年產(chǎn)6萬噸PVC的氯乙烯合成工段的工藝設計

1、湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）湖 南 科 技 大 學畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ）題 目年產(chǎn)6萬噸PVC合成工段的工藝設計作 者陳韜學 院化學化工專 業(yè)化學工程與工藝學 號0906040110指導教師 仇明華二一三 年 六 月 七 日湖 南 科 技 大 學畢業(yè)設計（論文）任務書 化學化工 院 化工 系（教研室）系（教研室）主任: （簽名） 年 月 日學生姓名: 陳韜 學號: 0906040110 專業(yè): 化學工程與工藝 1 設計（論文）題目及專題： 年產(chǎn)6萬噸PVC合成工段的工藝設計 2 學生設計（論文）時間：自 2021 年 3 月 19 日開始至 2021 年 6 月 5 日止3 設計（

2、論文）所用資源和參考資料： 化工設計 有關(guān)PVC合成的相關(guān)資料化工工藝設計手冊 化工設備設計4 設計（論文）應完成的主要內(nèi)容： 總論； 工藝流程的確定； 工藝流程簡述及各工序工藝控制指標； 工藝計算； 主要設備的工藝尺寸計算與設備選型； 裝置技術(shù)經(jīng)濟估算； 環(huán)境保護與安全措施 設計體會 按畢業(yè)設計大綱要求提供必要的設計圖紙 5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求： 設計說明書規(guī)范、整潔，文字力求簡練； 設計圖紙規(guī)范、整潔； 按畢業(yè)設計大綱要求完成規(guī)定數(shù)量的圖紙； 設計圖紙必須全部采用計算機繪圖。 6 發(fā)題時間： 2021 年 3 月 1 日指導教師： （簽名）學 生： （簽名

3、）湖 南 科 技 大 學畢業(yè)設計（論文）指導人評語主要對學生畢業(yè)設計（論文）的工作態(tài)度，研究內(nèi)容與方法，工作量，文獻應用，創(chuàng)新性，實用性，科學性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進行綜合評價指導人： （簽名）年 月 日 指導人評定成績： 湖 南 科 技 大 學畢業(yè)設計（論文）評閱人評語主要對學生畢業(yè)設計（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究內(nèi)容與方法，實用性與科學性，結(jié)論和存在的不足等進行綜合評價評閱人： （簽名）年 月 日 評閱人評定成績： 湖 南 科 技 大 學畢業(yè)設計（論文）答辯記錄日期： 學生： 學號： 班級： 題目： 提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會下列材料：1 設計（論文）

4、說明書共頁2 設計（論文）圖 紙共頁3 指導人、評閱人評語共頁畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語：主要對學生畢業(yè)設計（論文）的研究思路，設計（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對設計（論文）的介紹，回答問題情況等進行綜合評價答辯委員會主任： （簽名）委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名） 答辯成績： 總評成績： 摘要氯乙烯的制備在PVC的生產(chǎn)過程中是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它把從氯化氫裝置送來的干燥氯化氫氣體和從乙炔裝置送來的精制乙炔氣體在這里合成反應生成粗氯乙烯，并經(jīng)過脫水、凈化、精餾等工序后，制成精制氯乙烯，即單體，用來滿足聚合的需要。本設計是年產(chǎn)6萬噸聚氯乙烯的氯乙烯合成工段的初步工藝設計，本設計

5、根據(jù)株洲化工集團現(xiàn)場實習有關(guān)資料及有關(guān)文獻，完成物料衡算、熱量衡算。此設計配有說明書一份、圖紙三份。設計的主要內(nèi)容有聚氯乙烯的概況及主要合成方法；聚氯乙烯的工藝過程；物料衡算、熱量衡算；主要設備的設計和選型；主要管道的設計及選型；三廢處理安全與防火技術(shù)；.經(jīng)濟分析并附有三副圖紙包括帶控制點的物料流程圖；車間平面布置圖；主要設備的裝配圖。關(guān)鍵詞：合成、PVC、VC、工藝、設計。ABSTRACTThis graducation design is a primary designed about synthesis construction section of vinyl chlori

6、de of PVC 60000 tons every year.According to the Zhuzhou chemical industry group scene practice pertinent dates and related dates,the design was completed with the calculation of the balance of material and heat quantity.During the sign,the instruction booklet and three diagrams have been worked out

7、The main contention of the instruction booklet can be briefly illustrated as follows: profile of polyvinyl chloride (PVC) and main synthesis method；The processes of polyvinyl chloride (PVC)；The calculation of the balance of material and calculation of heat quantity；The design and choice about the ma

8、in equipments；The design and choice about the main pipelines；The disposal of three wastes processing security and fire protection technology；Economic analysis.There are three diagrams as follows:The technique flow chart with controlled point;The factory floor-plan diagram;The main equipment installi

