畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-年產(chǎn)10萬噸聚氯乙烯（PVC）工藝設(shè)計(jì)

摘要聚氯乙烯〔PVC〕是世界五大通用樹脂之一，其制品具有軟硬度易調(diào)控、力學(xué)性能高、耐腐蝕、電絕緣性好、透明性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)建設(shè)和人民的日常生活。聚氯乙烯現(xiàn)已成為日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一局部。聚氯乙烯的應(yīng)用前景是非常廣泛的，又因?yàn)槠涞土膬r格和優(yōu)越的性能，是人們在近十幾年到幾十年一直追捧的對象。世界聚氯乙烯與我國聚氯乙烯的供需還不平衡，我國聚氯乙烯一直處于供大于求的狀態(tài)。而且，我國有著豐富的石油冶煉資源和廣泛的人才。本設(shè)計(jì)把廠址選在西安北郊，這里有著良好的銷售渠道，便利的交通，豐富的人才市場，良好的原料來源。根據(jù)以上分析，建廠各方面條件都滿足。在生產(chǎn)十萬噸PVC產(chǎn)品中要采取相關(guān)的方法除去氯。淡鹽水脫氯工藝中其脫氯方法可分為化學(xué)法和物理法。化學(xué)法有碳素法、硫化物分解法；物理法有空氣吹除法、噴射真空法、機(jī)械真空法。目前國內(nèi)各廠家以機(jī)械真空法輔以硫化物分解法較普遍，一般簡稱為真空脫氯。因?yàn)闄C(jī)械真空法具有工藝流程相對較短、設(shè)備及儀表少等特點(diǎn)，而且采用機(jī)械真空泵形成的真空脫氯系統(tǒng)真空度高、運(yùn)行穩(wěn)定、脫氯效果好、動力消耗不大，脫氯后淡鹽水含氯在10rng／L以下，可有效節(jié)約化學(xué)法除氯所用的亞硫酸鈉，且脫出的氯氣純度高達(dá)95％以上，可并入氯氣總管回收，提高氯氣的利用率。生產(chǎn)PVC淡鹽水脫氯工藝方面，應(yīng)本著因地制宜、節(jié)能降耗的原那么設(shè)計(jì)相應(yīng)的工藝路線．以到達(dá)最正確的經(jīng)濟(jì)效果。本設(shè)計(jì)從初步設(shè)計(jì)的角度對年產(chǎn)10萬噸pvc化工廠進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果到達(dá)了設(shè)計(jì)課題的根本要求，完成了pvc的生產(chǎn)工廠的初步設(shè)計(jì)，進(jìn)行了可行性論證，完成了物料、熱量、設(shè)備等的相關(guān)計(jì)算。關(guān)鍵詞：PVC淡鹽水脫氯真空

Abstract

Polyvinylchloride(PVC)isoneoftheworld'stopfivegeneral-purposeresins,anditsproductseasytocontrolwithahardness,highmechanicalproperties,corrosionresistance,electricalinsulation,hightransparency,whichiswidelyusedinindustrialandagriculturaldevelopmentandpeople'sdailylives.PVChasbecomethedailylifeandindustrialproductionanintegralpart.PVCisaverybroadapplicationprospects,butalsobecauseofitslowpriceandsuperiorperformance,isthatpeopleinthelasttenyearstoseveraldecadeshasbeentheobjectofpursuit.WorldsupplyanddemandforPVCandPVCisalsouneveninChina,China'sPVChasbeeninastateofoversupply.Moreover,Chinaisrichinoilrefiningresourcesandawiderangeoftalent.ThedesignofthesiteselectioninthenorthernsuburbofXi'an,wherethesaleschannelhasagood,convenienttransportation,richtalentmarket,agoodsourceofrawmaterials.Basedontheaboveanalysis,constructionofvariousconditionsaremet.

ThousandtonsintheproductionofPVCproductsrelatedmethodsshouldbetakentoremovethechlorine.Dechlorinateddilutebrinedechlorinationprocesscanbedividedintoitschemicalandphysicalmethods.Chemicalmethodarecarbon,sulfidedecomposition;physicallawdivisionofairblowing,jetvacuum,mechanicalvacuummethod.Atpresent,themanufacturersofmechanicalvacuumdecompositionmethodcombinedwiththemorecommonsulphide,generallyreferredtoasvacuumdechlorination.Processbecauseofamechanicalvacuummethodisrelativelyshort,lessequipmentandinstrumentcharacteristics,andthevacuumcreatedbymechanicalvacuumpumphighvacuumdechlorinationsystem,stableoperation,dechlorinationeffect,powerconsumption,small,lightsaltwaterafterdechlorinationchlorineinthe10rng/Lbelow,canbeeffectivelyusedtosavechemicaldechlorinationsodiumsulfite,andprolapseofmorethan95%purityofchlorinegas,chlorinegasmainscanbeincorporatedintotherecoveryandimprovetheutilizationofchlorine.

DechlorinationofPVCproductionandtechnologicalaspectsofdilutebrine,shouldbebasedonlocalconditions,theprinciplesofenergysavingdesigntheappropriateprocessroute.Toachievethebesteconomicresults.Thisdesignfromtheperspectiveofthepreliminarydesignofchemicalplantwithanannualoutput100,000tonspvccomprehensivedesign,projectdesignresultsmeetthebasicrequirementsofdesign,pvccompletedthepreliminarydesignofproductionplants,carriedoutfeasibilitystudies,completedthematerials,heat,equipment,andotherrelatedcalculations.

