18500噸每年聚氯乙烯懸浮聚合實(shí)用工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、18500噸/年聚氯乙烯懸浮聚合工藝設(shè)計(jì)本文講述了我國聚氯乙烯工業(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,工藝過程中需要注意的問題，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，防粘釜技術(shù)DeSign Of 16500 tons / year P

2、VC SUSPensionPOlymeriZatiOn PrOCeSSABSTRACTThiS article tells the StOry Of China's PVC industry PrOdUCtiOn technology Of the development PrOCeSS and CUrrent SitUation, iDeluding raw material route, PrOCeSS equipmentz POlymenZatiOn methods and SO on. The design and PrOdUCtiOn Of PVC by SUSPension

3、 method, the PaPer introduces the PrOdUCtiOn Of PVC by SUSPension method resn POlymeriZatiOn mechanism, need to be aware Of the PrOblemS in the PrOCeSS Of technolog% inClUding the quality influencing factors, technical COnditiOn and VariOUS additives in the Synthesis PrOCeSS SeleCtiOnf descriptiOn O

4、f how the POlymeriZatiOn PrOCeSS in detail Anel from material balance, heat balance, and equipment SeleCtiOn three aspects to Carry On the accurate CalCUlatiOn and PrOCeSS CalCUlation, On the Site SeleCtiOnf adopted the Iightning PrOteCtiOn and Other important measures for fire and explosion PreVent

5、ion, the treatment to three WaSteS recycling and SO On has Carried On the narration.KEY WORDS: POlyVinyl ChIOride I the PrOdUCtiOn technology J the SUSPension method I anti-sticking reactor technology前言1第1童總論21.1國PVC發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)212聚合工藝3121單體合成工藝路線3122聚合工藝實(shí)踐方法41.2.3原料的選擇51.2.4原料的配比612邑設(shè)計(jì)所用物料的物理性質(zhì)71.2.6主

6、要工藝參數(shù)812丄_聚合反應(yīng)過程工藝流程敘述10第2童工藝計(jì)算132.1物料衡算132.1.1年投料的物料衡算132.1.2車間的物料衡算142.1.3釜數(shù)及投料系數(shù)的確定142.1.4熱量衡算162.1.4循環(huán)冷卻水用量17第3童 設(shè)備工藝設(shè)計(jì)193.1機(jī)械設(shè)備選項(xiàng)的原則193.1.1滿足工藝要求193.1.2設(shè)備成熟可靠193.1.3盡量采用國設(shè)備193.1.4 Ioo立方米反應(yīng)釜1932汽提塔2033混料槽203.4離心機(jī)203.5干燥器21結(jié)論22謝辭23參考文獻(xiàn)24聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯單體（VCM ）均聚或與其他多種單體共 聚而制得的合成樹脂，聚氯乙烯再配以増塑劑、穩(wěn)定劑、高

7、分子改性劑、 填料、偶聯(lián)劑和加工助劑，經(jīng)過提煉、塑化、成型加工成各種材料。在現(xiàn) 代工業(yè)生產(chǎn)和人類生活中起看舉足輕重的作用，因此PVC的生產(chǎn)和技術(shù)的 改進(jìn)越來越受到現(xiàn)代人的關(guān)注！本設(shè)計(jì)是以氯乙烯單體為原料，對(duì)年產(chǎn) 能力為18500噸的PVC聚合工藝設(shè)計(jì)，以有關(guān)化工設(shè)計(jì)資料作參考，按 課程設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的容是在簡要介紹 聚氯乙烯發(fā)展?fàn)顩r及其性質(zhì)、用途，工藝方法選擇的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了 采用懸浮聚合法生產(chǎn)PVC的工藝過程,產(chǎn)量為年產(chǎn)18500噸。設(shè)計(jì)的主 要容有：1、生產(chǎn)能力計(jì)算；2、原料及制備；3、物料衡算、熱量衡算；4、 工藝參數(shù)確定；5、聚合反應(yīng)釜計(jì)算；6、產(chǎn)物后處

8、理工序。設(shè)計(jì)圖紙包括 1工藝流程圖；1聚合釜裝配圖。本設(shè)計(jì)旨在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上Z結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，熟悉工藝流程、生產(chǎn)方案的選擇、設(shè)備的選型等，拿握工藝設(shè) 計(jì)中的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的計(jì)算、選型，對(duì)參考文獻(xiàn)的查閱與學(xué) 習(xí)等的方法。1.1國外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^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, 盡管在發(fā)

