懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯(年產(chǎn)3萬噸)設(shè)計說明書

課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯（年產(chǎn)3萬噸）學(xué)院： 專業(yè)： 班級：學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 系主任: （簽名）一、設(shè)計要求：1、根據(jù)設(shè)計題目，進(jìn)行生產(chǎn)實際調(diào)研或查閱有關(guān)技術(shù)資料，選定合理的流程方案和設(shè)備類型，并進(jìn)行簡要論述。（字?jǐn)?shù)不小于8000字）2、設(shè)計說明書內(nèi)容：封面、目錄、設(shè)計題目、概述與設(shè)計方案簡介、工藝方案的選擇與論證、工藝流程說明、專題論述、參考資料等。3、圖紙要求：工藝流程圖1張（圖幅2號）；設(shè)備平面或立面布置圖1張（圖幅3號）。二、進(jìn)度安排：教學(xué)內(nèi)容學(xué)時地點備注查資料、說明書提綱、流程論證、工藝流程圖第一周設(shè)計室設(shè)備布置圖、說明書整理、答辯。第二周設(shè)計室三、指定參考文獻(xiàn)與資料過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南（兼用本課程設(shè)計指導(dǎo)書）、過程裝備成套技術(shù)、 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計摘要 本設(shè)計是懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯（年產(chǎn)3萬噸）的工藝初步設(shè)計。該設(shè)計包括設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙兩部分。設(shè)計說明書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明、工藝流程中助劑的選擇及相關(guān)設(shè)備的選型等內(nèi)容，對懸浮法的工藝流程有一個較為詳細(xì)的描述。設(shè)計圖紙則包括工藝流程圖和設(shè)備平面布置圖。關(guān)鍵詞 ： 懸浮法; 聚氯乙烯; 工藝流程說明目錄前 言1第 1 章 概述21.1PVC概述及國內(nèi)外PVC生產(chǎn)技術(shù)概況21.2聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)意義及發(fā)展前景31.3產(chǎn)品及原料說明31.3.1 產(chǎn)品名稱及結(jié)構(gòu)31.3.2 產(chǎn)品性能41.3.3單體氯乙烯（VCM）的性質(zhì)51.3.4 主要輔助材料的規(guī)格6第 2 章 工藝方案的設(shè)計選擇與論證82.1 PVC生產(chǎn)的典型聚合工藝82.2 工藝方案選擇依據(jù)82.2.1 工藝流程方面82.2.2 反應(yīng)速率92.2.3經(jīng)濟方面92.2.4 懸浮聚合92.3 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程92.3.1 聚合原理92.3.2聚氯乙烯懸浮法具體工藝流程132.3.3 工藝流程示意圖14第 3 章 典型機器設(shè)備選型與論證153.1 機器設(shè)備選型的原則153.1.1 滿足工藝要求153.1.2 設(shè)備成熟可靠153.1.3 盡量采用國產(chǎn)設(shè)備153.2 典型設(shè)備選型163.2.1 聚合釜163.2.2 干燥器173.3 附屬機器設(shè)備選型183.3.1 離心機的選型18總結(jié)20參考文獻(xiàn)21致謝22前 言 聚氯乙烯（PVC）是五大通用樹脂之一，其具有耐腐蝕、電絕緣、阻燃性和機械強度高等優(yōu)異性能,廣泛用于工農(nóng)業(yè)及日常生活等各個領(lǐng)域,尤其是近年來建筑市場對PVC產(chǎn)品的巨大需求,使其成為具備相當(dāng)競爭力的一個塑料品種。聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯單體（VC）均聚或與其他多種單體共聚而制得的合成樹脂，聚氯乙烯再配以增塑劑、穩(wěn)定劑、高分子改性劑、填料、偶聯(lián)劑和加工助劑，經(jīng)過提煉、塑化、成型加工成各種材料。