年产20万吨pvc烧碱工段工艺设计

年产20万吨pvc烧碱工段工艺设计内容摘要：

企业分别集中了它们烧碱生产能力的 50%，美国的 5家大公司集中了美国烧碱生产能力的 80%，而我国前 5家企业的生产能力不到全国总生产能力的 16%，装置规模小，效益自然差距很大。 近几年，我国的氯碱生产工艺虽然有了较大变化，采用先进生产工艺的生产装置逐年增加，但是，总的来说，生产工艺与国外 相比相对落后，再加上其他的一些因素，生产成本普遍偏高。 目前我国的烧碱生产中，电解法产量已占总产量的 %，苛化法仅占 %。 在电解法烧碱中，隔膜法烧碱产量占%，离子膜法烧碱所占比例占到 %，水银法烧碱下降仅为 %。 氯与碱的平衡是氯碱工业发展的关键，在 20世纪 80 年代，是以碱定氯，通常把氯气作为生产烧碱的副产品；而到了 20 世纪 90年代，由于氯产品的应用越来越广泛，氯碱工业逐步发展为以氯定碱，烧碱逐渐被一些业内人士称为副产品了。 近十几年来，由于我国氯碱工业的盲目扩建，使烧碱产能增长 过快，而下游相关产业发展滞后，氯与碱的需求不平衡问题越来越突显。 而且国内市场上氯产品需求旺盛，而烧碱市场疲软，目前我国成为世界上唯一有烧碱过剩需要出口，却需要大量进口氯产品的国家，估计今后这种氯与碱的供求不平衡还将会继续进一步扩大。 显然，氯产品的发展是今后氯碱工业所必须关注的一个重要问题，氯产品的开发与生产成为企业今后主要的效益增长点，也是氯碱生产中决定企业经济效益和技术水平的最关键的因素之一，氯产品的生产与发展对氯碱行业的氯碱平衡起着决定性的作用。 我国的氯碱工业目前已开始由建国初期的以碱为主的产品结构转向 以氯为主的产品结构的新的发展时期。 目前国内氯产品市场呈现出需求旺盛而国内生产供应不足的现象，为数不少的 6 氯产品全部或大量从国外进口。 因此，如何合理开发生产氯产品，搞好氯碱平衡是当前需深入研究和认真探讨的重要课题。 目前我国的氯产品主要有无机氯产品和有机氯产品。 虽然我国氯产品开发与生产最近几年有了很大发展，但是，与国外发达国家相比，我们的差距还相当大。 从耗氯结构来看，我国的无机氯产品的耗氯量始终占据全部氯产品耗氯量的主导地位，从 1983年我国停止生产耗氯量占 12%左右的 “六六六 ”原粉商品后，聚氯乙烯树脂的耗氯量 有所增加，尤其 20世纪 90年代中期，我国开始大力推广使用塑料建材，限制使用木材，使建筑行业以塑代木、以塑代钢得到迅速发展，从而推动了聚氯乙烯行业的发展。 尽管如此，我国的无机氯产品的耗氯量依然占据我国氯产品耗氯总量的 54%，其余 46%用于生产有机氯化物（包括聚氯乙烯、氯乙酸和氯丁橡胶等）。 生产聚氯乙烯耗氯量约占氯总消耗量的22%。 在耗氯结构这一点上，国外一些发达国家与我国完全不同。 美国 1995年有机化学品耗氯量占其整个氯产品耗氯量的 %，而无机氯产品仅占 %；西欧 1995年有机氯产品的耗氯量占其 整个氯产品耗氯量的 %，无机氯产品耗氯量占氯产品耗氯总量的 %；日本 1995年有机氯产品耗氯量占整个氯产品耗氯量的 55%，无机氯产品耗氯量占整个氯产品耗氯量的 %。 和国外发达国家相比，我国的有机氯产品所占比例小，但这并不说明我国有机氯产品需求少，事实上，我国这几年进口的有机氯产品占国内总用氯量的20%以上。 造成我国有机氯产品大量进口的主要原因在于国内原料路线及生产工艺落后，生产规模小，产品成本高和质量差，竞争不过进口产品。 氯气 氯气简介 氯气 Cl2，分子量 ， 常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气体，有毒、有色、易液化。 氯气对人的呼吸器官有强烈的刺激性，吸入过多时还会致死 [2]。 氯气比空气重，约为空气的。 氯气能溶于水，但溶解度不大，温度越高氯气在水中的溶解度越小。 氯气溶于水同时与水反应生成盐酸和次氯酸，因此氯水具有极强的腐蚀性。 氯气在四氯化碳，氯仿等溶剂中溶解度较大，比在水中的溶解度约大 20倍。 工业上利用氯气在四氯化碳中有较大溶解度这一特点，用四氯化碳吸收氯碱厂产生的所有废氯，然后再解吸回收氯气。 7 氯气的用途极为广泛，重要用途如：杀菌消毒、漂白及制浆、 冶炼金属、制造无机氯化物、制造有机氯化物及有机物。 从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。 这种湿氯气，对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。 例如金属钛，聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯、玻璃钢等因而使得生产及运输极不方便[3]。 但干燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常情况下时较小的，所以湿氯气的干燥时生产和使用氯气过程中所必须的。 氯气干燥前通常先使氯气冷却，使湿氯气中的大部分水 蒸汽被冷凝除去，然后用干燥剂进一步出去水分。 干燥后的氯气经过压缩，再送至用户 [6]。 在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。 在同一压力下，温度愈高，含水量愈大。 其水蒸汽分压也就愈高。 