9、ng picture.Key words:synthesis、PVC、VC、technological、design.前言氯乙烯（簡稱VCM）是一種非常重要的化工原料，主要用來制備聚氯乙烯（簡稱PVC）樹脂，也用于制備偏二氯乙烯冷凍劑等。全世界99%的VCM都用于生產(chǎn)PVC。我國目前沒有專門的VCM生產(chǎn)企業(yè)。所有VCM裝置均與PVC裝置配套建設，完全一體化。目前主要有4種主要的生產(chǎn)工藝：電石乙炔法，二氯乙烷法，乙烯氯氧化法，平衡氧氯化法。本設計是以乙炔和氯化氫為原料，對年產(chǎn)能力為60000噸的PVC單體合成工序的初步設計，以株化集團PVC廠為理論資料，并收集有關(guān)的化工設計資料作參考，按畢業(yè)設計

10、大綱和設計任務書的要求進行設計。聚氯乙烯合成工序目的是將由乙炔工序送來的粗制乙炔經(jīng)砂封與來自HCL工序的干燥HCL經(jīng)緩沖罐通過孔板流量調(diào)節(jié)配比在混合器充分混合后進入石墨冷卻器，用+5水和-35鹽水（尾氣冷凝器下水），間接冷卻混合器中水分，以40%左右酸霧部分流出，部分則夾帶于氣相中進入多筒過濾器中，由氟硅油玻璃棉捕集分離，然后，氣體經(jīng)石墨預熱器鋼制預熱器預熱后的氣體送轉(zhuǎn)化器，合成氯乙烯。本設計的內(nèi)容是在簡要介紹氯乙烯性質(zhì)，用途，工藝方法選擇的基礎上，重點介紹了采用電石乙炔法生產(chǎn)PVC單體氯乙烯的工藝過程，產(chǎn)量為年產(chǎn)PVC60000噸。設計的主要內(nèi)容包括聚氯乙烯的概況及主要合成方法；聚氯乙烯的工

11、藝過程；物料衡算、熱量衡算；主要設備的設計和選型；主要管道的設計及選型；三廢處理安全與防火技術(shù)；經(jīng)濟分析等。并附有三副圖紙：帶控制點的物料流程圖；車間平面布置圖；主要設備的裝配圖。本次設計力求以理論為基礎，貼近實際為目標，爭取讓設計更合理。但由于本人水平有限，經(jīng)驗不足，時間有限，資料收集不全面等因素，本次設計難免有疏漏甚至錯誤，敬請老師批評指正。在此次設計中，自始至終都得到了仇明華等老師的悉心指導以及同學們的熱心幫助，在此表示衷心的感謝。 學生：陳韜 2021年5月24日 目錄第一章 聚氯乙烯的概況及主要合成方法- 1 -1.1聚氯乙烯的概況- 1 -1.1.1 英文名- 1 -1.1.2 分

12、子式- 1 -1.1.3 聚氯乙烯的特性- 1 -1.1.4聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況- 1 -1.1.5聚氯乙烯制品的開發(fā)與應用技術(shù)- 3 -1.1.6聚氯乙烯的合成方法- 4 -第二章 聚氯乙烯的工藝過程- 7 -2.1主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)- 7 -2.1.1電石- 7 -2.1.2氯化氫：- 7 -2.1.3乙炔：- 7 -2.1.4氯乙烯：- 8 -2.2其他輔助原料- 9 -2.2.1活性炭- 9 -2.2.2氫氧化鈉- 9 -2.2.3氯化汞觸媒- 9 -2.2.4氯氣- 10 -2.2.5去離子水- 10 -2.2.6 分散劑- 11 -2.3其他助劑- 11 -2.3.1鏈終止

13、劑- 11 -2.3.2鏈轉(zhuǎn)移劑- 11 -2.3.3抗魚眼劑- 11 -2.3.4防粘釜劑- 11 -2.4工藝流程的介紹- 12 -2.4.1乙炔工段- 12 -2.4.2氯化氫工段- 12 -2.4.3氯乙烯工序- 12 -2.4.4聚合崗位- 14 -2.4.5氣體崗位- 14 -2.4.6壓縮冷凝回收- 14 -2.4.7離心干燥及包裝- 14 -第三章 工藝計算- 15 -3.1 物料衡算- 15 -3.1.1 計算依據(jù)：- 15 -3.1.2 計算：- 16 -3.2 熱量衡算- 24 -3.2.1 衡算方法- 24 -3.2.2 標況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表- 24 -3.2.3 計算

14、：- 25 -第四章 主要設備的設計與選型- 32 -4.1 石墨冷卻器的選型- 32 -4.1.1 已知條件- 32 -4.1.2 計算兩流體的平均溫度差- 32 -4.2 石墨預熱器的選型：- 33 -4.2.1 已知條件：- 33 -4.2.2 計算兩流體的平均溫度差- 33 -4.3 石墨冷卻器的選型- 34 -4.3.1 已知條件：- 34 -4.3.2 計算兩流體的平均溫度差- 34 -4.4 轉(zhuǎn)化器的設計- 35 -4.4.1 轉(zhuǎn)化器的主要工藝參數(shù)- 35 -4.4.2 計算：- 35 -4.4.3 手孔- 36 -4.5 泡沫水洗塔的設計- 37 -4.5.1 由泡沫水洗塔的物

