聚氯乙烯生產(chǎn)工藝

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 聚 氯 乙 烯 生 產(chǎn) 工 藝學 院: 材料與化工專 業(yè): 材料科學與工程 姓 名: 劉逾 學 號： 045任課老師：陳永引言 聚氯乙烯(PVC)是5大通用塑料之一,具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機械強度高等優(yōu)異性能,廣泛用于工農(nóng)業(yè)及日常生活等各個領域,尤其是近年來建筑市場對PVC產(chǎn)品的巨大需求,使其成為具備相當競爭力的一個塑料品種。 PVC主要成份為聚氯乙烯， 色澤鮮艷、耐腐蝕、牢固耐用，由于在制造過程中增加了增塑劑、抗老化劑等一些有毒輔助材料來增強其耐熱性，韌性，延展性等，故其產(chǎn)品一般不存放食品和藥品。它是當今世界上深受喜愛、頗為流行并且也被廣泛應用的一種合成材料

2、。它的全球使用量在各種合成材料中高居第二。據(jù)統(tǒng)計，僅僅1995年一年， PVC在歐洲的生產(chǎn)量就有五百萬噸左右，而其消費量則為五百三十萬 噸。在德國，PVC的生產(chǎn)量和消費量平均為一百四十萬噸。PVC正以4%的增長速度在全世界范圍內(nèi)得到生產(chǎn)和應用。近年來PVC 在東南亞的增長速度尤為顯著，這要歸功于東南亞各國都有進行基礎設施建設的迫切需求。我國聚氯乙烯工業(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)，到目前為止，我國有PVC樹脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，遍布全國29個省、市、自治

3、區(qū)，總生產(chǎn)能力達220萬噸年7075萬t/a。PVC樹脂在我國塑料工業(yè)中具有舉足輕重的地位，同時PVC作為氯堿工業(yè)中最大的有機耗氯產(chǎn)品，對維持氯堿工業(yè)的氯堿平衡具有極其重要的作用。 本設計為聚氯乙烯車間聚合工段工藝。本次設計采用了氯乙烯單體懸浮聚合工藝。介紹了PVC的聚合工藝，建廠的有關事項及合成聚氯乙烯的流程和設備，對整個生產(chǎn)工藝做出了詳細的敘述。目錄引言第1章 總論41.1概述41.1.1意義與作用41.1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀以發(fā)展前景41.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)與特點51.1.4產(chǎn)品的主要用途61.1.5 產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述61.1.6產(chǎn)品的原料與規(guī)格 91.6.1主要原料規(guī)格及技術指標91.6.

4、2產(chǎn)品規(guī)格10第2章 工藝設計原理與工藝流程圖說明102.1工藝原理112.2工藝條件影響因素112.3工藝路線選擇132.3.1工藝路線選擇原則132.3.2具體工藝路線 142.3.2工藝流程示意圖 152.4工藝參數(shù)16第3章 物料衡算物料衡算163.1物料衡算的意義與作用173.2物料衡算的方法與步驟173.3物料衡算18第4章 熱量衡算194.1能量衡算的意義與作用194.2熱量衡算以所需熱質(zhì)的量20第5章 設備選型235.1選型原則235.2關鍵設備選擇235.2.1塔（釜）的計算235.2.2塔（釜）的高度與直徑的計算265.2.3塔（釜）的壁厚計算275.2.4傳熱元件的計算2

5、85.2.5攪拌器的選擇295.3其他設備的選擇34第6章 車間布置設計的原則346.1車間布置設計的原則356.1.1車間設備布置的原則356.1.2車間設備平面布置的原則356.1.3車間設備立面布置的原則356.2車間設備布置366.2.1車間設備平面布置366.2.2車間設備立面布置36第7章 環(huán) 境 保 護 與 安 全 措 施 363637 37 38參考文獻39第1章 總論1. 1 概述1.1.1意義與作用聚氯乙烯（PVC）是國內(nèi)外高速發(fā)展的合成材料中5大熱塑性合成樹脂之一，以其價廉物美的特點，占合成樹脂消費量的29%左右，僅次于聚乙烯（PE），居第二位。由于它具有優(yōu)良的耐化學腐蝕

