年產(chǎn)20萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計方案

1、目錄第1章 總論11.1概述11.1.1意義與作用11.1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀以發(fā)展前景11.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)與特點(diǎn)21.1.4產(chǎn)品的主要用途21.1.5產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述 41.2 設(shè)計依據(jù) 41.3 廠址選擇41.4 設(shè)計規(guī)模與及原料與產(chǎn)品規(guī)格61.4.1設(shè)計規(guī)模61.5.1主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)71.5.2產(chǎn)品規(guī)格6第2章 工藝設(shè)計與計算72.1工藝原理72.2工藝條件影響因素82.3工藝路線選擇102.3.1工藝路線選擇原則112.3.2具體工藝路線 112.3.2工藝流程示意圖 122.4工藝參數(shù)142.4.1工藝配方122.4.2工藝參數(shù) 132.5物料衡算142.5.1物料衡算的意義

2、與作用142.5.2物料衡算的方法與步驟142.5.3物料衡算152.6熱量衡算182.6.1能量衡算的意義與作用182.6.2熱量衡算以所需熱質(zhì)的量19第3章 設(shè)備選型213.1選型原則213.2關(guān)鍵設(shè)備選擇223.2.1塔（釜）的計算223.2.2塔（釜）的高度與直徑的計算233.2.3塔（釜）的壁厚計算253.2.4傳熱元件的計算273.2.5攪拌器的選擇283.3其他設(shè)備的選擇33第4章 車間布置設(shè)計的原則334.1車間布置設(shè)計的原則334.1.1車間設(shè)備布置的原則334.1.2車間設(shè)備平面布置的原則344.1.3車間設(shè)備立面布置的原則344.2車間設(shè)備布置354.2.1車間設(shè)備平面布

3、置354.2.2車間設(shè)備立面布置35第5章 自動控制 355.1主要的控制原理355.2自控水平與控制點(diǎn)36第6章 環(huán)境保護(hù)366.1三廢產(chǎn)生情況36第7章 公用工程377.1供水377.2供電387.3供暖387.4通風(fēng)38結(jié)束語39致謝40參考文獻(xiàn)41第1章 總論1. 1 概述1.1.1意義與作用聚氯乙烯（pvc）是國內(nèi)外高速發(fā)展的合成材料中5大熱塑性合成樹脂之一，以其價廉物美的特點(diǎn)，占合成樹脂消費(fèi)量的29%左右，僅次于聚乙烯（pe），居第二位。由于它具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性、陰燃性、物理及機(jī)械性能、抗化學(xué)藥品性能、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且易加工、成本低，可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、

4、吹塑中空等方式進(jìn)行加工，是一種能耗少、生產(chǎn)成本低的產(chǎn)品。因而聚氯乙烯（pvc）制品廣泛用二工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊和包裝及人們生活中的各個領(lǐng)域。聚氯乙烯（pvc）硬質(zhì)制品可代替金屬制成各種工業(yè)行材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等，還可以做收音機(jī)、電話、電視機(jī)、蓄電池外殼及家具、玩具等。其輕質(zhì)品可制成薄膜用以制作雨披、臺布、包裝材料以及農(nóng)膜，還可制成人造革、電線、電纜等的絕緣層1。1.1.2國內(nèi)外的現(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、交通運(yùn)輸、電力電訊和包裝等各領(lǐng)域。2006年我國pvc生產(chǎn)能力約為972萬噸，產(chǎn)量為920萬噸，凈進(jìn)口量達(dá)151

5、萬噸，消費(fèi)年增長率在9.5左右。隨著節(jié)水灌溉、建筑化學(xué)建材、包裝、電子電氣、汽車等下游行業(yè)對pvc需求的快速增長，未來幾年我國對聚氯乙烯(pvc)的需求仍將保持較高的增長速度。2007年全球pvc消費(fèi)量約為3100萬噸，預(yù)計到2010年我國pvc樹脂的需求量將達(dá)1100萬噸，2020年將達(dá)到2160萬噸。預(yù)計到2010年全球pvc的需求量將達(dá)到3490萬噸，2020年將達(dá)到4600萬噸。聚氯乙烯按聚合方法分四大類：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2。1.1.3產(chǎn)品性質(zhì)與特點(diǎn)中文名稱： 聚氯乙烯英文名稱： polyvinyl chloride polymer 簡稱：

6、 pvc玻璃轉(zhuǎn)變溫度: 87 熔點(diǎn): 212導(dǎo)熱率(): 0.16 w/mk 熱膨脹系數(shù)(): 810-5 /k 熱容(c): 0.9 kj/(kgk) 吸水率 (astm): 0.04-0.4% 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3。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

