年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚氯乙烯合成工段的設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚氯乙烯合成工段 的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚氯乙烯（PV。車間合成工段初步設(shè)計(jì)，生產(chǎn)方法為懸 浮聚合法。本文對(duì)聚氯乙烯的性質(zhì)、用途，生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的概述，闡述了 其在化學(xué)工業(yè)中的作用和地位。通過對(duì)溶液聚合法，懸浮聚合法，乳液聚合法的工 藝比較，制定了一套后處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好，雜質(zhì)少，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)量占 聚氯乙烯的90%勺生產(chǎn)工藝。在確定聚氯乙烯生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了物料衡算， 熱量衡算，設(shè)備選型等。關(guān)鍵詞：聚氯乙烯，氯乙烯，懸浮聚合法，物料衡算，熱量衡算，聚合由于聚氯乙烯化學(xué)建材的需求量上升，使聚氯乙烯管材，管件，門、窗異型材， 護(hù)墻板消費(fèi)量繼續(xù)增加。傳統(tǒng)的聚氯乙

2、烯電線、電纜以及包裝市場(chǎng)也有了進(jìn)一步的 發(fā)展。在聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，由于聚氯乙烯市場(chǎng)的國(guó)際化、新技術(shù)的發(fā)展以及 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇，產(chǎn)生了一批不同于 20世紀(jì)60年代的新一代跨國(guó)公司，進(jìn)入了一 種更高的跨國(guó)形勢(shì)，使聚氯乙烯產(chǎn)品生產(chǎn)能力高度集中，成為21世紀(jì)國(guó)際經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的一個(gè)突出特點(diǎn)，也使全球聚氯乙烯工業(yè)活躍起來(lái)。目前我國(guó)聚氯乙烯市場(chǎng)的原料來(lái)源短期內(nèi)還要依靠國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家供應(yīng)解決。入 世以后，中國(guó)聚氯乙烯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，這正是我國(guó)聚氯乙烯行業(yè)的一個(gè)機(jī)遇， 也是我們進(jìn)行企業(yè)改造、擴(kuò)大生產(chǎn)能力的一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，要在提高生產(chǎn)規(guī)模、生 產(chǎn)效率方面開展工作，努力形成生產(chǎn)的一體化。我們要在國(guó)內(nèi)建設(shè)一批設(shè)備先

3、進(jìn)、 技術(shù)水平高、具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)能力的骨干企業(yè)，穩(wěn)定國(guó)內(nèi)聚氯乙烯市場(chǎng)。要有 意識(shí)地將國(guó)外在亞太地區(qū)的投資引進(jìn)我們國(guó)內(nèi)來(lái)，壯大我們的聚氯乙烯行業(yè)，減少 西方大國(guó)在亞太地區(qū)擴(kuò)大生產(chǎn)能力對(duì)我國(guó)市場(chǎng)造成的壓力，同時(shí)要進(jìn)一步提高我國(guó) 聚氯乙烯行業(yè)的技術(shù)水平。因此制定了一套后處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好，雜質(zhì)少，產(chǎn) 品熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)量占聚氯乙烯的 90%勺生產(chǎn)工藝流程。確定了設(shè)備反應(yīng)時(shí)所具備 的相關(guān)條件后，并對(duì)流程中主要設(shè)備聚合釜進(jìn)行了物料衡算，計(jì)算出設(shè)備反應(yīng)時(shí)各 物料的進(jìn)量和相關(guān)參數(shù)，得出了一種合理簡(jiǎn)便的生產(chǎn)聚氯乙烯方法，從而對(duì)以后的 生產(chǎn)具有重要意義。一總論（一）概述1 .聚氯乙烯的意義與作用聚氯乙烯（P

