16700噸年P(guān)VC懸浮聚合工藝的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、16700 噸 /年 PVC 懸浮聚合工藝設(shè)計(jì)摘 要【本設(shè)計(jì)是懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯（年產(chǎn) 16700 萬(wàn)噸）的工藝初步設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙兩部分。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)主要包括聚氯乙烯概述、制聚氯乙烯工藝方案的選擇論證、懸浮法制聚氯乙烯的流程說(shuō)明、工藝流程中助劑的選擇及相關(guān)設(shè)備的選型等容，對(duì)懸浮法的工藝流程有一個(gè)較為詳細(xì)的描述。設(shè)計(jì)圖紙則包括工藝流程圖?！筷P(guān)鍵詞：懸浮法 ;聚氯乙烯 ;工藝流程說(shuō)明Design of 16700 tons PVC suspension polymerization processABSTRACT【The design for the 16700 tons of

2、 PVC polymerization process design throughout the design file is composed by two parts of the design specification and design drawings. In the design manual, a brief introduction of PVC production status, development trends, performance, and the main purposes highlighted by suspension polymerization

3、 as the polymerization process production methods. In the design process, according to the requirements of the design task book to conduct a more detailed material balance and heat balance and the the polymerizer calculation process calculation and selection of equipment, a simple techno-economic ev

4、aluation of the entire device . Drawing of the design drawings, design drawings including process flow diagram of the polymerization reactor assembly drawing】KEYWORDS: PVC,suspensionpolymerizationprocess,productionprocess目錄前言.3第 1章 概述 .41.1PVC 概述、發(fā)展?fàn)顩r及前景 .41.2聚合工藝實(shí)施方法 .5第 2章聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) .102.1聚氯乙烯生產(chǎn)

5、工藝流程設(shè)計(jì) .102.1.1聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述.102.1.2聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程圖 .11圖 2.1.2-1 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程 .11圖 2.1.2-2 工藝流程方框圖 .12第 3章 物料衡算 .133.1主要工藝參數(shù) .133.1.2車(chē)間物料衡算 .153.2釜數(shù)及投料系數(shù)的確定 .15第 4章熱量衡算 .184.1熱量衡算 .174.2循環(huán)冷卻水用量 .19第 5章設(shè)備工藝設(shè)計(jì) .205.1機(jī)器設(shè)備選型的原則 .205.2反應(yīng)釜 .205.3汽提塔 .205.4混料槽 .205.5離心機(jī) .21結(jié)論 .22辭 .23參考文獻(xiàn).24前言聚氯乙烯 (PVC) 是機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異

6、性能年來(lái)建筑市場(chǎng)對(duì)PVC5 大通用塑料之一,具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和,廣泛用于工農(nóng)業(yè)及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域, 尤其是近產(chǎn)品的巨大需求,使其成為具備相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)塑料品種。世界PVC PVC糊樹(shù)脂自20 世紀(jì) 30 年代開(kāi)發(fā)以來(lái), 已有近 80 年的歷史。目前全糊樹(shù)脂總生產(chǎn)能力約200 萬(wàn)噸 / 年 ,其中 ,西歐是PVC 糊樹(shù)脂生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)量最大的地區(qū)。我國(guó)聚氯乙烯工業(yè)起步于上世紀(jì)50 年代，僅次于酚醛樹(shù)脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹(shù)脂，第一個(gè)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(guó)各地的PVC裝置相繼建成投產(chǎn)，到目前為止，我國(guó)有PVC樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)80

7、 余家，遍布全國(guó)29 個(gè)省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá)220 萬(wàn)噸年7075萬(wàn) t/a 。PVC樹(shù)脂在我國(guó)塑料工業(yè)中具有舉足輕重的地位，同時(shí)PVC作為氯堿工業(yè)中最大的有機(jī)耗氯產(chǎn)品，對(duì)維持氯堿工業(yè)的氯堿平衡具有極其重要的作用。本設(shè)計(jì)針對(duì)PVC 生產(chǎn)工藝在國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r、工藝選擇、產(chǎn)品性質(zhì)、工藝流程及合成原理，相關(guān)的物料性質(zhì)、物料衡算、能量衡算、設(shè)備選型、管道設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)分析以及尾氣和三廢的處理作了較為詳細(xì)的闡述，以理論設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，查閱了大量資料和書(shū)籍，力求與實(shí)際符合。本設(shè)計(jì)的容是在簡(jiǎn)要介紹聚氯乙烯發(fā)展?fàn)顩r及其性質(zhì)、用途，工藝方法選擇的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了采用懸浮聚合法生產(chǎn)PVC的工藝過(guò)程，產(chǎn)量為年產(chǎn)1

