目 录
1 绪论
1.1 PVC产品介绍
1.2 原料来源及技术规格和聚氯乙烯生产方法
1.3 氯乙烯的生产方法
1.3.1 电石乙炔法
1.3.2 二氯乙烷法
1.3.3 乙烯氧氯化法
1.3.4 平衡氧氯化法
1.4 PVC行业目前的发展状况以及未来几年的市场预期
1.4.1 近年来国内PVC行业市场分析
1.4.2 聚氯乙烯工业发展趋势
2 工艺流程设计
2.1 合成的原理
2.2 工艺流程简述
2.3 工艺配方的确定
3 物料衡算
4 热量衡算
5 主要设备选型
6 三废处理
7 结论
参考文献
附录
年产10万吨聚氯乙烯合成工艺设计
摘 要
本设计是年产10万吨聚氯乙烯合成工段工艺流程初步设计。本文对聚氯乙烯进行了详细的介绍，阐述了它在化工工艺中的用途及地位以及在国内外的发展前景，介绍了聚氯乙烯合成的方案以及其单体的性质并介绍和确定聚氯乙烯合理的合成工艺流程。本设计以聚氯乙烯合成工艺为依据，对聚氯乙烯合成工段工艺设计进行物料衡算，热量衡算，主要设备选型,绘制带控制点的工艺流程图并提出三废问题的处理方案。
【关键词】 聚氯乙烯 工艺流程 物料衡算 热量衡算
With an annual output of 100000 tons of PVC synthetic process design
Abstract
The design is an annual output of 100000 tons of PVC synthetic section process of preliminary design. This paper gives a detailed introduction to the PVC, expounds its usage and position in the chemical process in the development at home and abroad prospect,introduces the scheme of PVC synthesis and its properties of monomers and to determine thereasonable synthetic process of polyvinyl chloride. This design is based on the synthesis ofpolyvinyl chloride as the basis, to dehydration, and distillation of vinyl chloride in PVC production process polymerization drying processes of three segments were calculated andreasonable design of polymerization process, the entire section of polyvinyl chloride synthesisprocess design of material balance, heat balance, equipment selection, site selection, and draw the treatment scheme put forward the waste problem of process flow chart with control points.
【Key words】PVC dehydration distillation polymerization drying process of material balance calculation of heat balance
1 绪论
1.1 聚氯乙烯产品介绍
