30立方米聚合釜的設(shè)計

1、吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書摘 要本文首先介紹了聚氯乙烯（PVC）的廣闊發(fā)展前景，而聚合釜是生產(chǎn)PVC的最重要設(shè)備。又簡單介紹了國內(nèi)外聚合釜設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程及制造廠家。從材質(zhì)的傳熱性能、傳熱面積、攪拌器的設(shè)計、釜頂冷凝器及釜壁拋光幾個方面闡述了聚合釜結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)能力的影響。又介紹了釜體和夾套的技術(shù)特性，以及安裝、試車、操作、崗位要求。同時指出設(shè)備特點及存在的問題并提出改進(jìn)意見。然后是詳細(xì)的工藝計算和強度計算，進(jìn)而各個位置尺寸和部件進(jìn)行選擇確定。關(guān)鍵詞：聚氯乙烯，設(shè)計，計算AbstractThis paper describes the broad prospects for developm

2、ent of PVC,the production of PVC polymerization reactor is the most important equipment. Also a brief home and abroad polymerization reactor design and technological development and manufacturer. Heat transfer from the material, heat transfer area, mixer design, the condenser and the reactor vessel

3、top wall of polished several aspects of the polymerization reactor structure on the capacity of. Also introduced the reactor body and the jacket of the technical characteristics, And installation, commissioning, operation, job demands. Also pointed out that the device characteristics and problems an

4、d suggest improvements. Then the detailed process calculation and strength calculation, Size and components in various locations and then select OK.Key Words：PVC；Design；Calculate53吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書目 錄摘 要IAbstractII第1章 設(shè)計說明書11.1概述11.1.1國內(nèi)外聚合釜技術(shù)的發(fā)展歷程11.1.2我國制造聚合釜的廠家41.2聚合釜結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)能力的影響51.2.1材質(zhì)的傳熱性能51.2.2傳熱

5、面積61.2.3攪拌的設(shè)計61.2.4釜頂冷凝器81.2.5釜壁拋光81.3設(shè)備的技術(shù)特性81.3.1釜體的試驗、檢驗要求91.3.2 夾套的試驗，檢驗的要求91.4安裝、試車、操作及崗位要求91.4.1 安裝91.4.2試車要求101.4.3設(shè)備的操作要求101.4.4崗位安全要求101.5設(shè)備特點及存在的問題和改進(jìn)的意見111.5.1設(shè)備特點111.5.2設(shè)備的特點111.5.3 改進(jìn)的意見111.6維修注意事項111.6.1 檢修周期111.6.2 檢修內(nèi)容11第2章 工藝計算122.1原始數(shù)據(jù)122.2 物料衡算132.3釜體工藝尺寸的確定142.3.1釜體內(nèi)直徑、高度的確定152.3

6、.2封頭的選擇152.3.3 夾套的選擇152.4熱量衡算172.4.1熱水量的計算 182.4.2 冷卻水用量（聚合時間為11小時）202.4.3 所需傳熱面積212.5釜體內(nèi)冷管的計算212.6實際傳熱面積及校核222.7攪拌器設(shè)計222.7.1槳葉的形式，安裝方式、尺寸222.7.2攪拌轉(zhuǎn)速的確定及功率的計算242.7.3 電機、減速機的選擇262.8安全閥的選擇272.8.1 安全閥的工作原理及工作過程272.8.2 液化氣體容器的安全泄放量272.8.3 安全閥排放能力的計算282.8.4 安全閥的規(guī)格尺寸（P10-9）282.9工藝接管的計算及選擇292.9.1 進(jìn)、出料管徑和長度

7、292.9.2夾套進(jìn)、入口管管徑及長度302.9.3溫度計接管等列表302.9.4放料閥312.9.5 接管法蘭的選擇、法蘭蓋的選擇31第3章 強度計算323.1設(shè)釜體、夾套的計323.1.1選材323.1.2釜體，封頭的計算及校核333.1.3 夾套壁厚設(shè)計353.1.4 夾套封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計363.1.5 夾套螺旋導(dǎo)流板的間距確定373.2釜體及夾套的開孔補強383.2.1 釜體的開孔補強383.2.2 夾套的開孔補強393.3內(nèi)冷管外壓穩(wěn)定性校核403.4支承結(jié)構(gòu)設(shè)計計算413.4.1支承結(jié)構(gòu)形式413.4.2載荷計算413.5攪拌軸的設(shè)計423.5.1軸的最小直徑423.5.2軸結(jié)構(gòu)的確定

8、433.5.3 軸的剛度校核443.5.4 軸的臨界轉(zhuǎn)數(shù)的計算443.6軸承的選擇及壽命計算463.6.1 軸的軸向力463.6.2 軸承的選擇473.7人孔的選擇493.8軸底軸承的選擇及支架的設(shè)計493.9減速機機座選擇50參 考 文 獻(xiàn)51致 謝52第1章 設(shè)計說明書1.1概述聚氯乙烯(PVC)具有良好的電性能和阻燃性能，機械強度高，耐腐蝕，建筑、運輸、 包裝、電子電器和室內(nèi)裝飾材料諸方面均占有巨大的市場：加之PVC生產(chǎn)中資源消耗少、能耗低、原料易得，在通用塑料中成為性能較好、生產(chǎn)成本最低的產(chǎn)品品種，具有較廣闊的發(fā)展前景。聚合釜是PVC聚合生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的設(shè)備。當(dāng)PVC生產(chǎn)裝置能力超過

9、2萬t/a時,小型釜的配置便明顯地不經(jīng)濟。聚合釜的大型化是生產(chǎn)規(guī)模擴大和生產(chǎn)全部自動化的需要,但具體采用多大容積的聚合釜,還受到配套的工藝技術(shù)、電器和自控儀表等技術(shù)水平的限制,以及設(shè)備制造、設(shè)備運輸條件和土建投資的制約。采用大型聚合釜生產(chǎn)裝置成為近年來我國PVC行業(yè)的一個發(fā)展趨勢,2003年各個PVC廠紛紛擴產(chǎn),采用乙烯法擴產(chǎn)的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)20萬40萬t/a一條生產(chǎn)線,電石法擴產(chǎn)的生產(chǎn)企業(yè)普遍采用10萬t/a一條生產(chǎn)線。各個PVC生產(chǎn)企業(yè)為了提高競爭能力,積極采用70 m3以上的大型聚合釜,不斷地追求企業(yè)的規(guī)?；?提高單釜的生產(chǎn)強度,減少能耗,從而最大限度地降低建設(shè)投資和單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,以獲