8、67000噸。設(shè)計(jì)的主要容有：1. 產(chǎn)品及原材料說(shuō)明；2.生產(chǎn)方案的比較與選擇；3. 物料衡算與熱量衡算；4. 聚合釜計(jì)算；5.附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型；設(shè)計(jì)圖紙包括 1 工藝流程圖；1 反應(yīng)釜裝配圖由于經(jīng)驗(yàn)不足，水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在紕漏和不足之處，敬請(qǐng)指導(dǎo)老師批評(píng)指正。第1章概述1.1PVC 概述、發(fā)展?fàn)顩r及前景聚氯乙烯是僅次于聚乙烯的第二大通用塑料。自 1997 年以來(lái)， 聚氯乙烯的產(chǎn)量以3%/a 速度遞增。 2001 年，全球聚氯乙烯生產(chǎn)能力已達(dá)到3 313萬(wàn) t ，消費(fèi)水平比2000 年略有增加，為 2882萬(wàn) t 。 2003 年 7 月全球約有50 個(gè)國(guó)家、150 個(gè)廠家生產(chǎn)聚氯乙

9、烯，這一數(shù)據(jù)還在不斷攀升4 。 2005年全球產(chǎn)量達(dá)3130 萬(wàn)噸，需求量達(dá) 3117 萬(wàn)噸。北美、歐洲(包括俄羅斯 )和非洲、遠(yuǎn)東地區(qū)超過(guò)全球聚氯乙烯產(chǎn)量和需求量4/5 ，懸浮聚合法樹(shù)脂占生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂90% 以上， 2006 年世界聚氯乙烯產(chǎn)能3562 萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)量 3262萬(wàn)噸，產(chǎn)量的增長(zhǎng)主要來(lái)自中國(guó)。2006 年我國(guó) PVC 產(chǎn)業(yè)保持快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，全年產(chǎn)能1099 萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)量 864.1 萬(wàn)噸，整體供求關(guān)系發(fā)生了較大的變化5 。預(yù)計(jì)到 2010 年我國(guó) PVC 樹(shù)脂的需求量將達(dá)1100萬(wàn)噸， 2020年將達(dá)到 2160萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到 2010 年全球 PVC 的需求量將達(dá)到 3

10、490 萬(wàn)噸， 2020 年將達(dá)到 4600 萬(wàn)噸。PVC 由氯乙烯 (VCM) 聚合而成，工業(yè)生產(chǎn)一般采用4 種聚合方式：懸浮聚合、本體聚合、乳液聚 合 ( 禽微懸 浮聚合 ) 、溶液 聚合。 其中懸浮法PVC(SPVC) 樹(shù)脂產(chǎn)量最高，占80 ，其次是乳液法PVC(EPVC) ，本體法PVC(MPVC) 。VCM 懸浮聚合是以水為介質(zhì)， 加入 VCM 、分散劑、 引發(fā)劑、pH 值調(diào)節(jié)劑等，在攪拌和一定溫度條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)；VCM 本體聚合僅在 VCM 和引發(fā)劑存在下進(jìn)行，無(wú)分散劑、表面活性劑等助劑；VCM 乳液聚合在 VCM 、引發(fā)劑、 乳化劑、 H2O 以及其他助劑存在下進(jìn)行而 VCM

11、溶液聚合是在 VCM 、；引發(fā)和溶劑存在下進(jìn)行，這種方法有溶劑回收和殘留污染問(wèn)題，并且生產(chǎn)成本高，該方法已逐漸被懸浮法聚合或乳液法聚合代。目前，生產(chǎn) PVC 樹(shù)脂主要采用懸浮法， 少量采用乳液法及本體法。聚氯乙烯自工業(yè)化問(wèn)世至今，七十多年來(lái)仍處不衰之勢(shì)，占目前塑料消費(fèi)總量的 29以上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹(shù)脂大約以3的速度增長(zhǎng)。這首先是由于新技術(shù)革命不斷發(fā)展，產(chǎn)品性能也得到不斷改進(jìn)，促進(jìn)用途市場(chǎng)的拓寬；其次是制造原料來(lái)源廣，制造工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好。在耐燃、透明性及耐化學(xué)藥品性能方面均較其它塑料優(yōu)異。從目前世界主要聚氯乙烯生產(chǎn)國(guó)來(lái)說(shuō)，一般耗用占其總量的20 30 。特別是60 年代以來(lái)，由于石

