年產(chǎn)1萬噸PVC糊樹脂聚合工藝設(shè)計

年產(chǎn)1萬噸PVC糊樹脂聚合工藝設(shè)計安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科生課程設(shè)計年產(chǎn)1萬噸PVC糊樹脂聚合工藝設(shè)計PAGE2PAGE34目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 1第一章概述 31．1聚氯乙烯簡介 31．2產(chǎn)品用途 41．3市場現(xiàn)狀和前景展望 5第二章設(shè)計工藝說明 82．1懸浮聚合工藝 82．2生產(chǎn)工藝描述 82．3主要物料 132．4質(zhì)量指標(biāo)和分析 14第三章工藝計算 163．1聚合物料衡算示意圖 163．2聚合物料計算 173．3反應(yīng)釜設(shè)計 213．4聚合工段管道計算 25第四章車間布置說明 274．1車間平面布置原則 274．2車間布置說明 27第五章環(huán)境評估 285．1環(huán)境保護(hù) 285．2污染排放概況 28第六章結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33摘要本課題是在了解聚氯乙烯國內(nèi)外發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，完成了微懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯糊樹脂的合成工藝設(shè)計。聚合工段以聚合釜密閉技術(shù)、高溫?zé)崦擕}水技術(shù)、二次加水技術(shù)為主；尾氣回收采用壓縮冷凝法回收氯乙烯氣體。針對過程中各反應(yīng)的損失量、單體轉(zhuǎn)化率等對反應(yīng)物進(jìn)行簡單的物料衡算；分析了生產(chǎn)對環(huán)境的影響。[關(guān)鍵詞]PVC糊樹脂；微懸浮聚合法；聚合工藝設(shè)計；物料衡算AbstractThispaperintroducesthemarketdevelopmenttrendofPVCathomeandabroad.Thedesignisaprocessof10kt/aPVCpasteresinproductioninmicro-suspensionpolymerization.Theprocessofpolymerizationdesignedpolymerizerconfinedtechnology,hightemperaturethermalwaterdesalinationtechnology,technicalsecondarywater.ThemethodofcompressioncondensationrecoversVCM.Onthebaseofthelossesinreactionandthemonomerconversionrateofreaction,ittakesthematerialbalancecalculation.Theprocessofproductionimpactontheenvironmentisanalysed.Keywords:PVCpasteresin;processofmicro-suspension;polymerizationprocessdesign;materialbalancecalculation第一章概述1．1聚氯乙烯簡介聚氯乙烯(PVC)是有氯乙烯單體(VCM)聚合得到的聚合物,一般聚合度,在當(dāng)今聚合物產(chǎn)品中具有極其重要的地位。PVC應(yīng)用極其廣泛,并且價格相對低廉,適用性幾乎不受限制.然而如果PVC在今天被發(fā)現(xiàn),很可能會因為其熱穩(wěn)定性差,難于加工而被束之高閣。PVC的獨(dú)特源自三個主要因素：形態(tài)學(xué)，多樣性和分子結(jié)構(gòu)。(1)形態(tài)學(xué)PVC一旦被合成出來,其內(nèi)在性能和外在結(jié)構(gòu)就完全被所采用的生產(chǎn)方法決定了.懸浮聚合和本體聚合產(chǎn)品是粒徑為的顆粒，而乳液聚合產(chǎn)物的粒徑只有。但干燥后的乳液產(chǎn)品是易碎的顆粒,粒徑為。由于具有獨(dú)特的顆粒結(jié)構(gòu),在PVC專業(yè)詞匯中,經(jīng)常用到的一個次就是形態(tài)學(xué).形態(tài)結(jié)構(gòu)對于其他聚合物來說遠(yuǎn)不如對于PVC重要。PVC不溶于其單體，在聚合過程中,當(dāng)PVC增長鏈長到10個單位單元后，就要從VCM單體中沉淀出來，屬于典型的沉淀懸浮聚合。然而，PVC在其單體中可較好的溶脹,其單體溶解量可達(dá)到27%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上，這一特性對聚合物本身以及PVC最后的性能和應(yīng)用均有重大的影響。因此，聚合物從單體中沉淀出來的方式，聚合物分子鏈的增長機(jī)理以及單體對聚合物的溶脹程度等因素非常重要。(2)多樣性聚氯乙烯是一個總稱.每個生產(chǎn)商會根據(jù)市場的需要生產(chǎn)一系列形態(tài)，分子量各不相同的PVC產(chǎn)品。在工業(yè)上，K值和黏度值用于代表PVC的分子量，生產(chǎn)商將這些參數(shù)作為品種代號，用以給不同的產(chǎn)品命名。K值為的PVC較硬，主要用于生產(chǎn)管、導(dǎo)管、板和塑鋼窗；K值為的樹脂柔韌性較好，可制備柔性板、地板革、壁紙、電纜絕緣層、軟管、試管和醫(yī)療用品；K值較低的()PVC主要用于注塑成型，制備管，導(dǎo)管接頭，整體或電源接頭，并可用于吹瓶和其他容器。