15、料衡算得已知條件- 37 -4.6 主要設備一覽表- 41 -第五章 主要管道管徑計算和選型- 42 -5.1 HCl進料管- 42 -5.2 乙炔氣進料管- 43 -5.3 石墨冷卻器I的進料管- 43 -5.4 多筒過濾器進料管- 43 -5.5 轉(zhuǎn)化器進料管- 44 -5.6 轉(zhuǎn)化器出料管- 44 -5.7 石墨冷卻器II進口管- 45 -5.8 40%鹽水進料管- 45 -5.9 循環(huán)水管- 45 -5.9.1 石墨預熱器- 45 -5.9.2 轉(zhuǎn)化器- 45 -5.9.3 石墨冷卻器- 46 -5.10 總進水管- 46 -5.11 部分管道一覽表- 47 -第六章 合成工段中三廢的

16、產(chǎn)生及處理- 48 -6.1 氯化汞觸媒的產(chǎn)生中毒機理及處理- 48 -6.1.1 氯化汞觸媒的產(chǎn)生1- 48 -i6.1.2 氯化汞中毒機理- 48 -6.1.3 廢HgCl2觸媒的處理- 48 -6.2 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生中毒機理及處理：- 48 -6.2.1 尾排氯乙烯外逸的產(chǎn)生- 48 -6.2.2 中毒機理：- 49 -6.2.3 對VC泄露的綜合治理：- 49 -6.3 廢水的處理：- 49 -6.3.1 廢水排放標準- 49 -6.3.2 廢水的處理方法：- 50 -6.4其他三廢的處理- 51 -第七章 安全生產(chǎn)防火技術(shù)- 52 -7.1 廠區(qū)安全生產(chǎn)特點：- 52 -7.2

17、 乙烯合成的安全技術(shù)- 52 -7.2.1 原料及中間提的閃點、自燃點、爆炸范圍- 52 -7.3乙炔爆炸：- 53 -7.3.1 氧化爆炸- 53 -7.3.2 分解爆炸：- 53 -7.3.3 乙炔的化合爆炸- 53 -7.4 氯乙烯的燃燒性能：- 53 -7.5 安全措施：- 54 -第八章 經(jīng)濟分析- 55 -8.1基本介紹- 55 -8.1.1預計產(chǎn)品成本- 55 -8.1.2經(jīng)濟分析- 55 -8.2生產(chǎn)PVC所需原材料- 55 -8.3原材料及動力消耗- 56 -8.4投資估算- 56 -8.5 產(chǎn)品成本及部分廠家的成品價格- 57 -結(jié) 論- 59 -致 謝- 60 -參考文獻

18、- 61 -附錄：- 62 -ii第一章 聚氯乙烯的概況及主要合成方法1.1聚氯乙烯的概況1.1.1 英文名：Polyvinyl Chloride Resin 簡稱PVC 1.1.2 分子式： 結(jié)構(gòu)式 1.1.3 聚氯乙烯的特性（1） 物理性質(zhì) 外觀：白色粉末 比重：1.3921.400 比熱：Cp=0.9321.003KJ/kg. 導熱系數(shù)：0.16W/m. 毒性：無毒、無臭 溶解性：不溶于水、汽油、酒精、氯乙烯。溶于酮類、酯類和氯烴類溶劑（2） 熱性能：沒有明顯的熔點，在8083開始軟化，加熱高于180時，開始流動。約在200以上時完全分解。130以上時變成皮革狀，長期加熱后分解脫出氯化氫

19、而變色。PVC樹脂只能在火焰上燃燒產(chǎn)生綠色火焰，并分解放出HCL。離開火焰后立即熄滅。（3） 光性能：純PVC在日光或者紫外線單色光照射下，發(fā)生老化，色澤變暗。（4） 電性能：具有良好的介電性能。（5） 化學穩(wěn)定：具有很高的化學穩(wěn)定性，常溫下，能耐任何濃度的鹽酸，能耐90%的硫酸，能耐5060%的硝酸。能耐25%以下的燒堿，對鹽類也相當穩(wěn)定。在鹽酸中可發(fā)生氯化反應氯化聚氯乙烯。（6） 機械性能：PVC抗沖擊強度較高，常溫常壓下可達到10MPa。 1.1.4聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況聚氯乙烯可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進行加工，而且具有較好的機械性能、耐化學腐蝕性和難燃性等特點

20、，以其低廉的價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。主要用于制造塑料、涂料和合成纖維等。根據(jù)所加增塑劑的多少，可分為軟質(zhì)和硬質(zhì)PVC。軟質(zhì)PVC可用于加工透明或不透明薄膜（如雨衣、臺布、包裝材料、農(nóng)用薄膜等），人造革和電線套層等；硬質(zhì)PVC可用于制造板材、管道、閥、門窗等。目前，在發(fā)達國家PVC硬制品的產(chǎn)量已超過PVC軟制品，被廣泛應用于國民經(jīng)濟和日常生活的各個領域，未來我國 PVC 樹脂消費將繼續(xù)以硬制品為主的方向發(fā)展。聚氯乙烯 (PVC)是世界上實現(xiàn)工業(yè)化時間最早、應用范圍最廣的通用型熱塑性塑料。從三、四十年代開始實際應