为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理，要求氯气的含水量小于 %（ 若 用透平压缩机输送氯气，则要求含水量小于 100ppm）。 因此必须将氯气中的水分进一步除去。 在工业上，均采用浓硫酸来干燥氯气，因为浓硫酸具有： （ 1）不与氯气发生化学反应； （ 2）氯气在硫酸中的溶解度小； （ 3）浓硫酸有强烈 的吸水性； （ 4）价廉易得； （ 5）浓硫酸对钢铁设备不腐蚀； （ 6）浓硫酸可以回收利用等特点，故浓硫酸时一种较为理想的氯气干燥剂。 当温度一定时，硫酸浓度愈高、其水蒸汽分压愈低；当硫酸浓度一定时，温度降低，则水蒸汽分压也降低。 也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气干燥后的水分愈少。 但如果硫酸的温度太低的话，则硫酸与水能形成结晶水合物而析出。 因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中，尤其在冬季必须注意控制温度和浓度，以防止管道堵塞。 硫酸浓度在 84%时，它的结晶温度为 +8℃ ，所以在操作中 一般将 H2SO4温度控制在不低 8 于 10℃。 此外，硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。 故用硫酸干燥湿氯气时，应掌握以下几点：（ 1）硫酸的浓度，（ 2）硫酸温度，（ 3）硫酸与氯气的接触面积和接触时间 [7]。 生产中使用的氯气还需要有一定的压力以克服输送系统的阻力，并满足用户对氯气压力的要求。 因此在氯气干燥后还需用气体压缩机对氯气进行压缩。 综上所述，氯气处理系统的主要任务是： （ 1） 氯气干燥； （ 2） 将干燥后的氯气压缩输送给用户； （ 3） 稳定和调节电解槽阳极室内的压力，保证电解工 序的劳动条件和干燥后的氯气纯度。 根据氯处理的任务氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分。 （ 1）氯气的冷却 氯气的冷却因方式的不同，可分为直接冷却、间接冷却和氯水循环冷却三种流程。 直接冷却流程：工艺设备投资少，操作简单，冷却效率高，但是，此流程排出的污水含有氯气，腐蚀管路，污染环境，同时使氯损失增大，且耗费大量蒸汽。 间接冷却流程：操作简单，易于控制，操作费用低，氯水量小，氯损失少，并能节约脱氯用蒸汽。 冷却后氯气的含水量可低于 ％。 氯水循环冷却流 程：冷却效率高，操作费用低于直接冷却法，高于间接冷却法，投资比前者告而低于后者。 缺点是热交换器所用冷却水温度要求低于15℃ ，因此需要消耗冷冻量并需增设氯水泵、氯水循环槽使流程复杂化。 (2)氯气的干燥 对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有 [8]： a、一段泡沫塔、二段泡沫塔； b、一段填料塔、二段泡沫塔； c、一段填料塔、二段泡罩塔。 9 国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。 泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增 加硫酸循环量，操作弹性仅为 15%，塔板阻力降大，一般为 100200mmH2O，而且开孔的加工精度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。 填料塔串联硫酸循环流程：该流程对氯气负荷波动的适应性好，且干燥氯气的质量稳定，硫酸单耗低，系统阻力小 ,动力消耗省。 但设备大，管道复杂，投资及操作费用较高。 泡罩塔干燥流程：此流程设备体积小，台数少，流程简单，投资及操作费用低。 其缺点时压力降较大，适应氯气负荷波动范围小，塔板易结垢，同时由于塔酸未能循环冷却，塔温高，因此出塔氯气含水量高，出塔酸浓度高故酸耗较大 [9 ]。 经过 对以往经验的总结、比较， 氯气干燥时均以浓硫酸为干燥剂，分为填料塔串联硫酸循环流程和泡罩塔干燥流程。 (3)氯气的净化 氯气离开冷却塔，干燥塔或压缩机时，往往夹带有液相及固相杂质。 管式、丝网式填充过滤器是借助具有多细孔通道的物质作为过滤介质，能有效地去除水雾或酸雾，净化率可达 94％ 99％，而且压力降较小，可用于高质量的氯气处理。 10 第二章 主要设备物料衡算 80℃ 混合气 真空泵 、 湿氯 总管 85℃ 淡盐水 31% 30℃ 水 盐 水 20℃ 冷却水 脱氯淡盐水去 一次盐水 淡盐水泵 图 21 生产工艺流程简图 电解槽 真 空 脱氯塔 冷却器 淡盐水槽 分离器 11 本人设计年产 20万吨 PVC，根据西部聚氯乙烯有限责任公司的年产量。 在产 20万吨 PVC同时，可生产 17万吨烧碱。 所以本设计按 17万吨烧碱进行设计。 经查西部氯碱厂的电解原料生产氢氧化钠（ NaOH），工业数据查 NaOH GB/T191994可 知固体 I类优等品 NaOH的含量为 ≥%，除掉检修等等时间的浪费，按每年实际生产时间为 8000小时，本设计计算是以西部氯碱厂目前烧碱装置的年产量为基准，生产 17万吨 /年 98%离子膜 NaOH，其生产纯 NaOH的量为： 17104103%/（ 408000） =2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ 由此反应方程式可知理论所需 NaCl为：。