12、油化工的發(fā)展為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價(jià)的乙烯資源，引起人們極大的注意，因而促進(jìn)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，是聚氯乙烯工業(yè)獲得迅速的發(fā)展。我國(guó) PVC 樹(shù)脂的消費(fèi)主要分為兩大類(lèi)，一是軟制品，約占總消費(fèi)量的 37.o ，主要包括電線電纜、各種用途的膜( 根據(jù)厚度不同可分為壓延膜、防水卷材、可折疊門(mén)等)、鋪地材料、織物涂層、人造革、各類(lèi)軟管、手套、玩具、塑料鞋以及一些專(zhuān)用涂料和密封件等。二是硬制品，約占總消費(fèi)量的53.0 ，主要包括各種型材、管材、板材、硬片和瓶等。預(yù)計(jì)今后幾年我國(guó) PVC 樹(shù)脂的需求量將以年均約6.4的速度增長(zhǎng)， 到 2011 年總消費(fèi)量將達(dá)到約 1250

13、萬(wàn)噸，其中硬制品的年均增長(zhǎng)速度將達(dá)到約7.0 ，而在硬制品中異型材和管材的發(fā)展速度增長(zhǎng)最快，年均增長(zhǎng)率將達(dá)到約10.1 。未來(lái)我國(guó)PVC 樹(shù)脂消費(fèi)將繼續(xù)以硬制品為主的方向發(fā)展。中國(guó)聚氯乙烯工業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景,中國(guó)地大物博、人口眾多,為聚氯乙烯產(chǎn)品提供了廣大的市場(chǎng)。在進(jìn)入21 世紀(jì)以后 ,我們要學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展模式,結(jié)合我國(guó)的具體情況,發(fā)展我國(guó)的聚氯乙烯工業(yè)。我們要發(fā)揮全行業(yè)的力量, 克服前進(jìn)過(guò)程中的各種困難,一定能夠在較短的時(shí)間趕上世界聚氯乙烯工業(yè)的先進(jìn)水平。1.2 聚合工藝實(shí)施方法1.2.1 本體法聚合生產(chǎn)工藝本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程中不需要加水和分散劑。聚合

14、分2 步進(jìn)行，第1 步在預(yù)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(qiáng)攪拌(相對(duì)第2 步聚合過(guò)程) 的作用下，釜保持恒定的壓力和溫度進(jìn)行預(yù)聚合。當(dāng) VCM 的轉(zhuǎn)化率達(dá)到8%-12% 停止反應(yīng)， 將生成的“種子”送人聚合釜進(jìn)行第2 步反應(yīng)。聚合釜在接收到預(yù)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(chǔ)上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長(zhǎng)大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進(jìn)行聚合反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%一 85%( 根據(jù)配方而定)時(shí)終止反應(yīng)，并在聚合釜中脫氣、回收未反應(yīng)的單體，而后在釜汽提，進(jìn)一步脫除殘留在PVC 粉料中的VCM ，最后經(jīng)風(fēng)

15、送系統(tǒng)將釜PVC 粉料送往分級(jí)、均化和包裝工序。1.2.2 乳液法聚合生產(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(shù)脂（E-PVC ），工業(yè)生產(chǎn)分兩個(gè)階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.13微米聚氯乙烯初級(jí)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(shù)脂，它是初級(jí)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(jí)粒子。這種次級(jí)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(chēng)之為聚氯乙烯糊。1.2.3 懸浮法聚合生產(chǎn)工藝因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技

16、術(shù)易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過(guò)程易于控制，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。工藝特點(diǎn)：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂的一般工藝過(guò)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, 在去離子水中攪拌 , 將單體分散成小液滴, 這些小液滴由保護(hù)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(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)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(shí) ( 如 4245 ), 可生產(chǎn)高分子質(zhì)量的聚氯乙烯樹(shù)脂；使用高溫聚合時(shí)( 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(shù)脂