聚氯乙烯是五大通用塑料之一，其产量仅次于聚乙烯居第二位。PVC型材与传统的实木、钢铁、铝合金材料相比较，它可适应强腐蚀、大气污染、海水和盐雾、酸雨等恶劣环境，特别适用于盐雾大、在湿度大的南方沿海地区，同样适用带有腐蚀性介质的工业建筑中，广泛应用于轻工、建材、农业、日常生活、包装、电力等部门，尤其在建筑塑料、农用塑料、塑料包装材料、日用塑料等领域占有重要地位，已经成为世界上应用最广泛的塑料品种之一。同时PVC树脂作为氯碱工业最大的有机耗氯产品, 在有机氯产品中耗氯量占首位, 是氯碱工业的重要支柱。对氯碱工业的碱、氯平衡和发展具有极其重要的作用。我国在2007年就成为了世界第１大PVC生产国，但PVC行业中暴露的众多问题表明：我国虽然是PVC生产大国，但距ＰＶＣ生产强国还有很长的路要走。同时近年很多PVC生产企业在专用树脂的研发上加大了投入，并取得了一定进展，经过多年的探索研发，先后开发了目前国内市场中主要的低聚合度树脂、高聚合度树脂、高表观密度树脂、特种掺混树脂、高抗冲树脂、消光树脂、球形树脂、纳米CaCO3原位聚合PVC树脂、氯醋二元／三元共聚树脂、氯丙共聚树脂等新品种。本设计通过电石法生产路线对PVC合成流程进行设计。
1.2 原料来源及技术规格和聚氯乙烯生产方法
乙炔（C2 H2）的性质
化学品英文名：Acetylene
CAS No. 74-86-2
制法
（1）甲烷的部分氧化法
（2）电石的水解
（3）以天然气、液化石油气为原料，用蓄热式热分解法生产。以天然气或甲烷气为原产用部分燃烧法生产。以天然气或丙烷为原料，用完全燃烧法生产。以碳氢化合物为原料用电弧法生产。
理化特性见下表：
氯乙烯（CH3Cl）的性质：
化学品英文名：chloroethylene
CAS No. 75-01-4
危险性类别：第2.1类 易燃气体
环境危害：氯乙烯在环境中能参与光化学烟雾反应。
燃爆危险：本品易燃，为致癌物。
理化特性见下表：
聚氯乙烯的性质：
英文名：polyvinyl chloride
CAS No. 9002-86-2
燃爆危险：本品可燃。
理化特性见下表：
1.3 氯乙烯的生产方法
氯乙烯是一种非常重要的化工原材料,主要用来制备聚氯乙烯,也用于制备偏二氯乙烯、制作冷冻剂等。全世界9%左右的氯乙烯单体都用于生产聚氯乙烯,但是我国目前没有还没有形成氯乙烯装置均与聚氯乙烯装置配套建设,完全一体化。氯乙烯的生产工艺经历了多年的工业生产和工艺改造后,形成4种主要的生产方法：电石乙炔法、二氯乙烷法、乙烯氧氯化法和平衡氧氯化法。
1.3.1 电石乙炔法
电石乙炔法是以食盐电解的氢与氯气，经过合成炉混合燃烧得到干燥氯化氢，再与净化和脱水后乙炔加成即得粗氯乙烯，经过精制后获得纯氯乙烯单体。
反应以HgCl2为催化剂，于120-180℃下进行：
主反应 CH≡CH＋HCl→CH2＝CHCl＋124.8kJ/mol
副反应 HCl过量时：CH2＝CHCl+HCl→CH3CHCl2
当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞和水银，使催化剂失活；所以反应是需要严格控制反应物料配比。
电石乙炔法历史悠久，是最早工业化的反应器采用列管式，分成两组，催化剂是氯化高汞，载体是活性炭，一般HgCl2的含量为10%～20%。第一组装入使用过的催化剂，第二组装入新催化剂。操作条件为：温度120～180℃，绝对压力0.12～0.15MPa，原料气配比C2H2∶HCl=1∶1.05～1.10。
乙炔法生产氯乙烯的技术比较成功，流程简单，副产物少，产品纯度高。但因乙炔是由CaC2与H2O反应生成，而电石制取耗电大成本高，存在环境污染，一些氯乙烯主要生产国均不采用此法，该法目前逐渐被新工艺所取代。
1.3.2 二氯乙烷法
1,2–二氯乙烷脱氯化氢制得氯乙烯，其反应式为
C2H4Cl2→CH2＝CHCl＋HCl ΔH＝79.5kJ/mol
此反应是可逆的吸热反应，同时发生平行反应相连串反应，副产乙炔、二氯乙烷和一些聚合物。1,2–二氯乙烷热裂解分气相法和液相法两种，工业上常用气相非催化裂解法。采用箱式裂解炉，用燃气加热，按一级自由基链式反应的机理分以下4步进行：
引发： CH2ClCH2Cl→CH2ClCH+＋Cl－
增长： Cl－＋CH2ClCH2Cl→CH2ClCHCl•＋HCl CH2ClCHCl•→CH2＝CHCl＋Cl•
终止： Cl•＋CH2ClCH2•→CH2＝CHCl＋HCl
反应终止的方式有两种，即构成引发反应逆反应重新组合或通过与器壁的碰撞使反应终止。
