Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Химическая промышленность - важная и сложная отрасль индустрии. Уровень и ее развитие определяет процесс народного хозяйства в целом, оказывают влияние на экономику и культуру, благосостояние страны и народа.

Продукция химической промышленности широко используется во всех отраслях народного хозяйства и в сфере потребления.

Одной из важнейших отраслей химической промышленности является производство галогенорганических соединений, используемых практически во всех сферах промышленности, сельского хозяйства, бытовой техники. Их потребителями являются производства пластических масс, синтетических волокон и смол, машиностроительная, электронная, металлообрабатывающая, химико-фармацевтическая промышленность и т.д.

Цех получения винила хлористого входит в состав производства ПВХ ОАО «Саянскхимпласт». Цех предназначен для получения дихлорэтана методом прямого и окислительного хлорирования, из которого получают винил хлористый методом пиролиза и дальнейшего разделения на компоненты с помощью процесса ректификации. Год ввода цеха в эксплуатацию - 1982 г.

Готовым продуктом цеха является винил хлористый, который является одним из важнейших мономерных продуктов, идущих, главным образом, на производство поливинилхлорида, а также на производство различных сополимеров: сополимер винил хлористый с винилиденхлоридом, винилацетатом и др.

Поливинилхлорид - это один из самых универсальных из крупнотоннажных полимеров, из которого получают огромный спектр пластмассовых изделий, как пластифицированных (мягких), так и непластифицированных (жестких). Большее количество пластифицированного полимера используются для изготовления изоляции и оболочек электропроводов и кабелей. Изоляционные материалы на основе ПВХ отличаются малой чувствительностью к действию влаги и высокой стабильностью в условиях эксплуатации. Мягкий ПВХ находит широкое применение для получения гибких пленок, листов и труб, используемых в строительстве, сельском хозяйстве и других отраслях.

Стадия ректификации винилхлорида имеет высокую важность в процессе производства ПВХ. Требуется высокая степень чистоты (99,99 %) винилхлорида - мономерного сырья для получения качественного поливинилхлорида. Поэтому винилхлорид, поступающий с печей пиролиза, необходимо отделить от непрореагировавшего дихлорэтана, хлористого водорода и других веществ

Целью дипломной работы является проектирование стадии ректификации винилхлорида производительностью 300000 т/год по готовому продукту.

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ВИНИЛХЛОРИДА

Впервые винилхлорид был получен в XX веке. С развитием химии высокомолекулярных соединений были разработаны новые методы синтеза винилхлорида. В настоящее время существуют пять промышленных метода синтеза винилхлорида.

Сбалансированный метод на основе этилена, включающий стадию прямого и окислительного хлорирования до 1,2-дихлорэтана, пиролиз его до винилхлорида и хлористого водорода, последний в свою очередь отправляется на окислительное хлорирование этилена.

СН2=СН2+CI2>СН2CI-СН2CI

2СН2CI-СН2CI>2СН2=CHCI+2HCI

СН2=СН2+2HCI+0,502>СН2CI-СН2CI+Н20

_________________________________

2СН2=СН2+CI2+0,502>2СН2=СНСI+Н20

Комбинированный метод на основе этилена и ацетилена, состоящий из стадии прямого хлорирования этилена до дихлорэтана, пиролиз его до HCI и винилхлорида. Хлористый водород используется для гидрохлорирования ацетилена до винилхлорида.

Прямое хлорирование этилена до дихлорэтана с последующим пиролизом его до винилхлорида.

СН2=СН2>дихлорэтан>винилхлорид

Гидрохлорирование ацетилена с получением винилхлорида

СН=СН+HCI>винилхлорид

Комбинированный метод на основе легкого бензина. Данный метод отличается от метода 1.2 дополнительной стадией пиролиза бензина с получением смеси ацетилена и этилена. Такую смесь сначала гидрируют до винилхлорида, а оставшийся этилен хлорируют до дихлорэтана.

Современная структура методов производства винилхлорида свидетельствует о том, что ведущую роль отводят сбалансированному методу. Достоинство метода в том, что происходит утилизация побочных продуктов.

Процесс дегидрохлорирования дихлорэтана протекает при t = 450-500 °С, Это требует больших энергозатрат, поэтому снижение температуры процесса дегидрохлорирования является одной из основных задач химической промышленности в литературе предложено использовать различные катализаторы для процесса дегидрохлорирования.

Так, применение катализатора CsCl, нанесенного на силикагельный носитель, снижает температуру процесса дегидрохлорирования до 370-390 °С.

Использование катализаторов цеолитных марок ZnS М-5, с содержанием Mg2+ или Zn2+ снижает температуру дегидрохлорирования до 250-350°С и конверсия дихлорэтана составляет 95 % при селективности винилхлорида 98 %.

На основе проведённого литературного обзора можно сделать вывод, что комбинированный метод получения винилхлорида без применения катализаторов является наиболее экономичным, так как применение катализаторов предполагает их регенерацию или утилизацию.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ ВИНИЛХЛОРИДА

Ректификация - это процесс разделения жидких смесей, основанный на массообмене между паровой и жидкой фазой, движущимися противотоком. При этом из пара в жидкость переходит один или несколько компонентов с меньшей относительной летучестью (высококипящие), а в обратном направлении - эквивалентное количество компонентов с большей относительной летучестью (низкокипящие).

Движущая сила ректификации - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния, в результате чего пар при контакте с жидкостью обогащается легколетучими (низко - кипящими) компонентами, а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами. Поскольку жидкость и пар движутся, как правило, противотоком (пар - вверх, жидкость - вниз), при достаточно большой, высоте колонны в ее верхней части можно получить практически чистый целевой компонент.

Процесс ректификации осуществляется в ректификационных колоннах. Колонны могут быть полными и неполными, простыми и сложными.

По условиям работы ректификационные установки бывают под избыточным, атмосферным и вакуумным давлением. По принципу действия ректификационные установки делятся на периодические и непрерывные. В установках периодического действия разделяемая смесь единовременно загружается в куб, и процесс ректификации проводится до получения продуктов заданного состава.

Периодическая ректификация (рис. 2.1). В куб колонны загружают определенное кол-во подлежащей разделению смеси, где она нагревается до температуры кипения и испаряется. Образующиеся пары проходят через колонну, взаимодействуя в противотоке с жидкостью, поступающей из дефлегматора. В нем конденсируются выходящие из колонны богатые легко летучие компоненты пары, направляемые далее в делитель потоков. Часть конденсата (флегма) поступает обратно в колонну, вторая часть (дистиллят) - через холодильник в один из сборников.

Установки для периодической ректификации подразделяются на агрегаты, работающие при постоянном флегмовом числе, и агрегаты, функционирующие при переменном R и постоянном составе дистиллята. Наиболее широко распространены в промышленностисти установки первого типа.

1 -куб; 2-колонна; 3-дефлегматор; 4-делитель потоков; 5-холодильник; 6, 7-сборники

Рисунок 2.1 - Ректификационная установка периодического действия

В ректификационной колонне непрерывного действия можно разделить бинарную смесь на практически чистые компоненты.



