產(chǎn)萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計

1、年產(chǎn) 10 萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計方案2014 年 10 月 16 日設(shè)計說明聚氯乙烯（PVC）是一種熱塑性合成樹脂，有優(yōu)良的電絕緣性，難以自燃， 主要用于生產(chǎn)透明薄膜、 塑料管件、各類板材等。 其再加工產(chǎn)品在全球不同領(lǐng)域 都有著非常廣泛的應(yīng)用。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，本設(shè)計進(jìn)行了年產(chǎn)10萬噸聚氯乙烯（PVC）工藝的設(shè)計。 在查閱、參考大量文獻(xiàn)以及對以往部分車間設(shè)計的研究學(xué)習(xí)下， 進(jìn)行了科學(xué)的設(shè) 計以及對相關(guān)物料的衡算。本設(shè)計計劃采用懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯， 原料為氯乙烯單體以及混合用有 機(jī)過氧化物和偶氮類引發(fā)劑、 明膠分散劑和去離子水。 結(jié)合所選擇的生產(chǎn)工藝方 案和產(chǎn)品生產(chǎn)實際情況，進(jìn)行了有關(guān)物料

2、和熱量平衡的計算。安排每日三班次， 每班 8小時的生產(chǎn)強(qiáng)度，設(shè)計可達(dá)到日產(chǎn) 303噸年產(chǎn)達(dá) 10萬噸的聚氯乙烯生產(chǎn) 車間。本設(shè)計也充分考慮到工作人員的工作環(huán)境以及工作安全性， 盡可能將車間規(guī) 劃為安全的， 綠色的， 在工作人員遵守車間操作規(guī)程的情況下， 工作更加安全高 效。本設(shè)計由許春華副教授指導(dǎo)， 在反應(yīng)確定、 生產(chǎn)流程安排等整個設(shè)計過程中 提出了許多寶貴意見，使得設(shè)計能更高效地完成，在此表示衷心感謝。鑒于知識和實際經(jīng)驗所限，設(shè)計難免存在欠缺，懇請批評指正。目錄1總論1.1概述1.1.1聚氯乙烯（PVC）概述與應(yīng)用范圍1.1.2聚氯乙烯（PVC ）改性品種1.1.3聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)行業(yè)

3、現(xiàn)狀及發(fā)展前景1.2聚氯乙烯（PVC）產(chǎn)品的分類和命名1.2.1聚氯乙?。≒VC ）產(chǎn)品分類1.2.2聚氯乙?。≒VC ）產(chǎn)品命名1.3聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)方法51.3.1懸浮聚合法1.3.2乳液聚合法1.3.3本體聚合法1.3.4溶液聚合法1.4設(shè)計規(guī)模原料選擇與產(chǎn)品規(guī)格1.4.1設(shè)計規(guī)模1.4.2主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)1.4.3產(chǎn)品規(guī)格2工藝設(shè)計與計算 2.1工藝原理2.2工藝條件影響因素2.2.1聚氯乙烯（PVC）聚合主要影響因素2.3工藝路線選擇2.3.1工藝路線選擇原則2.3.2懸浮法聚氯乙烯（PVC）工藝流程具體工藝路線2.3.3工藝流程示意圖2.4工藝配方與工藝參數(shù)2.4.1工

4、藝配方（質(zhì)量份）：2.4.2工藝參數(shù)：2.5物料衡算2.5.2物料衡算的方法與步驟2.5.3物料衡算2.6熱量衡算2.6.1熱量衡算的意義和作用2.6.2熱量衡算3設(shè)備選型3.1選型原則3.2關(guān)鍵設(shè)備選擇與計算3.2.2傳熱元件計算3.2.3攪拌器的選擇3.3關(guān)鍵設(shè)備選用3.4其它設(shè)備選擇3.5關(guān)鍵設(shè)備一覽表4車間布置設(shè)計4.1車間設(shè)備布置原則4.2車間設(shè)備平面布置原則4.3車間設(shè)備立面布置原則4.4車間操作人員安排4.5車間平面布局圖5非工藝設(shè)計5.1環(huán)境保護(hù)5.2公用工程5.2.1供水5.2.2供電5.2.3供暖5.2.4通風(fēng)致謝參考文獻(xiàn)1 總論1.1 概述1.1.1聚氯乙烯（PVC）概述

5、與應(yīng)用范圍聚氯乙烯簡稱PVC，是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂， 是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均（OVC）聚物和氯乙烯（PVC）共聚物統(tǒng)稱為氯 乙烯樹脂。聚氯乙烯（PVC）為無定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較小。工業(yè)生 產(chǎn)的聚氯乙烯（PVC）分子量一般在5萬12萬范圍內(nèi)，具有較大的多分散性， 分子量隨聚合溫度的降低而增加；聚氯乙烯（PVC）無固定熔點，8085C時 開始軟化，130C時轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰棏B(tài)，160180C時則開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。聚氯乙 烯（PVC）有較好的機(jī)械性能，抗張強(qiáng)度 60MPa左右，沖擊強(qiáng)度510kJ/m2, 有優(yōu)異的介電性能但對光和熱的穩(wěn)定性差， 在100C以上或經(jīng)長時間陽

6、光曝曬， 就會分解而產(chǎn)生氯化氫并進(jìn)一步自動催化分解，引起變色其物理機(jī)械性能也迅 速下降，在實際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對熱和光的穩(wěn)定性。聚氯乙烯（PVC）非常堅硬，溶解性也很差，只能溶于環(huán)己酮、二氯乙烷 和四氫呋喃等少數(shù)溶劑中，對有機(jī)和無機(jī)酸、堿、鹽均穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性隨使 用溫度的升高而降低。聚氯乙烯（PVC）溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮-苯混合 溶劑中可用于干法紡絲或濕法紡絲而成纖維，稱氯綸。另外，聚氯乙烯（PVC ）具有難燃、耐酸堿、抗微生物、耐磨并具有較好 的保暖性和彈性。聚氯乙烯（PVC）可通過模壓成型、層合成型、注塑成型、擠塑成型、壓 延成型、吹塑中空成型等方法進(jìn)行加工，所以聚氯乙烯

