年产7.5万吨氯乙烯固定床反应器设计
年产10万吨氯乙烯工艺设计项目设计方案
设计方案项目背景：氯乙烯是一种重要的有机化工原料，广泛应用于塑料、橡胶、涂料、农药等多个领域。
我国是全球最大的氯乙烯生产和消费国家之一，但生产设备老化、能耗高等问题制约了其可持续发展。
因此，本设计方案旨在设计一套年产量为10万吨的氯乙烯工艺，利用先进的技术和设备，提高产能和能源利用效率。
设计方案：1.原料准备：该工艺采用乙烯和氯气为原料，通过氯化反应生成氯乙烯。
乙烯和氯气作为主要原料需要在储罐中储存，并通过气体管道输送至反应箱进行反应。
为确保原料的供给稳定和安全，需要设计合适的储存和输送系统，并设置相应的自动控制和安全设备。
2.反应过程：该工艺采用常压氯化法进行氯化反应。
乙烯和氯气通过催化剂在反应箱中进行氯化反应生成氯乙烯。
为提高反应效率和选择性，需要选择合适的催化剂和反应条件，并设计适当的反应器结构和控制系统。
同时，需要考虑废气处理和安全措施，避免有毒气体泄漏和环境污染。
3.分离和提纯：反应产生的气体混合物需要经过分离和提纯才能得到纯净的氯乙烯产品。
首先通过冷凝和压缩将气体混合物转化为液体，然后采用分离技术如蒸馏、吸附等进行分离和提纯。
分离后的氯乙烯产品需要经过后续的脱水、脱色等工艺步骤，得到满足市场要求的产品。
4.能源回收利用：为提高能源利用效率，该工艺设计考虑了能源回收利用系统。
具体包括废热回收、废气回收等。
废热回收可以通过余热锅炉进行，将废热转化为蒸汽等能源进行再利用；废气回收可以通过气体分离和净化系统，将有价值的气体组分进行回收利用。
5.自动控制系统：为确保生产过程的稳定和安全，该工艺设计采用自动控制系统进行全面控制。
通过传感器和仪表对关键工艺参数进行监测和控制，自动化地调节反应条件、制备工艺等，提高生产效率和产品质量。
同时，系统还需要具备报警、故障诊断等功能，保证生产的安全和可靠性。
6.安全环保措施：该工艺设计重点考虑安全和环保问题。
针对反应过程中有毒气体的泄漏和排放，需要设计相应的密封装置和废气处理系统，降低对环境和人体的影响。
课程设计氯乙烯的制备
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℃、2.0-2.5
2.2氯乙烯生产的工艺流程
氯乙烯生产装置的主要设备有固定穿反应器、吸收塔、换热器。其设计生产能力为年产2万吨氯乙烯，设计运转时间为7200小时/年。
第三章反应器型式及设计方案的确定
3.1催化剂的选择
乙炔法合成氯乙烯中所用的催化剂成分为活性炭和氯化汞。纯氯化汞并无催化作用，但用活性炭作为载体将其吸附后表象出很强的催化活性。氯化汞催化剂会产生汞污染，但国内外科学家至今未找到无汞的且催化效果很好的催化剂。活性炭的质量对催化剂的活性影响很大。吸附能力强的活性炭孔道多，比表面积大，但机械强度低，所以催化剂的机械强度选择在92%-95%较好。催化合成氯乙烯的催化剂一般选择Φ3*6mm颗粒活性碳。
第四章 物料衡算与热量衡算
工艺参数计算
包括物料衡算和热量衡算两部分。物料衡算以质量守恒定律为基础，主要计算所需物料量和产品量，还可以算出物料的组成，确定物料中各组分在化学反应过程中的定量转化关系，并通过衡算求得原料的定额消耗。其计算依据是工艺流程图、在工厂采集的数据及设计时要求的和查得的各种参数。
年产l.5万吨环氧乙烷的固定床反应器设计课程设计 精品
年产l.5万吨环氧乙烷的固定床反应器设计目录摘要 (2)Abstract (2)第一章概述 (3)第二章环氧乙烷的性质 (5)2.1 物理性质 (5)2.2 化学性质 (6)第三章设计方案的确定 (8)3.1 环氧乙烷的生产方法的确定 (8)3.2 催化剂的选择 (9)3.3 环氧乙烷生产工艺条件的确定 (9)3.3.1 反应温度 (9)3.3.2 反应压力 (9)3.3.3 空速 (10)3.3.4 原料配比和循环比 (10)3.3.5 抑制剂 (11)3.3.6 稳定剂的选择 (11)3.4 环氧乙烷生产的工艺流程 (11)3.4.1 工艺流程概述 (11)第四章工艺计算 (15)4.1 设计条件 (15)4.1.1 反应原理 (15)4.1.2 原料组成 (15)4.1.3 反应器条件 (16)4.2 物料衡算 (16)4.3 热量衡算 (19)第五章反应器的设计 (24)5.1 催化剂的用量 (24)5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 (26)5.3 床层压力降的计算 (27)5.4 传热面积的核算 (28)5.4.1 床层对壁面的给热系数的计算 (28)5.4.2 总传热系数的计算 (28)5.4.3 传热面积的核算 (29)5.5 反应器塔径的确定 (30)第六章结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)摘要综述了环氧乙烷的性质、用途及生产方法。