6、性、電絕緣性、陰燃性、物理及機械性能、抗化學藥品性能、質(zhì)輕、強度高且易加工、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）制品廣泛用二工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子電氣、交通運輸、電力、電訊和包裝及人們生活中的各個領域。聚氯乙烯（PVC）硬質(zhì)制品可代替金屬制成各種工業(yè)行材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等，還可以做收音機、電話、電視機、蓄電池外殼及家具、玩具等。其輕質(zhì)品可制成薄膜用以制作雨披、臺布、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。1.1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景聚氯乙烯（PVC）廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)

7、、建筑、交通運輸、電力電訊和包裝等各領域。2006年我國PVC生產(chǎn)能力約為972萬噸，產(chǎn)量為920萬噸，凈進口量達151萬噸，消費年增長率在9.5左右。隨著節(jié)水灌溉、建筑化學建材、包裝、電子電氣、汽車等下游行業(yè)對PVC需求的快速增長，未來幾年我國對聚氯乙烯(PVC)的需求仍將保持較高的增長速度。2007年全球PVC消費量約為3100萬噸，預計到2010年我國PVC樹脂的需求量將達1100萬噸，2020年將達到2160萬噸。預計到2010年全球PVC的需求量將達到3490萬噸，2020年將達到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

8、2。1.1.3產(chǎn)品性質(zhì)與特點中文名稱： 聚氯乙烯英文名稱： Polyvinyl chloride polymer 簡稱： PVC玻璃轉變溫度: 87 熔點: 212導熱率(): 0.16 W/m·K 熱膨脹系數(shù)(): 810-5 /K 熱容(c): 0.9 kJ/(kg·K) 吸水率 (ASTM): 0.04-0.4% 聚氯乙稀是一種無毒、無臭的白色粉末。電絕緣性優(yōu)良，一般不會燃燒，在火焰上能燃燒并放出HCl，但離開火焰即自熄，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、電纜護套、輸血料等3。聚

9、氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學藥品性高（耐濃鹽酸、濃度為90的硫酸、濃度為60的硝酸和濃度20的氫氧化鈉）、機械強度及電絕緣性良好的優(yōu)點。但其耐熱性較差，軟化點為80，于130開始分解變色，并析出HCI3。 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)，其分子結構式如下：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、ABS樹脂。1.1.4聚氯乙烯的主要用途1.PVC一般軟制品利用擠出機可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機配合各種模具

10、，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，利用三輥或四輥壓延機制成規(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。經(jīng)雙向拉伸的薄膜，所受熱收縮的特性，可用于收縮包裝。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攝氏度以上塑化而成。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

11、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，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、涼鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機基礎成低發(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透明片材PVC中加沖擊改性劑和有機錫穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、塑化、壓延而成為透明的片材。利用熱成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包裝，是優(yōu)良的包裝材料和裝飾材料如月餅包裝盒。6. PVC糊樹脂將PVC分散在液體增塑劑中，使其溶脹塑化而成增塑溶膠，通常用乳液或微懸浮樹脂，還需加穩(wěn)定劑、填料、著色劑等，經(jīng)充分攪拌，脫氣泡后，配成PVC

12、糊，再用進、浸漬、澆鑄或搪塑等加工成各種制品。如衣架、工具手柄、圣誕樹等。7.PVC硬板和板材PVC中加入穩(wěn)定劑、潤滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機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。板材可以切割成所需的形狀，然后利用PVC焊條用熱空氣焊接成各種耐化學腐蝕的貯槽、風道及容器等。8.PVC其他門窗有硬質(zhì)異型材料組裝而成。在有些國家已與木門窗鋁窗等共同占據(jù)門窗的市場；仿木材料、代鋼建材(北方、海邊)；中空容器4。1.1.5產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述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500-2000

13、0范圍內(nèi)，其分子結構式如下：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。本實驗設計采用懸浮發(fā)生產(chǎn)聚乙烯。懸浮法(主要是水相懸浮法)生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯為非均質(zhì)產(chǎn)品,溶解度相對于溶液法產(chǎn)品低,但熱穩(wěn)定性高,主要用于制造管材、管件、板材等5。1.5.1本體法聚合生產(chǎn)工藝 本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點是反應過程中不需要加水和分散劑。聚合分2步進行，第1步在預聚釜中加人定量的VCM單體、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在強攪拌(相對第2步聚合過程)的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進行預聚合。當VCM的轉化率達到8%-12%停止反應，將生成的“種子”送人聚合釜內(nèi)進