Рисунок 2.2- Схема ректификационной установки непрерывного действия

Из многокомпонентной смеси в такой колонне можно в чистом виде выделить только один компонент: либо низкокипящий - в виде дистиллята, либо высококипящий - в виде кубовой жидкости.

В тех случаях, когда продуктами разделения являются не индивидуальные вещества, а смеси, иногда, используют отборы с промежуточной высоты (боковые отборы). Колонны с боковым отбором и дополнительными вводами потоков называют сложными. Такой прием практикуется, в частности, в нефтеперерабатывающей промышленности.

При расчёте ректификации многокомпонентных смесей используют три метода: от тарелки к тарелке (более точный метод), по ключевым компонентам и по псевдобинарным компонентам (упрощенные методы за счет рассмотрения многокомпонентной смеси как бинарную смесь двух компонентов)

1) по ключевым компонентам (представлен в данном дипломе) используется, когда есть данные о полном составе разделяемой смеси.

2) по псевдобинарным компонентам. Относительную летучесть а в многокомпонентной смеси принимают обычно постоянной, равной отношению средних относительных летучестей легкого и тяжелого ключевых компонентов. В этом случае равновесие описывается уравнением:

у*=ах/(1-х+ах)

где х, у* - равновесные концентрации легкого ключевого компонента в жидкости и в паре. Как и в методе Мак-Кеба и Тиле, мольные расходы пара и жидкости принимают постоянными, что позволяет выразить уравнения материального баланса в виде линейной зависимости. Определяются расходы жидкости и пара в укрепляющей и исчерпывающей части колонны. Число теоретических ступеней определяется вписыванием ломаной линии между рабочими и равновесными линиями.

3) методом последовательных приближений ("от тарелки к тарелке")

Расчет ведут, задавшись составами дистиллята и кубового остатка от верхней и нижней тарелок колонны к питающей тарелке. Концентрации пара, поступающего на нижнюю и уходящего с верхней тарелки, известны и равны соответственно заданным составам кубового остатка и дистиллята. Подбирают составы дистиллята и кубового остатка и ведут расчет до схождения материального баланса на тарелке питания для всех компонентов смеси.

Сведения о парожидкостном равновесии, при котором составы пара и жидкости равновесны друг другу, а температуры фаз одинаковы, позволяют построить диаграмму t-x,y (рис. 2.3) . Располагая этой диаграммой, можно по составу жидкой фазы найти равновесный ей состав пара и температуру насыщения. Для анализа процессов ректификации более удобна диаграмма y-x (рис. 2.4) которая строиться на основе диаграммы t-x,y.



Рисунок 2.3 - График зависимости t-x,y;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок - 2.4 График зависимости x-y

На рисунке приведены равновесные зависимости для двух бинарных смесей. Одна из них зеотропна (1), а другая азеотропна (2). Для изменения равновесного состояния азеотропной смеси добавляют третий компонент, который взаимодействует с одним из компонентов смеси, что позволяет производить ректификацию до более высоких концентраций. Для расчёта процесса ректификации на диаграмму наносят рабочие линии, зависящие от составов исходной смеси. Для улучшения качества ректификации, часть дистиллята конденсируется и возвращается в колонну на орошение в виде флегмы. Флегмовое число составляет отношение дистиллята к флегме.

Ректификационные колонны могут быть тарельчатыми и насадочными.

Конструкции тарельчатых колонн весьма разнообразны. Это объясняется чрезвычайно большим ассортиментом перерабатываемого сырья, широким диапазоном производительности и различным гидравлическим режимом колонн. [20]

Тарелки бывают нескольких видов: колпачковые, ситчатые, клапанные.

Колпачковые тарелки подразделяются по способу крепления колпачков:

а - крепление стального колпачка на шпильке; б - установка чугунного колпачка с траверсой; в - стальной колпачок, приваренный к тарелке точечной сваркой Рисунок 2.5 - Способ крепление колпачков к тарелкам

Сетчатые тарелки подразделяются по формам отверстий в терелках

а - круглые; б - щелевидные; в - просечные треугольные

Рисунок 2.6 - Виды сетчатых тарелок

Весьма интересной является волнистая решетчатая тарелка. Волны придают тарелке повышенную жесткость, что дает возможность применять ее при большом диаметре колонны без опорных балок.

Рисунок 2.7 - Волнистая решетчатая тарелка

Основные элементы клапанной тарелки - подъемные клапаны круглой или прямоугольной формы, закрывающие отверстия в тарелке. Конструктивно клапан выполнен так, что подъем его возможен только на определенную величину.

Рисунок 2.8 - Клапанная тарелка

В клапане величина открытия ограничивается отогнутыми лапками. При определенной скорости паров в отверстии клапаны уравновешиваются потоками пара и при дальнейшем увеличении нагрузки начинают подниматься таким образом, что скорость пара в сечении между клапаном и полотном тарелки остается примерно постоянной. Следствием этого является равномерное распределение пара по площади тарелки, уменьшение уноса жидкости и меньшее гидравлическое сопротивление. Благодаря широкому диапазону устойчивой работы, малому весу и простоте конструкций клапанные тарелки являются весьма перспективными.

На установке ректификации винилхлорида используются тарелки клапанного типа.

Насадочные колонны применяются в основном для малотоннажных производств, где они имеют безусловные преимущества перед тарельчатыми колоннами. Благодаря созданию в последние годы новых типов насадок, позволяющих значительно снизить задержку жидкости в контактной зоне и гидравлическое сопротивление аппарата, создались перспективы применения их для многотоннажных производств (вакуумная ректификация мазута, газоразделение и др.). Применение насадок приобретает особое значение для вакуумных процессов, для которых низкое гидравлическое сопротивление при достаточно эффективном контакте взаимодействующих фаз является одним из важных условий проведения процесса.

Основными конструктивными характеристиками насадки являются ее удельная поверхность и свободный объем, чем больше удельная поверхность насадки, тем выше эффективность колонны, но ниже производительность и больше гидравлическое сопротивление. Чем больше свободный объем насадки, тем выше ее производительность и меньше гидравлическое сопротивление, однако при этом снижается эффективность работы насадки.

Конструкции насадок, применяемых в промышленных аппаратах нефтегазопереработки и нефтехимии, можно разделить на две группы - нерегулярные (насыпные) и регулярные насадки.



а - Меллапак фирмы "Sulzer"; б - Интеххокс фирмы "Norton"; в - Веку-пек: г - Панченкова

Рисунок 2.9 - Регулярные насадки

а - кольца Решите; б - кольца Рашига с перегородкеми: в - кольца Палля; г - кольца НуPak фирмы "Norton"; д - полукольца Levapak; е - кольца Cascade Mini-Rings фирмы "Glitsch"; ж - седла Берля; з - седла Инталлокс; и - седла Инталлокс фирмы "Norton"

Рисунок 2.10 - Нерегулярные (насыпные) насадки

В зависимости от используемого для изготовления насадки материала они разделяются на металлические, керамические, пластмассовые, стеклянные, стеклопластиковые и др.

