12萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合工段工藝設(shè)計(jì)及及

1、畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 名 稱：年產(chǎn)12萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設(shè)計(jì)函 授 站： 甘 肅 函 授 站 專(zhuān) 業(yè)： 應(yīng) 用 化 工 技 術(shù) 班 級(jí)： 甘 化 專(zhuān) 131 學(xué) 生： 郭 亞 偉 指導(dǎo)教師（職稱）司 文 琴 目 錄摘要1關(guān)鍵詞1第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2 設(shè)計(jì)項(xiàng)目2 設(shè)計(jì)依據(jù)、生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)計(jì)原則2設(shè)計(jì)內(nèi)容2生產(chǎn)規(guī)模2設(shè)計(jì)依據(jù)2 設(shè)計(jì)原則2廠址選擇及建廠地區(qū)自然條件2地理位置及環(huán)境2工廠用水情況3供電3原料供應(yīng)3工廠所處自然條件3 第二章 聚氯乙烯工業(yè)發(fā)展概況3第三章 生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)方法的確定7聚合方法簡(jiǎn)述7 本體聚合7溶液聚合7 懸浮聚合8乳液聚合9產(chǎn)品的基本性能11有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)12產(chǎn)品規(guī)格

2、與質(zhì)量指標(biāo)12第四章 物料衡算14聚合釜物料衡算14出料槽物料衡算15 汽提塔物料衡算16離心部分物料衡算18氣流干燥部分物料衡算18沸騰干燥部分物料衡算19篩分包裝部分物料衡算19物料衡算總平衡20概念配方22第五章 熱量衡算.23反應(yīng)體系升溫過(guò)程的熱量衡算23氣提塔熱量衡算26列管式換熱器熱量衡算27氣流干燥塔熱量衡算27第六章 聚合反應(yīng)釜選型31聚合過(guò)程的影響因素31反應(yīng)釜選型結(jié)果32第七章 廢水處理333334第八章 生產(chǎn)工藝過(guò)程說(shuō)明35工藝過(guò)程簡(jiǎn)介35設(shè)備一覽表36總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致謝40摘 要本設(shè)計(jì)是一個(gè)年產(chǎn)12萬(wàn)噸聚氯乙烯(PVC)反應(yīng)工程中的聚合反應(yīng)工段的設(shè)計(jì)。其中涉及到物

3、料衡算,熱量衡算，聚合反應(yīng)釜的選型。并繪制聚合反應(yīng)工段的基本工藝流程圖和主體聚合反應(yīng)釜的裝配圖。關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；懸浮聚合；反應(yīng)釜選型 第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)項(xiàng)目年產(chǎn)12萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合工段工藝設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)依據(jù)、生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)內(nèi)容：年產(chǎn)12萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)十二萬(wàn)噸聚氯乙烯年生產(chǎn)日330天；日生產(chǎn)能力120000/330=噸/天設(shè)計(jì)依據(jù)：根據(jù)吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所規(guī)定的課題“年產(chǎn)12萬(wàn)噸聚氯乙烯聚合工段的工藝設(shè)計(jì)”進(jìn)行設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)原則：1) 以傳統(tǒng)的聚合工藝流程為基礎(chǔ)，保留原有的工藝流程的優(yōu)點(diǎn)，剔除原有的不合理工藝。2) 采用近年來(lái)的新技術(shù)，完

4、善傳統(tǒng)聚合工藝，使其具有良好的可操作性和穩(wěn)定性。3) 做好能源的綜合利用，消除能源利用的不合理現(xiàn)象，使其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。4) 在工藝設(shè)計(jì)合理的同時(shí)，做好環(huán)境保護(hù)，一方面利用好物料，減少物料損失；另一方面減少環(huán)境污染，做好環(huán)境保護(hù)。5) 在工藝計(jì)算時(shí)，以各主要設(shè)備的進(jìn)出物料、熱量變化的明顯點(diǎn)進(jìn)行物料和熱量平衡的計(jì)算。 廠址選擇及建廠地區(qū)的自然條件地理位置及環(huán)境廠址選擇位于湘西州吉首市吉鳳經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)。開(kāi)發(fā)區(qū)于2003年籌建，規(guī)劃面積平方公里。園區(qū)對(duì)外交通十分便捷。距離吉首市火車(chē)客運(yùn)站11公里，火車(chē)貨運(yùn)站4公里；距離貴州省大興機(jī)場(chǎng)80公里；距離張家界荷花機(jī)場(chǎng)148公里。319、209國(guó)道、18

5、28省道貫通園區(qū)，園區(qū)東接長(zhǎng)（沙）渝（重慶）高速公路，園區(qū)內(nèi)客運(yùn)貨運(yùn)可通達(dá)全國(guó)各大城市主要航空和水運(yùn)港口。工廠用水情況采用工廠附近的萬(wàn)溶江水源。供電由吉首市電業(yè)局供應(yīng)工業(yè)用電。原料供應(yīng)原料電石采用瀘溪產(chǎn)，由汽車(chē)運(yùn)輸?shù)郊?。氯化氫由配套氯堿工廠得到或由其他地方采購(gòu)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)郊?，其他原料由廠家采購(gòu)，由汽車(chē)運(yùn)輸?shù)郊?。工廠所處自然條件 1) 工廠地址狀況：地基為二類(lèi)廠地土，土質(zhì)較好，土層厚，穩(wěn)定，無(wú)軟弱下臥層，地質(zhì)允許承載力（fk）為150kpa.。 2）當(dāng)?shù)貧庀髼l件： 年平均氣溫度 年最高氣溫 ；年最低氣溫 ；年平均相對(duì)濕度 78%；年平均氣壓 ；年無(wú)霜期 210天；年平均日照時(shí)數(shù) ；年平均蒸發(fā)

6、水量 1950mm；年平均降雨量 ；年平均風(fēng)速 s；年最大風(fēng)速 22m/s。第二章 聚氯乙烯工業(yè)發(fā)展概況聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展概況 20世紀(jì)的30年代50年代是塑料工業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)期。在此期間有許多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工業(yè)化。 自1835年法國(guó)化學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了氯乙烯，于1838年他又觀察到聚合體，這就是最早的聚氯乙烯。1920年，德國(guó)研究聚氯乙烯已相當(dāng)活躍，這時(shí)美國(guó)聯(lián)碳化學(xué)公司與杜邦公司對(duì)氯乙烯聚合物的制備發(fā)表了專(zhuān)利。這標(biāo)志著氯乙烯及其聚合物的制造已進(jìn)入實(shí)用技術(shù)階段。1920年，在美國(guó)的柏寨森 (BURGHAUSAN)的瓦克(WACKER)公司制取聚醋酸乙烯，用它與氯乙烯共聚制得一種

7、新材料。該材料易加工，且不再發(fā)生分解因它具有內(nèi)增塑性，可用作涂料和硬模塑制品，開(kāi)辟了以內(nèi)增塑的辦法解決了聚氯乙烯的加工。另一方面也為聚氯乙烯從共聚改性作出了開(kāi)拓性的工作。對(duì)聚氯乙烯發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。又于1932年發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯的低分子增塑劑。英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司于1937年采用高沸點(diǎn)液體如磷酸酯類(lèi)增塑聚氯乙烯，得到了類(lèi)似橡膠的物質(zhì)，從而第一次打破了傳統(tǒng)的橡膠市場(chǎng)，成為橡膠材料的代用品。 聚氯乙烯自工業(yè)化問(wèn)世至今，六十多年來(lái)仍處不衰之勢(shì)。占目前塑料消費(fèi)總量的29%以上。由于石油化工的發(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)