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人類生活中起著舉足輕重的作用，我國是世界上PVC生產(chǎn)和消費發(fā)展最快的國家。 我國聚氯乙烯工業(yè)起步于于50年代，僅次于酚醛樹脂是最早工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性樹脂，第一個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。此后全國各地的PVC裝置相繼建成投產(chǎn)，到目前為止，我國有PVC樹脂生產(chǎn)企業(yè)80余家，遍布全國29個省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達(dá)220萬噸年7075萬t/a。PVC樹脂在我國塑料工業(yè)中具有舉足輕重的地位，同時PVC作為氯堿工業(yè)中最大的有機耗氯產(chǎn)品，對維持氯堿工業(yè)的氯堿平衡具有極其重要的作用。本設(shè)計是以氯乙烯單體為原料，對年產(chǎn)能力為3萬噸的懸浮法制聚氯乙烯工藝的初步設(shè)計，收集相關(guān)的化工設(shè)計資料作參考，按專業(yè)綜合課程大綱和設(shè)計任務(wù)書的要求進(jìn)行設(shè)計。本設(shè)計的內(nèi)容在簡要介紹聚氯乙烯在國內(nèi)外的生產(chǎn)技術(shù)概況、發(fā)展前景及其性質(zhì)，用途，工藝方法選擇的基礎(chǔ)上，重點介紹了采用懸浮聚合法生產(chǎn)PVC的工藝過程，產(chǎn)量為年產(chǎn)3萬噸。設(shè)計的主要內(nèi)容：根據(jù)設(shè)計題目，進(jìn)行生產(chǎn)實際調(diào)研或查閱有關(guān)技術(shù)資料，在此基礎(chǔ)上，通過分析研究，選定適宜的流程方案和設(shè)備類型，確定原則的工藝流程。同時，對選定的流程方案和設(shè)備類型進(jìn)行簡要論述。21第 1 章 概述1.1PVC概述及國內(nèi)外PVC生產(chǎn)技術(shù)概況 聚氯乙烯（PVC）是世界第二大通用樹脂，1998年世界PVC樹脂生產(chǎn)能力約為2980萬噸，產(chǎn)量大約為2350萬噸，次于聚乙烯樹脂（生產(chǎn)能力5680萬噸，產(chǎn)量4370萬噸），與聚丙烯樹脂（生產(chǎn)能力2994萬噸，產(chǎn)量2550萬噸）相差不多。PVC是由液態(tài)的氯乙烯單體（VCM）經(jīng)懸浮、乳液、本體或溶液法工藝聚合而成，其中懸浮工藝在世界PVC生產(chǎn)裝置中大約占90的比例。在世界PVC總產(chǎn)量中均聚物也占大約90的比例。PVC是應(yīng)用最廣泛的熱塑性樹脂，可以制造強度和硬度很大的硬質(zhì)制品如管材和管件、門窗和包裝片材，也可以加入增塑劑制造非常柔軟的制品如薄膜、片材、電線電纜、地板、合成革、涂層和其它消費性產(chǎn)品。硬質(zhì)制品目前占PVC總消費量的6570，今后PVC消費量進(jìn)一步增長的機會主要是在硬質(zhì)制品應(yīng)用領(lǐng)域。目前PVC在建筑領(lǐng)域中的消費量占總消費量的一半以上。 聚氯乙烯自工業(yè)化問世至今，七十多年來仍處不衰之勢，占目前塑料消費總量的29以上。到上世紀(jì)末，聚氯乙烯樹脂大約以3的速度增長。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)用途市場的拓寬；其次是制造原料來源廣，制造工藝簡單，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)國來說，一般耗用占其總量的2030。特別是60年代以來，由于石油化工的發(fā)展為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價的乙烯資源，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。1998年我國PVC產(chǎn)量和表觀需求量分別為160萬噸和317萬噸。在世界上產(chǎn)量僅次于美國（639萬噸）、日本（263萬噸）居第三位。2000年前后，計劃新建和擴建PVC能力至少為88萬噸/年，估計此期間大量沒有競爭能力的電石法小廠將閑置，所以總產(chǎn)能有可能達(dá)220萬噸/年水平，其中乙烯法將達(dá)134.6萬噸/年，從目前占31%上升到61%。