年產(chǎn)20萬噸聚氯乙烯合成工段的設(shè)計(jì)

1、摘 要 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)20萬噸聚氯乙烯（pvc）車間合成工段初步設(shè)計(jì)，生產(chǎn)方法為懸浮聚合法。本文對(duì)聚氯乙烯的性質(zhì)、用途，生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的概述，闡述了其在化學(xué)工業(yè)中的作用和地位。通過對(duì)溶液聚合法，懸浮聚合法，乳液聚合法的工藝比較，制定了一套后處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好，雜質(zhì)少，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)量占聚氯乙烯的90%的生產(chǎn)工藝。在確定聚氯乙烯生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，設(shè)備選型等。 關(guān)鍵詞：聚氯乙烯，氯乙烯，懸浮聚合法，物料衡算，熱量衡算，聚合由于聚氯乙烯化學(xué)建材的需求量上升，使聚氯乙烯管材，管件，門、窗異型材，護(hù)墻板消費(fèi)量繼續(xù)增加。傳統(tǒng)的聚氯乙烯電線、電纜以及包裝市場(chǎng)也有了進(jìn)一步的發(fā)

2、展。在聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，由于聚氯乙烯市場(chǎng)的國(guó)際化、新技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇，產(chǎn)生了一批不同于20世紀(jì) 60年代的新一代跨國(guó)公司，進(jìn)入了一種更高的跨國(guó)形勢(shì)，使聚氯乙烯產(chǎn)品生產(chǎn)能力高度集中，成為21世紀(jì)國(guó)際經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的一個(gè)突出特點(diǎn)，也使全球聚氯乙烯工業(yè)活躍起來。 目前我國(guó)聚氯乙烯市場(chǎng)的原料來源短期內(nèi)還要依靠國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家供應(yīng)解決。入世以后，中國(guó)聚氯乙烯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，這正是我國(guó)聚氯乙烯行業(yè)的一個(gè)機(jī)遇，也是我們進(jìn)行企業(yè)改造、擴(kuò)大生產(chǎn)能力的一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，要在提高生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)效率方面開展工作，努力形成生產(chǎn)的一體化。我們要在國(guó)內(nèi)建設(shè)一批設(shè)備先進(jìn)、技術(shù)水平高、具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)能力的骨干企業(yè)，

3、穩(wěn)定國(guó)內(nèi)聚氯乙烯市場(chǎng)。要有意識(shí)地將國(guó)外在亞太地區(qū)的投資引進(jìn)我們國(guó)內(nèi)來，壯大我們的聚氯乙烯行業(yè)，減少西方大國(guó)在亞太地區(qū)擴(kuò)大生產(chǎn)能力對(duì)我國(guó)市場(chǎng)造成的壓力，同時(shí)要進(jìn)一步提高我國(guó)聚氯乙烯行業(yè)的技術(shù)水平。因此制定了一套后處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好，雜質(zhì)少，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)量占聚氯乙烯的90%的生產(chǎn)工藝流程。確定了設(shè)備反應(yīng)時(shí)所具備的相關(guān)條件后，并對(duì)流程中主要設(shè)備聚合釜進(jìn)行了物料衡算，計(jì)算出設(shè)備反應(yīng)時(shí)各物料的進(jìn)量和相關(guān)參數(shù)，得出了一種合理簡(jiǎn)便的生產(chǎn)聚氯乙烯方法，從而對(duì)以后的生產(chǎn)具有重要意義。一、 總論（一）概述1. 聚氯乙烯的意義與作用聚氯乙烯（pvc）是國(guó)內(nèi)外高速發(fā)展的合成材料中5大熱塑性合成樹脂之一，以其價(jià)

4、廉物美的特點(diǎn)，占合成樹脂消費(fèi)量的29%左右，僅次于聚乙烯（pe），居第二位。由于它具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性、物理及機(jī)械性能、抗化學(xué)藥品性能、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且易加工、成本低，可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進(jìn)行加工，是一種能耗少、生產(chǎn)成本低的產(chǎn)品。因而聚氯乙烯（pvc）制品廣泛用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊和包裝及人們生活中的各個(gè)領(lǐng)域。pvc硬質(zhì)制品可制成各種工業(yè)建材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等。其輕質(zhì)品可制成薄膜用以制作雨披、臺(tái)布、包裝材料以及農(nóng)膜，還可制成人造革、電線、電纜等的絕緣層1。2. 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景pvc廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)