10、得最大的經(jīng)濟效益。1.1.1國內(nèi)外聚合釜技術(shù)的發(fā)展歷程1.國內(nèi)PVC聚合釜技術(shù)的發(fā)展歷程我國PVC工業(yè)起步于1958年,首先在原錦西化工廠建成3 000 t/a工業(yè)裝置,順利投產(chǎn),并擴產(chǎn)到6000 t/a,完成了定型設(shè)計。隨后原北京化工二廠、上海天原化工廠、天津化工廠等7套裝置建成投產(chǎn),奠定了中國PVC工業(yè)的基礎(chǔ)。其中原北京化工二廠采用13.5 m3聚合釜6臺,設(shè)計規(guī)模為6000 t/a。國內(nèi)PVC聚合釜技術(shù)發(fā)展歷程大致可分為以下4個階段:(1)起步階段20世紀(jì)60年代初期至70年代,我國聚氯乙烯工業(yè)處于起步階段,國內(nèi)PVC生產(chǎn)企業(yè)基本上都采用小型搪瓷聚合釜和13.5 m3聚合釜。13.5 m

11、3聚合釜來源于西德公司,聚合釜材質(zhì)有全不銹鋼和碳鋼復(fù)合不銹鋼兩種,屬長徑比較大的瘦長釜型,安裝有46層攪拌槳葉,槳葉型式有推進(jìn)式和平板斜槳式兩種。由于生產(chǎn)強度小,生產(chǎn)效率低,目前這種聚合釜在國內(nèi)PVC生產(chǎn)中已基本被淘汰,只有少數(shù)幾個廠仍在使用,1988年原北京化工二廠就將兩期建設(shè)的共計9臺13.5 m3聚合釜全部下馬。(2)發(fā)展階段從20世紀(jì)70年代中期開始,國內(nèi)聚氯乙烯工業(yè)進(jìn)入了發(fā)展階段,聚合釜技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。1974年國內(nèi)33 m3聚合釜完成設(shè)計,1977年在原錦西化工機械廠批量制造10臺33 m3聚合釜,在原北京化工二廠安裝投入生產(chǎn)運行,13.5 m3聚合釜和30 m3聚合釜成為

12、生產(chǎn)的主要釜型,也有少部分PVC生產(chǎn)企業(yè)采用仿朝鮮30 m3聚合釜生產(chǎn)。這個時期,30 m3聚合釜代表中國PVC生產(chǎn)裝置整體技術(shù)的水平。20世紀(jì)80年代初,浙江大學(xué)和北京化工大學(xué)等單位開始了關(guān)于攪拌型式的研究,通過冷模試驗的模擬,調(diào)整攪拌槳葉的型式,使得釜內(nèi)循環(huán)次數(shù)和剪切能力更適合聚合反應(yīng),得到了較好的樹脂顆粒形態(tài),同時也降低了分散劑的用量。近十年來,通過不斷地改進(jìn)和吸收國外的先進(jìn)技術(shù),30m3聚合釜已經(jīng)從開始時的夾套式換熱和平板槳型攪拌發(fā)展到了目前半管式夾套和三葉后掠式攪拌型式的型釜,改進(jìn)了釜上的噴淋裝置、涂釜裝置,釜底部出料閥也得到了很好的國產(chǎn)配套,聚合釜的性能有了較大提高。目前,基于一些

13、原因的考慮,仍有部分PVC生產(chǎn)企業(yè)在新建或擴建中還采用30 m3聚合釜進(jìn)行生產(chǎn)。在這里還應(yīng)該提出的是20世紀(jì)80年代初,我國組織了對大型釜的技術(shù)攻關(guān),自行設(shè)計了1臺80 m3聚合釜,由原錦西化工機械廠制造,在天津化工廠試車成功。80 m3聚合釜除使用夾套和內(nèi)冷管傳熱外,還設(shè)計了釜頂冷凝器,但由于和聚合釜相關(guān)的一些工藝技術(shù)沒有得到解決,不能長周期穩(wěn)定運行,這種聚合釜在國內(nèi)沒能得到進(jìn)一步推廣。(3)引進(jìn)階段20世紀(jì)80年代初期,我國實行改革開放的政策,使中國PVC企業(yè)與世界同行交流成為可能,國內(nèi)PVC行業(yè)開始引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)。從國外引進(jìn)技術(shù),這對于一個自主開發(fā)能力不足的發(fā)展中國家來說是必要的,可以

14、在一個較短的時間內(nèi)達(dá)到高起點、大規(guī)模、低成本的發(fā)展生產(chǎn)目的。20世紀(jì)80年代,原北京化工二廠、錦西化工廠和福州市第二化工廠同時引進(jìn)美國古德里奇公司的70 m3聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù),原齊魯石化氯堿廠和原上海氯堿化工廠同時引進(jìn)日本信越127 m3聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù),揭開了國內(nèi)PVC行業(yè)的新篇章。20世紀(jì)90年代,北京化二股份有限公司和錦化化工(集團(tuán))有限責(zé)任公司又同時引進(jìn)了歐洲EVC公司的105 m3聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù);天津大沽化工廠引進(jìn)了日本信越公司的108 m3聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù);中國石化齊魯股份公司引進(jìn)了西方化學(xué)公司的135 m3聚合釜生產(chǎn)工藝技術(shù),于2004年9月投產(chǎn)。目前,滄州化工實業(yè)集團(tuán)