На эффективность работы насадки в значительной степени влияет смачиваемостъ жидкостью поверхности элементов насадки. Для улучшения смачиваемости элементов насадки их зачастую подвергают специальной обработке, создают искусственным путем шероховатости или делают на поверхности просечки, выступы и т. д.

Ректификация - один из самых энергоемких химических технологических процессов. Поэтому в химических производствах все чаще применяют альтернативные процессы и методы разделения. К ним относят: испарение через мембрану (осуществляемое в аппаратах пленочного типа); противоточную кристаллизацию с непрерывным массообменном (экономия энергии достигается благодаря тому, что теплота плавления разделяемых веществ, как правило, существенно меньше, чем теплоты их парообразования; а также кристаллизационные методы разделения смесей) и др. Однако, несмотря на все большее распространение этих и иных альтернативных процессов и методов, ректификация по-прежнему сохраняет свое значение в химических отраслях промышленности, особенно в нефтепереработке и нефтехимии.

3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ, ИЗГОТАВЛИВАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

Данный раздел представлен в виде таблиц: характеристика изготавливаемой продукции приведена в таблице 3.1; физико-химические свойства изготавливаемой продукции представлены в таблице 3.2; характеристика сырья, материалов и полупродуктов представлена в таблице 3.3; физико-химические свойства сырья, материалов и полупродуктов представлены в таблице 3.4 и даны краткие характеристики веществ.

Таблица 3.1 - Характеристика изготовляемой продукции

Наименование показателей	Высший сорт	Первый сорт
1 Внешний вид	однородная прозрачная бесцветная жидкость без посторонних включений и отстоя
2 Массовая доля примесей, определяемых хроматографически в сумме, %, не более, в том числе:	0,0151	0,0238
Ацетилена	0,0001	0,0002
Этилена	0,0001	0,0003
Пропилена	0,0003	0,0005
Суммы дихлорэтанов	0,0002	0,0018
Бутадиена 1,3	0,0010	0,0013
Изобутана	0,0001	0,0002
Метилхлорида	0,0120	0,0180
Сумма бутенов	0,0010	0,0012
Моновинилацетилена	0,0003	0,0003
3 Массовая доля хлористого водорода, %, не более	0,0001	0,0002
4 Массовая доля железа, %, не более	0,0001	0,0002
5 Массовая доля воды, %, не более	0,0200	0,0400
6 Массовая доля щелочи в пересчете на NaOH, %, не более	0,0001	0,0002

Винилхлорид в обычных условиях бесцветный газ. При атмосферном давлении он конденсируется при -13,8°С в бесцветную легко подвижную жидкость. При повышенной концентрации он раздражает глаза, слизистые оболочки, нос и горло. ПДК в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м3.

Таблица 3.2 - Физико-химические свойства изготовляемой продукции

Наименование показателей	Ед. изм.
1	2
1. молекулярный вес	62,5
2. плотность жидкости при, кг/м3 -20°С +20°С	983 911
3. температура плавления, °С	-153,8
4. температура кипения при 0,1 МПа, °С	-13,9
5. температура вспышки, ?С в открытом приборе в закрытом приборе	77,8 61,1
6. температура самовоспламенения, °С	472
7. предел взрываемости в воздухе, % об. нижний верхний	3,6 33
8. вязкость жидкости при +20 °С, СП	0,180
9. теплота испарения при, кдж/т. -13,8 °С +25 °С	333,2 298,5
10. теплоемкость жидкости, при +20°С	1,35
11. коэффициент теплопроводности жидкости, при +20 °С	0,498
12. давление паров при +40 °С, МПа	0,61
13. теплота плавления, кДж /мг.	76
14. теплота сгорания, кДж /моль	1199
15. растворимость	Хорошо растворяется в 1,2- дихлорэтане, хлороформе, эфире, углеводородах, нефти, мало растворим в воде
16. плотность критическая, кг /мг3	370
17. температура критическая, ?С	158,4
18. давление критическое, МПа	0,527

Таблица 3.3 - Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

Наименование	Показатели, обязательные для проверки перед использованием в производстве	Показатели пожаро - взрывоопасноти и токсичности
Дихлорэтан С2Н4С12	Дихлорэтан не менее 99,7 % вес, вода неболее 0,001 % вес	Легковоспламеняющийся, токсичный, наркотик. Температурные пределы воспламенения 8-31 °С. Пределы взрываемости в смеси с воздухом 6,2-16 % об. ПДК в воздухе рабочей зоны 10 мг/м. Класс опасности II
Гидроокись натрия NaOH, твердая техническая	Твердый NaOH не менее 96 % вес, размер гранул не менее 30 мм.	Пожаровзрывобезопасна. При попадании на кожу действует прижигающим образом. ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3. Класс опасности II
Бензин газовый стабильный	Плотность при 20 °С 0,79 - 0,83 г/см. Температура вспышки 40-48 °С	Наркотик, раздражает верхние дыхательные пути и слизистую оболочку глаз. Пожаров-зрывоопасен, токсичен.
Хлористый водород HCI	Хлористый водород не менее 99,2 % вес.	Пожаровзрывоопасный, токсичен. ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3. Класс опасности II.

Таблица 3.4 - Физико-химические свойства исходного сырья, материалов и полупродуктов

Наименование показателей	Ед. изм.
1	2
Дихлорэтан -удельный вес при 20 °С, кг/м3 -температура вспышки, °С -температура самовоспламенения, °С -температура кипения при 760 мм рт.ст., °С -растворимость в воде при 20 °С, %	1253 9 450 83,47 0,87
Хлористый водород -плотность жидкости при Р =1,06 МПа, кг/м3 -температура кипения при 760 мм рт.ст., °С -температура плавления, °С	1031 -85 -114

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

4.1 Описание блок - схемы производства поливинилхлорида

Газообразный этилен и хлор поступают на стадии высокотемпературного, низкотемпературного хлорирования. На стадию оксихлорирования подают этилен, воздух и HCl, возвращенный со стадии ректификации винилхлорида. Полученный 1,2-дихлорэтан-сырец поступает сначала на обезвоживание, а затем на ректификацию 1,2-дихлорэтана, при которой отделяют высококипящие, легкокипящие компоненты. Затем 1,2-дихлорэтан-ректификат идет на пиролиз, где получается винилхлорид, который идет на ректификацию винилхлорида с целью отделения непрореагировавшего 1,2-дихлорэтана, который возвращают на ректификацию 1,2-дихлорэтана. Полученный винилхлорид поступает на суспензионную полимеризацию с инициатором - лиладоксом. Полученный поливинилхлорид поступает на сушку. Товарный поливинилхлорид поступает на склады для хранения, транспортировки, отгрузки.