21、用以來，其產(chǎn)量一直穩(wěn)居塑料工業(yè)之首。后來，由于聚烯烴發(fā)展速度更快 ，1996年才退居聚乙烯之后，名列第二位。盡管如此，聚氯乙烯在其綜合住能、品種的多樣化、用途的廣泛性、性能價格比以及資源的利用和對生態(tài)環(huán)境的影響方面，仍然優(yōu)于其他任何一種塑料。60多年來，PVC工業(yè)一直保持著最富有活力的技術(shù)革新和持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展狀態(tài)。聚氯乙烯自工業(yè)化問世至今，六十多年來仍處不衰之勢。盡管目前世界對 PVC 的生產(chǎn)和使用存在許多爭議，特別在歐洲，對 PVC生產(chǎn)和制品的環(huán)保制約政策越來越嚴厲，但由于性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低廉，仍具有較強的活力，特別是在塑料門窗、塑料管道等建材領域。聚氯乙烯占目前塑料消費總量的29%以上。

22、到上世紀末，聚氯乙烯樹脂大約以3%的速度增長。這首先是由于新技術(shù)不斷采用，產(chǎn)品性能亦不斷地得到改進，品種及牌號的增加，促進用途及市場的拓寬。其次是制造原料來源廣、制造工藝簡單。產(chǎn)品質(zhì)量好。在耐燃性、透明性及耐化學藥品性能方面均較其它塑料優(yōu)異。又它是氯堿行業(yè)耗“氯”的大戶，對氯堿平衡起著舉足輕重的作用。從目前世界主要聚氯乙烯生產(chǎn)國來說：一般耗用量占其總量的2030%。特別是60年代以來，由于石油化工的發(fā)展，為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價的乙烯資源，引起了人們極大的注意，因而促使氯乙烯合成原料路線的轉(zhuǎn)換和新制法以及聚合技術(shù)不斷地更新，使聚氯乙烯工業(yè)獲得迅猛的發(fā)展。2021 年，全球五大通用合成樹脂聚乙烯（

23、PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、和丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS），仍處于供大于求的態(tài)勢。中國合成樹脂行業(yè)整體形勢看好，資產(chǎn)總計同比增長12.25%，銷售收入同比增長了33.73%，利潤總額同比增長了121.6，達到117.1億元，出口總額達122.7億元，占銷售收入的8.89%。從上述期間可看出聚氯乙烯樹脂在主要生產(chǎn)國的產(chǎn)量與消費量均有近2%的增長率，而在其余國家和地區(qū)均略高于3%。我國聚氯乙烯(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

24、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、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達220萬噸/年。1.1.5聚氯乙烯制品的開發(fā)與應用技術(shù)聚氯乙烯作為世界五大通用塑料之一，今年發(fā)展非常迅速，由于它綜合性能優(yōu)異，廣泛應用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、人類日常生活等許多領域。當前高速發(fā)展的建筑行業(yè)的旺盛需求，也推動著中國聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。國內(nèi)聚氯乙烯繼續(xù)呈現(xiàn)較快發(fā)展。聚氯乙烯樹脂廣泛地用于塑料加工行業(yè)，建材，輕工等行業(yè)。可用來加工成金屬線包皮，薄片，板材，軟管，管道配件，皮革，軟質(zhì)制品和玩具，也可用來加工成食品包裝膜，包裝盒，食品機藥物裝瓶，以及硬管

25、，透明片，型木等。（1）、PVC 技術(shù)應用a. PVC一般軟制品利用擠出機可以將PVC擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。b. 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)及汽車的坐墊等，還有地板革，用作建筑物的鋪地材料。c. 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

26、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。d. 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。e. 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。f. PVC硬板和板材PV

27、C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。g. PVC的其它應用門窗有硬質(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。（2）、PVC 改性技術(shù)在改性方面，有PVC 接枝共聚物、PMMA 改性及丙烯酸酯改性，這些PVC 改性材料在市場上平均分布。德國PVC 接枝共聚物的消費量逾20萬t/ a，占歐洲首位，采用

28、的一種工藝可生產(chǎn)高散重物料，這種物料具有極好的均勻分布，并且可達到人們希望的聚合釜的高產(chǎn)量、高效率以及型材的高品質(zhì)。沖擊性能差是PVC的主要缺陷。因此，必須選用各種沖擊改性劑對PVC樹脂進行增韌改性。1.1.6聚氯乙烯的合成方法（1）、聚氯乙烯(PVC)工藝簡介聚氯乙烯(PVC)由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，也是世界上最早實現(xiàn)工業(yè)化的塑料品種之一。在世界眾多的塑料品種中，PVC 以其優(yōu)良的綜合性能，便宜的價格以及與氯堿工業(yè)關(guān)系密切，自30 年代工業(yè)化以來，一直受到各工業(yè)國的普遍重視，保持著長盛不衰的發(fā)展勢頭，是目前世界上僅次于聚乙烯的第二大宗塑料品種。到目前為止，世界上PVC 生