1,2–二氯乙烷裂解时受原料纯度、裂解温度、压力和停留时问的影响。当原料中1,2–二氯丙烷的含量达0.1%～0.2%时，会使1,2–二氯乙烷的裂解转化率下降，多氯化物的存在也会起抑制作用。提高裂解温度对1,2–二氯乙烷裂解反应的平衡和反应速率都有利，但当裂解温度高于600℃时，副反应速率将大于主反应速率，故需从转化率和选择性两方面考虑裂解温度。提高压力对裂解平衡不利，但可提高氧乙烯的选择性，有利于产物的冷凝回收，低压法一般为0.6MPa，中压法为1.0 MPa，高压法大于1.5MPa。停留时间增长，1,2–二氯乙烷转化率可提高，但连串反应增多，选择性下降，一般以10 s左右为宜，1,2–二氯乙烷的转化率为50％～60％，氯乙烯的选择性为97％左右。
1.3.3 乙烯氧氯化法
乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应：
(1)乙烯直接氯化
主反应：CH2＝CH2＋Cl2→CH2ClCH2Cl △H＝－201KJ/mol
该反应可以在气相中进行，也可以在溶剂中进行。气相反应由于放热大，散热困难而不易控制，因此工业上采用在极性溶液存在下的液相反应，溶剂为二氯乙烷。
副反应：CH2ClCH2Cl＋Cl2→CH2ClCHCl2＋HCl
CH2ClCHCl2＋Cl2→CHCl2CHCl2＋HCl 主要生成多氯乙烷。
(2)二氯乙烷裂解
主反应：CH2ClCH2Cl→CH2＝CHCl＋HCl △H＝－201KJ/mol
副反应：CH＝CHCl→CH≡CH＋HCl
CH＝CHCl＋HCl→CH3CHCl2
CH2ClCH2Cl→H2＋2HCl＋2CnCH2＝CHCl
(3)乙烯氧氯化
主反应：CH2＝CH2＋2HCl＋O2→CH2ClCH2Cl＋H2O ΔH＝－25KJ/mol
副反应：CH2＝CH2＋2O2→2CO＋2H2O
CH2＝CH2＋3O2→2CO2＋2H2O
CH2＝CH2＋HCl→CH3CH2Cl
1.3.4 平衡氧氯化法
平衡氧氯化工艺是工业化生产氯乙烯单体最先进的技术。在世界范围内，93%的聚氯乙烯树脂都采用平衡氧氯化法生产的氯乙烯单体经聚合而成；具有反应器大、生产效率高、生产成本低、单体扎制含量少和可连续操作的特点，主要反应为：
4C2H4＋2Cl2＋O2→4C2H3Cl＋2H2O
在直接氯化反应中，可使用低温或高温氯化工艺。
低温氯化工艺的优点是副产物少，但必须使1Kg二氯乙烷中的含量保持在100mg一下，否则如果中间体中氯化铁的浓度过高，会使生产的氯乙烯单体中的杂质含量增高，所以，一般允许的铁含量仅是在生产过程中物料缓慢腐蚀设备和管道所产生很少量的铁。
高温工艺时所有与液体接触的设备都需要使用合金材料，尤其是反应器在强湍流条件下会赵成设备腐蚀，在这里加入的铁催化剂是溶解在二氯乙烷中的无水氯化铁。与低温工艺相比，高温工艺有其优越性，生产出的二氯乙烷一般不需要水洗脱除铁和共沸物进行干燥。此外，由于二氯乙烷形成的热是蒸发热的6倍，所以，沸腾发生器借助本身热量，靠反应热产生的蒸汽操作分馏塔，净化直接氯化产品；干燥氧氯化二氯乙烷并可以从裂解段回收未转化的二氯乙烷。
1.4 聚氯乙烯行业目前的发展状况以及未来几年的市场预期
1.4.1 近年来国内外PVC行业市场分析
PVC（聚氯乙烯）是五大通用塑料之一，是我国重要的有机合成材料，其产品具有良好的物理性能和化学性能，广泛用于建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。同时我国实行“以塑代小、以塑代钢”的基本政策之后，聚氯乙烯在化学建材领域的应用更为广泛，大大促进了我国聚氯乙烯行业的发展。
国内市场分析：
十五期间，我国PVC产量年均增速达到19.7%，消费量年均增速12.0%。2005年，我国PVC产能居世界第二位;我国近几年的PVC供需情况如下。我国PVC生产的分布很广，除重庆、海南、甘肃、青海、西藏外，各省市区都有PVC生产。2003年以前，国内的PVC产能大多集中在华北及华东等东部沿海地区。随着近两年来，煤、电、油等基础能源紧张的问题的出现，西部丰富资源的地理位置优势也进而显现，四川、新疆、宁夏、内蒙古等西部地区省份的PVC产量急剧增加。国内现有PVC树脂生产企业70多家，近几年随着一批新建、扩建项目的建成，行业产能集中度大为提高。10万吨以上（含10万吨）企业的产量合计约419.2万吨，占全国总产量的64.6%。