4.2 Описание технологической схемы стадии ректификации винилхлорида

Ректификация продуктов пиролиза в колонне КР1

В колонне ректификации КР1 происходит разделение продуктов пиролиза на хлористый водород и смесь дихлорэтана и винилхлорида.

Процесс ректификации в колонне КР1 проводится под давлением 1,0-1,45 МПа (10-14,5 кгс/см 2)при температуре верха минус 19 - минус 29 °С, температуре куба 94-115 °С и перепаде давления не более 50 кПа.

Уровень в кубе колонны КР1 поддерживается в пределах 75-90 %.

Кубовый продукт колонны ректификации КР1 с объемным расходом не более 100 м3/ч подается в колонну КР2.

Содержание хлористого водорода в кубовом продукте не более 0,015 % контролируется аналитически.

Давление в кубе колонны ректификации КР1 в пределах 1,0-1,5 МПа (10,0 -15,0 кгс/см2).

Куб колонны КР1 обогревается с помощью кипятильника КП1 c площадью поверхности теплообмена 234 м2. В межтрубное пространство кипятильника КП1 в качестве теплоносителя подается пар с давлением 1,0-1,5 МПа (10,0 -15,0 кгс/см2). Массовый расход пара в кипятильник КП1 в пределах 1500-7000 кг/ч.

Важным фактором, характеризующим содержание хлористого водорода в кубе и винилхлорида вверху колонны, является температура на тарелках колонны ректификации КР1.

Для поддержания нормального содержания хлористого водорода в кубовом продукте колонны ректификации КР1 температура на 15 тарелке должна быть в пределах 80-92 С.

Температура на 41 тарелке в пределах минус 18 - 0 °С и поддерживается в заданных пределах изменением объемного расхода флегмы.

Температура на 45 тарелке в пределах минус 27 - минус 17 °С.

Температура верха колонны ректификации КР1 в пределах минус 29 - минус 19 С.

Поддержание температуры верха и на 41 тарелке обеспечивает необходимую степень чистоты головного продукта (хлористого водорода).

Головной продукт колонны ректификации КР1 поступает в трубное пространство конденсатора-испарителя К1, в котором сжижается примерно на 40 % и далее газожидкостная смесь поступает в сборник флегмы Е1 вместимостью 61,7 м3.

Давление в головной части колонны ректификации КР1 в пределах 1,0 - 1,45 МПа (10 - 14,5 кгс/см2). Перепад давления в колонне КР1 не более 50 кПа (5000 мм вод. ст.).

Газообразный хлористый водород из сборника флегмы Е1 с объемным расходом в пределах 4000 - 14000 нм3 подаётся на стадию 100. Состав хлористого водорода контролируется аналитически. Объемная доля ацетилена должна быть не более 0,25 %; этилена - набор статистических данных; винилхлорида - не более 0,05 %; хлористого водорода - не менее 99,2 %; прочих органических примесей - не более 0,5 %.

Жидкий хлористый водород из сборника флегмы Е1 насосом Н1 подается в качестве флегмы в колонну КР1. Объемный расход флегмы в пределах 4-14 м3/ч.

Ректификация винилхлорида в колонне КР2

Колонна ректификации КР2 предназначена для разделения дихлорэтана и винилхлорида, поступающего из куба колонны КР1.

Кубовый продукт колонны ректификации КР1 в зависимости от состава поступает на 30, 40 или 50 тарелки колонны ректификации КР2 с объемным расходом не более 100 м3/ч

Уровень в кубе колонны ректификации КР2 поддерживается в пределах 70 - 85 %.

Кубовый продукт колонны ректификации КР2, состоящий в основном из дихлорэтана, подается на стадию 400 в колонну выделения легкокипящих С-401 или в колонну получения дихлорэтана-ректификата С-402. Состав кубового продукта определяется аналитически. Массовая доля винилхлорида не должна превышать 0,3 %, а массовая доля воды должна быть не более 0,0010 %.

Объемный расход кубового продукта колонны КР2 не более 65 м3/ч.

Куб колонны КР2 обогревается кипятильником КП2 c площадью поверхности теплообмена 840 м2

В межтрубное пространство кипятильника КП2 в качестве теплоносителя подается пар. Давление пара 1,0 - 1,5 МПа (10 - 15 кгс/см2). Массовый расход пара в пределах 6600-27000 кг/ч

Температура на 5 тарелке пределах 90 - 150 С.

Температура верха колонны КР2 в пределах 35 - 45 °С.

Температура куба колонны КР2 в пределах 154 - 164 °С.

Процесс ректификации в колонне КР2 ведется с давлением в системе 0,4 - 0,61 МПа (4,0 - 6,1 кгс/см 2).

Давление в кубе колонны КР2 не более 0,7 МПа (7,0 кгс/см2).

Винилхлорид, выходящий из головной части колонны ректификации КР2, поступает в межтрубное пространство конденсатора К2, где охлаждается и конденсируется. Конденсатор К2, имеющий площадь поверхности теплообмена 896 м2, охлаждается оборотной водой.

Сконденсировавшийся в конденсаторе К-3 винилхлорид стекает в сборник флегмы Е-2 вместимостью 50 м3, откуда насосом Н-2 подается в качестве флегмы в колонну ректификации КР2.

Объемный расход флегмы в пределах 35-125 м3/ч. Состав флегмы определяется аналитически. Массовая доля воды должна быть не более 0,004 % (при сушке - не более 0,010 %), дихлорэтана - не более 0,0002 %, хлористого водорода - не более 0,05 %.

Уровень в сборнике флегмы Е2 поддерживается в пределах 20 - 80 %. Винилхлорид из сборника флегмы Е2 подается насосом Н3 в колонну отпарки КО3. Объемный расход винилхлорида в колонну отпарки КО3 не более 50 м3/ч.

Отпарка хлористого водорода в колонне КО3

Колонна отпарки КО3 предназначена для очистки винилхлорида от остатков хлористого водорода.

Винилхлорид из сборника флегмы Е2 с объемным расходом не более 50 м 3/ч подается насосом Н3 на 16 тарелку колонны отпарки КО3.

Уровень в кубе колонны отпарки КО3 поддерживается в пределах 55 - 85 %.

Куб колонны отпарки обогревается кипятильником КП3, c площадью поверхности теплообмена 21 м2, в межтрубное пространство которого подается пар низкого давления с массовым расходом не более 2500 кг/ч.

Винилхлорид из куба колонны отпарки КО3 поступает в теплообменник Т1 с площадью поверхности теплообмена 208 м2 , охлаждаемый оборотной водой, где охлаждается до температуры не выше 40 оС. Состав винилхлорида контролируется аналитически при этом массовая доля: хлористого водорода должна быть не более 0,002 %, воды (при остановке колонны) - не нормируется. Промежуточное хранение товарного винилхлорида осуществляется в емкости Е3.

Емкость винилхлорида Е3 представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат диаметром 3000 мм, длиной 14540 мм и вместимостью 98 м3, установлена на открытой площадке в бетонном поддоне.