(3)分子結(jié)構(gòu)在目前工業(yè)生產(chǎn)的聚合物材料中，PVC能占有獨(dú)特的地位，原因在于大量的氯原子賦予PVC聚合物鏈強(qiáng)極性，同時重復(fù)單元在分子鏈中相間排布，使分子鏈結(jié)晶水平極大降低.這樣的結(jié)構(gòu)給PVC帶來一系列優(yōu)良性能，包括：力學(xué)性能好，特別是薄膜韌性好，相對較低的分子量就可擁有較高的熔體黏度，并且即使在高度增塑后，仍可保持較好的力學(xué)性能。可以在PVC中加入大量增塑劑和抗沖改性劑，來改善其性能,使其應(yīng)用領(lǐng)域大幅擴(kuò)寬。1．2產(chǎn)品用途聚氯乙烯糊樹脂是由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹脂，是氯乙烯的均聚物，屬于聚氯乙烯樹脂的一個產(chǎn)品分支。聚氯乙烯糊樹脂具有較大的多分散性，分子量一般在5~12萬。由于其成糊性優(yōu)良以及分散性能良好，PVC糊樹脂的應(yīng)用非常廣泛，主要有以下幾大方面：（1）一般軟制品：利用擠出機(jī)輔助相應(yīng)模具設(shè)備生產(chǎn)聚氯乙烯糊樹脂片、管、墊、塊；可制成塑料鞋底、鞋面、鞋襯材料等；在飲料行業(yè)中可用作啤酒、碳酸飲料瓶蓋的密封材料；（2）涂層制品：將糊樹脂涂敷于布或紙張等其他基材上，然后在100攝式度以上塑化而成。也可以先將PVC與助劑壓延成薄膜再與襯底基材加墊壓合而成。聚氯乙烯糊樹脂人造革可以用來制作皮相、皮包、書的封面、沙發(fā)及汽車的坐墊、壁紙等建筑裝飾材料；（3）泡沫制品：在聚氯乙烯糊樹脂中加入大量的發(fā)泡劑作成片材，經(jīng)發(fā)泡成型為泡沫塑料，可作為抗沖材料、保護(hù)性安全制品及填充材料，還可以作為泡沫高級涼鞋、坐墊、高級消音等的材料；（4）黏合劑與密封膠：聚氯乙烯糊樹脂及改性樹脂與其他化工原料相結(jié)合，制成的黏合材料經(jīng)化學(xué)處理后可用于制造汽車上的密封膠；（5）涂層與涂料：聚氯乙烯糊樹脂及改性樹脂可以作為鋼板、硬質(zhì)塑料的表面涂層。這種涂料具有抗沖擊性、耐老性、耐侯性良好、附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車底盤涂料、車內(nèi)涂料于裝飾，還用于其他鋼鐵工業(yè)及鋼鐵表面裝飾與材料防腐。由于聚氯乙烯糊樹脂具有良好的分散性和穩(wěn)定的流動性，還可用于高品質(zhì)彩色印刷；（6）糊制品：將聚氯乙烯糊樹脂分散在液體增塑劑中，使其溶脹塑化而成增塑溶膠，假如穩(wěn)定劑、填料、著色劑等，經(jīng)充分?jǐn)嚢?、脫氣泡后配成糊，再用浸漬、澆鑄等加入成各種制品，還可以將聚氯乙烯糊樹脂加熱中，再加入其他輔助材料，制成一次性用手套等醫(yī)療器材，以及其他材料的墊襯材料；（7）板材：在聚氯乙烯糊樹脂中加入改性材料或表面強(qiáng)化材料，經(jīng)混合塑化壓延可制成性能優(yōu)良的板材、運(yùn)輸帶和高級膠塑材料。除普通型的聚氯乙烯糊狀樹脂外，其他相關(guān)改性產(chǎn)品如摻混樹脂、氯醋酸樹脂等，由于其具有的獨(dú)特的性能而在汽車塑溶膠、PVC方塊地毯、印花油墨、人造革底糊和邊糊、壁紙、人造革、浸漬制品中，其用量將隨著應(yīng)用開發(fā)力度的不斷加大而增加，大量取代進(jìn)口。我國絕大多數(shù)企業(yè)主要采用電石原料路線，成本較低。雖然我國PVC糊樹脂年進(jìn)口量不斷增加，但由于原油價格高位盤整，加之國外生產(chǎn)原料成本較高，進(jìn)口糊樹脂的價格居高不下，無形中削弱了進(jìn)口貨源與國內(nèi)資源的相比競爭力。因此，目前國產(chǎn)PVC糊樹脂的主流價格保持在10000-10400元/噸之間?？傊壳霸谖覈⒁患襊VC糊樹脂合成企業(yè)仍然存在一定的利益空間，解決國內(nèi)PVC糊樹脂的供需平衡。1．3市場現(xiàn)狀和前景展望目前PVC產(chǎn)業(yè)在全世界發(fā)展迅速，前景廣闊，各國都看好PVC的潛力以及其對生態(tài)環(huán)境的好處，PVC正以其優(yōu)越、獨(dú)特的性能向世人證明其作用和地位是目前任何其它產(chǎn)品都無法取代的，社會發(fā)展需要它,環(huán)境保護(hù)需要它，它是我們?nèi)祟惿鐣拿鬟M(jìn)步的必然趨勢。世界聚氯乙烯糊樹脂年產(chǎn)量為200萬余噸，生產(chǎn)工藝主要采用微懸浮法、種子乳液法和微懸浮種子法，產(chǎn)品主要集中于歐美和亞洲。上個世紀(jì)末，亞洲PVC糊樹脂生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平得到迅速發(fā)展。國外發(fā)達(dá)國家聚氯乙烯生產(chǎn)主要采用的是乙烯工藝路線，我國主要采用的主要是電石法生產(chǎn)工藝路線。隨著世界科技水平的逐步提高，各國不斷開發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備，并對現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造，通過調(diào)整工藝配料和聚合條件，生產(chǎn)出更具有針對性和良好糊性能的樹脂，進(jìn)一步減少均化物料量、提高單釜含固量、提高生產(chǎn)效率、降低能耗、改進(jìn)樹脂生產(chǎn)的后處理工藝、提高生產(chǎn)的膠乳穩(wěn)定性等。我國PVC糊樹脂生產(chǎn)工藝以種子乳液聚合為主，其他生產(chǎn)工藝路線還有微懸浮種子法、懸浮聚合法等，絕大多數(shù)采用電石原料路線。