Keywords:PVCLightsaltDechlorinationVacuum目錄摘要 IAbstract II目錄 IV1綜述 -1-1.1PVC的物理和化學(xué)性質(zhì) -1-1.2PVC的生產(chǎn)技術(shù)開展 -1-1.3產(chǎn)需情況 -2-1.4生產(chǎn)方法 -3-1．4．1懸浮聚合法 -3-1．4．2乳液聚合法 -4-1．4．3本體聚合法 -4-1．5新產(chǎn)品研制進(jìn)展 -5-1．5．1氯乙烯-醋酸乙烯共聚糊樹脂 -5-1．5．2氯化聚氯乙烯 -5-1．5．3氯化聚乙烯 -5-1．5．4輻射交聯(lián)聚氯乙烯 -6-1．5．5聚氯乙烯納米塑料 -6-1．5．6硅灰石/PVC復(fù)合材料 -7-1．6PVC樹脂的主要用途 -7-1．6．1PVC一般軟制品 -7-1．6．2PVC薄膜 -8-1．6．3PVC涂層制品 -8-1．6．4PVC泡沫制品 -8-1．6．5PVC透明片材 -8-1．6．6PVC硬板和板材 -8-1．6．7PVC其它 -9-1．7PVC的危害 -9-1．8對我國PVC開展的展望 -10-1．8．1PVC生產(chǎn)裝置向大型化開展 -10-1．8．2加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備研制與應(yīng)用 -10-1．8．3加強(qiáng)新產(chǎn)品的開發(fā) -11-1．8．4PVC制品的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù) -11-2設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 -12-2.1主要設(shè)備物料衡算 -12-計(jì)算依據(jù) -12-2．1．2脫氯塔物料衡算 -12-2．1．3換熱器物料衡算 -16-2．2主要設(shè)備熱量衡算 -17-2．2．1脫氯塔熱量衡算 -17-2．2．2換熱器熱量衡算 -18-2．3換熱器的設(shè)備選型和工藝計(jì)算 -20-2．3．1試算和初選換熱器的型號 -20-2．3．2核算總傳熱系數(shù) -21-2．3．3核算壓強(qiáng)降 -23-參考文獻(xiàn) -26-致謝 -27-1綜述1.1PVC的物理和化學(xué)性質(zhì)聚氯乙烯具有阻燃〔阻燃值為40以上〕、耐化學(xué)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(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80℃，于130℃開始分解變色，并析出HCI。具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，不溶于水、酒精、汽油，氣體、水汽滲漏性低；在常溫下可耐任何濃度的鹽酸、90%以下的硫酸、50—60%的硝酸和20%以下的燒堿溶液，具有一定的抗化學(xué)腐蝕性；對鹽類相當(dāng)穩(wěn)定，但能夠溶解于醚、酮、氯化脂肪烴和芳香烴等有機(jī)溶劑。此外，PVC的光、熱穩(wěn)定性較差，在100℃以上或經(jīng)長時間陽光暴曬，就會分解產(chǎn)生氯化氫，并進(jìn)一步自動催化分解、變色，物理機(jī)械性能迅速下降，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須參加穩(wěn)定劑以提高對熱和光的穩(wěn)定性。工業(yè)聚氯乙烯樹脂主要是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，但也包含一些結(jié)晶區(qū)域〔約５％〕，所以聚氯乙烯沒有明顯的溶點(diǎn)，約在80℃左右開始軟化，熱扭變溫度〔1.82MPa負(fù)荷下〕為70-71℃，在加壓下150℃開始流動，并開始緩慢放出氯化氫，致使聚氯乙烯變色〔由黃變紅、棕、甚至于黑色〕。硬質(zhì)聚氯乙烯〔未加增塑劑〕具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐候性和耐燃性，可以單獨(dú)用做結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬質(zhì)聚氯乙烯可以用作增強(qiáng)材料。1.2PVC的生產(chǎn)技術(shù)開展氯乙烯早在1835年就為法國v勒尼奧發(fā)現(xiàn)，用日光照射氯乙烯時生成一種白色固體，即聚氯乙烯。1914年發(fā)現(xiàn)用有機(jī)過氧化物可加速氯乙烯的聚合，1931年德國法本公司采用乳液聚合法實(shí)現(xiàn)聚氯乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)。1933年W.L.西蒙提出用高沸點(diǎn)溶劑和磷酸三甲酚酯與PVC加熱混合,可加工成軟聚氯乙烯制品,這才使PVC的實(shí)用化有真正的突破。英國卜內(nèi)門化學(xué)工業(yè)公司、美國聯(lián)合碳化物公司及固特里奇化學(xué)公司幾乎同時在1936年開發(fā)了氯乙烯的懸浮聚合及PVC的加工應(yīng)用。為了簡化生產(chǎn)工藝，降低能耗，1956年法國圣戈邦公司開發(fā)了本體聚合法。1983年，世界總消費(fèi)量約11.1Mt，總生產(chǎn)能力約17.6Mt，是僅次于聚乙烯產(chǎn)量的第二大塑料品種，約占塑料總產(chǎn)量的15％。中國自行設(shè)計(jì)的PVC生產(chǎn)裝置于1956年在遼寧錦西化工廠進(jìn)行試生產(chǎn),1958年3kt裝置正式工業(yè)化生產(chǎn)，1984年產(chǎn)量530.9kt。目前,PVC生產(chǎn)仍以乙烯氧氯化為主,但PVC生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品均在不斷研究開發(fā),生產(chǎn)技術(shù)不斷創(chuàng)新、生產(chǎn)規(guī)模大型化、產(chǎn)品高性能并取得較大進(jìn)展,主要有如下三個方面:(1)氯乙烯生產(chǎn)技術(shù)方面開發(fā)出利用不同原料生產(chǎn)氯乙烯的新工藝路線。