Уровень винилхлорида в емкости Е3 в пределах 20 - 80 %. Хранение винилхлорида производится при давлении 0,05 - 0,60 МПа.

Температура в емкости винилхлорида Е3 не выше 45 оС.

Из емкости Е-3 товарный винилхлорид откачивается насосом Н4 на полимеризацию в цех № 40.

Процесс отпарки хлористого водорода осуществляется под давлением 1,1 - 1,7 МПа (11 - 17 кгс/см 2) при температуре верха 70-80 С и температуре куба 72 - 82 °С.

Перепад давления по колонне отпарки КО3 не более 0,01 МПа.

Давление в колонне отпарки КО3 поддерживается в пределах 1,1 - 1,7 МПа путем изменения расхода пара на кипятильник КП3.

Пары винилхлорида, насыщенные хлористым водородом, выходят из головной части колонны отпарки и направляются на 17 тарелку колонны ректификации КР1. Состав головного продукта колонны отпарки контролируется аналитически, при этом массовая доля воды должна быть не более 0,0050 %, массовая доля хлористого водорода - не нормируется.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

5.1 Материальный баланс установки ректификации винилхлорида

Установка ректификации винилхлорида (ВХ) состоит из трех колонн: КР1, КР2, КО3. Колонна КР1 предназначена для удаления хлороводорода (дистиллят) от дихлорэтана и винилхлорида (куб).

Колонна КР2 предназначена для разделения винилхлорида (дистиллят) от дихлорэтана (куб). Колонна КО3 предназначена для удаления остатков хлороводорода от винилхлорида.

Схема материальных потоков показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1- Схема материальных потоков установки

Исходные данные по составам колонн КР1, КР2, КО3 представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Данные по составам колонн ректификации

Компоненты	Сокраще- ние	Потоки % вес
		F1	P1	W1=F2	W2	P2=F3	P3	W3
Хлористый водород	(HCl)	18,2837	99,92	0,04		0,08	0,4	0,00006
Ацетилен	(C2H2)	0,0143	0,08	0,0002		0,0004		0,00006
Хлористый метил	(CH3Cl)	0,0011		0,0012		0,0028		0,0034
Винилхлорид	(C2H3Cl)	31,2417		43,578	0,05	99,9164	99,6	99,99643
1,3-бутадиен	(C4H6)	0,0006		0,0006		0,0004		0,00005
Хлороформ	(CHCl3)	0,0101		0,01	0,02
Тетрохлорметан	(CCl4)	0,0048		0,005	0,01
Бензол	(C6H6)	0,0188		0,021	0,04
Легкокипящие	(ЛК)	0,0964		0,108	0,19
1,2-дихлорэтан	(C2H4Cl2)	49,4887		55,3	98,03
Трихлорэтилен	(C2HCl3)	0,3558		0,398	0,7
Трихлорэтан	(C2H3Cl3)	0,0131		0,014	0,03
Перхлорэтилен	(C2Cl4)	0,0551		0,06	0,11
Тетрахлоратан	(C2H2Cl4)	0,0056		0,006	0,01
Высококипящие	(ВК)	0,4102		0,458	0,81

Годовая производительность установки по ВХ составляет 300000 т ?год готового продукта (W3).

Время работы установки составляет 325 дней в году, или 7800 часов.

Расчёт материального баланса колонны КО3

Часовая производительность по ВХ:

W3 =(GВХ тов. ? ?эф)•1000 =(300000 ? 7800)•1000=38461,54 кг ?ч

Выполняем расчет материального баланса колонны КО3

P3=F3-W3

F3=W3?(xW-xP)/(xF-xP)

Найдём F3, P3 для каждого компонента

F3 HCL= 38461,54?(0,00006-0,4)/(0,08-0,4)=48069,71 кг?ч

F3 C2H2 =38461,54?(0,00006 - 0)/(0,0004-0)=5769,23 кг?ч

F3 CH3Cl =38461,54?(0,0034 - 0)/(0,0028 - 0)=46703,30 кг?ч

F3 C2H3Cl =38461,54?(99,99643-99,6)/(99,9164-99,6)=48189,97 кг?ч

F3 C4H6 =38461,54?(0,00005-0)/(0,0004-0)=4807,69 кг?ч

P3 HCL=48069,71-38461,538 =9608,17 кг?ч

P3 C2H3Cl = 48189,97 - 38461,538 = 9728,44 кг?ч

Зная состав куба, найдём количество соответствующих веществ в кубовом продукте по формуле:

Gi = (W•Xi) ? 100 (5.1)

Кубовый продукт:

GНСl =(0,00006 • 38461,54) ? 100 = 0,023 кг?ч

GC2H2 = (0,00006 • 38461,54) ? 100 = 0,023 кг?ч

GCH3Cl = (0,0034 • 38461,54) ? 100 = 1,3 кг?ч

GC2H3Cl = (99,99643 • 38461,54) ? 100 = 38460,1654 кг?ч

GC4H6 = (0,00005 • 38461,54) ? 100 = 0,019 кг?ч

Зная состав дистиллята, найдём количество соответствующих веществ в головном продукте по формуле:

Gi = (P•Xi) ? 100 (5.2)

Головной продукт:

GНСl =(0,4 • 9608,17) ? 100 = 38,43 кг?ч

GC2H3Cl = (99,6 • 9728,44) ? 100 = 9689,52 кг?ч

Зная состав питания колонны, найдём количество соответствующих веществ в питающем продукте по формуле:

Gi= (F•Xi) ? 100 (5.3)

Питающий продукт:

GНСl =(0,08 • 48069,71) ? 100 = 38,46 кг?ч

GC2H2 = (0,0004 • 5769,23) ? 100 = 0,02 кг?ч

GCH3Cl = (0,0028 • 46703,30) ? 100 = 1,3 кг?ч

GC2H3Cl = (99,9164 • 48189,97) ? 100 = 48149,6869 кг?ч

GC4H6 = (0,0004 • 4807,69) ? 100 = 0,02 кг?ч

Полученные результаты сведем в таблицу материального баланса колонны КО3.