7、優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80，于130開始分解變色，并析出hci3。 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：從產(chǎn)品分類看，pvc屬于三大合成材料(合成樹脂、合成纖維、合成橡膠)中的合成樹脂類，其中包括五大通用樹脂，聚乙烯pe、聚氯乙烯pvc、聚丙烯pp、聚苯乙烯ps、abs樹脂。1.1.4聚氯乙烯的主要用途1.pvc一般軟制品利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機(jī)配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。2.pvc薄膜pvc與添加劑混合、塑化后，利用三輥或四輥壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜，用這

8、種方法加工薄膜，成為壓延薄膜。也可以通過剪裁，熱合加工包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。經(jīng)雙向拉伸的薄膜，所受熱收縮的特性，可用于收縮包裝。3.pvc涂層制品有襯底的人造革是將pvc糊涂敷于布上或紙上，然后在100攝氏度以上塑化而成。也可以先將pvc與助劑壓延成薄膜，再與襯底壓合而成。無襯底的人造革則是直接由壓延機(jī)壓延成一定厚度的軟制薄片，再壓上花紋即可。人造革可以用來制作皮箱、皮包、書的封面、沙發(fā)及汽車的坐墊等，還有地板革，用作建筑物的鋪地材料。4.pvc泡沫制品軟質(zhì)pvc混煉時，加入適量的發(fā)泡劑做成片材，經(jīng)發(fā)泡成型為泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、

9、涼鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機(jī)基礎(chǔ)成低發(fā)泡硬pvc板材和異型材，可替代木材試用，是一種新型的建筑才材料。5.pvc透明片材pvc中加沖擊改性劑和有機(jī)錫穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、塑化、壓延而成為透明的片材。利用熱成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包裝，是優(yōu)良的包裝材料和裝飾材料如月餅包裝盒。6. pvc糊樹脂將pvc分散在液體增塑劑中，使其溶脹塑化而成增塑溶膠，通常用乳液或微懸浮樹脂，還需加穩(wěn)定劑、填料、著色劑等，經(jīng)充分?jǐn)嚢瑁摎馀莺?，配成pvc糊，再用進(jìn)、浸漬、澆鑄或搪塑等加工成各種制品。如衣架、工具手柄、圣誕樹等。7.pvc硬板和板材pvc中加入穩(wěn)定劑、潤滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出

10、機(jī)可擠出各種口徑的硬管、異型管、波紋管，用作下水管、飲水管、電線套管或樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質(zhì)板材。板材可以切割成所需的形狀，然后利用pvc焊條用熱空氣焊接成各種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。8.pvc其他門窗有硬質(zhì)異型材料組裝而成。在有些國家已與木門窗鋁窗等共同占據(jù)門窗的市場；仿木材料、代鋼建材(北方、海邊)；中空容器4。1.1.5產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述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500-20000范圍內(nèi)，其分子結(jié)構(gòu)式如下：聚氯乙烯按聚合方法分四大類：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。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計采用懸浮發(fā)生產(chǎn)

11、聚乙烯。懸浮法(主要是水相懸浮法)生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯為非均質(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5。1.2 設(shè)計依據(jù)設(shè)計任務(wù)書北京化工大學(xué)化工設(shè)計化學(xué)工業(yè)出版社畢業(yè)設(shè)計（論文）工作手冊北京化工大學(xué)化工工藝設(shè)計手冊化學(xué)工業(yè)出版社輕化工廠設(shè)計概論中國輕化工業(yè)出版社化工容器及設(shè)備實(shí)用手冊1.3 廠址選擇廠址選擇是基本建設(shè)前期工作的重要組成部分，是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計劃和工業(yè)布局的要求，選擇和確定工廠的建設(shè)位置。一個工廠廠址選擇是否合理，將對建廠速度，建設(shè)投資，對項目建成后的經(jīng)濟(jì)效益，社會效益和環(huán)境效益的發(fā)揮，對輕化工業(yè)的合理布局和地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義，