8、不斷地更新，使聚氯乙烯工業(yè)獲得迅猛的發(fā)展。 聚氯乙烯工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用 合成樹(shù)脂是塑料工業(yè)的基本原料，在一定條件下塑制成一定形狀的材料，在常溫下它的形狀不變，是材料工業(yè)的重要組成部分。 作為熱塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯樹(shù)脂，在世界各國(guó)合成樹(shù)脂的生產(chǎn)、品種及消費(fèi)上均處領(lǐng)先地位。我國(guó)也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各樹(shù)脂及加工制品之主。這主要由于以下原因：（1） 聚氯乙烯材料制品性能優(yōu)良。有獨(dú)特的使用功能。（2） 以聚氯乙烯制取的合成材料可代替鋼鐵和木材使用，而且節(jié)能顯著，每生產(chǎn)立方米。通用塑料，其能耗為千焦，而生產(chǎn)1立方米鋼材能耗為10千焦。（3） 聚氯乙烯塑料不僅在建筑、農(nóng)業(yè)及包裝工業(yè)上有

9、著廣泛的用途，在電子器件、交通運(yùn)輸、機(jī)械和人民生活等各方面，也均得到重用。 聚氯乙烯系列聚合物的性質(zhì)聚氯乙烯在常溫下為白色粉末，比重為不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可溶于酮類(lèi)和氯烴類(lèi)溶劑，無(wú)毒無(wú)臭。具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能。 表1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB5761-93型號(hào)平均聚合溫度/粘數(shù)/（ml/g）K值聚合度/P參考用途SG-1482154144777518001650高級(jí)電絕緣材料SG-2505143136747316501500電絕緣材料，一般軟制品SG-2530135127727115001350電絕緣材料，農(nóng)膜，塑料鞋SG-4565126119706912501150一般薄膜，

10、軟管，人造革，高強(qiáng)度硬管SG-5580118107686611001000透明硬制品，硬管，型材SG-6618106966463950850唱片，透明片，硬板，焊條，纖維SG-765595876260850750吹塑瓶，透明片，管件SG-868586735955750650過(guò)氯乙烯樹(shù)脂聚氯乙烯的應(yīng)用狀況PVC樹(shù)脂可以采用多種方法加工成制品，懸浮聚合的PVC樹(shù)脂可以擠出成型、壓延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或壓塑成型。分散型樹(shù)脂或糊樹(shù)脂通常只采用糊料涂布成型，用于織物的涂布和生產(chǎn)地板革。糊樹(shù)脂也可以用于搪塑成型、滾塑成型、蘸塑成型和熱噴成型。發(fā)達(dá)國(guó)家PVC樹(shù)脂的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中主要是硬制品，美國(guó)

11、和西歐硬質(zhì)品占大約2/3的比例，日本占55%；硬質(zhì)品中主要是管材和型材，占大約7080%。PVC軟制品市場(chǎng)大約占全部PVC市場(chǎng)的30%，軟制品主要包括織物的壓延和涂層、電線電纜、薄膜片材、地面材料等。硬質(zhì)品PVC樹(shù)脂近年來(lái)增長(zhǎng)比軟制品快。近幾年我國(guó)聚氯乙烯硬制品應(yīng)用份額也有增長(zhǎng)趨勢(shì)，管材、型材和瓶類(lèi)所占份額由1996年25%增長(zhǎng)到1998年的40%，但至今我國(guó)聚氯乙烯的應(yīng)用還是軟制品的份額較多。1998年軟制品占PVC總用量的51%（其中薄膜為20%，塑料鞋10%，電纜料5%，革制品11%，泡沫和單板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管材9%，異型材8%，瓶3%，其它4%），地板墻紙等

12、占9%。聚氯乙烯塑料一般可分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩大類(lèi)。硬制品加工中不添加增塑劑，而軟制品則在加工時(shí)加入大量增塑劑。聚氯乙烯本來(lái)是一種硬性塑料，它的玻璃化溫度為8085。加入增塑劑以后，可使玻璃化溫度降低，便于在較低的溫度下加工，使分子鏈的柔性和可塑性增大，并可做成在常溫下有彈性的軟制品。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二辛酯、鄰酯。一般軟質(zhì)聚氯乙烯塑料所加增塑劑的量為聚氯乙烯的30%70%。聚氯乙烯在加工時(shí)添加了增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑、填料之后，可加工成各種型材和制品。1一般軟塑料制品。利用擠出機(jī)可以擠成軟管、塑料線、電纜和電線的包皮。利用注射成型的方法并配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋等。

13、2薄膜。利用壓延機(jī)可將聚氯乙烯制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法生產(chǎn)的薄膜稱為壓延薄膜。也可以將聚氯乙烯的粒狀原料利用吹塑成型機(jī)吹制成薄膜，用這種方法生產(chǎn)的薄膜稱為吹塑薄膜。薄膜的用途很大，可以通過(guò)剪裁、熱合方法加工成包裝袋、雨衣、充氣玩具等。3涂層制品。將聚氯乙烯糊狀涂料涂敷在布或紙上，然后在100以上將它們塑化，就可制成有襯底的人造革。如果將聚氯乙烯軟片用壓延機(jī)直接壓延成有一定厚度時(shí)，就制成無(wú)襯底的人造革，可壓出各種花紋。人造革用于制造皮包、皮箱、沙發(fā)和汽車(chē)的座墊、地板革以及書(shū)的封面等。5泡沫塑料。軟質(zhì)聚氯乙烯在混煉時(shí)加入適量的發(fā)泡劑，經(jīng)發(fā)泡成型法可制成泡沫塑料，也可以用擠出機(jī)制成低

14、發(fā)泡硬質(zhì)板材，可代替木材作為建筑材料等。第三章 生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)方法的確定聚合方法簡(jiǎn)述傳統(tǒng)自由基聚合方法有本體、溶液、懸浮、乳液聚合四種聚合方法【1】。溶液聚合則是單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶劑中的聚合，可以包括淤漿聚合，溶劑可以是有機(jī)溶劑或水。懸浮聚合一般是單體以液滴狀懸浮在水中的聚合，體系主要由單體、水、油溶性引發(fā)劑、分散劑四部分組成，反應(yīng)機(jī)理與本體聚合相同。乳液聚合則是單體在水中分散或成乳液狀的聚合，一般體系由單體、水、水溶性引發(fā)劑、水溶性乳化劑組成，機(jī)理獨(dú)特。本體聚合本體聚合是單體加有（或不加）少量引發(fā)劑的聚合，可以包括熔融聚合和氣相聚合。其產(chǎn)物純凈，后處理簡(jiǎn)單，是比較經(jīng)濟(jì)的聚合方法，多用

15、于實(shí)驗(yàn)室研究，如單體聚合能力的初步評(píng)價(jià)、少量聚合物的試制、動(dòng)力學(xué)研究，競(jìng)聚率測(cè)定等，所用的儀器有簡(jiǎn)單的試管、封管、膨脹劑、特制模板等。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、乙稀等氣、液態(tài)單體均可進(jìn)行本體聚合。不同單體的聚合活性、聚合物-單體的溶解情況、凝膠效應(yīng)等各不相同，雖然都以本體聚合為名，但其動(dòng)力學(xué)行為、傳遞特征以及聚合工藝可以差別很大。工業(yè)上本體聚合可采用間歇法和連續(xù)法，關(guān)鍵問(wèn)題是聚合熱的排除。烯類(lèi)單體的聚合熱為55-95KJ/mol。聚合初期，轉(zhuǎn)化率不高，體系黏度不大，散熱當(dāng)無(wú)困難，但轉(zhuǎn)化率提高后，體系黏度增大，產(chǎn)生凝膠效應(yīng)，自動(dòng)加速，如不及時(shí)散熱，輕則造成局部過(guò)熱，使分子量分布變寬，影響到