采用價格廉價的乙烷作原料,用直接氧氯化法生產(chǎn)低本錢的氯乙烯單體,并正在設(shè)計(jì)萬噸級大型生產(chǎn)裝置;(2)PVC樹脂生產(chǎn)方面,新技術(shù)開展集中在進(jìn)一步解決聚合體系的穩(wěn)定和防粘釜問題上,改良懸浮聚氯乙烯樹脂的粒徑分布以及開發(fā)一些性能更好的PVC專用樹脂,如開發(fā)透明度更好的抗沖擊氯化聚乙烯———丙烯酸酯接枝共聚物、改良丙烯酸酯改性的PVC型材專用樹脂的生產(chǎn)方法等;(3)在聚氯乙烯加工應(yīng)用方面,現(xiàn)己研究出用聚丁烯改良PVC制品沖擊強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性新技術(shù),研制成功粘結(jié)力強(qiáng)、耐風(fēng)化性好的汽車車體防銹涂料,采用交聯(lián)PVC發(fā)泡材料生產(chǎn)出儀表盤發(fā)泡板,開發(fā)出水性PVC涂料,改良了農(nóng)膜的防霧性能,生產(chǎn)出高強(qiáng)度地板革、熱變形溫度的超韌性PVC合金等。1.3產(chǎn)需情況近年來世界PVC開展非常迅速,2001年全球PVC樹脂生產(chǎn)廠家大約有170多家,總生產(chǎn)能力為33.130Mt/a。美國生產(chǎn)能力最大,約有7.2Mt/a,其次是中國,其生產(chǎn)能力為3.9Mt/a。預(yù)計(jì)今后幾年P(guān)VC產(chǎn)品需求量將以4.0%的速度增長。預(yù)計(jì)到2005年和2021年,世界PVC需求量將分別到達(dá)31Mt/a和37Mt/a,世界PVC市場供需根本平衡。我國PVC目前主要生產(chǎn)企業(yè)有70多家,生產(chǎn)能力為485t/a,占世界PVC總產(chǎn)能的14.26%。0.12Mt/a以上企業(yè)有10家,總產(chǎn)能為2.11Mt/a,占總生產(chǎn)能力54.1%。目前我國PVC生產(chǎn)工藝路線,采用石油路線的PVC生產(chǎn)能力占全國總產(chǎn)能的22.5%,用進(jìn)口二氯乙烷和氯乙烯單體生產(chǎn)能力占21.5%,以電石為原料的生產(chǎn)能力占56%。除少數(shù)大型PVC裝置引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備以外,總體水平與國外有較大的差距。我國1995年P(guān)VC產(chǎn)量為1374kt,2002年為3.3887Mt,表觀消費(fèi)量由1995年186.9萬t上升到2002年5.6Mt,年均增長率為22.18%。2003年產(chǎn)量3.5Mt,增幅13%,成為全球PVC消費(fèi)增長最快的國家。我國PVC主要應(yīng)用于建材行業(yè),預(yù)計(jì)到2021年各種PVC建材重點(diǎn)產(chǎn)品消費(fèi)PVC將在200年根底上翻兩番,到達(dá)2.1-2.2Mt。我國現(xiàn)有PVC型材生產(chǎn)企業(yè)300多家,管材生產(chǎn)企業(yè)約40多家。從1997年到2001年底,我國異型材生產(chǎn)線從1500多條增加到2500多條以上,總生產(chǎn)能力達(dá)1.35-1.4Mt/a。我國塑料異型材和門窗行業(yè)已具有一定規(guī)模,年產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過200萬t,2002年產(chǎn)量突破1Mt、門窗達(dá)1.3億m2以上,占門窗總量的40%-50%。PVC制品也是我國汽車用塑料的主要品種之一,依不同車型、不同應(yīng)用特點(diǎn),PVC單車用量為1-34kg。以桑塔納轎車為例,每輛使用PVC11.77kg,占車用塑料總量的16%,預(yù)計(jì)到2005年汽車需要PVC360kt以上。家用電器,如彩電、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等對PVC需求量都很大。由于市場需求,預(yù)計(jì)2003年到2005年我國將新增PVC產(chǎn)能0.2Mt,總生產(chǎn)能力將到達(dá)6.6Mt/a。2005-2021年我國PVC產(chǎn)能將到達(dá)9.1Mt/a,2005年P(guān)VC需求量為8.7Mt,將超過美國,2021年將到達(dá)10Mt產(chǎn)需根本平衡。1.4生產(chǎn)方法PVC的生產(chǎn)方法有懸浮聚合法、乳液聚合法和本體聚合法，以懸浮聚合法為主，約占PVC總產(chǎn)量的80％左右。此外,還有用微懸浮法生產(chǎn)PVC糊用樹脂，產(chǎn)品性能和成糊性均好。1．4．1懸浮聚合法使單體呈微滴狀懸浮分散于水相中，選用的油溶性引發(fā)劑那么溶于單體中，聚合反響就在這些微滴中進(jìn)行，聚合反響熱及時被水吸收，為了保證這些微滴在水中呈珠狀分散，需要參加懸浮穩(wěn)定劑，如明膠、聚乙烯醇、甲基纖維素、羥乙基纖維素等。引發(fā)劑多采用有機(jī)過氧化物和偶氮化合物，如過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環(huán)己酯、過氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二異庚腈、偶氮二異丁腈等。聚合是在帶有攪拌器的聚合釜中進(jìn)行的。聚合后，物料流入單體回收罐或汽提塔內(nèi)回收單體。然后流入混合釜，水洗再離心脫水、枯燥即得樹脂成品。氯乙烯單體應(yīng)盡可能從樹脂中抽除。作食品包裝用的PVC，游離單體含量應(yīng)控制在1ppm以下。聚合時為保證獲得規(guī)定的分子量和分子量分布范圍的樹脂并防止爆聚，必須控制好聚合過程的溫度和壓力。樹脂的粒度和粒度分布那么由攪拌速度和懸浮穩(wěn)定劑的選擇與用量控制。樹脂的質(zhì)量以粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表觀密度、孔隙度、魚眼、熱穩(wěn)定性、色澤、雜質(zhì)含量及粉末自由流動性等性能來表征。聚合反響釜是主要設(shè)備，由鋼制釜體內(nèi)襯不銹鋼或搪瓷制成，裝有攪拌器和控制溫度的傳熱夾套，或內(nèi)冷排管、回流冷凝器等。為了降低生產(chǎn)本錢，反響釜的容積已由幾立方米、十幾立方米逐漸向大型化開展,最大已到達(dá)200m3。以聚乙烯醇和纖維素醚類等為懸浮穩(wěn)定劑制得的PVC一般較疏松，孔隙多，外表積大，容易吸收增塑劑和塑化。1．4．2乳液聚合法最早的工業(yè)生產(chǎn)PVC的一種方法。在乳液聚合中，除水和氯乙烯單體外，還要參加烷基磺酸鈉等外表活性劑作乳化劑，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-復(fù)原〞引發(fā)體系,聚合歷程和懸浮法不同。