5萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)工藝設計

1、學 號：32Xingtai Polytechnic College課程設計題目： 5萬噸聚氯乙烯生產(chǎn)工藝設計學生姓名： 蔣應戰(zhàn)專業(yè)班級： 化工081院 系：資源與環(huán)境工程系指導教師：陳寧 宮惠峰 程永高 2010年6月23日目 錄摘要1引言21 總論31.1 國內(nèi)外 pvc發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢31.2 單體合成工藝路線31.2.1 乙烯路線：31.3聚合工藝實踐方法41.3.1本體法聚合生產(chǎn)工藝41.3.2乳液聚合生產(chǎn)工藝41.3.3懸浮聚合生產(chǎn)工藝41.4最佳的配方、后處理設備的選擇51.4.1配方的選擇51.4.2后處理設備側選擇61.5 防粘釜技術81.6原料及產(chǎn)品性能81.7影響聚合及產(chǎn)

2、品質量的因素101.8工藝流程敘述111.8.1加料系統(tǒng)111.8.2聚合系統(tǒng)111.8.3回收系統(tǒng)111.8.4干燥系統(tǒng)112 工藝計算122.1物料衡算122.1.1聚合釜122.1.2 混料槽162.1.3汽提塔172.1.4離心機202.1.5 沸騰床212.1.6 包裝222.2熱量衡算232.2.1聚合釜232.2.2沸騰床的熱量計算283 非工藝部分343.1廠內(nèi)的防火防爆措施343.2車間照明及采暖措施353.3防靜電，防雷措施353.4三廢處理情況363.4.1電石渣的處理363.4.2電石渣上清液的處理363.4.3 熱水的綜合利用363.4.4尾氣的回收利用363.4.5

3、轉化水洗塔水的回收利用37致謝38參考文獻39摘要 本文講述了我國聚氯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展進程和目前狀況，包括原料路線、工藝設備、聚合方法等。本設計采用懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯，介紹了采用懸浮法生產(chǎn)PVC樹脂工聚合機理，工藝過程中需要注意的問題，包括質量影響因素，工藝條件及合成工藝中的各種助劑選擇，對聚合工藝過程進行詳細的敘述。并且從物料衡算、熱量衡算和設備計算和選型三個方面進行準確的工藝計算，對廠址進行了選擇，采取了防火防爆防雷等重要措施，對三廢的處理回收等進行了敘述，畫出了整個工藝的流程圖。關鍵詞 ：聚氯乙烯； 生產(chǎn)技術； 懸浮法； 乙炔法； 乙烯法； 防粘釜技術；引言 聚氯乙烯(PVC)是5

4、大通用塑料之一,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,使其成為具備相當競爭力的一個塑料品種。 PVC糊樹脂自20世紀30年代開發(fā)以來,已有近70年的歷史。目前全世界PVC糊樹脂總生產(chǎn)能力約200萬t/a,其中,西歐是PVC糊樹脂生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)量最大的地區(qū)。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

5、省、市、自治區(qū)，總生產(chǎn)能力達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。 本設計為年產(chǎn)量5萬噸聚氯乙烯車間聚合工段工藝。本次設計采用了氯乙烯單體懸浮聚合工藝。介紹了PVC的聚合工藝，建廠的有關事項及合成聚氯乙烯的流程和設備，對整個生產(chǎn)工藝做出了詳細的敘述。1 總論1.1 國內(nèi)外 pvc發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢 聚氯乙烯（PVC）廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、交通運輸、電力電訊和包裝等各領域。2006年我國PVC生產(chǎn)能力約為972萬噸，產(chǎn)量為920萬噸，凈進口量達151萬噸，消費年增長

