聚氯乙烯畢業(yè)設(shè)計(jì)

內(nèi)容摘要本文講述了我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和目前狀況，包括原料路線、工藝設(shè)備、聚合方法等。本設(shè)計(jì)采用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，介紹了采用懸浮法生產(chǎn) PVC 樹脂工聚合機(jī)理，工藝過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，包括質(zhì)量影響因素，工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇，對(duì)聚合工藝過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的敘述。并且從物料衡算、熱量衡算和設(shè)備計(jì)算和選型三個(gè)方面進(jìn)行準(zhǔn)確的工藝計(jì)算，對(duì)廠址進(jìn)行了選擇，采取了防火防爆防雷等重要措施，對(duì)三廢的處理回收等進(jìn)行了敘述，畫出了整個(gè)工藝的流程圖。關(guān)鍵詞 ：聚氯乙烯； 生產(chǎn)技術(shù)； 懸浮法； 乙炔法； 乙烯法；防粘釜技術(shù)；目 錄第一章 總論 61.1 國(guó)內(nèi)外 pvc 發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì) 61.2 單體合成工藝路線 71.2.1 乙炔路線 71.2.2 乙烯路線 81.3 聚合工藝實(shí)踐方法 91.3.1 本體法聚合生產(chǎn)工藝 91.3.2 乳液聚合生產(chǎn)工藝 91.3.3 懸浮聚合生產(chǎn)工藝 101.4 最佳的配方、后處理設(shè)備的選擇 111.4.1 配方的選擇 111.4.2 后處理設(shè)備側(cè)選擇 111.5 防粘釜技術(shù) 131.6 原料及產(chǎn)品性能 131.7 聚合機(jī)理 151.7.1 自由基聚合機(jī)理 151.7.2 鏈反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理 161.7.3 成粒機(jī)理與顆粒形態(tài) 161.8 影響聚合及產(chǎn)品質(zhì)量的因素 171.9 工藝流程敘述 181.10.1 加料系統(tǒng) 181.10.2 聚合系統(tǒng) 201.10.3 漿料汽提及廢水汽提系統(tǒng) 211.10 廠址的選擇 22第二章 工藝計(jì)算 232.1 物料衡算 232.1.1 聚合釜 232.1.2 混料槽 262.1.3 汽提塔 272.1.4 離心機(jī) 302.1.5 沸騰床 312.1.6 包裝 332.2 熱量衡算 342.2.1 聚合釜 342.2.2 沸騰床的熱量計(jì)算 392.3 設(shè)備的計(jì)算及選型 452.3.1 聚合釜 453.3.2 混料槽 463.3.3 汽提塔 473.3.4 離心機(jī) 473.3.5 內(nèi)熱式沸騰床的計(jì)算 482.3.6 泵、鼓風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器 53第三章 非工藝部分 563.1 廠內(nèi)的防火防爆措施 563.2 車間照明及采暖措施 563.3 防靜電，防雷措施 573.4 三廢處理情況 583.4.1 電石渣的處理 583.4.2 電石渣上清液的處理 583.4.3 熱水的綜合利用 583.4.4 尾氣的回收利用 593.4.5 轉(zhuǎn)化水洗塔水的回收利用 59結(jié)束語(yǔ) 60附錄 62沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 引言1引言 聚氯乙烯(PVC)是 5 大通用塑料之一, 具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異性能,廣泛用于工農(nóng)業(yè)及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域,尤其是近年來(lái)建筑市場(chǎng)對(duì) PVC 產(chǎn)品的巨大需求,使其成為具備相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)塑料品種。PVC 糊樹脂自 20 世紀(jì) 30 年代開發(fā)以來(lái),已有近 70 年的歷史。目前全世界 PVC 糊樹脂總生產(chǎn)能力約 200 萬(wàn) t/a,其中,西歐是 PVC 糊樹脂生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)量最大的地區(qū)。