29、產(chǎn)的聚合工藝主要有5 種，即懸浮、本體、乳液、微懸浮及溶液聚合工藝。世界范圍統(tǒng)計PVC樹脂的產(chǎn)量75%左右是用聚合法生產(chǎn)，產(chǎn)品為100150 mm直徑的多孔性顆粒稱為S-PVC。其中懸浮聚合工藝一直是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝，絕大部分均聚及共聚產(chǎn)品都是采用懸浮聚合工藝。就拿美國為例，聚氯乙烯生產(chǎn)工藝中，懸浮聚合占87.8 % 。（2）、典型聚合工藝概述懸浮聚合是一種成熟的工藝，主要是采用自由基懸浮聚合制得產(chǎn)品（S-PVC），約占80% ，其次為自由基乳液聚合和微懸浮聚合法產(chǎn)品（E-PVC）。懸浮聚合多采用復合引發(fā)劑以保證反應勻速進行，通過控制反應溫度控制相對分子質(zhì)量（±0.2）。為防止粘釜

30、需加入防粘釜劑。由于氯乙烯有毒，反應結(jié)束后要將未反應的單體盡可能除去。a. 懸浮聚合 懸浮聚合是一種成熟的工藝，它的反應機理是：單體以小液滴狀懸浮在水中的聚合方法。單體中溶有引發(fā)劑，一個小液滴就相當于一個小本體聚合單元。從單體液滴轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔锕腆w粒子，中間經(jīng)過聚合物一單體粘性粒子階段，為了防止粒子粘并，需加入分散劑，在粒子表面形成保護層。生產(chǎn)工藝流程（見圖1.1）。典型的懸浮聚合過程是向聚合釜中加入無離子水和分散劑，加入引發(fā)劑后密閉聚合釜，真空脫除釜內(nèi)空氣和溶于物料中的氧，然后加入單體氯乙烯之后開始升溫，攪拌，反應開始后維持溫度在50左右，壓力0.881.22 MPa ，當轉(zhuǎn)化率達到70 %左

31、右開始降壓，在壓力降至0.130.48 MPa 時即可停止反應，最終的轉(zhuǎn)化率在85%90%之間。聚合完畢抽出未反應單體，料漿進行汽提，回收氯乙烯單體。汽提后的料漿進行離心分離，使聚氯乙烯含水25 %，再進入干燥器干燥至含水0.3 %0.4 % ，過篩后即得產(chǎn)品。生產(chǎn)工藝流程簡述4干燥混合氣精乙炔粗乙炔電石 濕式發(fā)生 清靜 混合脫水 +H2O +NaClOHCl電石渣精VC粗VC合成氣合成（轉(zhuǎn)化） 水洗、堿洗 加壓精餾 懸浮聚合HgCl2 + H2O 加懸浮劑廢酸液 +NaOH 加引發(fā)劑PVC懸浮液成品PVC干燥PVC濕PVC 后處理、離心 干燥 過篩包裝 +NaOH 加熱風 圖1.1 懸浮聚合

32、生產(chǎn)PVC的工藝流程圖b. 乳液聚合乳液聚合是生產(chǎn)糊樹脂的方法，是最早的工業(yè)生產(chǎn) PVC的一種方法。聚合方法有間歇法、半連續(xù)法和連續(xù)法三種。在乳液聚合中，除水和氯乙烯單體外，還要加入烷基磺酸鈉等表面活性劑作乳化劑，使單體分散于水相中而成乳液狀，以水溶性過硫酸鉀或過硫酸銨為引發(fā)劑，還可以采用“氧化-還原”引發(fā)體系，聚合歷程和懸浮法不同。也有加入聚乙烯醇作乳化穩(wěn)定劑，十二烷基硫醇作調(diào)節(jié)劑，碳酸氫鈉作緩沖劑的。把氯乙烯單體、水溶性引發(fā)劑、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入聚合釜中，在4055下聚合達到預定轉(zhuǎn)化率(85%90%) 時停止聚合反應，即得聚合產(chǎn)物，回收未聚合單體。聚合產(chǎn)物為乳膠狀，乳液粒徑

33、0.052m，可以直接應用或經(jīng)噴霧干燥成粉狀樹脂。聚合方法有間歇法、半連續(xù)法和連續(xù)法三種。乳液聚合法的聚合周期短，較易控制，得到的樹脂聚合度較均勻，分子量高，適用于作聚氯乙烯糊，制浸漬制品或人造革。c. 本體聚合本體聚合的聚合裝置比較特殊，主要由立式預聚合釜和帶框式攪拌器的臥式聚合釜構(gòu)成。它不以水為介質(zhì)，也不加入分散劑等各種助劑，而只加入氯乙烯和引發(fā)劑，因此可大大簡化生產(chǎn)工藝，聚合就被分為“預聚合”和“后聚合”兩個過程，預聚合是在一個有劇烈攪拌的立式反應釜中進行，反應熱靠反應釜冷卻水套及回流冷凝器傳出。氯乙烯轉(zhuǎn)化率達到7%12%時即將物料送入后聚合釜繼續(xù)反應，后聚合釜是本體聚合的關(guān)鍵設備，在此