9、達(dá)國家受到來自環(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)定的增長態(tài)勢(shì)。1992年，世界 生產(chǎn)能力約為二千二百萬噸，需求量為1900萬噸； 2002年世界總產(chǎn)能約為三千四百萬噸Z消費(fèi)量約為二千八百萬噸；2009 年世界生產(chǎn)能力已上升到約三千九百萬噸，需求量約為三千七百萬噸； 2010年世界生產(chǎn)能力為4300萬噸,需求量4200萬噸。盡管目前世 界對(duì)PVC的生產(chǎn)和使用存在許多爭(zhēng)議Z特別在歐洲，對(duì)PVC生產(chǎn)和制品 的環(huán)保制約政策越來越嚴(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。我國聚氯乙烯(PVC)T業(yè)起步于50年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業(yè) 化

10、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。此后全國各地的PVC裝置相繼建成投產(chǎn)Z到 目前為止Z我國有PVC樹脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，遍布全國29個(gè)省、市、 自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá)220萬噸/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 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)O 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Z在攪拌和一定溫度條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)；VCM本體

11、聚合 僅在VCM和引發(fā)劑存在下進(jìn)行，無分散劑、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)和溶劑存在下進(jìn)行，這種方法有溶劑回收和殘 留污染問題,該方法已逐漸被懸浮法聚合或乳液法聚合代替。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現(xiàn)在，國引進(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)備是氯堿股份和齊魯石化總公司的年產(chǎn)20萬噸懸浮法 PVC樹脂裝置，采用日本信越公司技術(shù)。化工二廠、錦西化工廠、化工二 廠引進(jìn)美國B . F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 脂具它

12、還有引進(jìn)美國西方化學(xué)公司的高型號(hào)樹脂和釜式汽提技術(shù)及設(shè)備, 法國阿托公司、前德國布納公司、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 種有所増加,帶動(dòng)了我國PVC工業(yè)的發(fā)展。我國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膜、 防水卷材、可折證門等）、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

13、種型材、管材、板材、硬片和瓶等。預(yù)計(jì)今后幾年 我國PVC樹脂的需求量將以年均約6.4%的速度増長，到2011年總消費(fèi) 量將達(dá)到約1250萬噸，其中硬制品的年均增長速度將達(dá)到約7.0% ,而在 硬制品中異型材和管材的發(fā)展速度增長最快，年均增長率將達(dá)到約 10.1%o未來我國PVC樹脂消費(fèi)將繼續(xù)以硬制品為主的方向發(fā)展。中國聚氯乙烯工業(yè)有看廣闊的發(fā)展前景,中國地大物博、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 鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展模式,結(jié)合我國的具體情況,發(fā)展我國的聚氯乙烯 工業(yè)。我們要發(fā)揮全行業(yè)的力量,克服前進(jìn)過程中的各種困難,一定能夠在 較短的時(shí)間趕上世界

14、聚氯乙烯工業(yè)的先進(jìn)水平1.2聚合工藝1.2.1單體合成工藝路線乙快路線:原料為來自電石水解產(chǎn)生的乙快和氯化氫氣體,在催化劑氧化汞的作 用下反應(yīng)生成氯乙烯。具體工藝為：從乙塊發(fā)生器來的乙塊氣經(jīng)水洗一塔溫度降至35°C以 下，在保證乙快氣柜至一定高度時(shí)，進(jìn)入升壓機(jī)組加壓至80kpaG左右,加壓后 的乙煥氣先進(jìn)入水洗二塔深度降遍至10°C以下，再進(jìn)入硫酸清凈塔中除去 粗乙快氣中的S、P等雜質(zhì)。最后進(jìn)入中和塔中和過多的酸性氣體，處理 后的乙快氣經(jīng)塔頂除雲(yún)器除去飽和水分，制得純度達(dá)98.5%以上，不含S、 P的合格精制乙快氣送氯乙烯合成工序。乙快法路線VCM工業(yè)化方法，設(shè)備工藝簡單，

