology,Biological and Chemical Engineering Department of Shaoyang Unive
3、rsity) Tutor: Dai Youzhi Abstract The graduation design topic for the annual output of 100000 tons of production facility of PVC, vinyl chloride preheat section process of preliminary design. According to the Zhuzhou chemical industry group scene practice pertinent dates and related dates,the design
4、 mainly completes the vinyl chloride method selection and optimization of industrial production to use A2 drawing vinyl chloride production process flow chart with control points; Vinyl chloride preheat section process for the material balance and heat balance, and lists the corresponding material b
5、alance table and heat balance table; Converters on preheat conversion section of main equipment selection, equipment structure and make the detailed process and equipment design calculations, using A2 drawing a composite transformation equipment assembly drawing. This design in the selection of viny
6、l chloride production method and takes into account the optimization on the process of production of heat recycling problem. Will use gives off heat reaction heat hot water into steam, heat recovery is used for subsequent section, make full use of heat energy. Key words: preheat;PVC;VC;technological
7、;design 目 录 中文摘要 英文摘要 1 前言 1 2 概述 1 2.1 聚氯乙烯的性质与用途 1 2.2 氯 乙 烯 工 业 的 重 要 性 4 2.3 中 国 聚 氯 乙 烯 的 发 展 5 2.4 生产工艺简述 5 2.5 国内需求量和年均增长率 6 3 氯乙烯生产工艺 .6 3.1 原料乙炔的制备 6 3.2 氯乙烯的合成.9 3.3 工艺流程图 12 4 换热器13 4.1 换热器的种类与结构形式 13 4.2 石墨换热器 14 5 物料衡算.14 5.1 设计参数15 5.2 原 料 气 用 量 15 5.3 混 合 气 的 物 料 衡 算 16 5.4 石墨冷凝器的物料衡算
8、18 5.5 多筒过滤器的物料衡算 19 5.6 石 墨 预 热 器 的 物 料 衡 算 20 5.7 转化器的物料衡算20 5.8 水洗泡沫塔的物料衡算 21 5.9 碱洗泡 沫 塔 的 物 料 衡 算 22 6 热量衡算 .24 6.1 石墨预热器的物料衡算 24 7 预热器的设计26 7.1 流体流经的选择 27 7.2 预热器的热负荷 27 7.3 流体两端温度的确定 .27 7.4总传热系数 27 7.5 换热面积 27 7.6 单程换热管数 27 7.7 筒体的计算27 7.8 实际换热面积 28 7.9 总传热系数的核算 28 7.10 压降的计算 31 8 设备选型32 8.1
9、 封头 33 8.2 筒体 33 8.3 压力容器法兰及垫片 33 8.4 管板 33 8.5 接管 34 8.6 接管及接管法兰尺寸表 .34 总结36 参考文献37 附:工程图纸 致谢 38 邵阳学院毕业设计(论文) 1 1 前言 本设计是根据设计任务书的要求,对 100kt/aPVC 生产装置氯乙烯工段预热 工序的初步设计,广泛收集了 PVC 工艺和化工设计的相关资料作为设计的理论依据。 本设计对 PVC 的工艺发展状况、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。
