1万吨年氯丙烯生产过程设计课程
年产1万吨丙烯基氯生产流程设计.
1.3.1氯丙烯的生产方法
丙烯高温氯化法 丙烯高温氯化制取氯丙烯的工艺原
常温下为无色液体，有腐蚀性和刺激性 气味，易燃，有毒。它的性质活泼，能发生氧 化、加成、聚合、水解、氨化、氰化、酯化等 反应。微溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚和石油 醚混溶。
1.2氯丙烯的应用
由于氯丙烯可发生氧化、加成、取代、 烷基化等多种反应，使其在医药、农药、香料、 塑料阻燃、有机合成等方面具有广泛的应用。
理为丙烯和氯在高温（470～510℃）下 反应，氯主要取代丙烯β位的氢原子，而 几乎不发生双键上的加成反应，其反应 式如下: CH2=CHCH3+Cl2=CH2=CHCH2Cl+HCl
(ΔH= -112kJ/mol )
丙烯氧氯化法
丙烯氧氯化法是以丙烯、氯化氢和氧在 碲催化剂存在下，进行气相反应制取合 成反应式：
摩尔组成
15.46 0.47 1.88 107.63
氯丙烯 1.000 2-氯丙烯 3.208E-05
2-氯丙烯 0.951 氯丙烯 0.049
1,3-二氯丙烯 0.961 氯丙烯 0.039
丙烯 0.0695 氯化氢 0.1830 水 0.7474
３.５过程优化
改进的工艺流程图 热量匹配后的工艺流程图
3.1设计目标
原料： 丙烯>98%，氯气 产品: 氯丙烯>99.9%，2-氯丙烯>95%，
2,3-二氯丙烯>95%，盐酸31.5wt%
烯丙基氯工艺过程设计
摘要烯丙基氯又名3－氯丙烯，无色易燃液体，有腐蚀性和刺激性臭味。
烯丙基氯作为一种重要的石油化工中间产品，一般不直接作为商品出售。
烯丙基氯的主要用途就是生产环氧氯丙烷。
在工业上主要有两种制备方法即丙烯高温氯化法和丙烯氧氯化法。
目前，世界上烯丙基氯生产能力约为90万吨／a。
Aspen Plus是生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。
Aspen Plus软件对化工过程进行设计不仅可以准确的再现化工生产过程，而且大大缩短设计时间，降低设计消费。
Aspen Plus 在整个工艺装置的从研发、工程到生产生命周期中，提供了经过验证的巨大的经济效益。
本文使用Aspen Plus软件，对烯丙基氯的生产过程进行了概念设计。
首先，根据相关的烯丙基氯的生产过程，选择了最优的烯丙基氯的生产工艺，确定了烯丙基氯的生产流程，其中包括换热器，吸收塔，共沸塔。
根据各单元操作的工艺特点及优化操作参数，降低操作费用和公用工程的费用，对流程作经济权衡，节省生产成本。
通过对烯丙基氯的生产过程的设计以及各参数的优化，我们得到了一套比较合理的流程和参数，根据Aspen Plus的结果表明，产品的纯度和收率，达到了项目的要求。
关键词：Aspen Plus，烯丙基氯，优化设计IAbstractAllylic chlorine, also names 3- allyl chloride, appearance is colorless flammable liquid, has corrosiveness and the irritant smell. Allyl chloride as a kind of important petrochemical products, generally not directly sale. And it is the main purpose of the production of epichlorohydrin. In industry to basically have two kinds of preparation methods that LvHuaFa propylene temperature and propylene LvHuaFa oxygen. At present, the world allylic chlorine production capacity for about 90 million t/a.Aspen Plus is the production of equipment design, optimization of the steady-state simulation and universal process simulation system. Aspen Plus software design of chemical process can not only accurate representation of the chemical production process, but also greatly shorten the time, reduce the consumption of design of design. Aspen Plus in the entire