也有參加聚乙烯醇作乳化穩(wěn)定劑，十二烷基硫醇作調(diào)節(jié)劑，碳酸氫鈉作緩沖劑的。聚合方法有間歇法、半連續(xù)法和連續(xù)法三種。聚合產(chǎn)物為乳膠狀，乳液粒徑0.05～2μm,可以直接應(yīng)用或經(jīng)噴霧枯燥成粉狀樹脂。乳液聚合法的聚合周期短，較易控制,得到的樹脂分子量高,聚合度較均勻，適用于作聚氯乙烯糊，制人造革或浸漬制品。乳液法聚合的配方復(fù)雜，產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高。1．4．3本體聚合法聚合裝置比擬特殊，主要由立式預(yù)聚合釜和帶框式攪拌器的臥式聚合釜構(gòu)成。聚合分兩段進(jìn)行。單體和引發(fā)劑先在預(yù)聚合釜中預(yù)聚1h，生成種子粒子，這時轉(zhuǎn)化率達(dá)8％～10％，然后流入第二段聚合釜中，補(bǔ)加與預(yù)聚物等量的單體，繼續(xù)聚合。待轉(zhuǎn)化率達(dá)85％～90％，排出剩余單體，再經(jīng)粉碎、過篩即得成品。樹脂的粒徑與粒形由攪拌速度控制，反響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)本錢也較低。1．5新產(chǎn)品研制進(jìn)展1．5．1氯乙烯-醋酸乙烯共聚糊樹脂氯乙烯-醋酸乙烯共聚糊樹脂最近在沈陽化工股份研制成功。目前,應(yīng)用這一技術(shù)生產(chǎn)的該樹脂有汽車塑熔專用樹脂、油墨專用樹脂、地毯膠粘劑專用樹脂和柵布專用樹脂等4個牌號,其生產(chǎn)能力為2000t/a。該產(chǎn)品是降低加工溫度、提高塑化速度、改變制品性能的重要附加材料,主要應(yīng)用于PVC質(zhì)材的汽車塑熔膠、高質(zhì)地膠粘劑、印花油墨、全塑輸送帶、熱敏織物涂層和搪塑、化學(xué)發(fā)泡制品等行業(yè)。1．5．2氯化聚氯乙烯氯化聚氯乙烯(CPVC)是由PVC進(jìn)一步氯化后制得。PVC氯化后,其氯含量由原來的56.7%上升到63%-68%,使PVC樹脂的物理機(jī)械性能、耐熱性、耐候性、耐腐蝕性及阻燃性等均較PVC有顯著提高,其耐熱性能比PVC高20%-40%。CPVC廣泛應(yīng)用于化工腐蝕設(shè)備、管道、原油輸送管材、電子電器產(chǎn)品的包裝、高壓電器輸送電纜護(hù)管等領(lǐng)域。1．5．3氯化聚乙烯淮坊亞星集團(tuán)在上世紀(jì)80年代引進(jìn)德車赫司特公司技術(shù)建成了國內(nèi)首套氯化聚乙烯(CPE)裝置。該公司通過對CPE裝置的屢次技術(shù)改造開發(fā)出亞星公司“CPE生產(chǎn)技術(shù)及裝置開發(fā)〞技術(shù),實(shí)現(xiàn)了裝置大型化、產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)自動化,擁有了新的CPE成套技術(shù)和與之配套的大型化裝備。亞星公司主要創(chuàng)新成果有:建立了以鹽酸和多種助劑等為介質(zhì)的新水溶液反響體系,通過調(diào)整反響介質(zhì)濃度、分散劑體系和引發(fā)劑的配比等工藝參數(shù),可靈活開發(fā)市場所需的新產(chǎn)品,目前CPE品種已由原來5個開展到17個;將CPE生產(chǎn)的氯化反響釜體積提高到40m3,解決了我國長期存在單釜產(chǎn)率低的問題,節(jié)能降耗顯著;成功設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)獨(dú)特的分體式攪拌器、新型釜測定系統(tǒng)、搪瓷監(jiān)測系統(tǒng)等,對過濾機(jī)、離心機(jī)、枯燥器、尾氣洗滌器等重要關(guān)鍵配套設(shè)備進(jìn)行了全面更新改造,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的完整的大型CPE生產(chǎn)系統(tǒng);自主開發(fā)成功適合新反響體系的控制軟件,在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了對原料準(zhǔn)備、反響體系調(diào)整、氯化、過濾別離、枯燥研磨、涂敷包裝等7個單元的工藝流程控制,其核心局部———氯化反響控制軟件包可根據(jù)產(chǎn)品配方、工藝參數(shù)等靈活調(diào)整,使生產(chǎn)過程更穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量更好。1．5．4輻射交聯(lián)聚氯乙烯上海氯堿公司開發(fā)成功高性能輻射交聯(lián)PVC樹脂,其性能到達(dá)國際先進(jìn)水平。其產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于人造衛(wèi)星、太空飛船、核工業(yè)等高科技領(lǐng)域。潘祥江等人,以三羥甲基丙烷三丙烯酸酯單體為交聯(lián)敏化劑,采用電子束對PVC與丁腈橡膠(NBR)的共混膠進(jìn)行輻照改性。結(jié)果說明,對增塑PVC/NBR共混膠進(jìn)行輻照改良,可大大提高共混膠的力學(xué)性能及耐熱性能。這種共混膠廣泛應(yīng)用于電線電纜護(hù)套、汽車防水條及密封件、耐油制品等方面。1．5．5聚氯乙烯納米塑料目前,PVC納米塑料主要采用共混法和原位聚合法來制備。在PVC中常用的納米無機(jī)填料主要有SiO2和CaCO3。PVC納米塑料的研制和應(yīng)用處于起步階段。太原化工集團(tuán)化工廠與浙江杭州華納化工合作,通過納米CaCO3與氯乙烯單體的原位聚合新工藝,研制開發(fā)并生產(chǎn)納米CaCO3原位聚合的復(fù)合PVC樹脂,大幅度提高了PVC材料的性能。用這種納米材料復(fù)合PVC樹脂制成的板材和管材,經(jīng)測試,其板材抗沖擊強(qiáng)度比普通PVC提高2-4倍,納米PVC管材(硬質(zhì))的拉伸屈服強(qiáng)度提高76.9%,芯層發(fā)泡管材單位管長使用樹脂量降低7%-8%。韓和良等人成功開發(fā)了一種聚合級納米CaCO3微乳化體系可直接用于氯乙烯(VCM)的原位聚合。當(dāng)體系與VCM比例在3%-5%時,所得PVC-SG5型樹脂白度為86、表觀密度0.59g/mL,吸油率到達(dá)25%左右,PVC樹脂加工流變性能比傳統(tǒng)產(chǎn)品有大幅度提高,制品沖擊性能增加2-4倍,該技術(shù)解決了納米微乳化體系的穩(wěn)定性問題,己先后在我國20000t/aPVC生產(chǎn)裝置和60000t/aPVC生產(chǎn)裝置上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。