20世紀(jì)50年代我國PVC糊樹脂工業(yè)開始生產(chǎn)，在50－70年代共建有8個生產(chǎn)廠，生產(chǎn)規(guī)模為100－500噸/年，生產(chǎn)工藝主要以種子乳液法為主，只能生產(chǎn)8個型號的PVC糊狀樹脂。進(jìn)入80年代，我國PVC糊樹脂的生產(chǎn)廠家先后引進(jìn)了國外7家PVC糊樹脂生產(chǎn)技術(shù)。目前，我國PVC糊樹脂的生產(chǎn)廠家有近20家，總生產(chǎn)能力為30萬余噸，產(chǎn)量也近30萬噸，進(jìn)口量約為15萬噸。至2005年以來，國內(nèi)PVC糊樹脂行業(yè)發(fā)展十分迅猛，現(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)能力不斷增加。其中，沈陽化工股份有限公司糊樹脂生產(chǎn)能力擴(kuò)產(chǎn)之后已經(jīng)達(dá)到12萬噸/年，生產(chǎn)能力居亞洲第一，世界前三位。2007年，我國PVC糊樹脂下游消費(fèi)約增長10%，特別是在汽車、建筑、電子和涂料的方面的需求顯著增加。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)PVC糊樹脂產(chǎn)能與產(chǎn)量雖然得到了快速增長，但我過PVC糊樹脂進(jìn)口量每年仍在13萬~15萬噸上下浮動，進(jìn)口最高年份甚至接近了16萬噸，這說明國內(nèi)PVC糊樹脂發(fā)展仍有較大空間。從應(yīng)用領(lǐng)域看，近幾年我國汽車、建筑、玩具、電子及涂料都發(fā)展很快，這些行業(yè)的快速發(fā)展，給國內(nèi)PVC糊樹脂行業(yè)發(fā)展帶來巨大商機(jī)。以汽車應(yīng)用領(lǐng)域為例，雖然汽車行業(yè)受到能源等方面的沖擊，2004年國內(nèi)汽車仍累計產(chǎn)銷507.05萬輛和507.11萬輛，同比分別增長14.11%和15.50%。PVC糊樹脂僅汽車膠一個品種，就在底盤防石擊涂料、車身焊封密封膠、點(diǎn)焊膠、濾芯膠、緩沖膠等多處應(yīng)用。聚統(tǒng)計，僅氯乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂一個新產(chǎn)品所開發(fā)的4種專用料年需求量就達(dá)5000噸。在許多領(lǐng)域，我國與西方發(fā)達(dá)國家存在不小的差距。如壁紙應(yīng)用，西歐應(yīng)用比例占中消費(fèi)量的15%，日本為44%，我國僅為4%；地板材應(yīng)用，西歐為32%，美國為38%，日本為32%，我國僅為17%；汽車應(yīng)用，西歐為15%，美國為16%，我國僅為8%。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，我國在PVC糊樹脂生產(chǎn)的大都是均聚物，共聚物極少。均聚物是單體聚合技術(shù)，因在應(yīng)用中要求依附材料耐溫好，起應(yīng)用發(fā)展受到限制。而我國在前期引進(jìn)的35種牌號中都是通用型均聚物，卻無共聚牌號。共聚物可以加入第二單體的先進(jìn)技術(shù)，目前國內(nèi)掌握共聚技術(shù)并能生產(chǎn)高端產(chǎn)品的很少，并且在共聚物技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的專用料也只有區(qū)區(qū)幾個牌號?？傊壳拔覈鳳VC糊樹脂行業(yè)整體發(fā)展較為平穩(wěn)，我國應(yīng)該不斷擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，增加產(chǎn)品型號，形成差異競爭、錯位競爭的良性競爭格局；加強(qiáng)企業(yè)之間的技術(shù)交流，加速提高行業(yè)整體技術(shù)水平。隨著應(yīng)用開發(fā)力度的不斷加大，國內(nèi)PVC糊樹脂將會大量取代進(jìn)口。第二章設(shè)計工藝說明2．1懸浮聚合工藝懸浮聚合是通過攪拌器不斷進(jìn)行攪拌，使單體液滴在水中保持懸浮狀態(tài)，聚合反應(yīng)在單體小液滴中進(jìn)行，通常懸浮聚合反應(yīng)為間歇聚合。懸浮聚合過程可以看作是在數(shù)以百萬計的小“反應(yīng)器”(單體珠滴)中進(jìn)行的本體聚合。反應(yīng)釜容積為，氯乙烯在其飽和蒸氣壓之上被壓縮為液態(tài)，在高速攪拌下分散于水中，通過夾套或回流冷凝器排出反應(yīng)熱，用擋板調(diào)節(jié)攪拌效果；加入保護(hù)膠體（分散劑）來防止液滴聚并，這樣形成的穩(wěn)定分散體系，液滴平均直徑為；另一個重要成分為油溶性自由基引發(fā)劑。向反應(yīng)器中加入的物料組成通常稱為配方。懸浮聚合的基本配方有水，VCM，引發(fā)劑和分散劑組成，如下：VCM100份保護(hù)膠體0.05~0.15份水90~130份引發(fā)劑0.03~0.08份2．2生產(chǎn)工藝描述生產(chǎn)工藝為采用懸浮法生產(chǎn)PVC糊樹脂。其生產(chǎn)過程由單體氯乙烯（VCM）、聚合、汽提、脫水干燥、包裝等部分組成。同時還包括原料、輔料供給系統(tǒng)，VCM回收系統(tǒng)，及環(huán)保治理系統(tǒng)等。PVC懸浮聚合的典型工藝流程如圖2.1圖2.1PVC糊樹脂懸浮聚合工藝流程2．2．1種子制備工序由種子聚合釜（A）釜出來的乳漿經(jīng)過種子過濾器過濾后，被送往種子乳漿槽中儲存。