7、（PVC）制品廣泛用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊通信業(yè)、包裝業(yè)等各個 領(lǐng)域。聚氯乙烯（PVC）的硬質(zhì)制品甚至可代替金屬制成各種工業(yè)行材，如門 窗、管道、閥門絕緣板和防腐材料等，也可用做收音機(jī)、電話、電視機(jī)、蓄電 池等外殼或家具、玩具等。聚氯乙烯（PVC）輕質(zhì)品則可制成薄膜，加工制作 雨披、桌布、包裝材料、農(nóng)膜等，其再加工產(chǎn)品可以制成人造革、電線、電纜 等的絕緣層 1。1.1.2聚氯乙烯（PVC ）改性品種聚氯乙烯（PVC）性脆，熱穩(wěn)定性差，不易加工。為了改善其性能，增加品種，可進(jìn)行改性，改性的品種有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。2氯乙烯可以和乙烯、丙烯、醋

8、酸乙烯酯、偏二氯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯 類等單體共聚，共聚物的產(chǎn)量占聚氯乙烯總產(chǎn)量的 25%以下。(A) 氯乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物采用懸浮共聚法，一般生產(chǎn)醋酸乙烯酯含量 3%5%和13%15%的兩個 品級，可用于制造塑料地板、涂料、薄膜、壓塑制品、唱片及短纖維等。(B) 氯乙烯 - 偏二氯乙烯共聚物美國陶氏化學(xué)公司在 30 年代就研制成功了偏二氯乙烯含量在 50%以上的 氯乙烯共聚物，商品名莎綸 B(Saran B)這種共聚物耐老化，耐臭氧，機(jī)械性能 好，能溶于四氫呋喃、環(huán)己酮及氯苯等有機(jī)溶劑，溶液具有較好的粘合性與成 膜性。用這種共聚物制得的薄膜無毒、透明，具有極低的透氣性與透濕性，是

9、極好的食品包裝材料。這種共聚物也是一種優(yōu)良的防腐蝕材料。由其制造的纖 維稱偏氯綸，可做漁網(wǎng)、座墊編織物和化工濾布等。(C) 丙烯 - 氯乙烯或乙烯氯乙烯共聚物丙烯含量約 10%的共聚物， 用于吹塑成型和注射成型等。 與氯乙烯 -醋酸乙 烯酯共聚物相比，加工溫度較低、且與熱分解溫度間隔大，熔體流動性好，無 毒，透明。乙烯-氯乙烯共聚物，也是用懸浮法在 75C和壓力1.296MPa下共 聚而成，乙烯含量為 4%43%，具有高耐沖擊性， 高透明度和優(yōu)良的加工性能， 無毒，可制透明度高的薄膜、容器等。(D) 氯乙烯接枝共聚物 以乙烯醋酸乙烯酯樹脂為基材的氯乙烯接枝共聚物，具有優(yōu)良的耐沖擊性、耐氣候性和

10、耐熱性，適于作室外用建筑材料。用聚丙烯酸酯與氯乙烯的接 枝共聚物。在西歐，接枝共聚物已有逐步取代相應(yīng)的共混物的趨勢。(2) 聚氯乙烯共混物聚氯乙烯板材用其他樹脂與 PVC 共混，是一種能多方面改進(jìn) PVC 性能的 好方法。用機(jī)械共混法使 PVC 與乙烯-醋酸乙烯酯樹脂共混，能起到長效的增 塑作用，改善沖擊強(qiáng)度、耐寒性及加工性。聚氯乙烯與丁腈橡膠，氯化聚乙烯 或 ABS 樹脂共混，也可以顯著改善韌性，耐寒性和加工性。與甲基丙烯酸甲 酯丁二烯苯乙烯共聚物(見聚苯乙烯)的共混物，不僅沖擊強(qiáng)度高，而且 可以得到透明制品。聚氯乙烯共混物的研究與生產(chǎn)，品種不斷增加，使用范圍 不斷擴(kuò)大。(3) 氯化聚氯乙烯

11、聚氯乙烯（PVC）經(jīng)氯化而得的一種熱塑性樹脂，由溶液氯化法制得的， 俗稱過氯乙烯，簡稱CPVC，含氯量6168%,氫原子沒有全部被氯取代。白 色或淡黃紫色粉末，溶解性比聚氯乙烯好，能溶于丙酮、氯苯、二氯乙烷和四 氯乙烷，耐熱性比聚氯乙烯高2040C,耐寒性比聚氯乙烯約低25C,不易燃 燒，耐氣候、耐化學(xué)藥品及耐水性均優(yōu)，可以用擠出法生產(chǎn)管材 ,主要作熱水上 水管使用。氯化聚氯乙烯的溶液有良好的粘合性、成膜性和成纖性，可用于膠 粘劑、清漆和紡絲。膠粘劑主要用于粘接聚氯乙烯（PVC）板及其制品。清漆 的漆膜能耐腐蝕、柔軟、耐磨且剝離強(qiáng)度高，用它紡成的絲稱過氯綸，對酸、 堿、鹽皆穩(wěn)定，適于作耐化學(xué)腐

12、蝕的濾布、工作服、篩網(wǎng)、漁網(wǎng)和運(yùn)輸帶等。其生產(chǎn)方法有兩種：（ A ） 溶液氯化法將聚氯乙烯溶于氯苯或四氯乙烷，在襯鋁或搪瓷的反應(yīng)釜中，于光或自由 基引發(fā)下，攪拌并通入氯氣，在70°C下氯化，氯化過的氯化聚氯乙烯溶液經(jīng)水 析、水洗、過濾、干燥即得白色絮狀顆粒成品。此法操作和設(shè)備均較簡單，但 氯化時間較長。（ B） 懸浮氯化法將聚氯乙烯（PVC）懸浮于含二氯甲烷膨潤劑的水或稀鹽酸溶液中，在加 壓釜內(nèi)通入氯氣，于60C下氯化，產(chǎn)物用乙醇沉淀出來。此法氯化時間短，但 操作不易掌握，設(shè)備要求高，工業(yè)上較少采用。加工可分為各組分的混合、塑 化及成型加工三個步驟。樹脂與按配方添加的各種助劑配合時，

