氯乙烯裝置循環(huán)二氯乙烷氯化脫低沸物工藝開發(fā)與模擬

【摘要】： 在平衡氧氯化法氯乙烯生產(chǎn)工藝中,二氯乙烷(EDC)裂解產(chǎn)生了少量的苯和氯丁二烯等不飽和烴低沸物。苯是EDC裂解的抑制劑,極易在裂解爐內(nèi)結(jié)焦,氯丁二烯容易自聚堵塞設(shè)備和管道,嚴重地影響了裝置的穩(wěn)定運行。由于苯與EDC的沸點相近,因此常規(guī)平衡氧氯化法氯乙烯生產(chǎn)工藝中存在的脫低沸物塔對苯的脫除效果不好。本文針對20萬噸/年平衡氧氯化法氯乙烯生產(chǎn)工藝,進行循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝的研究,具有重大的現(xiàn)實意義和實用價值。 本文首先對苯氯化反應(yīng)動力學(xué)方程進行了研究。確定苯氯化反應(yīng)動力學(xué)方程的形式為冪函數(shù)型。在整理文獻數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,針對文獻中實驗數(shù)據(jù)少的特點,對實驗數(shù)據(jù)隨時間變化的趨勢進行了擬合,用擬合得到的函數(shù)對實驗數(shù)據(jù)進行了擴展。利用擴展后的實驗數(shù)據(jù)對反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)進行了回歸,得到苯氯化宏觀反應(yīng)動力學(xué)方程為? rB =59.4665 exp(?24295.4/RT)CB0.4796CC1.l1945。借助某40萬噸/年氯乙烯裝置循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝中的苯氯化反應(yīng)器對宏觀反應(yīng)動力學(xué)方程進行了驗證:使用得到的動力學(xué)方程對該苯氯化反應(yīng)器進行了模擬計算,得到了苯氯化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)并與該反應(yīng)器的實際結(jié)構(gòu)參數(shù)進行對比,結(jié)果表明計算值與實際值吻合度較高,得到的反應(yīng)動力學(xué)方程可以用于循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝中苯氯化反應(yīng)器的設(shè)計。 其次針對20萬噸/年平衡氧氯化法氯乙烯生產(chǎn)工藝,開發(fā)了循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝,該工藝流程為:來自VCM精制工段的循環(huán)EDC物流分為兩部分,一部分與氯氣混合后,進入苯氯化反應(yīng)器進行苯氯化反應(yīng),從苯氯化反應(yīng)器出來的物流與另一部分與氯氣混合后的循環(huán)EDC物流進入氯丁二烯氯化反應(yīng)器進行氯丁二烯氯化反應(yīng),從氯丁二烯氯化反應(yīng)器出來的循環(huán)EDC物流進入EDC精制工段將氯化后的苯和氯丁二烯脫除。針對該工藝的主要設(shè)備(苯氯化反應(yīng)器、氯丁二烯氯化反應(yīng)器和兩個換熱器)進行了模擬計算,確定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù),根據(jù)脫低沸物工藝確定了設(shè)備的操作參數(shù),并對一些管路進行了計算。 最后使用化工流程模擬軟件對20萬噸/年氯乙烯裝置增加循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝后可能受到影響的部分工段進行了流程模擬,得到了增加循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝后,這些工段的物料衡算數(shù)據(jù)和能量衡算數(shù)據(jù),結(jié)果表明增加循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝以后,裝置內(nèi)苯和氯丁二烯的含量明顯降低,VCM產(chǎn)品的質(zhì)量沒有受到影響,部分換熱器的負荷有所上升。接下來對增加循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝后,塔和換熱器設(shè)備的適用性進行了研究:使用化工之星(ECSS)模擬計算了增加循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝后塔的水力學(xué)性能負荷,使用換熱器設(shè)計軟件模擬計算了換熱器的工藝數(shù)據(jù)并將工藝數(shù)據(jù)與工程經(jīng)驗值進行比較。結(jié)果表明增加循環(huán)EDC氯化脫低沸物工藝后塔和換熱器設(shè)備都能夠滿足生產(chǎn)需要。 【關(guān)鍵詞】：氯乙烯 低沸物 模擬 工藝開發(fā)
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TQ325.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符號說明11-13
• 前言13-15
• 1 文獻綜述15-28
• 1.1 化工過程模擬15-16
• 1.2 苯氯化反應(yīng)的研究進展16-24
• 1.2.1 苯氯化反應(yīng)方程式16
• 1.2.2 苯氯化反應(yīng)的特點16
• 1.2.3 苯氯化反應(yīng)動力學(xué)的研究進展16-20
• 1.2.3.1 苯氯化反應(yīng)的機理16-17