4、VC是國(guó)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(jià)廉物美的特點(diǎn)，占合成樹脂消費(fèi)量的29%£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、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、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(gè)領(lǐng)域。PVCM質(zhì)制品可制成各種工業(yè)建材、門窗、管道、閥門絕緣板及防腐材料等。其 輕質(zhì)品可制成薄膜用以制作雨披、臺(tái)布、包裝材料以及農(nóng)膜，還可制成人

5、造革、電 線、電纜等的絕緣層1。2 .國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景PVCT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(guó)PVC£產(chǎn)能力約為972萬(wàn)噸，產(chǎn)量為920萬(wàn)噸，凈進(jìn)口量達(dá)151萬(wàn)噸，消費(fèi)年增 長(zhǎng)率在9.5 %左右。2007年全球PVC肖費(fèi)量約為3100萬(wàn)噸，2013我國(guó)PV(W脂的需求 量約為1100萬(wàn)噸。隨著節(jié)水灌溉、建筑化學(xué)建材、包裝、電子電氣、汽車等行業(yè)對(duì) PVC!求的快速增長(zhǎng)，未來(lái)幾年我國(guó)對(duì) PVC勺需求仍將保持較高的增長(zhǎng)速度。2020年 將達(dá)到2160萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到2023全球PVC勺需求量將達(dá)到4600萬(wàn)噸。聚氯乙烯按聚合方法分四大類：懸浮法聚

6、氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本體法聚 氯乙烯、溶液法聚氯乙烯203 .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(jiǎn)稱：PVC熔點(diǎn)：212C導(dǎo)熱率(入)：0.16 W/m - K熱容(c) :0.9 kJ/(kg K)吸水率：0.040.4%聚氯乙稀是一種無(wú)毒、無(wú)臭的白色粉末。電絕緣性優(yōu)良，一般不會(huì)燃燒，但在 火焰上能燃燒并放出HCl,若離開火焰即自熄，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302聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值為40以上）、耐化學(xué)藥

7、品性高（耐濃鹽酸、濃度為 90%的硫酸、濃度為60%的硝酸和濃度為20%的氫氧化鈉）、機(jī)械強(qiáng)度及電絕緣性 良好的優(yōu)點(diǎn)。但其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80C,于130c開始分解變色，并析出HCl3。聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由基聚合而成，聚合度n值一般在50020000范圍內(nèi)，其分子、結(jié)構(gòu)式如下：；CHbCHGI，HICIH從產(chǎn)品分類看，pv（H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PPE）、聚氯乙烯（PVC、聚丙烯（PP）、 聚苯乙烯（PS）和丙烯月青-丁二烯-苯乙烯（ABS樹脂。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

8、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） PVCW膜PVC與添加劑混合、塑化后，利用三輾或四輾壓延機(jī)制成規(guī)定 厚度的透明或著色薄膜，用這種方法加工薄膜，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。（3） PVC層制品 有襯底的人造革是將PVCffl涂敷于布上或紙上，然后在 100c以上塑化而成。也可以先將 PVCt助劑壓延成薄膜，再與襯底壓合而成。無(wú)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(lái)制作皮箱、皮包

9、、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包沫制品 軟質(zhì)PVC昆煉時(shí)，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、涼鞋、鞋墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機(jī) 制成低發(fā)泡硬PVC®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®板和板材PVC中加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機(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。板材可以制成各 種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。（6） PVCS他制品門窗有硬質(zhì)

10、異型材料組裝而成。在有些國(guó)家已與木門窗鋁 窗等共同占據(jù)門窗的市場(chǎng)；仿木材料、代鋼建材 （北方、海邊）；中空容器4。（二）設(shè)計(jì)規(guī)模及原料說(shuō)明與產(chǎn)品規(guī)格1 .設(shè)計(jì)規(guī)模設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚氯乙烯，年實(shí)際工作日為330天，日生產(chǎn)能力為606噸。2 .原料說(shuō)明氯乙烯的結(jié)構(gòu)式為：CH=CHCl,在常溫下是帶有乙醴香味的無(wú)色氣體，氣體比 空氣重，在1214c時(shí)為液體，沸點(diǎn)-13.9 C,易燃易爆（爆炸極限：3.626.4%）, 不溶于水，易溶于乙醴和四氯化碳。能被空氣中的氧所氧化成苯甲醴、甲醛及少量苯乙醇。主要用途：用作塑料原料及用于有機(jī)合成，也用作冷凍劑等。氯乙烯的來(lái)源：一是乙快電石法路線，二是聯(lián)合法