13、可用捏和機(jī)或 高速攪拌混合機(jī)均勻混合，再經(jīng)擠出機(jī)塑化、切粒，即得到塑化好的粒料。這 種粒料可以貯存待用或出售。粒料經(jīng)擠出、吹塑、壓延或注射成型加工為各種 制品，也可以直接用混好的粉料（也稱干混料）進(jìn)行硬制品的加工。1.1.3聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景聚氯乙烯（PVC）廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力電 訊、包裝業(yè)等各個領(lǐng)域。2010年我國聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)能力約為1200萬 噸，產(chǎn)量為 1100 萬噸，凈進(jìn)口量達(dá)近 200 萬噸，消費(fèi)年增長率在 10.5左右。 隨著節(jié)水灌溉政策、建筑用化學(xué)建材、包裝業(yè)、電子電氣業(yè)、汽車業(yè)等下游行 業(yè)對聚氯乙烯（PVC）的需求急速

14、增長，未來幾年我國對聚氯乙烯（PVC）（PVC） 的需求依然會保持較高的增長速度。2011年全球PVC消費(fèi)量約為3500萬噸， 預(yù)計到2015年我國聚氯乙烯（PVC）樹脂的需求量將達(dá)到近1500萬噸，2020 年將達(dá)到 2160 萬噸。1.2聚氯乙烯（PVC）產(chǎn)品的分類和命名1.2.1聚氯乙?。≒VC ）產(chǎn)品分類根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，PVC可分為：通用型PVC樹脂、高聚合度PVC 樹脂、交聯(lián)PVC樹脂。通用型 PVC樹脂是由氯乙烯單體在引發(fā)劑的作用 下聚合形成的；高聚合度PVC樹脂是指在氯乙烯單體聚合體系中加入鏈增長劑聚合而成的樹脂；交聯(lián)PVC樹脂是在氯乙烯單體聚合體系中加入含有雙烯和多烯的交聯(lián)

15、劑聚合而成的樹脂。根據(jù)氯乙烯單體的獲得方法來區(qū)分，可分為電石法、乙烯法和進(jìn)口（EDC、VCM）單體法（習(xí)慣上把乙烯法和進(jìn)口單體法統(tǒng)稱為乙烯法）。根據(jù)聚合方法，聚氯乙烯可分為四大類：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。懸浮法聚氯乙烯是目前產(chǎn)量 最大的一個品種，約占PVC總產(chǎn)量的80%左右。四種聚氯乙烯的基本特性見表121。表1-1不同合成方法制得聚氯乙烯（ PVC）產(chǎn)品特性比較生產(chǎn)方法特性懸浮聚合法不含金屬離子，有良好的電絕緣性及熱穩(wěn)定性乳液聚合法顆粒較細(xì)，含雜質(zhì)較多，電絕緣性及熱穩(wěn)定性不及懸浮法本體聚合法含雜質(zhì)極少純度高。熱穩(wěn)定性和電絕緣性優(yōu)于懸浮法溶液聚合法含雜

16、質(zhì)極少純度咼，成本咼，價格咼。聚合物的分子量不咼1.2.2聚氯乙?。≒VC ）產(chǎn)品命名懸浮法聚氯乙烯按絕對黏度分六個型號：XS-1、XS-2XS -6; XJ-1、XJ-2、XJ-6。型號中各字母的意思： X-懸浮法；S-疏松型；J-緊密型； 國產(chǎn)懸浮法聚氯乙烯的特性請見表1.2.2。表1-2國產(chǎn)懸浮法聚氯乙烯的特性產(chǎn)品型號絕對黏度mPas平均聚合度XS-1 / XJ-1> 2.10> 1340XS-2 / XJ-21 . 90 2.101110 1340XS-3 / XJ-31 . 80 1 . 90980 1110XS-4 / XJ-41 . 70 1 . 808 50980X

17、S-5 / XJ-51 . 60 1 . 707 20850XS-6 / XJ-61 . 50 1 . 605 907201.3聚氯乙烯（PVC）生產(chǎn)方法5聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n般在500-20000 范圍內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下：聚氯乙烯（PVC）按聚合方法分四大類：懸浮法聚氯乙烯（PVC），乳液 法聚氯乙烯（PVC）、本體法聚氯乙烯（PVC）、溶液法聚氯乙烯（PVC）。 本設(shè)計計劃采用懸浮法生產(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（PVC）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 4 。1

18、.3.1 懸浮聚合法 6 使單體呈微滴狀懸浮分散于水相中，選用的油溶性引發(fā)劑則溶于單體中，聚合反應(yīng)就在這些微滴中進(jìn)行，聚合反應(yīng)熱及時被水吸收，為了保證這些微滴 在水中呈珠狀分散，需要加入懸浮穩(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、干燥即 得樹脂成品。氯乙烯單體應(yīng)盡可能從樹脂中抽除。聚合時為保證獲得規(guī)定的分 子量和分子量分

19、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則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。聚合反應(yīng)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)成本， 反應(yīng)釜的容積已由幾立方米、 十幾立方米逐漸向大型化發(fā)展，最大已達(dá)到 200m。聚合釜經(jīng)多次使用后要除 垢。以聚乙烯醇和纖維素醚類等為懸浮穩(wěn)定劑制得的聚氯乙烯（PVC） 一般較疏松，孔隙多，表面積大，容易吸收

20、增塑劑和塑化。1.3.2 乳液聚合法最早的工業(yè)生產(chǎn)聚氯乙烯（PVC）的一種方法。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。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 0.052卩m可以直接應(yīng)用或經(jīng)噴霧干 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

21、的配 方復(fù)雜，產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高。133本體聚合法聚合裝置比較特殊，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%，排出殘余單體，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，反應(yīng)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。1.3.4溶液聚合法溶液聚合法與乳液聚合法基本類似，在溶液聚合中，單體溶解在一種有機(jī) 溶劑（如n-丁烷或環(huán)己烷）中引發(fā)聚合，隨著反應(yīng)的進(jìn)行聚合物沉淀下來。溶 液聚