Таблица 5.2 - Материальный баланс колонны КО3

Приход	Расход
наименование	кг?ч	%	наименование	кг?ч	%
Питание F3	48189,49	100,00	Дистиллят Р3	9727,95	20,19
В том числе:	В том числе:
Хлористый водород	38,456	0,08	Хлористый водород	38,433	0,08
Ацетилен	0,02	0,0004	Винилхлорид	9689,52	20,11
Хлористый метил	1,31	0,0028
Винилхлорид	48149,69	99,9164	Кубовый продукт W3	38461,538	79,81
1,3-бутадиен	0,02	0,0004	В том числе:
			Хлористый водород	0,023	0,00005
			Ацетилен	0,023	0,00005
			Хлористый метил	1,308	0,0027
			Винилхлорид	38460,165	79,81
			1,3-бутадиен	0,019	0,00004
Итого	48189,49	100,00	Итого	48189,49	100,00

Расчёт материального баланса колонны КР2

Так как питание колонны КО3 является дистиллятом колонны КР2, то

P2 = 48189,49кг?ч

Выполняем расчет материального баланса колонны КР2

W2 = F2 - P2

F2= P 2 ? (xP-xW)/(xF-xW)

Найдём F2, W2 для каждого компонента

F2 HCL= 48189,49 ? (0,08 - 0)/(0,04 - 0)= 96379,0 кг?ч

F2 C2H2 = 48189,49 ? (0,0004 - 0)/(0,0002 - 0)= 96379,0 кг?ч

F2 CH3Cl = 48189,49 ? (0,0028 - 0)/(0,0012 - 0)= 112442,1 кг?ч

F2 C2H3Cl = 48189,49 ? (99,9164 - 0,05)/(43,578 - 0,05)= 110561,3 кг?ч

F2 C4H6 = 48189,49 ? (0,0004 - 0)/(0,0006 - 0)= 32126,3 кг?ч

F2 CHCl3 = 48189,49 ? (0 - 0,02)/(0,01 - 0,02)= 96379,0 кг?ч

F2 CCl4 = 48189,49 ? (0 - 0,01)/(0,005 - 0,01)= 96379,0 кг?ч

F2 C6H6 = 48189,49 ? (0 - 0,04)/(0,021 - 0,04)= 101451,6 кг?ч

F2 ЛК = 48189,49 ? (0 - 0,19)/(0,108 - 0,19)= 111658,6 кг?ч

F2 C2H4Cl2 = 48189,49 ? (0 - 98,03)/(55,3 - 98,03)= 110555,0 кг?ч

F2 C2HCl3 = 48189,49 ? (0 - 0,7)/(0,398 - 0,7)= 111697,5 кг?ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 ? (0 - 0,03)/(0,014 - 0,03)= 90355,3 кг?ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 ? (0 - 0,11)/(0,06 - 0,11)= 106016,9 кг?ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 ? (0 - 0,01)/(0,006 - 0,01)= 120473,7 кг?ч

F2 C2H3Cl3 = 48189,49 ? (0 - 0,81)/(0,458 - 0,81)= 110890,6 кг?ч

W2 C2H3Cl = 110561,27 - 48189,49 = 62371,78 кг?ч

W2 CHCl3 = 96378,99 - 48189,49 = 48189,49 кг?ч

W2 CCl4 = 96378,99 - 48189,49 = 48189,49 кг?ч

W2 C6H6 = 101451,56 - 48189,49 = 53262,07 кг?ч

W2 ЛК = 111658,58 - 48189,49 = 63469,09 кг?ч

W2 C2H4Cl2 = 110555,02 - 48189,49 = 62365,53 кг?ч

W2 C2HCl3 = 111697,50 - 48189,49 = 63508,01 кг?ч

W2 C2H3Cl3 = 90355,30 - 48189,49 = 42165,81 кг?ч

W2 C2H3Cl3 = 106016,88 - 48189,49 = 57827,39 кг?ч

W2 C2H3Cl3 = 120473,73 - 48189,49 = 72284,24 кг?ч

W2 C2H3Cl3 = 110890,59 - 48189,49 = 62701,10 кг?ч

Зная состав куба, найдём количество соответствующих веществ в кубовом продукте по формуле (5.1):

Кубовый продукт:

GC2H3Cl =(0,05 • 62371,78) ? 100 = 31,19 кг?ч

GCHCl3 =(0,02 • 48189,49) ? 100 = 9,64 кг?ч

GCCl4 =(0,01 • 48189,49) ? 100 = 4,82 кг?ч

GC6H6 =(0,04 • 53262,07) ? 100 = 21,30 кг?ч

GЛК =(0,19 • 63469,09) ? 100 = 120,59 кг?ч

GC2H4Cl2 =(98,03 • 62365,53) ? 100 = 61136,93 кг?ч

GC2HCl3 =(0,70 • 63508,01) ? 100 = 444,56 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,03 • 42165,81) ? 100 = 12,65 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,11 • 57827,39) ? 100 = 63,61 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,01 • 72284,24) ? 100 = 7,23 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,81 • 62701,10) ? 100 = 507,88 кг?ч

Зная состав питания колонны, найдём количество соответствующих веществ в питающем продукте по формуле (5.3):

GHCl =(0,04 • 96378,99) ? 100 = 38,55 кг?ч

GC2H2 =(0,0002 • 96378,99) ? 100 = 0,19 кг?ч

GCH3Cl =(0,001 • 112442,15) ? 100 = 1,35 кг?ч

GC2H3Cl =(43,578 • 110561,27) ? 100 = 48180,39 кг?ч

GC4H6 =(0,001 • 32126,33) ? 100 = 0,19 кг?ч

GCHCl3 =(0,01 • 96378,99) ? 100 = 9,64 кг?ч

GCCl4 =(0,005 • 96378,99) ? 100 = 4,82 кг?ч

GC6H6 =(0,021 • 101451,56) ? 100 = 21,30 кг?ч

GЛК =(0,108 • 111658,58) ? 100 = 120,59 кг?ч

GC2H4Cl2 =(55,3 • 110555,02) ? 100 = 61136,93 кг?ч

GC2HCl3 =(0,398 • 111697,50) ? 100 = 444,56 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,014 • 90355,30) ? 100 = 12,65 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,06 • 106016,88) ? 100 = 63,61 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,006 • 120473,73) ? 100 = 7,23 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,458 • 110890,59) ? 100 = 507,88 кг?ч

Полученные результаты сведем в таблицу материального баланса колонны КР2.

Таблица 5.3 - Материальный баланс колонны КР2

Приход	Расход
наименование	кг?ч	%	наименование	кг?ч	%
Питание F2	110549,88	100	Дистиллят Р2	48189,49	43,59
В том числе:	В том числе:
Хлористый водород	38,55	0,04	Хлористый водород	38,46	0,035
Ацетилен	0,19	0,0002	Ацетилен	0,02	0,00004
Хлористый метил	1,35	0,0012	Хлористый метил	1,31	0,0012
Винилхлорид	48180,39	43,578	Винилхлорид	48149,69	43,555
1,3-бутадиен	0,19	0,0006	1,3-бутадиен	0,02	0,0000
Хлороформ	9,64	0,01
Тетрохлорметан	4,82	0,005	Кубовыйпродукт W2	62360,39	56,41
Бензол	21,30	0,021	В том числе:
Легкокипящие	120,59	0,108	Винилхлорид	31,19	0,028
1,2-дихлорэтан	61136,93	55,3	Хлороформ	9,64	0,009
Трихлорэтилен	444,56	0,398	Тетрохлорметан	4,82	0,004
Трихлорэтан	12,65	0,014	Бензол	21,30	0,019
Перхлорэтилен	63,61	0,06	Легкокипящие	120,59	0,109
Тетрахлоратан	7,23	0,006	1,2-дихлорэтан	61136,93	55,303
Высококипящие	507,88	0,458	Трихлорэтилен	444,56	0,402
			Трихлорэтан	12,65	0,011
			Перхлорэтилен	63,61	0,058
			Тетрахлоратан	7,23	0,007
			Высококипящие	507,88	0,459
Итого	110549,88	100	Итого	110549,88	100