報道的項目有萬縣市6萬噸/年本體法PVC裝置，天津渤海公司同韓國樂喜公司、美國西方化學(xué)公司合資的10萬噸/年P(guān)VC裝置，(其中引進(jìn)的8萬噸/年乙烯法VCM裝置于1997年建成、投產(chǎn))，上海天原化工廠同伊滕忠商事、旭硝子公司合資的24萬噸/年VCM和20萬噸/年P(guān)VC裝置，泰國正大集團在寧波的12萬噸/年P(guān)VC裝置，遼河集團與樂喜金星公司合資的8萬噸/年P(guān)VC裝置，上海氯堿化學(xué)公司已使VCM產(chǎn)能增大到30萬噸/年，計劃到40萬噸/年，這意味PVC產(chǎn)能將由目前的22萬噸/年增加到36萬噸/年，北京化工二廠將增加PVC能力7.6萬噸/年，齊魯公司將增加PVC能力10萬噸/年，廣州化工廠8萬噸/年乙烯法VCM/PVC項目已通過評審。近10年來我國聚氯乙烯生產(chǎn)通過技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)和消化吸收引進(jìn)技術(shù)，使行業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)有了較大提高。不僅開發(fā)和推廣應(yīng)用脫出氯乙烯單體技術(shù)、防粘釜技術(shù)和干燥技術(shù)，而且聚合釜大型化和生產(chǎn)控制自動化程度均有了極大的提高。但是與國外先進(jìn)水平相比還存在很大差距，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)落后，規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量差，品種少，樹脂加工應(yīng)用不協(xié)調(diào)等方面。因此，我國聚氯乙烯的發(fā)展應(yīng)以引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)、選擇我國市場前景廣闊的硬制品和特殊牌號為主，這樣既能滿足化工建材的市場需求，又可替代進(jìn)口，使我國聚氯乙烯工業(yè)得到健康發(fā)展。1.2聚氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)意義及發(fā)展前景 合成樹脂是塑料工業(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脂，在世界各國合成樹脂的生產(chǎn)、品種及消費上均處于領(lǐng)先地位。這是因為它具有自身的許多優(yōu)點。聚氯乙烯塑料不僅在建材、農(nóng)業(yè)及包裝工業(yè)上有著廣泛的用途，在電子器件、交通運輸、機械和人民生活等各方面。 近十年以來，我國聚氯乙烯生產(chǎn)通過技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)和消化吸收引進(jìn)技術(shù)，使行業(yè)技術(shù)水平有了很大的提高。不僅開發(fā)和推廣應(yīng)用脫出氯乙烯單體技術(shù)、防粘釜技術(shù)和干燥技術(shù)，而且聚合釜大型化和生產(chǎn)控制自動化程度均有了極大提高。但是與國外先進(jìn)水平相比還存在很大差距，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)落后，規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量不高，品種少，樹脂加工應(yīng)用不協(xié)調(diào)等方面。因此，我國聚氯乙烯的發(fā)展應(yīng)以引進(jìn)外國先進(jìn)技術(shù)、選擇我國市場前景廣闊的硬制品和特殊牌號為主，這樣既能滿足化工建材的市場需求，又可替代進(jìn)口，使我國聚氯乙烯工業(yè)得到健康發(fā)展。1.3產(chǎn)品及原料說明1.3.1 產(chǎn)品名稱及結(jié)構(gòu) 中文名稱： 聚氯乙烯英文名稱： Polyvinyl chloride polymer 簡稱： PVC聚氯乙稀是一種無毒、無臭的白色粉末。電絕緣性優(yōu)良，一般不會燃燒，在火焰上能燃燒并放出HCl，但離開火焰即自熄，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）、機械強度及電絕緣性良好的優(yōu)點。