34、物料會經(jīng)歷從液相低粘度到糊狀再到粉末相的轉(zhuǎn)化。離開聚合釜的物料是干粉，通過氣流送到聚氯乙烯貯斗中，經(jīng)多層振動篩分后產(chǎn)品送至稱量包裝機中包裝。樹脂的粒徑與粒形由攪拌速度控制，反應熱由單體回流冷凝帶出。此法生產(chǎn)過程簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本也較低。d. 溶液聚合溶液聚合是在聚合釜中氯乙烯單體在醋酸丁酯、丙酮等各種溶劑中進行聚合。這種方法有溶劑回收和使用時氯乙烯單體污染問題，并且生產(chǎn)成本高，所以較少使用，僅用于某些特殊用途。e. 微懸浮聚合微懸浮聚合工藝，首先將氯乙烯單體、無離子水、乳化劑、油溶性引發(fā)劑以及其它助劑按比例預混合均化，使含引發(fā)劑的氯乙烯均化成小液珠，然后將其均化料通入聚合反應釜，升溫至

35、聚合溫度。待達到預定的轉(zhuǎn)化率時停止反應，回收未聚合單體，聚合所得膠乳經(jīng)噴霧干燥即得產(chǎn)品。就以上五種主要聚合工藝來講，本體法具有工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時基本上無廢液排放，排氣可以達到最低程度，因而環(huán)境污染少且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別適用透明包裝材料和電纜料等特點，但是本體聚合在聚合釜中進行反應的過程中，粘度較大，不易散熱，且目前用于本體聚合的聚合釜技術(shù)不是很成熟，處理不當，容易發(fā)生爆炸。懸浮法是一種相對最成熟的工藝，且用于懸浮聚合的反應釜種類多，技術(shù)相對穩(wěn)定成熟。在目前世界聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對的份額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應市場。乳液法是生產(chǎn)糊樹脂的方法，工藝復雜、成

36、本較高且樹脂質(zhì)量較差。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹脂的方法，只用于特殊用途。第二章 聚氯乙烯的工藝過程2.1主要原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì)2.1.1電石 （1）、 分子式CaC2 ,分子量64.10 （2）、性質(zhì)化學純的碳化鈣幾乎是無色透明的結(jié)晶體，工業(yè)用電石呈灰色、棕黃色或黑色。18時比重為2.22，電石比重隨著CaC2含量的減少而增加。不溶于所有有機溶劑中，熔點2300（純電石），含CaC280%時熔點為2021 。電石與水作用生成乙炔和氫氧化鈣。 （3）、規(guī)格：CaC2 含量不少于67.17%，氧化鈣含量不大于22.08%，C含量不大于1.0%，MgO含量不大于0.4%。2.1.2氯化氫： （1）、

37、分子式：HCl 分子量：36.5 （2）、性質(zhì)： a.是一種無色有刺激性的氣體，遇到濕空氣則呈白色煙霧，鼓可做煙霧劑。 b.標準狀況下比重為1.639kg/m2，低溫低壓下可以成為液體，熔點為-114，沸點為-85.03。 c.易溶于水，標準狀況下，1升水可溶解525.2升的HCl氣體。 d.在潮濕狀態(tài)下，容易與多種金屬作用生成該金屬的氯化物。 e.屬強酸，可使蛋白質(zhì)凝固造成凝固性壞死，嚴重時可引起受損器官穿孔，斑痕形成，狹窄及畸形。(3)、規(guī)格5： a.純度93% b.水分0.06%2.1.3乙炔：(1)、分子式：C2H2 分子量：26(2)、性質(zhì)：a.在常溫常壓下為無色氣體，具有微弱的醚味

38、，工業(yè)用乙炔因含有氯化氫、磷化氫等雜質(zhì)而具有特殊的刺激性臭氣。b.乙炔是一種易燃易爆的不穩(wěn)定化合物。易分解放出大量的熱而發(fā)生爆炸。壓力對乙炔有特殊的意義。壓力增加時，乙炔氣體分子間相密聚，因此，一旦某處乙炔分解，就能迅速擴展到全部氣體中。加工業(yè)氣體乙炔的壓力在147kPa(1.47bar)以上溫度超過773823K時，使會全部分解，發(fā)生爆炸。當溫度低于723K(并有接觸物質(zhì)存在時，可能發(fā)生爆炸。c.乙炔可以發(fā)生加成反應，聚合反應。d.乙炔具有弱酸性，其分子中的氫能被某些金屬取代而成鹽。例如含有水成氨的工業(yè)乙乙炔與氯化亞銅作用，生成具有爆炸性副乙炔銅。所以，工業(yè)上乙炔發(fā)生系統(tǒng)不能使用銅制的旋塞及

39、管件。 (3)、規(guī)格2：a.純度：98.5%b.不含硫、磷、砷等雜質(zhì)。2.1.4氯乙烯：(1)、分子式：CH2CHCl 分子量：62.50(2)、性質(zhì)：a.沸點：-13.9 熔點：-160.0b.蒸汽相對密度：2.15(空氣為1) 液體相對密度：0.9121（20)c.爆炸極限：在空氣中3.626.4%(體積)d.氯乙烯在常溫常壓下為易燃、無色的氣體，具有類似醚一般氣味，溶于水，溶于乙醚、乙醇、四氯化碳、丙酮和二氯乙烷。(3)、規(guī)格3：【主要質(zhì)量要求(均為重量百分數(shù))】（見表2.1）表2.1 原料規(guī)格原料名稱質(zhì)量要求原料名稱質(zhì)量要求氯乙烯 99.99%乙炔 0.8ppm乙烯 2ppm氯甲烷 5