從種子乳漿槽中出來的種子乳漿經(jīng)過種子計量泵過濾器過濾后，由種子計量泵輸送到種子計量槽中，通過計量槽輸送到各聚合釜。2．2．2配料工序主要是指氨鹽（引發(fā)劑）、催化劑、乳化劑和后混合劑的制備。從市場上購買來的濃度為20%的氨水儲存在氨劑貯槽中，以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。貯槽中的氨水經(jīng)氨劑輸送泵送到鹽溶解器、乳化劑溶解槽配制引發(fā)劑和乳化劑；另外，氨水的另一條線被輸送到卸料槽進(jìn)行脫氣。從溶解器中出來的鹽溶液被輸送到聚合釜；催化劑溶解槽主要是用于配制催化劑，通過催化劑過濾器過濾后由催化劑加料泵送往聚合釜；由氨水貯槽過來的氨水進(jìn)入乳化劑溶解槽，在飽和蒸汽預(yù)熱下配制乳化劑，經(jīng)乳化劑過濾器過濾后由乳化劑加料泵輸送到聚合釜；另外一部分乳化劑被送到后混合劑加料槽中，與粗后混合劑及NaOH溶液混合配制成后混合劑，經(jīng)過濾器過濾后由泵分別輸送至聚合釜和卸料槽。2．2．3PVC聚合工序聚合生產(chǎn)為分批作業(yè)方式，首先向聚合反應(yīng)釜中加入水、引發(fā)劑、分散劑、加熱到預(yù)定溫度后加入VCM，在攪拌條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度，達(dá)到預(yù)設(shè)的終止條件時加入抑制劑使反應(yīng)終止，反應(yīng)生成物稱為漿料；將PVC漿料轉(zhuǎn)入下道工序，并放空聚合反應(yīng)釜，用水清洗反應(yīng)釜后在密閉條件下進(jìn)行涂壁操作，然后重新投料生產(chǎn)。反應(yīng)后的PVC漿料由聚合釜送至漿料槽，再由汽提塔加料泵送至汽提工序。蒸汽總管來的蒸汽經(jīng)蒸汽過濾后，對漿料中的VCM進(jìn)行汽提，VCM隨氣提汽從漿料中帶出。氣提汽冷凝后，經(jīng)含氧分析，合格后排入氣柜或去聚合工序回收壓縮機(jī)，含氧不合格時排空。冷凝水送至聚合工序廢水汽提塔。其生產(chǎn)流程請見圖2.2┌─→VCM回收VCM┌─┐│┌─┐┌─┐────→┤│││││成│水│聚│┌┴┐│干│││────→┤││汽││││品│引發(fā)劑│├→┤├→│├→┤│────→┤││提││燥││包│分散劑│合│└─┘││││────→┤││││裝│└─┘└─┘└─┘圖2.2PVC生產(chǎn)流程示意框圖2．2．3．1聚合反應(yīng)中技術(shù)對于聚合反應(yīng)工段中提高聚合質(zhì)量、對聚合反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化、提高聚合反應(yīng)能力采取了聚合釜密閉技術(shù)、高溫?zé)崦擕}水技術(shù)和二次加水技術(shù)。（1）聚合釜密閉技術(shù)是指周期性聚合生產(chǎn)中不需要開人孔清釜的技術(shù)，它能降低操作人員的勞動強(qiáng)度，減少VCM單耗和對環(huán)境的污染，在下一批次聚合生產(chǎn)時不需要抽真空脫除聚合釜內(nèi)空氣中的氧氣，減少了聚合輔助時間。要順利實(shí)現(xiàn)聚合釜密閉技術(shù)，必須解決聚合釜自動防粘釜噴涂技術(shù)，選用高效防粘釜劑，解決聚合釜自動水洗技術(shù)及聚合釜下料不完全的技術(shù)問題。密閉技術(shù)聚合釜放料最好采用泵輸送，在聚合釜放料結(jié)束時可以通過泵壓力或電流得出，這樣可避免放料不凈造成水洗廢料單耗高的問題。此設(shè)計中聚合釜的密閉技術(shù)采用雙位防黏釜噴涂設(shè)備和雙位自動高壓水設(shè)備，可以防止聚合釜存在噴涂和水洗不到的死區(qū)而造成的PVC糊樹脂下一批料的質(zhì)量下降。（2）高溫?zé)崦擕}水技術(shù)對于脫鹽水部分采用采用高溫?zé)崦擕}水技術(shù)，此技術(shù)在VCM聚合時不需升溫時間，縮短了聚合反應(yīng)輔助時間，同時由于脫鹽水溫度高，使得脫鹽水中氧氣含量減少，有助于縮短聚合時間。采用高溫?zé)崦擕}水技術(shù)時，引發(fā)劑必須使用水乳型引發(fā)體系，而且引發(fā)劑必須在最后加入，否則會導(dǎo)致PVC樹脂“魚眼”數(shù)增加，此設(shè)計中的引發(fā)劑由釜底加入，這樣加入比由釜頂加入更有利于引發(fā)劑在聚合體系的分散，避免局部過熱聚合，減少“魚眼”數(shù)。（3）二次注水技術(shù)VCM聚合隨著反應(yīng)時間的進(jìn)行，聚合釜內(nèi)物料體積不斷收縮，物料黏度不斷增大，在聚合末期體積比反應(yīng)前收縮1/6。因此本設(shè)計采用二次注水技術(shù)，這樣做能提高反應(yīng)前加入VCM/H2O的比例，提高聚合釜生產(chǎn)強(qiáng)度；降低反應(yīng)過程中物料的黏度，提高聚合釜移熱能力。2．2．4脫氣工序脫氣工序中主要設(shè)備是卸料槽，從聚合釜中過來的乳漿含有雜質(zhì)，必須要經(jīng)過卸料槽進(jìn)行排氣剝離，除去未反應(yīng)單體和雜質(zhì)。經(jīng)排氣剝離的乳漿固含量約為40%，被送到乳漿貯槽中進(jìn)行儲存；而未反應(yīng)單體則從槽上面消泡器出口進(jìn)入回收工序，先后經(jīng)過乳漿回收槽、VCM氣體回收槽，除去單體上所帶的雜質(zhì)后，由回收VCM氣體真空泵輸送到回收VCM氣體密封水槽中進(jìn)行處理，之后送到氣柜重新利用。VCM回收系統(tǒng)工藝流程見圖2.3聚合釜排氣┌─┐┌─┐┌─┐─────→┤││水│││混合槽排氣│氣│壓縮機(jī)││氣│液│─────→┤├──→┤分├→┤├→───→氣提汽│柜││││化│(N2、VCM)─────→┤││離│││└─┘└┬┘└┬┘││液↓↓┌┴┐VCM貯槽│水│└─┘?xì)馓釄D3.3VCM回收系統(tǒng)工藝流程圖2．