22、合反應(yīng)專門用于生產(chǎn)特種氯乙烯與醋酸乙烯共聚物（通產(chǎn)醋酸乙烯含量在 10-25%）。這種溶液聚合反應(yīng)生產(chǎn)的共聚物純凈、均勻，具有獨(dú)特的溶解性和 成膜性。在本設(shè)計中，采用傳統(tǒng)懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯。1.4設(shè)計規(guī)模原料選擇與產(chǎn)品規(guī)格1.4.1設(shè)計規(guī)模本設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)10萬噸聚氯乙烯（PVC），年實際工作日為330天，日 生產(chǎn)能力為303噸。1.4.2主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99%以上，其他雜質(zhì)的含量見下表1-3原、輔料規(guī)格序號名稱含量1乙烯0.00022丙烯0.00023乙炔0.00024丁二烯0.000251 -丁烯-3 -炔06二氧化合物0.000178水HCI0.0

23、50去離子水規(guī)格見下表。表1-4去離子水的規(guī)格序號項目數(shù)值1導(dǎo)電率/0.52pH值7.03氧含量,%0.000014硬度05SO, %06SO, %0.000017氯,%08蒸發(fā)殘留物0143產(chǎn)品規(guī)格 產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格見下表。表1-5產(chǎn)品規(guī)格序號純度單體含量其它雜質(zhì)"0PH備注精聚氯乙烯（pvc> 99%< 0.1< 0.6< 0.32.7-3.7優(yōu)級品精聚氯乙烯（pvc> 98%< 0.1< 1.0< 0.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯（pvc> 97%< 0.2< 1.5< 1.32.5-3.8合格品主要原

24、料購買途徑見下表。表1-6主要原料購買途徑原料名稱購買途徑氯乙烯杭州力科化工有限公司丙烯杭州力科化工有限公司乙炔上海佳杰特種氣體丁二烯吉益化工1 - 丁烯-3 -炔吉益化工去離子水上海沈氏環(huán)?？萍加邢薰綡CL愛康尼克公司2 工藝設(shè)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(yīng)。聚合時所采用的引發(fā)劑為油溶 性的偶氮類、有機(jī)過氧化物類和氧化還原引發(fā)體系。其反應(yīng)迅速并且同時 會放出大量的反應(yīng)熱。鏈增長的方工為頭尾相連。聚合反應(yīng)過程存在著很 大程度的增長鏈向單體的轉(zhuǎn)移，是影響產(chǎn)物相對分子質(zhì)量的主要因素，這 種鏈轉(zhuǎn)移會隨溫度的升高而加快。聚氯乙烯（PVC）由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚

25、合度 n般在 500-20000 范圍內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下：氯乙烯的懸浮聚合是生產(chǎn)聚氯乙烯（PVC）的主要方法，這種方法具有操作簡單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益好，用途廣泛等特點， 比較適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。在樹脂質(zhì)量上，用懸浮聚合生產(chǎn)的聚氯乙烯（PVC ）樹脂的孔隙率提高了 300%以上，經(jīng)過適當(dāng)處理后樹脂中單體氯乙烯的殘留量由原來的 0.1%降到 0.0005% 以下。另外，由于清釜技術(shù)和殘留單體回收技術(shù)的發(fā)展，減少了開釜次數(shù)， 進(jìn)而減少了氯乙烯單體的釋放量；采用燒結(jié)，冷凝或吸收方法汽提品和處 理廢氣，從而進(jìn)一步減少了氯乙烯單體的消耗。2.2 工藝條件影響因素2.2.1聚氯乙烯（PV

26、C）聚合主要影響因素（ 1 ） 單體純度用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度應(yīng)在99.9%以上。所以生產(chǎn)原料對聚氯乙烯（PVC ）質(zhì)量很重要。氯乙烯中雜質(zhì)的含量應(yīng)盡可能低一些，其中 脫鹽水 PH 值最好近乎中性，在 6.5 至 7.5 之間，導(dǎo)率應(yīng)小于 2um/cm 。乙 炔參與聚合后 ,會形成不飽和鍵使產(chǎn)物熱穩(wěn)定性變壞，由于不飽和多氯化物存 在，不但會降低聚合速率、降低產(chǎn)物聚合度還易產(chǎn)生支鏈，從而使產(chǎn)品性能變 壞。（ 2） 引發(fā)劑反應(yīng)中引發(fā)劑多采用有機(jī)過氧化物和偶氮類引發(fā)劑，其中有機(jī)過氧化物指 的是過氧化二碳酸酯、過氧化酯類。它們既可以單獨(dú)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(fù)合使用，

27、引發(fā)劑復(fù)合使用的效果比單獨(dú)使用更好， 可另反應(yīng)速度更均勻， 操作更加穩(wěn)定， 產(chǎn)品質(zhì)量好， 同時加強(qiáng)了反映的安全性。引發(fā)劑的用量可以采用下式進(jìn)行估算后，再通過少量實驗進(jìn)行微量調(diào)整， 其計算公式如下：-4I （%） =NrMX104/1-exp（-0.693t/ti/2）式中：I:工業(yè)上引發(fā)劑用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），;Nr:弓I發(fā)劑理論消耗量，等于（1加減慢0.1） 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/h0工業(yè)生產(chǎn)中聚合的時間一般控制在 510h,應(yīng)用選擇t1/2為23h的引發(fā)

28、劑。如果采用復(fù)合型引發(fā)劑，最好是一種引發(fā)劑的t1/2為46ho（ 3） 分散劑工業(yè)常用分散劑主要有明膠、 聚乙烯醇、 羥丙基甲基纖維素、 甲基纖 維素和苯乙烯 -順丁烯二酸酐等0 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 75%90%的聚乙烯醇作為主分散劑，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）作為輔助分散劑，也可兩者進(jìn)行復(fù)合使用0（ 4） 水質(zhì)與水量氯乙烯的懸浮聚合應(yīng)使用去離子水，其規(guī)格要求如（表 -去離子的規(guī)格）所 示0尤其水中的氯離子、鐵和氧等的含量應(yīng)嚴(yán)格控制，其中氯離子若超過一定 含量會造成樹脂顆粒形成不均；水中的鐵會降低樹脂的熱穩(wěn)定性，并可