16、聚合物的強(qiáng)度；重則溫度失控，引起爆聚。這一缺點(diǎn)使本體聚合的發(fā)展受到限制，但經(jīng)反應(yīng)器攪拌、傳熱的改善和工藝調(diào)整后，得到了克服，一般多采用兩段聚合：第一階段保持轉(zhuǎn)化率較低，10%-35%不等，黏度較低，可在普通聚合釜中進(jìn)行；第二階段轉(zhuǎn)化率較高，則在特殊設(shè)計(jì)的反應(yīng)器內(nèi)聚合。氯乙烯間歇本體沉淀聚合如下：本體法聚氯乙烯的顆粒特習(xí)慣與懸浮法樹(shù)脂相似，疏松但無(wú)皮膜，更潔凈。本體聚合除散熱、防粘外，更需要解決顆粒疏松結(jié)構(gòu)的保持問(wèn)題，多采用兩端聚合來(lái)解決。溶液聚合溶液聚合體系黏度較低，混合和傳熱較易，溫度容易控制，減弱凝膠效應(yīng)，可避免局部過(guò)熱。但是溶液聚合也有缺點(diǎn)：（1）單體濃度較低，聚合速率較慢，設(shè)備生產(chǎn)能力

17、較低：（2）單體濃度低和向溶劑鏈轉(zhuǎn)移的結(jié)果，使聚合物分子量降低；（3）溶劑分離回收費(fèi)用高，難以除凈聚合物中的殘留溶劑。因此，工業(yè)上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的場(chǎng)合，如涂料、膠黏劑、合成纖維紡絲液、繼續(xù)化學(xué)反應(yīng)等。此外，溶液聚合有可能消除凝膠效應(yīng)，有利于動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的研究。自由基溶液聚合選擇溶劑使，需注意下列兩方面內(nèi)容：(1)溶劑對(duì)聚合物活性的影響 溶劑往往并非絕對(duì)惰性，對(duì)引發(fā)劑有誘導(dǎo)分解作用，鏈自由基對(duì)溶劑有鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)。這兩方面都可能影響到聚合速率和分子量。(2)溶劑對(duì)凝膠效應(yīng)的影響 選用聚合物的良溶劑時(shí)，為均相聚合，如濃度不高，可不出現(xiàn)凝膠效應(yīng)，接近正常動(dòng)力學(xué)規(guī)律。選用沉淀劑時(shí)，則成為沉

18、淀聚合，凝膠效應(yīng)顯著。不良溶劑的影響則介于兩者之間。有凝膠效應(yīng)時(shí)，反應(yīng)自動(dòng)加速，分子量也增大。懸浮聚合懸浮聚合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(gè)小液滴就相當(dāng)于一個(gè)小本體聚合單元。從單體液體轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔锕腆w粒子，中間經(jīng)過(guò)聚合物-單體粘性粒子階段，為了防止粒子粘并，需加分散劑，在粒子表面形成保護(hù)層。因此，懸浮聚合體系一般由單體、油溶性引發(fā)劑、水、分散劑四個(gè)基本組分構(gòu)成，實(shí)際配方則較復(fù)雜。懸浮聚合的反應(yīng)機(jī)理與本體聚合相同。苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的懸浮聚合的初始體系屬于非均相，其中液滴小單元?jiǎng)t屬于均相，最后形成透明小珠粒，故有珠狀聚合之稱。另一方面，在氯乙烯懸浮聚合中，聚氯乙

19、烯將從單體液滴中沉析出來(lái)，形成不透明粉狀產(chǎn)物，故可稱作沉淀聚合或粉狀聚合。懸浮聚合的粒徑為，主要受攪拌和分散劑控制。聚合結(jié)束后，回收未聚合的單體，聚合物經(jīng)分離、洗滌、干燥，即得粒狀或粉狀樹(shù)脂產(chǎn)品。懸浮聚合有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)體系黏度低，傳熱和溫度容易控制，產(chǎn)品分子量及其分布比較穩(wěn)定；（2）產(chǎn)品分子量比溶液聚合的高，雜質(zhì)含量比乳液聚合少；（3）后處理工序比乳液聚合和溶液聚合簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本也低，粒狀樹(shù)脂可直接成型。懸浮聚合的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)物中多少帶有少量分散劑殘留物，藥生產(chǎn)透明和絕緣性能好的產(chǎn)品，需除凈這些殘留物。綜合懸浮聚合的優(yōu)缺點(diǎn)，其工業(yè)應(yīng)用還比較廣泛。80%聚氯乙烯、全部苯乙烯型粒子交換樹(shù)脂和可

20、發(fā)性聚苯乙烯、部分與苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯用懸浮法生產(chǎn)。有些單體的所謂“懸浮聚合”，如合成聚四氟乙烯、丁基橡膠和乙丙橡膠的“懸浮聚合”，實(shí)質(zhì)上都是沉淀聚合，只因?yàn)楫a(chǎn)物懸浮在介質(zhì)中而得名。懸浮聚合多采用間歇法，連續(xù)法尚在研究之中。懸浮聚合反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)與本體聚合相同，需要研究的式成粒機(jī)理和顆?？刂?。氯乙烯懸浮聚合過(guò)程大致如下：將水、分散劑、其他助劑、引發(fā)劑先后加入聚合釜中，抽真空和沖氮?dú)馀蒲鯕?，然后加單體，升溫至預(yù)定溫度聚合。在聚合過(guò)程中溫度壓力保持恒定。后期壓力下降，相當(dāng)于80-85%轉(zhuǎn)化率，結(jié)束聚合，如降壓過(guò)多，將使樹(shù)脂致密。聚合結(jié)束后，回收單體，出料，經(jīng)后處理工序，即得聚氯乙烯樹(shù)脂成品

21、。乳液聚合簡(jiǎn)單地說(shuō)，單體在水中分散成乳液狀態(tài)的聚合，稱作乳液聚合。傳統(tǒng)或經(jīng)典乳液聚合的基本配方又單體、水、水溶性引發(fā)劑和水溶性乳化劑四部分組成。乳液聚合有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）以水作介質(zhì)，環(huán)保安全，膠乳粘度低，便于混合傳熱、管道輸送和連續(xù)生產(chǎn)；（2）聚合速率快，可在較低的溫度下聚合，同時(shí)產(chǎn)物分子量高；（3）乳膠可直接使用，如水乳漆、粘結(jié)劑，紙張、織物、皮革的處理劑等。乳液聚合也有若干缺點(diǎn)：（1）需要固體產(chǎn)品時(shí)，乳膠需經(jīng)凝聚、洗滌、脫水、干燥等多道工序，成本較高；（2）產(chǎn)品留有乳化劑雜質(zhì)，難以完全除凈，有損電性能等。乳液聚合的主要組分：傳統(tǒng)或經(jīng)典乳液聚合體系由四大組分組成，以單體100份為基準(zhǔn)，水15

22、0250，乳化劑25，引發(fā)劑。工業(yè)配方則要復(fù)雜得多，這是因?yàn)椋喝橐壕酆隙喟胧侵鲉误w和第二、第三單體的共聚合；多數(shù)乳液聚合采用氧化-還原體系，往往主還原劑、副還原劑甚至絡(luò)合劑并用；乳化劑多由陰離子乳化劑與非離子表面活性劑混合使用；水相中還肯能有分子量調(diào)節(jié)劑,pH調(diào)節(jié)劑等。乳液聚合的機(jī)理遵循自由基聚合機(jī)理，大聚合速率和聚合度卻可同時(shí)增加，可見(jiàn)存在獨(dú)特的反應(yīng)機(jī)理和成粒機(jī)理?？蓪⑵渚酆线^(guò)程分為三個(gè)階段：成核期或增速期、膠粒數(shù)恒定期或恒速期、降速期。通過(guò)對(duì)比以上四種聚合方法，各自的特點(diǎn)如表1所示：表2 四種聚合方法對(duì)比 本體聚合溶液聚合 懸浮聚合 乳液聚合 配方組成 單體、引發(fā)劑單體、引發(fā)劑 單體、引發(fā)