现今一段时期，国内PVC市场将处于一种充分竞争状态，价格走势主要取决于市场对新建和扩建电石法产能的吸纳程度，以及由此带来的可能的激烈竞争。
国外市场分析：
国外PVC发展概况产量近年来，全球PVC市场需求有一定增长，而发展巾国家的市场需求增速更快。据美国化学品市场协会称，全球PVC市场已经历了产能快速扩张期，从2004—2007年，全球新增PVC产能550吨／年。美国化学品市场协会认为新增产能约90％来白中国。在这种条件下，先前以中国为主要出口市场国包括日本和韩国现在只能去寻找新的市场或精减产能。住宅产业正在走下坡路，因此北美地区的PVC需求比较疲软；同时分析PVC技术发展的主要方向是探索采用价格便宜的乙烷作原料，用直接氧氯化法生产出低成本的氯乙烯单体；改造平衡氧氯化工艺，进一步降低生产成本；进一步解决聚合体系的稳定性及防粘釜问题；改进悬浮聚氯乙烯树脂的粒径分布以及开发使用性能更好的专用树脂；在聚氯乙烯树脂加工应用方丽，通过共聚和共混改性生产具有特殊性能和用途的聚氯乙烯产品，增加产品附加值。
近两年世界PVC的贸易量有较大的增加，美国、日本、韩国、台湾省和东欧是PVC主要出口国家和地区，中国大陆是PVC的主要净进口地区，非洲、中东、澳洲也是净进口地区。世界PVC贸易流向主要是从北美出口到亚洲，以及亚洲内部的流通，世界范围PVC的供应比较充足。
1.4.2 聚氯乙烯工业发展趋势
消费结构发生变化的趋势：
软制品和硬制品消费需求增长速度不同。硬制品的消费增长速度较快，软制品的消费增长缓慢，硬制品的消费增长将超过软制品的消费增长，硬制品的消费总量所占的比例将越来越高。尤其是表现在建材需求上，PVC管材、塑钢门窗等需求量越来越大。
消费行为呈现多样化和层次化。社会的发展是飞速的，人们的消费观念和消费结构也在悄然发生着变化。并随着科学发展观的贯彻，使得PVC生产常面对不够环保的争论一直是个未解决的重点问题。
某些产品将被同类的替代品淘汰。科技的发展就是越来越方便人们的生活，替代品的出现正是其有不可替代的优越性，就如计算机的换代升级一样，替代品的出现以其更优异的性能和相对较低的价格取得竞争优势，往往被人们优先选用。替代品的出现也促进了PVC行业寻求技术上的进一步的突破，促进行业的发展。譬如PVC农膜的发展将受到PE膜阻碍，市场将进一步的萎缩。PVC管材受到PE、PP-R等管材的挑战等。
PVC硬制品，诸如管材、型材将成为市场上的主力军：
国际上PVC硬制品的平均消费比例约占PVC总消费量60%以上，中国目前的硬制品消费比例占大约是30%，在今后的发展上支持管材和型材的发展，以便能代替钢材和木材。起到节约能源、保护环境的作用。
市场竞争多元化并日益激烈，价格趋于合理：
PVC市场上的竞争对手多极化，中国的PVC企业在不断的发展壮大，彼此间的竞争日益激烈。日本、韩国、台湾、欧美等国和地区的许多PVC企业均看好中国的市场，凭借雄厚的实力纷纷向中国扩张，或在中国建厂，或与中国企业组建合资企业，或技术许可，或直接输入PVC产品。中国台湾、新加坡、马来西亚等也都爱发展新兴PVC业，有时也向中国输入PVC产品导致国内PVC市场的竞争正呈现多极化的趋势。
2 工艺流程设计
2.1 合成的原理
在均相自由基聚合反应中，主要的基元反应有链引发、链增长、链转移和链终止四种。并讨论VCM聚合中的各基元反应。
引发：
VCM自由基聚合多用引发剂引发。若I代表引发剂，链引发可用下面表示：
I→2R·
R·+CH2=CH-Cl→RCH2-H-Cl
上述连串反应中第二步为速度决定步骤。在VCM悬浮聚合中，当反应处于1％～70%转化率区间，聚合体系中存在稀相和浓相。
链增长：
VCM的链增长以头尾加成为主，原因有电子共轭效应和空间位阻效应。按头-尾形式连接时，取代基与独电子连在同一碳原子上，产生共轭效应，自由基得以稳定。另外还有少量头头加成。
～～CH2-H-Cl + CH2=CH-Cl→～～CH2-CH(Cl)-CH2-
H-Cl
链增长反应有两个特点：一是放热反应，二是增长活化能低，增长速率极高。
链终止：
VCM聚合中也同样存在活性链间的双基终止，它们可以是偶合终止或歧化终止。
偶合终止是指两链自由基的独电子相互结合成共价键的终止反应。