29、能組織 反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行0其水的用量與樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，緊密型樹脂（以吸膠為分散劑）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）單體與 水的質(zhì)量比為 1: 11: 2.00（5） 系統(tǒng)中的氧 由于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,此物質(zhì)易水解行成酸類物質(zhì)破壞懸浮液 和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，因此從聚合角度以及安全角度考慮，應(yīng)將各種原料中的氧和 系統(tǒng)中的氧完全清除干凈06） 其他助劑（A ） pH 調(diào)節(jié)劑氯乙烯懸浮聚合時pH值應(yīng)控制在78,即在偏堿性的條件下進(jìn)行聚合。這樣可確保引發(fā)劑有良好的分解速

30、率，；另分散劑更穩(wěn)定，防止因產(chǎn)物裂解產(chǎn) 生 HCL 從而造成懸浮液的不穩(wěn)定, 進(jìn)而造成黏釜、 清釜和傳熱困難, 最終影響 產(chǎn)品質(zhì)量。因此需要加入水溶性碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鈉等物質(zhì)作為緩沖來調(diào) 節(jié) pH 值。（B） 防黏釜劑 在氯乙烯的懸浮聚合中,存在黏釜現(xiàn)象,不但影響聚合的傳熱,也影響最 終產(chǎn)品的質(zhì)量,而且人工清釜勞動強(qiáng)度大,會影響到工人健康,所以應(yīng)采用一 定措施防止黏釜現(xiàn)象的產(chǎn)生。在此采用加入防黏釜劑的形式解決上述問題。常 用的防黏釜劑是可以在水相中加入水相阻聚劑如次甲基藍(lán)、硫化鈉等；或在釜 民壁、攪拌器等設(shè)備上均勻噴涂一定量的水浴黑、亞硝基 P 鹽或多元酚的縮合 物等。若依然發(fā)現(xiàn)有黏釜現(xiàn)象

31、，可采用高壓（14.739.2Mpa）水沖洗法清洗。（ C） 泡沫抑制（消泡劑）消泡劑在此選用鄰苯二甲酸二丁酯或（未）飽和的 C6C20羧酸甘油酯。（ 7） 聚合溫度與壓力（ A ） 聚合溫度 氯乙烯懸浮聚合的溫度高低決定了聚合產(chǎn)物相對分子質(zhì)量的大小，因此必 須嚴(yán)格控制聚合的溫度。在實際生產(chǎn)中，一般應(yīng)控制溫度在正常溫度的正負(fù) 0.5C范圍內(nèi)，并且要確保溫度控制平穩(wěn)，采取適當(dāng)降溫處理手段，防止出現(xiàn)異 ?，F(xiàn)象。在此采用大流量低溫差循環(huán)方式。（ B） 聚合壓力 在反應(yīng)溫度下，氯乙烯有一定的蒸汽壓力，只有在聚合末期，大最單體聚 合后，其蒸氣壓力才會有一定程度的下降 6 。2.3 工藝路線選擇2.3.1

32、 工藝路線選擇原則 工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。許多輕化工產(chǎn)品生產(chǎn)的一個特點就是 生產(chǎn)方法的多樣化。所以應(yīng)對不同的工藝路線逐個進(jìn)行分析研究，通過比較分 析找出一條符合實際的最優(yōu)工藝路線，確定后即可進(jìn)行工藝流程的設(shè)計。工藝 流程設(shè)計的應(yīng)注意其可靠性、先進(jìn)性以及可操作性三點。在此本設(shè)計計劃采用乳液懸浮法在引發(fā)劑作用下發(fā)生加成反應(yīng)制取聚氯乙 烯（ PVC）。232懸浮法聚氯乙烯（PVC）工藝流程具體工藝路線（1）聚合懸浮聚合的過程是先利用水泵將去離子水打入聚合釜中并啟動攪拌器,然后依次將分散劑、引發(fā)劑及其他助劑溶液加入聚合釜，再在聚合釜夾套內(nèi)通入 蒸汽和熱水，當(dāng)聚合釜內(nèi)溫度升高至聚合所需溫度（5

33、058C）后，改為通冷 卻水，控制聚合溫度不超過反應(yīng)溫度的正負(fù)0.5C。而當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)6070%,會有自加速現(xiàn)象發(fā)生，此時反應(yīng)加快，劇烈放熱，此時應(yīng)大量通入冷卻水，待 釜內(nèi)壓力達(dá)最高0.6870.981Mpa時,即可使聚合物膨脹泄壓出料，。因為聚氯乙 烯（PVC）粒的疏松程度與泄壓膨脹的壓力有關(guān)，因此要根據(jù)不同要求控制泄 壓時的壓力。少量未聚合的氯乙烯單體則通過泡沫捕集器排入氯乙烯氣柜，再次循環(huán)使 用。而氯乙烯氣體中帶出的少量樹脂在可在泡沫捕集器中捕集下來，流至沉降 池作為次品處理。 7（2）堿處理將聚合物懸浮溶液送至堿處理釜， 使用濃度為 36%42%的 NaOH 溶液進(jìn) 行處理，其加入量為懸

34、浮液的0.05%0.2%左右，用蒸汽直接加熱至7080C并 維持1.52.0h然后利用氮?dú)膺M(jìn)行吹氣降溫至65E以下時，再進(jìn)行過濾和洗滌。采取堿處理的目的是破壞殘存的引發(fā)劑、分散劑、低聚物等揮發(fā)性物質(zhì)， 使其轉(zhuǎn)化為能溶于熱水的物質(zhì)，以便于水洗清除。（3）樹脂的干燥方法聚氯乙烯（PVC）樹脂的干燥方法采用二段干燥法，即結(jié)合使用氣流干燥 管與沸騰床干燥器，其中氣流干燥管用來脫除樹脂上的表面非結(jié)合水，沸騰床 干燥器用來脫除樹脂內(nèi)部結(jié)合水。 由于物料再次停留時間很長， 存在投資較大、 熱效率較差、費(fèi)用較高等缺點，國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)往往會進(jìn)行較大的改進(jìn)，例如 赫司特公司就采用 MST 旋風(fēng)干燥器，其具有停留時