14、行第2步反應。聚合釜在接收到預聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引發(fā)劑，在這些“種子”的基礎上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進行聚合反應。當反應轉化率達到60%一85%(根據(jù)配方而定)時終止反應，并在聚合釜中脫氣、回收未反應的單體，而后在釜內(nèi)汽提，進一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經(jīng)風送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級、均化和包裝工序。1.5.2乳液聚合生產(chǎn)工藝 氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹脂（E-PVC），工業(yè)生產(chǎn)分兩個階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.

15、13微米聚氯乙烯初級粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級粒子聚集而成得的直徑為1100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次級粒子。這種次級粒子與增塑劑混合后，經(jīng)剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工業(yè)上稱之為聚氯乙烯糊。1.5.3懸浮聚合生產(chǎn)工藝 因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過程易于控制，設備和運行費用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。 工藝特點：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

16、攪拌,將單體分散成小液滴,這些小液滴由保護膠加以穩(wěn)定,并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液,保持反應過程中的反應速度平穩(wěn),然后升溫聚合,一般聚合溫度在4570之間。使用低溫聚合時(如4245),可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(一般在6271)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,在第二步聚合前加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合的優(yōu)點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、模塑性能和機械強度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛,應用領域越來越廣,除了

17、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7。 懸浮法PVC的發(fā)展趨：在工業(yè)化生產(chǎn)PVC時,以懸浮法產(chǎn)量最大,懸浮法生產(chǎn)具有設備投資少和產(chǎn)品成本低等優(yōu)點。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、日本在連續(xù)懸浮聚合工藝方面開展了大量的研究工作,目前尚未工業(yè)化生產(chǎn),但連續(xù)法設備費用低,生產(chǎn)效率高,工藝難題少,已引起了各國科研院所和生產(chǎn)廠家的重視。另外,為進一步提高懸浮法生產(chǎn)的通用

18、樹脂和專用樹脂的質(zhì)量,提高產(chǎn)品的專用化、市場化水平,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,進一步提高了聚合轉化率,縮短了聚合周期,提高了生產(chǎn)效率,同時也開發(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。可見,各種專用料的開發(fā)是懸浮聚合樹脂發(fā)展的標志,是提高產(chǎn)品使用性能、開發(fā)新的應用領域的重要手段81.4 原料與產(chǎn)品規(guī)格1.4.1主要原料規(guī)格及技術指標 單體純度用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99%以上，其他雜質(zhì)的含量如表1-3所示。表1-3 原輔材料規(guī)格序號名稱含量1乙烯0.00022丙

19、烯0.00023乙炔0.00024丁二烯0.00025-丁烯-炔06二氧化合物0.00017水0.058HCl0去離子水規(guī)格如表1-4所示。表1-4 去離子水的規(guī)格序號項目數(shù)值1導電率/0.52pH值7.03氧含量,0.000014硬度05SiO2,06SO3,0.000017氯,08蒸發(fā)殘留物01.4.2產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格見表1-5。表1-5 產(chǎn)品規(guī)格序號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合格精聚氯乙烯87%2.53.51.52.5

20、-3.8第2章 工藝設計與計算2.1 工藝原理氯乙烯的聚合屬于自由基型聚合反應。聚合時采用的引發(fā)劑為油溶性的偶氮類、有機過氧化物類和氧化還原引發(fā)體系。反應迅速，同時放出大量的反應熱。鏈增長的方工為頭尾相連。聚合反應過程存在著嚴重的增長鏈向單體的轉移，是影響產(chǎn)物相對分子質(zhì)量的主要因素，這種鏈轉移隨溫度的升高而加快。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500-20000范圍內(nèi)，其分子結構式如下：氯乙烯的懸浮聚合是生產(chǎn)聚氯乙烯的主要方法。具有操作簡單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟效益好，用途廣泛等特點，適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。在樹脂質(zhì)量上，用懸浮聚合生產(chǎn)的樹脂的孔隙率提高了300%以