简介了直接氧化法合成环氧乙烷的方法及反应原理。
以年产l.5万吨环氧乙烷的固定床反应器设计为例，介绍固定床反应器工艺计算和结构计算情况。
根据设计条件和要求，通过物料恒算、热量恒算及其他工艺计算设计出年产l.5万吨环氧乙烷的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降，催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。
关键词环氧乙烷；固定床反应器；物量衡算；能量衡算AbstractThe nature use and production methods of Oxirane were simply introduced. Introduced direct oxidation synthesis methods of epoxy ethane and reaction principle.With fixed-bed reactor for producing Oxirane with an annual output of 15000 tons as example，the cajculation situations of process of fixed-bed reactor were introduced.In the design，wemainly calculated the process parameter and the size of the oxidized reactor.According to the design conditions and requirements，through constant calculate, heat material constant calculate and other process calculation designed annual l5,000 tons of epoxy ethane fixed-bed reactor, and determined the reactor selection and size, calculate pressure drop, catalyst etc, designed to meet the requirements of the reactor.Keywords Oxirane ,Fixed-bed reactor,material balance, heat balance第一章概述环氧乙烷(Oxirane)又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最简单的环状醚。
年产16万吨氯乙烯合成工艺设计
年产16万吨氯乙烯合成工艺设计1. 引言氯乙烯是一种重要的有机化工原料，广泛应用于塑料、合成橡胶、溶剂等行业。
本文旨在设计一种年产16万吨氯乙烯的合成工艺，以满足市场需求并提高生产效率。
2. 工艺概述合成工艺的概述如下：1.原料准备：主要原料包括乙烯、氯气和催化剂。
2.反应装置：采用流动床反应器，具有较高的热传导和负载能力。
3.反应步骤：氯气与乙烯在催化剂作用下发生氯化反应，生成氯乙烯。
4.分离纯化：通过多级凝馏和萃取等工艺对氯乙烯进行纯化。
5.产品储存和包装：将纯化后的氯乙烯储存于贮罐中，并进行相应的包装以便于运输和销售。
3. 反应装置设计3.1 流动床反应器流动床反应器是当前工业生产中常用的反应器类型之一，由于其具有优良的热传导和负载能力，适用于氯乙烯的合成反应。
流动床反应器的设计要点如下：•反应器材料：选择耐腐蚀性能好、热传导性能高的不锈钢。
•反应器结构：采用垂直式结构，方便气体和液体的流动，并且易于维护和清洗。
•热交换器：在反应器内部设置热交换器，提高反应器的热效率，减少能量损失。
•自动控制系统：采用先进的自动控制系统，实时监测反应器的温度、压力等参数，保证反应的稳定进行。
4. 反应步骤与工艺条件4.1 氯化反应氯化反应是合成氯乙烯的关键步骤，该反应基于氯气与乙烯的化学反应。
反应方程式如下：C2H4 + Cl2 -> C2H3Cl + HCl氯化反应的工艺条件如下：•温度：反应温度为300-500摄氏度。
•压力：反应压力为1-5兆帕。
•催化剂：采用氯化汞作为催化剂，具有较高的活性和选择性。
4.2 分离纯化分离纯化工艺的目的是将氯乙烯从反应产物中分离出来，以提高氯乙烯的纯度和质量。
分离纯化工艺包括多级凝馏和萃取等步骤：•多级凝馏：通过不同的温度和压力条件，将乙烯、氯乙烯和其他杂质分离出来。
•萃取：采用特定的溶剂将残留的杂质进一步去除，提高氯乙烯的纯度。