2．4．1壓縮冷凝法回收VCM氣體脫除PVC漿料中VCM的方法可用直接回收的法，就是將未反應(yīng)的VCM氣體直接回收至氣柜，PVC漿料在回收槽中用壓縮空氣對漿料中殘留的大量VCM進(jìn)行脫除，氣體直接放空，污染環(huán)境。本設(shè)計采用壓縮冷凝法回收未反應(yīng)的VCM氣體。壓縮冷凝方法是將未反應(yīng)的VCM氣體直接送入壓縮機(jī)，壓縮后的氣體經(jīng)冷凝器，VCM氣體壓力高于冷凝器入口壓力時，直接進(jìn)入冷凝器冷凝，冷凝后液體VCM靠液位差直接流入回收至單體貯槽備用，冷凝器中不凝性氣體直接排放，排放的尾氣中大約含VCM1-5%。漿料經(jīng)汽提脫除的未反應(yīng)VCM后直接回收至氣柜，經(jīng)汽提后PVC漿料中殘留的VCM質(zhì)量分?jǐn)?shù)由400-1000μg/g降至10μg/g，這樣使PVC樹脂中的VCM含量大大降低?；厥召A槽中的廢水定期排放于廢水貯槽中，經(jīng)單獨(dú)汽提處理后再排放。聚合釜入料時，回收的VCM與新VCM按規(guī)定比例混合使用。該回收裝置可同時回收漿料汽提塔頂?shù)腣CM氣體。此種技術(shù)可以縮短工藝路線、減少設(shè)備和回收時間。2．2．5干燥工序本設(shè)計中由汽提工序來的PVC漿料連續(xù)送入離心機(jī)進(jìn)行干燥。干燥工段主要有糊樹脂干燥和干料研磨兩個階段。首先，膠乳通過膠乳過濾器和膠乳安全過濾器過濾，在霧化器中形成霧狀后進(jìn)入干燥室，同時經(jīng)過濾后的空氣由泵打入空氣加熱器加熱后與蒸汽會合，進(jìn)入干燥室，將膠乳汽化干燥。之后，純產(chǎn)品直接進(jìn)入旋風(fēng)分離器，而帶雜質(zhì)的膠乳經(jīng)過袋濾器后也進(jìn)入旋風(fēng)分離器。在旋風(fēng)分離器中，氣體被排出，而固體通過振動篩后，不合格的產(chǎn)品流入粗料貯槽，合格的產(chǎn)品流入研磨料倉，進(jìn)入研磨工序。產(chǎn)品進(jìn)入研磨工序后，打開加料旋轉(zhuǎn)閥，膠乳干料進(jìn)入研磨機(jī)，先分選后研磨，研磨成粉末狀固體顆粒后進(jìn)入第二袋濾器，過濾后進(jìn)入成品料倉儲備，經(jīng)旋轉(zhuǎn)加料器進(jìn)入小料筒，然后用包裝機(jī)進(jìn)行包裝成袋裝產(chǎn)品。目前，國內(nèi)PVC生產(chǎn)主要采用氣流加旋風(fēng)干燥技術(shù)和高效組合旋流干燥技術(shù)。高效組合旋流干燥技術(shù)在節(jié)能方面比氣流加旋風(fēng)干燥技術(shù)又有進(jìn)一步的提高，節(jié)能達(dá)25%，空氣用量減少約20%，產(chǎn)生的尾氣量和粉塵量也相應(yīng)減少。2．3主要物料2．3．1主要物料介紹(1)水要求聚合體系中用的水為去離子水，因為離子特別是鈉離子會影響保護(hù)膠體等添加劑的作用，并影響最終聚合物性能，使體積電導(dǎo)率下降；(2)保護(hù)膠體（分散劑）在懸浮聚合中使用的保護(hù)膠體有兩大類：主分散劑和輔助分散劑。主分散劑的主要作用是控制產(chǎn)品粒徑，同時也會影響空隙率和其他形態(tài)學(xué)性能。對PVC的要求是殘余VCM盡量低，同時盡量容易吸收增塑劑，這就要求PVC粒子具有更高且更均一的孔隙率，在加入主分散劑的同時，配入輔助分散劑，可以滿足這樣的要求；(3)穩(wěn)定劑其作用主要是在PVC樹脂熱加工過程吸收分解產(chǎn)生的HCl，以避免HCl進(jìn)一步催化樹脂分解；消除反應(yīng)生成的自由基或與生成的雙鍵加成，從而消除共軛雙鍵體系。其次是聚氯乙烯塑料制品使用過程中防止或延緩老化過程。在熱加工過程中產(chǎn)生穩(wěn)定作用的稱為熱穩(wěn)定劑；(4)增塑劑是難以揮發(fā)的小分子化合物。用于聚氯乙烯的增塑劑必須能夠擴(kuò)散進(jìn)入聚氯乙烯大分子之間，并且可與聚氯乙烯混溶。所以對聚氯乙烯增塑劑的分子結(jié)構(gòu)要求是：含有極性集團(tuán)，但極性不能過強(qiáng)；含有可極化的集團(tuán)如苯基；還含有適當(dāng)斂長的非極性集團(tuán)；(5)填充料在PVC中加入某些無機(jī)填料作為增量劑，以降低成本，同時提高某些物理機(jī)械性能（如硬度、熱變形溫度、尺寸穩(wěn)定性與降低收縮率），增加電絕緣性和耐燃性。2．3．2影響PVC樹脂質(zhì)量的主要因素種子膠乳的質(zhì)量直接影響著PVC的反應(yīng)，繼而影響樹脂質(zhì)量。種子粒徑過大或過小都會影響聚合反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行，造成反應(yīng)波動大，難于控制，嚴(yán)重時會出現(xiàn)破乳，有時在使用某批種子的生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)上述不良現(xiàn)象，但生產(chǎn)出的樹脂的B型黏度偏高(或個別超標(biāo))，這主要是由于本批種子的內(nèi)在質(zhì)量稍差，造成膠乳中大小粒匹配不合理，使樹脂的糊黏度升高。2．3．3膠乳粒子的分布對PVC樹脂質(zhì)量的影響種子乳液法生產(chǎn)的成品膠乳的粒徑是呈雙峰分布的，大小粒子的粒徑分布是否合理是評價成品膠乳內(nèi)在質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，所以在使用品質(zhì)較好的種子的前提下，還要嚴(yán)格控制好初始乳化劑的加入量，只有兩者的使用量合理匹配，才能生產(chǎn)出質(zhì)量較好的PVC樹脂。