craft installment from the research and development, the project to produces in the life cycle, provided underwent the confirmation the huge economic efficiency.This paper used aspen Plus software, the production of Allylic chlorine conceptual design process. Firstly, according to the relevant Allylic chlorine production process, select the optimal allylic chlorine production process, determines the allylic chlorine production processes, including heat exchanger, absorption tower, extraction. According to the technological characteristics of each unit operations and optimizing the operation parameters, lower operating costs and expenses for public works, economic weighing, save for process production cost.Through the allylic chlorine manufacture process design and optimization of parameters, we got a relatively reasonable process and parameters, according to the results, Aspen Plus the purity and yield of product, to project requirements.Key words: Aspen Plus, Allylic chlorine, optimization designII摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................... I I 第一章引言 (1)1.1 烯丙基氯的简介 (2)1.1.1 烯丙基氯的理化性质 (2)1.1.2 烯丙基氯的生产消费情况 (3)1.1.2.1国外生产和消费情况 (3)1.1.2.2国内生产和消费情况 (4)1.2 烯丙基氯的生产技术分析 (5)1.2.1 丙烯高温氯化法[7-8] (5)1.2.2 丙烯氧氯化法 (6)1.3 Aspen Plus简介 (6)1.3.1 Aspen Plus软件的应用实例 (7)1.4 本课题研究的意义 (8)第二章烯丙基氯的生产设计要求与分析 (10)2.1 Aspen Plus工艺模拟步骤 (10)2.1.1 生产工艺模型的建立 (10)2.1.2 操作单元的设定 (10)2.1.3 精馏塔单元的设定 (11)2.2 烯丙基氯生产的设计要求 (12)2.2.1 原料及产品规格 (12)2.2.2 设计要求 (12)2.3 烯丙基氯生产过程的分析 (12)2.3.1 烯丙基氯生产的流程选用 (12)2.3.2 反应系统分析 (13)2.3.2.1 反应过程分析 (14)2.3.2.2 反应的循环结构 (14)2.3.2.3 物料平衡分析 (14)2.3.2.4 分离系统分析 (15)2.3.2.5 换热网络的合成 (16)2.4 流程叙述 (17)III第三章烯丙基氯生产流程的设计与优化 (19)3.1 流程的设计与优化 (19)3.1.1 反应器R-101反应条件的确立 (19)3.1.1.1 精榴塔T-101的设计 (19)3.1.1.2 分离参数的初步设定 (20)3.1.1.3 回流比对分离效果的影响 (20)3.1.1.4 进料板位置对分离效果的影响 (21)3.1.1.5 塔顶采出率对分离效果的影响 (22)3.1.2 精馏塔T-102操作条件确定 (23)3.1.3 精馏塔T-103操作条件确定 (24)3.1.3.1 精榴塔T-103的初步设定 (24)3.1.3.2 回流比对烯丙基氯纯度的影响 (25)3.1.3.3 采出率对烯丙基氯分离的影响 (25)3.1.3.4 进料板对烯丙基氯分离的影响 (26)3.1.4 吸收塔T-104的设定 (27)3.1.4.1 吸收剂流量对吸收效果的影响 (27)3.2 设备的设计与校核 (28)3.2.1 精馏塔T-103的设计 (28)3.2.2 热器E-101的设计 (31)3.2.2.1 换热器E－101的工艺参数 (34)3.2.2.2 换热器E－101的选型和校核 (34)结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)附录一：Aspen Plus 计算说明报告 (40)附录二：生产工艺流程图 (65)附录三：设备结构图 (66)IV第一章引言概念设计又称为“预设计”，是在根据开发基础研究成果、文献数据、现有类似的操作数据和工作经验基础上，按照所开发的新技术工业化规模要求而作出的预设计，用以指导过程研究及提出对开发性的基础研究进一步的要求，所以它是实验研究和过程研究的指南，是开发研究过程中十分关键的一个步骤。