12、所以廠址選擇是一項政策性和科學(xué)性很強(qiáng)的綜合性工作。廠址選擇的基本原則：廠址選擇必須遵守國家法律法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家方針、政策，堅持基本建設(shè)程序，符合國家長遠(yuǎn)規(guī)劃及行政布局、國土開發(fā)整治規(guī)劃、城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃。從全局出發(fā)，正確處理工業(yè)與農(nóng)業(yè)、城市與鄉(xiāng)村、遠(yuǎn)期與近期以及協(xié)作配套等各種關(guān)系，并因地制宜，節(jié)約用地，不占或少占耕地及林地。注意資源合理開發(fā)和綜合利用、節(jié)約能源、節(jié)約勞動力；注意環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡、保護(hù)風(fēng)景和名勝古跡；同時，還要做到有利生產(chǎn)、方便生活、便于施工，并提供有多個可供選擇的方案進(jìn)行比較和評價。廠址選擇的一般要求：1.場地地形：要滿足生產(chǎn)工藝流程，運(yùn)輸要求和留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。便于排除雨水

13、，不受洪水，海潮的影響或大型水壩潰壩的威脅。2.區(qū)域地質(zhì)和工程地質(zhì)：要避開地震斷層及大斷裂交匯區(qū)和基本烈度高于八度（不包括八度）的地震區(qū)（若必須在地震區(qū)選廠時，應(yīng)慎重選擇對抗地震有利的地形）。3.水文地質(zhì)：地下水最好對建筑材料無侵蝕性或具微侵蝕性，其水位最好低于地下結(jié)構(gòu)深度。4.氣象：必須考慮日照方向，方位對建筑物的排列影響5.資源、原料、燃料及產(chǎn)品銷售：要求資源，原料，燃料來源可靠，質(zhì)量符和要求。6.交通運(yùn)輸：廠址要求交通方便。7.給水排水：廠址宜靠近水源，保證供水的可靠性，并滿足對水質(zhì)，水量，水溫的要求、8.動力供應(yīng)：要求工業(yè)電源及其他動力來源可靠。9.生活區(qū)：有污染氣體排放的工廠應(yīng)位于生

14、活區(qū)的下風(fēng)方向，并與廠區(qū)有一定的防護(hù)地帶。10.安全防護(hù)：要符合城市及區(qū)域規(guī)劃，并滿足人防的要求12.施工條件：應(yīng)盡可能利用當(dāng)?shù)毓?yīng)的建筑材料13.其他如必須滿足當(dāng)?shù)睾娇照荆C(jī)場），通訊設(shè)施（廣播電臺，電報臺）和軍工工程對間隔距離和技術(shù)上的要求，并取得有關(guān)部門同意。廠址地下如有古墓，遺址或有地下建筑物，文物時，事先應(yīng)征得文化部門的處理意見6。綜合上述要求，我將建廠地點(diǎn)選在內(nèi)蒙土默特旗。生產(chǎn)原料便于取得，利于生產(chǎn)。同時近年政府又提出振興西部工業(yè)基地的號召，因此在東北建廠將享有一定的政策優(yōu)惠。這里交通運(yùn)輸也較方便，各種公用條件都可以滿足要求。這里的氣象條件及自然條件也允許建廠。1.4 設(shè)計規(guī)模及原

15、料與產(chǎn)品規(guī)格1.4.1設(shè)計規(guī)模本廠的設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)20萬噸丙酮氰醇，年實(shí)際工作日為330天，日生產(chǎn)能力為606噸。1.4.2主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 單體純度用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99%以上，其他雜質(zhì)的含量如表1-3所示。表1-3 原輔材料規(guī)格序號名稱含量1乙烯0.00022丙烯0.00023乙炔0.00024丁二烯0.00025-丁烯-炔06二氧化合物0.00017水0.058hcl0去離子水規(guī)格如表1-4所示。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05sio2,06so3,0.000017氯,08蒸發(fā)殘留物01.5.2產(chǎn)品規(guī)格

16、產(chǎn)品及副產(chǎn)品規(guī)格見表1-5。表1-5 產(chǎn)品規(guī)格序號純度單體含量其它雜質(zhì)h2oph備注精聚氯乙烯99%0.10.60.32.7-3.7優(yōu)級品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.32.5-3.8合格精聚氯乙烯87%2.53.51.52.5-3.8第2章 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。反應(yīng)迅速，同時放出大量的反應(yīng)熱。鏈增長的方工為頭尾相連。聚合反應(yīng)過程存在著嚴(yán)重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)移隨溫度的升高而加快。聚

17、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)聚氯乙烯的主要方法。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(diǎn)，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)的樹脂的孔隙率提高了300%以上，經(jīng)過適當(dāng)處理的樹脂其單體氯乙烯的殘留量由原來的0.1%降到0.0005%以下。同時設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)，大型化和采用計算機(jī)數(shù)控聯(lián)機(jī)質(zhì)量控制，使批次之間樹脂質(zhì)量更加穩(wěn)定。另外，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，進(jìn)一步減少了氯乙烯單體的