6、率在9.5左右。隨著節(jié)水灌溉、建筑化學建材、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消費量約為3100萬噸，預計到2010年我國PVC樹脂的需求量將達1100萬噸，2020年將達到2160萬噸。預計到2010年全球PVC的需求量將達到3490萬噸，2020年將達到4600萬噸。1.2 單體合成工藝路線1.2.1 乙烯路線：乙烯氧氯化法的反應工藝分為乙烯直接氯化制二氯乙烷（EDC）、乙烯氧氯化制EDC和EDC裂解3個部分，生產(chǎn)裝置主要由直接氯化單元、氧氯化單元、EDC裂解單元、EDC 精制單元和VCM

7、單元精制等工藝單元組成。乙烯和氯氣在直接氯化單元反應生成EDC。乙烯、氧氣以及循環(huán)的HCl在氧氯化單元生成EDC。生成的粗EDC在EDC精制單元精制、提純。然后在精EDC 裂解單元裂解生成的產(chǎn)物進入VCM單元，VCM精制后得到純VCM產(chǎn)品，未裂解的EDC返回EDC精制單元回收，而HCl則返回氧氯化反應單元循環(huán)使用。直接氯化有低溫氯化法和高溫氯化法； 氧氯化按反應器型式的不同有流化床法和固定床法， 按所用氧源種類分有空氣法和純氧法；EDC裂解按進料狀態(tài)分有液相進料工藝和氣相進料工藝等。具有代表性的 司的Inovyl工藝是將乙烯氧氯化法提純的循環(huán) EDC和VCM直接氯化的 EDC在裂解爐中進行裂解

8、生產(chǎn)VCM 。HCl經(jīng)急冷和能量回收后，將產(chǎn)品分離出 HCl（循環(huán)用于氧氯化）、高純度VCM和未反應的EDC（循環(huán)用于氯化和提純）。來自VCM裝置的含水物流被汽提，并送至界外處理，以減少廢水的生化耗氧量（BOD）。 本設計采用乙烯路線生產(chǎn)氯乙烯單體。1.3聚合工藝實踐方法 目前,世界上PVC的主要生產(chǎn)方法有4種:懸浮法、本體法、乳液法和微懸浮法。其中以懸浮法生產(chǎn)的PVC占PVC總產(chǎn)量的近90%,在PVC生產(chǎn)中占重要地位,近年來,該技術已取得突破性進展。1.3.1本體法聚合生產(chǎn)工藝 本體聚合生產(chǎn)工藝，其主要特點是反應過程中不需要加水和分散劑。聚合分2步進行，第1步在預聚釜中加人定量的VCM單體、

9、引發(fā)劑和添加劑，經(jīng)加熱后在強攪拌(相對第2步聚合過程)的作用下，釜內(nèi)保持恒定的壓力和溫度進行預聚合。當VCM的轉化率達到8%-12%停止反應，將生成的“種子”送人聚合釜內(nèi)進行第2步反應。聚合釜在接收到預聚合的“種子”后，再加人一定量的VCM單體、添加劑和引發(fā)劑，在這些“種子”的基礎上繼續(xù)聚合，使“種子”逐漸長大到一定的程度，在低速攪拌的作用下，保持恒定壓力進行聚合反應。當反應轉化率達到60%一85%(根據(jù)配方而定)時終止反應，并在聚合釜中脫氣、回收未反應的單體，而后在釜內(nèi)汽提，進一步脫除殘留在PVC粉料中的VCM，最后經(jīng)風送系統(tǒng)將釜內(nèi)PVC粉料送往分級、均化和包裝工序。1.3.2乳液聚合生產(chǎn)工

10、藝 氯乙烯乳液聚合方法的最終產(chǎn)品為制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊樹脂（E-PVC），工業(yè)生產(chǎn)分兩個階段：第一階段氯乙烯單體經(jīng)乳液聚合反應生成聚氯乙烯膠乳，它是直徑0.13微米聚氯乙烯初級粒子在水中的懸浮乳狀液。第二階段將聚氯乙烯膠乳，經(jīng)噴霧干燥得到產(chǎn)品聚氯乙烯糊樹脂，它是初級粒子聚集而成得的直徑為1100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次級粒子。這種次級粒子與增塑劑混合后，經(jīng)剪切作用崩解為直徑更小的顆粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工業(yè)上稱之為聚氯乙烯糊。1.3.3懸浮聚合生產(chǎn)工藝 因采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術易于調(diào)節(jié)品種，生產(chǎn)過程易于控制，設備和運行費用低，易于大規(guī)模組織生產(chǎn)而得到廣泛