15、但耗電量大，對(duì)環(huán)境 污染嚴(yán)重。目前Z該方法在國外基本上已經(jīng)被淘汰,由于我國具有豐富廉 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 乙快的生產(chǎn)路線具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)Z我國的VCM生產(chǎn)目前仍以乙煥法 工藝路線為主。乙快與氯化氫反應(yīng)生成 可采用氣相或液VCM相工藝，其 中氣相工藝使用較多。乙烯路線：乙烯氧氯化法由美國公司GOOdnCh首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該工藝原 料來源廣泛,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

16、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EDCO乙烯、氧氣以及循環(huán)的 HCl在氧氯化單元生成EDCO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 T藝是將

17、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 O HCl經(jīng)急冷和能量回 收后，將產(chǎn)品分離出HCI （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）。來自VCM裝置的含水物流被汽提，并送 至界外處理,以減少廢水的生化耗氧量（BOD ）。采用該生產(chǎn)工藝,乙烯和氯的轉(zhuǎn)化率超過98% ,目前世界上已經(jīng)有50多套裝置采用該工藝技術(shù)。 本設(shè)計(jì)采用乙烯路線生產(chǎn)氯乙烯單體。1.2.2聚合工藝實(shí)踐方法因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過程易于控制，設(shè)備 和運(yùn)行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工 藝中最主要的生產(chǎn)方法

18、。工藝特點(diǎn)：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的一般工藝過程是在清 理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑,然后加入氯乙烯單體,在去離子 水中攪拌,將單體分散成小液滴,這些小液滴由保護(hù)膠加以穩(wěn)定,并加入可溶 于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液,保持反應(yīng)過程中的反應(yīng)速度平穩(wěn),然后升溫 聚合,一般聚合溫度在4570°C之間。使用低溫聚合時(shí)（如4245°C）,可生 產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(shí)（一般在627C）可生產(chǎn) 出低分子質(zhì)量（或超低分子質(zhì)量）的聚氯乙烯樹脂。近年來,為了提高聚合速 度和生產(chǎn)效率,國外還研究成功兩步懸浮聚合工藝,一般是第一步聚合度控 制在600左右,在第二步聚合前

19、加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合 的優(yōu)點(diǎn)是顯著縮短了聚合周期,生產(chǎn)出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性 能和機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,除 了通用型的樹脂外,特殊用途的專用樹脂的開發(fā)越來越引起PVC廠家的關(guān) 注,球形樹脂、高表觀密度建材專用樹脂、消光樹脂、超高（或超低）分子質(zhì) 量樹脂等已成為開發(fā)的熱點(diǎn)。懸浮法PVC的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時(shí),以懸浮法產(chǎn)量最大,懸浮 法生產(chǎn)具有設(shè)備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點(diǎn)。各種聚合方法的發(fā)展方向是 逐步向懸浮法聚合生產(chǎn)路線傾斜,一些過去采用其它方法生產(chǎn)的樹脂品種 已開始采用懸浮聚合工藝生產(chǎn)。自從乳液聚合法工業(yè)化以后,歐洲、

20、日本在 連續(xù)懸浮聚合工藝方面開展了大量的硏究工作,目前尚未工業(yè)化生產(chǎn),但連 續(xù)法設(shè)備費(fèi)用低,生產(chǎn)效率高,工藝難題少,已引起了各國科硏院所和生產(chǎn)廠 家的重視。另外,為進(jìn)一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用樹脂和專用樹脂的質(zhì)量. 提高產(chǎn)品的專用化、市場(chǎng)化水平,國外廠家在聚合工藝的工藝條件及配料體 系等方面做了大量的研究工作JS步提高了聚合轉(zhuǎn)化率,縮短了聚合周期, 提高了生產(chǎn)效率,同時(shí)也開發(fā)出一系列性能好、易于加工的PVC專用樹脂 如:超高（或超低）聚合度樹脂、高表觀密度樹脂、無皮樹脂、耐輻射樹脂、 醫(yī)用樹脂、耐熱樹脂等?？梢?各種專用料的開發(fā)是懸浮聚合樹脂發(fā)展的標(biāo) 志,是提高產(chǎn)品使用性能、開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域的重