18、消耗。2.2 工藝條件影響因素聚氯乙烯聚合時主要影響因素討論如下:1.單體純度 用于懸浮聚合的氯乙烯單體純度在99.9%以上。生產(chǎn)原料對聚氯乙烯質(zhì)量很重要。氯乙烯雜質(zhì)含量應(yīng)盡可能低一些，其中脫鹽水ph值要近乎中性，為6.5-7.5，導(dǎo)率應(yīng)小于2um/cm。乙炔參與聚合后,形成不飽和鍵使產(chǎn)物熱穩(wěn)定性變壞。不飽和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低產(chǎn)物聚合度還容易產(chǎn)生支鏈，使產(chǎn)品性能變壞。2.引發(fā)劑 多用有機(jī)過氧化物和偶氮類引發(fā)劑，其中有機(jī)過氧化物為過氧化二碳酸酯、過氧化酯類。它們可以單獨(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，復(fù)合使用的效果比單獨(dú)使用好，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度均勻，操作

19、更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，同時使生產(chǎn)安全。引發(fā)劑的用量可以采用下式進(jìn)行估算，再通過少量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，即可確定，其計算公式如下： i（）=nrm10-4/1-exp(-0.693t/t1/2)式中： i工業(yè)上引發(fā)劑用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），； nr引發(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/h。工業(yè)生產(chǎn)中聚合時間一般控制在510h，應(yīng)用選擇t1/2為23h的引發(fā)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46h。3.分散劑 工業(yè)常用主要有明膠、聚乙

20、烯醇、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、苯乙烯-順丁烯二酸酐等。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7590的聚乙烯醇為主分散劑，以非離子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等為助分散劑，兩者進(jìn)行復(fù)合使用效果也很好。4.水質(zhì)與水量 氯乙烯懸浮聚合用水應(yīng)是去離子，其規(guī)格要求如表去離子的規(guī)格所示。尤其水中的氯離子、鐵和氧等的含量要嚴(yán)格控制，其中氯離子超過一定含量會造成樹脂顆粒不均；水中的鐵會降低樹脂的熱穩(wěn)定性，并能終止反應(yīng)。水的用量與樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，緊密型樹脂（以吸膠為分散劑）的生產(chǎn)，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）的生產(chǎn)，

21、單體與水的質(zhì)量比為1：11：2.0。5.系統(tǒng)中的氧 因?yàn)檠鯇酆嫌芯従酆妥杈圩饔?，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，該物質(zhì)易水解成酸類，破壞懸浮液和產(chǎn)品的穩(wěn)定性。所以，無論從聚合的角度還是從安全的角度都應(yīng)將各各原料中的氧和系統(tǒng)中的氧徹底清除干凈。6.其他助劑 ： a. ph調(diào)節(jié)劑 氯乙烯懸浮聚合的ph值控制在78，即在偏堿性的條件下進(jìn)行聚合。這樣可確保引發(fā)劑良好的分解速率，分散劑的穩(wěn)定性防止因產(chǎn)物裂解時產(chǎn)生的hcl，造成懸浮液的不穩(wěn)定，進(jìn)而造成黏釜、清釜、傳熱的困難，并影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此需要加入水溶性碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鈉等起緩沖作用的ph調(diào)節(jié)劑

22、。b. 防止黏釜劑 在氯乙烯的懸浮聚合中，存在著黏釜現(xiàn)象，它不但影響聚合的傳熱，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，人工清釜勞動強(qiáng)度大，條件惡劣，影響工人健康。常用的防止黏釜的方法有選擇合適的引發(fā)劑；在水相中加入水相阻聚劑如次甲基藍(lán)、硫化鈉等；在釜民壁、攪拌器等設(shè)備上噴涂一定量的防黏釜劑，常見的防黏釜劑如水浴黑、亞硝基p鹽，還有多元酚的縮合物等。一旦發(fā)現(xiàn)有黏釜現(xiàn)象，采用高壓（14.739.2mpa）水沖洗法清洗。c.泡沫抑制（消泡劑） 鄰苯二甲酸二丁酯、（未）飽和的c6c20羧酸甘油酯等。還有熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等。7.聚合溫度與壓力a 聚合溫度 氯乙烯懸浮聚合溫度的高低決定著聚合產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量大小，因此