我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)起步于于 50 年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹脂，第一個(gè) PVC 裝置于1958 年在錦西化工廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為 3000 噸年。此后全國(guó)各地的 PVC 裝置相繼建成投產(chǎn)，到目前為止，我國(guó)有 PVC 樹脂生產(chǎn)企業(yè)80 余家，遍布全國(guó) 29 個(gè)省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá) 220 萬(wàn)噸年7075 萬(wàn) t/a。PVC 樹脂在我國(guó)塑料工業(yè)中具有舉足輕重的地位，同時(shí)PVC 作為氯堿工業(yè)中最大的有機(jī)耗氯產(chǎn)品，對(duì)維持氯堿工業(yè)的氯堿平衡具有極其重要的作用。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)量 3.26 萬(wàn)噸聚氯乙烯車間聚合工段工藝。本次設(shè)計(jì)采用了氯乙烯單體懸浮聚合工藝。介紹了 PVC 的聚合工藝，建廠的有關(guān)事項(xiàng)及合成聚氯乙烯的流程和設(shè)備，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝做出了詳細(xì)的敘述。沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 總論2第一章 總論1.1 國(guó)內(nèi)外 pvc 發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)聚氯乙烯（ PVC）是五大熱塑性合成樹脂之一，塑料制品是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的品種之一?？赏ㄟ^(guò)模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進(jìn)行加工，而且具有較好的機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕性和難燃性等特點(diǎn)，以其低廉的價(jià)格和非常突出的性能而廣泛地用于生產(chǎn)板材、門窗、管道和閥門等硬制品，也用于生產(chǎn)人造革、薄膜、電線電纜等軟制品。近年來(lái)，盡管在發(fā)達(dá)國(guó)家受到來(lái)自環(huán)保等多方面的壓力，但世界對(duì)的總需求量仍出現(xiàn)穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。1992 年，世界 生產(chǎn)能力約為二千二百萬(wàn)噸，需求量為 1900 萬(wàn)噸 ；2002 年世界總產(chǎn)能約為三千四百萬(wàn)噸，消費(fèi)量約為二千八百萬(wàn)噸；2009 年世界生產(chǎn)能力已上升到約三千九百萬(wàn)噸，需求量約為三千七百萬(wàn)噸；2010 年世界生產(chǎn)能力為 4300 萬(wàn)噸 ，需求量 4200 萬(wàn)噸 。盡管目前世界對(duì) PVC 的生產(chǎn)和使用存在許多爭(zhēng)議，特別在歐洲，對(duì) PVC 生產(chǎn)和制品的環(huán)保制約政策越來(lái)越嚴(yán)厲，但由于性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低廉，仍具有較強(qiáng)的活力，特別在塑料門窗、塑料管道等建材領(lǐng)域。我國(guó)聚氯乙烯(PVC)工業(yè)起步于 50 年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹脂，第一個(gè) PVC 裝置于 1958 年在錦西化工廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為 3000 噸年1。此后全國(guó)各地的 PVC 裝置相繼建成投產(chǎn)，到目前為止，我國(guó)有 PVC 樹脂生產(chǎn)企業(yè) 80 余家，遍布全國(guó) 29個(gè)省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá) 220 萬(wàn)噸年。