前期不反應(yīng)或反應(yīng)極弱對PVC樹脂質(zhì)量的影響聚合反應(yīng)前期不反應(yīng)或反應(yīng)極弱現(xiàn)象在以往也曾出現(xiàn)過，但屬于極個別的現(xiàn)象，沒對生產(chǎn)造成較大的影響，可自2003年下半年以來，不反應(yīng)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，表現(xiàn)為人孔投入所需助劑及種子后，再加入單體0．8～1．2m3后，開始加入催化劑，當(dāng)加入40L催化劑后反應(yīng)釜仍沒出現(xiàn)反應(yīng)熱，甚至為負(fù)值(正常時加入30L瞬時乳化劑加入量對PVC樹脂質(zhì)量的影響在乳液聚合中乳液體系的穩(wěn)定性是非常重要的，乳化劑的加入量是否適宜將直接影響整個反應(yīng)體系的穩(wěn)定性。當(dāng)乳化劑加入量過低時，僅部分膠乳粒子表面被乳化劑分子覆蓋保護(hù)，易造成大部分膠乳凝聚，甚至出現(xiàn)破乳情況；而乳化劑加入量過多又會造成反應(yīng)劇烈，不易控制，使小粒子數(shù)增多，粒徑分布不合理，同樣會影響樹脂質(zhì)量。干燥器出口溫度對PVC樹脂質(zhì)量的影響膠乳在噴霧干燥過程中，若干燥器出口溫度過高，則形成的二次粒子凝集很牢固，從而造成樹脂在調(diào)糊過程中不易崩解為一次粒子或崩解速度較慢，從而導(dǎo)致糊性能差。2．3．4相應(yīng)措施及對策對種子品質(zhì)的控制：在配方不改變的情況下，生產(chǎn)過程中時常出現(xiàn)種子粒徑重復(fù)性差及含固量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，制定了如下措施：(1)固定種子聚合釜避免由于變換聚合釜而造成種子粒徑重復(fù)性差；(2)生產(chǎn)種子時由專人負(fù)責(zé)操作控制，避免由于操作人員控制手法不同而造成種子粒徑重復(fù)性差。2．4質(zhì)量指標(biāo)和分析所有的PVC生產(chǎn)商都要對每一批產(chǎn)品測定一些列參數(shù)，這是常規(guī)質(zhì)量控制的一部分。這些參數(shù)包括K值、平均粒徑及其分布、表觀密度、空隙率、雜質(zhì)、分散性、顏色、熱穩(wěn)定性和VCM的殘留量。由于不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)批量大小不同，漿料混合設(shè)備的復(fù)雜程度有差異，干燥車間料倉容積也有差別，所以很難給出典型的測試規(guī)范。采用大型壓力釜的現(xiàn)代生產(chǎn)廠，要對每一釜聚合物進(jìn)行測試，另外還要測定干燥和混合后的產(chǎn)品，以作比較。第三章工藝計算3．1聚合物料衡算示意圖圖3.1聚合物料衡算示意圖3．2聚合物料計算3．2．1反應(yīng)各步驟損失量聚合部分粘壁、泄露、泡末夾等損失占1%；沉析部分破壞低聚物及吹風(fēng)降溫?fù)p失占1%；離心部分母液中帶走損失占0.5%；干燥部分飛揚(yáng)、旋風(fēng)分離及不合格物損失2%；提氣VCM回收率95%3．2．2聚合配方、操作周期和反應(yīng)條件（1）聚合配方：水、VCM、乳化劑、種子、分散劑、引發(fā)劑、還原劑、后混合劑、填充料等；（2）操作周期：聚合釜入料水15minVCM15min攪拌10min升溫30min反應(yīng)9h出料30min清釜置換等50min共計11h30min預(yù)定每日生產(chǎn)2批（3）聚合條件溫度：510.5出料壓力：6kg/cm2（表壓）轉(zhuǎn)化率：85%沉析溫度：76干燥：氣流干燥出口物料含水5%沸騰干燥器出口物料含水0.3%（4）年工作日：330d/a總工作時間：7920h質(zhì)量指標(biāo)：VCM純度為99%其它原料視為純物質(zhì)因為只對聚合工序做物料衡算，所以不用考慮產(chǎn)品的其他質(zhì)量指標(biāo)；成品后處理損失2%；選擇計算基準(zhǔn)與計算單位：因為是間歇式操作過程，所以基準(zhǔn)為“批”，單位為B/d；確定計算順序：由于產(chǎn)物和原料之間的化學(xué)計算比例采用倒推式的計算順序。間歇式操作：每天生產(chǎn)2B，，設(shè)配料及化學(xué)品全部結(jié)合到聚合物中VCM轉(zhuǎn)化率85%；（5）各原料所占比例：VCM：100份去離子水：150份乳化劑：1.0份引發(fā)劑、還原劑：0.03份氧化劑：0.05份種子：2份其他化學(xué)品增塑劑：8份穩(wěn)定劑：1份抗氧劑：1份紫外線吸收劑：0.1份螯合劑：0.1份潤滑劑：0.5份填充料：10份總計：273.783．2．3反應(yīng)工藝流程及各部損失圖圖3.2反應(yīng)工藝流程及各部損失圖3．2．