Расчёт материального баланса колонны КР1

Так как питание колонны КР2 является кубовым продуктом колонны КР1, то:

W1 = 110549,88кг?ч

P1 = F1 - W1

F1= W 1 ? (xW-xP)/(xF-xP)

Найдём F2, W2 для каждого компонента

F1 HCL= 110549,88 ? (0,04 - 99,92)/(18,2837 - 99,92)= 135255,05 кг?ч

F1 C2H2 = 110549,88 ? (0,0002 - 0,08)/(0,0143 - 0,08)= 134275,20 кг?ч

F1 CH3Cl = 110549,88 ? (0,0012 - 0)/(0,0011 - 0)= 120599,87 кг?ч

F1 C2H3Cl = 110549,88 ? (43,578 - 0)/(31,2417 - 0)= 154202,32 кг?ч

F1 C4H6 = 110549,88 ? (0,0006 - 0)/(0,0006 - 0)= 110549,88 кг?ч

F1 CHCl3 = 110549,88 ? (0,01 - 0)/(0,0101 - 0)= 109455,33 кг?ч

F1 CCl4 = 110549,88 ? (0,005 - 0)/(0,0048 - 0)= 115156,13 кг?ч

F1 C6H6 = 110549,88 ? (0,021 - 0)/(0,0188 - 0)= 123486,57 кг?ч

F1 ЛК = 110549,88 ? (0,108 - 0)/(0,0964 - 0)= 123852,56 кг?ч

F1 C2H4Cl2 = 110549,88 ? (55,3 - 0)/(49,4887 - 0)= 123531,40 кг?ч

F1 C2HCl3 = 110549,88 ? (0,398 - 0)/(0,3558 - 0)= 123661,75 кг?ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 ? (0,014 - 0)/(0,0131 - 0)= 118144,91 кг?ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 ? (0,06 - 0)/(0,0551 - 0)= 120380,99 кг?ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 ? (0,006 - 0)/(0,0056 - 0)= 118446,30 кг?ч

F1 C2H3Cl3 = 110549,88 ? (0,458 - 0)/(0,4102 - 0)= 123432,09 кг?ч

P1 HCL= 135255,05 - 110549,88 = 24705,17 кг?ч

P1 C2H2 = 134275,20 - 110549,88 = 23725,32 кг?ч

Зная состав дистиллята, найдём количество соответствующих веществ в головном продукте по формуле (5.2):

GHCl =(99,92 • 24705,17) ? 100 = 24685,41 кг?ч

GC2H2 =(0,08 • 23725,32) ? 100 = 18,98 кг?ч

Зная процентный состав потока со стадии пиролиза дихлорэтана, приходящего в колонну КР1, найдём количество соответствующих веществ по формуле (5.3):

GHCl =(18,2837 • 135255,05) ? 100 = 24729,63 кг?ч

GC2H2 =(0,0143 • 134275,20) ? 100 = 19,20 кг?ч

GCH3Cl =(0,0011 • 120599,87) ? 100 = 1,33 кг?ч

GC2H3Cl =(31,2417 • 154202,32) ? 100 = 48175,43 кг?ч

GC4H6 =(0,0006 • 110549,88) ? 100 = 0,66 кг?ч

GCHCl3 =(0,0101 • 109455,33) ? 100 = 11,05 кг?ч

GCCl4 =(0,0048 • 115156,13) ? 100 = 5,53 кг?ч

GC6H6 =(0,0188 • 123486,57) ? 100 = 23,22 кг?ч

GЛК =(0,0964 • 123852,56) ? 100 = 119,39 кг?ч

GC2H4Cl2 =(49,4887 • 123531,40) ? 100 = 61134,08 кг?

GC2HCl3 =(0,3558 • 123661,75) ? 100 = 439,99 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,0131 • 118144,91) ? 100 = 15,48 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,0551 • 120380,99) ? 100 = 66,33 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,0056 • 118446,30) ? 100 = 6,63 кг?ч

GC2H3Cl3 =(0,4102 • 123432,09) ? 100 = 506,32 кг?ч

Полученные результаты сведем в таблицу материального баланса колонны КР1.

Таблица 5.4 - Материальный баланс колонны КР1

Приход	Расход
Наименование	кг?ч	%	Наименование	кг?ч	%
1	2	3	4	5	6
Питание F1	135254,27	100,00	Дистиллят Р1	24704,39	18,27
В том числе:	В том числе:
Хлористый водород	24729,63	18,28	Хлористый водород	24685,41	18,25
Ацетилен	19,20	0,014	Ацетилен	18,98	0,01
Хлористый метил	1,33	0,001
Винилхлорид	48175,43	35,62	Кубовый продукт W1	110549,88	81,73
1,3-бутадиен	0,66	0,0005	В том числе:
Хлороформ	11,05	0,0082	Хлористый водород	38,55	0,03
Тетрохлорметан	5,53	0,0041	Ацетилен	0,19	0,0001
Бензол	23,22	0,0172	Хлористый метил	1,35	0,0010
Легкокипящие	119,39	0,09	Винилхлорид	48180,39	35,62
1,2-дихлорэтан	61134,08	45,20	1,3-бутадиен	0,19	0,0001
Трихлорэтилен	439,99	0,33	Хлороформ	9,64	0,007
Трихлорэтан	15,48	0,011	Тетрохлорметан	4,82	0,004
Перхлорэтилен	66,33	0,049	Бензол	21,30	0,016
Тетрахлоратан	6,63	0,005	Легкокипящие	120,59	0,09
Высококипящие	506,32	0,37	1,2-дихлорэтан	61136,93	45,20
			Трихлорэтилен	444,56	0,33
Питание P3	9727,95	7,19	Трихлорэтан	12,65	0,009
Хлористый водород	38,43	0,028	Перхлорэтилен	63,61	0,047
Винилхлорид	9689,52	7,16	Тетрахлоратан	7,23	0,005
			Высококипящие	507,88	0,38
Итого	135254,27	100	Итого	135254,27	100

Исходя из расчетов материального баланса колонн, которые приведены выше, составим материальный баланс установки ректификации винилхлорида. Приходом является пирогаз со стадии пиролиза дихлорэтана, который поступает в колонну КР1 (табл. 5.4), а расходом является головной продукт колонны КР1 (табл. 5.4), кубовый продукт колонны КР2 (табл. 5.3) и тяжелый продукт колонны КО3 (табл. 5.2). Полученные данные сведем в таблицу 5.5 материального баланса установки ректификации винилхлорида.