21、上，經(jīng)過適當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。同時設備結構改進，大型化和采用計算機數(shù)控聯(lián)機質(zhì)量控制，使批次之間樹脂質(zhì)量更加穩(wěn)定。另外，清釜技術和殘留單體回收技術的發(fā)展，減少了開釜次數(shù)，進而減少了氯乙烯單體的釋放量；采用燒結，冷凝或吸收方法汽提品和處理廢氣，進一步減少了氯乙烯單體的消耗。2.2 工藝條件影響因素聚氯乙烯聚合時主要影響因素討論如下: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)原料對聚氯乙烯質(zhì)量很重要。氯乙烯雜質(zhì)含量應盡可能低一些，其中脫鹽水PH值要近乎中性，為6.5-7.5，導率應小于2um/cm。乙炔參與聚合后,形成不飽和鍵

22、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 多用有機過氧化物和偶氮類引發(fā)劑，其中有機過氧化物為過氧化二碳酸酯、過氧化酯類。它們可以單獨使用，也可以兩種或兩種以上引發(fā)活性不同的引發(fā)劑復合使用，復合使用的效果比單獨使用好，其優(yōu)點是反應速度均勻，操作更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，同時使生產(chǎn)安全。引發(fā)劑的用量可以采用下式進行估算，再通過少量實驗進行調(diào)整，即可確定，其計算公式如下： I（）=NrM×10-4/1-exp(-0.693t/t1/2)式中： I工業(yè)上引發(fā)劑用量（質(zhì)量分數(shù)），； Nr引發(fā)劑理論消耗量，等于（1加減慢0.1

23、）mol/tpvc);用AIBN時,取0.9;用DCPD、EHP等過氧化二碳酯時，取1.1;M引發(fā)劑的相對分子質(zhì)量；t聚合時間/h;t1/2引發(fā)劑分解半衰期/h。工業(yè)生產(chǎn)中聚合時間一般控制在510h，應用選擇t1/2為23h的引發(fā)劑。如果采用復合型引發(fā)劑，最好是一種引發(fā)劑的t1/2為46h。3.分散劑 工業(yè)常用主要有明膠、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、苯乙烯-順丁烯二酸酐等。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，兩者進行復合使用效果也很好。4.水質(zhì)與水量 氯乙烯懸

24、浮聚合用水應是去離子，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格控制，其中氯離子超過一定含量會造成樹脂顆粒不均；水中的鐵會降低樹脂的熱穩(wěn)定性，并能終止反應。水的用量與樹脂內(nèi)部結構有關，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)中的氧 因為氧對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將各各原料中的氧和系

25、統(tǒng)中的氧徹底清除干凈。6.其他助劑 ： a. pH調(diào)節(jié)劑 氯乙烯懸浮聚合的pH值控制在78，即在偏堿性的條件下進行聚合。這樣可確保引發(fā)劑良好的分解速率，分散劑的穩(wěn)定性防止因產(chǎn)物裂解時產(chǎn)生的HCL，造成懸浮液的不穩(wěn)定，進而造成黏釜、清釜、傳熱的困難，并影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此需要加入水溶性碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鈉等起緩沖作用的pH調(diào)節(jié)劑。b. 防止黏釜劑 在氯乙烯的懸浮聚合中，存在著黏釜現(xiàn)象，它不但影響聚合的傳熱，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，人工清釜勞動強度大，條件惡劣，影響工人健康。常用的防止黏釜的方法有選擇合適的引發(fā)劑；在水相中加入水相阻聚劑如次甲基藍、硫化鈉等；在釜民壁、攪拌器等設備上噴涂一定量的防黏

26、釜劑，常見的防黏釜劑如水浴黑、亞硝基P鹽，還有多元酚的縮合物等。一旦發(fā)現(xiàn)有黏釜現(xiàn)象，采用高壓（14.739.2Mpa）水沖洗法清洗。c.泡沫抑制（消泡劑） 鄰苯二甲酸二丁酯、（未）飽和的C6C20羧酸甘油酯等。還有熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等。7.聚合溫度與壓力a 聚合溫度 氯乙烯懸浮聚合溫度的高低決定著聚合產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量大小，因此，當配方確定以后必須嚴格控制聚合的溫度。在實際生產(chǎn)中，一般控制在指定溫度的正負0.5范圍內(nèi)，最好是控制在正負0.2范圍內(nèi)。并且，要確保溫度控制平穩(wěn)，要有降溫處理手段，防止出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，一般采用大流量低溫差循環(huán)方式。最好采用計算機數(shù)控聯(lián)機質(zhì)量控制系統(tǒng)。b 聚合壓力 在聚合溫