5、、建筑、交通運(yùn)輸、電力電訊和包裝等各領(lǐng)域。2006年我國(guó)pvc生產(chǎn)能力約為972萬噸，產(chǎn)量為920萬噸，凈進(jìn)口量達(dá)151萬噸，消費(fèi)年增長(zhǎng)率在9.5左右。2007年全球pvc消費(fèi)量約為3100萬噸，2010年我國(guó)pvc樹脂的需求量約為1100萬噸。隨著節(jié)水灌溉、建筑化學(xué)建材、包裝、電子電氣、汽車等行業(yè)對(duì)pvc需求的快速增長(zhǎng)，未來幾年我國(guó)對(duì)pvc的需求仍將保持較高的增長(zhǎng)速度。2020年將達(dá)到2160萬噸。預(yù)計(jì)到2020年全球pvc的需求量將達(dá)到4600萬噸。聚氯乙烯按聚合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯2。3. 產(chǎn)品性質(zhì)與特點(diǎn) 中文名稱： 聚氯乙烯英文名

6、稱： polyvinyl chloride polymer 簡(jiǎn)稱： pvc熔點(diǎn)： 212導(dǎo)熱率()： 0.16 w/mk 熱容(c)： 0.9 kj/(kgk) 吸水率： 0.040.4%聚氯乙稀是一種無毒、無臭的白色粉末。電絕緣性優(yōu)良，一般不會(huì)燃燒，但在火焰上能燃燒并放出hcl，若離開火焰即自熄，是一種“自熄性”、“難燃性”物質(zhì)。主要用于生產(chǎn)透明片、管件、金卡、輸血器材、軟、硬管、板材、門窗、異型材、薄膜、電絕緣材料、電纜護(hù)套、輸血料等3。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90的硫酸、濃度為60的硝酸和濃度為20的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。

7、但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80，于130開始分解變色，并析出hcl3。 聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n值一般在50020000范圍內(nèi)，其分子、結(jié)構(gòu)式如下： 從產(chǎn)品分類看，pvc屬于三大合成材料（合成樹脂、合成纖維、合成橡膠）中的合成樹脂類，其中包括五大通用樹脂，聚乙烯（pe）、聚氯乙烯（pvc）、聚丙烯（pp）、聚苯乙烯（ps）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（abs）樹脂。4. 聚氯乙烯的主要用途 （1）pvc一般軟制品 利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機(jī)配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。（2）pvc薄膜 pvc與添加劑混合、塑化后，利用三

8、輥或四輥壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法加工薄膜，成為壓延薄膜。也可以通過剪裁，熱合加工包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。（3）pvc涂層制品 有襯底的人造革是將pvc糊涂敷于布上或紙上，然后在100以上塑化而成。也可以先將pvc與助劑壓延成薄膜，再與襯底壓合而成。無襯底的人造革則是直接由壓延機(jī)壓延成一定厚度的軟制薄片，再壓上花紋即可。人造革可以用來制作皮箱、皮包、書的封面、沙發(fā)及汽車的坐墊等，還有地板革，用作建筑物的鋪地材料。（4）pvc泡沫制品 軟質(zhì)pvc混煉時(shí)，加入適量的發(fā)泡劑做成片材，經(jīng)發(fā)泡成型為泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、涼

9、鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機(jī)制成低發(fā)泡硬pvc板材和異型材，可替代木材試用，是一種新型的建筑才材料。（5）pvc硬板和板材 pvc中加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機(jī)可擠出各種口徑的硬管、異型管、波紋管，用作下水管、飲水管、電線套管或樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質(zhì)板材。板材可以制成各種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。（6）pvc其他制品 門窗有硬質(zhì)異型材料組裝而成。在有些國(guó)家已與木門窗鋁窗等共同占據(jù)門窗的市場(chǎng)；仿木材料、代鋼建材(北方、海邊)；中空容器4。（二） 設(shè)計(jì)規(guī)模及原料說明與產(chǎn)品規(guī)格1設(shè)計(jì)規(guī)模設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)20萬噸聚氯乙烯，年實(shí)際工作日為