11、的應用，成為諸多生產(chǎn)工藝中最主要的生產(chǎn)方法。 工藝特點：懸浮聚合法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂的一般工藝過程是在清理后的聚合釜中加入水和懸浮劑、抗氧劑,然后加入氯乙烯單體,在去離子水中攪拌,將單體分散成小液滴,這些小液滴由保護膠加以穩(wěn)定,并加入可溶于單體的引發(fā)劑或引發(fā)劑乳液,保持反應過程中的反應速度平穩(wěn),然后升溫聚合,一般聚合溫度在4570之間。使用低溫聚合時(如4245),可生產(chǎn)高分子質量的聚氯乙烯樹脂；使用高溫聚合時(一般在6271)可生產(chǎn)出低分子質量(或超低分子質量)的聚氯乙烯樹脂。近年來,為了提高聚合速度和生產(chǎn)效率,國外還研究成功兩步懸浮聚合工藝,一般是第一步聚合度控制在600左右,在第二步聚合前

12、加入部分新單體繼續(xù)聚合。采用兩步法聚合的優(yōu)點是顯著縮短了聚合周期,生產(chǎn)出的樹脂具有良好的凝膠性能、模塑性能和機械強度?，F(xiàn)在懸浮法聚氯乙烯品種日益廣泛,應用領域越來越廣,除了通用型的樹脂外,特殊用途的專用樹脂的開發(fā)越來越引起PVC廠家的關注,球形樹脂、高表觀密度建材專用樹脂、消光樹脂、超高(或超低)分子質量樹脂等已成為開發(fā)的熱點7。 本設計采用懸浮法PVC生產(chǎn)技術。1.4最佳的配方、后處理設備的選擇1.4.1配方的選擇單體： 氯乙烯純度99.98%以上。分散劑： 主分散劑主要是纖維素醚和部分水解的聚乙烯醇。纖維素應為水溶性衍生物，如甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素等，聚乙烯醇應由聚醋酸乙烯

13、酯經(jīng)堿性水解得到，影響其分散效果的因素為其聚合度和水解度，而且-OH基團為嵌段分布時效果最好；副分散劑主要是小分子表面活性劑和地水解度聚乙烯醇。常用非離子型的脫水山梨醇單月硅酸酯。本設計采用88%聚乙烯醇和72.5%的聚乙烯醇。引發(fā)劑： 由于聚乙烯懸浮聚合溫度5060度上下，應根據(jù)反應溫度選擇合適的引發(fā)劑，其原則為在反應溫度條件下引發(fā)劑的半衰期約為2小時最佳。常用過氧化乙酰環(huán)己烷硫酰、過氧化二月桂酰、過碳酸二環(huán)己酯等。本設計采用過氧化二碳酸-2-乙基己酯。終止劑：反應結束后殘余的自由基和引發(fā)劑殘留在樹脂內(nèi), 為了保證產(chǎn)品質量, 需要消除它們, 故而加入終止劑。本設計的終止劑為丙酮縮氨基硫脲。當