27、度下，氯乙烯有相應的蒸汽壓力，只有在聚合末期，大最單體聚合后，壓力才明顯下降7。2.3 工藝路線的選擇2.3.1工藝路線選擇原則工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。輕化工產(chǎn)品生產(chǎn)的特點之一就是生產(chǎn)方法的多樣化。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，這就要對不同的工藝路線逐個進行分析研究，通過比較分析，從中找出一條符合實際的最好的工藝路線。工藝路線一經(jīng)確定，即可進行工藝流程的設計，因此，工藝路線是工藝流程設計的依據(jù)。1.先進性2.可靠性3.結合國情，因地制宜綜上所述，本設計采用乳液懸浮法在引發(fā)劑作用下發(fā)生加成反應制取聚氯乙烯

28、樹脂。2.3.2聚氯乙烯懸浮法具體工藝路線如下：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，對聚合釜夾套內(nèi)通入蒸汽和熱水，當聚合釜內(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0.5。當轉化率達6070，有自加速現(xiàn)象發(fā)生，反應加快，放熱現(xiàn)象激烈，應加大冷卻水量。待釜內(nèi)壓力從最高0.6870.981Mpa時,可泄壓出料,使聚合物膨脹。因為聚氯乙烯粒的疏松程度與泄壓膨脹的壓力有關，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

29、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1.52.0h,然后用氮氣進行吹氣降溫至65雙下時,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合使用，其中氣流干燥管脫除的是樹脂上的表面非結合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內(nèi)部結合水。這里的第二段干燥過程由于物料停留時間長，投資較大，熱效率較

30、差，費用較高，因此，國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)改進較大，如赫司特公司采用的MST旋風干燥器，具有停留時間適用、熱效率利用好的特點。MST旋風干燥器在旋轉流動中使熱氣體和固體樹脂接觸干燥樹脂。干燥器為一個垂直的圓柱形塔，其中用環(huán)形擋板分成若干個干燥室。將熱氣和濕樹脂切向高速進入最下面的室A，在A室利用離心力將固體樹脂顆粒與氣體分離開來。粉粒在室A中旋轉流動中通過擋板的中心開口流入上層B室。同時，親的樹脂進入室A，過一段時間后，這個室開始充滿樹脂，這時，樹脂粒子開始經(jīng)擋板的中心開口逸入室B，先是最細顆粒，最后是最粗的顆粒進入室B。返回錐形擋板的中心開口時，旋轉的粉粒受離心力作用和固體粒子受室壁壓力散開，在這里

31、它們停止運動，返回錐形擋板的中心開口，這樣進入下一個室。這時再次用旋轉氣流輸送這些樹脂顆粒。用這樣的方法使樹脂充滿每一個干燥室。攜帶著樹脂粉粒的氣體離開干燥室的頂部輸送到氣固分離器。利用這種旋風分離干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯樹脂，干燥前含水量為30%，干燥后的含苞欲放水量下降到0.2%以下。4脫水與成品：在臥式刮刀自動離心機或螺旋沉降式離心機中，先進行過濾，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熱風為載體進行第一段干燥，出口樹脂含水量小于4%；再送入以120熱風為載體的沸騰床干燥器中進行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯樹

32、脂。再經(jīng)篩分、包裝后入庫8。2.3.3 工藝流程示意圖離心分離槽氣提塔堿處理釜漿料排放槽聚合釜去離子水 聚乙烯 引發(fā)劑 助劑旋振篩旋風干燥床成品儲存與包裝2.4 工藝配方和工藝參數(shù)2.4.1工藝配方（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醇） 0. 020.3EHP過氧化二碳酸二（2-乙基己酯）緩沖劑（磷酸氫二鈉） 00.1 消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯） 00.002 2.4.2工藝參數(shù)：聚合聚合溫度 5058（依PVC型號而定）聚合壓力 初始0.6870.981Mpa 結束0.2490.196Mpa聚合時間 812h轉化率

