年產(chǎn)5萬噸PVC糊樹脂工藝流程設計

1、學號設計題學院課程計（論文任務書教研室學生姓專業(yè)（級）年產(chǎn) 5 噸 樹脂工藝流程設計設計技術參數(shù)設計要求工作量工作計劃1、PVC 年產(chǎn)量 5 噸；2、采用乳液種子聚合方法制備；3、聚合工藝采用間歇操作過程；4、總轉化率 99%。1、設計說明書以 紙輸出，字數(shù) 600。2、工藝流程圖采用 1 號圖紙手工繪制括主要工藝流程要控制點及主要設備。 思路新穎，布置合理，設備選擇正確，繪制規(guī)范以國標為準。1、設計說明書一份（流程設計和物料衡算為主跡工整、格式規(guī)范、內容完整、 有理有據(jù)的課程設計說明書，將自己的設計過程和結果充分表達出來。2、帶控制點的 PVC 糊樹脂生產(chǎn)工藝流程圖一張。 課程設計動員，指導

2、教師下達課程設計任務書。指導教師介紹課程設計的基本 思路和方法。1.5 學生查閱有關資料，制定設計進度計劃。設計計算、論證、繪圖。編寫 設計說明書初稿，審核、校對、編寫設計說明書。1.6學生上交設計說明書和圖紙，指導教師批閱，評定成績，寫出設計總結。參考資料1、陳昀 聚合物合成工藝設計 北京 化學工業(yè)出版社 2004 2、張洋 聚合物合成工藝設計基礎 北京 化學工業(yè)出版社 3、趙德仁等高聚物合成工藝學 北京化學工業(yè)出版社.4、倪進方等化工設計東理工大學出版社1981指導老簽字教研室任簽字2012 年 月 4 日年產(chǎn) 5 噸 PVC 樹脂工藝流程設計摘要本文是關于年產(chǎn) 5 萬噸 糊樹脂工藝流程設

3、計講述了 PVC 的發(fā)展進程和目前狀況， 以及 PVC 糊樹脂制備方法、配方、設備原料等；然后分析了物料平衡示意圖；然后講述了種子 乳液聚合生產(chǎn)聚氯乙烯糊樹脂的原理指出了工藝過程中需要注意的問題質量影響因素， 工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇本文其中主要講述了物料衡算對設備選型也做了簡要 的介紹。最后根據(jù)計算結果繪制物料平衡表并畫出流程圖。關詞 ，樹 物衡 ，子合目錄摘要 . I1 緒論 . 錯誤!未定書簽。1.1 概述 . 錯誤未定義書簽1.2 樹脂制備方 . 微懸浮法 . 乳液法 . 1 混合法 . 11.3 配方 . 11.4 設備選擇 . 1.5 原料及產(chǎn)品性能 . 2 物料平衡關系

4、示意圖 . 3 種子乳液聚合生產(chǎn)聚氯乙烯糊樹脂的原理 . 3.1 氯乙烯聚合反應機理 . 43.2 氯乙烯種子乳液聚合成粒機理 . 54 相關數(shù)據(jù)資料 . 5 投料流量 . 66 物料衡算（僅考慮參與反應物質，催化劑以及雜質計算忽略） . 7 編寫物料平衡表，繪制物料流程圖 . 108 設備選型.118.1 設備的選擇 .118.2 主要設備選擇 . 12總結 . 13參考文獻 . 14111.2 糊樹脂制備方法中國糊 脂生產(chǎn)工藝路線有兩種一是采用電石為原料工藝路線占總產(chǎn)量的 ； 二是采用 VCMEDC 原料工藝路線占總產(chǎn)量的 糊 脂生產(chǎn)基本采用 VCM、 EDC 為原料工藝路線。 樹脂工藝路