23、劑、分散劑、水 單體、引發(fā)劑、乳化劑、水 聚合場(chǎng)所 本體內(nèi)溶液內(nèi) 單體液滴內(nèi) 膠束和乳膠粒內(nèi) 溫度控制 困難容易 容易 容易 聚合速率 中等小 較大 大 分子量控制困難容易 較困難 容易 生產(chǎn)特征 不易散熱,連續(xù)操作要保證傳熱混合,間歇操作生產(chǎn)板材,型材設(shè)備簡(jiǎn)單. 散熱容易,可連續(xù)生產(chǎn),不易獲得干燥粉末或顆粒狀固體散熱容易,間歇生產(chǎn),有分離,洗滌,干燥等工序散熱容易,可連續(xù)生產(chǎn)制粉狀樹(shù)脂時(shí)需凝聚,洗滌,干燥產(chǎn)物特性聚合物純凈,分子量分布寬 糊狀較純凈,可能含有少量分散劑留有部分乳化劑和其他助劑主要用途 淺色,硬質(zhì)注塑品涂料、粘合劑 適合于注塑或擠塑樹(shù)脂涂料、粘結(jié)劑 從表中可發(fā)現(xiàn)懸浮聚合有以下優(yōu)

24、勢(shì)：(1)體系黏度低，傳熱和溫度容易控制，產(chǎn)品分子量及其分布比較穩(wěn)定；2)產(chǎn)品分子量比溶液聚合的高，雜質(zhì)含量比乳液聚合少；(3)后處理工序比乳液聚合和溶液聚合簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本也低，粒狀樹(shù)脂可直接成型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界80%的PVC樹(shù)脂都是用懸浮聚合的方法生產(chǎn)的，因此本課題采用懸浮聚合的方法。 反應(yīng)原理：在光,熱或輻射能作用下,烯類(lèi)單體有可能形成自由基而聚合.但由于C-C鍵能大102KJ/mol),須在300400高溫下才能開(kāi)始均裂形成自由基.這樣高的溫度遠(yuǎn)超過(guò)了一般聚合溫度.因此,氯乙烯聚合體系采用過(guò)氧化物或偶氮化合物作引發(fā)劑,在聚合溫度下,均裂成自由基,然后引發(fā)聚合反應(yīng)的.整個(gè)聚合過(guò)程分為鏈引發(fā)

25、,鏈增長(zhǎng),鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個(gè)步驟.鏈引發(fā).引發(fā)劑受熱時(shí),鏈能較小的-o-o-鍵或-N=N-斷裂而分解產(chǎn)生初級(jí)游離基:如偶氮二異丁腈(ABIN). 初級(jí)游離基一旦生成,很快作用于VC分子激發(fā)其雙鍵的電子使之分離為二個(gè)獨(dú)電子與其中一個(gè)獨(dú)電子結(jié)合生成單體游離基.鏈增長(zhǎng). 在鏈引發(fā)階段形成單體自由基,活性很高,如無(wú)阻聚物質(zhì)與之作用,就能進(jìn)攻第二個(gè)VC分子的鍵,重新雜化結(jié)合,形成新的自由基,如此循環(huán)下去,產(chǎn)生大量-(CH_2-CHCl-)-單元的鏈自由基,這個(gè)過(guò)程叫鏈增長(zhǎng)反應(yīng),這實(shí)際上是一個(gè)加成反應(yīng). 這一鏈增長(zhǎng)過(guò)程直到鏈終止,活性都不減弱,在瞬間(如秒幾分鐘)即可達(dá)到分子量為十萬(wàn)的高聚物分子. 在PV

26、C的鏈增長(zhǎng)反應(yīng)中,結(jié)構(gòu)單元VC間的結(jié)合可能以”頭-尾”和”頭-頭”兩種形式存在. 經(jīng)試驗(yàn)證明,主要以”頭-尾”形式連接.原因是有電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)兩個(gè)方面： 從空間位阻方面看,- CH_2-較-CHCl-空間位阻小,所以有利于頭尾連接.鏈轉(zhuǎn)移. 在自由基聚合過(guò)程中,鏈自由基有可能從單體,溶劑,引發(fā)劑或大分子上奪取一個(gè)原子(氫或氯)而終止,使這些失去原子的分子成為新的自由基,繼續(xù)新鏈的增長(zhǎng). 1,向單體VC鏈轉(zhuǎn)移-形成端基雙鍵PVC. 2,向高聚物鏈轉(zhuǎn)移-形成支鏈或交聯(lián)PVC. 此種鏈轉(zhuǎn)移在轉(zhuǎn)化率較高時(shí)(此時(shí)VC濃度較低)比較多.鏈終止.1,偶合鏈終止形成”尾尾”相連PVC.2,歧化終止形成端基

27、雙鍵PVC.產(chǎn)品的基本性能聚氯乙烯是無(wú)定形的線型、非結(jié)晶的聚合物，基本無(wú)支鏈，鏈節(jié)排列規(guī)整。聚合度n的數(shù)目一般為50020000。聚氯乙烯樹(shù)脂為白色粉末，相對(duì)密度約。聚氯乙烯塑料有較高的機(jī)械強(qiáng)度，良好的化學(xué)穩(wěn)定性。聚氯乙烯分子中含有大量的氯，使其具有較大的極性，同時(shí)具有很好的耐燃性。聚氯乙烯塑料有優(yōu)良的耐酸堿、耐磨、耐燃燒和絕緣性能。但是對(duì)光和熱的穩(wěn)定性差。在不加熱穩(wěn)定劑的情況下，聚氯乙烯100時(shí)開(kāi)始分解，130以上分解更快。受熱分解出氯化氫氣體，使其變色，由白色淺黃色紅色褐色黑色。陽(yáng)光中的緊外線和氧會(huì)使聚氯乙烯發(fā)生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后發(fā)脆。同時(shí)，上述良好的力學(xué)和化學(xué)性能

28、迅速下降。解決的辦法是在加工過(guò)程中加入穩(wěn)定劑，如硬脂酸或其他脂肪酸的鎘、鋇、鋅鹽。聚氯乙烯的抗沖擊性能差,耐寒性不理想，硬質(zhì)聚氯乙烯塑料的使用溫度下限為-15，軟質(zhì)聚氯乙烯塑料為-30。聚氯乙烯的透水汽率很低。硬聚氯乙烯長(zhǎng)期浸入水中的吸水率小于%，浸24小時(shí)為%，選用適當(dāng)增塑劑的軟聚氯乙烯吸水率不大于%。聚氯乙烯室溫下的耐磨性超過(guò)普通橡膠。聚氯乙烯的電性能取決于聚合物中殘留物的數(shù)量和各種添加劑。聚氯乙烯的電性能還與受熱情況有關(guān)，當(dāng)聚氯乙烯受熱分解時(shí)，由于氯離子的存在而降低其電絕緣性。有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)1.生產(chǎn)周期 300天,7200-7000h/Y2.反應(yīng)溫度 56(或者按實(shí)習(xí)收集數(shù)據(jù))3.反應(yīng)時(shí)間