15、有限公司引進(jìn)了歐洲EVC公司的120 m3聚合釜生產(chǎn)工藝技術(shù),預(yù)計將于2005年6月試車。這些引進(jìn)技術(shù)把我國PVC聚合生產(chǎn)技術(shù)提高到一個新的水平。(4)國產(chǎn)化階段進(jìn)入20世紀(jì)90年代,經(jīng)過國內(nèi)PVC行業(yè)工程技術(shù)人員的不懈努力,通過消化引進(jìn)裝置的工藝技術(shù),開發(fā)出了國產(chǎn)化的大型聚合釜和生產(chǎn)工藝,并日趨完美,無論是技術(shù)水平,還是裝置投資,與國外相比,都具備了很強的競爭實力。以北京化二股份有限公司和錦化化工(集團(tuán))有限責(zé)任公司為代表的70 m3聚合釜裝置生產(chǎn)技術(shù),青島海晶化工集團(tuán)有限公司45 m3聚合釜生產(chǎn)技術(shù)和天津大沽化工廠30 m3聚合釜生產(chǎn)技術(shù)在中國的土地上遍地開花,得到了廣泛的推廣應(yīng)用。目前,

16、錦西化工機械(集團(tuán))有限責(zé)任公司按圖紙制造出了3臺135 m3聚合釜,形成中國石化齊魯股份公司37萬t/a PVC引進(jìn)項目50%的生產(chǎn)能力。70 m3聚合釜由于長徑比適中、生產(chǎn)強度大、換熱能力好、運輸方便、綜合性能好,既符合聚合生產(chǎn)大型化的要求,又有較好的綜合經(jīng)濟效益,目前是國內(nèi)絕大多數(shù)PVC生產(chǎn)企業(yè)新建或擴產(chǎn)的首選釜型。2.國外聚合釜技術(shù)的發(fā)展歷程1926年美國古德里奇(B.F.G)公司開發(fā)了PVC生產(chǎn)工藝技術(shù),1940年創(chuàng)建懸浮聚合工藝,開始了工業(yè)化生產(chǎn),當(dāng)時使用的是4 m3聚合釜。隨著PVC生產(chǎn)技術(shù)的提高,聚合釜從較小的釜型向大型化方向發(fā)展,20世紀(jì)60年代聚合釜容積基本在1050 m3

17、,70年代則大型化到4070 m3,80年代,6080 m3聚合釜成了主流設(shè)備,進(jìn)入90年代以后,國外大公司開始使用100 m3以上聚合釜,甚至200 m3聚合釜,進(jìn)行集約化生產(chǎn)。近幾十年來,國外PVC工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大,已有20萬45萬t/a的PVC生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)。目前,我國已經(jīng)引進(jìn)的國外比較先進(jìn)的聚合釜技術(shù)有美國古德里奇(B.F.G)公司的70m3聚合釜技術(shù),歐洲EVC公司的105 m3和120 m3聚合釜技術(shù),日本信越的108 m3和127 m3聚合釜技術(shù),西方化學(xué)公司的135 m3聚合釜技術(shù)等。日本信越采用130 m3聚合釜用于生產(chǎn),日本三井東亞在輸出的技術(shù)中采用了80

18、m3聚合釜。德國休爾斯(hüls)公司在1974年就研制了200 m3聚合釜,先后在德國和俄羅斯伊爾庫斯克建廠。但是人們逐漸認(rèn)識到聚合釜也不是越大越好,一味追求聚合釜大型化在技術(shù)經(jīng)濟上并非合理,大型化并不等于高效率和高經(jīng)濟效益化,這是一個技術(shù)經(jīng)濟的綜合效果問題。在20世紀(jì)80年代開發(fā)大型反應(yīng)釜的同時,開發(fā)重點轉(zhuǎn)移到提高設(shè)備單位容積產(chǎn)量以及自動化上。1982年,日本神鋼盤鐵克公司開發(fā)成功了154m3內(nèi)夾套式聚合釜(結(jié)構(gòu)見圖1-1),減少了聚合釜內(nèi)壁的鋼板厚度,提高了傳熱系數(shù),聚合周期8 h,高效154 m3氯乙烯聚合釜于1990年榮獲日本化學(xué)工學(xué)會技術(shù)獎,成為那個時期的代表作。近年來,

19、德國Vinnolit公司開發(fā)出傳熱效果更好的150 m3半管內(nèi)夾套式聚合釜(結(jié)構(gòu)見圖1-2),最大程度地增加了傳熱面積,改變了原有的傳熱效果,提高了傳熱系數(shù),聚合反應(yīng)時間可以降到3.5 h,生產(chǎn)強度可達(dá)到600t/(m3·年),代表了當(dāng)今世界PVC行業(yè)的頂尖先進(jìn)技術(shù)水平。比利時索爾維公司開發(fā)的大型聚合釜對釜內(nèi)表面進(jìn)行處理,形成約12m防黏層,這種防黏層具有很強的耐磨性和防黏性,且不影響傳熱性能,改變了每批次都要涂壁的傳統(tǒng)技術(shù),形成了獨特的聚合釜防黏技術(shù)。因此,在PVC聚合生產(chǎn)中采用大型釜成為一種趨勢,標(biāo)志著世界PVC生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了一個新的水平。圖1-1日本神鋼公司154m3聚合釜內(nèi)夾

20、套結(jié)構(gòu) 圖1-2德國Vinnolit公司150m3半管內(nèi)夾套結(jié)構(gòu)1.1.2我國制造聚合釜的廠家我國能夠制造壓力容器的廠家眾多,可以制造聚合釜的廠家也不少,但能夠制造大型聚合釜的廠家寥寥無幾。錦西化工機械(集團(tuán))有限責(zé)任公司和吉林化工機械(集團(tuán))有限責(zé)任公司是我國大型化工裝備的制造基地,多年來為PVC行業(yè)制造出數(shù)百臺反應(yīng)釜,為行業(yè)作出了貢獻(xiàn)。錦西化工機械(集團(tuán))有限責(zé)任公司經(jīng)過多年的技術(shù)積累和不斷的技術(shù)進(jìn)步,研制出了LF系列聚合釜,釜容積從30 m3到135 m3,形成了自己的產(chǎn)品風(fēng)格。吉林化工機械(集團(tuán))有限責(zé)任公司也與PVC企業(yè)聯(lián)合先后開發(fā)了45 m3和70 m3聚合釜,形成了獨特的制造工藝