烯丙基氯生产流程设计
South China University of Technology
高温氯化反应过程控制条件的选择
(1) 反应温度 500℃左右，反应收率较高
(2) 丙烯/氯气摩尔比 (3) 反应时间 (4) 反应压力 (5) 丙烯、氯气预热温度
路漫漫其悠远
三、流程模拟与优化
South China University of Technology
反应原理
主反应： CH2＝CH-CH3 + Cl2 → CH2=CH-CH2Cl + HCl, ΔH1= -112kJ/mol (1) 副反应： CH2＝CH-CH3 + Cl2 → CH2=CCl-CH3 + HCl, ΔH2= -121kJ/mol (2) CH2＝CH-CH3 + 2Cl2 → CH2=CCl-CH2Cl + 2HCl, ΔH3= -222kJ/mol (3) CH2＝CH-CH3 + 3Cl2 → 3C + 6HCl, ΔH4= -306kJ/mol (4)
MolarFlowrate 95.61 6.92 88.69 18.38 70.31 77.23
(kmol/h)
Propylene
58.08 2.72 55.36 0.55 0.0 0.01
Allyl Chloride
15.56 0.01 15.55 15.55 0.0 0.01
2-Chloropropene 0.46 0.0 0.46 0.46 0.0 0.0
路漫漫其悠远
模拟结果
Stream NO
４ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２
Temperature (℃) -50 -50 -50 46 -57 -56
万吨年丙烯基氯生产项目设计
1
1-反应过程工艺
2-分离过程工艺
S19 S22
S23 S8
2-分离过程工艺
S19 S22
S23 S8
3-制冷工艺（Refrigeration Loop）
过程模拟
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
进料物流参数
组成 丙烯 氯
（１００％） １００％）
温度 压力 摩尔气 物流 ） （ ℃ ） （bar） 相分率 1 2 25 25 11.7 6.44 1.0 1.0
1
• 工艺原理 工艺原理：丙烯和氯在高温（470～500℃）下反 应，氯主要取代丙烯β位的氢原子，而几乎不发生 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 双键上的加成反应，反应式如下： • 主反应 主反应：
CH2=CHCH3+Cl2→CH2=CHCH2Cl+HCl ∆H1= -112kJ/mol
1
价格及需求
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
• 氯丙烯的价格与宏观经济形势关系密切，也 与客户的需求有关； • 由于生产工艺流程较长和氯气严重不足等多 方面原因，国内氯丙烯的生产一直处于低谷 ； • 近年来下游产品特别是环氧树脂生产装置相 继建成投产，国内氯丙烯市场前境乐观； • 据专家预测，我国环氧树脂用量今后十年以 年均25%的速度增长，给氯丙烯生产提供了 巨大的发展空间。
1
目前和未来的价格
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
产品名称 规格型号 生产企业 氯丙烯 氯丙烯 氯丙烯 一级 二级 优级 巴陵石化 巴陵石化 巴陵石化
出厂价 单位 12000 11000 元/吨 元/吨 元/吨
万吨氯丙烯生产流程模拟与优化
Mass Frac %
PROPY-01 CHLOR-01 ALLYL-01 2-CHL-01
2,3-D-01 HYDRO-01
H2O
100.000 100.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
项目分析与设计
丙烯高温氯化法
于470~510℃高温下反应，氯原子主要取代丙烯β位的氢原子
主反应：
CH2=CHCH3+Cl2→CH2=CHCH2Cl+HCl 副反应：
ΔH1= -112 kJ/mol