29、 4.轉(zhuǎn)化率 85-90%(或者按實(shí)習(xí)收集數(shù)據(jù))5.消耗定額 VC PVC6.原輔材料: 去離子水,單體氯乙烯(VC),分散劑KH-21(聚乙烯醇),分散劑(羥丙基甲基纖維素HPMC),反應(yīng)調(diào)節(jié)劑(巰基乙醇),引發(fā)劑(偶氮二異庚腈),引發(fā)劑EHP,過(guò)氧化二碳酸(2-乙基)己酯,終止劑(丙酮縮氨基巰脲),緩釋阻垢劑(H-9),其他助劑,堿液(30%),鹽酸,碳酸氫銨,液氨等.產(chǎn)品規(guī)格與質(zhì)量指標(biāo)本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按照GB5761-93懸浮法生產(chǎn)的通用聚氯乙烯樹(shù)脂標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的聚氯乙烯樹(shù)脂屬SG5型，其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求： 表3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求級(jí)別優(yōu)等品粘數(shù)ml/g雜質(zhì)粒子數(shù)/個(gè)揮發(fā)物含量%表觀密度

30、g/m魚(yú)眼數(shù)/個(gè)白度殘留氯乙烯含量ppmSG5118-1071620748一等品118-107304010合格品118-10790-第四章 物料衡算聚合釜物料衡算M4聚合釜物料平衡關(guān)系圖如下：M4M2 M8 M7M6M9M1M5M3聚合釜M2M2 M8 M7M6M9M1M5M3聚合釜M2圖1 聚合釜物料平衡關(guān)系圖進(jìn)入聚合釜內(nèi)VC單體M1=去離子水的質(zhì)量M2=B引發(fā)劑的質(zhì)量M3=B 終止劑的質(zhì)量M4=B調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量M5=B防粘釜?jiǎng)┑馁|(zhì)量M6= kg/B分散劑的質(zhì)量M7= kg/B二次用水的質(zhì)量M8=1050 kg/BM1+M2+M3+M8= kg/B所生成的聚合物質(zhì)量：90%99%= kg/B損

31、失PVC的質(zhì)量：M損=90%1%=B聚合物的混合溶液M9=M(未轉(zhuǎn)化的PVC)+M2+M3+M8+= kg/B對(duì)聚合釜作全物料衡算得：M1+M2+M3+M8= M9+ M損 說(shuō)明計(jì)算結(jié)果是正確的。計(jì)算結(jié)果整理成表得： 表4 計(jì)算結(jié)果整理 物料名稱 進(jìn)料kg/B 出料kg/B VC 分散劑 引發(fā)劑 調(diào)節(jié)劑 終止劑 防粘釜?jiǎng)?水 二次用水 1050 PVC 損失PVC 合計(jì) 出料槽物料衡算圖2 出料槽物料出料槽中損失的PVC量為M損=90%1%= kg/B因此出料槽中含PVC量為 kg/B由于出料槽中VCM含量為，過(guò)出料中VCM的量為：10-6=B因此回收的VCM量M10= kg/B聚合物混合溶液

32、M11包括分散劑等： 水： VC單體： PVC:合計(jì)M11=對(duì)出料槽做總物料衡算：M9=M10+M11+M損=說(shuō)明物料衡算結(jié)果是正確的。計(jì)算結(jié)果整理成表得：表5 計(jì)算結(jié)果整理物料名稱進(jìn)料kg/B出料kg/B VC 水 分散劑等 PVC 回收PVC 損失PVC 合計(jì) 汽提塔物料衡算從這一步開(kāi)始到篩分包裝為連續(xù)過(guò)程，因此，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換為千克/小時(shí)。根據(jù)全年的生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)時(shí)間可以求出：每小時(shí)生產(chǎn)的PVC量為：12107/(30024)=h產(chǎn)品中的含水量為%，折合絕干樹(shù)脂含量為：=h考慮到聚合釜內(nèi)PVC的損失，則進(jìn)入汽提塔內(nèi)絕干樹(shù)脂量為：=h以h為基準(zhǔn)求出汽提塔進(jìn)料中其他各組分相應(yīng)的量：因此進(jìn)

33、入汽提塔內(nèi)的水量為：=h進(jìn)入汽提塔內(nèi)的分散劑等為：=h進(jìn)入汽提塔內(nèi)的VC單體為：=h損失的PVC的量為：=h故出料中含PVC量為：已知出料中VCM含量為，故出料中含PVC的量為：10-6=h求蒸汽冷凝量M13條件：進(jìn)入汽提塔內(nèi)的物料初始溫度為66，汽提塔內(nèi)壓強(qiáng)為，在此壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)為86，潛熱為kg，水蒸氣的比熱容向蒸汽的擴(kuò)散能由蒸汽的潛熱和顯熱提供，而且單體的擴(kuò)散能為71kj/mol,假定在塔內(nèi)有35%蒸汽冷凝，其余在塔頂冷凝。則物料升溫所需熱量衡算表如下：表6 物料升溫所需熱量衡算 重量kg/h t初 t末 tCP kj/(kg.) 吸熱kj/h水668014VC668014PVC6680

34、14吸收的熱量：水：14=h VC:14=h PVC:14=h又因?yàn)閱误w的擴(kuò)散能為：（）/10-371=h故所需的總熱量：Q總=+=h設(shè)汽的流量為V，則Q總=（142-86）V+=h故得V=h計(jì)算結(jié)果整理成表得：表7 計(jì)算結(jié)果整理物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVC水蒸汽冷凝分散劑等未反應(yīng)的VC回收VC損失PVC合計(jì)離心部分物料衡算離心操作中PVC的損失量為：=h離心脫水后的濕物料中仍含有20%的水分，則含水量為：（）=h計(jì)算結(jié)果整理成表得：表8 結(jié)果整理物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVC濕物料含水母液含水分散劑等PVC損失合計(jì)氣流干燥部分物料衡算氣流干燥損失的PVC量為：=h則出料PV

35、C量為：已只氣流干燥后的含水量為5%，則含水量為：=h整理計(jì)算結(jié)果得：表9 計(jì)算結(jié)果物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hPVC水PVC損失脫走水分合計(jì) 沸騰干燥部分物料衡算PVC損失量為：=h所以出料的PVC量為：出料物料中含水量為：=h整理計(jì)算結(jié)果得：表10 沸騰干燥部分物料衡算物料名稱進(jìn)料 kg/h出料kg/hPVC水PVC損失脫走水分合計(jì) 篩分包裝部分物料衡算絕干PVC損失量為：=h則包裝入庫(kù)的絕干PVC樹(shù)脂量為：隨著PVC樹(shù)脂損失的相應(yīng)的水的量為：=h整理計(jì)算結(jié)果得： 表11篩分包裝部分物料衡算物料名稱進(jìn)料 kg/h出料kg/hPVC水PVC損失損失水分合計(jì) 物料衡算總平衡聚合釜及出料槽屬

36、于間歇操作，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為kg/B，由前面計(jì)算結(jié)果可知：投入VC單體的量為B，經(jīng)過(guò)聚合釜及出料槽減壓后的量為B，出料為B，PVC的總損失為B.由以上結(jié)果可得間歇部分物料總平衡表如下：表12物料衡算總平衡物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hVC水二次進(jìn)水1050分散劑等PVC損失PVC回收PVC合計(jì)(2)從氣提開(kāi)始一直到篩分包裝都是連續(xù)操作，計(jì)算基準(zhǔn)為kg/h。由前面的計(jì)算結(jié)果可知，進(jìn)入氣提塔的VC的量為h，進(jìn)過(guò)氣提后VC單體的量降為h，氣提塔內(nèi)冷凝的水的總量為+=h，離心后母液含水總量為h，PVC損失總量為h。整理可得連續(xù)操作部分總物料平衡表如下：表13 總物料平衡物料名稱進(jìn)料kg/h出料kg/hVC