21、要手段。1.2.3原料的選擇1、單體表1-1單體指標(biāo)純度,水，gg決 gg醛川g/g低沸物，gg高沸物，gg99.981000.5310502、去離子水表1-2去離子水指標(biāo)控制項(xiàng)目導(dǎo)電率PH一氧化硅指標(biāo)< 10sCm5&5< 0.2mgL3、引發(fā)劑、分散劑以EHP （過氧化二碳酸雙（2-乙基）己酯）、CPN （過氧化異丙苯新葵 酸酯）為引發(fā)劑；分散劑為45OgVCM （氯乙烯）、315gPVA （聚乙烯醇： 平均聚合度2600 ,醇解度80% ） ,225gPVA（平均聚合度300 ,醇解度45% ） Z4、鏈終止劑選用HEO。國常用的終止劑ATSC終止效果優(yōu)于雙酚A ,

22、ATSC使產(chǎn)品分 子量更均勻,白度也明顯改善。雙酚A加入后仍有反應(yīng)溫度漸漸升高的過程Z 除此還在精憎系統(tǒng)中出現(xiàn)自聚現(xiàn)象，說明終止效果不徹底，尚有少部分引發(fā) 劑未被破壞,反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。而HEo與ATSC相比,由于HEo是復(fù)合配方， 不僅終止效果好，而且其中有優(yōu)良的熱穩(wěn)定配方，能大幅度提高產(chǎn)品白度。 試驗(yàn)表明，同樣的配方和工藝條件，用ATSC最終產(chǎn)品白度在74%-76% ,而 用HEO產(chǎn)品白度可達(dá)85%o5、分子量調(diào)節(jié)劑最常見的調(diào)節(jié)劑是三氯乙烯，投加用量在較高圍（0.5%-1% ,對(duì)單體）, 還對(duì)降低產(chǎn)品樹脂分子量有顯著效果。近年來,已見有疏基乙醇作為分子量 調(diào)節(jié)劑，當(dāng)投加用量在100gg 200

23、gg圍時(shí),可降低反應(yīng)遍度2。C 3oC 左右。依據(jù)發(fā)展趨勢(shì)，選用疏基乙醇作為分子量調(diào)節(jié)劑。1.2.4原料的配比表1-3原料配方原料VCM水引發(fā)列分散列其他助齊U軍旱r份1001800.040.08適星1.2.5主要工藝參數(shù)IS產(chǎn)品類型：選用疏松型。2、聚合反應(yīng)時(shí)間：5h3、聚合遍度：57 °C4、操作周期：9h表1-4乙烯懸浮聚合操作周期工序設(shè)計(jì)值min1、水相加料302、抽真空153、加 VCM154、加熱到57C305、恒溫聚合時(shí)間3006、回收單體607、出料308、清釜60聚合周期540 ( 9h )5、年平均操作時(shí)數(shù)：7200小時(shí)6、轉(zhuǎn)化率：90%。根據(jù)要求生產(chǎn)的樹脂牌號(hào),

24、氯乙烯單體的轉(zhuǎn)化率 選定在70%95%圍。工業(yè)上生產(chǎn)硬質(zhì)PVC塑料制品用樹脂,轉(zhuǎn)化率要 求大約為90%o7、PVC粉體特性：聚合度IOoO ,表觀密度0.55gml ,平均粒徑149Pm Z孔隙率 0.185mlgo8、系統(tǒng)損失率表1-5系統(tǒng)損失率部位損失率（kg/kg聚合物）回收損失0.25%放空損失0.51%聚合漿料損失0.03%出料漿料損失0.01%汽提損失0.1%混料漿料損失0.01%離心損失0.25%干燥損失0.13%篩分0.21%精謂損失3.5%損失 3.5%÷損失 0.51%I聚合204氣,柜+4楕躋1÷,廠“損失0.25損失 o.oL' *出粗圖各工

25、序物料損失1.2.6設(shè)計(jì)所用物料的物理性質(zhì)表6水的物理性質(zhì)溫度OCUL4 度kgm3比熱容 KJ(kg.OC)導(dǎo)熱系×102w(m.oC)粘度×105Pa.s竝數(shù)Pr1094.19157.45130.779.5299.73094.17461.7680.0795.74094.17463.3865.604.3292.25794.17565.1349.386.6表1-7VCM物理性質(zhì)溫度°C密度kg/rrP比熱容KJ(kg°C)209911.352501.53578371.57701.63表8 PVC的物理性能性能指標(biāo)結(jié)晶數(shù)據(jù)mm正交晶系，每個(gè)晶胞兩個(gè)單體 a

