电石法生产氯乙烯

合肥工业大学

课程设计

设计题目： 5万吨/年电石法制氯乙烯

学院：化学与化工学院专业：化学工程与工艺班级：

学生：方柳陈志指导教师：张旭系主任: （签名）

一、设计要求：

1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。（字数不小于8000字）

2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。

3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号））。

二、进度安排：

三、指定参考文献与资料

《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、《化工单元过程及设备课程设计》

摘要

本次课程设计主要是设计氯乙烯的生产成套装置。氯乙烯是生产聚氯乙烯的主要原料，到目前为止，全球有93%以上的氯乙烯采用氧氯化法生产。在国内，考虑到石油资源不足，价格较高，而电石资源丰富，所以大部分工厂都采用电石法制取氯乙烯。本次主要介绍电石法制取氯乙烯。先后介绍了从原料气氯化氢、乙炔的制备到氯乙烯的合成、氯乙烯的精馏等一系列生产过程的工艺流程、工艺原理以及主要设备选型等问题。

关键词：氯乙烯；电石法；乙炔；氯化氢；工艺流程；精馏

一乙炔的制备

乙炔生产的工艺原理

（1）电石的破碎

通常厂家采购的电石都是大块的电石，而电石料块进入发生器的合理径为25~50mm，因此在进发生器前必须破碎，通常是将大块的电石放入颚式破碎机，粗破后料块直径为80~100mm，通过皮带机输入电石仓库，然后经过二次破碎，径粒达到25~50mm，破碎后料块通过皮带机径除铁器除铁后输入日料库，作为发生器的入料电石。进入破碎机的电石温度应≤130℃，否则会烫坏，烧坏皮带；进入发生器的电石温度应该≤80℃，否则对发生系统不安全。

（2）电石的除尘

化学工程里把气体与微粒子混合物中分离粒子的操作称作除尘。针对电石及其粉尘的特性，选用的除尘方法一般有以下几种。

①旋风除尘。旋风除尘器对数微米以上的粗粉尘非常有效。采用简单的旋风除尘器和风机进行除尘，利用电石粉尘在风机的作用下，在除尘器内旋转所产生的离心力，将电石粉尘从气流中分离出来。这种方式结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，安装投资较少，操作、维护也方便，压力损失中等，动力消耗不大，运转维护费用低，也不受浓度、温度的影响。但由于电石粉尘比较细，用这种简单的除尘方式很难达到环保要求，除尘效率不高。

②湿法除尘。湿法除尘具有投资少，结构简单，占地面积小，特别是对易燃易爆气体的除尘效果更好，在操作时不会产生捕集到的电石灰尘再飞扬。电石除尘通常采用旋风除尘和湿法的冲激式除尘器相结合。这种除尘方式虽然效率较高，但由于系统压力损失大，管道容易积灰。冬天用蒸汽时，积灰易受潮结块，造成管道堵塞，清理比较困难。除尘器内排出的电石渣水，多耗了水又易造成二次污染，除尘器排出的气体中水蒸气在寒冷的北方也容易结冰，因此这种除尘方式适合于气候湿润、冬天不冷的地方使用。

（3）袋式过滤除尘

布袋除尘室依靠编制的或毡织的滤布作为过滤材料来达到分离含尘气体中电石尘的目的，除尘效率一般可达99%。滤布在长期与粉尘的接触和反复清理的过程

中，其性能会发生变化，这在实际使用中影响很大。滤布一般在一到两年内大多数孔眼就会被堵塞，及时清理也不能达到所需的气量，或产生滤布破损事故，此时需要更换滤布。因此滤布的选型非常重要，一般要考虑材质、织法、透气率、阻力降、压损比等。

（4）乙炔的发生

仓库内经破碎至25~50mm 的电石，在皮带机的输送下，加入到经氮气置换合格的第一贮斗，再加入到经氮气置换合格的第二贮斗，在由电磁振动加料根据发生器的控制需求加入发生器内。电石遇到发生器内的水生成粗乙炔气体由发生器顶部逸出，经喷淋预冷器及正水封进入喷淋冷却塔及气柜中。反应所放出的热量是由过量的冷却塔废水和清净塔废水及渣浆上清液或工业补充水连续加入发生器并通过溢流管溢流而出，上述加水量以维持发生温度在（85±5）℃为标准。为了使发生器液相中的电石颗粒表面因水解反应产生的浓渣浆层被耙齿不断更新破坏，使电石表面不断地能偶与水充分接触，发生器内设置了多层隔板和耙齿，通过耙齿的搅拌使电石颗粒的表面得到不断的更新并缓缓地向下一层隔板推动，使得水解速度更快，更完全；水解反应的副产物电石渣浆不断从溢流管流出，而较浓的渣浆及矽铁杂质由发生器内的搅拌耙齿送至底部间歇排放。当发生器压力因加料故障或停车时，压力低于控制范围时，气柜内贮存的乙炔将借压差经逆水封，进入发生器内以保持设备处于正压，确保安全生产。发生器的安全水封连接管道安装于发生器液面略上方的气相部位。当发生器气相出口管道或冷却内电石渣堵塞而压力剧增时，乙炔气经管道冲破安全水封自动排空。

在湿式发生器中电石加入液相中发生水解反应，生成乙炔，反应式如下：

CaC 2+2H 2O 2)(OH Ca →+mol KJ H C /13022+

由于工业品电石中含有不少杂质，在发生器水相中也同时进行一些副反应，生成相应的PH 3、S H 2、NH 3等杂质气体，其反应时如下：

22)(OH Ca O H CaCO →+

↑+→+S H OH Ca O H CaS 222)(2

322232)(36PH OH Ca O H P Ca +→+↑

↑+→+322232)(36NH OH Ca O H N Ca

↑+→+4222)(24SiH OH Ca O H Si Ca

↑+→+322332)(36AsH OH Ca O H As Ca

发生器生成的是由乙炔气和杂质气体共同组成的、含有大量水蒸气的粗乙炔气，进入清净工序。乙炔发生工艺流程图见1-1。

（5）乙炔的净化

粗乙炔气由于电石内杂质常含有硫化氢、磷化氢、氨、砷比氢等杂质气体。它们合对氯乙烯合成的氯化高汞触媒进行不可逆吸附，破坏其“活性中心”而加速触媒活性的下降，其中磷化氯会降低乙炔的自燃点，与空气接触会自燃，均应彻底脱除。目前多数工厂均采用次氯酸钠液体清净剂，其与杂反进行氧化反应：

NaCl PO H NaClO PH 44433+→+

NaCl SO H NaClO S H 44422+→+

NaCl O H SiO NaClO SiH 424224++→+

NaCl AsO H NaClO AsH 44433+→+

清净过程反应产物磷酸、硫酸等由后面的碱洗过程予以中和为盐类，再由废碱液排出：

O H PO Na NaOH PO H 2434333+→+

2422Na NaOH SO H →+O H SO 242+

O H CO Na NaOH CO 23222+→+

对于生产中液体清净剂次氯酸钠浓度和pH 值的选择，主要考虑到清净效果及安全因素两个方面。塔内次氯酸钠溶液的有效氯含量不低于%，而补充新鲜溶液的有效氯应该控制在~范围内，pH 值在7~为宜。

处理后的乙炔气经乙炔气冷却器出去饱和水分，制的纯度达%以上，不含S 、P 的合格精制乙炔气送氯乙烯合成工序。

乙炔生产中的主要设备

（1）乙炔发生器