23、，當(dāng)配方確定以后必須嚴(yán)格控制聚合的溫度。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般控制在指定溫度的正負(fù)0.5范圍內(nèi)，最好是控制在正負(fù)0.2范圍內(nèi)。并且，要確保溫度控制平穩(wěn)，要有降溫處理手段，防止出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，一般采用大流量低溫差循環(huán)方式。最好采用計算機(jī)數(shù)控聯(lián)機(jī)質(zhì)量控制系統(tǒng)。b 聚合壓力 在聚合溫度下，氯乙烯有相應(yīng)的蒸汽壓力，只有在聚合末期，大最單體聚合后，壓力才明顯下降7。2.3 工藝路線的選擇2.3.1工藝路線選擇原則工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。輕化工產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)之一就是生產(chǎn)方法的多樣化。如果，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)只有一種定型的生產(chǎn)方法，那么在工藝路線上就無須選擇；如果，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)有幾種不同的生產(chǎn)方法，這就要對

24、不同的工藝路線逐個進(jìn)行分析研究，通過比較分析，從中找出一條符合實(shí)際的最好的工藝路線。工藝路線一經(jīng)確定，即可進(jìn)行工藝流程的設(shè)計，因此，工藝路線是工藝流程設(shè)計的依據(jù)。1.先進(jìn)性2.可靠性3.結(jié)合國情，因地制宜綜上所述，本設(shè)計采用乳液懸浮法在引發(fā)劑作用下發(fā)生加成反應(yīng)制取聚氯乙烯樹脂。2.3.2聚氯乙烯懸浮法具體工藝路線如下：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)

25、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?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釜，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?dú)膺M(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

26、變成能溶于熱水的物質(zhì)，便于水洗清除。3.樹脂的干燥方法 聚氯乙烯樹脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即氣流干燥管與沸騰床干燥器結(jié)合使用，其中氣流干燥管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。這里的第二段干燥過程由于物料停留時間長，投資較大，熱效率較差，費(fèi)用較高，因此，國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)改進(jìn)較大，如赫司特公司采用的mst旋風(fēng)干燥器，具有停留時間適用、熱效率利用好的特點(diǎn)。mst旋風(fēng)干燥器在旋轉(zhuǎn)流動中使熱氣體和固體樹脂接觸干燥樹脂。干燥器為一個垂直的圓柱形塔，其中用環(huán)形擋板分成若干個干燥室。將熱氣和濕樹脂切向高速進(jìn)入最下面的室a，在a室利用離心力將固體樹脂顆粒與氣體分離開來。粉粒

27、在室a中旋轉(zhuǎn)流動中通過擋板的中心開口流入上層b室。同時，親的樹脂進(jìn)入室a，過一段時間后，這個室開始充滿樹脂，這時，樹脂粒子開始經(jīng)擋板的中心開口逸入室b，先是最細(xì)顆粒，最后是最粗的顆粒進(jìn)入室b。返回錐形擋板的中心開口時，旋轉(zhuǎn)的粉粒受離心力作用和固體粒子受室壁壓力散開，在這里它們停止運(yùn)動，返回錐形擋板的中心開口，這樣進(jìn)入下一個室。這時再次用旋轉(zhuǎn)氣流輸送這些樹脂顆粒。用這樣的方法使樹脂充滿每一個干燥室。攜帶著樹脂粉粒的氣體離開干燥室的頂部輸送到氣固分離器。利用這種旋風(fēng)分離干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯樹脂，干燥前含水量為30%，干燥后的含苞欲放水量下降到0.2%以下。4脫水與成品：在臥式刮刀自動離心機(jī)

28、或螺旋沉降式離心機(jī)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管，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%；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8。2.3.3 工藝流程示意圖離心分離槽氣提塔堿處理釜漿料排放槽聚合釜去離子水 聚乙烯 引發(fā)劑 助劑旋振篩旋風(fēng)干燥床成品儲存與包裝2.4 工藝配方和工藝參數(shù)2.4.1工藝配方（質(zhì)量份）： 去離子水 100 氯乙烯 5070懸浮劑（聚乙烯醇） 0.050.5 引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙醇） 0. 020.