21、。國產(chǎn)化聚合釜已基本可以滿足國內(nèi)PVC裝置向大型化發(fā)展的需要。1.2聚合釜結(jié)構(gòu)對生產(chǎn)能力的影響PVC企業(yè)的規(guī)?；?生產(chǎn)裝置的大型化和單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力的提高已經(jīng)成為企業(yè)競爭的硬件條件,單條生產(chǎn)線的大型化對于釜的大型化提出了更高的要求,一般使用生產(chǎn)強度來表征聚合釜生產(chǎn)能力,生產(chǎn)強度是一年或一個月內(nèi)單位體積的聚合釜可以生產(chǎn)出的樹脂量。當(dāng)然,生產(chǎn)強度涉及到聚合釜制造技術(shù)、聚合工藝技術(shù)水平、過程控制、公用工程條件、生產(chǎn)管理水平和設(shè)備的運行可靠程度等因素,它是一個綜合指標(biāo)。1.2.1材質(zhì)的傳熱性能一般來說,生產(chǎn)PVC樹脂對釜材質(zhì)的要求主要是傳熱性能好,這樣有利于縮短聚合反應(yīng)時間和減輕黏釜,并保證聚合反

22、應(yīng)時無鐵離子混入。由于PVC樹脂聚合是一個放熱反應(yīng),所以聚合釜釜體材質(zhì)的傳熱性能對提高聚合生產(chǎn)能力、減少黏結(jié)物的產(chǎn)生、保證PVC樹脂的質(zhì)量就有著重要的影響。目前,聚合釜通常采用的材料有碳鋼搪玻璃、全不銹鋼和復(fù)合不銹鋼板。20世紀(jì)60年代末到70年代初,世界上一度向著搪瓷(搪玻璃)釜方向發(fā)展,搪瓷釜釜壁光滑,能減輕黏結(jié)和方便沖洗清理,抗腐蝕性好。但隨著聚合釜的大型化,對搪瓷釜來說,從設(shè)計到制造都增加了難度,目前聚合釜幾乎全部采用復(fù)合鋼板或全不銹鋼板,從傳熱性能上比較,在無黏壁物存在情況下,復(fù)合鋼板要比搪玻璃和全不銹鋼好得多,依生產(chǎn)實際測定,搪瓷釜傳熱系數(shù)一般不超過400 W/(m2·K

23、),全不銹鋼釜傳熱系數(shù)達(dá)600W/(m2·K),復(fù)合不銹鋼釜傳熱系數(shù)可達(dá)700 W/(m2·K)。大型聚合釜欲求高的傳熱系數(shù),多采用復(fù)合不銹鋼板,即釜內(nèi)壁是在壓力容器用的碳素鋼或低合金鋼板上復(fù)合一層23 mm厚的不銹鋼板。例如,30 m3夾套聚合釜使用3 mm不銹鋼和29 mm碳鋼復(fù)合而成;70 m3半管夾套聚合釜采用(3+28) mm復(fù)合鋼板。日本神鋼公司制造的70 m3聚合釜其夾套傳熱系數(shù)經(jīng)北京化二股份有限公司實測值為2 684 kJ/(h·K)。復(fù)合鋼板的優(yōu)越性是材料傳熱性能好、材料價格低、制造工藝簡單,釜的容積向大型化發(fā)展不受制造工藝條件的限制,使用壽命長

24、,有利于聚合釜向大型化發(fā)展。聚合釜的制造廠也為釜的材質(zhì)作了很多的改進(jìn),為了減薄復(fù)合鋼板的厚度,采用高強度鋼做基材,使用半管夾套加強釜壁,減少鋼板的厚度;在夾套方面,為了防止生銹或形成污垢影響傳熱,在夾套循環(huán)水一面進(jìn)行了表面處理或采用三層復(fù)合鋼板。1.2.2傳熱面積傳熱速率與傳熱面積成正比,從傳熱角度考慮,希望聚合釜有較大的傳熱面積,所以聚合釜的設(shè)計制造中要盡量增大聚合釜的傳熱面積。聚合釜的夾套傳熱面積與釜的結(jié)構(gòu)有關(guān),聚合釜的長徑比越大,其表面積也就越大,當(dāng)聚合釜的大小和長徑比確定之后,聚合釜表面積也就確定下來。隨著技術(shù)進(jìn)步,可以通過其他方法將反應(yīng)熱導(dǎo)出,通過在釜內(nèi)增設(shè)內(nèi)冷擋板的方法增大傳熱面積

25、是有限的;另一方面,聚合釜的比傳熱面積隨容積的增大而減小,當(dāng)聚合釜容積增加到70 m3以上時,單靠夾套和內(nèi)冷(管)傳熱已不夠,需要增設(shè)釜頂冷凝器,增加傳熱。釜頂冷凝器技術(shù)的應(yīng)用,使得聚合釜從瘦長形向矮胖形發(fā)展成為了可能,下面收集了國內(nèi)有代表性的釜型的參數(shù),見表1-1。表1-1不同體積聚合釜的換熱情況從表1可以看出,聚合釜的容積加大,聚合釜的比傳熱面積將減少,13.5 m3釜和30 m3釜的比傳熱面積可以達(dá)到2.59和2.25 m2/m3,而70 m3釜已經(jīng)降到了1.26 m2/m3,超過100 m3釜如果不設(shè)釜頂冷凝器,比傳熱面積將小于1 m2/m3,聚合反應(yīng)熱量無法正常移出,所以必須增設(shè)釜頂