26、bC PVC1.060.54單晶0.51結(jié)晶度/%10.524聚合后0.508熔體1.9密度（未復(fù)配）（g/cm 3）4.9總體晶體1.39泊松比（硬PVC ）1.53折射率0.41玻璃化溫度/°C1.54線膨脹系數(shù)（未增塑）/oC-I83比熱容/ （Jgoc）7×103硬PVC23oC50oC0.9280oC1.05120OC1.45增塑的PVC ( 50份DOP )1.6323oC1.8852oC80oC1.54120OC1.67熱導(dǎo)率（未增塑）/J（cmsoC）1.75介電強(qiáng)度/ ( kv/mm )1.88溶解度參數(shù)/（Jcm 3）0$17.5×10-420

27、40.7 （平均）1.2.7聚合反應(yīng)過程工藝流程敘述： 工藝流程方框圖：聚合前準(zhǔn)備聚合聚合后處理單體儲(chǔ)備引發(fā)劑分散劑其他助劑溶液配制去高子水I防粘釜?jiǎng)┎非甯に嚵鞒虜⑹?、聚合單元首先將加熱到48°C左右的去離子水由泵計(jì)量后加入到聚合釜中，分散劑 配成一定濃度溶液，在攪拌下由泵經(jīng)計(jì)量后加入聚合釜（也可由人孔直接投 入）,其他助劑配制成溶液通常由人孔投加，然后關(guān)閉人孔蓋，通入氮?dú)庠?壓及排除系統(tǒng)中氧氣，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后將新鮮氯乙烯與 回收后經(jīng)處理的氯乙烯依一定比例（回收的VCM占總量的10% ） f送入計(jì)量 槽計(jì)量，再經(jīng)單體過濾器過濾后加入釜,開啟多級(jí)往復(fù)泵將引發(fā)劑計(jì)量

28、后加 入釜中。加料完畢后，于釜夾套通入熱水將釜物料升溫至規(guī)定的溫度（57°C ）。 當(dāng)氯乙烯開始聚合反應(yīng)并釋放出熱量時(shí)，夾套改通冷卻水以及時(shí)移除反應(yīng) 熱,并使反應(yīng)溫度控制在57±0.2oC ,直至反應(yīng)結(jié)束。當(dāng)釜單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到85% 以上，這時(shí)釜聚合壓力為0.5 MPa ,由計(jì)量泵向釜加入一定量的終止劑，未 反應(yīng)的氯乙烯單體經(jīng)自壓回收后，當(dāng)壓力降至2.9 KPa時(shí),將釜漿料升遍至 70°C左右,進(jìn)行真空回收,真空度為500 mmHg 55OmmHg ,最后漿料中 的氯乙烯含量在700ggo然后進(jìn)入放料操作。2、汽提、干燥工序由聚合釜排出的漿料，為降低殘留在其中的氯乙

29、烯和減少氯乙烯對(duì)環(huán)境 的污染，用泵打入出料槽除去其中的大塊物料，再將其送入汽提塔，在塔與 由塔底上升的蒸汽在塔板上進(jìn)行逆流傳質(zhì)過程。該塔為真空操作,用真空泵 維持塔頂?shù)恼婵斩?，并以此來保證塔頂?shù)谋槎?。塔頂逸出的含氯乙烯氣?jīng)冷 凝，未凝的氯乙烯含氧量在1%以下時(shí)，經(jīng)真空泵送至氯乙烯氣柜備用。塔釜 之漿料含氯乙烯約400gg ,經(jīng)熱交換器冷卻后進(jìn)入混料槽，再送往離心機(jī)進(jìn)行離心分離。離心分離后PVC濾餅含水量為23%27%,經(jīng)濾餅分散器機(jī) 械分散并均勻地加入干燥器中進(jìn)行干燥。干燥器帶有加熱和冷卻。第15室 為干燥室，用熱水盤管和熱風(fēng)干燥,第6室為冷卻室。干燥后的氯乙烯樹脂 含水量為0.3% 0.4%