37、水蒸汽冷凝水分散劑等PVC回收PVC濕物料中含水損失PVC母液損失水合計(jì)(3)整理以上結(jié)果，繪制物料平衡關(guān)系示意圖如下：圖3 物料平衡關(guān)系示意圖 概念配方概念配方(此概念配方是一單體質(zhì)量為基準(zhǔn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 表14 概念配方名 稱用量去離子水150單體100引發(fā)劑分散劑PH緩沖劑終止劑反應(yīng)調(diào)節(jié)劑緩蝕阻垢劑消泡劑第五章 熱量衡算 反應(yīng)體系升溫過(guò)程的熱量衡算升溫階段:升溫階段是物料由25加熱至，升溫時(shí)間是小時(shí)此階段加熱介質(zhì)為飽和蒸汽，壓力為，溫度為142。此階段升溫所需總熱量是壺體及壺內(nèi)物料升溫達(dá)到聚合條件所消耗的熱量。即Q1+Q2+Q3=Q4其中Q1水升溫?cái)?shù)所需的熱量（由于分散劑等含量甚微，故并入

38、水中一起計(jì)算）。Q2VC單體升溫所需的熱量。Q3釜體升溫所需的熱量。Q4蒸汽所提供的熱量。已知條件如下表：表15 已知條件重量kg/ht初t 末tCp kj/(kg.)水25VC25釜體660025計(jì)算如下：Q1:無(wú)離子水（分散劑等）升溫消耗熱量Q1=qm1Cp1t=（）=106kj/hQ2:單體升溫消耗的熱量Q2= qm2Cp2t=（）=106kj/hQ3:聚合壺升溫消耗熱量Q3= qm3Cp3t=6600/=105kj/hQ4:蒸汽所提供能量Q4=Q1+Q2+Q3=106 kj/h +106 kj/h +105kj/h=106 kj/h恒溫反應(yīng)階段:(1)求總傳熱系數(shù)K總傳質(zhì)系數(shù)K的倒數(shù)稱

39、為總熱阻與分熱阻有以下關(guān)系：1/K=1/a1+1/a2 +Sd/1、2分別代表釜內(nèi)壁和釜外液膜給熱系數(shù)w/m2k代表釜壁導(dǎo)熱部分的熱阻，其中為厚度，為導(dǎo)熱率。對(duì)于攪拌釜內(nèi)壁給熱系數(shù)可用下列準(zhǔn)數(shù)方程計(jì)算：式中D為釜內(nèi)徑，d為攪拌葉直徑，為密度，為粘度，(為攪拌雷諾數(shù)，為導(dǎo)熱率，c為比熱容，g為重力因子，（3600/為普蘭特準(zhǔn)數(shù)，為近壁處粘度，系數(shù)c為常數(shù)，國(guó)產(chǎn)48釜經(jīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)核c=,將D=3m,d=1212mm,流體被冷卻時(shí)，（=代入以上數(shù)據(jù)得：對(duì)于釜外壁給熱系數(shù)，采用夾套內(nèi)裝設(shè)螺旋導(dǎo)流板?？捎梢韵聹?zhǔn)數(shù)方程計(jì)算：式中為螺距的當(dāng)量直徑，R為彎曲半徑，因釜徑較大，一般校正因子的數(shù)據(jù)不大，因此可以取，又

40、因?yàn)樗膶?dǎo)熱系數(shù)，螺距=，水的普蘭特?cái)?shù)，水的流速，故代入以上數(shù)據(jù)得： 由于縫隙泄露一般的實(shí)測(cè)值約為計(jì)算值的80%，因此對(duì)于國(guó)產(chǎn)48不銹鋼聚合釜而言，其釜壁熱阻一般為，故總傳熱系數(shù)為：由物料衡算可知：VC的每批投料量，總轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)時(shí)間，高峰時(shí)反應(yīng)速率是平均反應(yīng)速率的倍，聚合反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度,總傳熱系數(shù)，冷卻水的進(jìn)口溫度,冷卻水出口溫度差為，則：氯乙烯的相對(duì)分子質(zhì)量，平均反應(yīng)速率：故平均熱負(fù)荷.令最大熱負(fù)荷與平均熱負(fù)荷之比等于熱負(fù)荷分布指數(shù),查聚氯乙烯工藝學(xué)，對(duì)于本聚合反應(yīng)取,故，又因?yàn)閷?duì)數(shù)平均溫差：,總傳熱面積：，最大水流量為，則，故。對(duì)于48不銹鋼聚合釜，其夾套傳熱面積小于，因此此傳熱面積不

41、滿足要求，需要增加內(nèi)冷管，查的型號(hào)為的內(nèi)冷管每根的傳熱面積為，所以需要增加的內(nèi)冷管數(shù)為：根整理以上結(jié)果得：表16 反應(yīng)過(guò)程熱量數(shù)據(jù)反應(yīng)過(guò)程，:VC升溫吸收的熱量:水、明膠等升溫吸收的熱量:設(shè)備升溫吸收的熱量：加熱蒸汽帶入的熱量:反應(yīng)放出的熱量：冷卻水帶走的熱量總計(jì) 汽提塔熱量衡算料漿從氣提塔上部進(jìn)入，下部通入蒸汽進(jìn)行氣提，VCM通過(guò)擴(kuò)散的方式進(jìn)入蒸汽，并與蒸汽逸出，蒸汽在塔頂冷凝，VCM則進(jìn)入回收系統(tǒng)。料漿從氣提他上部進(jìn)入，下部通蒸汽進(jìn)行氣提，VCM通過(guò)擴(kuò)散的方式進(jìn)入蒸汽，并與蒸汽逸出，蒸汽在塔頂冷凝，VCM進(jìn)入回收系統(tǒng)。進(jìn)入氣體塔內(nèi)的物料初始溫度為66，氣體塔內(nèi)壓強(qiáng)為，再次壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)為8

42、6，潛熱為kg，水蒸汽的比熱容Cp=(kg. )。進(jìn)入氣提塔蒸氣的初始溫度為142，物料的升溫以及VC單體向蒸氣的擴(kuò)散能由氣的潛熱和顯熱提供，而且單體的擴(kuò)散能為71kj/mol，假定在塔內(nèi)有35%的蒸氣冷凝，其余在塔頂冷凝。又因?yàn)閱误w的擴(kuò)散能為：（）71=h故所需的總熱量Q總=+=h設(shè)蒸氣的流量為V，則：Q總=（142-86）V+=h故得V=h 列管式換熱器熱量衡算在下冷凝水蒸氣，冷凝量w1=3600=s冷凝溫度T=86，冷凝潛熱r=kg，用冷水進(jìn)行冷凝，冷凝水的入口溫度為20，出口溫度為28。熱負(fù)荷：Q=w1r=水耗量：w2=Q/Cp(t2-t1)=(28-20)=s平均溫差：tm=(86-

43、20)-(86-28)/ln(86-20)/(86-28)=對(duì)于列管式換熱器中總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)汽流體為水，熱流體為蒸氣時(shí)，K在-1范圍內(nèi)取K=2800 -1，估計(jì)傳熱面積S=Q/(Ktm)=103/(2800=從腐蝕性傳熱面積和價(jià)格三方面考慮后，選用f25無(wú)縫鋼管，此管的內(nèi)徑di=，綜合考慮管內(nèi)Re，管程壓降p及單程管數(shù)三方面的因素，水的流束選為u=s，故單程管數(shù)n/=w2/（u./4di）=4（998）=78根單程管長(zhǎng)為l= S/（n/d02）=（78）=所以選定換熱器管長(zhǎng)L=，則管程數(shù)Np=1/=，取Np=1，則總管數(shù)n= n/=78根。氣流干燥塔熱量衡算1.設(shè)計(jì)條件1）生產(chǎn)能力：