26、冷凝器。然而,70 m3聚合釜換熱面積基本可以滿足反應(yīng)熱的移出,可以不設(shè)釜頂冷凝器,減少了操作的復(fù)雜性。所以,70 m3聚合釜的在經(jīng)濟上、操作上、運輸上都有很強的競爭能力。天津大沽LG化學(xué)有限公司70 m3釜設(shè)有釜頂冷凝器,增大了換熱能力,提高了釜生產(chǎn)強度。1.2.3攪拌的設(shè)計在聚合反應(yīng)中,攪拌對物料起著混合和分散的作用,直接關(guān)系到產(chǎn)品顆粒形態(tài)、產(chǎn)品的質(zhì)量、分散劑單耗、傳熱和經(jīng)濟效益。攪拌器性能和效果的體現(xiàn),主要決定于攪拌轉(zhuǎn)速、幾何尺寸和形狀;同時又受到釜的幾何形狀與釜內(nèi)擋板的影響,所以攪拌器的設(shè)計是一個復(fù)雜的課題。攪拌的設(shè)計是多樣化的,攪拌器的結(jié)構(gòu)以及釜內(nèi)結(jié)構(gòu)所形成的攪拌流場是決定PVC性能

27、的主要因素。攪拌流場由循環(huán)流量和剪切強度構(gòu)成。循環(huán)流量可以用軸向循環(huán)次數(shù)和徑向循環(huán)次數(shù)來表征。循環(huán)流量的大小對傳熱和漿料的均勻混合起著至關(guān)重要的作用;剪切強度主要由攪拌器和釜內(nèi)擋板的相互作用提供,為顆粒之間的傳質(zhì)和反應(yīng)顆粒的破碎提供能量。釜內(nèi)擋板起到了破壞和改變流場狀況的作用,強化剪切強度并提高流場的剪切性能。國內(nèi)目前主要的聚合釜攪拌型式見表1-2。表1-2國內(nèi)聚合釜攪拌型式攪拌槳葉型式與釜型緊密相關(guān),不同釜型所采取的攪拌槳葉型式與層數(shù)也不同。按槳葉的型式劃分有多種攪拌型式,現(xiàn)在使用的聚合釜主要由三葉后掠式和平板槳式等構(gòu)成。30 m3聚合釜最初的設(shè)計為六層斜槳螺旋槳,四組八根內(nèi)冷管(106 )

28、,經(jīng)過不斷的改進(jìn),攪拌槳的型式各廠有所不同,現(xiàn)在制造的四型釜采用三葉后掠式攪拌槳。70 m3聚合釜攪拌器采用二層三葉后掠式,此種攪拌器的傳質(zhì)、循環(huán)和剪切性能均比較適中,所配置的套管式內(nèi)冷管兼有擋板作用,更增加了流場的剪切性能。127 m3聚合釜采用三層二葉后平槳式,帶釜頂冷凝器,釜中設(shè)有一塊狹長擋板,以滿足攪拌混合要求。按攪拌的安裝位置劃分有頂伸式和底伸式攪拌兩種, 13.5 m3釜和30 m3釜的攪拌采用頂伸式攪拌,釜底部安裝有固定軸的支架,由于軸較長易彎曲,尤其是瘦長釜型的攪拌軸更需要經(jīng)常維修。70 m3聚合釜采用底伸式二層后掠式攪拌器,由于攪拌是底伸式,可以杜絕頂伸式長軸下部固定軸瓦產(chǎn)生

29、塑化皮而影響產(chǎn)品質(zhì)量的弊病。這種攪拌器增加了軸向推動力,可使聚合體系軸向混合均勻,有利于改善樹脂的粒徑分布和釜內(nèi)的溫度分布,提高釜的傳熱效率和產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。攪拌器軸的密封采用雙端面機械密封,在機械密封的上端面和釜之間裝有節(jié)流套筒,具有一定流速的軟水從節(jié)流套筒的間隙中進(jìn)入釜內(nèi),起到保護(hù)機械密封的作用,同時也起到向釜內(nèi)注水的作用。為了提高聚合釜攪拌的效果,釜內(nèi)一般設(shè)有擋板,擋板型式有管型、平板型等。聚合釜內(nèi)設(shè)置擋板可以提高對于懸浮液滴的剪切力,達(dá)到分散、循環(huán)協(xié)同效果,滿足聚合反應(yīng)的需要。在大型聚合釜中擋板不僅僅作為攪拌的輔助部件,同時又是傳導(dǎo)聚合熱的重要構(gòu)件。攪拌槳的型式不同,其對反應(yīng)液滴的剪切

30、作用亦不同,分散劑的品種和使用量必須與攪拌型式匹配一致,才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。一般情況下,剪切力越強,所使用的分散劑就相對減少,70 m3聚合釜比其他聚合釜的攪拌剪切強度偏弱,所以使用的分散劑量就相對多一點,但反應(yīng)體系相對平穩(wěn),反應(yīng)體系的適應(yīng)性較強,出現(xiàn)粗料的可能性很小,所以稍微多使用一些分散劑也是值得的。1.2.4釜頂冷凝器由于大型聚合釜夾套比傳熱面積減少,故在70m3以上大型聚合釜上安裝釜頂冷凝器已經(jīng)比較普遍,聚合反應(yīng)熱使一部分VCM在釜內(nèi)汽化,氣相VCM進(jìn)入釜頂冷凝器內(nèi)被冷卻成液態(tài)后返回釜內(nèi)聚合,采用釜頂冷凝的方法容易將蒸發(fā)潛熱帶出,可以起到增加換熱面積、縮短聚合周期、提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用

31、,對大型釜的配套是行之有效的。使用釜頂冷凝器后,由于單體在釜內(nèi)不斷地汽化和液化,會導(dǎo)致最終產(chǎn)品顆粒不均勻,影響樹脂的質(zhì)量。在70m3聚合釜上是否可以安裝釜頂冷凝器,以達(dá)到好的效果,我們也進(jìn)行了一些研究工作,但還需要和聚合釜制造廠和國內(nèi)同行進(jìn)一步探討。1.2.5釜壁拋光聚合物料的粘結(jié),對釜壁的傳熱性能影響非常嚴(yán)重,這就要求復(fù)合鋼板釜和全不銹鋼釜的內(nèi)表面要進(jìn)行拋光處理。拋光分為機械拋光技術(shù)和電拋光技術(shù)。機械拋光是用布輪與不同粒徑的細(xì)砂進(jìn)行拋光,除去表面的凸出部分,得到光滑的表面;電拋光又稱電解研磨,是用與電鍍相反的方法,在電解液中使粗糙的表面得以清除,得到平滑表面的電化學(xué)方法。國內(nèi)第一批33 m3