30、。經(jīng)過篩除去大顆粒，再由氣流輸送至貯料倉,最后 由包裝單元進(jìn)行包裝。W3、VC回收工序VC回收工序包括VC氣體回收至氣柜、VC氣體壓縮、精催等部分。自壓回收的氯乙烯，經(jīng)VC氣體洗滌塔以除去氣體飛沬中夾帶的PVC ,然 后經(jīng)氣體冷卻器進(jìn)入氣柜，真空回收的VCM ,用回收風(fēng)機(jī)抽至氣柜。由氣柜出來的VC氣體送至脫濕塔，用5°C的冷凍鹽水進(jìn)一步冷凝，兩個(gè) 冷凝器所冷凝的VC送至精懈塔進(jìn)行精館,所得的精氯乙烯經(jīng)過濾后，按比例 送入氯乙烯計(jì)量槽與新鮮氯乙烯混合供聚合使用，未凝的氣體送至焚燒爐處 理Z塔釜的高沸物排放至塔底液罐中，加熱以進(jìn)一步回收部分氯乙烯。第二章物料衡算2.1物料衡算2.1.1年

31、投料的物料衡算表2-1系統(tǒng)損失率部位損失率(kg/kg聚合物)回收損失0.25%放空損失0.51%聚合漿料損失0.03%出料漿料損失0.01%汽提損失0.1%混料漿料損失0.01%離心損失0.25%干燥損失0.13%篩分0.21%精謂損失3.5%因?yàn)楫a(chǎn)品的最后產(chǎn)量為18500噸，由表2.1系統(tǒng)損失率可以計(jì)算出系統(tǒng)年 初始投料量：篩分損失率為0.21%則篩分時(shí)產(chǎn)量為:18500÷ ( 1-0.21% ) =18538.9噸干燥時(shí)損失率為0.13%則干燥時(shí)產(chǎn)量為:18538.9÷ ( 1-0.13% ) =18563.0噸離心時(shí)損失率為0.25%則離心時(shí)產(chǎn)量為:18563.0&

32、#247; ( 1-0.25% ) =18609.5噸混料時(shí)損失率為0.01%則混料時(shí)產(chǎn)量為:18609.5÷ ( 1-0.01% ) =18611.4噸汽提時(shí)損失率為0.1%則汽提時(shí)產(chǎn)量為:18611.4÷ ( 1-0.1% ) =18630.0噸出料時(shí)損失率為0.01%則出料量的產(chǎn)量為：18630.0m ( 1-0.01% ) =18631.9噸聚合時(shí)損失率為0.03%+0.25%+0.51%則聚合時(shí) VCM 投料量為：1863L9÷ ( l-0.03%-0.25%-0.51% )= 18780.3 噸因?yàn)榫酆蠒r(shí)的轉(zhuǎn)化率為90%則聚合時(shí)共投料量為：18780.

33、390% = 20867 噸2.1.2車間物料的衡算投入單體的計(jì)算：假設(shè)投料系數(shù)為0.8 ,釜的體積為IIOm3 Z在57°C時(shí),PVCM=837 kgm3 pH2o= 986.6kgm3 設(shè)每次投入單體的質(zhì)量為X,則X/837+ 1.8X986.6 = 110×0.8得:X=29146.89kg以Ilom3釜為例,每次投入單體29146.89kgo因轉(zhuǎn)化率為90% ,則反應(yīng)得到聚合物GI二29146.89x90%二26232.2kg, 回收時(shí)損失的VCM為0.25% ,則G2二29146.89x0.25%二72.87kg 放空時(shí)損失為0.51% f 則G3=29146.8

34、9×0.51%=148.65kg 聚合損失0.03% ,則Gzj二29146.89x0.03%二9.74kg 出料前的樹脂重量為G5= Gi-G2-G3- G4二26000.94kg2.1.3釜數(shù)及投料系數(shù)的臺(tái)數(shù)的確定因?yàn)槊颗_(tái)金年平均要工作7200小時(shí)，而每生產(chǎn)一次的周期為9小時(shí)，年 投料量(VeM )為20867噸,每釜的出料量為Gl ( 2.6噸),選擇投料系數(shù) 為0.8 ,先用Ilo m3的標(biāo)準(zhǔn)釜JVVCM二20867x1000/837二24930.7 m3V水= L820867l000986.6二38070.7 m3所需要甕的臺(tái)數(shù)為(24930.7 +38070.7)(110