PVC 由氯乙烯(VCM)聚合而成，工業(yè)生產(chǎn)一般采用 4 種聚合方式：懸沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 總論3浮聚合、本體聚合、乳液聚合(禽微懸浮聚合) 、溶液聚合。其中懸浮法PVC(SPVC)樹脂產(chǎn)量最高，占 80，其次是乳液法 PVC(EPVC)，本體法 PVC(MPVC)。VCM 懸浮聚合是以水為介質(zhì)，加入 VCM、分散劑、引發(fā)劑、pH 值調(diào)節(jié)劑等，在攪拌和一定溫度條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)；VCM 本體聚合僅在 VCM 和引發(fā)劑存在下進(jìn)行，無(wú)分散劑、表面活性劑等助劑；VCM 乳液聚合在 VCM、引發(fā)劑、乳化劑、H2O 以及其他助劑存在下進(jìn)行而 VCM 溶液聚合是在 VCM、 ；引發(fā)劉和溶劑存在下進(jìn)行，這種方法有溶劑回收和殘留污染問(wèn)題，并且生產(chǎn)成本高，該方法已逐漸被懸浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生產(chǎn) PVC 樹脂主要采用懸浮法，少量采用乳液法及本體法?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)引進(jìn) PVC 生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的項(xiàng)目有二十項(xiàng)左右，其中生產(chǎn)能力最大的兩套設(shè)備是上海氯堿股份有限公司和齊魯石化總公司的年產(chǎn)20 萬(wàn)噸懸浮法 PVC 樹脂裝置，采用日本信越公司技術(shù)。北京化工二廠、錦西化工廠、福州化工二廠引進(jìn)美國(guó) BF 古德里奇公司懸浮法 PVC樹脂生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)高型號(hào)樹脂，其它還有引進(jìn)美國(guó)西方化學(xué)公司的高型號(hào)樹脂和釜式汽提技術(shù)及設(shè)備，法國(guó)阿托公司、前德國(guó)布納公司、日本吉昂公司、日本鐘淵公司、日本三菱公司的糊樹脂生產(chǎn)裝置和技術(shù)、法國(guó)本體聚合技術(shù)和設(shè)備等，這些技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)，使我國(guó) PVC 樹脂的生產(chǎn)技術(shù)和水平有了很大提高，產(chǎn)品品種有所增加，帶動(dòng)了我國(guó)PVC 工業(yè)的發(fā)展2。我國(guó) PVC 樹脂的消費(fèi)主要分為兩大類，一是軟制品，約占總消費(fèi)量的37.o，主要包括電線電纜、各種用途的膜(根據(jù)厚度不同可分為壓延沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 總論4膜、防水卷材、可折疊門等)、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類軟管、手套、玩具、塑料鞋以及一些專用涂料和密封件等。二是硬制品，約占總消費(fèi)量的 53.0，主要包括各種型材、管材、板材、硬片和瓶等。預(yù)計(jì)今后幾年我國(guó) PVC 樹脂的需求量將以年均約 6.4的速度增長(zhǎng)，到 2011 年總消費(fèi)量將達(dá)到約 1250 萬(wàn)噸，其中硬制品的年均增長(zhǎng)速度將達(dá)到約 7.0，而在硬制品中異型材和管材的發(fā)展速度增長(zhǎng)最快，年均增長(zhǎng)率將達(dá)到約 10.1。未來(lái)我國(guó) PVC 樹脂消費(fèi)將繼續(xù)以硬制品為主的方向發(fā)展3。中國(guó)聚氯乙烯工業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景,中國(guó)地大物博、人口眾多,為聚氯乙烯產(chǎn)品提供了廣大的市場(chǎng)。在進(jìn)入 21 世紀(jì)以后,我們要學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展模式,結(jié)合我國(guó)的具體情況,發(fā)展我國(guó)的聚氯乙烯工業(yè)。我們要發(fā)揮全行業(yè)的力量,克服前進(jìn)過(guò)程中的各種困難,一定能夠在較短的時(shí)間內(nèi)趕上世界聚氯乙烯工業(yè)的先進(jìn)水平4。1.2 單體合成工藝路線1.2.1 乙炔路線原料為來(lái)自電石水解產(chǎn)生的乙炔和氯化氫氣體，在催化劑氧化汞的作用下反應(yīng)生成氯乙烯。