35、間適用、熱效率利用高等 特點。（4）脫水與成品 產(chǎn)物先在臥式刮刀自動離心機(jī)或螺旋沉降式離心機(jī)中進(jìn)行過濾，再使用7080C熱水洗滌兩次。經(jīng)脫水后的樹脂含有一定量的水，此時再經(jīng)螺旋輸送 器送入氣流干燥管，以140150C熱風(fēng)進(jìn)行第一段干燥，出口樹脂的含水量將小于4%;再通入沸騰床干燥器中以120C熱風(fēng)進(jìn)行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯（PVC）樹脂。再經(jīng)篩分、包裝后入庫233工藝流程示意圖去離子水聚乙烯引發(fā)劑助劑漿料排放槽堿 處 理 釜?dú)?提 塔成品儲存與包聚合釜2.4工藝配方與工藝參數(shù)2.4.1工藝配方（質(zhì)量份）：去離子水氯乙烯懸浮劑（聚乙烯醇）引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙醇）100

36、50 700.05 0.50. 02 0.3離心分離槽旋風(fēng)干燥床EHP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）00.0022.4.2工藝參數(shù):聚合聚合溫度5058C（依PVC型號而定）聚合壓力初始0.6870.981Mpa結(jié)束 0.2490.196Mpa聚合時間812h（2）堿處理NaOH濃度 加入量 溫度 時間轉(zhuǎn)化率90%36%42%聚合漿液的0.05%0.2%70 80%1.5 2.0h脫水8%15%15%20%緊密型樹脂含水率疏松型樹脂含水率(4) 干燥 第一段氣流干燥管干燥140 150°C15m/s1.2sv 4%120C12mi

37、nv 0.3%干燥溫度 風(fēng)速 物料停留時間 含水率 第二段沸騰床干燥 干燥溫度計 物料停留時間 含水率2.5 物料衡算2.5.1 物料衡算的意義與作用物料衡算在化工計算中是最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進(jìn)行化工計算的 基礎(chǔ)。在化學(xué)工程中，為導(dǎo)出某一過程的基本方程式建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計或改 造工藝流程及設(shè)備，了解與控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益等都 要進(jìn)行物料的衡算。物料衡算廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和設(shè)計。在工廠設(shè)計時，物料衡 算是在確定工藝流程及工藝參數(shù)后即開始的一項化工計算工作，此時設(shè)計工作 從定性分析轉(zhuǎn)入定量計算。物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況來進(jìn)行 平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下

38、各種物料數(shù)量。通過物料衡算，在已知 產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)情況下，可計算出所需原材料、生成副產(chǎn)品、廢物等的生成量。 此外通過物料衡算不僅可算出原材料消耗數(shù)額，計算出生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的熱量 變化，同時也為設(shè)備選型提供了依據(jù)，物料衡算的結(jié)果直接關(guān)系到車間運(yùn)輸量 以及生產(chǎn)成本，對工廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重要影響。2.5.2 物料衡算的方法與步驟 一：收集計算數(shù)據(jù)； 二：原料，輔料，中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的規(guī)格； 三：過程中單位時間內(nèi)的物流量； 四：有關(guān)消耗定額； 五：有關(guān)轉(zhuǎn)化率，選擇性，單程收率； 六：有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)。1 ) 畫物料流程圖為了物料衡算時分析問題更簡便，便于展開計算以及為準(zhǔn)備建立方程式， 需根據(jù)計算任務(wù)畫出物

39、料流程圖或物料衡算方框圖。圖應(yīng)盡可能詳盡，表明已 知數(shù)據(jù)與未知數(shù)據(jù)，還應(yīng)畫出物料線，包括每股物料的名稱、數(shù)量、組成以及 流向，還有與計算有關(guān)的工藝條件（如溫度，壓力，流量，配比等）。（2）確定衡算范圍 在物料衡算中，有時會遇到較復(fù)雜的計算，為便于計算常采用劃定衡算范 圍的方法，即衡算范圍一經(jīng)劃定，便可假想成為一個獨(dú)立體系，凡是通過邊界 進(jìn)入體系的量屬于輸入項，而穿越邊界離開體系的量屬于輸出項。（3）選定計算基準(zhǔn)若已知在流程中作為計算基準(zhǔn)的數(shù)量， 則以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)， 采用“順?biāo)惴?”， 就能方便的計算出單位時間的產(chǎn)品，中間產(chǎn)品以及三廢產(chǎn)量的各股物料量。若 已知產(chǎn)品量且中間計算步驟較多則難以一下子

40、算出原料量，此時可采取 “倒推 法”，即由已知產(chǎn)品量反向計算算出其他各物料的量。 倘若年產(chǎn)量在數(shù)值上太大， 不方便進(jìn)行計算，則可先假設(shè)按 100 千克或 100 摩爾原料出發(fā)進(jìn)行計算，計算 出產(chǎn)品產(chǎn)量后，與實際產(chǎn)量進(jìn)行比較，求出相差的系、倍數(shù)，以此系、倍數(shù)乘 以原假設(shè)量，即可得到各股物料的實際量。在此設(shè)計中，直接采用順?biāo)惴ㄟM(jìn)行 物料計算。（4）列出輸入 -輸出物料平衡表 列表以描述和識別所有進(jìn)入體系和離開體系的物料量。再表中列出已知量 和未知量，以及經(jīng)過導(dǎo)出和計算的有關(guān)數(shù)據(jù)。2.5.3 物料衡算生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn) 10 萬噸噸丙酮氰醇生產(chǎn)時間：330 天/年每天生產(chǎn)量：（100000 噸 X100