～～CH2-H-Cl + ～～CH2-
H-Cl→～～CH2-CH(Cl)-CH(Cl)-CH2～～
歧化终止是指某链自由基夺取另一自由基的氢原子或其它原子的终止反应。
～～CH2-CH(Cl)-CH2-H-Cl+～～CH2-
H-Cl→～～CH2-CH=CH-CH2-Cl+～～CH2-CH-Cl2
稀相和浓相由于物理状态有很大不同，后者的总链终止速率常数远小于前者。
链转移：
VCM悬浮聚合中有多种链转移反应，向单体、引发剂、聚合大分子转移以及链自由基内部的转移等。
2.2 合成工艺与工艺流程简述
VCM生产路线的选择
VCM的生产路线在前面介绍目前常用的是电石法。我国受原料供求紧张以及原油价格上涨的压力，使得电石法成为许多企业的首选工艺。
电石法生产路线是先将电石与水反应，制得乙炔。然后，乙炔再在触媒存在情况下与氯化氢气体反应，合成VCM单体。主反应是：
C2H2 +HCl→C2H3Cl ΔH=-124.8kj/mol
在气相中，C2H2和HCl加成生成C2H3Cl，选用HgCl2作催化剂，以活性炭作为载体。当反应温度低于140℃时，催化剂活性稳定，但由于温度低，反应速度慢，乙炔转化率低；当反应温度高于140℃时，催化剂明显失活，当反应温度高于200℃时，会出现大量氯化汞升华，而使催化剂活性迅速下降。生产上反应温度控制在160～180℃。
同时设计工艺流程如下图所示：
C2H2
HCl
聚合
在常温常压下，VCM为气体，其沸点为-13.4℃，加压后可转变为液态。PVC的悬浮聚合就是在压力釜内将液态VCM在搅拌作用下分散成小液滴，悬浮在水介质中，在分散剂保护下，由油溶性引发的聚合过程。有时在聚合体系中还加有缓冲剂、链转移剂、扩链剂或共聚单体，以制备低或高分子量的聚合物或制备共聚物。
汽提
用于VCM的脱除，在高压釜中进行，也可在另一釜中进行。VCM的脱除一般蒸汽温度应明显高于PVC的Tg。这样方能使包在颗粒内部的VCM脱除；达到可以达到小于1×10-6的水平。VCM的脱除速率还与颗粒的形态密切相关。疏松颗粒中的VCM较易脱除。
离心、干燥
脱除 VCM后的PVC淤浆，经中和、脱泡并经离心分离、洗涤、干燥工序，即可包装成PVC树脂产品。聚合釜内PVC淤浆出料后，如有粘釜现象，应用高压水冲洗，洗净后方可投下一釜料。
以下PVC聚合的工艺流程简图。
去离子水
氯乙烯
引发剂
助剂
2.3 工艺配方的确定
本设计采用技术最成熟的悬浮法工艺。其中VCM悬浮聚合的工艺配方主要包括以下几种：VCM单体、水、引发剂、分散剂、pH调节剂和缓冲剂、终止剂等。
对单体纯度的要求：
如果单体纯度不高，含有杂质较多，不仅影响产品的质量，严重时还会影响反应的正常进行。例如，乙炔、乙醛和某些高沸物是聚合反应的链转移剂。根据文献报道它们在VC聚
合中的链转移常数如下表所示，其中醛类的CS很大。
附表 某些化合物在氯乙烯聚合中的链转移常数
乙炔、乙醛和1,2-二氯乙烷可与链自由基按下式进行链转移反应：
～～CH2-H-Cl + ClCH2CH2Cl → ～～CH2CHCl2 + ClCH2
H2
～～CH2-H-Cl + CH3CHO → ～～CH2-CH2-Cl + CH3
=O
～～CH2-H-Cl + C2H2 → ～～CH=CH-Cl + CH2=
H
丁二烯若与VC共聚，则容易加到以氯乙烯结尾的聚合物链上，而以丁二烯结尾的活性不
容易与VC加成，丁二烯成了聚合的阻聚剂。丁二烯的加入，也使PVC的大分子中引入双键。
～～CH2-H-Cl+CH2=CH-CH=CH2 → ～～CH2-CH(Cl)-CH=CH-
H2
上述反应的存在对聚合诱导期、反应速率、产物分子量和PVC大分子的结构均有影响，同时会降低PVC的热稳定性。它们的含量受到严格控制。目前对作为聚合单体使用的VCM
的纯度要求见下表：
附表 氯乙烯单体的纯度要求
对软水纯度的要求：
附表 软水的纯度要求
引发剂和聚合时间的确定
PVC生产中是根据对聚合物平均聚合度要求来确定聚合温度的，而聚合反应的速率和
反应时间则是由所选引发剂种类和用量来调节。引发剂种类和用量的选择应确保反应温度的稳定，还应该使反应接近匀速，以使原料的利用率得到充分发挥。
