氯乙烯工艺设计
8页1、工艺设计题 目: 氯乙烯生产工艺设计 学 院 名 称: 化学工程学院 专 业: 化学工程与工艺 班 级: 化工094 姓 名: 王强 学 号 09402010433 指 导 教 师: 张亚静 职 称 副教授 定稿日期:2012 年 10 月 14 日摘要摘要早期,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。目前, 世界上氯乙烯的生产技术主要电石乙炔法、乙烯法、乙炔- 乙烯法和乙烷法1。本文通过对氯乙烯的各种生产工艺优缺点的分析,选出一种最适合现代社会合成氯乙烯的方法。关键词:氯乙烯;生产工艺;I氯乙烯生产工艺设计1前言氯乙烯( vinyl chloride monomer) 简称VCM,可由乙炔氢氯化制得。在工业上, 氯乙
2、烯主要用于合成聚氯乙烯树脂( PVC) 和偏二氯乙烯、冷冻剂等等。外观与性状:无色、有醚样气味的气体 熔点():-160.0沸点():-13.9 溶解性:微溶于水,溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂危险特性:易燃,与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。燃烧或无抑制剂时可发生剧烈聚合。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇火源会燃烧。 2.1 乙烯氧氯化法直接氯化过程与氧氯化过程均生成二氯乙烷,且都为放热反应,只是氧氯化反应有水生成,而直接氯化生成的二氯乙烷为无水EDC。平衡氧氯化法的直接氯化与氧氯化的生产能量大体相当, 因此,用乙烯和氯化氢为原料生产氯乙烯的装置,可省掉直接氯化单元而分别设置新鲜氯化氢氧氯化单元和循环氯化氢氧氯化单元, 而其它单元工艺可保持基本不变。用乙烯和氯化氢为原料生产氯乙烯的装置, 可分别设置新鲜氯化氢氧氯化单元和循环氯化氢氧氯化单元,各一条线生产;在原料供应稳定可靠,装置长周期连续生产的情况下,EDc 精制单元也可设置一条线;若原料供应不稳定,可考虑设置两条线生产,届时可降负荷生产开一条线
3、或开两条线;考虑到裂解炉的烧焦和生产的灵活性, EDC 裂解单元建议设置两台裂解炉和急冷塔;VCM 精制单元按一条线设置。现在工业生产氯乙烯的主要方法。分三步进行。第一步 乙烯氯化生成二氯乙烷,乙烯和氯加成反应在液相中进行: CH2CH2 + Cl2CH2ClCH2Cl 采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂,产品二氯乙烷为反应中间物。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40110,压力0.150.30MPa,乙烯的转化率和选择性均在99以上。 第二步 二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢: ClCH2CH2ClCH2CHCl+HCl 反应是强烈的吸热反应,在管式裂解炉中进行,反应温度500550,压力0.61.5MPa;控制二氯乙烷单程转化率为5070,以抑制副反应的进行。主要副反应为: CH2CHClHCCH +HCl CH2CHCl +HClCH3CHCl2 ClCH2CH2Cl2C+H2+2HCl 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50150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
4、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。 第三步 乙烯、氯化氢和氧发生氧氯化反应生成二氯乙烷。主反应式为: H2CCH2+2HCL+O2CLCH2CH2CL+H2O 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200230,压力0.21MPa,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
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