17、。 近年來(lái) , 為了提高聚合速度和生產(chǎn)效率 , 國(guó)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(diǎn)是顯著縮短了聚合周期, 生產(chǎn)出的樹(shù)脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛, 應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣 , 除了通用型的樹(shù)脂外 , 特殊用途的專(zhuān)用樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)越來(lái)越引起PVC廠家的關(guān)注 ,球形樹(shù)脂、高表觀密度建材專(zhuān)用樹(shù)脂、消光樹(shù)脂、超高( 或超低 ) 分子質(zhì)量樹(shù)脂等已成為開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術(shù)。1.3 產(chǎn)品原料及說(shuō)明1.3.1產(chǎn)品性質(zhì)及結(jié)構(gòu)PVC聚氯乙稀是一種無(wú)毒、無(wú)臭的

18、白色粉末。電絕緣性?xún)?yōu)良，一般不會(huì)燃燒，在火焰上能燃燒并放出HCl，但離開(kāi)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(mén)窗、異型材、薄膜、電絕緣材料、電纜護(hù)套、輸血料等。聚氯乙稀具有阻燃（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(kāi)始分解變色，并析出HCL。聚 氯 乙 烯由 氯乙 烯 單 體 通過(guò) 自 由 基聚 合 而 成， 聚 合度 n 一般 在 50020000 圍，其分子結(jié)構(gòu)式如下：分子式：其中 n

19、CH2為平均聚合度， 一般為 CHCln350 8000 ，分子量為30000 1000001.3.1產(chǎn)品性能（1）典型的物理性質(zhì)外觀白色1.45g/cm3表觀 密 度 0.4 0.65g/cm3（ g. ）熱導(dǎo)率 2.1kW/ （ m.K）聚合 60-150 m本體聚合30 80 m混 20-80 m。粉末密度1.35 比 熱 容 1.045 1.463J/顆粒大小懸浮糊樹(shù)脂 0.1-2 m摻（ 2）熱性能：無(wú)明顯熔點(diǎn)85以下呈玻璃態(tài)，85-175呈彈態(tài)，175-190為熔融狀態(tài)，190-200屬粘流態(tài)，軟化點(diǎn)75-85，加熱到130以上時(shí)變成皮革狀，同時(shí)分解變色，長(zhǎng)期加熱后分解脫出氯化氫。

20、（ 3）燃燒性能： PVC在火焰上能燃燒，并降解釋放出 HCl，CO和苯等低分子量化合物，離火自熄。（ 4）電性能： PVC耐電擊穿，它對(duì)于交流電和直流電的絕緣能力可與硬橡膠媲美，其介電性能與溫度，增塑性，穩(wěn)定性等因素有關(guān)。（ 5）老化性能：較耐老化，但在光照（尤其光波長(zhǎng)為270-310nm 時(shí)）和氧化作用下會(huì)緩慢分解，釋放出HCl ，形成羰基，共軛雙鍵而變色（ 6）化學(xué)穩(wěn)定性：在酸，堿和鹽類(lèi)溶液中較穩(wěn)定。（ 7）耐溶劑性：除了芳烴（苯，二甲苯），苯胺，二甲基酰胺，四氫呋喃，含氯烴（二氯甲烷，四氯化碳，氯化烯）酮，酯類(lèi)以外，對(duì)水，汽油和酒精均穩(wěn)定。（ 8）機(jī)械性能聚氯乙烯抗沖擊強(qiáng)度較高，常溫常

21、壓下可達(dá)10MPa。1.3.2單體氯乙烯（VCM ）的性質(zhì) 純度 99.98% （ wt ） HCL 含量1 ppm （ wt ） 鐵含量 1 ppm（ wt ） 水含量 60 ppm（ wt ） 醛含量 5.0 ppm（ wt ） 壓力 為 0.6MPa ，溫度 為常 溫 。 VCM主要性氯乙烯分子式為C2H3Cl，分子量 62.51 ，常溫常壓下為無(wú)色，帶有甜香味氣體，易燃易爆，遇到空氣可形成燃燒爆炸，在空氣中爆炸圍為4 22%，有毒，性質(zhì)活潑，能起加成反應(yīng)和易起聚合反應(yīng)。沸 點(diǎn)（ 0.1MPa ）為 -139，熔點(diǎn)為-159.7 。 聚合放熱量 1554KJ/kg.m ，聚合時(shí)的體積收縮