但其耐熱性較差，軟化點為80，于130開始分解變色，并析出HCL。 聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n一般在50020000范圍內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下： 分子式： 結(jié)構(gòu)式為： 其中n為平均聚合度，一般為3508000，分子量為300001.3.2 產(chǎn)品性能 典型的物理性質(zhì) 外觀 白色粉末 密度 1.351.45g/cm3 表觀密度0.40.65 g/cm3 比熱容1.0451.463J/（g.） 熱導(dǎo)率2.1kW/（m.K） 顆粒大小懸浮聚合60-150m 本體聚合3080m 糊樹脂0.1-2m 摻混20-80m 熱 性 能無明顯熔點 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75-85，加熱到130以上時變成皮革狀，同時分解變色，長期加熱后分解脫出氯化氫。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。電性能 PVC耐電擊穿，它對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)。老化性能較耐老化，但在光照（尤其光波長為270-310nm時）和氧化作用下會緩慢分解，釋放出HCl，形成羰基，共軛雙鍵而變色?；瘜W(xué)穩(wěn)定性 在酸，堿和鹽類溶液中較穩(wěn)定。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，酯類以外，對水，汽油和酒精均穩(wěn)定。機械性能聚氯乙烯抗沖擊強度較高，常溫常壓下可達(dá)10MPa。 1.3.3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 主要性質(zhì)氯乙烯分子式為C2H3Cl，分子量62.51，常溫常壓下為無色，帶有甜香味氣體，易燃易爆，遇到空氣可形成燃燒爆炸，在空氣中爆炸范圍為422%，有毒，性質(zhì)活潑，能起加成反應(yīng)和易起聚合反應(yīng)。沸點（0.1MPa）為-139，熔點為-159.7。 聚合放熱量1554KJ/kg.m，聚合時的體積收縮率為35%，導(dǎo)熱系數(shù)0.17956J/（.S.K ）液體導(dǎo)熱系數(shù)（20）0.142J/（.S.K）。 1.3.4 主要輔助材料的規(guī)格分散劑名稱聚乙烯醇（通常為無色粉末），簡稱PVA分子結(jié)構(gòu)式 聚合度為m+l分子量為2600揮發(fā)份 5% 灰分1%溶解性PVA對水的溶解度隨聚合度和醇解度不同而變化。在常溫下，完全不溶于有機溶劑。其溶解方法將PVA摻入到30以下的冷水中在攪拌下分散、溶脹、加熱到70-80就完全溶解。引發(fā)劑名稱過氧化二碳酸二（2-乙基）己酯化學(xué)結(jié)構(gòu)式：分子量為346.45外觀性狀常為無色或淡黃色液體溶劑Shellsol-71反應(yīng)調(diào)節(jié)劑名稱巰基乙酸2-乙基己脂化學(xué)結(jié)構(gòu)式外觀性狀常為無色或淡黃色液體，特有的巰醇臭味。分子量204.3分子量204.3反應(yīng)終止劑名稱RS-1 （一種苛性鈉水溶液）配方無離子水84.6%氫氧化鈉4.4% 雙酚-A 11.0%結(jié)構(gòu)式 分子量223.3防粘釜劑的性質(zhì)性質(zhì)是一種石油樹脂環(huán)戊二烯基樹脂與酚類化合物的混合物。配方聚醅酚 100kg 石油樹脂 700kg 對甲基磺酸 0.15 kg反應(yīng)溫度 160-170第 2 章 工藝方案的設(shè)計選擇與論證2.1 PVC生產(chǎn)的典型聚合工藝到目前為止，世界上PVC生產(chǎn)的聚合工藝主要有四種，即懸浮聚合、本體聚合、乳液聚合、微懸浮聚合。其中以懸浮聚合法為主。（1） 懸浮聚合懸浮聚合是一種成熟的工藝，典型的懸浮聚合過程是向聚合釜中加入無離子水和懸浮劑，加入引發(fā)劑后密封聚合釜，脫除氧，加入單體氯乙烯進(jìn)行聚合。（2）本體聚合 本體聚合工藝不以水為介質(zhì)，也不加入分散劑等各種助劑，而只加入氯乙烯和引發(fā)劑，因此可大大簡化生產(chǎn)工藝。 （3） 乳液聚合 乳液聚合是生產(chǎn)糊樹脂的方法，通常采用水溶性引發(fā)劑（H2O2或K2S2O8等）把氯乙烯單體、水溶性物質(zhì)、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入集合釜中進(jìn)行聚合反應(yīng)。 （4） 微懸浮聚合 微懸浮聚合將氯乙烯單體，無離子水、乳化劑、油溶性引發(fā)劑以及其它助劑按比例混合均化，將均化料通入聚合反應(yīng)釜進(jìn)行聚合。2.2 工藝方案選擇依據(jù)2.2.1 工藝流程方面就以上四種聚合工藝而言，本體法工藝流程簡單，裝置占地面積小，同時基本上無廢液排放，排氣可達(dá)到最低程度，環(huán)境污染少，而且產(chǎn)品質(zhì)量好、純度高，特別使用透明包裝材料和電纜料。懸浮法是一種相對最成熟的工藝，在目前世界上聚氯乙烯生產(chǎn)中占有絕對的分額，且產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品品種最多，容易適應(yīng)市場。乳液法是生產(chǎn)糊樹脂的方法，工藝復(fù)雜、成本較高且樹脂質(zhì)量較差。而微懸浮法也是生產(chǎn)糊樹脂的方法，但僅用于特殊用途。2.2.2 反應(yīng)速率 控制方對于本體聚合，當(dāng)自由基聚合進(jìn)行到一定轉(zhuǎn)化率后，體系黏度增大，自動加速效應(yīng)顯著，散熱困難。大規(guī)模生產(chǎn)時，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時還是不能很好的控制。改用溶液聚合可以克服這一困難，但聚合速率和產(chǎn)物分子量均有所降低；此外，脫除溶劑困難，成本較高。而懸浮聚合可以克服本體聚合和溶液聚合的上述缺點。 2.2.3經(jīng)濟方面 從經(jīng)濟角度分析，均相本體聚合是最合理的聚合方法。但其聚合后期體系黏度很高，在聚合反應(yīng)器中攪拌、傳熱等工程問題解決之后，才能有效的實施。若包括精制、回收、干燥等后期處理工序在內(nèi)，則各聚合過程的經(jīng)濟性大體依下列順序遞減：懸浮聚合本體聚合微懸浮聚合乳液聚合。 2.2.4 懸浮聚合 懸浮聚合法有許多優(yōu)點，如以水為介質(zhì)，價廉、不需要回收、安全、產(chǎn)物容易分離、生產(chǎn)成本低；懸浮聚合體系黏度低、熱量容易由夾套中冷卻水帶走、溫度容易控制、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于沒有向溶劑的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，其產(chǎn)物分子量一般比溶液聚合物高。與乳液聚合相比，懸浮聚合物上吸附的分散劑量少，有些還容易脫除，產(chǎn)物含有較少的雜質(zhì)。生產(chǎn)技術(shù)相對更加完善，技術(shù)成熟。由于這些優(yōu)點，懸浮聚合在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。 通過以上的各種方案的對比，本設(shè)計選用懸浮法制取聚氯乙烯。2.3 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程2.3.1 聚合原理 在光、熱或輻射能的作用下，烯類單體有可能形成自由基而聚合。但由于 C C 鍵能大（3.84103kJ/mol）, 須在300400高溫下才能開始均裂成自由基。這樣高的溫度遠(yuǎn)超過了一般聚合溫度。因此，氯乙烯聚合系采用過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。整個聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個步驟。 （1）鏈引發(fā) 這是形成單體自由基活性種的反應(yīng)。用引發(fā)劑引發(fā)時，由下列兩步組成：首先引發(fā)劑I受熱，分解產(chǎn)生初級游離基R。 I 2R初級游離基一旦生成，很快作用于VC分子激發(fā)其雙鍵的電子使之分離為二個獨電子并與其中一個獨電子結(jié)合生成單體游離基。 H H H R+C = C RCH2 C + 125103KJ/mol H Cl Cl常用的引發(fā)劑有偶氮二異丁腈（ABIN），偶氮二異庚腈（ABVN）、EHP、IPP等。 （2）鏈增長 在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質(zhì)與之作用，就能進(jìn)攻第二個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， H 產(chǎn)生含有大量 （CH2 C）單元的鏈自由基，這個過程叫做鏈增長反應(yīng). Cl 這實際上是一個加成反應(yīng)。