Таблица 5.5 - Материальный баланс установки ректификации ВХ

Приход	Расход
наименование	кг?ч	%	наименование	кг?ч	%
1	2	3	4	5	6
Пирогаз	135254,27	100	Товарный ВХ W3	38461,538	30,64
В том числе:	В том числе:
Хлористый водород	24691,20	19,67	Хлористый водород	0,023	0,000018
Ацетилен	19,20	0,015	Ацетилен	0,023	0,000018
Хлористый метил	1,33	0,00105	Хлористый метил	1,308	0,001042
Винилхлорид	38485,91	30,66	Винилхлорид	38460,165	30,64
1,3-бутадиен	0,66	0,00052	1,3-бутадиен	0,019	0,000015
Хлороформ	11,05	0,009
Тетрохлорметан	5,53	0,0044	Дистиллят колонны КР1 Р1	24704,39	19,68
Бензол	23,22	0,018	В том числе:
Легкокипящие	119,39	0,095	Хлористый водород	24685,408	19,67
1,2-дихлорэтан	61134,08	48,70	Ацетилен	18,980	0,0151
Трихлорэтилен	439,99	0,35
Трихлорэтан	15,48	0,012	Кубовый продукт колонны КР2 W2	0,03	0,00
Перхлорэтилен	66,33	0,053	В том числе:
Тетрахлоратан	6,63	0,0053	Винилхлорид	31,186	0,0248
Высококипящие	506,32	0,40	Хлороформ	9,638	0,0077
			Тетрохлорметан	4,819	0,0038
			Бензол	21,305	0,0170
			Легкокипящие	120,591	0,0961
			1,2-дихлорэтан	61136,926	48,704
			Трихлорэтилен	444,556	0,3542
			Трихлорэтан	12,650	0,0101
			Перхлорэтилен	63,610	0,0507
			Тетрахлоратан	7,228	0,0058
			Высококипящие	507,879	0,4046
Итого	125526,31	100	Итого	125526,31	100

5.2 Расчет колонны ректификации КР1

Расчет колонны КР1 ведем по методу ключевых компонентов, распределив их в порядке возрастания по температуре кипения при Р =1,6 Мпа =12160 мм рт.ст.

Температуры кипения веществ определим по уравнению Антуана. Коэффициенты уравнения Антуана представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Коэффициенты уравнения Антуана

Наименование	А	В	С
Хлороводород	16,504	1714,25	-14,45
Винилхлорид	14,9601	1803,84	-43,15

Ткип. НСl = В/(А-lnР) - С = 1714,25 / (16,50 - 12160) -(-14,45)= 256 К = -17 оС

Ткип. ВХ = В/(А-lnР) - С = 1803,84 / (14,96 - 12160) -(-43,15)= 368 К = 95 оС

Легким ключевым компонентом (НКК) в колонне КР1 будет НСl, а тяжелым ключевым (ВКК) компонентом ВХ. Смесь будем считать как бинарную: винилхлорид-хлороводород.

Исходные данные:

Питание колонны составляет F= 135254,3 кг/ч, в том числе:

Строим график зависимости t-х,y, по данным таблицы 5.7

lnP=А - В/(Т + С), мм рт. ст.

Таблица 5.7

t	PHCl	ПВХ	P	Х= (Р - РВК)/(РНК - РВК)	У= РНК ? Х /Р
-17	12175	656	12160	0,999	1,000
-10	14868	859	12160	0,807	0,986
0	19414	1227	12160	0,601	0,960
10	24851	1702	12160	0,452	0,923
20	31251	2299	12160	0,341	0,875
30	38680	3036	12160	0,256	0,814
40	47197	3926	12160	0,190	0,739
50	56850	4986	12160	0,138	0,647
60	67683	6228	12160	0,097	0,537
70	79728	7664	12160	0,062	0,409
80	93013	9306	12160	0,034	0,261
95	115303	12176	12160	0,000	-0,002

Состав питания колонны КР1, кубового продукта и дистиллята представлен в таблице 5.8.

Таблица 5.8 - Состав питания, кубового продукта и дистиллята

Состав кубового остатка	% масс.	Состав дистиллята (головной продукт)	% масс.	Состав питания	% масс.
хлороводород	0,004	хлороводород	0,996	хлороводород	0,183
винилхлорид	0,996	винилхлорид	0,004	винилхлорид	0,817



Рисунок 5.2 - График зависимости t - х,у

5.2.1 Материальный баланс колонны КР1

Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные для бинарной смеси винилхлорид - хлороводород по формуле

X = x / MHCl /(x / MHCl + (1 - x)/ MBX)

где МНСl и МВХ- молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов, соответственно, кг/кмоль.

МВХ = 62,5 г/моль

MHCl= 36,5 г/моль

XF = 0,2772

XP = 0,9977

XW = 0,0068

Производительность колоны КР1 по дистилляту:

P= 36909,73 кг/ч

W= 98344,53 кг/ч

По найденным Р и W и по данным таблицы 5.7, найдем количество соответствующих веществ в питании, кубе и дистилляте, которые представлены в таблице 5.9.

Таблица 5.9 - Состав питания, куба и дистиллята

Приход			Расход
Наименование	кг/ч	%	Наименование	кг/ч	%
хлороводород	24752	18,3%	Состав дистиллята (головной продукт)
винилхлорид	110503	81,7%	хлороводород	36762,1	27,18%
			винилхлорид	147,6	0,11%
			Состав кубового остатка
			хлороводород	393,4	0,3%
			винилхлорид	97951,2	72,4%
	135254	100%		135254,3	100%

5.2.2 Определение числа тарелок и рабочего флегмового числа колонны КР1

Для определения рабочего флегмового числа, найдем равновесную концентрацию компонентов в паре, которая определяется по формуле:

У* = ? ? х /(1+ (? - 1)) ? х,

где ?- относительная летучесть.

? = РНК / РВК,

где РНК, РВК - давление паров низкокипящего и высококипящего компонентов.

Найдем давление насыщенных паров хлороводорода и винилхлорида по ураынению Антуана [3]:

lnP = A - B/(T+C),

где А, В и С-коэффициенты уравнения Антуана, принимаем по [3 прил. 14]:

При средней температуре кипения смеси HCl и ВХ при Р = 1.6 МПа:

Т= (256 + 368 )/2 = 312 К

ln Рнсl= 16,504 - 1714,25 /(312 -14,45)= 46240,7 мм рт. ст.

ln Рвх= 14,9601 - 1803,84 /(312 -43,15)= 3824,3 мм рт. ст.

?= 46240,7 / 3824,3 = 12,091

Задаваясь значением Х, определяем У*:

X =0,05 У0* =12,091 ? 0,05 /(1+(12,091 -1) ? 0,05) = 0,389

X1= 0,1 У1*= 12,091 ? 0,1 /(1+(12,091 -1) ? 0,1) = 0,573

X2= 0,2; У2*= 12,091 ? 0,2 /(1+(12,091 -1) ? 0,2) = 0,751;

X3= 0,3; У3*= 12,091 ? 0,3 /(1+(12,091 -1) ? 0,3) = 0,838;

X4= 0,4; У4*= 12,091 ? 0,4 /(1+(12,091 -1) ? 0,4) = 0,890;