22、率為35%。 導(dǎo)熱系數(shù) 0.17956J/ （ .S.K）。液體導(dǎo)熱系數(shù)：（ 20 ）0.142J/ （ .S.K ）第 2 章聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)2.1 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)2.1.1聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述氯乙烯單體和軟水、引發(fā)劑及其他助劑加入聚合釜中，升溫發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將釜懸浮液送到堿處理槽，未反應(yīng)氯乙烯從堿處理槽排出，經(jīng)泡沫捕集器送至氣柜。將堿處理槽升溫進(jìn)行堿處理生成物，然后將生成物送至離心機(jī)進(jìn)行脫水和沖洗。脫水后的生成物經(jīng)螺旋輸送機(jī)送至氣流干燥器干燥，再經(jīng)沸騰床干燥器干燥，干燥好的樹(shù)脂經(jīng)滾筒篩過(guò)篩，成品經(jīng)計(jì)量包裝送至倉(cāng)庫(kù)。其主要操作流程如下：（ 1）聚合 懸浮聚合

23、的過(guò)程是先將去離子水用泵打入聚合釜中啟動(dòng)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。然后，對(duì)聚合釜夾套通入蒸汽和熱水，當(dāng)聚合釜溫度升高至聚合溫度（50 58）后，改通冷卻水，控制聚合溫度不超過(guò)規(guī)定溫度的正負(fù)0.5 。當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)6070 ，有自加速現(xiàn)象發(fā)生，反應(yīng)加快，放熱現(xiàn)象激烈，應(yīng)加大冷卻水量。待釜壓力從最高 0.687 0.981Mpa 時(shí) ,可泄壓出料 ,使聚合物膨脹。 因?yàn)榫勐纫蚁┝５氖杷沙潭扰c泄壓膨脹的壓力有關(guān)，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樹(shù)脂在泡沫捕集器捕集下來(lái)，流至沉降池中，作為次品處理。

24、（ 2）堿處理 聚合物懸浮液送堿處理槽， 用濃度為 36 42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70 80 ,維持 1.5 2.0h, 然后用氮?dú)膺M(jìn) 行吹氣降溫至 65 雙 下時(shí) ,再 送去過(guò)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(shù)脂的干燥 聚氯乙烯樹(shù)脂的干燥方法采用二段干燥法，即氣流干燥器與沸騰床干燥器結(jié)合使用，其中氣流干燥器脫除的是樹(shù)脂上的表面非結(jié)合水，沸騰床干燥器脫除的是樹(shù)脂部結(jié)合水。（ 4）脫水與成品 在臥式刮刀自動(dòng)離心機(jī)或螺旋沉降式離心機(jī)中，先進(jìn)行過(guò)濾， 再用

25、 70 80熱水洗滌二次。 經(jīng)脫水后的樹(shù)脂具有一定含水量，經(jīng)螺旋輸送器送入氣流干燥器，以140 150 熱風(fēng)為載體進(jìn)行第一段干燥，出口樹(shù)脂含水量小于4%；以 150160 熱風(fēng)吹送至旋風(fēng)分離器組分離，樹(shù)脂含水降至1% 左右；再送入以120熱風(fēng)為載體的沸騰床干燥器中進(jìn)行第二段干燥，得到含水量小于 0.3% 的聚氯乙烯樹(shù)脂。再經(jīng)篩分、包裝后入庫(kù)。2.1.2聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程圖圖 2.1.2-1 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝流程圖 2.1.2-2 工藝流程方框圖第3章物料衡算3.1 主要工藝參數(shù)1、產(chǎn)品類(lèi)型：選用疏松型。2、聚合反應(yīng)時(shí)間： 5h3、聚合溫度 ： 57 O C4、操作周期： 9h表 3.1-1乙