濟(jì)南大學(xué)李良波等研制成功具有殺菌作用的納米PVC材料。這種納米抗菌PVC材料可將附著在PVC材料上的細(xì)菌殺死,或抑制其繁殖與生產(chǎn)。該材料的平均殺菌率在98%以上。山東蓬萊正業(yè)開展通過在普通PVC塑料中添加少量納米SiO2后,生產(chǎn)出來的塑料門窗其硬度、光潔度和抗老性能均大幅度提高,綜合性能到達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。大連理工大學(xué)正在研究將納米CaCO3參加PVC加工塑料門窗,填充量可達(dá)30%。據(jù)了解,在日本填充量已達(dá)50%。納米CaCO3的本錢只有PVC樹脂的1/2,用它作塑料填充劑和增強(qiáng)劑可減少PVC樹脂用量,大大降低本錢,而且制品的拉伸強(qiáng)度、極限伸長率等性能指標(biāo)均有所提高。同時,納米CaCO3可提高塑料加工的流變性和擠出速度,改善塑料加工性能。新疆新泰化學(xué)股份研制開發(fā)成功納米PVC管材,目前已形成50000t/a的生產(chǎn)能力,占到全國此產(chǎn)品生產(chǎn)能力的44%。納米PVC管材的抗老化、抗沖擊強(qiáng)度等指標(biāo)明顯優(yōu)于普通的PVC管,其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于城市排水、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉及建筑行業(yè)。應(yīng)建波等人研究了不同形態(tài)的納米CaCO3粒子和一種普通CaCO3粒子填充PVC復(fù)合材料的制備和性能。結(jié)果說明,參加一定量CaCO3可以提高PVC/CaCO3復(fù)合材料的力學(xué)性能,納米級CaCO3填充的PVC復(fù)合材料性能優(yōu)于普通輕質(zhì)CaCO3體系;立方納米CaCO3填充的PVC復(fù)合材料的綜合性能稍優(yōu)于片狀納米CaCO3填充的PVC復(fù)合材料;隨著CaCO3參加,PVC/CaCO3體系的塑化時間先增加后縮短,而且,納米CaCO3填充的PVC復(fù)合材料的塑化時間比普通輕質(zhì)CaCO3體系短。1．5．6硅灰石/PVC復(fù)合材料硅灰石是一種天然短纖維新型礦物,一般是針狀或放射狀、不含結(jié)晶水、熔點(diǎn)高、吸濕性小,熱穩(wěn)定性好、外表不易劃傷等優(yōu)點(diǎn)。用硅灰石填充PVC,使之具有快速分散性和低的粘度,這對于PVC進(jìn)行增強(qiáng)、增韌改造,開發(fā)高強(qiáng)、高韌的PVC/硅灰石復(fù)合材料有重要意義。1．6PVC樹脂的主要用途1．6．1PVC一般軟制品利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機(jī)配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。1．6．2PVC薄膜PVC與添加劑混合、塑化后，利用三輥或四輥壓延機(jī)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。1．6．3PVC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℃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。無襯底的人造革那么是直接由壓延機(jī)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。1．6．4PVC泡沫制品軟質(zhì)PVC混煉時，參加適量的發(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(jī)根底成低發(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。1．6．5PVC透明片材PVC中加沖擊改性劑和有機(jī)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。1．6．6PVC硬板和板材PVC中參加穩(wěn)定劑、潤滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機(jī)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(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。1．6．7PVC其它門窗有硬質(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。PVC〔PermanentVirtualCircuit〕永久虛電路：兩臺計(jì)算機(jī)通過面向連接網(wǎng)絡(luò)的連接。PVC能經(jīng)受計(jì)算機(jī)的重新自舉或電源的波動，從這個意義上說它是永久的；PVC是虛擬的，因?yàn)樗菍⒙窂椒旁诼酚杀碇校皇墙⑽锢磉B接。虛電路是分組交換網(wǎng)絡(luò)提供的效勞之一(另一種是數(shù)據(jù)報(bào)效勞)，簡單地說，就是通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的控制機(jī)制，在用戶主機(jī)之間建立虛擬的邏輯連接，并且保證在其上傳送信包的正確性和順序性，通信前后要進(jìn)行虛電路的建立和撤除。永久虛電路是一種在網(wǎng)絡(luò)初始化時建立的虛電路，并且該虛電路一直保持。X.25網(wǎng)絡(luò)和B-ISDN都提供PVC效勞。1．7PVC的危害常規(guī)的PVC等材料的電線電纜是相當(dāng)嚴(yán)重的污染源。在制造、使用及廢棄處理時，都會產(chǎn)生大量的二惡英、鹵氫酸、鉛等有害物質(zhì)；PVC材料燃燒時會發(fā)生很大的濃煙，并產(chǎn)生有害的HCL氣體；而且大局部PVC材料中含有Pb〔鉛〕、Cd〔鎘〕等〔用作電纜穩(wěn)定劑〕多種有害重金屬，會對人體健康造成一定的危害；燃燒或掩埋后，會造成對土壤和水源的污染。由于一次性醫(yī)療器械產(chǎn)品大多采用醫(yī)用級聚氯乙烯〔PVC〕或聚碳酸酯〔PC〕，而PVC加工過程中的熱分解物對鋼材有較強(qiáng)的腐蝕性，PC那么硬度高，粘性大，因而對塑化局部的零部件材質(zhì)要求必須是能抗腐蝕、抗磨損而且有較高的拋光性能。