33、90堿處理NaOH濃度 3642加入量 聚合漿液的0.050.2溫度 7080時間 1.52.0h脫水緊密型樹脂含水率 815疏松型樹脂含水率 1520干燥第一段氣流干燥管干燥 干燥溫度 140150風速 15m/s物料停留時間 1.2s含水率 4第二段沸騰床干燥干燥溫度計 120物料停留時間 12min含水率 0.3第三章 物料衡算3.1物料衡算的意義和作用物料衡算是化工計算中最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進行化工計算的基礎。在化學工程中，為了導出某一過程的基本方程式和建立數(shù)學模型，設計或改造工藝流程和設備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益等都要進行物料衡算。物料衡算在生產(chǎn)和設計

34、中都得到廣泛的應用。在工廠設計中，物料衡算是在工藝流程及工藝參數(shù)確定后即開始的一項化工計算工作。由此，設計工作從定性分析轉入定量計算。物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況進行平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下各種物料的量。通過物料平衡，在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務情況下，算出所需原材料，生成的副產(chǎn)品及廢物等的生成量；或者在已知原材料投放的情況下算出產(chǎn)品，副產(chǎn)品及廢物量。此外，通過物料衡算，不僅可算出原材料消耗定額，算出生產(chǎn)過程所需的熱量或冷量，同時為設備選型和計算提供依據(jù)，物料衡算的結果直接關系到生產(chǎn)成本和車間運輸量，對工廠技術經(jīng)濟指標有舉足輕重的影響。3.2物料衡算的方法與步驟1.收集計算數(shù)據(jù)（1）

35、原料，輔料，中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的規(guī)格（2）過程中單位時間內(nèi)的物流量（3）有關消耗定額（4）有關轉化率，選擇性，單程收率（5）有關物理化學常數(shù)2.畫物料流程圖根據(jù)計算任務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分析問題，便于展開計算以及為建立方程式作好準備。因此，這種圖要畫得相當詳盡，不但所有已知數(shù)據(jù)要標明在圖上，那些待求的未知數(shù)據(jù)（以恰當?shù)姆柋硎荆┮矐徊嗣髟趫D上，還應畫出所有物料線，并包括每股物料的名稱，數(shù)量，組成及流向，以及與計算有關的工藝條件（如溫度，壓力，流量，配比等）。3.確定衡算范圍在物料衡算中，會遇到較復雜的計算。為了便于計算，常采用劃定衡算范圍的方法。衡算范圍一

36、經(jīng)劃定，便可假想成為一個獨立的體系，凡是通過邊界進入體系的物料屬于輸入項，凡是穿越邊界離開體系的物料屬于輸出項。4.選定計算基準若作為計算基準的數(shù)量在流程中是已知的，如已知單位時間內(nèi)原料投放量，則以此數(shù)據(jù)為基準，采用“順算法”，就能方便的計算出單位時間的產(chǎn)品，中間產(chǎn)品以及三廢的各股物料量。若已知產(chǎn)品量，而中間的計算步驟很多，很難一下子算出原料量，此時可采取“倒推法”，即由已知產(chǎn)品量從后往前反算出其他各股物料量。倘若年產(chǎn)量在數(shù)值上太大，計算起來不方便，則可先按100千克或100摩爾原料（也可按任何別的方便的數(shù)量）出發(fā)進行計算。算出產(chǎn)品產(chǎn)量后，與實際產(chǎn)量進行比較，求出相差的系數(shù)，以此系數(shù)分別乘以原

37、假設量，即可得到各股物料的實際量。5.列出輸入-輸出物料平衡表此表用來描述和識別所有進入體系和離開體系的物料。表中列出了已知量和要求解的未知量，有時還列出經(jīng)過導出和計算的有關數(shù)據(jù)。2.5.3物料衡算生產(chǎn)任務： 1天10千克每天生產(chǎn)量： 10千克每小時生產(chǎn)量： 10/24=0.417千克/小時1 聚合釜物料衡算去離子水純度 100% 氯乙烯純度 99% 懸浮劑（聚乙烯醇） 97% 引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙醇） 97%緩沖劑（磷酸氫二鈉） 99% 消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯） 99%轉化率： 93%（1）進料去離子水： 0.717千克/小時氯乙烯： 0.448千克/小時引發(fā)劑： 0.00015千克