5、線主要有微懸浮聚合法、乳液聚合法和混合聚合法三 種方法。 微懸浮法微懸浮聚合是制得 糊樹脂較新的一種方法，早在 20 世紀 60 年代中期已工業(yè)化。其流 程是：先將部分 VCM(5%)機械均化的方法制成穩(wěn)定的乳狀（粒徑在 1.0m 左右），然后進行 聚合（必須選用油溶性的引發(fā)劑）。用這種方法生產(chǎn)的 PVC 糊樹脂的流動性優(yōu)良，乳化劑用量 少樹脂的熱穩(wěn)定性和抗水性均得到了改善該生產(chǎn)工藝需特別注意以下幾個影響因素選用合 適的復合乳化劑和顆粒改良劑體系；聚合體系組分的均化；攪拌速度；水與單體之比恰當。 乳液法乳液聚合配方主要有 VCM 、水、水溶性引發(fā)劑和乳化劑。乳液聚合對攪拌要求很嚴格， 引發(fā)作用

6、是在水相中進行的，通常使用的引發(fā)劑是水溶性過硫酸鹽。一般情況下，乳液聚合 得到的乳膠粒徑小于 0.2m 為了達到增大乳膠粒徑的目的，開發(fā)了乳液種子聚合法，使乳 膠粒徑增大到 1.0m 左右。在乳液聚合中，如果有已生成的高聚合物乳膠存在，控制物料配 比和條件，原則上 VCM 僅在已生成的乳膠粒子上聚合，而不再形成新的粒子；這種已生成 的高聚物乳膠就好像晶種，因此稱為 乳液種子聚合 液聚合中乳化劑很重要，所用數(shù) 量決定了引發(fā)劑的粒子數(shù)， 對最終的膠乳粒子的大小起了主要作用。 特別在進行種子生成 時，采用高引發(fā)速率和低濃度乳化劑進行生產(chǎn)，能使膠乳微粒尺寸分布變窄。 混合法混合法 PVC 糊樹脂生產(chǎn)工

7、藝主要是集乳液聚合和微懸浮聚合于一體，在整個反應過程中要加入經(jīng)過乳液聚合后的種子和其他乳化劑、引發(fā)劑、各種助劑及VCM 一起參與反應?；旌戏ㄓ?和 混合直鏈醇與十二烷基硫酸鈉或月桂酸胺組成乳化劑形成微小乳液， 聚合反應主要在微滴中進行。乳液聚合后加入種子使整個粒徑成為雙峰分布。本設計采用乳液種子聚合法制備 PVC 糊樹脂。1.3 配方溶劑：水單體：氯乙烯純度 99.98% 以上乳化劑乳化劑是可使互不相容的油與水轉變成難以分層的乳液的一類物質化劑通常 是一些親水的極性基團和疏水（親油）的非極性基團兩者性質兼有的表面活性劑。1引發(fā)體系：引發(fā)體系主要是油溶性或水溶性引發(fā)劑。油溶性引發(fā)劑主要有偶氮引發(fā)

8、劑和 過氧類引發(fā)劑，偶氮類引發(fā)劑有偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異戊腈、偶氮二環(huán)己 基甲腈偶氮二異丁酸二甲酯引發(fā)劑等， 溶性引發(fā)劑主要有過硫酸鹽、 氧化還原引發(fā)體系、 偶氮二異丁脒鹽酸鹽（ V-50 發(fā)劑偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（ VA-044 發(fā)劑偶氮二 異丁咪唑啉（ VA061 發(fā)劑偶氮二氰基戊酸引發(fā)劑等。1.4 設備選擇聚合釜容積：工業(yè)化大生產(chǎn)使用問歇懸浮法聚合釜容量一般為60107 立方米。我國已開發(fā)出 立方米聚合釜，樣機已在錦西化工機械廠研制成功。本設計采用 采用微機控制，提高了批次之間樹脂質量的穩(wěn)定性，且消耗定額低。76 立聚合釜。傳熱方式：傳熱能力直接影響著聚合反應的速度和生成