41、0） /330 天=3.03 >105 千克 /天每小時生產(chǎn)量：（3.03 >05）/24=1.26 >千克/小時（ 1 ）聚合釜物料衡算去離子水純度100%99%97%97%99%99%氯乙烯純度懸浮劑（聚乙烯醇） 引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙醇） 緩沖劑（磷酸氫二鈉） 消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）轉(zhuǎn)化率:93%進(jìn)料:表2-1聚合釜進(jìn)料量名稱質(zhì)量（千克/小時）去離子水：2.17 X 103千克/小時氯乙烯：1.36 X 103千克/小時引發(fā)劑：0.48千克/小時懸浮劑1.05千克/小時緩沖劑2.25千克/小時消泡劑0.05千克/小時出料：表2-2聚合釜出料量名稱質(zhì)量（千克/小時

42、）去離子水：1.96 X 103千克/小時聚氯乙烯（pvc :1.28 X 103千克/小時氯乙烯：25千克/小時引發(fā)劑：0.005千克/小時懸浮劑1.05千克/小時緩沖劑2.25 千克/小時消泡劑0.05千克/小時（2）堿中和釜物料衡算NaOH溶液濃度：36%NaOH溶液：聚氯乙烯（PVC)0.2： 100溶劑水：20千克/小時聚氯乙烯（PVC）:1.28 X03千克/小時轉(zhuǎn)化率為99.9%進(jìn)料：表2-3堿中和釜進(jìn)料量名稱質(zhì)量（千克/小時）NaOH溶 液32千克/小時溶劑水20千克/小時聚氯乙烯（pvc1.28 X 103千克/小時0.02千克/小時雜質(zhì) 出料：表2-4堿中和釜出料量NaOH

43、溶液0.025千克/小時溶劑水20千克/小時聚氯乙烯(pvc1.28 X 103千克/小時雜質(zhì)11.5千克/小時NaOH溶 液0.025千克/小時2.6熱量衡算2.6.1熱量衡算的意義和作用精細(xì)化工生產(chǎn)一般應(yīng)在規(guī)定的壓力、溫度和時間等工藝條件下進(jìn)行，生產(chǎn) 過程中包括化學(xué)和物理過程，往往伴隨著能量變化，因此必須進(jìn)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，所以能量衡算實質(zhì)上是熱 量衡算。生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的化學(xué)熱效應(yīng)與物理變化熱效應(yīng)會使物料溫度上升或下降，為保證生產(chǎn)過程在一定溫度條件下進(jìn)行則需要環(huán)境與生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量 交換，對于新車間設(shè)計，熱量衡算是基于物料衡算進(jìn)行的，通過熱量衡算，

44、可 以確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷情況，即通過確定在規(guī)定時間中攝入或逸出的熱量， 從而確定傳熱劑消耗量，選擇恰當(dāng)?shù)膫鳠岱绞剑嬎銈鳠崦娣e。通過結(jié)合熱量 與物料衡算，則可以確定設(shè)備的工藝尺寸，型號參數(shù)等。2.6.2熱量衡算在解決實際問題中，熱平衡方程為：Ql+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中：Qi各股物料帶入的熱量Q2加熱劑(或冷卻劑)傳給設(shè)備和物料的熱量Q3各種熱效應(yīng)，如反應(yīng)熱，溶解熱等Q4各股物料帶走的熱量Q5消耗在加熱設(shè)備上的熱量Q6熱損失水的比熱為4.2KJ/ ( Kg-°C) 乙烯的比熱為2.3KJ/ (Kg-C) 引發(fā)劑和助劑的平均的比熱為2.7KJ/ (Kg-C) 總熱損失(Q5

45、+ Q6)為反應(yīng)熱的10%(1) 聚合釜的熱量衡算氯乙烯25 C水.引發(fā)劑和助劑聚乙烯Cpi =4.2 (100/146.3) +2.3 (46.3/146.3) =2.71 KJ/ (Kg -°C)Cp2 =2.7 (124.4/146.3) +2.9 ( 15/146.3) +2.3 (6.9/146.3) =2.7 KJ/ (Kg C)Q3=10.5 4.3868 124400=5468798.16KJQ1=Cp1 XmX t1Q4=Cp2 xmx t2Q5+ Q6= Q2 X10%利用Q1 +Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 ( Q2符號為負(fù))可求得:Q2=4974148.4KJ

46、(2) 堿中和的熱量衡算18C聚乙烯堿 中聚乙烯F和水釜水NaOH溶液雜質(zhì)25 CCp1=2.7 (124.4/146.3) +2.9 (15/146.3) +2.3 (6.9/146.3) =2.7 KJ/ (KgC)CP2 =2.7 (131.7/146.3) +2.9 (10/146.3) +2.3 (4.63/146.3) =2.67 KJ/(KgC)Q3=10.5 4.3868 73=3208.2KJQ1 = Cp1 x<mx t1Q4=Cp2 xmxt2Q5+ Q6= Q2 X10%利用Ql+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (Q2符號為負(fù))可求得:Q2=2999KJ(3)旋風(fēng)干

47、燥床熱量衡算聚乙烯旋聚乙烯風(fēng)25 C水干水燥易揮發(fā)雜質(zhì)床雜質(zhì)Cpi =2.7 (131.7/146.3) +2.9 (10/146.3) +2.3 (4.63/146.3) =2.67KJ/ (KgC)Cp2 =2.7 (136.4/146.3) +2.9 ( 7/146.3) +2.3 (3.24/146.3) =2.69 KJ/ (Kg C)Q3=10.5 4.3868 4700=206618.6KJQ1 = Cp1 XmX t1Q4=Cp2 xmxt2Q5+ Q6= Q2 X10%利用Q1 +Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 ( Q2符號為負(fù))可求得:Q2=189637.3KJ 3設(shè)備選型