32、聚合釜就是用機械拋光技術(shù)制造完成的。機械拋光技術(shù)勞動強度大、效率低,目前大型聚合釜的制造基本上采用電拋光技術(shù),釜內(nèi)壁粗糙度能達(dá)到Ra=0.010.32m的鏡面光滑度,相當(dāng)于搪玻璃的光滑度。對于電拋光技術(shù),國內(nèi)外聚合釜生產(chǎn)廠家都列為技術(shù)競爭和保密內(nèi)容1.3設(shè)備的技術(shù)特性序號名 稱指 標(biāo)釜 內(nèi)夾 套1設(shè)計壓力 MPa1.40.42設(shè)計溫度 1401403物料VC等水等4公稱容積 m3 30（實容34）5夾套傳熱面積 m2 486內(nèi)冷管傳熱面積207攪拌轉(zhuǎn)速 rad/s 134.5 8電機功率 KW 55 1.3.1釜體的試驗、檢驗要求（1）釜體以1.75Mpa水壓強度檢驗，同時對內(nèi)冷管的外壓穩(wěn)定性

33、進(jìn)行檢驗。（2）上下夾套分別以0.5Mpa水壓進(jìn)行強度檢驗。1.3.2 夾套的試驗，檢驗的要求（1） 在對夾套進(jìn)行水壓試驗時，釜體應(yīng)注滿水，以防失穩(wěn)。（2） 因0Cr18Ni9Ti接觸氯離之時，以產(chǎn)生晶間腐蝕，故應(yīng)控制實驗用水中氯離子得含量，一般要求其含量低于25ppm.1.4安裝、試車、操作及崗位要求1.4.1 安裝(1)聚合釜的安裝應(yīng)符合圖紙的要求。(2)安全閥、減速機、機械密封、放料閥在出廠時應(yīng)試驗合格,若保管運輸復(fù)合要求,可不用拆開沖洗，(3)釜體豎立后，應(yīng)防止夾套被壓扁(4)釜體安裝時，以釜頂機架支撐面為基準(zhǔn)找好機械密封支撐面的水平度允許差0.08/1000,支柱下接盤上有預(yù)留螺釘調(diào)

34、節(jié)找正楔墊，然后固定好地腳螺栓(5)安裝好機械密封、機架、減速機、電機后，進(jìn)行盤車檢查上軸接盤的擺動情況，擺動量不應(yīng)大于0.5mm,再安裝中軸、下軸時應(yīng)檢查擺動量不得大于1mm .(6)以下軸為基準(zhǔn)找正（同心水平）底部軸承架，并焊接三個支腿，焊后焊縫修磨光滑(7)安裝時，拋光零件表面應(yīng)嚴(yán)格加以保護(hù)(8)槳葉的安裝必須對稱，螺栓必須緊固，槳葉的位置使用廠家可以自行調(diào)整(9)釜上的所有接管均由現(xiàn)場安裝、配管1.4.2試車要求反應(yīng)釜安裝合格后，可先用水進(jìn)行試運轉(zhuǎn)，檢查其振動情況，從而保證設(shè)備的安全運行切勿在設(shè)備內(nèi)午睡的情況下進(jìn)行運轉(zhuǎn)試驗，以防止由于轉(zhuǎn)軸受力不均而產(chǎn)生彎曲變形。由于攪拌軸的振動對機械密

35、封性能有較大的影響，因此攪拌軸運轉(zhuǎn)時不能有雜音，為改善工業(yè)的衛(wèi)生條件，按國家標(biāo)準(zhǔn)，中噪音不得超過85分貝。低軸承的軸承，軸經(jīng)試運轉(zhuǎn)后，不得有明顯劃痕，接觸地面應(yīng)均勻。1.4.3設(shè)備的操作要求1）檢查電機、攪拌器、機械密封、溫度計、壓力表及其它儀表、儀表必須正常、安全、 可靠、好使。2）檢查管線上的全部閥門要處于常開或關(guān)閉狀態(tài)。3）檢查設(shè)備內(nèi)無維修人員，無其他雜物并沖洗干凈。4）設(shè)備經(jīng)檢驗后，如需按規(guī)定進(jìn)行系統(tǒng)試壓，并調(diào)整安全閥定壓，且做好記錄。5）每次檢查和清釜后，必須用氮氣徹底置換方可入料。1.4.4崗位安全要求（） 嚴(yán)格遵守車間安全技術(shù)規(guī)程和操作法的各項規(guī)定，操作人員必須經(jīng)過三級安全教育

36、考核合格。（） 嚴(yán)禁在任何違反設(shè)備操作法的范圍內(nèi)進(jìn)行超壓操作。（） 設(shè)備帶壓嚴(yán)禁拆裝及調(diào)整零部件。（） 轉(zhuǎn)動條件下在運轉(zhuǎn)情況下，嚴(yán)禁檢修。（） 設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中，必須按操作法規(guī)定時間嚴(yán)格記錄和巡回檢查。（） 凡人員進(jìn)入設(shè)備，必須進(jìn)行VC和含氧量分析，合格后方可進(jìn)入。（） 清釜操作應(yīng)嚴(yán)格按清釜操作法規(guī)定的安全技術(shù)內(nèi)容執(zhí)行。（） 嚴(yán)禁在廠房內(nèi)用鐵器敲打和穿釘子鞋及攜帶引火物進(jìn)入崗位。（） 3m以上高度作業(yè)必須系好安全帶。（10） 事故性大量排放VC時，必須有人看好道路，并消除火源。（11） 各公用系統(tǒng)總閥不經(jīng)調(diào)度、工段長許可，不能私自開關(guān)。（12） 緊急情況需要緊急處理時，須先行處理，事后向工段長