5. 安全防护措施在氯乙烯合成工艺中，涉及到氯气和高温高压条件，因此必须采取必要的安全防护措施，以防止事故发生，保证生产安全。
固定床反应器的设计与分析
重点掌握
※固定床压力降的计算方法。 ※固定床催化反应器拟均相活塞流模型 的建立与应用，包括考虑内扩散的情况。 ※绝热式固定床催化反应器催化剂用量 的计算方法。
深入理解
▼固定床催化反应器的主要类型及其结 构特点。 ▼换热式固定床催化反应器的设计优化 问题、参数敏感性问题以及飞温和失控 的现象。
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压力降的计算
流体在固定床中的流动，与空管中的流体流动相似， 只是流道不规则而已。故此可将空管中流体流动的压力 降计算公式修正后用于固定床。
固定床压力降计算公式：
Lu (1 ) P f 3 dS
2 0
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(6.2-2)
式中：ρ——流体密度
f —— 摩擦系数 u0——空管流速
当Re>10时，（Pea）m=2.有
Da Da d p 1 d p 1 Pea uLr ud p Lr 2 Lr
0.005
所以，当床层高度Lr>100dp时，可以忽略 床层内轴向混合扩散，即将流体在床层内 的轴向流动似为平推流流动。在实际反应 器，能够满足该前提条件，而实验反应器 往往不能达到，希注意。
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① 一维模型
在一维模型中，床层径向温度被认为是相同 的。床层热阻和壁膜热阻合并作为一个热阻来考 虑，用床层与器壁间的给热系数h0来表示，给热 速率式以床层平均温度tm与壁温tW之差来定义：
q ht A(tm t ht 值大致为 61.2～320kJ／(m2· h· K)。下面推荐两个计算ht的关 联式，
T0
TC Tf
Tf
T0
逆流
并流
图6.1-3 自热式反应器示意图
第6章固定床反应器.
ρ、μ—— 流体的密度和粘度；
ds —— 比表面当量直径。
p d S 2 u m L
B 150 1 . 75 1 R B em
3
Rem<10，层流，上式中右边第二项可忽略； Rem>1000，湍流，上式中右边第一项可忽略。
B
床层比表面积：
S e 6( 1 B ) / d S
d s S dV
有效截面积 床层空隙体积 B 水力半径：RH 润湿周边 总的润湿面积 S e 而比表面当量直径：d s 6 / SV
B d e 4 RH 4 4 [ ds ] Se 6(1 B ) 2 B ds 3 (1 B )
φs
0.3 0.3 0.89 0.55
物料
砂 各种形状平均 硬砂 砂 砂 碎玻璃屑
形状
φs
0.75
尖状 尖片状 圆形 有角状 尖角状
0.65 0.43 0.83 0.73 0.65
天然煤灰 大至 10mm 0.65 破碎煤粉 0.75
二、床层空隙率 床层空隙率：粒子间的空隙所占床层容积的分率
式中
空隙体积 颗粒体积 VP B B 1 1 1 床层体积 床层层体 VB P
2、床层当量直径
2 B 2 B d e 4 RH 4 dS S dV Se 3 1 B 3 1 B
B
式中，RH —— 水力半径。 根据水力半径的定义有：
RH
有效截面积
润湿周边
＝
床层的空隙体积
总的润湿面积
p
B —— 床层堆积密度；
—— 颗粒视密度。
《固定床反应器》
(1B)
1h1rsdp2 3(s)
(6-24)
Rep d pG, pr Cp, 2(12)(B 0. 20 1.6 26)
编辑ppt
所以， e的求算过程为：
根据dp/dt查图6-14
6-23
e
Re pr
根据dp G Cp μ λ计算 Re, pr
λ 流体导热
λS 颗粒导热（粒内）
0 e
φ 颗粒接触传热
层装催化剂，管内走反应
催化剂
原料
气体，壳程走传热介质。
优点是传热效果好，反应
后的气体可实现急速降温
换 热
或升温，通常反应时间短， 介
质
气体流动类似于平推流。
如甲醇氧化反应器。
产物
编辑ppt
• 自热式固定床反应器
在这类反应器内，原料气 先与反应后的气体通过管 壁进行热交换，预热，再 进行反应，一般用于热效 应不大的高压反应。例如 合成氨反应器。不过现在 趋向多段绝热式。
原料气
剂均匀堆于床内。内部无换热构件(下
部催化剂支撑结构，上部气体分布装
置)。结构简单，造价便宜，反应器体
催
积得到充分利用。但通常只用于化学
化
剂 反应热效应不大，并且反应温度范围
相对较宽的过程。例如乙苯脱氢反应
器，无加热装置(实验室用电阻丝加 热)，实际工业过程通过加高温水蒸气
产物
供热。