10、330天，日生產(chǎn)能力為606噸。2原料說明氯乙烯的結(jié)構(gòu)式為：ch2=chcl，在常溫下是帶有乙醚香味的無色氣體，氣體比空氣重，在1214時(shí)為液體，沸點(diǎn)-13.9，易燃易爆（爆炸極限：3.626.4%），不溶于水，易溶于乙醚和四氯化碳。 能被空氣中的氧所氧化成苯甲醚、甲醛及少量苯乙醇。主要用途：用作塑料原料及用于有機(jī)合成，也用作冷凍劑等。 氯乙烯的來源：一是乙炔電石法路線，二是聯(lián)合法路線，三是乙烯氧氯化法。 而乙烯成為生產(chǎn)氯乙烯更經(jīng)濟(jì)、更合理的原料。實(shí)現(xiàn)了由乙烯和氯氣生產(chǎn)氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)路線5,6。生產(chǎn)方程式如下： 2ch2=ch2+cl+1/2o2 2ch2=chcl+h2o 3. 產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)

11、品及副產(chǎn)品規(guī)格見表1。表1 聚氯乙烯產(chǎn)品規(guī)格序號(hào)純度單體含量其它雜質(zhì)h2oph備注精聚氯乙烯99%0.10.60.32.7-3.7優(yōu)級(jí)品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.32.5-3.8合格二、工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。如果一種產(chǎn)品的生產(chǎn)只有一種定型的生產(chǎn)方法，那么在工藝路線上就無須選擇；如果一種產(chǎn)品的生產(chǎn)有幾種不同的生產(chǎn)方法，這就要對(duì)不同的工藝路線逐個(gè)進(jìn)行分析研究，通過比較分析，從中找出一條符合實(shí)際的最好的工藝路線。工藝路線一經(jīng)確定，即可進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)，因此，工藝路線是工藝流程設(shè)計(jì)的依據(jù)。（一）生產(chǎn)方案的確定在工業(yè)化

12、生產(chǎn)氯乙烯均聚物時(shí)，根據(jù)樹脂應(yīng)用領(lǐng)域，一般采用4種方法生產(chǎn)，即本體聚合法、懸浮聚合法、乳液聚合法和溶液聚合法。1生產(chǎn)方法的介紹（1）本體聚合法：一般采用“兩段本體聚合法”，第一段稱為預(yù)聚合，采用高效引發(fā)劑，在6275下，強(qiáng)烈攪拌，使氯乙烯聚合的轉(zhuǎn)化率為8%時(shí)，輸送到另一臺(tái)聚合釜中，再加入含有低效引發(fā)劑的等量新單體，在約60溫度下，慢速攪拌，繼續(xù)聚合至轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)，停止反應(yīng)。本體聚合氯乙烯單體中不加任何介質(zhì)，只有引發(fā)劑。因此，此法生產(chǎn)的pvc樹脂純度較高，質(zhì)量較優(yōu)，其構(gòu)型規(guī)整，孔隙率高而均勻，粒度均一。但聚合時(shí)操作控制難度大，pvc樹脂的分子量分布一般較寬。（2）懸浮聚合法：液態(tài)氯乙烯單體以

13、水為分散介質(zhì)，并加入適當(dāng)?shù)姆稚┖筒蝗苡谒苡趩误w的引發(fā)劑，在一定溫度下，借助攪拌作用，使其呈珠粒狀懸浮于水相中進(jìn)行聚合。聚合完成后，經(jīng)堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀pvc樹脂。選取不同的懸浮分散劑，可得到顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)不同的兩類樹脂。國(guó)產(chǎn)牌號(hào)分為sg-疏松型（“棉花球”型）樹脂；xj-緊密型（“乒乓球”型）樹脂。疏松型樹脂吸油性好，干流動(dòng)性佳，易塑化，成型時(shí)間短，加工操作方便，適用于粉料直接成型，因而一般選用懸浮法聚合的疏松型樹脂，作為pvc制品成型的基礎(chǔ)原料。目前各樹脂廠所生產(chǎn)的懸浮法pvc樹脂，基本上都是疏松型的。（3）乳液聚合法：氯乙烯單體在乳化劑作用下，分散于水中形成乳液，再