目前大多數(shù)醫(yī)用注塑機(jī)采用機(jī)筒螺桿鍍硬鉻的方法或者采用不銹鋼為材料制作機(jī)簡螺桿以到達(dá)上述特殊要求。另外，為了防止PVC加工過程中熱分解產(chǎn)生氣體，要求對動定模板外表進(jìn)行鍍鋁處理，而且對外圍板金也進(jìn)行鍍鋁處理或者采用不銹鋼板制作板金，板金拼縫采用無毒硅膠進(jìn)行密封，以防塑料加工過程中產(chǎn)生的氣體跑到外面〔塑料加工過程中產(chǎn)生的氣體可通過專用設(shè)備進(jìn)行集中收集再經(jīng)過凈化處理方可排入大氣中〕。聚氯乙烯也是經(jīng)常使用的一種塑料，它是由聚氯乙烯樹脂、增塑劑和防老劑組成的樹脂，本身并無毒性。但所添加的增塑劑、防老劑等主要輔料有毒性，日用聚氯乙烯塑料中的增塑劑，主要使用對苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯等，這些化學(xué)品都有毒性，聚氯乙烯的防老劑硬脂酸鉛鹽也是有毒的。含鉛鹽防老劑的聚氯乙烯(PVC)制品和乙醇、乙醚及其他溶劑接觸會析出鉛。含鉛鹽的聚氯乙烯用作食品包裝與油條、炸糕、炸魚、熟肉類制品、蛋糕點(diǎn)心類食品相遇，就會使鉛分子擴(kuò)散到油脂中去，所以不能使用聚氯乙烯塑料袋盛裝食品，尤其不能盛裝含油類的食品。另外，聚氯乙烯塑料制品在較高溫度下，如50℃左右就會慢慢地分解出氯化氫氣體，這種氣體對人體有害，因此聚氯乙烯制品不宜作為食品的包裝物。電木(酚醛塑料)含有游離苯酚和甲醛，對人體有一定毒性，不適合存放食品和作食品包裝。電玉(尿醛塑料)雖然無嗅無味，但在100℃沸水中或用作盛放醋類食品時，會有游離甲醛析出，對人體有害，所以也不適于作為食具或食品包裝。廢舊塑料(有的可能添加少許新料)的更新品，因其成分復(fù)雜，很難保證不帶有毒性，故一般也不可用來作為食品盛具和包裝物。1．8對我國PVC開展的展望1．8．1PVC生產(chǎn)裝置向大型化開展我國現(xiàn)有80%以上的PVC生產(chǎn)廠家仍在使用小釜、生產(chǎn)規(guī)模小,沒有規(guī)模效益,平均生產(chǎn)能力僅5萬t/a,超過1萬t/aPVC的僅10家,而國外平均生產(chǎn)能力15萬t/a。我們應(yīng)該利用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),建世界級的經(jīng)濟(jì)規(guī)模PVC生產(chǎn)裝置,提高市場競爭能力。1．8．2加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備研制與應(yīng)用信越公司和OxyVinyls公司等擁有領(lǐng)先的PVC生產(chǎn)技術(shù),Adent、窒素、歐洲乙烯和東曹公司等也有PVC生產(chǎn)專利技術(shù)。先進(jìn)的PVC生產(chǎn)技術(shù)普遍采用大釜技術(shù)和防黏釜工藝。目前,世界興旺國家對聚合釜容積的要求有逐步加大的趨勢,根本上70m3以下的聚合釜己在淘汰之列。美國現(xiàn)行PVC生產(chǎn)聚合釜容積都在70-135m3,日本聚合釜容積在150m3左右,德國己成功地開發(fā)出200m3多用途的大型聚合釜。相比之下,我國80%以上PVC生產(chǎn)廠家的聚合釜容積在30m3以下,很少采用70以上的大型聚合釜。錦化化工集團(tuán)公司自行開發(fā)了70.5m3聚合釜,并首家將70.5m3聚合釜整套生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。由此可見,我國普遍使用聚合釜容積僅為國外的1/5-1/7,這種生產(chǎn)規(guī)模很難獲得良好經(jīng)濟(jì)效益。因此,應(yīng)組織力量,開發(fā)大型聚合釜。1．8．3加強(qiáng)新產(chǎn)品的開發(fā)我國PVC生產(chǎn)主要采用懸浮法和乳液法,品種僅為國外牌號的1/20左右,產(chǎn)品附加值低、適應(yīng)性差。興旺國家PVC樹脂品種牌號很多,西歐有800多個,日本有600多個,美國有300多個,且每個PVC生產(chǎn)公司都擁有幾百種牌號,如日本信越化學(xué)公司就有348種。因此,我國PVC產(chǎn)品應(yīng)向精細(xì)化、專用化和系列化方向開展,尤其是高性能、功能性、專用性、合金化等PVC樹脂研制開發(fā),如PVC與EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)、丙烯酸酯等的共聚物、超高相對分子質(zhì)量PVC、超細(xì)粉末PVC樹脂等,以滿足國內(nèi)市場需求。1．8．4PVC制品的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)在西歐,每年大約有1.5Mt的PVC用于制作管材,主要用作輸水管,是最大的PVC市場,約占PVC材料60%。如今用于污水排放管的芯層發(fā)泡管內(nèi)徑超過500mm。2002年,西歐擠出型材消費(fèi)量為1.3Mt,其中約有50%用于制造高強(qiáng)度塑鋼門窗。PVC改性方面,有PVC接枝共聚物、PMMA及丙烯酸酯改性。德國PVC接枝共聚物的消費(fèi)量在0.2Mt/a以上,占?xì)W洲首位。糊狀樹脂加工應(yīng)用及改性,針對糊黏度下沉問題,在投用橡膠稀釋劑過程中,使用了約30μm的PVC均聚物或聚乙烯共聚物,或者是醋酸乙烯共聚物。西歐糊狀PVC樹脂的加工量為0.6Mt/a,其改性工作及專用料研究十分重視。我國應(yīng)加強(qiáng)加工技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的研究,生產(chǎn)高性能的PVC制品。2設(shè)計(jì)工藝計(jì)算2.1主要設(shè)備物料衡算 計(jì)算依據(jù)本人設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬噸PVC，根據(jù)西部聚氯乙烯有限責(zé)任公司的年產(chǎn)量。在產(chǎn)10萬噸PVC同時，課生產(chǎn)8.33萬噸燒堿。所以本設(shè)計(jì)按8.33萬噸燒堿進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)查西部氯堿廠的電解原料生產(chǎn)氫氧化鈉〔NaOH〕，工業(yè)數(shù)據(jù)查NaOHGB/T1919-94可知固體I類優(yōu)等品NaOH的含量為≥94.0%，除掉檢修等時間的浪費(fèi)，按每年實(shí)際生產(chǎn)時間為8000小時。