26、烯懸浮聚合操作周期工序設(shè)計(jì)值 min1、水相加料302、抽真空153、加 VCM154、加熱到 570 C305、恒溫聚合時(shí)間3006 、回收單體607 、出料308、清釡60聚合周期540（ 9h）5、年平均操作時(shí)數(shù)：7200小時(shí)6、轉(zhuǎn)化率： 90%。根據(jù)要求生產(chǎn)的樹(shù)脂牌號(hào)，氯乙烯單體的轉(zhuǎn)化率選定在 70% 95%圍。工業(yè)上生產(chǎn)硬質(zhì) PVC塑料制品用樹(shù)脂，轉(zhuǎn)化率要求大約為 90%。7、 PVC粉體特性：聚合度 1000 ，表觀密度0.55g/ml ，平均粒徑 149 m，孔隙率 0.185ml/g。8、系統(tǒng)損失率表 3.1-2系統(tǒng)損失率部位損 失 率（ kg/kg 聚 合物）回收損失0.25

27、%放空損失0.51%聚合漿料損失0.03%出料漿料損失0.01%汽提損失0.1%混料漿料損失0.01%離心損失0.25%干燥損失0.13%篩分0.21%精餾損失3.5%3.1.1年投料的物料衡算因?yàn)楫a(chǎn)品的最后產(chǎn)量為16700 噸，由表 2.1 系統(tǒng)損失率可以計(jì)算出系統(tǒng)年初始投料量：篩分損失率為0.21%則篩分時(shí)產(chǎn)量為： 36000 （ 1-0.21% ） =16735.1 噸干燥時(shí)損失率為0.13% 則干燥時(shí)產(chǎn)量為： 16735.1 （ 1-0.13% ） =16756.9 噸離心時(shí)損失率為0.25% 則離心時(shí)產(chǎn)量為：16756.9（ 1-0.25% ） =16798.9 噸混料時(shí)損失率為0.

28、01% 則混料時(shí)產(chǎn)量為：16798.9（ 1-0.01% ） =16800.6 噸汽提時(shí)損失率為0.1%則汽提時(shí)產(chǎn)量為：16800.6（ 1-0.1% ） =16817.4 噸出料時(shí)損失率為0.01% 則出料量的產(chǎn)量為： 16817.4 （ 1-0.01% ） =16819.1 噸聚合時(shí)損失率為 0.03%+0.25%+0.51% 則聚合時(shí) VCM投料量為： 16819.1 （ 1-0.03%-0.25%-0.51% ）=16953 噸因?yàn)榫酆蠒r(shí)的轉(zhuǎn)化率為 90% 則聚合時(shí)共投料量為：36545.5/90%=18836.7噸3.1.2車(chē)間物料衡算投入單體的計(jì)算：假設(shè)投料系數(shù)為0.8 ，釡的體積

29、為80m3，在 57時(shí)， =837 kg/m3= 986.6kg/m3VCMH2 O設(shè)每次投入單體的質(zhì)量為X ，則X/837+ 1.8X/986.6=80 0.8得： X=21197.7kg以 80m3釡為例，每次投入單體 21197.7kg 。因轉(zhuǎn)化率為90%，則反應(yīng)得到聚合物G1=21197.7 90%=19077.9kg,回收時(shí)損失的VCM為 0.25%，則 G2 =19077.9 0.25%=47.7kg放空時(shí)損失為0.51%，則 G3=19077.9 0.51%=97.3kg聚合損失 0.03%，則 G4=19077.9 0.03%=57.2kg出料前的樹(shù)脂重量為G5= G1 G2

30、G3 - G 4 =19037kg3.2 釜數(shù)及投料系數(shù)的確定因?yàn)槊颗_(tái)釡年平均要工作7200小時(shí)，而每生產(chǎn)一次的周期為9小時(shí)，年投料量（ VCM）為 18836.7 噸，每釡的出料量為G（ 19噸），選擇投料系數(shù)為10.9 ，先用 80 m3 的標(biāo)準(zhǔn)釡，V VCM=18836.7 1000/837=22505 m 33V 水 =1.8 18836.7 1000/986.6=34366.4 m 所需要釡的臺(tái)數(shù)為(22505 +34366.4) /(80 0.8 (7200/9)= 0.98臺(tái)，取整數(shù)為 1臺(tái)。調(diào)整后的投料系數(shù)為0.89實(shí)際的投料系數(shù)計(jì)算：(22505 +34366.4)/( 80