14、用水溶性的引發(fā)劑來引發(fā)，進(jìn)行聚合，乳液可用鹽類使聚合物析出，再經(jīng)洗滌、干燥得到pvc樹脂粉末，也可經(jīng)噴霧干燥得到糊狀樹脂。乳液法pvc樹脂粒徑極細(xì)，樹脂中乳化劑含量高，電絕緣性能較差，制造成本高。該樹脂常用于pvc糊的制備。因此，該法生產(chǎn)出來的樹脂俗稱糊樹脂。（4）溶液聚合法：以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶劑，使氯乙烯單體在溶劑中聚合， 聚合得到的pvc樹脂因不溶于溶劑而不斷析出。此種pvc樹脂不宜于作一般成型用，僅作為涂料、粘合劑，與乙酸乙烯酯等共聚時(shí)使用。是目前各種聚合方法中產(chǎn)量最少的一種方法7。2生產(chǎn)方案的確定以上幾種方法盡管聚合工藝不同，但聚合反應(yīng)機(jī)理相同，即都是自由基聚合。在四種方法生產(chǎn)

15、的樹脂中，以懸浮法產(chǎn)量最大，而且由于懸浮聚合法設(shè)備投資和生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挘阌诳刂萍按笠?guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品適宜性強(qiáng)，是pvc的主要生產(chǎn)方式，生產(chǎn)量約占總量的80%。各種聚合方法的發(fā)展方向是逐步向懸浮聚合生產(chǎn)路線傾斜。四種聚合方法的比較如表2所示。 表2 四種聚合方法比較 本體聚合溶液聚合懸浮聚合乳液聚合聚合場(chǎng)所本體內(nèi)溶液內(nèi)單體液滴內(nèi) 乳膠粒內(nèi)溫度控制 困難容易容易容易聚合速率 中等小較大容易分子量控制困難容易較容易容易生產(chǎn)特征 間歇生產(chǎn)可連續(xù)生產(chǎn)間歇生產(chǎn)可連續(xù)生產(chǎn)總之，這幾種方法都是工業(yè)化的可行方法，但是從經(jīng)濟(jì)角度、產(chǎn)品質(zhì)量、雜質(zhì)多方面看，懸浮聚合法優(yōu)于其它四種。即本設(shè)計(jì)選用懸浮

16、聚合法作為基本原理8。（二）工藝原理氯乙烯的聚合屬于自由基型聚合反應(yīng)。聚合時(shí)采用的引發(fā)劑為油溶性的偶氮類、有機(jī)過氧化物類和氧化還原引發(fā)體系。反應(yīng)迅速，同時(shí)放出大量的反應(yīng)熱。聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n一般在50020000范圍內(nèi)，其反應(yīng)式為： （ch2=chcl)n=在樹脂質(zhì)量上，用懸浮聚合生產(chǎn)的pvc樹脂的孔隙率提高了300%以上，經(jīng)過適當(dāng)處理的樹脂其單體氯乙烯的殘留量由原來的0.1%降到0.0005%以下。1工藝路線 （1） 聚合 懸浮聚合的過程是先將去離子水用泵打入聚合釜中啟動(dòng)攪拌器,依次將分散劑溶液、引發(fā)劑及其他助劑加入聚合釜內(nèi)。然后，對(duì)聚合釜夾套內(nèi)通入蒸汽和熱水，

17、當(dāng)聚合釜內(nèi)溫度升高至聚合溫度（5058）后，改通冷卻水，控制聚合溫度不超過規(guī)定溫度的正負(fù)0.5。當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)6070，有自加速現(xiàn)象發(fā)生，反應(yīng)加快，放熱現(xiàn)象激烈，應(yīng)加大冷卻水量。待釜內(nèi)壓力從最高0.6870.981mpa時(shí)，可泄壓出料，使聚合物膨脹。因?yàn)榫勐纫蚁┝５氖杷沙潭扰c泄壓膨脹的壓力有關(guān)，所以要根據(jù)不同要求控制泄壓壓力。未聚合的氯乙烯單體經(jīng)泡沫捕集器排入氯乙烯氣柜，循環(huán)使用。被氯乙烯氣體帶出的少量樹脂在泡沫捕集器捕集下來，流至沉降池中，作為次品處理。（2） 堿處理 聚合物懸浮液送堿處理釜，用濃度為3642的naoh溶液處理，加入量為懸浮液的0.05%0.2%，用蒸汽直接加熱至7080，維持1