本設(shè)計(jì)計(jì)算是以西部氯堿廠目前燒堿裝置的年產(chǎn)量為基準(zhǔn)，生產(chǎn)8.33萬噸/年98%離子膜NaOH，其生產(chǎn)純NaOH的量為：8.33×104×103×98.0%/〔40×8000〕=255.11kmol/h.2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑由此反響方程式可知理論所需NaCl為：255.11kmol/h.2．1．2脫氯塔物料衡算 F2脫氯塔F1脫氯塔F2F3圖2-1脫氯塔物料衡算系統(tǒng)脫氯塔物料衡算：入塔淡鹽水組成：NaCl：14909.38kg/hH2O：66998.38kg/hCl2:60kg/hHCl:54.75kg/h其他條件：表2-1加酸前物料參數(shù)Nacl含量18.18%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕Cl2含量796mg/L[H+]0.02mol/LpH1.0密度1095kg/m3流量90m3/h溫度85℃SO42-5.23g/L表2-2脫氯塔的物性參數(shù)物質(zhì)含量〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕密度kg/m3溫度℃HCl31%115325NaCl8%107625NaoH30%132525脫氯塔出口淡鹽水氯氣含量50mg/L脫氯系統(tǒng)操作壓力26.66kPa塔內(nèi)pH不僅與[H+]有關(guān)，而且與SO42-有關(guān)。認(rèn)為參加HCl后SO42-不變，那么當(dāng)pH=1時，由下表推知[H+]的濃度。表2-3SO42-離子一定時，淡鹽水H+濃度和pH值對應(yīng)關(guān)系表[H+]mol/L0.10.0550.010.00550.001[SO42-]1.0g/L時，pH值1.01.66[SO42-]10.0g/L時，pH值1.542.32.853.54.17不含[SO42-]和氯氣時，pH值1.01.262.02.263.0由表得[H+]=0.115.那么加酸后HCl的量為原量的0.115/0.02=5.75倍。參加HCl為：54.75×〔5.75-1〕=260.06kg/h隨31%鹽酸參加的H2O為：kg/h那么參加酸的總量為：260.06+665.52=925.58kg/h加酸流量為：=0.80m3/h那么加酸后淡鹽水組成為：NaCl：14909.38kg/hH2O：66998.38kg/hCl2:60kg/hHCl:314.48kg/h表2-4加酸后淡鹽水的參數(shù)Nacl含量18.12%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕Cl2含量788mg/L[H+]0.113mol/LpH1.05密度1095kg/m3流量91.375m3/h溫度84.3℃SO42-5.18g/L脫氯塔出口氣相的計(jì)算:氯氣冷卻器出口氣相的計(jì)算:氯氣冷卻器出口氯氣溫度較低,水蒸氣分壓較低。所以,換熱器出口水量很小,因此,出脫氯塔淡鹽水流量無明顯減少,認(rèn)為出脫氯塔淡鹽水流量與上述加酸后淡鹽水流量相同,即91.375m3/h。脫氯塔淡鹽水中氯氣量：91.375×0.05=4.57kg/h那么氯氣冷卻器出口氯氣中Cl2含量為：60-4.57=55.43kg/h40℃水的飽和蒸汽壓為:7.37kPa那么氯氣分壓為：26.66-7.37=19.29kPa因此，YH2O=0.27655YCl2=0.72345那么氯氣冷卻器出口氯氣組成如下：H2O：21.19kg/hCl2:55.43kg/h總計(jì):76.62kg/h2.氯氣冷卻器出口液相的計(jì)算：假設(shè)氯氣冷卻器出口氯水物料中水量為2000kg/h。氯氣冷卻器出口氯水同氯氣冷卻器出口氯氣呈氣液平衡,得：PCl2=19.29kPa查40℃,PCl2=19.29kPa時,Cl2在水中溶解度為：0.172kgCl2/100kg水那么氯氣冷卻器出口液相中Cl2為：2000×0.00172=3.44kg/h那么氯氣冷卻器出口液相組成為：H2O：2000kg/hCl2:3.44kg/h總計(jì):2003.44kg/h脫氯塔出口氣相組成：H2O：2021.19kg/hCl2:58.87kg/h總計(jì):2080.06kg/h脫氯塔物料衡算數(shù)據(jù)：表2-5脫氯塔物料衡算數(shù)進(jìn)口液相kg/h出口氣相kg/h出口液相kg/hNaCl：14909.38H2O：2021.19NaCl：14909.38H2O：66998.38Cl258.87H2O64977.19Cl2:60Cl21.13HCl:314.81HCl314.81總計(jì)：82282.57kg/h總計(jì)：2080.06總計(jì):80202.51kg/hNacl含量:18.12%Nacl含量:18.59%2．1．3換熱器物料衡算換熱器物料衡算數(shù)據(jù)：表2-6換熱器物料衡算數(shù)據(jù)進(jìn)口液相kg/h出口氣相kg/h出口液相kg/hH2O：2021.19Cl2:58.87H2O：2000Cl2：3.44H2O：21.19Cl2：55.43總計(jì)：2080.06kg/h總計(jì)：2003.44kg/h總計(jì):76.62kg/h2．2主要設(shè)備熱量衡算2．2．1脫氯塔熱量衡算 F2脫氯塔F1脫氯塔F2F3圖2-2脫氯塔熱量衡算系統(tǒng)表2-7水的標(biāo)準(zhǔn)焓值、氯氣標(biāo)準(zhǔn)焓值溫度℃物質(zhì)15204045658085H2OkJ/kg65.97(l)83.676(l)167.5(l)2577.8(g)272.06(l)2642.3(g)2651.1(g)Cl2kCal/kg164.70165.04166.23166.48167.24167.47168.25NaCl焓值為-411.0kJ/mol=-7025.641kJ/kgHCl焓值為-92.307kJ/mol=-2528.959kJ/kg能量衡算式:△H=∑H出-∑H入(1)ΔH1=∑m1,i×h1,i≈m1，1×h1,1+m1,2×h1,2+m1，3×h1,3+m1,4×h1,4=14909.38×〔-7025.641〕+66998.38×2651.1+60×168.25×4.1868+314.81×〔-2528.959〕=72117577.97kJ/h(2)ΔH2=∑m2,i×h2,i≈m2,1×h2,1+m2,2×h2,2=2021.19×2642.3+58.87×167.47×4.1868=5381867.826kJ/h(3)ΔH3=∑m3,i×h3,i≈m3,1×h3,1+m3,2×h3,2+m3，3×h3,3+m3，4×h3,4=14909.38×〔-7025.641〕+64977.19×2642.3+1.13×167.47×4.1868+314.81×〔-2528.959〕=66145928.46kJ/hQ=ΔH2+ΔH3-ΔH1=5381867.82+66145928.46-72117577.97=589781.684kJ/h表2-8脫氯塔的能量衡算數(shù)據(jù)入塔kJ/h出塔kJ/hΔH1：72117577.97總計(jì)：72117577.97ΔH2：5381867.826ΔH3：66145928.46總計(jì)：71527796.29說明：脫氯塔損失的熱量為：Q=ΔH=ΔH2+ΔH3-ΔH1=-589781.684kJ/h2．