31、 1 800)=0.89 可取 0.89 。每個(gè)釡所需的VCM的體積為：22505 /(7200/9)=28.1 m每釡所需的水的體積為： 34366.4 /(7200/9)=43.0 m 根據(jù)原料的配方得：33表 3.2-1原料VCM水引發(fā)劑分散劑其他助劑重量， kg25319.742423.89.4118.84適量反應(yīng)釜體積為 80 m3（1） 投料投料溫度為 20，單體 23544.8911=25.85m 3，水 42380.6 997.7= 42.48m 3，投料體積 28.85+42.48=68.33m 3 ；空余（氣相）體積 =80-68.33=11.67m 3（ 2） 升溫升溫到

32、期 57，單體重度d依溫度 t 變化d=0.9471-0.001746t-0.00000324t2得： 20時(shí) d=0.910； 57 時(shí) d=0.83在 57 時(shí)體積：?jiǎn)误w23544.8 837=28.12m 3 ，水 42380.6 986.6=42.96m 3 ，物料總體積： 28.12+42.96 =71.08m3空余（氣相）體積：80-71.08 =8.92m3（ 3） 反應(yīng)結(jié)束：轉(zhuǎn)化率為 90%，樹(shù)脂真實(shí)密度為 1.4 t/m 3則此時(shí)樹(shù)脂體積： 23544.8 90%（ 1-0.51%-0.25%-0.03%）=21022.92kg21022.92/1.4=15.02m3未聚合單

33、體體積：28.12 0.1=2.81m 33物料總體積：42.96+15.02+2.81=60.79m空余（氣相）體積：80-60.79=19.21m 3第4章熱量衡算4.1 熱量衡算設(shè)夾套熱水溫度為62將聚合釜加熱至57 ；其熱損失為5%。進(jìn)入聚合釜的VCM量 W3W=每個(gè)釡所需的VCM的體積 57下的 VCM的密度（ 837kg/m ）VCM比熱容 C p20 =1.352J/(g.K)Cp50 =1.53J/(g.K)C p57C70=1.63J/(g.K)=1.57J/(g.K)p水的參數(shù)20 10 30 C 水=（ C水+C水） /2=4.182 J/(g.K) 20 水 = （ 水

34、10 + 水30 ） /2=997.7kg/m 3VCM聚合熱 1540 KJ/kg聚合攪拌功率 163KW單體轉(zhuǎn)化率 90%設(shè) VCM進(jìn)料溫度 20 聚合溫度 57 基準(zhǔn)溫度 0 1、進(jìn)入聚合釜的熱量Q入A、單體帶入熱量20.t5Q =WC1=23544.8 1.352 20=6.37 10 KJ1pB、聚合反應(yīng)熱Q2=W.90%.1540=23544.8 0.9 1540=3.26 107 KJC、攪拌熱H=163KW 7=163 3600 7 =4107600KJD、單體升溫吸熱Q=W. C6pt=23544.8 (1.352+1.57)/2 (57-20) =1.27 10 KJ3E、

35、去離子水帶入熱量水20 .t 1 =42380.6 4.182 20=3.54 106KJQ4=W C水F、去離子水升溫吸熱水t=42380.6 (4.182+4.175)/26Q5=W C水 (57-20) =6.55 10 KJ2、從釜帶走的熱量Q出A、有機(jī)物帶出熱量Q6=WCpt=23544.8 1.57 57=2.11 10 6KJB、釜表面散熱Q 7 =5%Q入 =5%（ Q1 +Q2 +H+Q3+Q4 +Q5） =2.44 106 KJC、去離子水帶出熱量Q8=W水 C水 t=42380.64.175 57 =1.01 107 KJD、冷卻水帶走熱量由Q入=Q出得Q9=Q1+Q2

36、+H+Q3+Q4+Q5 -Q6 -Q7 -Q8 =3.42 10 7KJ4.2 循環(huán)冷卻水用量設(shè)循環(huán)冷卻水從 10升到 4010時(shí) Cp 水 =4.194KJ/(kg. )40時(shí) C p水 =4.174KJ/(kg. )C pm=4.183KJ/(kg. )=Q9p75W/(Ct)= 3.42 10 /(4.18310 kg水V 水 = W 水 / =2.73 105/996 =273.63m 3因恒溫時(shí)間為300min ，假設(shè)冷卻水主要在此期間通入，則冷卻水的流量：273.63/(30060)=0.015 m3/s表 4.2-1熱量衡算匯總表物料帶入熱量Q 1/ （KJ）6.37 105聚合