9、物的質量，也影響著產(chǎn)量。在 大型聚合釜上，國外采用了體外回流冷凝器，體內增設內冷管等除熱手段。近幾年，美國古 德里奇公司又研制出一種薄不銹鋼襯里聚合釜， 以便提高釜壁的傳熱能力， 為使薄壁能承受反應壓力， 在不銹鋼襯里與聚合釜套之間安裝了支撐內襯套的加強筋， 高了聚合釜傳熱效率，且有較好的承壓能力 9 。這種釜的結構大大提攪拌方式：攪拌能力是聚合釜的關鍵技術指標之一，攪拌能力直接影響著傳質、傳熱 及樹脂的粒態(tài)分布，最終影響產(chǎn)品的質量，而不同的工藝方法對攪拌的要求又不盡相同。過 去 PVC 聚合釜大都采用平槳和折葉槳，攪拌效果不甚理想。隨著攪拌技術的不斷進步及攪拌試驗手段的不斷提高，使我們有條件

10、為 釜配備更理想的攪拌器。大量的攪拌實驗研究證明，三葉后掠式攪拌器的傳質效果好，循環(huán)和剪切性能均適合于 因此，本設計在 PVC 生產(chǎn)中采用三葉后掠式攪拌器。 生產(chǎn)的需要，干燥機：干燥器發(fā)展迅速，主要有 種方 ,即流干燥和流態(tài)化干燥。我國 工業(yè)化生產(chǎn)最初主要用的是氣流干燥器, 但是隨著聚合工藝技術的發(fā)展, 聚合生產(chǎn)能力提高 ,樹脂產(chǎn)品也朝著疏松型發(fā)展 , 氣流干燥器從生產(chǎn)能力和干燥效果等方面已經(jīng)不能滿足生產(chǎn) 的需 ,后發(fā)展到氣流干燥 , 沸騰床干燥器和冷風冷卻 3 干燥技術樣動力消耗大 產(chǎn) 品質量不是很好。目前主要用的是旋風干燥器和臥式內加熱流化床。旋風干燥器結構簡, 投資 較少, 目前很多裝置

11、都在用。臥式內加熱流化床綜合能耗比旋風干燥器要低 , 主要有多室沸騰床 和兩段沸騰床 種但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)多室沸騰床的花板容易漏料, 不同牌號切換時比較麻煩, 且 生產(chǎn)能力有限。兩段流化床改進 , 操作穩(wěn)定性好 , 易于產(chǎn)品牌號的切 生床的花板產(chǎn)能力較 大。本設計中采用臥式內加熱流化床。離心機：對漿料進行離心脫水，得到含水量 25%聚氯乙烯。 生產(chǎn)過程中需要大量 的邏輯判斷和離散控制，因此本設計采用二位式控制組件，如通 斷式二位開關閥控制各種物料 的傳輸，和二位控制的電機和泵機。2氣體塔汽提技術及設備也有改進汽提塔朝著節(jié)能高效的方向發(fā)展現(xiàn)在常用的汽提塔 主要有溢流堰篩板塔和無堰篩板塔, 有堰篩板塔

12、傳質傳熱僅在篩板上進行 , 在板間移動時只有傳 熱沒有傳質, 而無堰篩板塔在塔內一直都在傳質 目前傳熱。因此無堰篩板塔效率高于有溢流堰 的塔，無堰篩板塔的塔盤設計也逐漸合理科學 , 塔盤的厚度 開孔率在實踐中逐漸優(yōu) 并被 納入設計體系中多無堰篩板塔塔盤是整體裝卸的, 隨著生產(chǎn)能力的提高, 設備 整體裝卸很不 方便 , 目前 生產(chǎn)能力較大的的增大汽提塔的塔 , 可以采用可拆卸式的塔盤。汽提塔的塔頂操 作壓力也逐漸從微正壓操作向微負壓操作發(fā)展 , 使得塔頂物料沸騰溫度低, 節(jié)約了蒸汽卻提高了 單體脫出效率。為了強化汽提效 , 漿料經(jīng)過汽提后利用重力作用進入閃蒸 , 進一步汽提 降 溫。因此，本設計