11、路線，三是乙烯氧氯化法。 而 乙烯成為生產(chǎn)氯乙烯更經(jīng)濟(jì)、更合理的原料。實(shí)現(xiàn)了由乙烯和氯氣生產(chǎn)氯乙烯的工 業(yè)生產(chǎn)路線5，6。生產(chǎn)方程式如下：2CH2=CH+Cl+1/2O2 - 2CH2=CHCl+HO3 .產(chǎn)品規(guī)格4 品及副產(chǎn)品規(guī)格見表1。表1聚氯乙烯產(chǎn)品規(guī)格序號(hào)純 度體量 單含其它 雜質(zhì)H2OPH備注精聚氯 乙烯>99%<0.1<0.60.32.7-3.7優(yōu)級(jí) 品精聚氯>9<0.1<1.02.5一等乙烯8%0.9-3.8品<2.5精聚氯>91.-3.乙烯7%<0.2<1.538合格9二、工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算工藝路線的選擇即生產(chǎn)方法的選擇。

12、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(wú)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(duì)不同的工藝路線逐個(gè)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(jì)，因此，工藝 路線是工藝流程設(shè)計(jì)的依據(jù)。(一)生產(chǎn)方案的確定在工業(yè)化生產(chǎn)氯乙烯均聚物時(shí)，根據(jù)樹脂應(yīng)用領(lǐng)域，一般采用 4種方法生產(chǎn)，即 本體聚合法、懸浮聚合法、乳液聚合法和溶液聚合法。1 .生產(chǎn)方法的介紹(1)本體聚合法：一般采用“兩段本體聚合法”，第一段稱為預(yù)聚合，采用高 效引發(fā)劑，在6275c下，強(qiáng)烈攪拌，使氯乙烯聚合的轉(zhuǎn)化率為 8%寸，輸送到另一

13、 臺(tái)聚合釜中，再加入含有低效引發(fā)劑的等量新單體，在約60c溫度下，慢速攪拌，繼續(xù)聚合至轉(zhuǎn)化率達(dá)80%寸，停止反應(yīng)。本體聚合氯乙烯單體中不加任何介質(zhì)，只有 引發(fā)劑。因此，此法生產(chǎn)的PVC寸脂純度較高，質(zhì)量較優(yōu)，其構(gòu)型規(guī)整，孔隙率高而 均勻，粒度均一。但聚合時(shí)操作控制難度大，PVCM脂的分子量分布一般較寬。(2)懸浮聚合法：液態(tài)氯乙烯單體以水為分散介質(zhì)，并加入適當(dāng)?shù)姆稚┖筒?溶于水而溶于單體的引發(fā)劑，在一定溫度下，借助攪拌作用，使其呈珠粒狀懸浮于 水相中進(jìn)行聚合。聚合完成后，經(jīng)堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀PVM脂。 選取不同的懸浮分散劑，可得到顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)不同的兩類樹脂。國(guó)產(chǎn)牌號(hào)分為