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• 多段绝热床反应器
比其它因素对压降更为敏感。 在生产过程中，流体的压头有限，床层压降往往有重
要影响，因此一般固定床中的压降不宜超过床内压力 的15%。
编辑ppt
(6) 固定床中的传热
化学反应大都伴有热效应，如对于放热反应，如何把 产生的热量及时传递出来是维持反应正常进行首先要 考虑的问题。
年产万吨PVC生产车间的工艺设计(29页)
5.5气流干燥部分物料衡算
? 气流干燥损失的PVC 量为：6294/0.95×0.005=33.13 kg/h ? 则出料PVC 量为：6393.87-33.13=6360.74 kg/h ? 已只气流干燥后的含水量为5% ，则含水量为： ? 16360.74 ×0.05/0.95=334.78 kg/h ? 整理计算结果得：
3.产品的应用状况
? PVC 树脂可以采用多种方法加工成制品，悬浮聚合的PVC 树脂可 以挤出成型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑 成型。分散型树脂或糊树脂通常只采用糊料涂布成型，用于织物 的涂布和生产地板革。糊树脂也可以用于搪塑成型、滚塑成型、 蘸塑成型和热喷成型。
? 发达国家PVC 树脂的消费结构中主要是硬制品，
5.6沸腾干燥部分物料衡算
? PVC 损失量为：6294/0.95×0.005=33.13 kg/h ? 所以出料的PVC 量为：6360.74-33.13=6327.61 kg/h ? 假设出料中水分含量为0.3% ，则所含水量为 ? 6327.61 ×0.003/0.997=19.04 kg/h ? 整理计算结果得：
氯化法制备氯乙烯单体。此方法中氧氯化部分主要采用美国古德里奇 技术，直接氧化和裂解是西德赫斯特公司的技术。全套装置由直接氧 氯化单元、二氯乙烷精馏单元、二氯乙烷裂解单元、氯乙烯精馏单元、 废水处理单元和残液焚烧单元组成。 ? 1.1.2聚合方法选取 ? 聚氯乙烯按聚合方法分四大类： 悬浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、 本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。本工艺设计采用悬浮发生产聚 乙烯。悬浮法(主要是水相悬浮法)生产的氯化聚氯乙烯为非均质产品, 溶解度相对于溶液法产品低,但热稳定性高,主要用于制造管材、管件 、板材等[5]悬浮聚合反应机理和动力学与本体聚合相同，需要研究的 式成粒机理和颗粒控制。 ? 氯乙烯悬浮聚合过程大致如下： ? 将水、分散剂、其他助剂、引发剂先后加入聚合釜中，抽真空和冲氮 气牌氧气，然后加单体，升温至预定温度聚合。在聚合过程中温度压 力保持恒定。后期压力下降0.1-0.2MPa ，相当于80-85% 转化率，结 束聚合，如降压过多，将使树脂致密。聚合结束后，回收单体，出料， 经后处理工序，即得聚氯乙烯树脂成品。
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年产7.5万吨氯乙烯固定床反应器设计摘要综述了氯乙烯的性质、用途及生产方法，简介了氯乙烯的合成方法及生产原理。
介绍固定床反应器工艺计算和结构计算情况。
根据设计条件和要求，通过物料衡算、热量衡算及其他工艺计算设计出年产7.5万吨氯乙烯的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降、催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。
本次设计采用乙炔合成法工艺合成氯乙烯。
原料由乙炔气和氯化氢原料气组成，其中乙炔气中乙炔含量为99%，氯化氢原料气中氯化氢含量为99%，乙炔气与氯化氢原料气以1:1.08配比进入混合器，混合后的气体经石墨冷却器冷却后进入除雾器进一步脱水，脱水后的混合气进入预热器，预热后进入装有以活性炭为载体的氯化汞催化剂的一组反应转化器进行第一次转化，经过初步转化的混合气体再进入二组转化器（乙炔转化率达到97.6%)，副产物1,1-二氯乙烷的生成量约为0.9%左右）。
反应后的粗氯乙烯进入脱汞罐脱汞后进入除沫冷却器降温，降温后送至储罐。
通过反应的物料衡算、热量衡算、反应器选型、反应器尺寸计算，得到该反应器工艺尺寸。
设计采用直径为3200 mm的列管固定床反应器，有5台反应器，列管共7482根，催化剂床层高度为2.85 m，床层截面积为3.09 m2 ,催化剂总体积为9.42 m3。
通过验算，证明各指标数据均符合标准，本次设计满足设计要求。