48、3.1選型原則設(shè)備的選擇應(yīng)首先考慮到工藝上的要求，爭取做到技術(shù)先進(jìn)，合理經(jīng)濟(jì)， 即選用的設(shè)備能適應(yīng)相關(guān)生產(chǎn)規(guī)模，并在此同時獲得最大的產(chǎn)率，而且能適應(yīng) 不同產(chǎn)品的品種變化，并且確保相應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。另外整個工藝設(shè)備的設(shè) 計選擇也應(yīng)盡量考慮到實際生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度，在提高生產(chǎn)率的同時盡可能的降 低原材料及相應(yīng)公用工程(水，電，氣)的單位消耗。 9另外，在工業(yè)生產(chǎn)中不允許使用不成熟或未經(jīng)實際生產(chǎn)考核過的設(shè)備。所 以在設(shè)計中所計劃選用的設(shè)備不但要求具有可靠的技術(shù)性能，也必須考慮到設(shè) 備材質(zhì)的可靠性，這一點同時應(yīng)用于國內(nèi)國外不同廠商所生產(chǎn)的各類設(shè)備，特 別對生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，一定要經(jīng)過充分的調(diào)查、研究與對

49、比之后，再作出恰 當(dāng)?shù)倪x則。3.2關(guān)鍵設(shè)備選擇與計算321釜的計算 對于連續(xù)反應(yīng)釜:Vh-T n 6式中：Vh :每小時處理的物料量;T:反應(yīng)所需的時間； N :設(shè)備備用系數(shù)；:裝料系數(shù)。(1) 聚合釜的主要參數(shù)在此設(shè)計中，懸浮聚合氯乙烯將采用釜式聚合反應(yīng)器，期中聚合釜的材質(zhì) 可選用復(fù)合鋼板、全不銹鋼或搪瓷?，F(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)中聚合釜的選用趨勢是大型化，國內(nèi)普遍采用 33m3復(fù)合鋼 板制聚合釜，而國外則采用的容積更大的聚合釜，普遍可達(dá)到近 127m3容積的 聚合釜。(2) 聚合釜的傳熱反應(yīng)釜的生產(chǎn)能力很大程度上依賴于其聚合的傳熱能力，其中聚合釜的傳 熱能力可以用下式表示：Q = KA tm()式中：

50、Q：傳熱能力或傳熱速度/ (kJh)；A :傳熱面積/;K :傳熱系數(shù)/W/ (tf K); tm：傳熱溫差廠C。有以下三種途徑可以提高傳熱能力：增大傳熱面積，提高傳熱系數(shù)以及增 大傳熱溫度差。(A) 傳熱面積影響聚合釜傳熱面積的因素有聚合釜的高徑與容積。其中，高徑比等于L/D，則若其高徑比越大(瘦長型)，則反應(yīng)釜的傳熱 面積越大；L/D=1時，反應(yīng)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 公司的意見為：當(dāng)釜的容積小于 30 時，傳熱面積成為主要阻礙，因此 L/D 應(yīng)大于1,而當(dāng)釜的容積大于200 tf時，攪拌器將成為主要阻礙，因此 L/D應(yīng) 小于4,

51、綜上所述，一般L/D應(yīng)控制在1.54左右。聚合釜的傳熱面積大小隨聚合釜容積的增加而減小。一般用單位體積的傳 熱面積，即比傳熱面積用A/V ( m2/m3)表示。如當(dāng)L/D=1.2時，存在A=4.77V0.65 關(guān)系，此時若將容積為14m3的聚合釜放大至容積為50 m3,則比傳熱面積將下 降到之前的 37%。因此，若聚合釜的容積增大但傳熱面積不足時，可采用釜內(nèi)加冷管、 D 型 擋板或釜頂冷凝器等手段來增加傳熱面積。如國內(nèi)80m3聚合釜內(nèi)便安裝有4組內(nèi)冷管以及釜頂冷凝器，德國某 200m3聚合釜未設(shè)置釜內(nèi)冷管但是加入了少 量擋板和釜頂冷凝器以增大其傳熱面積，但需注意的是，設(shè)置釜內(nèi)冷管后將對 攪拌和

52、黏釜情況產(chǎn)生一定影響，因此應(yīng)在傳熱面積足夠的情況下盡量少的設(shè)置 內(nèi)擋板或內(nèi)冷管。( B) 傳熱系數(shù)傳熱性能好的聚合釜傳熱系數(shù)一般可達(dá)到 465582W/ (tf K)，甚至超 過689 W/ (tf K)，搪瓷釜也可以達(dá)到349W/ (tf K)以上的傳熱系數(shù)。而當(dāng) 傳熱系數(shù)小于233 W/ (tf K)時，則認(rèn)為傳熱較差，應(yīng)予以加強(qiáng)。影響傳熱系數(shù)的因素如下式所示：1/K=1/ai+ai a2 (修改)()式中：K分別為釜內(nèi)和外給熱系數(shù)， W/ (tf K);ai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(dǎo)率

53、W /(tf釜內(nèi)壁給熱系數(shù) ai 體系黏度越小則攪拌強(qiáng)度越大，從而內(nèi)壁液膜增薄 導(dǎo)致熱阻減小， ai 值變大。釜外壁給熱系數(shù)a2 釜外夾套通冷卻水降溫，所以釜外壁給熱系數(shù)一般 在5825820W/ （卅K）之間，主要由冷卻水流動狀況決定，傳熱性能良好的 聚合釜則要求a2在23263489W/ （卅K）以上。（一）聚合釜中物料情況。表3-1聚合釜中物料情況物料流量密度去離子水2.17 < 103千克/小時1.0 x 103千克/立方米氯乙烯1.36 < 10千克/小時0.972 x 103千克/立方米引發(fā)劑0.43千克/小時1.328 x 103千克/立方米懸浮劑1.05千克/小時1

54、.110 x 103千克/立方米緩沖劑2.25 千克/小時1.328 x 103千克/立方米消泡劑0.05千克/小時1.120 x 103千克/立方米Vh=Vl+V2+V3=(4.35X03/1.0 W3+ 2.72 W3/0.972 W3+ 0.87/1.328 10+ 4.5/1.328 10<3+3/2120) /0.8=5.2m3Vh=3.6 m3（二）堿中和釜中物料情況。表3-2堿中和釜中物料情況物料流量密度聚氯乙烯1.28 x 103千克/小時0.93 x 103千克/立方米水51.7千克/小時0.7972 x 103千克/立方米堿水23.8千克/小時0.6876 x 10千克/立方米雜質(zhì)1.5千克/小時2.12 x 103千克/立方米Vh=V1+V2+