具體工藝為：從乙炔發(fā)生器來(lái)的乙炔氣經(jīng)水洗一塔溫度降至 35以下，在保證乙炔氣柜至一定高度時(shí)，進(jìn)入升壓機(jī)組加壓至 80kpaG 左右，加壓后的乙炔氣先進(jìn)入水洗二塔深度降溫至 10以下，再進(jìn)入硫酸清凈塔中除去粗乙炔氣中的 S、P 等雜質(zhì)。 最后進(jìn)入中和塔中和過(guò)多的酸性氣體，處理后的乙炔氣經(jīng)塔頂除霧器除去飽和水分，制得純度沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 總論5達(dá) 98.5%以上，不含 S、P 的合格精制乙炔氣送氯乙烯合成工序。 乙炔法路線 VCM 工業(yè)化方法，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，但耗電量大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。目前，該方法在國(guó)外基本上已經(jīng)被淘汰，由于我國(guó)具有豐富廉價(jià)的煤炭資源，因此用煤炭和石灰石生成碳化鈣電石、然后電石加水生成乙炔的生產(chǎn)路線具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的 VCM 生產(chǎn)目前仍以乙炔法工藝路線為主。乙炔與氯化氫反應(yīng)生成 可采用氣相或液 VCM 相工藝，其中氣相工藝使用較多5。1.2.2 乙烯路線乙烯氧氯化法由美國(guó)公司 Goodrich 首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該工藝原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝合理，目前世界上采用本工藝生產(chǎn)的產(chǎn)能VCM 約占總產(chǎn)能的 VCM 95%以上。乙烯氧氯化法的反應(yīng)工藝分為乙烯直接氯化制二氯乙烷（EDC） 、乙烯氧氯化制 EDC 和 EDC 裂解 3 個(gè)部分，生產(chǎn)裝置主要由直接氯化單元、氧氯化單元、EDC 裂解單元、EDC 精制單元和 VCM 單元精制等工藝單元組成。乙烯和氯氣在直接氯化單元反應(yīng)生成 EDC。乙烯、氧氣以及循環(huán)的 HCl 在氧氯化單元生成 EDC。生成的粗 EDC 在 EDC 精制單元精制、提純。然后在精 EDC 裂解單元裂解生成的產(chǎn)物進(jìn)入 VCM 單元，VCM 精制后得到純 VCM 產(chǎn)品，未裂解的 EDC 返回 EDC 精制單元回收，而 HCl 則返回氧氯化反應(yīng)單元循環(huán)使用。直接氯化有低溫氯化法和高溫氯化法； 氧氯化按反應(yīng)器型式的不同有流化床法和固定床法， 按所用氧源種類分有空氣法和純氧法；EDC 裂解按進(jìn)料狀態(tài)分有液相進(jìn)料工藝和氣相進(jìn)料工藝等。具有代表性的 司的 Inovyl 工藝是將沈陽(yáng)化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 總論6乙烯氧氯化法提純的循環(huán) EDC 和 VCM 直接氯化的 EDC 在裂解爐中進(jìn)行裂解生產(chǎn) VCM 。HCl 經(jīng)急冷和能量回收后，將產(chǎn)品分離出 HCl（循環(huán)用于氧氯化） 、高純度 VCM 和未反應(yīng)的 EDC（循環(huán)用于氯化和提純） 。來(lái)自 VCM 裝置的含水物流被汽提，并送至界外處理，以減少?gòu)U水的生化耗氧量（BOD） 。采用該生產(chǎn)工藝，乙烯和氯的轉(zhuǎn)化率超過(guò) 98%，目前世界上已經(jīng)有 50 多套裝置采用該工藝技術(shù)，總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過(guò) 470 萬(wàn)噸/年6。本設(shè)計(jì)采用乙烯路線生產(chǎn)氯乙烯單體。1.3 聚合工藝實(shí)踐方法目前,世界上 PVC 的主要生產(chǎn)方法有 4 種: 懸浮法、本體法、乳液法和微懸浮法。其中以懸浮法生產(chǎn)的 PVC 占 PVC 總產(chǎn)量的近 90%,在PVC 生產(chǎn)中占重要地位,近年來(lái),該技術(shù)已取得突破性進(jìn)展。1.3.1 本體法聚合生產(chǎn)工藝本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程中不需要加水和分散劑。聚合分 2 步進(jìn)行，第 1 步在預(yù)聚釜中加人定量的 V