40、0ppm丁二烯 6ppm鐵 0.5 ppmHCl 0.5ppm水 80ppm重組分 50ppm 2.2其他輔助原料2.2.1活性炭1、 用作催化劑載體的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并經(jīng)750950高溫水蒸氣活化，以氧化(或稱“燒掉”)成型后炭粒內(nèi)部的揮發(fā)組分，使形成許多微細的“孔穴”和“通道”。因此，活性炭具有非常驚人的表面積，如利用低濕氮氣吸附法或苯蒸氣動態(tài)吸附法，可測得目前常用的活性炭其每克重量就有8001000 m2的表面積，這一數(shù)值又稱為活性炭的比表面積?；钚蕴康倪@一特性使它具有優(yōu)異的吸附能力，被廣泛地應用于氣體或液體中微量雜質(zhì)的吸附分離過程，各種有毒、有害氣體的防毒面具以及催

41、化劑的載體活性炭質(zhì)量指標要求按太原新華活性炭長標準，2、 活性炭規(guī)格見表2.2表2.2 活性炭的規(guī)格物理性質(zhì) 百分比 物理性質(zhì) 百分比 吸苯率 30% 比表面積 7001000 m2/g 含炭量 97% 碘吸附值 600 mg/g 機械強度 90% 苯酚吸附量 35% 含水分 1% 四氯化碳吸附率 36% 顆粒直徑 3mm，長 4-6mm 假比重 0.4-0.52.2.2氫氧化鈉（1）、物理化學性質(zhì)： a.分子式，分子量為40.08 b.液堿為無色或淡蘭色冶鐵，稀堿液對皮膚有滑膩感覺，濃堿有強烈燒傷作用。與酸發(fā)生中和反應，生成鹽和水。 c.規(guī)格（質(zhì)量按指標標準GB20993） NaOH含量 3

42、0.0% NaCl含量 5.0% 含量 2.0%2.2.3氯化汞觸媒(1)、物理化學性質(zhì)： a. 分子式：HgCl 分子量：271.5 b.白色易碎結(jié)晶體，比重5.4。熔點為276，沸點為301，易升華（200300）毒性：高毒，對腎臟毒性作用明顯。MCD為29 mg/kg。純的升汞粉末(無載體活性炭時)對氯乙烯合成反應并無活性，而一旦吸附于活性炭表面，由于兩者的相互作用使對該反應有優(yōu)異的活性和選擇性，是迄今為止該化學反應最為理想的催化劑。 c.規(guī)格（質(zhì)量按行業(yè)標準)見表2.3表2.3 氯化汞觸媒的規(guī)格項目 含量 項目 含量 含量 99.5% 水中不溶物 0.02% 鐵 0.005% 砷 0.

43、0005% 硫化氫沉淀物 0.02%2.2.4氯氣(1)、物理化學性質(zhì)： a.分子式：，分子量70.906。 b.在常溫常壓下，為黃綠色氣體。氯氣比重為空氣的2.49倍，在0.101Mpa及0時每升為3.21克。氯氣在常壓下和9.6時能與水生產(chǎn)的黃色結(jié)晶體。有刺激性臭味，即使吸入少量氯氣也會使呼吸系統(tǒng)受到刺激。氯氣的熔點為101.6，沸點為34.05，臨界溫度為144，臨界壓力為7.709Mpa。 c.吸入后與粘膜和呼吸道的水作用形成HCL和新生態(tài)氧，可使呼吸道病變還可以刺激迷失神經(jīng)引起發(fā)射性的心跳停止，屬高毒類。人吸入90mg/可致劇烈咳嗽，30090mg/可致死亡。 d.規(guī)格（質(zhì)量按行業(yè)標

44、準） 純度 95% 含 0.4% 水分含量 0.04%2.2.5去離子水所用反應介質(zhì)水，應經(jīng)過離子交換樹脂或磺化煤進行脫鹽處理。處理后的水pH應在58.5范圍，硅膠含量0.2mg/L。 2.2.6 分散劑懸浮聚合生產(chǎn)的聚氯乙烯顆粒的大小與形態(tài)，主要取決于所用的分散劑，可分為兩類：主分散劑和輔助分散劑。主分散劑的作用是控制所得顆粒的大小，但也會影響聚氯乙烯的孔隙率和某些形態(tài)。輔助分散劑的作用是提高顆粒中的孔隙率，并使之均與以改進聚氯乙烯樹脂吸收增塑劑的性能。主分散劑主要是纖維素醚和部分水解的聚乙烯醇。輔助分散劑主要是小分子表面活性劑和低水解度聚乙烯醇。 2.2.7引發(fā)劑由于氯乙烯懸浮聚合溫度為5