14、反應出現(xiàn)緊急事故時，采用緊急終止劑ON終止反應。阻聚劑：本設計采用壬基苯酚作為阻聚劑。緩沖劑： 碳酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸銨。本設計采用磷酸三鈣。1.4.2后處理設備側選擇 聚合釜容積：工業(yè)化大生產(chǎn)使用問歇懸浮法聚合釜容量一般為60107立方米。我國已開發(fā)出70立方米聚合釜，樣機已在錦西化工機械廠研制成功。本設計采用76立聚合釜。采用微機控制，提高了批次之間樹脂質量的穩(wěn)定性，且消耗定額低。傳熱方式： 傳熱能力直接影響著聚合反應的速度和生成物的質量，也影響著產(chǎn)量。在大型聚合釜上，國外采用了體外回流冷凝器，體內(nèi)增設內(nèi)冷管等除熱手段。近幾年，美國古德里奇公司又研制出一種薄不

15、銹鋼襯里聚合釜，以便提高釜壁的傳熱能力，為使薄壁能承受反應壓力，在不銹鋼襯里與聚合釜套之間安裝了支撐內(nèi)襯套的加強筋，這種釜的結構大大提高了聚合釜傳熱效率，且有較好的承壓能力9。 攪拌方式 ： 攪拌能力是聚合釜的關鍵技術指標之一，攪拌能力直接影響著傳質、傳熱及樹脂的粒態(tài)分布，最終影響產(chǎn)品的質量，而不同的工藝方法對攪拌的要求又不盡相同。過去，PVC聚合釜大都采用平槳和折葉槳，攪拌效果不甚理想。隨著攪拌技術的不斷進步及攪拌試驗手段的不斷提高，使我們有條件為PVC釜配備更理想的攪拌器。大量的攪拌實驗研究證明，三葉后掠式攪拌器的傳質效果好，循環(huán)和剪切性能均適合于PVC生產(chǎn)的需要，因此，本設計在PVC生產(chǎn)

16、中采用三葉后掠式攪拌器。干燥機： 干燥器發(fā)展迅速，主要有2 種方式, 即氣流干燥和流態(tài)化干燥。我國PVC工業(yè)化生產(chǎn)最初主要用的是氣流干燥器,但是隨著聚合工藝技術的發(fā)展, 聚合生產(chǎn)能力提高, 樹脂產(chǎn)品也朝著疏松型發(fā)展, 氣流干燥器從生產(chǎn)能力和干燥效果等方面已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要,后來發(fā)展到氣流干燥器, 沸騰床干燥器和冷風冷卻3段干燥技術。但這樣動力消耗大, 產(chǎn)品質量不是很好。目前主要用的是旋風干燥器和臥式內(nèi)加熱流化床。旋風干燥器結構簡單, 投資較少, 目前很多裝置都在用。臥式內(nèi)加熱流化床綜合能耗比旋風干燥器要低, 主要有多室沸騰床和兩段沸騰床2 種。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)多室沸騰床的花板容易漏料, 不同

17、牌號切換時比較麻煩, 且生產(chǎn)能力有限。兩段流化床改進了, 操作穩(wěn)定性好, 易于產(chǎn)品牌號的切換, 生床的花板產(chǎn)能力較大。 本設計中采用臥式內(nèi)加熱流化床。離心機：對漿料進行離心脫水，得到含水量25%的聚氯乙烯。PVC生產(chǎn)過程中需要大量的邏輯判斷和離散控制，因此本設計采用二位式控制組件，如通/斷式二位開關閥控制各種物料的傳輸，和二位控制的電機和泵機。氣提塔：汽提技術及設備也有改進汽提塔朝著節(jié)能、高效的方向發(fā)展。現(xiàn)在常用的汽提塔主要有溢流堰篩板塔和無堰篩板塔, 有堰篩板塔傳質傳熱僅在篩板上進行, 在板間移動時只有傳熱沒有傳質, 而無堰篩板塔在塔內(nèi)一直都在傳質, 目前傳熱。因此無堰篩板塔效率高于有溢流堰