H H RCH2 C+nCH2=CHClR(CH2CH)n+CH2C Cl Cl Cl這一鏈增長過程直到鏈終止，活性都不減弱，在瞬間（如0.1秒幾分鐘）即可達(dá)到分子量為十萬的高聚物分子。在PVC的鏈增長反應(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，即：Cl Cl CH2CHCH2CHCH2CH+CH2=CH CH2CHCHCHCH2 Cl Cl Cl Cl 經(jīng)實驗證明，主要以“頭尾”形式連接。原因是有電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)兩個方面。按頭尾連接時，氯原子與單電子連在同一個碳原子上，取代基對自由基有共軛穩(wěn)定作用。加上相鄰的次甲基的超共軛效應(yīng)，自由基得以穩(wěn)定；而按頭頭連接時，無共軛效應(yīng)，自由基不太穩(wěn)定。兩種連接形式的鍵能相差3.354.1910kJ/mol,因此有利于頭尾相連。聚合溫度升高時，頭頭連接結(jié)構(gòu)將增多。從空間位阻方面看，CH2較CHCl空間位阻小，所以有利于頭尾連接。(3)鏈轉(zhuǎn)移 在自由基聚合過程中，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原子（氫或氮）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。 ： 向單體VC鏈轉(zhuǎn)移形成端基雙鍵PVC： VC懸浮聚合鏈終止的方式已證實，當(dāng)轉(zhuǎn)化率在90%以下時，以向單體VC鏈轉(zhuǎn)移為主，致使PVC高分子鏈端存在雙鍵：H H H H CC+ C = C CH=CHCl+CH3CH Cl H H Cl H H H H 或： CC + C = C CH2CH2Cl+CH2=CCl H Cl Cl H下一轉(zhuǎn)移方式因生成CH2=CCl極不穩(wěn)定，該反應(yīng)需要大量的活化能，故以上一種轉(zhuǎn)移方式為主。：向高聚物轉(zhuǎn)移形成支鏈或交聯(lián)PVC： H H CH2C+ CH2C CH2CH2+ CH2C Cl Cl Cl Cl生成的CH2C繼續(xù)與CH2=CHCl反應(yīng)可生成支鏈高聚物或相互結(jié)合形成交聯(lián)高聚物。 Cl此種鏈轉(zhuǎn)移在轉(zhuǎn)化率較高時（此時VC濃度較低）比較多。 (4) 鏈終止 ：偶合鏈終止相成“尾尾”相連PVC： H H H H CH2C+CCH2CH2CCCH2 Cl Cl Cl Cl ：歧化終止形成端基雙鍵PVC：H H CH2CH+CCH2CH2CH2+ C =CH Cl Cl Cl Cl 游離基聚合反應(yīng)動力學(xué)方程式2，可歸納為：聚合速率Vp=K(M+Kp 2/3)(B/M)1/2式中：K=(Kp+Ktr)(Fki/kt)1/2 K=Ka/Ktr Ka:向聚合物表面進(jìn)行鏈轉(zhuǎn)移速度常數(shù) Kp:鏈增長反應(yīng)速度常數(shù) B:引發(fā)劑濃度 Ktr:鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)速度常數(shù) M:單體濃度 Ki:鏈引發(fā)反應(yīng)速度常數(shù) P:聚合物濃度 Kt:鏈終止反應(yīng)速度常數(shù) F:引發(fā)效率（%）2.3.2聚氯乙烯懸浮法具體工藝流程 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，將釜內(nèi)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進(jìn)行脫水和沖洗。脫水后的生成物經(jīng)螺旋輸送機送至氣流干燥器干燥，再經(jīng)沸騰床干燥器干燥，干燥好的樹脂經(jīng)滾筒篩過篩，成品經(jīng)計量包裝送至倉庫。其主要操作流程如下： （1） 聚合 懸浮聚合的過程是先將去離子水用泵打入聚合釜中啟動攪拌器,依次將分散劑溶液、引發(fā)劑及其他助劑加入聚合釜內(nèi)。