关键词：氯乙烯；乙炔合成法；固定床反应器AbstractThe properties, application and and production methods of vinyl chloride were simply summarized . Introduced the synthesis of vinyl chloride and reaction principle. The design mainly calculated the process parameter and the size of the reactor. According to the design conditions and requirements，through material balance calculation, heat balance calculation and other process calculation designed annual 75,000 tons of vinyl chloride fixed-bed reactor, and determined the reactor selection and size, calculate pressure drop, catalyst etc, designed to meet the requirements of the reactor.This design adopts the acetylene synthesis process for the synthesis of vinyl chloride. Raw material gas is composed of acetylene and hydrogen chloride . The content of acetylene in the acetylene gas is 99% . The content of hydrogen chloride in the hydrogen chloride gas is 99% . The proportion of acetylene and hydrogen chloride is 1:1. 08 . They are mixed in the mixer, the mixed gas after getting into graphite cooler next gets into the mist eliminator to conduct further dehydration, and the mixture gets into the preheat-er, then enters into converter which is full of mercuric chloride catalyst whose carrier of a set of reaction is activated carbon for the first time, after preliminary transformation of, the mixed gas gets into converter (acetylene conversion rate of 97.6%) for the second time, the by-product 1,1- the generation of the dichloroethane is about 0.9%). Crude vinyl chloride gets into the mercury removal tank to remove mercury and enters in the foam cooler to cool down. Finally the product is sent to a storage tank.By calculation of material balance, calculation of heat balance and the selection of reactor type , the size of the reactor is obtained. The design adopts fixed bed reactor whose column pipes’ diameter is 3200 mm, there are 5 tube reactors and 7482 steel pipes, the height of catalyst bed is 2.85 m, the bed cross sectional area of catalyst bed is 3.09 m2 . The total volume of catalyst is 9.42 m3.Through calculation, it is proved that each index data is satisfied with astandard, this design achieves the design requirements. Key words:vinyl chloride;vinyl chloride; fixed bed reactor目录摘要................................................... 错误!未定义书签。