10、本设计结合了化工生产的实际情况来进行,是培养我们综合运用化工专业基础理 论,基本知识和基本技能分析解决实际问题能力的一个重要环节;是本专业各个先前教 学环节的深化和检验,通过该毕业设计,我更深刻地了解并掌握化工工艺设计的基本程 序和方法,在查阅相关的物性资料书籍,选用合理的公式和数据,用文字、图表表达 设计结果及制图等能力方面得到更一层次的提高。在设计过程中我们注重树立正确的 设计思路和实事求是、严肃认真的工作作风,这将使我们在实际的化工系统建设,管理, 维护工作中,充分利用所学的专业知识,理论联系实际,独立开展工作,从而使我们具 备从事化工工作的实际基本能力,为我们能更快地融入社会、更好地适
11、应新的工作打 下坚实的基础。 在此次设计中,自始至终都得到了戴友志老师的悉心指导和同学们的热心帮助, 在此表示衷心的感谢。 当然由于本人水平有限,时间仓促等问题,此次设计不免存在漏洞与失误,希望 能得到专业人士的指导与建议。 2 概述 聚氯乙烯(PVC 树脂)是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一。由于 PVC 树脂具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和机械强度较高等优点,在加 工过程中可以加入添加剂或采用适当的工艺和设备生产出各种各样的塑料制品,包括 板材、管材、管件、异型材等硬制品以及薄膜、人造革、塑料鞋、电缆料、泡沫材料 等软制品,在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有
12、广泛的应用,因 此自 20 世纪 30 年代实现工业化生产以来,PVC 树脂以其优良的综合性能和较低的 价格一直受到各工业国家的普遍重视,保持着长盛不衰的发展势头。 2.1 聚氯乙烯的性质与用途 邵阳学院毕业设计(论文) 2 2.1.1 聚氯乙烯的性质 PVC 属于无定形共聚物,密度 1.35-1.45 ,表观密度度 0.4-0.65 ,3/cmg3/cmg 比热容 1.045-1.465 ),热导率 2.1 ,折射率 =1.544。85以gJ/(KkW20D 呈玻璃态。85-175呈粘弹态。 175-190时呈熔融态。 190-200时呈粘流态。脆 化点-50-60。软化点 75-85。玻璃
13、化转化温度在 80上下。100以上时开始 分解,180以上时快速分解。 200以上剧烈分解并变黑。 PVC 在火焰上能燃烧, 并降解释放出 HCl、CO,苯等低分子化合物,离火自熄。耐电击穿,可用于 1 万伏 低压电缆。较耐老化,但在光照和氧的作用下会缓慢分解,释放盐酸、形成羰基、共 轭键而变色。化学稳定性好,在酸、碱、盐溶液中较为稳定。并且在室温条件下耐磨 性超过硫化橡胶。 聚氯乙烯的突出优点是难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、水汽低渗透性好。此外, 综合机械性能、制品透明性、电绝缘性、隔热、消声、消震性好。时性价比最为优越 的通用型材料。缺陷是热稳定性、抗冲击性较差,降低温度时迅速变硬变脆。受
14、冲击 时极易脆裂。但 PVC 极易改性,通过化学、物理方法可大大改善其性能。并且可通 过分子链交联或引入功能基团等手段赋予新的功能。 例如,将 PVC 树脂化后氯化,氯含量提高了 10%以上,即保留了 PVC 的优良 耐化学性,尺寸稳定性及良好的绝缘性能又提高了耐热性、拉伸强度、弹性模量及阻 燃抑烟性能。按配方不同,其玻璃化转化温度 从 PVC 的 80提高到 115-gT 135,热变形温度从 70升至 85-104。氯化聚氯乙烯优良的耐化学性、阻燃抑 烟性、高度的刚性、合适的密度及耐热性使之制造的管道、管件、阀门能用于输送热 水、冷水、工业腐蚀性液体,高温液体和消防系统特用管材管件;可以用
15、于制造飞机 机舱内的低烟制品等。 2.1.2 聚氯乙烯的用途 (1) PVC 一 般 软 制 品 利 用 挤 出 机 可 以 挤 成 软 管 、 电 缆 、 电 线 等 ; 利 用 注 射 成 型 机 配 合 各 种 模 具 , 可 制 成 塑 料 凉 鞋 、 鞋 底 、 拖 鞋 、 玩 具 、 汽 车 配 件 等 。 (2) PVC 薄 膜 PVC 与 添 加 剂 混 合 、 塑 化 后 , 利 用 三 辊 或 四 辊 压 延 机 制 成 规 定 厚 度 的 透 明 或 着 色 薄 膜 , 用 这 种 方 法 加 工 薄 膜 , 成 为 压 延 薄 膜 。 也 可 以 通 过 剪 裁 , 热
16、 合 加 工 包 装 邵阳学院毕业设计(论文) 3 袋 、 雨 衣 、 桌 布 、 窗 帘 、 充 气 玩 具 等 。 宽 幅 的 透 明 薄 膜 可 以 供 温 室 、 塑 料 大 棚 及 地 膜 之 用 。 经 双 向 拉 伸 的 薄 膜 , 所 受 热 收 缩 的 特 性 , 可 用 于 收 缩 包 装 。 (3) PVC 涂 层 制 品 有 衬 底 的 人 造 革 是 将 PVC 糊 涂 敷 于 布 上 或 纸 上 , 然 后 在 100 摄 氏 度 以 上 塑 化 而 成 。 也 可 以 先 将 PVC 与 助 剂 压 延 成 薄 膜 , 再 与 衬 底 压 合 而 成 。 无 衬