37、詳細(xì)報告原因及處理的結(jié)果。（13） 嚴(yán)禁將過氧化物引發(fā)劑予堿類、或和其他氧化劑混放在一起，引發(fā)劑操作現(xiàn)場不應(yīng)許超過十分鐘，用后立即將盛裝物送回庫內(nèi)。（14） 規(guī)定的操作，必須經(jīng)技術(shù)人員或車間調(diào)度，車間主任批準(zhǔn)后執(zhí)行。1.5設(shè)備特點及存在的問題和改進(jìn)的意見1.5.1設(shè)備特點體積較大，設(shè)備表面接管較多，工作壓力較大，且介質(zhì)是有毒的，密封要求嚴(yán)格，適用的溫度、壓力的范圍都很大，適應(yīng)性較強，操作彈性較大。1.5.2設(shè)備的特點（） 粘釜：它對傳熱系數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的影響相當(dāng)嚴(yán)重，它是聚乙烯生產(chǎn)的難題。（） 非連續(xù)性生產(chǎn)：它大大降低了生產(chǎn)率。1.5.3 改進(jìn)的意見對于粘釜的問題,搪瓷玻璃副具有較大的優(yōu)越性，不

38、出在粘釜的問題，這種釜的制造維修困難，在國內(nèi)采用還不成熟。所以在加工條件允許的條件下，應(yīng)使釜壁盡量光滑。1.6維修注意事項1.6.1 檢修周期檢修類別大修中修建修周期1.6.2 檢修內(nèi)容1中修（） 檢查修理設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)，更換密封墊圈。（） 檢查、補充、緊固各部分的螺栓。（） 安全閥檢修、定壓。（） 清理釜壁、檢查釜壁的腐蝕情況、測量壁厚。（） 做氣密性試驗或規(guī)定作水壓試驗。2 大修大修除包括中修內(nèi)容外，其內(nèi)容如下：(1) 全部拆除、檢查、修理或更換攪拌器、傳動裝置、機械密封等零部件。(2) 設(shè)備的整體清理、檢查、測量壁厚。(3) 檢查釜基礎(chǔ)又無裂痕，下沉。(4) 找正釜體垂直角度、緊固地角螺栓

39、。(5) 定期進(jìn)行設(shè)備除銹、刷漆、保修。 第2章 工藝計算2.1原始數(shù)據(jù)1.1 產(chǎn)品型號： SG-4型緊密型樹脂1.2 反應(yīng)壓力： 0.75Mpa1.3 反應(yīng)溫度： 51±0.51.4 設(shè)計壓力： 1.4Mpa1.5 水油比： 1.211.6 引發(fā)劑用量： 0.12%1.7 分散劑用量： 0.12%1.8 聚合時間： 11h1.9 輔助時間： 3h1.10 全年工作時間： 300天1.11 單位VC純度： 99.9%1.12 聚合率： 90%1.13 收率： 98%1.14 釜的裝料的系數(shù)： Ø=0.91.15 熱負(fù)荷系數(shù)： R=21.16 熱水進(jìn)口溫度： 90熱水的出口溫

40、度： 801.17 進(jìn)料溫度： 201.18 冷卻水進(jìn)口溫度 28冷卻水出口溫度 321.19 聚合熱 1537.2KJ/Kg1.20 水垢及釜物厚度 vc=0.1 水=0.3 1.21 PVC平均粒度 0.21.22 攪拌熱 Q攪=20N攪拌熱 N攪拌軸=N攪拌功率1.23 粘度 按具體計算條件而定1.24 傳熱系數(shù) K夾=2100KJ/.h K管=2940KJ/h,1.25 加熱時間 1小時1.26 安全閥開啟壓力 1.25MPa 1.27 夾套壓力 0.4MPa1.28 放料時間 半小時1.29 加料時間 20分鐘 已知參數(shù)：懸浮夜重度： 冷攪（20） r=956kg/ =0.729cp

41、(0.729*Pa.s) 51轉(zhuǎn)化率80% r=1088 kg/ =0.507cp 51轉(zhuǎn)化率90% r=1113 kg/ =0.468cp 51PV比熱 c=1596KJ/kg. r=849 kg/ PVC r=1400 kg/2.2 物料衡算以一釜的全年產(chǎn)量為基準(zhǔn)：20進(jìn)料時：設(shè)加入VC單體量為X則水量為1.2X引發(fā)劑為0.12X，分散劑為0.12X，有效容積Vg=30m3冷攪時20，懸浮液比重為956kg/(已知)所以 X+1.2X+0.12X+0.12%X=Vg · r所以VC單體重量為: Mvc=13.02t加入水量為: MH2O=1.2X=1.2×13.02=1

42、5.63t分散劑、引發(fā)劑量為:0.12X=0.12×13.02=0.016t=16Kg 純VC量為： M純vc=Mvc · 純=13.02×99.9=13.00聚合量為： M聚=M純vc · 聚=13.02×90=11.7t得到的PVC量為： M=M聚 · 收=11.7×98=11.47t一年單釜共反應(yīng)的次數(shù)： 所以單釜年產(chǎn)量 =一次聚合量 × 反應(yīng)次數(shù) = 11.47×480 = 5505.6t反應(yīng)所得數(shù)據(jù)列入下表：表 2-1VC量 t13.02 純VC量 t 13.00純水量 t15.63 VC聚合量

43、 t 11.70引發(fā)劑量 t 0.016得到PVC量 t11.47發(fā)散劑量 t 0.016單釜年產(chǎn)量 t5505.62.3釜體工藝尺寸的確定參考化機基礎(chǔ)P178對一般反應(yīng)釜（汽液相物料）H/Di=12。因攪拌功率與攪拌器直徑的五次方成正比為了降低功率消耗取Di小的情況取H/Di=1.62.3.1釜體內(nèi)直徑、高度的確定參考實際Di=2600,用類比法取Dg=Di=2800,也可參照化機基礎(chǔ)選擇Di則 H=1.6Di=1.6×2800=4480 取 H=4520 H/Di=4520/2800=1.61得： 釜體直徑 Di=2800， 筒體高度 H=45202.3.2封頭的選擇碟形封頭流型