Abstract.................................................................. I 第1章概述.. (1)第2章氯乙烯的生产工艺 (2)2.1 乙炔法 (2)2.1 乙烯氧氯化法 (2)2.3 乙烯直接氯化法 (2)2.4 乙烯氯化裂解法 (3)2.5 乙烯氯化平衡法 (4)2.6 混合烯炔法 (4)2.7 乙烷氧氯化法 (5)第3章反应器型式及设计方案的确定 (6)3.1 反应器型式的确定 (6)3.2 催化剂的确定 (8)3.3 温度对反应的影响 (8)3.4 压力对反应的影响 (8)3.5 空速对反应的影响 (9)3.6 设计方案的确定 (9)第4章物料衡算与热量衡算 (10)4.1 反应原理 (10)4.2 反应的设计条件 (10)4.3 反应的物料衡算 (11)4.4 反应器的热量衡算 (14)4.4.1 前台反应器的热量衡算 (15)4.4.2 后台反应器的热量衡算 (17)第5章反应器的设计 (19)5.1 反应原理 (19)5.2 确定反应器的基本尺寸及根数 (20)5.3 实际状况 (21)5.4 床层压力降的计算 (22)5.5 传热面积的核算 (25)5.5.1 床层对壁面的给热系数 (25)5.5.2 总传热系数的计算 (29)5.5.3 传热面积核算 (29)5.6 数据总结 (32)第6章设计总结 (33)参考文献 (34)致谢 (35)附录 (36)第1章概述氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl Chloride）是一种应用于高分子化工的重要单体，可由乙烯或乙炔制得[1]。
氯乙烯在常温、常压下是一种无色带有芳香气味的气体，微溶于水，分子式为CH2CHCl，结构式为CH2=CHC1相对分子质量为62.5，凝固点为-159.7 ℃，临界温度为142 ℃，临界压力为5.22 MPa，沸点为-13.9 ℃。
虽然它的沸点为-13.9 ℃，但稍加压就可液化。
而氯乙烯液体同一般液体一样，温度越高，密度越小。
氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。
它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4％～22％（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂[2]。
氯乙烯是聚氯乙烯（PVC）的单体，也是生产聚氯乙烯的主要原料。
在世界上氯乙烯是与乙烯和氢氧化钠并列的最重要的化工产品之一，主要用途是用来合成聚氯乙烯。
聚氯乙烯是最古老的塑料品种之一，其能大量生产，价廉易得，用途十分广泛。
其制品可分为聚氯乙烯糊、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯三大类[3]。
聚氯乙烯糊约占聚氯乙烯制品的10%主要产品有搪塑制品等。
硬聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的65%以上，它可以代替金属制成电气零件、管接头等注塑件和挤出吹型的瓶类产品以及管材、异型材、片材等挤出产品。
软聚氯乙烯约占聚氯乙烯制品的25%，主要用于雨披、包装材料、薄膜、压延片、标签、手袋、医用制品等。
随着聚氯乙烯消费量的增长，市场上对氯乙烯的需求必然有所增长。
因而氯乙烯的发展情况对国家经济的增长至关重要。
我国五十年代开始研究和生产氯乙烯，到目前为止，我国生产氯乙烯的生产厂家有几十余家，但是我国现有装置的总生产能力仍然不能满足快速增长的市场需要[4]。
因此以氯乙烯为原料的产品在市场上前景广阔，生产氯乙烯相关产品可以获得可观的经济收益。
根据原料的不同，氯乙烯的生产方法主要分为乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烯直接氯化法、乙烯氯化裂解法、乙烯氯化平衡法、混合烯炔法、乙烷氧氯化法等，我国目前普遍采用的是乙炔法(电石法)和乙烯法[5]两种。
第2章 氯乙烯的生产工艺2.1 乙炔法乙炔法即采用乙炔和氯化氢在催化剂作用下生产氯乙烯的方法。