17、底 的 人 造 革 则 是 直 接 由 压 延 机 压 延 成 一 定 厚 度 的 软 制 薄 片 , 再 压 上 花 纹 即 可 。 人 造 革 可 以 用 来 制 作 皮 箱 、 皮 包 、 书 的 封 面 、 沙 发 及 汽 车 的 坐 垫 等 , 还 有 地 板 革 , 用 作 建 筑 物 的 铺 地 材 料 。 (4) PVC 泡 沫 制 品 软 质 PVC 混 炼 时 , 加 入 适 量 的 发 泡 剂 做 成 片 材 , 经 发 泡 成 型 为 泡 沫 塑 料 , 可 作 泡 沫 拖 鞋 、 凉 鞋 、 鞋 垫 、 及 防 震 缓 冲 包 装 材 料 。 也 可 用 挤 出 机
18、基 础 成 低 发 泡 硬 PVC 板 材 和 异 型 材 , 可 替 代 木 材 试 用 , 是 一 种 新 型 的 建 筑 才 材 料 。 (5) PVC 透 明 片 材 PVC 中 加 冲 击 改 性 剂 和 有 机 锡 稳 定 剂 , 经 混 合 、 塑 化 、 压 延 而 成 为 透 明 的 片 材 。 利 用 热 成 型 可 以 做 成 薄 壁 透 明 容 器 或 用 于 真 空 吸 塑 包 装 , 是 优 良 的 包 装 材 料 和 装 饰 材 料 。 (6) PVC 硬 板 和 板 材 PVC 中 加 入 稳 定 剂 、 润 滑 剂 和 填 料 , 经 混 炼 后 , 用 挤
19、出 机 可 挤 出 各 种 口 径 的 硬 管 、 异 型 管 、 波 纹 管 , 用 作 下 水 管 、 饮 水 管 、 电 线 套 管 或 楼 梯 扶 手 。 将 压 延 好 的 薄 片 重 叠 热 压 , 可 制 成 各 种 厚 度 的 硬 质 板 材 。 板 材 可 以 切 割 成 所 需 的 形 状 , 然 后 利 用 PVC 焊 条 用 热 空 气 焊 接 成 各 种 耐 化 学 腐 蚀 的 贮 槽 、 风 道 及 容 器 等 。 (7) PVC 其 它 门 窗 有 硬 质 异 型 材 料 组 装 而 成 。 在 有 些 国 家 已 与 木 门 窗 铝 窗 等 共 同 占 据 门
20、窗 的 市 场 ; 仿 木 材 料 、 代 钢 建 材 ( 北 方 、 海 边 ) ; 中 空 容 器 。 PVC( Permanent Virtual Circuit) 永 久 虚 电 路 : 两 台 计 算 机 通 过 面 向 连 接 网 络 的 连 接 。 PVC 能 经 受 计 算 机 的 重 新 自 举 或 电 源 的 波 动 , 从 这 个 意 义 上 说 它 是 永 久 的 ; PVC 是 虚 拟 的 , 因 为 它 是 将 路 径 放 在 路 由 表 中 , 而 不 是 建 立 物 理 连 接 。 邵阳学院毕业设计(论文) 4 虚 电 路 是 分 组 交 换 网 络 提 供 的
21、 服 务 之 一 (另 一 种 是 数 据 报 服 务 ), 简 单 地 说 , 就 是 通 过 网 络 内 部 的 控 制 机 制 , 在 用 户 主 机 之 间 建 立 虚 拟 的 逻 辑 连 接 , 并 且 保 证 在 其 上 传 送 信 包 的 正 确 性 和 顺 序 性 , 通 信 前 后 要 进 行 虚 电 路 的 建 立 和 拆 除 。 永 久 虚 电 路 是 一 种 在 网 络 初 始 化 时 建 立 的 虚 电 路 , 并 且 该 虚 电 路 一 直 保 持 。 X.25 网 络 和 B-ISDN 都 提 供 PVC 服 务 。 2.2 氯 乙 烯 工 业 的 重 要 性 聚
22、 氯 乙 烯 PVC 是 世 界 上 实 现 工 业 化 时 间 最 早 , 应 用 范 围 最 广 范 的 通 用 型 热 塑 性 塑 料 。 在 三 四 十 年 代 开 始 实 际 应 用 以 来 , 其 产 量 一 直 稳 居 塑 料 工 业 之 首 , 后 来 由 于 聚 氯 乙 烯 发 展 速 度 更 快 , 1996 年 才 退 居 第 二 位 。 在 美 国 1990 年 底 密 度 聚 氯 乙 烯 的 产 量 超 过 了 PVC, 1992 年 高 密 度 聚 氯 乙 烯 的 产 量 及 销 售 量 已 以 PVC 大 致 相 当 , 他 们 交 替 位 于 第 二 或 第 三
23、 之 间 。 在 日 本 PVC 产 量 和 消 费 量 居 第 二 位 。 在 中 国 PVC 塑 料 制 品 产 量 一 直 位 居 第 一 , PVC 树 脂 产 量 从 1988 年 开 始 退 居 第 二 , 消 费 量 低 于 聚 乙 烯 和 聚 丙 烯 而 名 列 第 三 位 。 尽 管 如 此 聚 氯 乙 烯 在 其 综 合 性 能 、 品 种 的 多 样 性 、 用 途 的 广 泛 性 、 性 能 价 格 比 及 资 源 利 用 和 对 生 态 环 境 的 影 像 方 面 , 仍 然 任 何 一 种 塑 料 。 60 多 年 来 PVC 工 业 一 直 保 持 着 最 富 活
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