38、/小時懸浮劑 0.00035千克/小時緩沖劑 0.00075千克/小時 （2）出料去離子水： 0.68千克/小時聚氯乙烯： 0.427千克/小時氯乙烯： 0.0084千克/小時引發(fā)劑： 0.0017克/小時懸浮劑 0.00035千克/小時緩沖劑 0.00075千克/小時2堿中和釜物料衡算NaOH溶液濃度： 36NaOH溶液：聚氯乙烯 0.2：100溶劑水： 0.0067千克/小時聚氯乙烯： 0.4236千克/小時轉化率為 99.9%（1）進料NaOH溶液： 0.0017克/小時溶劑水： 0.0067千克/小時聚氯乙烯： 0.4236千克/小時（2）出料NaOH溶液： 0.0017克/小時溶劑水

39、： 0.0067千克/小時聚氯乙烯： 0.4236千克/小時2.6 熱量衡算2.6.1熱量衡算的意義和作用精細化工生產(chǎn)一般在規(guī)定的壓力，溫度和時間等溫度等工藝條件下進行，生產(chǎn)過程中包括有化學過程和物理過程，往往伴隨著能量變化。因此，必須進行能量衡算。生產(chǎn)中一般無軸功或軸功相對較小，可以忽略不計。因此，能量衡算實質(zhì)上是熱量衡算。生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的化學熱效應與物理變化熱效應會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行則需要環(huán)境對生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量的加入或放出，對于新車間設計，熱量衡算是在物料衡算的基礎上進行的。通過熱量衡算，可以確定傳熱設備的熱負荷，即在規(guī)定時間中加入和移出的熱量，從而

40、確定傳熱劑的消耗量，選擇合適的傳熱方式，計算傳熱面積。熱量衡算和物料衡算相結合，通過工藝計算，可以確定設備的工藝尺寸，如設備的臺數(shù)，容積，傳熱面積等參數(shù)。2.6.2熱量衡算及所需的熱質(zhì)的量在解決實際問題中，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）傳給設備和物料的熱量Q3各種熱效應，如反應熱，溶解熱等Q4各股物料帶走的熱量Q5消耗在加熱設備上的熱量Q6熱損失水的比熱為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）為反應熱的10%

41、1.聚合釜的熱量衡算聚合釜 氯乙烯 水25 水18 引發(fā)劑和助劑 聚乙烯=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=911.46KJQ1=×m×t1Q4=×m×t2Q5+ Q6= Q2×10%利用Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（Q2符號為負）可求得：Q2=829.4KJ2.堿中和的熱量衡算堿中

42、和釜 聚乙烯 聚乙烯18水水25 NaOH溶液 雜質(zhì)=2.7×（124.4/146.3）+2.9×（15/146.3）+2.3×（6.9/146.3）=2.7 KJ/（Kg·）=2.7×（131.7/146.3）+2.9×（10/146.3）+2.3×（4.63/146.3）=2.67 KJ/（Kg·）Q3=10.5×4.3868×73=0.5347KJQ1=×m×t1Q4=×m×t2Q5+ Q6= Q2×10%利用Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+

43、Q6（Q2符號為負）可求得：Q2=0.495KJ2 旋風干燥床熱量衡算旋風干燥床 聚乙烯 聚乙烯25水水40 易揮發(fā)雜質(zhì) 雜質(zhì)=2.7×（131.7/146.3）+2.9×（10/146.3）+2.3×（4.63/146.3）=2.67KJ/（Kg·）=2.7×（136.4/146.3）+2.9×（7/146.3）+2.3×（3.24/146.3）=2.69 KJ/（Kg·）Q3=34.43KJQ1=×m×t1Q4=×m×t2Q5+ Q6= Q2×10%利用Q1+Q