13、采用無堰篩板塔。1.5 原料及產(chǎn)品性能氯乙烯： CH2=CHCl 分子量 ，無色易液化的氣體。液體的密度 0.912lg/cm3 。沸 -13.9 。凝固點 。自燃點 472 。臨界溫度 142 。臨界壓力 。難溶于水， 溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。易聚合，能與丁二烯、乙烯、丙烯、內烯腈、醋酸乙烯、兩烯酸酯和馬來酸酯等共聚。能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 高溫有燃燒爆炸的危險。3.6-26.4 。遇明火、無空氣和水分的純氯乙烯很穩(wěn)定，對碳鋼無腐蝕作用。有氧存在時，氯乙烯過氧化物，它可 與水生成鹽酸從而腐蝕設備，過氧化物還可以使氯乙烯產(chǎn)生自聚作用。長距離 運輸時應加入阻 聚劑氫醌。2 物

14、料平衡關系示意圖圖 1 為氯乙烯糊樹脂生產(chǎn)物料平衡關系示意圖33 種子乳液聚合生產(chǎn)聚氯乙烯糊樹脂的原理3.1 氯乙烯聚合反應機理氯乙烯乳液聚合屬于游離基引發(fā)加聚反應，其反應是為：聚合反應活性中心是游離基，其基元反應如下。鏈引發(fā)。引發(fā)分解產(chǎn)生游離基：游離基生成后如與膠束中的氯乙烯分子碰撞激發(fā)氯乙烯雙鍵上電子之分離成兩個獨 立的 p 電子，并與其中的一個 電子結合生成單體游離基：b連增長。單體游離基也很活潑，當與其他氯乙烯分子碰撞時，則生成低聚物基團：c連轉移劑終止?；钚枣溑c引發(fā)劑又立即相碰，彼此活性消失而終止：向單體轉移：向高聚物轉移：4偶和終止：歧化終止：3.2 氯乙烯種子乳液聚合成粒機理種子

15、的制備經(jīng)過五個過程引發(fā)反應開始前乳化劑和氯乙烯單體平衡分算于水相中， 氯乙烯進入乳化劑膠束中，氯乙烯液滴被乳化劑包圍）引發(fā)劑加入后。引發(fā)劑游離基在水 相中產(chǎn)生，乳化劑膠束中的 VCM 與游離基反應生成低聚合物。同時， 液滴不斷的向水相 平衡擴散，生成的低聚物基團在于 反應，逐漸增長成較大的分子）低聚物連續(xù)不斷 的增長成為不溶于水的聚合物基團聚合物基團在水中沉淀被吸進由乳化劑保護的 PVC 子， 聚合物基團在 粒子表面增長，使 PVC 粒越來越大，聚合物基團成為了聚合物）隨 著氯乙烯粒子液滴不斷分散于水相最終氯乙烯液滴消失水相中未反應的氯乙烯繼續(xù)在乳化劑 膠粒中與引發(fā)劑游離基反應）氯乙烯被聚合后

16、全部消失，形成聚氯乙烯粒子被乳化劑覆蓋 著，聚合反應結束。經(jīng)過上述種子形成后在第二代和第三代種子聚合中嚴格控制乳化劑單體加料速度使單 體存在已生成的乳膠微粒上像“滾雪球”般的聚合產(chǎn)生新的粒子僅增加原來乳膠的體積。4 相關數(shù)據(jù)資料生產(chǎn)規(guī)模：PVC 年產(chǎn)量（生產(chǎn)能力 萬噸/年生產(chǎn)時間：年工作日： 天/5表 1 技術指標項目內容聚合溫度 單體轉化率技術指標480.598%項目內容聚合物度技指標1.4g/cm3產(chǎn)品配比（ 質 量比）一代種子二代種子三代種子單體：水：:乳化劑：引發(fā)=：0.1 單體：水：:乳化劑：引發(fā)=：0.1 單體：水：:乳化劑 ：150：0.25 投料流量按年工作日 天，PVC 產(chǎn)量