常用的引发剂有低活性的AIBN（偶氮二异丁腈），中活性的ABVN（偶氮二异庚腈），BPPD （过氧化二碳酸双（2-苯氧乙基）酯）和高活性的EHP（磷酸二乙己酯）。选择引发剂必须要考 虑引发剂的活性对聚合反应速率的影响。
分散剂的选择
分散剂是一些表面活性剂，它分子中一般同时存在亲水基团和憎水基团。单体液滴吸附了这些分散剂后可降低单体与水之间界面张力。衡量分散剂亲水性大小的是它HLB值。HLB值大的说明表面活性剂亲水性强。VC聚合中多选用HLB值较大，10～14的分散剂为主分散剂。
pH调节剂和缓冲剂的选择
由于反应需要在一定pH值范围内进行，pH值过大或过小都会影响反应的正常进行，而反应过程中难以避免会产生酸、碱。因此，为了保证反应能够在近似中型性的环境下进行，需要加入pH调节剂和缓冲剂。PVC聚合常用的pH调节剂和缓冲剂是NaOH和NaHCO3。
终止剂的选择
自由基聚合的反应特点是反应后期，反应速率非常低，如果这时不终止反应，不仅是一种浪费，而且还造成产品质量下降。因此，在反应后期，一般应加入适量的终止剂来终止反应。PVC聚合常用的终止剂是双酚A。
水油比的确定
水的作用是多方面的。它是聚合体系的连续相，可溶解分散剂，还是传热介质。水的用量主要由反应过程中形成颗粒的性质决定。
一开始VCM藉搅拌和分散剂在水中分散成30～150μm大小的液滴。需要要有足够的水来填充这些小液滴间的空隙。还要有一些自由水以保证混合物的低粘度。为满足这一要求，单体与水的比例有1：1足够，在聚合结束时得到的PVC粒子也是分散在水中的，这种粒子的密度是随其形态而变的，其密度在0.4～0.8kg/L变化。为得到低粘度的淤浆单体与水的比例可达1：1.8。本设计书所采用的配方如表所示：
本产品的配放说明表
3 物料衡算
物料示意图:
损失PVC
计算基准：
1.生产规模：年产PVC 10万吨；
2.一年生产时间以300天，每天开工24小时计算，每小时生产量：
100000×1000÷300÷24=1.4×104Kg/h
3.该配方表氯乙烯的转化率为90%。
物料恒算：
m——原料氯乙烯的质量。
已知：氯乙烯的转化率为90%，年产聚氯乙烯为10万吨。由已知条件需聚氯乙烯的质量为
m=108kg÷90%=1.11×108kg
计算每个配料的质量：
m1——去离子水的质量
m2——悬浮剂（聚乙烯醇）的质量
m3——引发剂(过氧化二碳酸二异丙酯)的质量
m4——缓冲剂（磷酸氢钠）的质量
m5——消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯）的质量
氯乙烯的质量为1.11×108kg和原料的配比可以计算出
m1、m2、m3、m4、m5的质量。
计算如下：
①m1:m=100:50=2:1
m1=2×m=2×1.11×108=2.22×108kg
②m2:m=0.5:50=1:100
m2=m÷100=1.11×108÷100=2.22×106kg
③m3:m=0.02:50=1:2500
m3=m÷2500=1.11×108÷2500=4.45×104kg
④m4:m=0.1:50=1:500
m4=m÷500=1.11×108÷500=2.22×105kg
⑤m5:m=0.002:50=1:25000
m5=m÷25000=1.11×108÷25000=4.45×103kg
计算原料配料的总质量：
M——原料的总质量
M=m+m1+m2+m3+m4+m5=3.34×108kg
F——原料的总流量
原料的总质量为M=3.34×108kg计算可得
F=M÷(300×24)=3.34×108÷(300×24)=4.6×104kg/h
计算反应消耗氯乙烯的质量分数：
ω——消耗VCM的质量分数
由已知VCM的质量m=1.11×108kg，
ω=m÷M=(1.11×108kg÷4.6×108kg)×100%=24.2%
计算摩尔分数
XF——氯乙烯原料摩尔分数
XD——塔顶出料摩尔分数
XW——塔底出料的摩尔分数
M0=62.5kg/mol——氯乙烯的摩尔质量
M1=8×104kg/mol——聚氯乙烯的摩尔质量
XF=ω÷M0÷[ω÷M0＋(1-ω)÷M1]
=0.0039÷(0.0039+0.0000095)=0.998
XD=(1-ω)÷M0÷[(1-ω)÷M0＋ω÷M1]