29、3ehp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） 00.002 2.4.2工藝參數(shù)：聚合聚合溫度 5058（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轉(zhuǎn)化率 90堿處理naoh濃度 3642加入量 聚合漿液的0.050.2溫度 7080時間 1.52.0h脫水緊密型樹脂含水率 815疏松型樹脂含水率 1520干燥第一段氣流干燥管干燥 干燥溫度 140150風(fēng)速 15m/s物料停留時間 1.2s含水率 4第二段沸騰床干燥干燥溫度計 120物料停留時間 12min含水率 0.32.5

30、物料衡算2.5.1物料衡算的意義和作用物料衡算是化工計算中最基本，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，為了導(dǎo)出某一過程的基本方程式和建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益等都要進(jìn)行物料衡算。物料衡算在生產(chǎn)和設(shè)計中都得到廣泛的應(yīng)用。在工廠設(shè)計中，物料衡算是在工藝流程及工藝參數(shù)確定后即開始的一項化工計算工作。由此，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進(jìn)行平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下各種物料的量。通過物料平衡，在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)情況下，算出所需原材料，生成的副產(chǎn)品及廢物等的生成量；或者在已知原材

31、料投放的情況下算出產(chǎn)品，副產(chǎn)品及廢物量。此外，通過物料衡算，不僅可算出原材料消耗定額，算出生產(chǎn)過程所需的熱量或冷量，同時為設(shè)備選型和計算提供依據(jù)，物料衡算的結(jié)果直接關(guān)系到生產(chǎn)成本和車間運(yùn)輸量，對工廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有舉足輕重的影響。2.5.2物料衡算的方法與步驟1.收集計算數(shù)據(jù)（1）原料，輔料，中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的規(guī)格（2）過程中單位時間內(nèi)的物流量（3）有關(guān)消耗定額（4）有關(guān)轉(zhuǎn)化率，選擇性，單程收率（5）有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)2.畫物料流程圖根據(jù)計算任務(wù)畫物料流程圖或物料衡算方框圖。畫圖的目的是為了物料衡算時分析問題，便于展開計算以及為建立方程式作好準(zhǔn)備。因此，這種圖要畫得相當(dāng)詳盡，不但所有已知數(shù)據(jù)要標(biāo)明在

32、圖上，那些待求的未知數(shù)據(jù)（以恰當(dāng)?shù)姆柋硎荆┮矐?yīng)一并標(biāo)明在圖上，還應(yīng)畫出所有物料線，并包括每股物料的名稱，數(shù)量，組成及流向，以及與計算有關(guān)的工藝條件（如溫度，壓力，流量，配比等）。3.確定衡算范圍在物料衡算中，會遇到較復(fù)雜的計算。為了便于計算，常采用劃定衡算范圍的方法。衡算范圍一經(jīng)劃定，便可假想成為一個獨(dú)立的體系，凡是通過邊界進(jìn)入體系的物料屬于輸入項，凡是穿越邊界離開體系的物料屬于輸出項。4.選定計算基準(zhǔn)若作為計算基準(zhǔn)的數(shù)量在流程中是已知的，如已知單位時間內(nèi)原料投放量，則以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，采用“順?biāo)惴ā保湍芊奖愕挠嬎愠鰡挝粫r間的產(chǎn)品，中間產(chǎn)品以及三廢的各股物料量。若已知產(chǎn)品量，而中間的計算步驟

33、很多，很難一下子算出原料量，此時可采取“倒推法”，即由已知產(chǎn)品量從后往前反算出其他各股物料量。倘若年產(chǎn)量在數(shù)值上太大，計算起來不方便，則可先按100千克或100摩爾原料（也可按任何別的方便的數(shù)量）出發(fā)進(jìn)行計算。算出產(chǎn)品產(chǎn)量后，與實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行比較，求出相差的系數(shù)，以此系數(shù)分別乘以原假設(shè)量，即可得到各股物料的實(shí)際量。5.列出輸入-輸出物料平衡表此表用來描述和識別所有進(jìn)入體系和離開體系的物料。表中列出了已知量和要求解的未知量，有時還列出經(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)20萬噸噸丙酮氰醇生產(chǎn)時間： 330天/年每天生產(chǎn)量： （200000噸1000）/330天=6.0610

34、5千克/天每小時生產(chǎn)量： (6.06105)/24=2.53103千克/小時1 聚合釜物料衡算去離子水純度 100% 氯乙烯純度 99% 懸浮劑（聚乙烯醇） 97% 引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙醇） 97%緩沖劑（磷酸氫二鈉） 99% 消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯） 99%轉(zhuǎn)化率： 93%（1）進(jìn)料去離子水： 4.35103千克/小時氯乙烯： 2.72103千克/小時引發(fā)劑： 0.87千克/小時懸浮劑 2.10千克/小時緩沖劑 4.5 千克/小時 消泡劑 0.1千克/小時（2）出料去離子水： 3.93103千克/小時聚氯乙烯： 2.57103千克/小時氯乙烯： 50千克/小時引發(fā)劑： 0.01千克/