然后，對聚合釜夾套內(nèi)通入蒸汽和熱水，當(dāng)聚合釜內(nèi)溫度升高至聚合溫度（5058）后，改通冷卻水，控制聚合溫度不超過規(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。待釜內(nèi)壓力從最高0.6870.981Mpa時,可泄壓出料,使聚合物膨脹。因為聚氯乙烯粒的疏松程度與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脂在泡沫捕集器捕集下來，流至沉降池中，作為次品處理。 （2）堿處理 聚合物懸浮液送堿處理槽，用濃度為3642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7080,維持1.52.0h,然后用氮氣進(jìn)行吹氣降溫至65雙下時,再送去過濾和洗滌。 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）樹脂的干燥 聚氯乙烯樹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脂上的表面非結(jié)合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內(nèi)部結(jié)合水。 （4）脫水與成品 在臥式刮刀自動離心機或螺旋沉降式離心機中，先進(jìn)行過濾，再用7080熱水洗滌二次。經(jīng)脫水后的樹脂具有一定含水量，經(jīng)螺旋輸送器送入氣流干燥器，以140150熱風(fēng)為載體進(jìn)行第一段干燥，出口樹脂含水量小于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%的聚氯乙烯樹脂。再經(jīng)篩分、包裝后入庫。2.3.3 工藝流程示意圖第 3 章 典型機器設(shè)備選型與論證3.1 機器設(shè)備選型的原則3.1.1 滿足工藝要求設(shè)備的選擇和計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；能降低勞動強度，提高勞動生產(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)備制造較易，材料易得，操作及維修保養(yǎng)方便。設(shè)備選擇時，要能完全滿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方面對擬采用個設(shè)備進(jìn)行詳盡地比較，并拿出最佳的方案來。3.1.2 設(shè)備成熟可靠作為工業(yè)生產(chǎn)，不允許把不成熟或未經(jīng)生產(chǎn)考驗的設(shè)備用于設(shè)計。設(shè)計中所選用的設(shè)備不但技術(shù)性能要可靠，設(shè)備材質(zhì)也要可靠。對從國外引進(jìn)的設(shè)備，同樣必須強調(diào)設(shè)備及其所采用材質(zhì)的可靠性，特別對生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，一定要在充分調(diào)查研究和對比的基礎(chǔ)上，作出科學(xué)的選定。3.1.3 盡量采用國產(chǎn)設(shè)備在設(shè)備選型時應(yīng)盡量采用國產(chǎn)設(shè)備，這樣不僅可以節(jié)約外匯，而且可以促進(jìn)我國機械制造工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然根據(jù)條件和可能，引進(jìn)少量進(jìn)口裝置或關(guān)鍵設(shè)備也是不要的，但同樣必須堅持設(shè)備先進(jìn)可靠，經(jīng)濟合理，并應(yīng)考慮在引進(jìn)的基礎(chǔ)上如何消化吸收以及仿制工作。3.2 典型設(shè)備選型3.2.1 聚合釜聚合釜是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)工藝得以實現(xiàn)。在小型釜時期，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、造價低廉而優(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)合鋼板造價低，易于加工，可向大型化發(fā)展，并具絕對優(yōu)勢。現(xiàn)在國內(nèi)運用廣泛的的聚合釜主要是容積為70m3的聚合釜，該種聚合釜技術(shù)非常成熟，是不用釜頂冷凝器的最大的聚合釜，可控性高，生產(chǎn)強度大。 