18、的塔，無堰篩板塔的塔盤設計也逐漸合理科學化, 塔盤的厚度, 開孔率在實踐中逐漸優(yōu)化, 并被納入設計體系中。很多無堰篩板塔塔盤是整體裝卸的, 隨著生產(chǎn)能力的提高, 設備 整體裝卸很不方便, 目前, 生產(chǎn)能力較大的的增大汽提塔的塔盤, 可以采用可拆卸式的塔盤。汽提塔的塔頂操作壓力也逐漸從微正壓操作向微負壓操作發(fā)展, 使得塔頂物料沸騰溫度低, 節(jié)約了蒸汽卻提高了單體脫出效率。為了強化汽提效果, 漿料經(jīng)過汽提后利用重力作用進入閃蒸罐, 進一步汽提, 降溫10。因此，本設計采用無堰篩板塔。1.5 防粘釜技術聚合釜的防粘釜是聚合生產(chǎn)中最重要的工序之一。防粘釜效果好的釜, 能有較好的傳熱系數(shù), 能減少因此產(chǎn)

19、生的塑化片。防粘釜一直是聚合生產(chǎn)的重要工作, 這方面得到了很大的發(fā)展。首先, 聚合釜的表面拋光質量有了很大的提高且內(nèi)件簡單化、圓滑化。其次, 通過專用的設備使用高效的防粘釜劑, 實行聚合釜自動噴涂防粘釜液和自動水沖洗釜。釜涂布與水洗設備分開, 釜內(nèi)設置雙伸縮頭自動噴洗高壓水槍, 設定雙固定或者可伸縮涂布設備(如費閥,噴吐環(huán)等)。目前, 先進的防粘釜技術是沖洗、噴涂與高效防粘釜劑的結合體。整個防粘技術過程全部采用DCS自動操作。首先打開蒸汽進料閥噴入適量的蒸汽, 用泵將已配制成規(guī)定濃度的涂壁劑注入蒸汽管路, 借助蒸汽流速使其霧化進釜, 在釜壁形成一層均勻的疏油親水膜, 在聚合過程中此膜有效地防止

20、有機相與釜壁接觸, 從而起到防粘釜的作用。為了達到較好的涂壁效果, 對于噴涂的蒸汽, 防粘釜劑的壓力逐步優(yōu)化, 對于防粘釜劑的量也根據(jù)釜的特點而定。涂壁完成后, 冷卻一段時間使防粘釜劑更好地粘在釜上,之后用清洗水沖釜以徹底沖掉多余的防粘劑11。目前國內(nèi)生產(chǎn)用的防粘釜劑主要有意大利黃, 美PVC國紅, 英國藍。經(jīng)過實踐, 意大利黃在防粘釜效果和對產(chǎn)品白度的影響方面有利于生產(chǎn), 但價格較高。為了生產(chǎn)更高質量的聚乙烯，產(chǎn)品本設計采用意大利黃防粘釜劑。1.6原料及產(chǎn)品性能氯乙烯 ： CH2=CHCl 分子量 62.50 ，無色易液化的氣體。液體的密度0912lgcm3。沸點-139。凝固點-160。自

21、燃點472。臨界溫度142。臨界壓力55.2Pa。難溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷。易聚合，能與丁二烯、乙烯、丙烯、內(nèi)烯腈、醋酸乙烯、兩烯酸酯和馬來酸酯等共聚。能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限36-264。遇明火、高溫有燃燒爆炸的危險。 無空氣和水分的純氯乙烯很穩(wěn)定，對碳鋼無腐蝕作用。有氧存在時，氯乙烯過 氧化物，它可與水生成鹽酸從而腐蝕設備，過氧化物還可以使氯乙烯產(chǎn)生自聚作用。長距離 運輸時應加入阻聚劑氫醌。PVC樹脂：密度1.4；工業(yè)品是白色或淺黃色粉末；低分子量的易溶于酮類、酯類和氯代烴類溶劑，高分子量的則難溶；用于制塑料、涂料和合成纖維等。根據(jù)所加增塑劑的多少，可制成軟質和硬