18、.52.0h，然后用氮?dú)膺M(jìn)行吹氣降溫至65以下時(shí)，再送去過濾和洗滌。 堿處理的目的：破壞殘存的引發(fā)劑、分散劑、低聚物和揮發(fā)性物質(zhì)，使其變成能溶于熱水的物質(zhì)，便于水洗清除。（3） 樹脂的干燥方法 聚氯乙烯樹脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥管與沸騰床干燥器結(jié)合使用，其中氣流干燥管脫除的是樹脂上的表面非結(jié)合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內(nèi)部結(jié)合水。（4） 脫水與成品 在臥式刮刀自動(dòng)離心機(jī)或螺旋沉降式離心機(jī)中，先進(jìn)行過濾，再用7080熱水洗滌二次。經(jīng)脫水后的樹脂具有一定含水量，經(jīng)螺旋輸送器送入氣流干燥管，以140150熱風(fēng)為載體進(jìn)行第一段干燥，出口樹脂含水量小于4%；再送入以120熱風(fēng)為載體的

19、沸騰床干燥器中進(jìn)行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯樹脂。再經(jīng)篩分、包裝后入庫(kù)9。聚合釜堿處理釜離心分離槽離心分離槽氣提塔氣提塔堿處理釜漿料排放槽漿料排放槽 去離子水 聚乙烯引發(fā)劑助劑 經(jīng)篩分 包裝后入庫(kù)8。旋振篩旋風(fēng)干燥床成品儲(chǔ)存與包裝 圖1 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖圖2 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程圖1-氯乙烯計(jì)量罐；2-去離子水計(jì)量罐；3、4、7-過濾器；5-多級(jí)水泵；8-聚合釜； 9-泡沫捕集器；10-沉降池；11-堿中和釜；12-離心機(jī)；13-料斗；14-螺旋輸送器；15-氣流干燥管；16、17、19、20-旋風(fēng)分離器；18-沸騰床干燥器；21-振動(dòng)篩2工藝流程示意圖、工

20、藝流程圖聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖、工藝流程圖如圖1、圖2所示。3 工藝條件影響因素聚氯乙烯聚合時(shí)主要影響因素：（1）單體純度 用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99.9%以上。生產(chǎn)原料對(duì)聚氯乙烯質(zhì)量很重要。氯乙烯雜質(zhì)含量應(yīng)盡可能低一些，其中脫鹽水ph值為6.57.5。乙炔參與聚合后，形成不飽和鍵使產(chǎn)物熱穩(wěn)定性變壞。不飽和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低產(chǎn)物聚合度還容易產(chǎn)生支鏈，使產(chǎn)品性能變壞。（2）引發(fā)劑 多用有機(jī)過氧化物和偶氮類引發(fā)劑，其中有機(jī)過氧化物為過氧化二碳酸的引發(fā)劑復(fù)合使用，復(fù)合使用的效果比單獨(dú)使用好，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度均勻，操作更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，同時(shí)使生產(chǎn)安全。 （3）分散

21、劑 工業(yè)上常以纖維素類（如羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素等）和醇解度7590的聚乙烯醇為主分散劑，以非離子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等為助分散劑，兩者進(jìn)行復(fù)合使用效果也很好。 （4）水質(zhì)與水量 氯乙烯懸浮聚合用水應(yīng)是去離子，其規(guī)格要求如表去離子的規(guī)格所示。尤其水中的氯離子、鐵和氧等的含量要嚴(yán)格控制，其中氯離子超過一定含量會(huì)造成樹脂顆粒不均；水中的鐵會(huì)降低樹脂的熱穩(wěn)定性，并能終止反應(yīng)。 水的用量與樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，緊密型樹脂（以吸膠為分散劑）的生產(chǎn)，單體與水的質(zhì)量比為1:1.11:1.3；疏松型樹脂（以聚乙烯醇為分散劑）的生產(chǎn)，單體與水的質(zhì)量比為1:11:2.0。（5）系統(tǒng)中的