45、060上下，應根據(jù)反應溫度選擇合適的引發(fā)劑，其原則為在反應溫度條件下引發(fā)劑的半衰期大約為2h者，反應時間為最佳。由于反應后期單體濃度降低，為了使反應后期具有適當?shù)姆磻?，所以反應前期與反應后期應當使用不同半衰期的引發(fā)劑。因此聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)工廠目前多數(shù)使用復合引發(fā)劑，即兩種引發(fā)劑的混合物。2.3其他助劑2.3.1鏈終止劑為了保證聚氯乙烯樹脂質(zhì)量，使聚合反應在設定的轉(zhuǎn)化率終止或防止發(fā)生意外停電事故，必須臨時終止反應時使用，工業(yè)生產(chǎn)中使用聚合級雙酚A、叔丁基鄰苯二酚等。2.3.2鏈轉(zhuǎn)移劑為了控制聚氯乙烯平均分子量，除嚴格控制反應溫度外，必要時添加鏈轉(zhuǎn)移劑，特別時生產(chǎn)分子量較低的樹脂牌號時。常用的鏈轉(zhuǎn)

46、移劑為硫醇等。2.3.3抗魚眼劑為了減少聚氯乙烯樹脂中所含結(jié)實的圓球狀樹脂，可加入抗魚眼劑，主要時苯甲醚的叔丁基、羥基衍生物。2.3.4防粘釜劑在生產(chǎn)聚氯乙烯過程中，樹脂粘結(jié)于反應釜壁上形成釜垢時懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂必須解決的工藝問題之一，較先進的方法時加入防釜劑。防釜劑種類很多，而且生產(chǎn)工廠技術(shù)保密，但主要是苯胺染料等的混合溶液或與某些有機酸的絡合物。2.4工藝流程的介紹 2.4.1乙炔工段(1)發(fā)生。經(jīng)破碎好的電石裝進電石吊斗，推到提升口，由電動葫蘆吊到三樓，送到發(fā)生器加料貯存，用置換其中的乙炔氣后，電石在繼續(xù)通的情況下，經(jīng)第一貯斗碟伐放入第二貯斗，第二貯斗電石經(jīng)過電磁振動加料器加入發(fā)生

47、器內(nèi)。電石在發(fā)生器內(nèi)遇水產(chǎn)生乙炔氣，從發(fā)生器頂部逸出，電石水解時放出大量的熱，可借連續(xù)加入發(fā)生器內(nèi)的水來維持發(fā)生器溫度，電石水解之后電石渣漿從溢流管不斷排除，以維持發(fā)生器液面，渣漿從排泄口排到地溝，流到沉淀池集中處理，頂部逸出的乙炔氣體經(jīng)噴淋冷卻后，分別進入氣柜或水環(huán)壓縮機。(2)清凈。由發(fā)生器送來并經(jīng)冷卻的乙炔氣，經(jīng)水環(huán)壓縮機加壓到0.050.1Mpa左右，進入第一、第二清凈塔，NaOCl溶液由泵打到第二清凈塔頂，從塔底流出再由泵打至第一清凈塔頂。器塔底流出的廢NaOCl溶液與冷卻塔出來的廢水回至廢水貯槽，用泵打到發(fā)生器作為補充用水。經(jīng)清凈后的乙炔氣帶有酸性，進入中和塔用堿液除去，中和塔出來

48、的乙炔氣進入二臺串聯(lián)的列管冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。2.4.2氯化氫工段原料氫氣由電解裝置輸氫泵送來，經(jīng)過氫氣氣柜緩沖及阻火器，進入鋼制合成爐底部的燃燒器點火燃燒。原料氯氣由電解裝置氯干燥送來經(jīng)緩沖器后按一定的摩爾比H2:Cl=(1.051.1):1進入合成爐燈頭的內(nèi)管，由下二上經(jīng)石英燈頭上的斜孔均勻地和外套管的氫氣混合燃燒。燃燒時火焰溫度達到2021 左右，并發(fā)出熱和光，正?；鹧娉是喟咨?。合成后的氯化氫氣體，借爐身和夾套冷卻水或散熱翅片散熱，到爐頂出口，溫度降到100150，再進入上蓋帶冷卻水箱的石墨冷卻器，用冷卻水將氯化氫氣體冷卻到4050左右，由下底蓋排出，經(jīng)閥門控制進入緩沖器

49、，再送人串聯(lián)的石墨冷卻器，用-25左右的冷凍鹽水，將氣體冷卻到-12-18后，進入酸霧分離器，氣體中夾帶的40%鹽酸霧沫由分離器內(nèi)的有機硅玻璃棉捕集，冷凝酸排入酸貯槽。分離器出口的干燥氯化氫氣體經(jīng)緩沖器進入納氏泵壓縮，借泵內(nèi)濃度93%以上的硫酸作液封和潤滑。硫酸隨氯化氫排至氣液分離器，自下部流入盤管冷卻器，經(jīng)水冷卻后循環(huán)吸入納氏泵；分離器出口的干燥氯化氫經(jīng)緩沖器送至氯乙烯合成裝置。2.4.3氯乙烯工序(1)混合脫水工序。由乙炔工段送來的粗乙炔氣經(jīng)砂封與來自HCL工序的HCL經(jīng)緩沖罐通過孔板流量計調(diào)節(jié)配比在混合器內(nèi)充分混合，進入石墨冷卻器內(nèi)在35鹽水下進行冷卻到14±2，、HCL混合氣體在此溫度下