17、 5 噸，生產(chǎn)過程中損失 2%算，丙烯腈小時產(chǎn)量為每批應生產(chǎn)聚合物數(shù)量=5 4 3 300 0.98kg a. 引發(fā)劑全部結合到聚合物中，切單體與引發(fā)劑質量比=：0.1b. 單體轉化率為 98% 產(chǎn)品粒徑：5 二代種子粒徑：0.3 一代種子粒徑：1 d. 聚氯乙烯分子量 2.0 x1054 1 1一個乳膠粒子的體積 ) 3 cm33 6 6種子個 42517.01 1.4 6.54 20個一代種子質 201 6=340.13kg.1二代種子質 20 =9183.50kg.6原料投料量：A 一代種子VCM 340.13 346.72 kg .BK S O 0.35 C H OSO Na 25 3

18、 0.6kg B 2 520.08kgB 二代種子二代種子增加重量= B6VCM 0.98kg.BK S O 8843.37 0.1100.1 0.98 kg BC H OSO 25 39014.83 0.3 . 29014.83 kg 代種子VCM 9183.500.98 kgBC H 334013.79 0.268.03 BH O 34013.79 51020.69 kg.B6 物料衡算（僅考慮參與反應物質，催化劑以及雜質計算忽略）MM MV101MM5a.V101M : VCM B 1M ： H O 520.08kg. 2 M ： S kg 2 M H Na kg .B M ： M 86

19、9.23 kg .B 1 3 7MMM5M10MMb.V102M 869.23. MVCM 9014.83 .M7 O 13522.25kg . M8 S O B M9C H Na 27.04 B 3M10M M M 23442.37 .B 6 7 9M13M1000M14M11M12c.V103 分三個小釜，進料有總泵分三股進料，且每釜條件完全一樣。由于進料出料比較復雜，本 計算只把它們當作一整體來進行計算。計算數(shù)據(jù)如下：M 23442.37kg.B MVCM 34013.79 kg .BM O 51020.69kg 2MC H Na kg B 3M M M M 108544.88 . 12

20、 138M16M15M14d.T101M 108544.88kg MH O 13522.25 65063.02 .B 2MM kg 整理并核算計算結果由物料守恒定律有：M M M M M M1 3 4 8 9 13346.72 9014.83 13522.25 27.04 34013.79 51020.69 kg .M 65063.02 43481.86 108544.88 . 16說明整個工序的物料衡算是正確的97 編寫物料平衡表，繪制物料流程圖表 物料平表（ kg/B-1） C12H25OSO3一代種子質量二種子質量三種質 量合計M1M2M3M4M5 340.13M69014.83M713

21、522.2M8M9 187.23 14042.3 9183.509014.8351020.6 867.51 65063.0 65063.0 867.51 0.19 97.15 108 設備選型8.1 設備的選擇 聚合釜容積工業(yè)化大生產(chǎn)使用問歇懸浮法聚合釜容量一般為 立方米我國已開 發(fā)出 70 立方米聚合釜樣機已在錦西化工機械廠研制成功本設計采用 76 立聚合釜采用微機 控制，提高了批次之間樹脂質量的穩(wěn)定性，且消耗定額低。傳熱方式： 傳熱能力直接影響著聚合反應的速度和生成物的質量，也影響著產(chǎn)量。在大 型聚合釜上，國外采用了體外回流冷凝器，體內增設內冷管等除熱手段。近幾年，美國古德里奇 公司又研制

22、出一種薄不銹鋼襯里聚合釜，以便提高釜壁的傳熱能力，為使薄壁能承受反應壓力， 在不銹鋼襯里與聚合釜套之間安裝了支撐內襯套的加強筋種釜的結構大大提高了聚合釜傳熱 效率，且有較好的承壓能力。攪拌方式 ： 攪拌能力是聚合釜的關鍵技術指標之一攪拌能力直接影響著傳質傳熱及 樹脂的粒態(tài)分布最終影響產(chǎn)品的質量而不同的工藝方法對攪拌的要求又不盡相同過去PVC 聚合釜大都采用平槳和折葉槳攪拌效果不甚理想著攪拌技術的不斷進步及攪拌試驗手段的 不斷提高使我們有條件為 釜配備更理想的攪拌器大量的攪拌實驗研究證明三葉后掠式 攪拌器的傳質效果好循環(huán)和剪切性能均適合于 生產(chǎn)的需要因此本設計在 PVC 生產(chǎn)中采 用三葉后掠式攪