14、SG- 疏松型(“棉花球”型)樹脂；XJ-緊密型(“乒乓球”型)樹脂。疏松型樹脂吸油 性好，干流動(dòng)性佳，易塑化，成型時(shí)間短，加工操作方便，適用于粉料直接成型， 因而一般選用懸浮法聚合的疏松型樹脂， 作為PV(®品成型的基礎(chǔ)原料。目前各樹脂 廠所生產(chǎn)的懸浮法PV(W脂，基本上都是疏松型的。(3)乳液聚合法：氯乙烯單體在乳化劑作用下，分散于水中形成乳液，再用水 溶性的引發(fā)劑來(lái)引發(fā)，進(jìn)行聚合，乳液可用鹽類使聚合物析出，再經(jīng)洗滌、干燥得到PVCf脂粉末,也可經(jīng)噴霧干燥得到糊狀樹脂。乳液法 PVCf脂粒徑極細(xì)，樹脂中 乳化劑含量高，電絕緣性能較差，制造成本高。該樹脂常用于 pvCI的制備。因此

15、, 該法生產(chǎn)出來(lái)的樹脂俗稱糊樹脂。(4)溶液聚合法：以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶劑，使氯乙烯單體在溶劑中聚 合，聚合得到的PV圜脂因不溶于溶劑而不斷析出。 此種PV圜脂不宜于作一般成型 用，僅作為涂料、粘合劑，與乙酸乙烯酯等共聚時(shí)使用。是目前各種聚合方法中產(chǎn) 量最少的一種方法7。2 .生產(chǎn)方案的確定以上幾種方法盡管聚合工藝不同，但聚合反應(yīng)機(jī)理相同，即都是自由基聚合。 在四種方法生產(chǎn)的樹脂中，以懸浮法產(chǎn)量最大，而且由于懸浮聚合法設(shè)備投資和生 產(chǎn)成本低，生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?，便于控制及大?guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品適宜性強(qiáng)， 是PVC的主要生產(chǎn)方式，生產(chǎn)量約占總量的 80%各種聚合方法的發(fā)展方向是逐步 向懸浮

16、聚合生產(chǎn)路線傾斜。四種聚合方法的比較如表 2所示。表2四種聚合方法比較本體聚 合溶液聚 合懸浮聚 合乳液聚 合聚合 場(chǎng)所本體內(nèi)溶液內(nèi)單體液 滴內(nèi)乳膠粒 內(nèi)溫度 控制困難容易容易容易聚合 速率中等小較大容易分子 量控 制困難容易較容易容易生產(chǎn)間歇生可連續(xù)間歇生可連續(xù)特征產(chǎn)生產(chǎn)產(chǎn)生產(chǎn)總之，這幾種方法都是工業(yè)化的可行隔”彼里斜鄧角度、產(chǎn)品質(zhì)量、雜質(zhì) 多方面看，懸浮聚合法優(yōu)于其它四種。即本設(shè)計(jì)選用懸浮聚合法作為基本原理8。(二)工藝原理氯乙烯的聚合屬于自由基型聚合反應(yīng)。 聚合時(shí)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(shí)放出大量的反應(yīng)熱。聚氯乙烯由氯乙烯單體通過自由

17、基聚合而成，聚合度n一般在50020000范圍內(nèi)，其反應(yīng)式為：(CH=CHCl)n=在樹脂質(zhì)量上，用懸浮聚合生產(chǎn)的PVM脂的孔隙率提高了 300蛆上，經(jīng)過適當(dāng) 處理的樹脂其單體氯乙烯的殘留量由原來(lái)的 0.1%降至10.0005%以下。1 .工藝路線(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(dòng)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(duì)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(5058C)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 C。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

18、0.6870.981Mpa時(shí)，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(lái)，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 36%42%的NaOHg液處 理，加入量為懸浮液的0.05%0.2%,用蒸汽直接加熱至7080C,維持1.52.0h, 然后用氮?dú)膺M(jìn)行吹氣降溫至65c以下時(shí)，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

19、)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。(4)脫水與成品 在臥式刮刀自動(dòng)離心機(jī)或螺旋沉降式離心機(jī)中，先進(jìn)行過濾，再用7080c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140150c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120c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(kù)9。去離子水.聚乙烯1r引發(fā)劑.助劑，圖1聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖旋 風(fēng) 干