4各步驟損失計算（1）PVC糊樹脂產(chǎn)量10000t/a，成品包裝工序損失2%：；干燥部分飛揚(yáng)旋風(fēng)分離損失占2%離心部分損失占0.5%到達(dá)干燥工序的物料數(shù)量為，；由于乳膠固含量為30%，乳膠數(shù)量=；聚合部分粘壁，泄露，泡沫夾帶等損失占1%沉析部分破壞低聚物及吹風(fēng)降溫?fù)p失占1%到達(dá)聚合部分的物料數(shù)量=；VCM轉(zhuǎn)化率為85%，配料及化學(xué)品全部結(jié)合到聚合物中則加入到聚合釜中的物料數(shù)量=；（2）年工作330天，每天生產(chǎn)數(shù)量=41879.66330=126.91t/d=126910kg/d；每天生產(chǎn)2批，則每批生產(chǎn)數(shù)量=，既每天每批的產(chǎn)量63460kg/B；（3）計算各物料量：由各物料占總量的百分比計算VCM、配料、去離子水、化學(xué)品等數(shù)量；由各物料所占總物料的比例可計算各物料每天每批的投料量：①VCM的質(zhì)量百分比：100:273.78每批應(yīng)加VCM數(shù)量=；VCM的純度為99%，所以每批加的VCM數(shù)量=；②去離子水的質(zhì)量百分比：150:273.78每批應(yīng)加去離子水?dāng)?shù)量=；③乳化劑的質(zhì)量百分比：1:273.78每批應(yīng)加乳化劑數(shù)量=；④引發(fā)劑還原劑的質(zhì)量百分比：0.03:273.78每批應(yīng)加引發(fā)劑還原劑的數(shù)量=；⑤氧化劑的質(zhì)量百分比：0.05:273.78每批應(yīng)加氧化劑的數(shù)量=；⑥種子的質(zhì)量百分比：2:273.78每批應(yīng)加種子的數(shù)量=；⑦聚合釜中所加的化學(xué)品的質(zhì)量百分比：20.7:273.78(其中增塑劑：8份；穩(wěn)定劑：1份；抗氧劑：1份；紫外線吸收劑：0.1份；螯合劑：0.1份；潤滑劑：0.5份；填充料：10份)每批應(yīng)加的化學(xué)品數(shù)量=表3.1各物料投料量整理如表：總投料量63460（kg/B）VCM去離子水乳化劑引發(fā)劑、還原劑氧化劑種子化學(xué)品23413.3334768.80231.806.9611.59463.594798.103．3反應(yīng)釜設(shè)計由設(shè)計要求選用攪拌釜反應(yīng)器。攪拌裝置主要作用是強(qiáng)制物料流動，強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)效果；使物料充分接觸，均勻混合；強(qiáng)化表面更新作用，有利于小分子組分的氣化；使非均相物料分散。因此攪拌釜反應(yīng)器對各種反應(yīng)體系適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，適用溫度和壓力范圍廣既可用于間歇操作，又可用于連續(xù)操作。攪拌釜反應(yīng)器設(shè)計的主要內(nèi)容：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)主要由釜體、攪拌裝置、傳熱裝置、工藝接管、軸密封裝置等組成。反應(yīng)器釜體與貯罐外型相近，是有圓形直筒部分與上下封頭組成。3．3．1反應(yīng)器體積的計算：間歇操作根據(jù)年產(chǎn)量確定日產(chǎn)量：聚合釜入料：水15minVCM15min攪拌10min升溫30min反應(yīng)9h出料30min清釜置換等50min，共計11h30min取既=12h；每天生產(chǎn)的批數(shù)為：式中一個生產(chǎn)周期的時間，h；反應(yīng)達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時間，h；投料、出料、物料升（降）溫、設(shè)備升（降）溫等輔助操作時間，h。既每天生產(chǎn)2批；反應(yīng)器裝料系數(shù)式中反應(yīng)液體積（反應(yīng)液體積變化時，按反應(yīng)液最大體積計算），反應(yīng)器實(shí)際體積，攪拌釜反應(yīng)器，取0.7；計算反應(yīng)器體積及臺數(shù)反應(yīng)液混合密度：由設(shè)反應(yīng)器臺數(shù)為2，則每臺反應(yīng)器體積；既得實(shí)際反應(yīng)器體積為30m3．3．2釜體外形尺寸的設(shè)計：a.封頭形式采用橢圓封頭橢圓曲面部分是長軸與短軸之比為2：1的半橢圓弧線，圍繞橢圓短軸軸線旋轉(zhuǎn)而形成的曲面。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的直邊高度與封頭的直徑有關(guān)。從力學(xué)角度，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的應(yīng)力分布比較均勻，封頭的強(qiáng)度與其連接的筒體強(qiáng)度相等，所以攪拌釜反應(yīng)器和壓力容器的封頭大都選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。橢圓封頭的具體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)參見下表：表3.2標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的設(shè)計參數(shù)封頭名稱封頭高度（h）封頭側(cè)面積（S）封頭體積（V）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭0．251．0830．131表3.3標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭直邊高度與直徑的關(guān)系設(shè)備直徑（mm）300，350400，450500~22002200~3200>3200直邊高度（mm）2525，4015，40，5040，5050b.釜體計算：聚合釜日產(chǎn)量=126910kg/d采用間歇式操作其中；則間歇操作周期：取12h混合液密度：反應(yīng)液體積：反應(yīng)器的總體積：查上表標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為0．