22、氧 因?yàn)檠鯇?duì)聚合有緩聚和阻聚作用，在單體自由基存在下，氧能與單體作用生成過氧化高聚物-ch2-chcl-o-o-n，該物質(zhì)易水解成酸類，破壞懸浮液和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。所以，無論從聚合的角度還是從安全的角度都應(yīng)將各各原料中的氧和系統(tǒng)中的氧徹底清除干凈。 （6）聚合溫度 氯乙烯懸浮聚合溫度的高低決定著聚合產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量大小，因此，當(dāng)配方確定以后必須嚴(yán)格控制聚合的溫度。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般控制在指定溫度的正負(fù)0.5范圍內(nèi)，最好是控制在正負(fù)0.2范圍內(nèi)。（7）聚合壓力 在聚合溫度下，氯乙烯有相應(yīng)的蒸汽壓力，只有在聚合末期，最大單體聚合后，壓力才明顯下降10。4工藝參數(shù)的確定（1）聚合表3 聚合釜的工藝參

23、數(shù)聚合溫度5058（依pvc型號(hào)而定）聚合壓力初始0.6870.981mpa；結(jié)束0.2490.196mpa聚合時(shí)間812h轉(zhuǎn)化率90（2）堿中和表4 堿中和釡的工藝參數(shù)naoh濃度3642加入量聚合漿液的0.050.2溫度7080 時(shí)間1.52.0h （3）干燥 表5 氣流干燥管、沸騰床干燥器的工藝參數(shù)第一段氣流干燥管干燥第二段沸騰床干燥干燥溫度140150120物料停留時(shí)間1.2s12min物料停留時(shí)間40.3 （三）聚合釜的物料衡算1物料衡算的方法與步驟（1）畫物料流程圖 根據(jù)計(jì)算任務(wù)畫物料流程圖或物料衡算方框圖。畫圖的目的是為了物料衡算時(shí)分析問題，便于展開計(jì)算以及為建立方程式作好準(zhǔn)備。

24、（2）確定衡算范圍在物料衡算中，為了便于計(jì)算，常采用劃定衡算范圍的方法。衡算范圍一經(jīng)劃定，便可假想成為一個(gè)獨(dú)立的體系，凡是通過邊界進(jìn)入體系的物料屬于輸入項(xiàng)，凡是穿越邊界離開體系的物料屬于輸出項(xiàng)。2物料衡算生產(chǎn)任務(wù)： 年產(chǎn)20萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)時(shí)間： 330天/年每天生產(chǎn)量： (200000噸1000)/330天=6.06105千克/天每小時(shí)生產(chǎn)量： (6.06105)/24=2.53103千克/小時(shí)（1）計(jì)算依據(jù) 去離子水、氯乙烯、懸浮劑（聚乙烯醇）、消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯)、緩沖劑（磷酸氫鈉）和引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙酯)。 由工藝參數(shù)可知，氯乙烯的轉(zhuǎn)化率為90%，且年產(chǎn)聚氯乙烯為20萬噸

25、。配料的比（質(zhì)量份）如表6所示：表6 配料的比（質(zhì)量份）去離子水100氯乙烯5070懸浮劑(聚乙烯醇)0.050.5引發(fā)劑(過氧化二碳酸二異丙酯)0.020.3緩沖劑(磷酸氫鈉)00.1消泡劑(鄰苯二甲酸二丁酯)00.002（2）計(jì)算氯乙烯的質(zhì)量設(shè)原料氯乙烯的質(zhì)量為m/kg。已知：氯乙烯的轉(zhuǎn)化率為90%，且年產(chǎn)聚氯乙烯為20萬噸。由已知條件可得聚氯乙烯的質(zhì)量為：m90%=20萬噸=2108kg m=2108kg90%=2.22108kg （3）計(jì)算每個(gè)配料的質(zhì)量設(shè)去離子水的質(zhì)量為m1，懸浮劑（聚乙烯醇）的質(zhì)量為m2，引發(fā)劑(過氧化二碳酸二異丙酯)的質(zhì)量為m3，緩沖劑（磷酸氫鈉）的質(zhì)量為m4，

26、消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）的質(zhì)量為m5。由（2）計(jì)算可得氯乙烯的質(zhì)量為2.22108kg和原料的配比（質(zhì)量份：?jiǎn)挝?kg）可以計(jì)算出m1、m2、m3、m4、m5的質(zhì)量。計(jì)算如下： m1:m=100:50=2:1 m1=2m=22.22108kg=4.44108kg m2:m= 0.5:50=1:100 m2=m100=2.22108kg100=2.22106kg m3:m=0.02:50=1:2500 m3=m2500=2.22108kg2500=8.89104kg m4:m=0.1:50=1:500 m4=m500=2.22108kg500=4.44105kg m5:m=0.002:50=1