20、燥 床聚合釜漿料排放槽去需亍水1218102-去離子水計(jì)量罐去周子水分散押 引'發(fā)劑3、4、71-氯乙烯計(jì)量罐 過濾器；9-泡沫捕集器; 離心機(jī)；15-氣流干燥管；沸騰床干燥器；21振動(dòng)篩其中脫鹽水pHfi為6.57.55-多級(jí)水泵；8聚合釜；10-沉降池；11-堿中和釜;13-料斗；14-螺旋輸送器；16、17、19、20-旋風(fēng)分離器(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, 操作更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，同時(shí)使生產(chǎn)安全。(3)分散劑 工業(yè)上常以纖維素類(如羥丙基甲基纖維素、甲基纖

21、維素等) 和醇解度75%90%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(huì)造成樹脂顆粒不均；水中的鐵會(huì)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)，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?duì)聚合有緩聚和阻聚作用，在單體

22、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(wú)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)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(duì)分子質(zhì)量 大小，因此，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 C范圍內(nèi)，最好是控制在正負(fù)0.2 C范圍內(nèi)。(7)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， 最大單體聚合后，壓力才明顯下降到。4.工藝參數(shù)的確定(1)聚合表3聚合釜的工藝參數(shù)聚合 溫度5058 c (

23、依PV號(hào)而 定)聚合 壓力初始 0.687 0.981Mpa;結(jié) 束0.249 0.196Mpa聚合 時(shí)間8 12h轉(zhuǎn)化 率90%(2)堿中和表4堿中和金的工藝參數(shù)NaO睬 度36% 42%加入量聚合漿液的0.050.2%溫度70 80 c時(shí)間1.5 2.0h(3)干燥表5氣流干燥管、沸騰床干燥器的工藝參數(shù)第一段氣流 干燥管干燥第二段沸 騰床干燥干燥溫 度140 150 c120C物料停 留時(shí)間1.2s12min物料停 留時(shí)間<4%<0.3 %（三）聚合釜的物料衡算1 .物料衡算的方法與步驟（1）畫物料流程圖根據(jù)計(jì)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(shí) 分析

24、問題，便于展開計(jì)算以及為建立方程式作好準(zhǔn)備。（2）確定衡算范圍在物料衡算中，為了便于計(jì)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(gè)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(xiàng)，凡 是穿越邊界離開體系的物料屬于輸出項(xiàng)。2 .物料衡算生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚氯乙烯生產(chǎn)時(shí)間： 330 天/年每天生產(chǎn)量：（200000 噸X 1000）/330天=6.06 X 105千克/天每小時(shí)生產(chǎn)量：（6.06 X105）/24=2.53 X 103千克/小時(shí)（1）計(jì)算依據(jù)去離子水、氯乙烯、懸浮劑（聚乙烯醇）、消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯）、緩沖 劑（磷酸氫鈉）和引發(fā)劑（過氧化二碳酸二異丙酯

25、 ）。由工藝參數(shù)可知，氯乙烯的轉(zhuǎn)化率為 90%且年產(chǎn)聚氯乙烯為20萬(wàn)噸。配料的比（質(zhì)量份）如表6所示：表6配料的比（質(zhì)量份）去離 子水100氯乙烯懸浮劑（聚乙烯緩沖劑0.050.50引發(fā)劑（過氧化 二碳酸二異丙50700.020.3 0（磷酸氫 鈉）0.1甲酸二酯）0.00 2（2）計(jì)算氯乙烯的質(zhì)量設(shè)原料氯乙烯的質(zhì)量為m/kg。已知：氯乙烯的轉(zhuǎn)化率為90%且年產(chǎn)聚氯乙烯為20萬(wàn)噸。由已知條件可得聚氯乙烯的質(zhì)量為：mx 90%=23 噸=2X 108kgm=2 X 108kg+ 90%=2.22X 108kg（3）計(jì)算每個(gè)配料的質(zhì)量設(shè)去離子水的質(zhì)量為m,懸浮劑（聚乙烯醇）的質(zhì)量為 m，引發(fā)劑（過