37、熱 Q2水/ （ KJ）3.26 107攪拌熱 H/ （ KJ）4.11 106單體升溫吸熱Q 3/ （KJ）1.27 106去離子水帶入熱量43.546Q /（ KJ） 10去離子水升溫吸熱Q5/（ KJ）6.55 106有機(jī)物料帶出熱 Q6 / （ KJ）2.11 106第 5章設(shè)備工藝設(shè)計(jì)5.1機(jī)器設(shè)備選型的原則設(shè)備的選擇和計(jì)算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，亦即選用的設(shè)備能與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，并應(yīng)獲得最大的單位產(chǎn)量；能適應(yīng)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(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；能降低原材料及相應(yīng)的公用工程（水，電，氣）的單耗；能改善環(huán)境保護(hù)，設(shè)備制

38、造較易，材料易得，操作及維修保養(yǎng)方便。設(shè)備選擇時(shí)，要能完全滿(mǎn)足上述方面的條件是相當(dāng)困難的，但一定要參照上述幾個(gè)方面對(duì)擬采用個(gè)設(shè)備進(jìn)行詳盡地比較，并拿出最佳的方案來(lái)。作為工業(yè)生產(chǎn)，不允許把不成熟或未經(jīng)生產(chǎn)考驗(yàn)的設(shè)備用于設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中所選用的設(shè)備不但技術(shù)性能要可靠，設(shè)備材質(zhì)也要可靠。對(duì)從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備，同樣必須強(qiáng)調(diào)設(shè)備及其所采用材質(zhì)的可靠性，特別對(duì)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，一定要在充分調(diào)查研究和對(duì)比的基礎(chǔ)上，作出科學(xué)的選定。5.2反應(yīng)釜聚合釜是 PVC生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備， 聚合釜技術(shù)水平的提高保證了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝得以實(shí)現(xiàn)。在小型釜時(shí)期，其容量為十幾立方，釜體的材質(zhì)是搪瓷釜和不銹鋼釜并存的，以釜壁光潔、粘釜較輕

39、、造價(jià)低廉而優(yōu)于不銹鋼釜。其后不銹鋼釜的拋光技術(shù)有所改進(jìn)，粘釜問(wèn)題在應(yīng)用了涂布、高壓水清釜技術(shù)后有所緩解，由于復(fù)合鋼板造價(jià)低，易于加工，可向大型化發(fā)展，并具絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。80 m 3的聚合釡主要工藝參數(shù)如下：體積：80 m3直筒長(zhǎng)：5000mm徑：4000mm長(zhǎng)徑比：1.25:1電機(jī)功率：2228 kW攪拌轉(zhuǎn)速：197250r/min加 VCM： 1014.44kg/min加水：1127.16kg/min聚合釜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：（ 1）采用二層三葉后掠式攪拌器。該攪拌器的設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)攪拌冷模試驗(yàn)，運(yùn)用攪拌放大技術(shù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了最佳的樹(shù)脂產(chǎn)品質(zhì)量( 顆粒型態(tài)與粒徑分布) 和最低的能量消耗。（

40、 2）良好的傳熱結(jié)構(gòu)和傳熱能力為聚合釜可以達(dá)到高的生產(chǎn)強(qiáng)度提供了可靠的保證。（ 3）攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)置于釜體下部，采用底伸式攪拌軸，運(yùn)行平穩(wěn)，檢修方便。（ 4）軸封采用雙端面機(jī)械密封，機(jī)封上部在釜物料和上密封面之間設(shè)有連續(xù)注水通道，有效地隔離物料與密封面的接觸，保證機(jī)封長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。（ 5）釜體表面采用復(fù)合電解研磨拋光，表面粗糙度Ra0.1 m，釜上還配有噴淋涂釜裝置，所以該釜的防黏釜問(wèn)題已經(jīng)得到很好的解決。5.3汽提塔選用穿流式（無(wú)溢流管）的篩板的汽提塔。這種處理漿料的篩板塔，采用無(wú)溢流管式大孔徑篩板，篩孔直徑選用20mm，篩板有效開(kāi)孔率選用11%。為使?jié){料經(jīng)處理后，殘留單體降到400ppm以下，汽提塔設(shè)置20塊篩板保持板間距離 300mm。為保證氣液接觸時(shí)篩板上泡沫高度的均勻，空塔氣速在1m/s ，篩板孔速 10m/s ，物料停留時(shí)間表48分鐘。