27、:25000 m5=m25000=2.22108kg25000=8.89103kg （4）計(jì)算原料配料的總質(zhì)量設(shè)原料的總質(zhì)量為m，則有m=mm1m2m3m4m5= 6.688108kg （5）計(jì)算原料的總流量f 設(shè)原料的總流量為f，由（4）計(jì)算原料的總質(zhì)量為m=6.688108kg計(jì)算可得： f=m(33024) h =6.688108kg(33024) h=8.44104kg/h （6）計(jì)算反應(yīng)消耗氯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)反應(yīng)消耗氯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，由已知氯乙烯的質(zhì)量m=2.22108kg，原料的總質(zhì)量m=6.688108kg，所以： =mm=(2.22108kg6.688108kg)100%=3

28、3.1% （7）計(jì)算摩爾分?jǐn)?shù)設(shè) xf、xd、xw分別為氯乙烯原料、塔頂出料、塔底出料的摩爾分?jǐn)?shù)，已知氯乙烯的摩爾質(zhì)量為m0=62.5kg/mol, 聚氯乙烯的摩爾質(zhì)量為m1取8104kg/mol，則： xf=/m0/m0(1-)/m1 =0.0053(0.00530.000008)=0.998 xd =(1-) /m0(1-) /m0/m1 =(1-0.9)/62.5(1-0.9)/62.5+0.9/8104=0.993 xw=/m1/m1(1-)/m0 =0.9/81040.9/8104 + (1-0.9)/62.5=0.00698 （8） 計(jì)算物料的流出量 釜頂出料 原料 釜底出料 圖3

29、物料衡算圖設(shè)聚合釜頂部出料流量為d，釜底的出料流量為w，根據(jù) 總物料橫算式： f=d+w 和易揮發(fā)組分物料橫算式：f xf =d xd +w xw 得： d=8.423103kg/h w=7.598104kg/h（9）消耗的堿量由計(jì)算知漿液量為w=7.598104kg/h，naoh的加入量是聚合漿液的加入量的0.050.2，所以naoh的加入量為：mnaoh=7.598104kg/h(0.050.2) =38kg/h1.52102kg/h（四）聚合釜的熱量衡算1熱量衡算的意義和作用精細(xì)化工生產(chǎn)一般在規(guī)定的壓力、溫度和時(shí)間等溫度等工藝條件下進(jìn)行，生產(chǎn)過程中包括：化學(xué)過程和物理過程，往往伴隨著能量

30、變化。因此，必須進(jìn)行能量衡算。能量衡算實(shí)質(zhì)上是熱量衡算。生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的熱會(huì)使物料溫度上升或下降，為了保證生產(chǎn)過程在一定溫度條件下進(jìn)行則需要環(huán)境對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量的加入或放出，通過熱量衡算，可以確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，即在規(guī)定時(shí)間中加入和移出的熱量，從而確定傳熱劑的消耗量，選擇合適的傳熱方式，計(jì)算傳熱面積。熱量衡算和物料衡算相結(jié)合，通過工藝計(jì)算，可以確定設(shè)備的工藝尺寸，如設(shè)備的臺(tái)數(shù)，容積，傳熱面積等參數(shù)。2熱量衡算 在解決實(shí)際問題中，熱平衡方程為： q1+q2+q3=q4+q5+q6 式中：q1各股物料帶入的熱量；q2加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和物料的熱量；q3各種熱效應(yīng)，如反應(yīng)熱，溶解熱等；q

31、4各股物料帶走的熱量；q5消耗在加熱設(shè)備上的熱量；q6熱損失；其中：水的比熱為4.2kj/(kg)； 乙烯的比熱為2.3kj/(kg)； 引發(fā)劑和助劑的平均的比熱為2.7kj/(kg)； 總熱損失（q5+ q6）為反應(yīng)熱的10%。聚合釜 聚乙烯 聚乙烯 25 水 水 58 引發(fā)劑和助劑 引發(fā)劑和助劑圖4 熱量衡算圖=4.2(100/146.3)+2.3(46.3/146.3)=2.71 kj/(kg) =2.7(124.4/146.3)+2.9(15/146.3)+2.3(6.9/146.3)=2.7 kj/(kg) q3=10.54.3868124400=5468798.16kj q1=mt