• 1.2.3.2 苯氯化反應(yīng)動力學(xué)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.4 苯氯化反應(yīng)催化劑研究現(xiàn)狀20-24
• 1.2.4.1 液態(tài)催化劑20-21
• 1.2.4.2 固態(tài)催化劑21-24
• 1.3 氯丁二烯氯化反應(yīng)的研究現(xiàn)狀24
• 1.4 氯乙烯生產(chǎn)工藝24-26
• 1.4.1 電石乙炔法生產(chǎn)工藝24-25
• 1.4.2 平衡氧氯化法生產(chǎn)工藝25-26
• 1.5 氯乙烯工業(yè)的發(fā)展趨勢26
• 1.6 本文研究的主要內(nèi)容26-28
• 2 苯氯化反應(yīng)動力學(xué)研究28-46
• 2.1 苯氯化反應(yīng)動力學(xué)建模28-30
• 2.1.1 反應(yīng)動力學(xué)方程形式28-30
• 2.1.1.1 冪函數(shù)型反應(yīng)動力學(xué)方程28-29
• 2.1.1.2 雙曲線型反應(yīng)動力學(xué)方程29
• 2.1.1.3 兩類反應(yīng)動力學(xué)方程形式的評價29-30
• 2.1.2 苯氯化反應(yīng)動力學(xué)方程形式的確定30
• 2.2 文獻實驗數(shù)據(jù)的處理30-34
• 2.2.1 氯苯比1:1 時物料濃度31-32
• 2.2.2 氯苯比1.5:1 時物料濃度32-34
• 2.3 苯氯化宏觀反應(yīng)動力學(xué)方程參數(shù)的確定34-40
• 2.3.1 實驗數(shù)據(jù)擴展34-38
• 2.3.1.1 氯苯比1:1 時濃度函數(shù)的回歸34-36
• 2.3.1.2 氯苯比1.5:1 時濃度函數(shù)的回歸36-38
• 2.3.2 苯氯化宏觀反應(yīng)動力學(xué)方程參數(shù)的確定38-40
• 2.4 苯氯化宏觀反應(yīng)動力學(xué)方程的驗證40-45
• 2.4.1 反應(yīng)器模型的確定40-42
• 2.4.2 宏觀反應(yīng)動力學(xué)方程驗證評價42-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 3 氯乙烯裝置脫低沸物工藝開發(fā)46-63
• 3.1 基于平衡氧氯化法氯乙烯生產(chǎn)工藝的分析46-48
• 3.1.1 EDC 裂解工段低沸物的產(chǎn)生46
• 3.1.2 EDC 精制工段46-47
• 3.1.3 VCM 精制工段47
• 3.1.4 低沸物對其他工段的影響47-48
• 3.2 循環(huán)EDC 氯化脫低沸物工藝流程的確定48-49
• 3.3 主要設(shè)備設(shè)計49-61
• 3.3.1 苯氯化反應(yīng)器設(shè)計50-52
• 3.3.1.1 擬進入苯氯化反應(yīng)器循環(huán)EDC 物流數(shù)據(jù)50-51
• 3.3.1.2 反應(yīng)器設(shè)計思路51
• 3.3.1.3 反應(yīng)器設(shè)計結(jié)果51-52
• 3.3.2 氯丁二烯氯化反應(yīng)器的設(shè)計52
• 3.3.3 反應(yīng)器操作條件的確定52-53
• 3.3.4 換熱器設(shè)計53-60
• 3.3.5 主要管路設(shè)計60-61
• 3.3.6 循環(huán)EDC 氯化脫低沸物工藝主要物流數(shù)據(jù)61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 4 氯乙烯裝置增加循環(huán) EDC 氯化脫低沸物工藝后的適用性研究63-87
• 4.1 增加循環(huán)EDC 氯化脫低沸物工藝前后氯乙烯裝置模擬63-68
• 4.1.1 物性方法的選擇63
• 4.1.2 單元模塊的選取63-65
• 4.1.2.1 反應(yīng)器63-64
• 4.1.2.2 閃蒸罐64
• 4.1.2.3 精餾塔64-65
• 4.1.2.4 換熱器65
• 4.1.3 增加循環(huán)EDC 氯化脫低沸物工藝前后模擬結(jié)果對比65-68
• 4.2 塔的適用性研究68-80
• 4.2.1 研究思路68
• 4.2.2 M-DA301 塔68-73
• 4.2.2.1 M-DA301 塔結(jié)構(gòu)參數(shù)69
• 4.2.2.2 M-DA301 塔氣液相負荷分布69-70
• 4.2.2.3 M-DA301 塔水力學(xué)計算結(jié)果70-73
• 4.2.3 M-DA302 塔核算結(jié)果73-75
• 4.2.4 M-DA303 塔核算結(jié)果75-76
• 4.2.5 M-DA304 塔核算結(jié)果76-77
• 4.2.6 M-DA501 塔核算結(jié)果77-79
• 4.2.7 M-DA502 塔核算結(jié)果79-80
• 4.2.8 M-DA503 塔核算結(jié)果80
• 4.3 換熱器適用性研究80-86
• 4.3.1 研究思路80-81
• 4.3.2 換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)81
• 4.3.3 換熱器核算分析81-86
• 4.3.4 換熱器核算結(jié)果86
• 4.4 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論87-89
• 參考文獻89-92
• 致謝92-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間的主要研究成果93-94

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