44、干燥器每小時(shí)干燥濕物料。2）空氣狀況：進(jìn)預(yù)熱器溫度t0=15，Ho=水/kg絕干空氣，離開(kāi)預(yù)熱器t1=140,離開(kāi)干燥器t2=58。3）物料狀況：物料初濕含量w1=，物料終濕含量w2=，物料進(jìn)入干燥器的溫度1=15，物料出干燥器時(shí)的溫度2=50，物料密度s=1400kg/m3，絕干物料比熱Cs=kg. ，顆粒平均直徑d=。2.設(shè)計(jì)計(jì)算（1）分蒸發(fā)量w x1=w1/（1-w1）=x2= w2/（1-w2）=Gc=3600=s,故w=Gc（x1-x2）=（）=h=s（2）空氣消耗量L氣流干燥管中不補(bǔ)充加熱，現(xiàn)干燥所需熱量全部由預(yù)熱器供給熱量衡算得：Qp=L（I1-I0），由t1=140，H1=水/

45、kg絕干氣，查H-I圖得：I1=160kj/kg絕干氣，tw=40，由t0=15，H0=水/kg絕干氣，查H-I圖知I0=34 kj/kg絕干氣，物料離開(kāi)干燥器時(shí)的比熱為：Cm=Cs+Cwx2=+= kj/kg. ，所以，L(160-34)=(58-15)+(2490+58)+(50-15)得L=s空氣離開(kāi)干燥器的濕度H2由物料衡算求得，即，L=w/(H2-H1)H2=w/L+H0=+=（3）干燥塔直徑D采用等直徑干燥塔根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取干燥管入口的空氣速度u=20m/s，干燥塔直徑可用下列式計(jì)算D=（4LVH/ u）1/2，當(dāng)t=140時(shí)，VH=（10-3+10-3H ）(t+273)=10-3+1

46、0-3 (140+273)=kgD=（420）1/2=（4）干燥塔高度Z干燥塔高度由下式計(jì)算，即Z=(ug-u0),下面分別求出等號(hào)右邊的三個(gè)參數(shù)，1、u0-沉降速度，m/s，可用試差法求得，設(shè)Re=11000，即屬于過(guò)渡流區(qū)，則 u0=4(s-)/1/,空氣的物性，按絕干空氣在平均溫度tm=(140+58)/2=99下查得：=10-5，vg=10-5m2/s, g=m3,故，u0=41400 （10-3）（10-5）1/=s校核，Re=d u0/ vg=10-310-5=，可知Re范圍正確，u0=s即為所求。2、ug空氣速度應(yīng)為平均速度下的溫度，ug=20（273+99）/（273+140）

47、=s3、-停留時(shí)間,物料在此時(shí)間內(nèi)完成熱量傳遞,故=Q/(ast),其中s為每秒進(jìn)料具有的總面積。Vh -標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕空氣的比體積流量m3/h ,Va -表面風(fēng)速m/s因標(biāo)準(zhǔn)狀況下濕空氣的比體積為+m3/kg,所以受風(fēng)面積Aa=+/3600/=根據(jù)受風(fēng)面積及排管形式由表選擇合適的翅片式空氣加熱器查得，用S-4R-24-78,而S-4R-24-78中單排管數(shù)為3，散熱面積為，通風(fēng)凈面積為。4、計(jì)算翅片式空氣加熱器加熱濕空氣所需的熱量Q=LCH(t1-t0)=（+）（100-15）=1543kw5、計(jì)算翅片式空氣加熱器的傳熱系數(shù)對(duì)于S型翅片式加熱器，采用蒸汽加熱空氣的情況，其總傳熱系數(shù)計(jì)算式為K=

48、式中K-總傳熱系數(shù)，kw/G-濕空氣質(zhì)量流速，kg/ -總傳熱系數(shù)修正系數(shù)Af-通風(fēng)凈面積G=L（1+H0）/ Af,其中通風(fēng)凈面積Af=，查得4R型排管的傳熱系數(shù)修正系數(shù)為，所以G=（1+）/3600=K=、計(jì)算傳熱推動(dòng)力t =155-（100+15）/2=7.校核傳熱面積是否滿足要求濕空氣在翅片式空氣加熱器中從15預(yù)熱到100，所需的傳熱面積A需=Q/（Kt）=1543/（）=，而兩臺(tái)S-4R-24-78型翅片式空氣加熱器的傳熱面積為3= m2,滿足傳熱面積的要求.s=6Gc/（d）=6（10-31400）=stm =(t1- 1)-(t2- 2)/ln(t1-1 )/(t2- 2)=(1

49、40-15)-(58-50)/ln(140-15)/(58-50)=又a=（2+）/d=（2+）10-5/10-3) =(m2. )且Q=wr+Gc(Cs+Cwx1)（tw-1）+GcCm2(2-tw)=2419+（+）(40-15)+（50-40）=所以=，故干燥管的高度為Z=（）=第六章 聚合反應(yīng)釜選型 聚合過(guò)程的影響因素氯乙烯懸浮聚合過(guò)程具有非均相自由基連鎖反應(yīng)機(jī)理,其鏈終止是以長(zhǎng)鏈自由基向單體鏈轉(zhuǎn)移為主要形式,致使聚氯乙烯樹(shù)脂的平均分子量與引發(fā)劑用量和轉(zhuǎn)化率基本無(wú)關(guān),僅決定于反應(yīng)的溫度.而氯乙烯在聚合反應(yīng)過(guò)程中,會(huì)釋放大量熱,每聚合1Kg氯乙烯釋放出1507KJ的熱量,這部分熱量必須由

50、夾套或內(nèi)冷管中的冷卻水及時(shí)的移走.因此說(shuō),聚合釜傳熱能力的大小,不僅影響到反應(yīng)溫度的控制以及產(chǎn)品的分子量(大小和分布).而且影響到聚合反應(yīng)的時(shí)間以及生產(chǎn)能力.要加快釜的傳熱速率以提高生產(chǎn)能力,可以提高傳熱系數(shù),增加總傳熱面積,和降低水溫以擴(kuò)大溫差三方面來(lái)解決.由于釜夾套面積已定,釜容量愈大其單位容積傳熱面(F/V)就相對(duì)減小,過(guò)多內(nèi)冷管的設(shè)置又影響到清釜操作和攪拌效果,因此提高F就受到了限制.水溫方面則由于增加制冷費(fèi)用,以及過(guò)低璧溫對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不利影響,而僅在超大型釜中被采用.所以提高總傳熱系數(shù)K的辦法,成為目前聚合釜保證生產(chǎn)能力的主要措施之一. 由于設(shè)計(jì)任務(wù)量大，需要用多臺(tái)反應(yīng)器，為了便于設(shè)

51、備的設(shè)計(jì)和制造，降低設(shè)備費(fèi)用，可取每個(gè)反應(yīng)器的體積相同，對(duì)于此反應(yīng)可選用國(guó)產(chǎn)不銹鋼聚合釜，因此以下確定需要反應(yīng)釜的個(gè)數(shù).日產(chǎn)量：Wd=12107=105kg/d生產(chǎn)周期：=R+a式中一個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間，h；R反應(yīng)所需的時(shí)間，h；a投料、出料、升溫等輔助操作時(shí)間，h。對(duì)于本反應(yīng)，R=，a=2h，=，裝料系數(shù)=VR/VT，式中VR反應(yīng)液體體積，m3，此攪拌壺反應(yīng)器沒(méi)有起泡式沸騰時(shí)，=，此反應(yīng)取=。計(jì)算反應(yīng)器體積及臺(tái)數(shù)VR=Wd/（m2470）=105(9622470)=所以VT=VR/= m3為便于設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造，降低設(shè)備費(fèi)，可取每個(gè)反應(yīng)器體積相同，對(duì)于此反應(yīng)可選用國(guó)產(chǎn)48m3不銹鋼壺，所需臺(tái)數(shù)