32、1 q4=mt2 q5+q6=q210% 利用q1+q2+q3=q4+q5+q6（q2符號(hào)為負(fù)）可求得： q2=4974148.4kj 三、設(shè)備選型（一）選型原則1滿足工藝要求設(shè)備的選擇和計(jì)算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，亦即選用的設(shè)備能與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，并應(yīng)獲得最大的單位產(chǎn)量；能適應(yīng)產(chǎn)品品種變化的要求，并確保產(chǎn)品的質(zhì)量；能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；能降低原材料及相應(yīng)的公用工程（水，電，氣）的單耗；能改善環(huán)境保護(hù)，設(shè)備制造較易，材料易得，操作及維修保養(yǎng)方便。2設(shè)備成熟可靠作為工業(yè)生產(chǎn)，不允許把不成熟或未經(jīng)生產(chǎn)考驗(yàn)的設(shè)備用于設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中所選用的設(shè)備不但技術(shù)性能要可

33、靠，設(shè)備材質(zhì)也要可靠。3盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，這樣不僅可以節(jié)約外匯，而且可以促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然根據(jù)條件和可能，引進(jìn)少量進(jìn)口裝置或關(guān)鍵設(shè)備也是必要的，但同樣必須堅(jiān)持設(shè)備先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)合理11。（二）關(guān)鍵設(shè)備選擇1聚合釜換熱面積的計(jì)算（1）聚合釜的主要參數(shù) 氯乙烯懸浮聚合采用的是釜式聚合反應(yīng)器。聚合釜的材質(zhì)有復(fù)合鋼板、全不銹鋼和搪瓷三種。（2）聚合釜的傳熱 聚合的傳熱能力在相當(dāng)程度上意味著釜的生產(chǎn)能力。聚合釜的傳熱能力可以用下式表示： q=katm 式中：q傳熱能力或傳熱速度/(kj/h)；a傳熱面積/ m2；k傳熱系數(shù)/w/(m2k)；tm傳熱溫差/。由熱

34、量衡算得冷卻劑移走的熱量 q2=4974148.46.9=34321623.96kj由q=katm 得： 提高傳熱能力的途徑有三個(gè)：一是增大傳熱面積；二是提高傳熱系數(shù)；三是增大傳熱溫度差。a. 傳熱面積 影響聚合釜傳熱面積的因素有聚合釜的高徑和容積。高徑比 高徑比等于l/d。高徑比越大，則釜的傳熱面積越大；l/d=1時(shí)，釜的傳熱面積最小。高徑比的大小不僅影響釜的傳熱面積，還影響攪拌器的安裝。當(dāng)釜的容積小于30m2時(shí)，傳熱面積是主要矛盾，因此l/d應(yīng)大些；當(dāng)釜的容積大于30m2時(shí)，攪拌器是主要矛盾，因此l/d應(yīng)小些。一般l/d在1.54左右。比傳熱面積 聚合釜的傳熱面積大小，隨釜容積的增加而減小

35、。一般用單位體積的傳熱面積，即比傳熱面積a/v(m2/m3)表示。為此，當(dāng)聚合釜的容積增大以后，但熱面積不夠時(shí)可采用釜內(nèi)加冷管或d型擋板或釜頂冷凝器等來增加傳熱面積。注意加內(nèi)冷管后對(duì)攪拌和黏釜都有一定影響，因此，能不加還是不加，或盡量少加。b. 傳熱系數(shù) 傳熱性能好的聚合釜傳熱系數(shù)一般可達(dá)465582w/(m2k)，甚至在689 w/(m2k)以上，搪瓷釜可以達(dá)349w/(m2k)以上。 2聚合釜的高度與直徑的計(jì)算設(shè)聚合釜內(nèi)徑為do，筒高為h，高徑比r=1，v=1.1m3 = do2 .h10 封頭容積 do= 查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)p256表2-2-6橢圓形封頭尺寸do=1100mm，則封頭直邊高度h0=25mm，曲邊高度h1=275mm，容積vo=0.198m3，所以： 通過對(duì)聚合釜的物料衡算、熱量