26、氧化二碳 酸二異丙酯）的質(zhì)量為m3,緩沖劑（磷酸氫鈉）的質(zhì)量為 m,消泡劑（鄰苯二甲酸 二丁酯）的質(zhì)量為m。由（2）計(jì)算可得氯乙烯的質(zhì)量為2.22 x 108kg和原料的配比（質(zhì)量份：?jiǎn)挝?kg ） 可以計(jì)算出 m、m2、m、m、m5的質(zhì)量。計(jì)算如下： m 1：m=100:50=2:1m 1=2X m=2X 2.22 義 108kg=4.44 義 108kg m 2：m= 0.5:50=1:100m 2=m 100=2.22 乂 108kg + 100=2.22 X 106kg m3：m=0.02:50=1:2500m 3=m 2500=2.22 乂 108kg + 2500=8.89 X 1

27、04kg m 4：m=0.1:50=1:500m 4=m 500=2.22 義 108kg + 500=4.44 X 105kg m5：m=0.002:50=1:25000m 5=m 25000=2.22 乂 108kg + 25000=8.89 乂 103kg（4）計(jì)算原料配料的總質(zhì)量設(shè)原料的總質(zhì)量為M則有M=im- m+m2+m+m4+m5= 6.688 X 108kg(5)計(jì)算原料的總流量F設(shè)原料的總流量為F,由(4)計(jì)算原料的總質(zhì)量為 M=6.688X 108kg計(jì)算可得:F=M +(330 X24) h =6.688 X 108kg + (330 X 24) h=8.44 Xl04k

28、g/h(6)計(jì)算反應(yīng)消耗氯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)反應(yīng)消耗氯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，由已知氯乙烯的質(zhì)量 m=2.22X 108kg，原料的總質(zhì)量M=6.688X 108kg,所以：=m M=(2.22 x 108kg+6.688 乂 108kg) 乂 100%=33.1%(7)計(jì)算摩爾分?jǐn)?shù)設(shè)Xf、Xd» X分別為氯乙烯原料、塔頂出料、塔底出料的摩爾分?jǐn)?shù)，已知氯乙4烯的摩爾質(zhì)量為 M=62.5kg/mol,聚氯乙烯的摩爾質(zhì)量為 M取8X 10 kg/mol ,則：X f=cd/Mo + w/Mo+(1-)/Mi=0.0053+(0.0053 +0.000008)=0.998X d =(1-)/Mo

29、+ (1-)/M0+CD/M1 _4_ =(1-0.9)/62.5+ (1-0.9)/62.5+0.9/8 X 10=0.993X W= CD /M1 - w/M1+(1-)/Mo=0.9/8X 104+ 0.9/8 X 104 + (1-0.9)/62.5=0.00698(8)計(jì)算物料的流出量尺釜頂出料原料V釜底出料圖3物料衡算圖設(shè)聚合釜頂部出料流量為 D,釜底的出料流量為WW根據(jù)總物料橫算式：F=D+W和易揮發(fā)組分物料橫算式：F Xf =D Xd +W Xw得： D=8.423 X 103kg/hW=7.598 X 104kg/h(9)消耗的堿量由計(jì)算知漿液量為W=7.598X 104kg

30、/h , NaOH勺加入量是聚合漿液的加入量的0.05 %0.2 %,所以NaOH勺加入量為：mNao=7.598 義 104kg/h 義(0.05 % 0.2 %) =38kg/h 1.52 x 102kg/h(四)聚合釜的熱量衡算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(shí)間等溫度等工藝條件下進(jìn)行，生產(chǎn)過程中包括：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。能量衡算實(shí)質(zhì)上是熱量衡算生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的熱會(huì)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(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量的加入或放 出，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(shí)