52、n=VT/V=48=臺(tái)因此可以取n=8臺(tái)。料漿排放槽的選型料漿排放槽在工藝流程中起到連接EF工序的作用，即間斷操作的聚合過(guò)程于連續(xù)操作的汽提離心干燥過(guò)程之間的緩沖作用。根據(jù)聚合釜容積和臺(tái)數(shù)，出料槽中常見(jiàn)的有、45、及70幾種規(guī)格，本設(shè)計(jì)的處理總體積，因此可以選用4臺(tái)45的出料槽。第七章 廢水處理 廢水的處理氯乙烯及其聚合過(guò)程中徘放的廢水經(jīng)過(guò)汽提、中和等方法處理后，pH值達(dá)到中性，但是其中的固體雜質(zhì)和微量有機(jī)毒物未達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放際準(zhǔn)。為了保護(hù)水源的清潔和生態(tài)環(huán)境的平衡，必須進(jìn)一步處理，符合排放標(biāo)準(zhǔn)才允許排入江河之中。 廢水排放標(biāo)準(zhǔn) 表17 廢水排放標(biāo)準(zhǔn)表 項(xiàng)目指標(biāo)pH69CODCr100 m

53、g/LSS25 mg/LNH3-N15 mg/L PH值，指水的酸堿度，一般要求為中性。 COD化學(xué)耗氣量，是指用強(qiáng)氧化劑對(duì)廢水中有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)所消耗氧的含量。 由于廢水中有機(jī)物質(zhì)的含量與氧化的所消耗的氧量成正比，所以用COD表示廢水中有機(jī)物質(zhì)的含量。 CODCr中的Cr表示用重鉻酸作氧化劑。由于COD能在短時(shí)間內(nèi)測(cè)得數(shù)據(jù)，所以用于指導(dǎo)生產(chǎn)比用BOD簡(jiǎn)便。SS懸浮固體，是指屬于不溶解的，可以被過(guò)濾器截留的團(tuán)體物質(zhì)。NH3N-氨氮，氨氮濃度是使水體黑臭最重要的指標(biāo)之一，也是廢水凈化度的重要指標(biāo)。氨氮濃度愈低愈好。廢水的處理方法 廢水處理方法是根據(jù)廢水的流量、水質(zhì)、受納水體的自凈能力而選定

54、的。按其作用原理一部分為三大類(lèi)：物理處理法、物理化學(xué)處理法、生物處理法。校其處理程度又可分為： 一級(jí)處理、二級(jí)處理、三級(jí)處理、深度處理四類(lèi)。一船物理、化學(xué)處理法稱為一級(jí)處理，生物處理法稱為二級(jí)處理。 物理處理法 物理處理法包括：過(guò)濾法、重力分離法、吸附法、溶劑萃取法、吹脫法、汽提法等。 主要用于去除廢水中的無(wú)機(jī)溶解物質(zhì)和懸浮固體。其中汽提法則是將廢水中含有的揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)水蒸氣加熱的辦法，使其自液相解吸提取出來(lái)。 物理化學(xué)處理法 物理化學(xué)處理法包括：中和法、混凝沉淀法、氧化還原法、氧化法、焚燒法等。主通用于去除廢水中的膠體顆粒及有機(jī)物質(zhì)。其中焚燒法是在高溫下用空氣中的氧氣氧化廢水中的有機(jī)物質(zhì)使

55、其轉(zhuǎn)化成C02和無(wú)機(jī)鹽的有效方法。 生物處理法 生物處理法是利用生物的生命活動(dòng)過(guò)程，對(duì)廢水中的有機(jī)毒物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，使廢水獲得凈化的方法。主要用于處理含有微量有機(jī)毒物的廢水，作為二級(jí)廢水處理手段。其他三廢的處理在PVC生產(chǎn)紅。還有混合冷凍的廢鹽酸，采用成熟的回收工藝，設(shè)備齊全，回收的廢鹽酸可以裝罐出售。第八章 生產(chǎn)工藝過(guò)程說(shuō)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)介 經(jīng)破碎好的電石裝進(jìn)電石吊斗,送到發(fā)生器加料貯斗,經(jīng)電石振動(dòng)加料器加入發(fā)生器內(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,頂部逸出的乙炔氣經(jīng)噴淋冷卻后,分別進(jìn)入汽柜或水環(huán)壓縮機(jī).經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入第一第二清凈塔,經(jīng)清凈后的乙炔氣帶有酸性,進(jìn)入中

56、和塔用堿液除去,中和塔出來(lái)的乙炔氣,進(jìn)入二臺(tái)串聯(lián)的列管冷凝器除去大量水分后經(jīng)砂封與來(lái)自HCL工序的HCL經(jīng)緩沖罐通過(guò)孔板流量計(jì)調(diào)節(jié)好配比在混合器內(nèi)充分混合,接著進(jìn)入石墨冷卻器冷卻,在進(jìn)入多筒過(guò)濾器過(guò)濾,然后,經(jīng)石墨鋼制預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器. 通過(guò)列管中填裝的吸附于活性炭上的Hg，觸媒轉(zhuǎn)化為粗氯乙烯,然后進(jìn)入精餾系統(tǒng).粗氯乙烯經(jīng)全凝器,尾凝器,冷凝液全部進(jìn)入低沸塔,低沸塔釜加熱器將冷凝液中低沸物蒸出,塔釜粗氯乙烯進(jìn)入高沸塔,尾氣冷凝器內(nèi)未反應(yīng)的氣體經(jīng)尾氣吸附器回收一部分氯乙烯:高沸加熱器將氯乙烯逸出,經(jīng)塔板分離成粗氯乙烯,經(jīng)塔頂控制部分回流,大部分粗氯乙烯進(jìn)入成品冷凝器,被冷凝的氯乙烯經(jīng)固體堿

57、干燥器脫水進(jìn)入單體貯槽,按需送聚合工序. 將合格的去離子水,VCM單體,分散劑,引發(fā)劑及其它助劑按配方要求精確計(jì)量后,由泵加入到經(jīng)閃蒸真空防粘釜處理后的聚合釜中.用循環(huán)熱水升溫至指定溫度后進(jìn)行恒溫反應(yīng),當(dāng)最短反應(yīng)時(shí)間,壓力降到配方要求后加入終止劑終止反應(yīng).料漿由泵送至料漿貯槽,未反應(yīng)的單體氣經(jīng)回收單體真空泵回收至氣柜,去回收裝置進(jìn)行加壓冷凝器回收. 來(lái)自料漿槽的PVC料漿經(jīng)過(guò)濾器,料漿泵,螺旋板換熱器由塔低排出的熱料漿預(yù)熱后,進(jìn)入汽提塔進(jìn)行受熱汽提.塔低排出的熱料漿經(jīng)過(guò)同一換熱器被進(jìn)塔冷漿料冷卻后至離心干燥工段. 由汽提塔出來(lái)的PVC料漿,以離心機(jī)分離大部分水后得到含水約20-25%的濕PVC

58、糊,之后以螺旋輸送器.破碎機(jī)打散后送到干燥床進(jìn)行干燥。干燥好的PVC經(jīng)振動(dòng)篩篩選后進(jìn)行氣固輸送入料倉(cāng).料倉(cāng)里的PVC成品在包裝口過(guò)磅,以扎口,縫袋,分析合格后入庫(kù),外銷(xiāo)。) 設(shè)備一覽表表18 所有選用設(shè)備及其型號(hào).序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)及規(guī)格數(shù)量1水加料泵Q=120m/h,H=44m,IH100-65-20022公用水泵Q=44m/h,H=62m,IH80-50-250B23單體泵Q=100m/h,H=58m,ESH80-250C14分散劑輸送泵Q=/h,H=80m,IH50-32-25015調(diào)節(jié)劑加料泵Q=160L/h H=160m,J2-160/26循環(huán)水泵Q=400m/h,H=28m,G200-315-HB127料漿輸送泵Q=120m/h,H=36m,YB20L-230KW ESHK100-200 n=2900rpm28消泡劑加料泵Q=160L/h H=160m,J2-160/