=(1-0.242)÷62.5÷[(1-0.242)÷62.5+0.9÷8000]=0.991
XW=ω÷M1÷[ω÷M1＋(1-ω)÷M0]
=0.242÷8000÷[0.242÷(8×104)+(1-0.242)÷62.5]=0.00244
D——聚合釜顶部出料流量
W——釜底的出料流量
物料恒算式：
F=D+W
FXF=DXD+WXW ②得：D=4.63265×103kg/h
W=4.1789×104kg/h
消耗的碱量：
由计算知浆液量为W=4.1789×104kg/h，
NaOH的加入量是聚合浆液的加入量的0.05％～0.2％，
所以NaOH的加入量为：
mNaOH=4.1789×104kg/h×(0.05％～0.2％)=20.8945kg/h～83.578kg/h
4 热量衡算
在解决实际问题中，热平衡方程为：
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6
Q1——各股物料带入的热量；
Q2——加热剂传给设备和物料的热量；
Q3——各种热效应，如反应热，溶解热等；
Q4——各股物料带走的热量；
Q5——消耗在加热设备上的热量；
Q6——热损失
水的比热为4.2KJ/(Kg·℃)；
乙烯的比热为2.3KJ/(Kg·℃)；
引发剂和助剂的平均的比热为2.7KJ/(Kg·℃)；
总热损失（Q5+Q6）为反应热的10%。
Cp1=4.2×(100÷146.3)+2.3×(46.3÷146.3)=2.71KJ/(Kg·℃)
Cp2=2.7×(124.4÷146.3)+2.9×（15÷146.3)+2.3×(6.9÷146.3)=2.7KJ/(Kg·℃)
Q3=10.5×4.3868×124400=5.47×106KJ
Q1=Cp1×m×t1=2.71×1.11×108×25=7.25×109KJ Q4=Cp2×m×t2=2.7×1.11×108×58=1.74×1010KJ Q5+Q6=Q2×10%
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6可求得：
Q2=1.27×1010KJ
5 主要设备选型
聚合釜换热面积的计算
（1）聚合釜的主要参数 氯乙烯悬浮聚合采用的是釜式聚合反应器。聚合釜的材质有复合钢板、不锈钢和搪瓷三种。
（2）聚合釜的传热 聚合的传热能力一定程度上意味着釜的生产能力。聚合釜的传热能力可以用下式表示：Q=KA△tm
Q——传热能力或传热速度/(kJ/h)；
A——传热面积/m2；
K——传热系数/[W/(m2·K)]；
△tm——传热温差/℃。
由热量衡算得冷却剂移走的热量 Q2=1.27×1010×6.9=8.76×1010KJ
由Q=KA△tm 得：
A=Q2÷K÷△tm=1621m2
提高传热能力的方式有：一是增大传热面积；二是提高传热系数；三是增大传热温度差。
传热面积——影响聚合釜传热面积的因素有聚合釜的高径和容积。
高径比——高径比等于L/D。高径比越大，则釜的传热面积越大；L/D=1时，釜的传热面积最小。
高径比大小不仅影响釜的传热面积，还影响搅拌器的安装。当釜的容积小于30m2时，传热面积是主要矛盾，因此L/D应尽量大些；当釜的容积大于30m2时，搅拌器是主要矛盾，因此L/D应小些。一般L/D在1.5～4左右。
比传热面积--聚合釜的传热面积大小，随釜容积的增加而减小。一般用单位体积的传热面积，即比传热面积A/V(m2/m3)表示。为此，当聚合釜的容积增大以后但热面积不够时可采用釜内加冷管或D型挡板或釜顶冷凝器等来增加传热面积。
聚合釜的高度与直径的计算
（3）DO--聚合釜内径.H--筒高，r=1——高径比，V=1.1m3 V0—封头容积
V-V0=π÷4×D02×H
D0==1.12m
查《压力容器与化工设备实用手册》P256表2-2-6椭圆形封头尺寸D0=1100mm，则封头直边高度h0=25mm，曲边高度h1=275mm，容积V0=0.198m3，所以
H=4(V-V0)÷π÷D02=4×(1.1-0.198)÷3.14÷1.12=0.95m
r=H÷D0=0.95÷1.1=0.86
通过对聚合釜的物料衡算、热量衡算、以及工艺计算，从而确定了聚合釜的工艺尺寸。即：容积V=1.1m3，换热面积A=1621m2，釜高H=0.95m，釜内径D0=1.1m。