35、小時懸浮劑 2.10千克/小時緩沖劑 4.5 千克/小時 消泡劑 0.1千克/小時雜質(zhì)： 0.4千克/小時聚合釜進(jìn)料量見表2-2。表2-2 聚合釜進(jìn)料量名稱質(zhì)量（千克/小時）去離子水：4.35103千克/小時氯乙烯：2.72103千克/小時引發(fā)劑：0.87千克/小時懸浮劑2.10千克/小時緩沖劑4.5千克/小時消泡劑0.1千克/小時聚合釜出料量見表2-3。表2-3 聚合釜出料量名稱質(zhì)量（千克/小時）去離子水：3.93103千克/小時聚氯乙烯：2.57103千克/小時氯乙烯：50千克/小時引發(fā)劑：0.01千克/小時懸浮劑 2.10千克/小時緩沖劑4.5 千克/小時消泡劑0.1千克/小時2堿中和釜

36、物料衡算naoh溶液濃度： 36naoh溶液：聚氯乙烯 0.2：100溶劑水： 40千克/小時聚氯乙烯： 2.57103千克/小時轉(zhuǎn)化率為 99.9%（1）進(jìn)料naoh溶液： 64千克/小時溶劑水： 40千克/小時聚氯乙烯： 2.57103千克/小時雜質(zhì)： 0.4千克/小時（2）出料naoh溶液： 0.05千克/小時溶劑水： 40千克/小時聚氯乙烯： 2.56103千克/小時雜質(zhì)： 23千克/小時堿中和進(jìn)料量見表2-4。表2-4 堿中和釜進(jìn)料量名稱質(zhì)量（千克/小時）naoh溶液64千克/小時溶劑水40千克/小時聚氯乙烯2.57103千克/小時雜質(zhì)0.4千克/小時堿中和出料量見表2-5。表2-5

37、 堿中和釜出料量naoh溶液0.05千克/小時溶劑水40千克/小時聚氯乙烯2.56103千克/小時雜質(zhì)23千克/小時naoh溶液0.05千克/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)一般在規(guī)定的壓力，溫度和時間等溫度等工藝條件下進(jìn)行，生產(chǎn)過程中包括有化學(xué)過程和物理過程，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。因此，能量衡算實(shí)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，為了保證生產(chǎn)過程在一定溫度條件下進(jìn)行則需要環(huán)境對生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量的加入或放出，對于新車間設(shè)計，熱量衡算是在物料衡算的基礎(chǔ)

38、上進(jìn)行的。通過熱量衡算，可以確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，即在規(guī)定時間中加入和移出的熱量，從而確定傳熱劑的消耗量，選擇合適的傳熱方式，計算傳熱面積。熱量衡算和物料衡算相結(jié)合，通過工藝計算，可以確定設(shè)備的工藝尺寸，如設(shè)備的臺數(shù)，容積，傳熱面積等參數(shù)。2.6.2熱量衡算及所需的熱質(zhì)的量在解決實(shí)際問題中，熱平衡方程為：q1+q2+q3=q4+q5+q6式中：q1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）乙烯的比熱為2.3kj/（kg）引發(fā)劑和助劑的平均的比熱為2.7kj

39、/（kg）總熱損失（q5+ q6）為反應(yīng)熱的10%1.聚合釜的熱量衡算聚合釜 氯乙烯 水25 水18 引發(fā)劑和助劑 聚乙烯=4.2（100/146.3）+2.3（46.3/146.3）=2.71 kj/（kg） =2.7（124.4/146.3）+2.9（15/146.3）+2.3（6.9/146.3）=2.7 kj/（kg）q3=10.54.3868124400=5468798.16kjq1=mt1q4=mt2q5+ q6= q210%利用q1+q2+q3=q4+q5+q6（q2符號為負(fù)）可求得：q2=4974148.4kj2.堿中和的熱量衡算堿中和釜 聚乙烯 聚乙烯18水水25 naoh溶

40、液 雜質(zhì)=2.7（124.4/146.3）+2.9（15/146.3）+2.3（6.9/146.3）=2.7 kj/（kg）=2.7（131.7/146.3）+2.9（10/146.3）+2.3（4.63/146.3）=2.67 kj/（kg）q3=10.54.386873=3208.2kjq1=mt1q4=mt2q5+ q6= q210%利用q1+q2+q3=q4+q5+q6（q2符號為負(fù)）可求得：q2=2999kj2 旋風(fēng)干燥床熱量衡算旋風(fēng)干燥床 聚乙烯 聚乙烯25水水40 易揮發(fā)雜質(zhì) 雜質(zhì)=2.7（131.7/146.3）+2.9（10/146.3）+2.3（4.63/146.3）=2.