44、2+Q3=Q4+Q5+Q6（Q2符號為負）可求得：Q2=31.6KJ第5章 設備選型5.1 選型原則1.滿足工藝要求設備的選擇和計算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術上先進，經(jīng)濟上合理，亦即選用的設備能與生產(chǎn)規(guī)模相適應，并應獲得最大的單位產(chǎn)量；能適應產(chǎn)品品種變化的要求，并確保產(chǎn)品的質(zhì)量；能降低勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率；能降低原材料及相應的公用工程（水，電，氣）的單耗；能改善環(huán)境保護，設備制造較易，材料易得，操作及維修保養(yǎng)方便。設備選擇時，要能完全滿足上述方面的條件是相當困難的，但一定要參照上述幾個方面對擬采用個設備進行詳盡地比較，并拿出最佳的方案來。2.設備成熟可靠作為工業(yè)生產(chǎn)，不允許把不

45、成熟或未經(jīng)生產(chǎn)考驗的設備用于設計。設計中所選用的設備不但技術性能要可靠，設備材質(zhì)也要可靠。對從國外引進的設備，同樣必須強調(diào)設備及其所采用材質(zhì)的可靠性，特別對生產(chǎn)中的關鍵設備，一定要在充分調(diào)查研究和對比的基礎上，作出科學的選定。3.盡量采用國產(chǎn)設備在設備選型時應盡量采用國產(chǎn)設備，這樣不僅可以節(jié)約外匯，而且可以促進我國機械制造工業(yè)的發(fā)展。當然根據(jù)條件和可能，引進少量進口裝置或關鍵設備也是不要的，但同樣必須堅持設備先進可靠，經(jīng)濟合理，并應考慮在引進的基礎上如何消化吸收以及仿制工作6。5.2 關鍵設備選擇5.2.1 釜的計算對于連續(xù)反應釜6 (3-1)式中： Vh每小時處理的物料量反應所需的時間n設備

46、備用系數(shù)裝料系數(shù) （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器。聚合釜的材質(zhì)有復合鋼板、全不銹鋼和搪瓷三種。聚合釜的趨勢是大型化，國內(nèi)普遍采用的是33m3復合鋼板釜。國外采用的聚合釜容積更大，如日本采用127m3聚合釜。（2）聚合釜的傳熱 聚合的傳熱能力在相當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/； K傳熱系數(shù)/W/（·K） tm傳熱溫差/提高傳熱能力的途徑有三個：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。傳熱面積 影響聚合釜傳熱面積的因素有聚合釜的高徑和

47、容積。 高徑比 高徑比（aspect ratio）等于L/D。高徑比越大（瘦長型），則釜的傳熱面積越大；L/D=1時，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。按日本日立公司的觀點是，當釜的容積小于30時，傳熱面積是主要矛盾，因此L/D應大些；當釜的容積大于30時，攪拌器是主要矛盾，因此L/D應小些。按神鋼法德拉的觀點是，無論多大的釜，攪拌器是主要矛盾，因此，L/D要小些。我國的觀點與日立公司的觀點基本相同，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。一般用單位體積的傳熱面積，即比傳熱面積A/V（m2/m3）表示。如當L/D

48、=1.2時，存在A=4.77V0.65關系,若將容積為14m3的釜放大到50 m3,后者的比傳熱面積將下降為前者的37%。為此，當聚合釜的容積增大以后，但熱面積不夠時可采用釜內(nèi)加冷管或D型擋板或釜頂冷凝器等來增加傳熱面積。如國內(nèi)80m3聚合釜即有4組內(nèi)冷管又有釜頂冷凝器，德國200m3聚合釜無內(nèi)冷管而是加入少量擋板和釜頂冷凝器。注意加內(nèi)冷管后對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。傳熱系數(shù) 傳熱性能好的聚合釜傳熱系數(shù)姨般可達465582W/（·K），甚至在689 W/（·K）以上，搪瓷釜可以達349W/（·K）以上。當傳熱系數(shù)在233 W/（·K）以下時，則認為傳熱不能好應該強化。影響傳熱系數(shù)的因素如下式所示。 1/K=1/a1+a1·a2 (修改)式中： K分別為釜內(nèi)和外給熱系數(shù)，W/（·K）； a1為釜壁黏釜物層、不銹鋼層、碳鋼層、搪瓷層、水垢層各層的厚度，m； a2為釜壁黏釜物層、不銹鋼層、碳鋼層、搪瓷層、水垢層各層的熱導率，W/（·K）；釜內(nèi)壁給熱系數(shù)a1 體系黏度愈小，攪拌強度愈大，則內(nèi)壁液膜愈薄，熱阻愈