CH2=CHCH3+Cl2→CH2=CClCH3+HCl
ΔH2= -121 kJ/mol
CH2=CHCH3+2Cl2→CH2=CClCH2Cl+2HCl ΔH3= -222 kJ/mol
2,3-D-01 HYDRO-01
H2O
15 92.44
10 1.00 400.00
16832.26
16 57.43
1.5 0.00 15.95
1220.58
17 109.25
1.6 0.00 0.75
83.23
18 30.00
10 1.00 400.00
16832.26
19 63.26 19.8 1.00 400.00
Pressure bar
1
1
1
2.77
5
2.1
2.1
Vapor Frac
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.00
Mole Flow kmol/hr 80.00
年产1万吨聚氯乙烯工艺设计说明书
摘要本文综述了PVC的生产方法，确定了电石乙炔法为本设计的工艺路线，悬浮聚合法为生产聚氯乙烯的聚合方法。
通过物料衡算、热量衡算和设备计算等确定了年产1万吨PVC 树脂的主要设备的设计参数，评述了本生产工艺的安全与环保，及技术经济。
根据设计结果，绘制了工艺流程图，车间平面布置图，和聚合釜装置图等。
通过本次设计，了解了化工工艺生产的各个环节和实施步骤，掌握了化工设计的基本程序和方法。
关键词：聚氯乙烯；生产工艺；悬浮聚合法；经济技术AbstractThis article provided an overview of polyvinyl chloride polymer production method and identified calcium carbide acetylene method for the design of the route, method for the production of polyvinyl chloride polymer polymerization by suspension polymerization method. Through calculation of material balance, energy accounting and equipment to determine an annual output of 10,000 tons of main design parameters of the equipment of polyvinyl chloride polymer resin. Meanwhile, it reviews the production safety and environmental protection and technical economy. According to design results, process flow diagram s, workshop floor plans, and polymerization reactor unit figures were drawn.As a result of this practice, we have a better understanding of chemical processes in the various segments of the production and implementation of steps to master the basic design of chemical processes and methods.Keywords: Polyvinyl chloride polymer; Process design; Suspension polymerization; Technical economy目录摘要 (I)Abstract (II)第一章文献综述 (1)1.1 聚氯乙烯的性质 (1)1.2 聚氯乙烯的主要用途 (2)1.3 聚氯乙烯工业的重要性 (3)1.4 国内外聚氯乙烯发展概况 (4)1.4.1 国外聚氯乙烯发展动态及趋势 (4)1.4.2 国内聚氯乙烯发展动态及趋势 (5)第二章设计方案论述 (6)2.1 VCM生产路线的选择 (6)2.1.1 电石法生产路线 (6)2.1.2 乙烯法生产路线 (7)2.1.3 两种生产路线的评价 (8)2.2 聚合方法选择 (9)2.2.1 本体聚合 (9)2.2.2 溶液聚合 (10)2.2.3 乳液聚合 (10)2.2.4 悬浮聚合 (10)2.2.5 四种聚合方法比较 (11)2.3 聚合机理 (11)2.3.1 自由基聚合机理 (11)2.3.2 链反应动力学原理 (12)2.3.3 成粒机理 (13)2.4 影响聚合产品质量的因素 (13)2.4.1 聚合工艺 (13)2.4.2 配方体系 (14)2.4.3 聚合反应的辅助时间 (15)2.5 防粘釜技术 (15)2.5.1 