41、67kj/（kg）=2.7（136.4/146.3）+2.9（7/146.3）+2.3（3.24/146.3）=2.69 kj/（kg）q3=10.54.38684700=206618.6kjq1=mt1q4=mt2q5+ q6= q210%利用q1+q2+q3=q4+q5+q6（q2符號為負(fù)）可求得：q2=189637.3kj第3章 設(shè)備選型3.1 選型原則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(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；能降低勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率；能降低原材料及

42、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。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(yàn)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(qiáng)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.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(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)

43、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(jì)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6。3.2 關(guān)鍵設(shè)備選擇3.2.1 釜的計算對于連續(xù)反應(yīng)釜6 (3-1)式中： vh每小時處理的物料量反應(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) 氯乙烯懸浮聚合采用的是釜式聚合反應(yīng)器。聚合釜的材質(zhì)有復(fù)合鋼板、全不銹鋼和搪瓷三種。聚合釜的趨勢是大型化，國內(nèi)普遍采用的是33m3復(fù)合鋼板釜。國外采用的聚合釜容積更大，如日本采用127m3聚合釜。（2）聚合釜的傳熱 聚合的傳熱能力在相當(dāng)程度上意味著釜的生產(chǎn)能力。聚合釜的傳熱能力可以用下式表示： q

44、=katm式中 q傳熱能力或傳熱速度/（kjh）; a傳熱面積/； k傳熱系數(shù)/w/（k） tm傳熱溫差/提高傳熱能力的途徑有三個：一是增大傳熱面積；二是提高傳熱系數(shù)；三是增大傳熱溫度差。傳熱面積 影響聚合釜傳熱面積的因素有聚合釜的高徑和容積。 高徑比 高徑比（aspect ratio）等于l/d。高徑比越大（瘦長型），則釜的傳熱面積越大；l/d=1時，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。按日本日立公司的觀點(diǎn)是，當(dāng)釜的容積小于30時，傳熱面積是主要矛盾，因此l/d應(yīng)大些；當(dāng)釜的容積大于30時，攪拌器是主要矛盾，因此l/d應(yīng)小些。按神鋼法德拉的觀點(diǎn)是，無論多

45、大的釜，攪拌器是主要矛盾，因此，l/d要小些。我國的觀點(diǎn)與日立公司的觀點(diǎn)基本相同，一般l/d在1.54左右。比傳熱面積 聚合釜的傳熱面積大小，隨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a/v（m2/m3）表示。如當(dāng)l/d=1.2時，存在a=4.77v0.65關(guān)系,若將容積為14m3的釜放大到50 m3,后者的比傳熱面積將下降為前者的37%。為此，當(dāng)聚合釜的容積增大以后，但熱面積不夠時可采用釜內(nèi)加冷管或d型擋板或釜頂冷凝器等來增加傳熱面積。如國內(nèi)80m3聚合釜即有4組內(nèi)冷管又有釜頂冷凝器，德國200m3聚合釜無內(nèi)冷管而是加入少量擋板和釜頂冷凝器。注意加內(nèi)冷管后對攪拌和黏釜都有一

46、定影響，因此，能不加還是不加，或盡量少加。傳熱系數(shù) 傳熱性能好的聚合釜傳熱系數(shù)姨般可達(dá)465582w/（k），甚至在689 w/（k）以上，搪瓷釜可以達(dá)349w/（k）以上。當(dāng)傳熱系數(shù)在233 w/（k）以下時，則認(rèn)為傳熱不能好應(yīng)該強(qiáng)化。影響傳熱系數(shù)的因素如下式所示。 1/k=1/a1+a1a2 (修改)式中： k分別為釜內(nèi)和外給熱系數(shù)，w/（k）； a1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，w/（k）；釜內(nèi)壁給熱系數(shù)a1 體系黏度愈小，攪拌強(qiáng)度愈大，則內(nèi)壁液膜愈薄，熱阻愈小，a1值愈大。釜外壁給熱系數(shù)a2 釜外夾套內(nèi)通有冷卻水，以散除聚合熱。釜外壁給熱系數(shù)一般波動在5825820w/（k）之間，主要由水流動狀況而定。傳熱性能良好的聚合釜一般要求a2在23263489w/（k）以上。1 對于聚合釜去離子水： 4.35103千克/小時 密度：1.0103千克/立方米氯乙烯： 2.72103千克/小時 密度：0.