22、質塑料。前者可用于制透明薄膜（如雨衣、臺布、包裝材料、農(nóng)膜等）、人造革、泡沫塑料和電線套層等。后者可用于制板材、管道、閥門和門窗等；具有極好的耐化學腐蝕性，但熱穩(wěn)定性和耐光性較差，在100以上或長時間陽光暴曬開始分解出氯化氫，制造塑料時需加穩(wěn)定及，電絕緣性優(yōu)良。不會燃燒。磷酸鈣別名磷酸三鈣：化學式Ca3(PO4)2，分子量310.18。白色無定形粉末。溶于稀鹽酸、硝酸、磷酸、乙酸、亞硫酸，生成可溶性酸式磷酸鹽，也能溶于銨鹽溶液。不溶于水、乙醇和乙醚。熔點1670，密度3.14g/cm3。用于制乳色玻璃、陶瓷、涂料、媒染劑、藥物、肥料、家畜飼料添加劑、糖漿澄清劑、塑料穩(wěn)定劑等。天然礦物叫磷灰石礦

23、，純品可用氰化鈣和磷鈉酸溶液作用或者用氫氧化鈣跟磷酸作用制得。聚乙烯醇：是一種高分子聚合物，無臭、無毒，外觀為白色或微黃色絮狀、片狀或粉末狀固體。分子式為（C2H4O）n，絮狀PVA的假比重為（0.21 0.30）g/cm3，片狀PVA的假比重為（0.470.06）g/cm3。 聚乙烯醇有較好的化學穩(wěn)定性及良好的絕緣性、成膜性。具有多元醇的典型化學性質，能進行酯化、醚化及縮醛化等反應。過氧化二碳酸（2乙基己基）酯 ： 本品為無色透明液體，EHP活性氧2.70%，NaCl含量0.20%；相對密度0.964。商品為50%65%的甲苯、二甲苯、礦物油溶液；理論活性氧含量4.62%。含量為46%的EH

24、P溶液的半衰期為40，10.33h；50，1.5h；受熱或見光易分解，儲運溫度15，時間少于3個月。丙酮縮氨基硫脲：為白色片狀結晶,熔點179-180。溶于酸,微溶于水和乙醇。用途;丙酮縮氨基硫脲主要用于合成2-（2-異亞丙基肼基）-4-取代基噻唑、2-肼基-4-取代基噻唑及2-（2-取代肼基）-4-取代基噻唑系列抗菌素。如2-（2-甲酰肼基）-4-（5-硝基-2-呋喃基）噻唑,即硝呋噻唑。對壬基苯酚：淡黃色粘稠液體。略有苯酚氣味。相對密度0.94-0.95（20/20）。沸點（95%）283-302。不溶于水，略溶于石油醚，溶于丙酮、四氯化碳、乙醇和氯仿。用于制備合成洗滌劑、增濕劑、潤滑油添

25、加劑、增塑劑等。由壬烯與苯酚在酸性催化劑存在下縮合而成。1.7影響聚合及產(chǎn)品質量的因素 因素有攪拌、分散劑、聚合溫度等,結合樹脂的成粒過程等。 攪拌：在懸浮聚合過程中,攪拌對聚氯乙烯樹脂顆粒形態(tài)的影響主要表現(xiàn)在影響PVC樹脂的粒徑及分布、孔隙率等,但攪拌的作用與分散劑的性質互相影響、互相補充。增加攪拌度將使懸浮分散體系內(nèi)液滴變細,PVC樹脂平均粒子變小,但攪拌強度過大,又將促使體系內(nèi)液滴碰撞聚并,使PVC樹脂的平均粒徑變大。PVC樹脂平均粒徑與攪拌轉速的關系曲線呈馬鞍形。隨著攪拌轉速的增加,能使聚氯乙烯樹脂的初級直徑變小,孔隙率增加,吸油率增大。 分散劑：在攪拌特性固定的條件下,分散劑種類、性

