反应工程课程设计

反应工程课程设计 Prepared on 24 November 2020

课程设计(论文)题目名称年产4500吨聚氯乙烯的反应器设计

课程名称化学反应工程课程设计

学生姓名李林

学号05

系、专业生化系2013级化学工程与工艺

指导教师戴云信

2016 年 6月 20 日

目录

化学反应工程

2012级化学工程与工艺专业《化学反应工程》

课程设计任务书

一、设计项目

年产4500吨聚氯乙烯的反应器的设计

二、设计条件

1、生产规模4500 吨/年

2、生产时间：连续生产8000小时/年，间隙生产6000小时/年

3、物料损耗：按5%计算

4、乙炔的转化率：98%，其中副反应占1%。

三、反应条件

反应在等温下进行，反应温度为180℃，以活性炭为载体的氯化高汞为催化剂，进行气固相催化反应，催化剂的生产能力为70kg氯乙烯/,催化剂使用寿命为一年。

四、设计要求

1、反应器选型及方案设计

对所有的设计方案进行比较，最后确定本次设计的设计方案。

2、反应部分的流程设计（画出反应部分的流程图）

3、反应器的工艺设计计算

生产线数，反应器个数，反应器体积。反应器的物料和热量衡算

4、搅拌器的设计

对搅拌器进行选型和设计计算。

5、画出反应器的装配图

图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表,设备管口方位图。

6、设计计算说明书内容

设计任务书；

目录；

设计方案比较；

工艺流程图设计；

反应器的设计

搅拌器的设计；

设备装配图；

设计总结；

参考资料。

7、绘制主要设备的装配图。

用A3图纸绘制主要设备装配图（图面应包括设备主要视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术特性表、技术要求,设备管口方位图等），要求采用CAD制图。

指导老师：戴云信

2015年6月16日

概述

此次课程设计，是结合《化学反应工程》这门课程的内容及特点所进行的一次模拟设计。它结合实际进行计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案比较等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计基础。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个行业做好铺垫。

本次课程设计为年产4500吨聚氯乙烯的反应器的设计，是结合《化学反应工程》这门课程的内容及特点所进行的一次模拟设计。它结合实际进行计算，对我们理解理论知识有很大的帮助。同时，通过做课程设计，我们不仅熟练了所给课题的设计计算，而且通过分析课题、查阅资料、方案比较等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计基础。在设计过程中解决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事这个行业做好铺垫。通过此次课程设计，相信同学们在个方面都会有很大的提高。

本设计包括：方案讨论、设备设计，工艺流程等内容，涵盖了《化学反应工程》的基本知识，对我们进一步掌握课本知识很有益处。同时，对《机械基础设计》和CAD制图的掌握都有明显的帮助，因此，反应工程课程设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节

聚氯乙烯的生产工艺是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺，但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。酯化反应器设计的基本要求是满足传质和传热要求。因此需要设计搅拌器。另

外，反应器要有足够的机械强度，抗腐蚀能力；结构要合理，便于制造、安装和检修；经济上要合理，设备全寿命期的总投资要少。

氯乙烯的主要生产方法

乙烯直接氯化法

(1)乙烯低温氯化：先向乙烯通氯，在三氯化铁存在下制取二氯乙烷，在碱的醇溶液中，二氯乙烷再脱氯化氢制取氯乙烯。此法是最古老的方法，其缺点是：间歇生产，同时要消耗大量的碱和乙醇，副产氯化氢以氯化钠的形式消耗。(2)乙烯高温氯化法：此法为法国开发的Cldoe法，于1970工业化。此法以乙烯、氯气为原料经高温氯化生产氯乙烯，同时富产多种氯代烃溶剂。整个过程没有二氯乙烷裂解程序。据称，总收率按碳。计为94．5％，辅助费用低，但耗氯量大。2.1.2乙烯氧氯化法

乙烯氧氯化法是目前世界上广泛采用生产氯乙烯的方法，是美国DoW化学公司于1958年实现工业化。该法以三氯化铁为催化剂，将乙烯直接液相氯化合成二氯乙烷，二氧乙烷经精制后再裂解制得氯乙烯，副产氯化氢再与乙烯和空气，通过载于氧化铝上的氧化铜催化剂进行氧氯化反应得l，2一二氯乙烷，此时，乙烯的化率达99．7％，二氯乙烷的选择性为99．8％；二氯乙烷经精制后在500℃、压力下，于管式炉内裂解生成氯乙烯和氯化氢；二氯乙烷的转化率达57％，氯乙烯的选择性为99％；再经精制得产品氯乙烯。

2.1.3乙烷直接氧氯化制氯乙烯

随着石油资源的日益减少和石油价格的上升，由石油加工而来的乙烯原料价格将会不断攀升，传统的乙烯氧氯化生产氯乙烯的成本也将不断升高。从氯乙烯合成工艺上来说，传统的方法首先是乙烯氯化合成二氯乙烷，再由二氯乙烷裂解才能得到氯乙烯，工艺路线较长，设备投资较多，因此，世界各大化学公司

如B．F．洲ch公司、盂山都公司及比利时的EvC公司等，都一直在研究开发乙烷一步法制氯乙烯的技术，以此来降低生产成本，但此技术的关键是必须开发出高稳定性及高活性的催化剂。

2.1.4乙炔法制氯乙烯

乙炔法是目前我国生产氯乙烯的主要方法，在我国聚氯乙烯的生产中占据主导地位。乙炔法氯乙烯工艺流程较短,技术较成熟。本设计中采用的是乙炔法。主反应：C2H2 + HCL→ CH2CHCl +mol

副反应：C2H2 + 2 HCL→ CH2ClCH2Cl + KJ/mol

1.工艺设计计算

设计依据

《聚氯乙烯生产设计任务书》

设计方案

对于聚氯乙烯的生产既可以采用流化床生产，也可以采用固定床生产。由于聚氯乙烯的生产温度不是很高，而催化剂寿命要求较长，综合考虑选择选择固定床反应器进行生产。

工艺计算

1.3.1 固定床进料

(1) 流量的计算

表物料物性参数[1]

化学反应方程式：