粘釜的形成原因 (15)2.5.2 聚合釜的防粘技术 (16)2.6 方案总述 (16)第三章工艺计算 (18)3.1 物料衡算 (18)3.1.1 原料用量计算 (18)3.1.2 各工段物料衡算 (20)3.2 热量衡算 (32)3.2.1 石墨冷却器 (32)3.2.2 转化器 (35)3.2.3 全凝器 (37)3.2.4 尾气冷凝器 (39)3.2.5 聚合阶段 (40)第四章设备的工艺计算与选型 (42)4.1 低沸塔设备计算 (42)4.1.1 塔板数的计算 (42)4.1.2 低沸塔的塔体工艺尺寸计算 (43)4.1.3 塔板主要工艺尺寸的计算 (44)4.1.4 筛板的流体力学验算 (46)4.1.5 塔板负荷性能图 (48)4.1.6 低沸塔再沸器选型 (51)4.2 高沸塔设备计算 (53)4.2.1 塔板数的计算 (53)4.2.2 高沸塔的塔体工艺尺寸计算 (54)4.2.3 塔板主要工艺尺寸的计算 (55)4.2.4 筛板的流体力学验算 (57)4.2.5 塔板负荷性能图 (59)4.2.6 高沸塔再沸器选型 (63)4.2.7 成品冷却器的选型 (64)4.3 聚合釜设计容积的计算 (65)4.3.1 聚合釜材质的选定 (65)4.3.2 聚合釜容积的确定 (65)4.3.3 聚合釜外形设计尺寸的设计 (66)4.3.4 内构件及搅拌轴封的设计 (68)4.4 设备工艺条件汇总 (72)第五章安全与环保 (73)5.1 工艺过程安全评述 (73)5.2 三废处理情况 (74)5.2.1 电石渣的处理 (74)5.2.2 电石渣上清液的处理 (74)5.2.3 热水的综合利用 (75)5.2.4 尾气的回收利用 (75)5.2.5 转化水洗塔水的回收利用 (75)第六章技术经济 (76)6.1 技术经济分析概述 (76)6.2 主要技术经济指标 (76)6.3 投资估算 (77)6.3.1 总投资费用估算 (77)6.3.2 成本估算 (77)6.3.3 收入、税收和利润 (80)6.3.4 经济评价 (81)总结 (82)参考文献 (83)致谢 (84)第一章文献综述1.1 聚氯乙烯的性质聚氯乙烯（polyvinylchloride，简称PVC）是氯乙烯单体（简称VCM）聚合而成的高分子化合物，它的结构式是：式中n表示平均聚合度。
年产万吨聚氯乙烯生产工艺设计
年产万吨聚氯乙烯生产工艺设计引言聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，简称PVC）是一种重要的合成材料，广泛应用于建筑、汽车、电子、食品包装等领域。
年产万吨聚氯乙烯的生产工艺设计对于提高生产效率、降低成本具有重要意义。
本文将详细介绍年产万吨聚氯乙烯生产工艺的设计方案。
工艺流程年产万吨聚氯乙烯的生产工艺流程主要包括以下几个步骤：1. 原料准备聚氯乙烯的主要原料是乙烯和氯气。
乙烯是由石油和天然气中的轻烃类物质经过裂解、脱氢等加工步骤得到的。
氯气可以通过电解食盐水或者氯化氢与氧气反应得到。
2. 乙烯氯化将乙烯与氯气进行氯化反应，生成乙烯氯化物。
乙烯氯化反应一般在高温高压下进行，使用催化剂促进反应速度。
3. 聚合反应将乙烯氯化物进行聚合反应，生成聚氯乙烯。
聚合反应通常在聚合釜中进行，同时加入引发剂和调节剂来控制聚合反应的速率和分子结构。
4. 分离与精制将聚合物溶液进行分离，得到聚氯乙烯的粗品。
然后对粗品进行洗涤、脱水、干燥等工艺步骤，以获得高纯度的聚氯乙烯产品。
设计要点年产万吨聚氯乙烯生产工艺的设计要点包括以下几个方面：1. 工艺流程的稳定性与安全性工艺流程应具备良好的稳定性和安全性，确保生产过程的连续稳定运行。
在设计中应考虑到原料的质量波动、设备的故障停机等因素，合理设计反应釜和分离设备的容量和数量。
2. 能源消耗与环境保护在工艺流程设计中应考虑到能源消耗和环境保护的问题。
采用先进的能源回收技术和废气处理技术，降低生产过程中的能源消耗和排污量，提高资源利用效率。
3. 产品质量与生产效率在工艺设计中应注重产品质量和生产效率的提高。
选择合适的催化剂和控制剂，优化聚合反应条件，控制产品的分子量和分子量分布，以及产品的溶解度和熔点等性能。
4. 辅助设施与管理系统除了主要的生产设备外，还需考虑到辅助设施和管理系统的设计。
包括原料仓储系统、废水处理系统、工艺控制系统等，以提高生产效率和管理水平。
结论年产万吨聚氯乙烯生产工艺设计是一个复杂的工程问题，需要综合考虑工艺流程的稳定性、安全性、能源消耗、环境保护、产品质量和生产效率等因素。
氯丙烯生产过程模拟与优化28页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
氯丙烯生产过程模拟与优化
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
45、自己的饭量自己知ห้องสมุดไป่ตู้。——苏联