35、×0.8×(72009)= 0.9臺(tái),取整數(shù)為1臺(tái)。調(diào)整后的投料系數(shù)為0.63實(shí)際的投料系數(shù)計(jì)算：(24930.7 +38070.7)/( 110×l×800) = 0.716 可取 0.716 O個(gè)釜所需的VCM的體積為：24930.7 /(l×(72009) = 31.2 m3每金所需的水的體積為：38070.7/(1 × (7200/9)=47.6計(jì)根據(jù)表1.3原料的配方得：表2-2原料VCM水引發(fā)分散其他助列軍旱rkg26114447005.910.4520.89適星以IIom3釜生產(chǎn)為例，分述如下：(D投料投料溫度為20&#

36、176;C Z 單體26114.4 ÷911=28.67m3 ,水47005.9÷997.7= 47.1m3 ,投料體積28.67+47.1=75.77 m3 ;空余(氣相)體積=110-75.77=34.23m3(2) 升遍升溫到期57。C ,單體重度d依溫度t變化 d=0.9471-0.001746t-0.00000324t2得：20°C時(shí) d = 0.910; 57oC 時(shí) d二0.83在57°C時(shí)體積：單體26114.4÷837 = 31.2m3 ,水47005.9三986.6二47.64r ,物料總體積:31.2+47.64 =78.

37、84m3空余(氣相)體積：110-78.84 =31.26m3(3 )反應(yīng)結(jié)束：轉(zhuǎn)化率為90% ,樹脂真實(shí)密度為1.4 tm3則此時(shí)樹脂體積：26114.4 × 90% × ( l-0.51%-0.25%-0.03% ) =23317.3kg23317.31.4=16.7m3未聚合單體體積：31.2×0.1 = 3m3物料總體積：47.64 + 16.7 + 3 = 67.34m3空余(氣相)體積：U0-67.34二42.66m3實(shí)際的每個(gè)反應(yīng)釜的物料計(jì)算：每次投入單體26114.4kgo因轉(zhuǎn)化率為90%,則反應(yīng)得到聚合物Gi=26114.4×90%=2

38、3503.0kg,回收時(shí)損失的VCM為0.25% ,貝02=23503.0x0.25%二58.76kg 放空時(shí)損失為0.51% Z 則G3=23503.0×0.51%=119.87kg 聚合損失為0.03% ,貝yG4=23503.0×0.03%=7.05kg 出料前聚合物質(zhì)量為：G5= GI- G2- G3- G4=23317.32kg出料后聚合物質(zhì)量為（損失為0.01% ）:則 G6=23317.32×99.99%=23314.99kg汽提后（損失為0.1%）,則 G7=23314.99×99.9%=23291.67kg混料后（損失為0.01%）,則

39、 G8=23291.67×99.99%=23289.34kg離心損失為0.25% ,G9=23289.34×99.75%=23231.12kg干燥損失為0.13% ,G0=23231.12×99.87%=23200.09kg篩分時(shí)損失為0.21% ZGi2 二 23200.09x99.79% 二 23152.22kg精憎時(shí)單體損失為3.5%,貝UGi3=26114.4 ×3.5%=914.0kg2.1.4熱量衡算設(shè)夾套熱水溫度為62。C將聚合釜加熱至57°C ;其熱損失為5%。 進(jìn)入聚合釜的VCM量WW二每個(gè)釜所需的VCM的體積×57

40、oC下的VCM的密度（837kgm?） = 31.2×837 = 26114.4 kgVCM 比熱容Cp2°°c 二 .352J（g.K） Cp50°c = 1.53J（g.K）Cp57°c = 1.5 刀/（g.K）Cp70°c = 1.63J（g.K）水的參數(shù)C水20 J（ C水wc + c水30。C）/2=4.182 J（g.K）p20°c水二（P水o°c + p水30。C）/2二997.7kgr3VCM聚合熱 1540 KJ/kg聚合攪拌功率163KW單體轉(zhuǎn)化率90%設(shè)VeM進(jìn)料溫度20oC聚合溫度57oC

41、基準(zhǔn)溫度OoC1、進(jìn)入聚合釜的熱量Q入A、單體帶入熱量Ql=WCP20°c.t=26114.4×1.352×20=7.06×105 KJB、聚合反應(yīng)熱Q2=W.90%.1540=26114.4×0.9×1540=3.63×107KJC、攪拌熱H = 163KW×7=×3600×7 二4107600KJD、單體升遍吸熱Q3=W. CP t=26114.4×(1.352+1.57)/2×(57-20) =14.12×105UE、去離子水帶入熱量Q4二W水C水20