131，攪拌反應(yīng)器釜體的長徑比H/D=2令：h為釜體直邊高度，H為反應(yīng)器釜體總高度，則：若?。篐/D=1.5D，則有：h=D雖然反應(yīng)器屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但用于制造反應(yīng)器的上下封頭仍應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。因為H/D比值較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑為4.2m釜體的直邊高度為：釜體的實(shí)際高度：由表取封頭直邊高度為50mm，釜體圓形直筒部分高度：反應(yīng)器的實(shí)際體積為：反應(yīng)器的實(shí)際長徑比：H/D=7.62/4.2=1.82最高液位：最低液位：3．4聚合工段管道計算3．4．1流量查表3.4可知：表3.4物料的流量（）0．00196250．01570．0003140．0003140．039250．471體積流量：單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管路任一截面的體積稱為體積流量，以V表示，其單位為。3．4．2流速a．平均流速流速是指單位時間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動方向上所流經(jīng)的距離。實(shí)驗證明，流體在管路內(nèi)流動時，由于流體具有黏性，管路橫截面上流體質(zhì)點(diǎn)速度是沿半徑變化的。管路中心流速最大，越靠管壁流速越小，在緊靠管壁處，由于流體質(zhì)點(diǎn)黏附在管壁上，其流速等于零。但工程上，通常用管路截面積除以體積流量所得的值來表示流體在管路中的速度。此種速度稱為平均速度，以u表示，單位為m/s。流量與流速關(guān)系為式中A為管路的截面積；由公式可得：b.管路直徑的估算若以d表示管內(nèi)徑，則式可寫成由公式可得：表3.5聚合釜進(jìn)料管管徑整理如表（mm）：物料管徑50100202050200第四章車間布置說明4．1車間平面布置原則(1)廠區(qū)美觀具有現(xiàn)代氣息。符合“十一五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃；(2)符合生產(chǎn)、倉儲工藝要求，使物流、生產(chǎn)作業(yè)線通順短捷，避免主要線路交叉返復(fù)；(3)切實(shí)注意節(jié)約用地，減少土方工程量，降低投資。考慮區(qū)域的安全、衛(wèi)生、建構(gòu)筑物的間距必須滿足防火、衛(wèi)生、安全等要求；(4)將區(qū)域進(jìn)行功能劃分統(tǒng)一管理，方便生產(chǎn)；(5)滿足廠區(qū)內(nèi)外交通運(yùn)輸要求，避免人流與貨流的交叉。4．2車間布置說明聚合工藝車間布置在30m29.5m框架結(jié)構(gòu)廠房內(nèi),共五層?，F(xiàn)根據(jù)工藝流程及生產(chǎn)實(shí)際要求，對車間設(shè)備布置作簡要說明：一層：室內(nèi)布置種子乳漿槽、種子乳漿過濾器、回收VCM氣體密封水槽、回收VCM氣體真空泵密封水冷卻器和卸料槽，室外布置熱脫鹽水槽（30m29.5m）；二層：室內(nèi)布置聚合釜、種子乳漿槽和卸料槽，包括有控制室（30m29.5m）；三層：室內(nèi)主要布置聚合釜、N劑加料槽、催化劑溶解槽、鹽溶解槽、后混合劑槽和乳漿回收槽，包括溶解室、儲藏室、工具室和化學(xué)品室（30m29.5m）；四層：室內(nèi)布置種子乳漿計量槽、聚合釜冷凝器、乳漿回收槽和回收VCM氣體槽，包括工具室（30m29.5m）；頂樓：室內(nèi)有種子乳漿計量槽、聚合釜冷凝器，室外布置回收VCM氣體槽（30m11m）本車間詳細(xì)情況請參閱工藝管道及儀表流程圖、設(shè)備布置圖、設(shè)備表。第五章環(huán)境評估5．1環(huán)境保護(hù)如果在PVC的生產(chǎn)、加工、使用過程中采取一些簡單的措施來避免環(huán)境污染，那么與PVC相關(guān)的潛在問題就很少了。經(jīng)過封閉操作改造后，從聚合裝置泄露的VCM已經(jīng)降到了極低的水平。雖然在現(xiàn)在的脫氣塔中，已將PVC中VCM的含量降到了1010-6以下，但仍會有少量VCM從干燥工序中泄露出來。在PVC離心干燥、乳化劑洗滌工序中以及從裝滿的貯罐和管線中，都會有PVC粉末損失泄漏。所以工廠中有可能PVC的排泄物應(yīng)該直接送到處理池進(jìn)行絮凝處理，這是回收PVC的最后一關(guān)。所有的含水廢物都應(yīng)回收處理成二級或三級用水。通過改善旋風(fēng)干燥器的尺寸，調(diào)節(jié)空氣速率，可以將干燥器中PVC粉末的損失降到最低。一些現(xiàn)代化工廠采用袋式過濾系統(tǒng)，已將PVC粉塵降到了50mg/m3空氣的水平。5．2污染排放概況5.2.1主要原料、物料的消耗原料設(shè)計消耗定額見表5.1表5.1原料消耗定額序號名稱單耗kg/B－PVC年耗t1VCM23413.3315452.802引發(fā)劑6.964.603乳化劑231.80252.995.2.2污染排放概況污染流程請見圖5.1。PVC聚合冷凝、壓縮S1W2W1VCM回收系統(tǒng)G1G3G2汽提離心干燥W3S2S3氣密倉經(jīng)料斗直接包裝5.1污染流程圖a.廢氣排放源G1：工藝過程所有含VCM的尾氣經(jīng)過回收處理后的最終排放點(diǎn)，氣體成分為N2和微量VCM；G2：汽提塔