31、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(jì)算傳熱面積。熱量衡算和 物料衡算相結(jié)合，通過工藝計(jì)算，可以確定設(shè)備的工藝尺寸，如設(shè)備的臺(tái)數(shù)，容積, 傳熱面積等參數(shù)。2 .熱量衡算在解決實(shí)際問題中，熱平衡方程為：Qi+Q+Q=Q+Q+Q式中：Q各股物料帶入的熱量；Q一加熱劑(或冷卻劑)傳給設(shè)備和物料的熱量;Q各種熱效應(yīng)，如反應(yīng)熱，溶解熱等；Q各股物料帶走的熱量；Q一消耗在加熱設(shè)備上的熱量；Q-熱損失；其中：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 )；總熱損失(Q5+ Qe)為反應(yīng)熱的10%25

32、聚乙聚乙烯水 ,水58引發(fā)劑和助劑 引發(fā)劑和助劑圖4熱量衡算圖Cpi =4.2 X (100/146.3) +2.3 X (46.3/146.3)=2.71 KJ/( Kg - C )醞=2.7 X (124.4/146.3) +2.9 X (15/146.3) +2.3 X (6.9/146.3)=2.7KJ/( Kg C )Q 3=10.5 X 4.3868 X 124400=5468798.16KJQ1=Cp1 x nnx t1Q4=Cp2 x nnx t2Q5+Q=QX 10%(6禾I用Q+Q+Q=Q4+Q+Q (Q符號(hào)為負(fù))可求得：Q2=4974148.4KJ三、設(shè)備選型(一)選型原

33、則1 .滿足工藝要求設(shè)備的選擇和計(jì)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(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)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。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(jì)。設(shè)計(jì)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。3 .盡量采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)盡量采用國(guó)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(guó)機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然根據(jù)

34、條件和可能，引進(jìn)少量進(jìn)口裝置或關(guān)鍵設(shè)備也是 必要的，但同樣必須堅(jiān)持設(shè)備先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)合理 11 o(二)關(guān)鍵設(shè)備選擇1 .聚合釜換熱面積的計(jì)算(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。(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=KA tm式中：Q傳熱能力或傳熱速度/(kJ/h) ; A一傳熱面積/ m2;K一傳熱系數(shù) /W/(m2 K)；tm 一傳熱溫差/ C o由熱量衡算得冷卻劑移走的熱量Q2=4974148.4 X 6.9=34321623.96KJ由Q = K慫tm

35、得:Kt34321623.96600 21.5 4.18682=635.5m2提高傳熱能力的途徑有三個(gè)：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。a.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 高徑比等于L/D。高徑比越大，則釜的傳熱面積越大；L/D=1時(shí)，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。當(dāng)釜的容積小于 30m時(shí)，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30m時(shí)，攪拌器是 主要矛盾，因此L/D應(yīng)小些。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

36、比傳熱面積A/V(m2/m3)表示。為此，當(dāng)聚合釜的容積增大以后，但 熱面積不夠時(shí)可采用釜內(nèi)加冷管或 M擋板或釜頂冷凝器等來(lái)增加傳熱面積。 注意加 內(nèi)冷管后對(duì)攪拌和黏釜都有一定影響，因此，能不加還是不加，或盡量少加。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) 465582W/(nf K),甚 至在689 W/(m2 - K)以上，搪瓷釜可以達(dá)349W/(n2 - K)以上。2 .聚合釜的高度與直徑的計(jì)算設(shè)聚合釜內(nèi)徑為DO,筒高為H,高徑比r=1 , V=1.1niV Vo=； Do2 .H 10Vo 一封頭容積4V4 1.1D o= 331.12m；二 1,3.14查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)R56表2-2-6橢圓形封頭尺寸Do=1100mm則封頭直邊高度h0=25mm曲邊高度h二275mm容積V=0.198m3,所以：4(V %)4 (1.1-0.198)-23.14 1.1=0.95mH r 二 Do0.95=0.861.1通過對(duì)聚合釜的物料衡