44、好但成型困難在設(shè)計上很少使用；錐型封頭有利于排料但因其有錐形底促使液體形成停滯區(qū)，或使懸浮的固體積聚起來，產(chǎn)生死區(qū)；半球形封頭其內(nèi)壁產(chǎn)生的應(yīng)力最小，因此它所需的壁厚最薄，節(jié)省材料，但封頭深度大，制造困難；橢圓形封頭與圓筒對接時受力最好，應(yīng)力分布較好，因此我們選擇標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭。1 選擇標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭的規(guī)格根據(jù)化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊P2682橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB115482）得橢圓形封頭如圖21所示： 圖 2-1查化工設(shè)備機械基礎(chǔ)第三冊P232附表12有：V封=3.18， F封=8.91， h1=700, Dg=2800, h2=50所以 Vg=2V封 + V筒體=2×3.18

45、+p/4×2.82×4.52=34.18m32校核已知 本釜的裝料系數(shù) f=0.9實際的裝料系數(shù) =Vg/V總=30/34.18=0.88 =（理-）/理=（0.9-0.88）/0.9=23所以 釜體高H和直徑Di選擇較合理。2.3.3 夾套的選擇 其加熱及散熱有多種方式，例如。電阻加熱或加熱蛇管或盤管，既可加熱又可冷卻，但是這些方法往往有局限性，如電加熱法只能加熱不能散熱，加熱蛇管裝在釜里，對于含固體顆粒的物料和粘稠的物料容易堆積和掛料，不但影響傳熱效果而且增加攪拌液體的阻力。增加功率消耗。所以一般用的最為普遍的還是采用夾套傳熱的方式。傳熱夾套和反應(yīng)器器身的連接有兩種方式

46、，即不可拆卸式和可拆卸式。不可拆卸式的結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠。我們選擇不可拆卸式，即整體式夾套，并采用焊接連接。1 夾套直徑的確定根據(jù)攪拌設(shè)備設(shè)計P133表44選擇整體式夾套,根據(jù)表45因 Di=2800在20003000之間所以 Dj=Di+200=3000注：Dj不應(yīng)取太大否則夾套與內(nèi)筒之間間隔太大就會降低通道內(nèi)介質(zhì)流速損害傳熱效果。2 夾套高度的確定圖 22如圖22， 液層深度為Z則 Vg=（Z- h1-h2）· p · Di2/4+V封Z=(Vg-V封頭) 4/（p · Di2）+h1+h2=(30-3.18)×4/(p×2.82)+0.7

47、+0.05 =5.108m釜體總高度 H總=2h1+2h2+H=2×700+2×50+4450=5950釜體內(nèi)總體積 根據(jù)攪拌設(shè)備設(shè)計P96，為保正充分傳熱，夾套高度一般比液器內(nèi)面高出50100，取0.075m。再核算：H夾（V總 ·-V封）/f=(V總 · -V封)/(p · Di2/4) =(34.18×0.9-3.18)/(p · 2.82/4)=4.48mf筒體橫截面面積（） Di筒體內(nèi)直徑（m） 裝料系數(shù)可見，應(yīng)取H夾4.48m 所以 H夾=Z+0.08=5.108+0.08=5.188m2.4熱量衡算首先化工工藝

48、設(shè)計手冊第二冊P1686，P1672，得出關(guān)于水的性質(zhì)的下列數(shù)據(jù)：表22溫 度（） 粘 度 （cp=10-3PaS）比 重r（kg/） 比 熱Cp (kJ/kg)201.0050 998.24.19469280.8360 996.44.19706320.7679 995.44.1895510.5404 987.94.1907680 0.3565 971.84.2071490 0.3165 965.34.21512查P16200，P16215得以下數(shù)據(jù)：表 23溫 度 20密 度 r (kg/)粘 度(cp）導(dǎo)熱系數(shù)(kJ/mKg)比 熱Cp（ kJ/kg ）氯 烯 VC 919.50.87_

49、_聚乙烯PVC 1380_ 0.5881.848查化工原理上冊，得鋼及不銹鋼的重要物性如下：表2-4fu密度 r (kg/)導(dǎo) 熱 系 （J/mh）比熱Cp（ kJ/kg）7850163.8 0.4627900 63.00.5042.4.1熱水量的計算 （加熱時間為t=1小時） 如圖22所示，查化工原理（天津大學(xué)出版）上冊P4公式22得加熱時所需總熱量本Q總為： Q總=Qvc+Q水+Q釜+Q損 =KA1tm K 釜體傳熱系數(shù) A1釜體傳熱面積 tm溫差因為損失熱量少，所以略去Q損。 圖 2-21物料吸熱量水吸收的熱量 Q水=m水 · （Cpt）=m水（Cp2t2-Cp1t1）m水物料

50、中含水量kg t2, t1進(jìn)口水溫度Cp2, Cp1水的比熱kcal/kg由表22得 m水=15630kg, 進(jìn)料溫t1=20, 反應(yīng)溫度t2=51則有Q水=15630×（4.19076×51-4.19469×20）=20.293×105kJVC單體吸收的熱量Qvc=mvc · (Cpt)=mvcCp(t2-t1)因t2和t1的Cp相差較小，所以取51時Cp=1.6kJ/kg由表22 mvc=13000kg則有Qvc=13000×1.6×(51-20)=6.448×105kJ2釜體吸收的熱量釜體傳熱面積 A=A夾（H夾-h1-h2）p Di+FB由圖2-2橢圓形封頭的短半軸h1=700, 直邊高h(yuǎn)2=50封頭面積FB=8.82， 由圖32得H夾=5.188m則有 A夾=（5.18