26、質和用量則成為控制樹脂顆粒性的關鍵因素。在聚合過程中,分散劑影樹脂顆粒的宏觀微觀兩層次的成粒。就宏觀而言,要求分散劑應具有降低單體和的界面張力,以利于VCM的分散和保護滴或顆粒,減少聚并。單一分散劑較難同時滿足上兩方面要求,為制得顆粒規(guī)整、粒度分布中,既疏松表觀密度又適合的聚氯乙烯脂,往往將兩種和兩種以上分散劑復合用。其中一分散劑以降低界面張力、提高散能力為主,另一則保證有足夠的保能力。有時為了滿足特殊性能要求,在此礎上再添加油溶性輔助分散劑或表面活劑,調(diào)節(jié)分散劑在VCM中的分配系數(shù),使散劑的作用深入到顆粒的微觀層次12。 聚合溫度：在VC懸浮聚合中不存在鏈轉移劑時,聚氯乙烯的分子量幾乎取決于

27、聚合溫度,按照生產(chǎn)樹脂牌號的要求,聚合溫度一般在4565范圍內(nèi)選擇。在較高溫度下聚合,樹脂粒徑增長減慢,最終平均粒徑減小。聚合溫度對聚氯乙烯樹脂顆粒形態(tài)的影響主要表現(xiàn)在溫度對PVC樹脂的孔隙率有影響。聚合溫度低,形成的樹脂結構較疏松；高溫下聚合由于初級粒子熔合成團以及初級粒子聚集體的緊密堆砌排列,從而制得的PVC樹脂孔隙率較低,這是因為隨著聚合溫度的升高,初級粒子變少,熔結程度加深,粒子呈球形,而聚合溫較低時,則容易形成不規(guī)則的聚結體,從而使孔隙率增加。通過以上的理論了解更加深了對聚合反應的理解。 汽提控制的影響：汽提工藝主要影響聚氯乙烯樹脂中單體殘留量和雜質粒子數(shù)等指標。所謂聚氯乙烯樹脂殘留

28、VCM的含量是指聚氯乙烯樹脂之中所吸附或溶解的未聚合的VCM,由于VCM和聚氯乙烯的大分子結構,導致相互間具有較大的親和力,這也是殘留VCM難以完全脫除的原因。1.8工藝流程敘述1.8.1加料系統(tǒng) 1.8.2聚合系統(tǒng) 聚合： 若聚合釜打開過釡蓋，則需抽真空真空度為710mmHg柱，將緩沖劑加到脫鹽水總管內(nèi)，然后用脫鹽水把緩沖劑帶入到聚合釜。脫鹽水啟動后，加入VCM、開動攪拌，當脫鹽水和VCM加完后，釜內(nèi)溫度應接近聚合溫度，繼續(xù)攪拌一定時間，使VCM液滴在水中形成，然后加入分散劑，繼續(xù)攪拌一定時間，以保證分散體系形成，最后加入引發(fā)劑，使聚合反應開始。 聚合反應開始后，向擋板通入冷卻水并達到最大流

29、量，然后向夾套中通入冷卻水，并保持反應溫度，冷卻水流量由計算機根據(jù)聚合釜上、中、下溫度控制，同時計算機計算出反應放出的熱量，并與聚氯乙烯聚合動力浮模型的理論計算值比較，計算出VCM到PVC的轉化率。 聚合反應開始后，兩股注入水應加入聚合釜，以保證釡內(nèi)容積恒定，一股注入水來自聚合釜攪拌器的軸封襯套、另一股由釡頂注入。 聚合反應終點，可依據(jù)反應時溫度或測定單體轉化率及根據(jù)壓力降來確定，通常按壓力降來確定，當聚合反應到達終點時，定量的終止劑將自動加入到聚合釜內(nèi)以終止聚合反應。出料結束后，用1.4Mpa的水沖洗后即可即可進行涂壁操作準備。1.8.3回收系統(tǒng)1.8.4干燥系統(tǒng) 2 工藝計算2.1物料衡算