6 三废处理
1、三废的类型：
1）废渣：主要成分是氢氧化钙，此外还含有Si04、AlCl3、CaS、CaSO4、游离C、Fe3O4等。具有强烈的碱性。在电石乙炔法生产氯乙烯过程中，每生产一吨PVC树脂，可倾到含固量5～15％的电石渣浆9～15t，或含固量50％的干渣3～5t。
2）废气：主要有Cl2、氯乙烯、氯化汞、氯化氢等，均为剧毒物质，都极易燃烧和爆炸，其排出场所为：Cl2
3）废水：含有较多的粗乙炔气、Ca(OH)2、硫、磷等杂质。
2、对三废处理的措施综合利用办法。
1）废渣：电石渣的大量排出，不但影响厂区的绿化建设，如果采用直接堆放的方法，势必造成极大的污染，占用大面积的土地，其中含有的C2H2、P、S等杂质在长期的日晒、风吹条件下挥发，直接进入大气，危害人体健康。目前，多数工厂只将发生器排出的电石渣浆经过一级沉降分离，对干渣进行利用，作为建筑材料，可以化害为利，其利用途径有干渣（含H2O45～60％）和澄清水（初步澄清分离后）两种：
处理措施
①干渣：多数利用其氢氧化钙组分，如：
a：加煤渣制砖块或大型彻块。
b：作铺设地坪、道路的材料。
c：工业或农业中的中和剂。
d：代替石灰水用于生产漂液和漂白粉、氯仿、三氯乙烯等。
e：代替石灰生产水泥。
f：与粉煤渣、石灰、石膏、水泥和废气混制成质轻、强度较高的粉煤灰加气混凝土砌块，用于高层建筑施工。
②澄清水：
a：用作氯产品中含氯尾气的吸收液，生成有效氯5％左右的漂液。
b：部分循环用作发生器用水。
c：采取通氯氧化脱硫及中和处理后，全部循环用于发生器反应用水。
2）废气：
①Cl2：常温常压下是一种比空气重的、黄绿色、有刺激性气味的气体，特别对呼吸道和支气管有强烈的刺激和破坏作用，大量吸入可引起中毒性肺水肿，昏迷甚至死亡。车间空气中最高允许浓度为1mg/m3。
②氯乙烯：常温常压下是比空气重一倍的微溶于水的无色气体，带有一种麻醉性的方向气味。通常由呼吸道吸入人体内，较高浓度能引起急性轻度中毒，呈现麻醉前期症状，由晕眩、头疼、恶心、胸闷、步态蹒跚和丧失定向能力，严重中毒可致昏迷，慢性中毒主要为肝脏损害、神经衰弱、胃肠及肢端溶骨症等综合症。急性中毒时，应立即离移现场，使呼吸新鲜空气，必要时人工呼吸或输氧。
③升汞：通常呈升华蒸汽状态经呼吸道进入人体，能引起口腔发炎、齿龈糜烂红肿、牙根松弛，又能作用于中枢神经系统能引起肌肉和眼球震颤、胆怯、多疑、记忆力减退和失眠等，车间操作区空气中最高允许浓度为0.1mg/m3。同时升汞对人体皮肤、衣服和建筑等均有吸附作用。
处理措施：
①加强设备管理，减少跑、冒、滴、漏和静密封点泄漏。
②采取闭环工艺工程，原料只进入系统，在系统内循环，仅有产品出系统，同时注意接好原料的回收，废水的循环使用，产品的精制等问题。
③增加除汞措施，采用活性炭吸附法除汞，减轻汞污染。
④采用聚合釜染釜新工艺，减少粘釜和清釜次数，防止VC的污染。
3）废水
①电石渣浆澄清水：含Ca(OH)2量一般可达到0.5～1.8g/l，比理论饱和溶解度（0.166g/l）高出好多倍，其PH值在14左右。由于其碱性较强，排入河道后，使水中微生物、鱼类大量死亡，在用含Ca(OH)2的废水浇灌的农田里，土地板结，农作物长势不好，有些地方寸草不生。
②废次钠循环水：次钠中有效氯的含量虽然为零，但由于其中H2SO4、含量较高，使其PH值较低，如果直接排放势必造成严重的水污染。
③VC工段中精馏塔中的洗涤水，含有较多的氯化氢，如果直接排放不但会增加产品成本，而且还会造成河道污染，管道腐蚀等。
采取措施：
①加强对电石澄清水的处理和利用，见（1）。
②采用密闭循环流程，对废次钠进行循环使用，将能产生废水用作清净剂和冷却剂。
③再将废水用作发生器用水。
④对洗涤水进行回收、浓缩、制备付产酸。
聚氯乙烯生产中的环境保护工作的核心，就是要最大限度的减少或消除“三废”污染物在生产过程中的流失，实现综合利用。
7 结论
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附录
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