國產(chǎn)70m3聚合釜的技術(shù)特性見下表所示：項目 釜體 夾套全容積/m3 70.2 物料名稱 VC，H2O，等 H2O 設(shè)計壓力/MPa 2.06 0.749 r* s# b 設(shè)計溫度/ 93 882 D. q5 主體材料 16MnR+SUS304 16MnR/10/Q235-A) ! x1 o. M5 t+ U w 容器類別 傳熱方式 半管夾套+內(nèi)冷管! v8 K7 s3 O# i) b* 傳熱面積/m3 夾套70，內(nèi)冷管19 z3 o) 設(shè)備凈重/kg J; K7 I: L9 g4 電機功率/kW 160 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)/rm-1 98 攪拌轉(zhuǎn)向 順時針(向下看)2 j; 攪拌器型式 三葉后掠5 B& h6 Q 軸封型式 雙端面機械密封3 Y5 0 / j4 機封冷卻方式 衡液罐或密封油站 單釜年生產(chǎn)能力/萬t 2.0-2.5% U. _+國產(chǎn)70m3聚合釜的結(jié)構(gòu)特點如下： （1）采用二層三葉后掠式攪拌器。該攪拌器的設(shè)計是經(jīng)過攪拌冷模試驗，運用攪拌放大技術(shù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計，從而保證了最佳的樹脂產(chǎn)品質(zhì)量(顆粒型態(tài)與粒徑分布)和最低的能量消耗。 （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)強度提供了可靠的保證。 （3）攪拌傳動系統(tǒng)置于釜體下部，采用底伸式攪拌軸，運行平穩(wěn)，檢修方便。4 $ （4）軸封采用雙端面機械密封，機封上部在釜內(nèi)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，保證機封長期可靠運行。 （5）釜體內(nèi)表面采用復(fù)合電解研磨拋光，表面粗糙度Ra0.1m，釜上還配有噴淋涂釜裝置，所以該釜的防黏釜問題已經(jīng)得到很好的解決。故根據(jù)本設(shè)計的要求，選擇國產(chǎn)容積為70m3的聚合釜，由于其單臺聚合釜的年生產(chǎn)能力能達(dá)2.02.5萬噸，故選用兩臺聚合釜即可滿足設(shè)計要求。3.2.2 干燥器 干燥機械的選型要綜合考慮一下因素： （1）物料特性：物料形態(tài)、物料的物理性能、物料的熱敏性能、物料與水分結(jié)合狀態(tài)。 （2）對產(chǎn)品品質(zhì)的要求 （3）使用地環(huán)境及能源狀況 （4）其他一些要求 聚氯乙烯樹脂是一種熱敏性的,粘性小的,多孔性的粉末狀物料,其干燥過程可以看作是一種非結(jié)合水的干燥，即經(jīng)歷表面氣化和內(nèi)部擴散的不同控制階段。為此在干燥過程中采用二級裝置。根據(jù)工藝流程要求，本設(shè)計采用氣流干燥器和沸騰床干燥器的二級裝置。（1）氣流干燥器 氣流干燥器主要是利用氣流的瞬時干燥去除聚氯乙烯樹脂的表面水分氣，此為第一級干燥。這時干燥強度取決于引入的熱量,通過加大風(fēng)量和溫度，使較高的濕含量能迅速的降低到臨界濕含量附近的水平。其主要操作是將含水量為20%-25%的聚氯乙烯樹脂濕料,經(jīng)螺旋輸送機送至第一級脈沖氣流干燥器,樹脂隨熱風(fēng)吹上,進(jìn)旋風(fēng)分離器捕集,這時樹脂含水量約為3%-5% 。 氣流干燥器的特點是：干燥強度大，干燥時間極短，熱效率高、設(shè)備簡單、且處理量極大，產(chǎn)品質(zhì)量均勻可靠。（2）沸騰床干燥器 沸騰床干燥器主要是對上一級干燥所得樹脂的內(nèi)部水分進(jìn)行干燥，使其擴散，此為第二級干燥。此時應(yīng)以降低風(fēng)速和延長時間為宜，使?jié)窈窟_(dá)到最終干燥的要求。其主要操作是通過料柱控制閥加入沸騰床干燥器,物料由第一室向最后一室逐漸推移。沸騰床內(nèi)樹脂被熱風(fēng)吹起,形成流化狀態(tài),溢流出口，再由文丘里加料吸入至冷風(fēng)管冷卻。經(jīng)旋風(fēng)除塵器捕集至滾筒篩和振動篩過篩,進(jìn)行成品包裝。 沸騰床干燥器的結(jié)構(gòu)特點：進(jìn)入各室的熱空氣溫度、物料在沸騰床內(nèi)的停留時間、進(jìn)料的速度等可以調(diào)節(jié)；并且氣流的壓降損失低，這樣不但易于操作，而且操作的穩(wěn)定性好，常用來干燥粒徑為0.024m