42、6;c.t 二47005.94.18220二3.93l06 KJF、去離子水升溫吸熱Q5=W 水 C水 t=47005.9 × (4.182 +4.175)/2 × (57-20) =7.27×1062、從釜帶走的熱量Q出A、有機(jī)物帶出熱量Q6=WCpt=26114.4×1.57×57=2.3 ×106KJB、釜表面散熱 Q7 = 5%Q = 5%( Q1 + Q2 + H + Q3 + Q4+Q5 )=2.69 ×106KJC、去離子水帶出熱量Q8=W水C水t二47005.94.17557 =11.19×106

43、KJD、冷卻水帶走熱量由Q入=Q出得Q9=Q1 + Q2+H + Q3 + Q4+Q5-Q6-Q7-Q8 -0.95×(7.06+363+41-14.12 + 39.3-72.7 ) ×105- ( 23 + 26.9 + 111.9 ) ×10= 183.6×105 KJ2.1.5循環(huán)冷卻水用量設(shè)循環(huán)冷卻水從IOOCn到40。C10°C 時(shí) CP 水=4.194KJ(kg.oC)40°C時(shí) CP水二4.174KJ(kg.°C)CPm=4.183KJ(kg.oC)W 水二 QM(CpAt)二 148.99×105(

44、4.183×30) = 29.9×104kgV水=W 水 p = 11.87×104996 = 300.2m3因恒溫時(shí)間為30Omin ,假設(shè)冷卻水主要在此期間通入, 則冷卻水的流量：300.2/(300x60)二0.01668 m3s表2-3熱星衡算匯總表物料帶入熱星Q ( KJ )7.06×105聚合熱Q2水/( KJ)3.63×107攪拌熱；H/ ( KJ )41.07×105單體升溫吸熱Q3/( KJ )14.12 × 105去離子水帶入熱Q( KJ )39.3×105去離子水升溫吸熱Qs/( KJ )72

45、.7×105有機(jī)物料帶出熱Q ( KJ )23×105去離子水帶出熱Q5/( KJ )111.9×105釜表面散熱Q5/( KJ )26.9x105冷卻水帶走熱Qe/( KJ )183.6×105循環(huán)水用呈m3/ ( S )0.01668第三章設(shè)備工藝設(shè)計(jì)3.1機(jī)械設(shè)備選項(xiàng)的原則3.1.1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

46、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。設(shè)備選擇時(shí)Z要能完全滿足上述方面的條件是相當(dāng)困難的，但一定要 參照上述幾個(gè)方面對(duì)擬采用個(gè)設(shè)備進(jìn)行詳盡地比較,并拿出最佳的方案來。3.1.2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)性能要可靠，設(shè)備材質(zhì)也要可靠。對(duì)從國外引 進(jìn)的設(shè)備,同樣必須強(qiáng)調(diào)設(shè)備及其所采用材質(zhì)的可靠性，特別對(duì)生產(chǎn)中的 關(guān)鍵設(shè)備，一定要在充分調(diào)查研究和對(duì)比的基礎(chǔ)上，作出科學(xué)的選定。3.1.3盡量采用國設(shè)備在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)盡量采用國產(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)備也是不要的，但同樣必須堅(jiān)持設(shè)備先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)合理,并 應(yīng)考慮在引進(jìn)的基礎(chǔ)上如何消化吸收以及仿制工作。3.1.4 IlO m3不銹鋼聚合金HO m3的聚合釜主要工藝參數(shù)如下：體積：Ilo m3直筒長：375Omm徑：300Omrn長徑比：1.25電機(jī)功率：2228 kW攪拌轉(zhuǎn)速：250rmin因?yàn)樗鑲鳠崦娣e大，應(yīng)設(shè)有冷管和金頂冷凝器。設(shè)備由于屬矮胖甕型, 為加強(qiáng)上下層物料均勻混合，安裝有6層攪拌葉漿，采用推進(jìn)式漿葉型，這 有利于加強(qiáng)沿?cái)嚢栎S上下的循環(huán)混合作用。攪