23、拌器。干燥機： 干燥器發(fā)展迅速，主要 2 種方式, 即氣流干燥和流態(tài)化干燥。我國 PVC 工業(yè) 化生產(chǎn)最初主要用的是氣流干燥器,但是隨著聚合工藝技術的發(fā)展 聚合生產(chǎn)能力提高, 樹脂產(chǎn) 品也朝著疏松型發(fā)展, 氣流干燥器從生產(chǎn)能力和干燥效果等方面已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要 ,來 發(fā)展到氣流干燥器, 沸騰床干燥器和冷風冷卻 3 段干燥技術這樣動力消耗大, 產(chǎn)品質量不是 很好目前主要用的是旋風干燥器和臥式內加熱流化床風干燥器結構簡單 , 投資較少 目前 很多裝置都在用式內加熱流化床綜合能耗比旋風干燥器要低 主要有多室沸騰床和兩段沸騰 床 2 種。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)多室沸騰床的花板容易漏料 , 不同牌號切換時比

24、較麻煩, 且生產(chǎn)能力 有限。兩段流化床改進了, 操作穩(wěn)定性好, 易于產(chǎn)品牌號的切換, 生床的花板產(chǎn)能力較大。本設計中采用臥式內加熱流化床。離心機：對漿料進行離心脫水，得到含水量 的聚氯乙烯。PVC 生產(chǎn)過程中需要大量的 邏輯判斷和離散控制，因此本設計采用二位式控制組件，如通 /斷式二位開關閥控制各種物料的 傳輸，和二位控制的電機和泵機。氣體塔汽提技術及設備也有改進汽提塔朝著節(jié)能高效的方向發(fā)展現(xiàn)在常用的汽提塔 主要有溢流堰篩板塔和無堰篩板塔 , 有堰篩板塔傳質傳熱僅在篩板上進行 , 在板間移動時只有 傳熱沒有傳質, 而無堰篩板塔在塔內一直都在傳質, 目前傳熱此無堰篩板塔效率高于有溢流 堰的塔堰篩

25、板塔的塔盤設計也逐漸合理科學化 塔盤的厚度, 開孔率在實踐中逐漸優(yōu)化, 并 被納入設計體系中。很多無堰篩板塔塔盤是整體裝卸的 , 隨著生產(chǎn)能力的提高, 設備 整體裝卸11很不方便, 目前, 生產(chǎn)能力較大的的增大汽提塔的塔盤, 可以采用可拆卸式的塔盤提塔的塔 頂操作壓力也逐漸從微正壓操作向微負壓操作發(fā)展 使得塔頂物料沸騰溫度 , 節(jié)約了蒸汽卻 提高了單體脫出效率了強化汽提效果 漿料經(jīng)過汽提后利用重力作用進入閃蒸罐 進一步汽 提, 降溫。因此，本設計采用無堰篩板塔。8.2 主要設備選擇表 反應釜選V103BV103C設備名稱聚合釜聚合釜聚合釜設備規(guī)格1.28m3 12總結經(jīng)過三周的查閱資料，精心設計和繪圖，終于完成了設計任務，我有很多體會，設計生產(chǎn)車 間的確是一件非常不容易的事，廠房設計、生產(chǎn)工藝配方、設備生產(chǎn)能力、提高連續(xù)化、大型化 程度、提高勞動生產(chǎn)率、有關生產(chǎn)時間、合格率、廢品率、回收率等的選用等問題。還要考慮降 低能源消耗，注意保護環(huán)境，和操作及維修保養(yǎng)方便等等經(jīng)濟性問題、車