2．2換熱器熱量衡算 F2換熱器F1換熱器 F4F2F5F3圖2-3換熱器熱量衡算系統(tǒng)能量衡算式:△H=∑H出-∑H入(1)ΔH1=∑m1,i×h1,i≈m1，1×h1,1+m1,2×h1,2=58.87×167.47×4.1868+2021.19×2642.3=5381867.826kJ/h(2)ΔH2=∑m2,i×h2,i≈m2,1×h2,1+m2,2×h2,2=2000×167.57+3.44×166.23×4.1868=337534.143kJ/h(3)ΔH3=∑m3,i×h3,i≈m3,1×h3,1+m3,2×h3,2=55.43×166.23×4.1868+21.19×2568.6=93006.349kJ/hQ1=ΔH1-ΔH2-ΔH3=5402357.098-337534.143+113096.512=4951327.334kJ/hWc===118623.079kg/hΔH4=118623.079×125.375=14872368.53kJ/hΔH5=118623.079×83.676=9925904.758kJ/hQ2=ΔH4-ΔH5=14872368.53-9925904.758=4946463.772kJ/hQ=Q1-Q2=4951327.334-4946463.772=4863.562kJ/h表2-9換熱器的能量衡算數(shù)據(jù)入塔kJ/h出塔kJ/hΔH1：5381867.826ΔH5：9925904.758總計(jì)：15307772.58ΔH2：337534.143ΔH3：93006.349ΔH4：14872368.53總計(jì)：15302909.02說明：換熱器損失的熱量為：Q=ΔH=Q1-Q2=4951327.334-4946463.772=4863.562kJ/h2．3換熱器的設(shè)備選型和工藝計(jì)算根據(jù)兩相的情況，混合氣溫度高并且被冷卻為兩相，那么混合氣走殼程，冷卻水走管程. F2換熱器F1換熱器 F4F2F5F3圖2-4塔換熱器簡圖熱流體的定性溫度:60℃冷卻水的定性溫度：==25℃表2-10定性溫度下流體的物性參數(shù)參數(shù)物質(zhì)密度kg/m3比熱容kJ/kg·℃粘度mPa·s導(dǎo)熱系數(shù)w/(m2·℃)混合氣3.434.3060.0120.0092冷卻水997.04.1740.90280.60822．3．1試算和初選換熱器的型號〔1〕計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量Q=Wh×Cph×(T1－T2)=×4.306×103×(80-40)=99519.32w那么Wc===2.38kg/s(2)計(jì)算兩流體的平均溫度差〔先按單殼程、多管程、逆流計(jì)算〕Δtmˊ===32.7℃校正系數(shù)P===0.17R===4查文獻(xiàn)可得Δt=0.92，那么Δtm=Δt×Δtmˊ=0.92×32.7=30.08℃〔3〕初選換熱器的型號根據(jù)兩流體的情況，一般傳熱系數(shù)K取35～175w/〔㎡·℃〕.假設(shè)總傳熱系數(shù)K=98w/〔㎡·℃〕那么換熱面積A===33.76㎡Tm－tm=－=35℃<50℃，不需考慮熱補(bǔ)償.據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中選定G500Ⅳ-2.5-35型換熱器有關(guān)參數(shù)見表4-2表2-11所選換熱器相關(guān)參數(shù)殼徑/mm500管子尺寸φ25×2.5公稱壓強(qiáng)/MPa2.5管長/m3公稱面積/㎡35管子數(shù)152管程數(shù)6管子排列方法正三角形實(shí)際傳熱面積S=nπdL=152×3.14×0.025×3=35.80㎡假設(shè)選擇該型號的換熱器，那么要求過程的總傳熱系數(shù)為K===92.42w/〔㎡·℃〕2．3．2核算總傳熱系數(shù)〔1〕管程對流傳熱系數(shù)αi計(jì)算公式αi=0.0023Re0.8×Pr0.4(適用范圍Re>104,0.7<Pr<120,L/di>60)管程流通截面積:A=×di2×=×0.022×=0.0080㎡L/di=3/0.02=150>60ui===0.30m/sRei===6626.05Pri===6.19αi=0.023××(6626.05)0.8×(6.19)0.4=1653.58w/(㎡·℃)〔2〕殼程傳熱系數(shù)αo計(jì)算公式：αo=0.36()0.55()1/3()0.14〔適用范圍：Re=2×103～1×106〕取換熱器列管的中心距:t=32mm,折流擋板間距:h=0.15m,那么流體通過管間最大截面積為:A=hD(1－)=0.15×0.5(1－)=0.0164㎡uo===10.27m/sde===0.02mReo===58710.2Pro===5.61殼程中混合氣被冷卻，取()0.14=1.0.αo=0.36()×(58710.2)0.55×(5.61)1/3×1.0=121.15w/(㎡·℃)〔3〕污垢熱阻根據(jù)流體的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)墓笇訜嶙鑂so、Rsi，由Rso、Rsi、αi、αo、計(jì)算傳熱系數(shù)K計(jì)，再由傳熱根本方程計(jì)算所需傳熱面積A計(jì)，當(dāng)此傳熱面積小于初選換器所具有的傳熱熱面積A，那么原那么上計(jì)算可行.考慮到所用傳熱計(jì)算式的準(zhǔn)確程度及其它為可預(yù)料的因素，應(yīng)使選用換熱器傳熱面積留有15%-25%的裕度，使A/A計(jì)=1.15-1.25.否那么需要重新估計(jì)一個K估，重新以上計(jì)算.在本設(shè)計(jì)中取Rso=Rsi=0.000172㎡·℃/