30、2.1.1聚合釜（1）物料平衡圖 圖1 聚合釜物料平衡圖（2）已知數(shù)據(jù)：釡有效容積V有效=68m3裝料系數(shù)=0.874轉化率x%=85%水油比1.31收率=99%熱負荷分布指數(shù) R=1.21.4(R取1.3)夾套傳熱系數(shù)K夾套=510Kcal/ m2 hr擋板傳熱系數(shù)K擋板=946Kcal/ m2 hr夾套進出口水溫：t進=7 t出=12擋板進出口水溫：t進=7 t出=15夾套傳熱面積：F夾套=80 m2擋板傳熱面積：F擋板=18 m2注入水溫度t=20 聚合溫度t=57假定聚合釡回收的VCM占未反應單體的85%（3）計算： 單體及水加入量計算單體密度60=0.8363g/cm3 50=0.8

31、564g/cm3 根據(jù)內(nèi)差法求出57時單體的密度： 57=(57-60) /(50-60)(0.8564-0.8363)+0.8363=842.3kg/ m3水的密度60=988.1kg/ m3 50=983.2kg/ m3用內(nèi)差法求出57時水的密度：57=986.6kg/ m3設單體加入量為x m3/釡 水加入量為y m3/釡：釡有效容積V有效=68m3，裝料系數(shù)=0.874，水油比1.31列方程組 x+y=680.874 （水57y）/（單體57x）=1.31解得：x=28.14 m3/釡 y=31.29m3/釡 注入水用量：注入水體積 v=cw12（1-2）式中 c: 單體VCM轉化率

32、W：VCM加入量（質量kg） 1 2 分別是單體和PVC樹脂密度 v=85%28.14842.3（1400-842.3）（842.31400）=9.53m3/釜由已知注入水溫20，此時水20=998.2kg/m3 注入水量為9.53988.2=9512.8kg/釜 聚合反應時間a 夾套傳熱量=傳熱面積傳熱系數(shù)tm夾tm夾=(57-7)-(57-12)/ln(57-7)-(57-12)=47.5Q夾=5108047.5=1.938106kcal/hb 同理可計擋板傳熱量Q擋=F擋K擋tm擋tm擋=(57-7)-(57-15)/ln(57-7)-(57-15)=45.9Q擋=9461845.9=7

33、.816105kcal/hc 注入水流量 Q注=Cpwt注入水溫由20升到57平均水溫t平均=（20+57）/2=38.5注入水比熱容Cp20=4.183KJ/（kg）Cp40=4.174KJ/（kg）其平均比熱容Cp平均=4.180KJ/（kg）=0.997kmol/（kg）Q注=0.9979512.8/反37=.679/反最大移熱量Qmax=Q夾+Q擋+Q注=.2+.679/反物料總放熱量 Q總=GX%H加入總物料量 G=28.14842.3=23702.3kgHx=366kcal/kgVCM x%為轉化率取熱負荷指數(shù) R=1.3R=(Qmax-反)/Q總反=RQ總/Qmax=1.3237

34、02.30.85366/（.2+.679）=3.4h 引發(fā)劑用量引發(fā)劑用量 Nr=N0(1-I/I0)=N0(1-e-0.693/1/2)N0=Nr/（1-e-0.693/1/2）引發(fā)劑的理論消耗量取Nr1.1mol/tvcm引發(fā)劑的半衰期 ln1/2=A/T-B式中 A=15108 B=45.484 T=273.15+57=330.154Ln1/2=15108/330.15-45.484=0.2771/2=1.32hN0=Nr/（1-e0.69333.4/1.32）=1.32mol/tvcm實際加入量EHP量（分子量346）：1.32346842.328.14/106=10.83kg/釜 緩

35、沖劑用量緩沖劑=單體3.5/104緩沖劑用量=（3.5/104）28.17842.3=8.30kg/釜 分散劑用量88% PVA 4.8kg72.5% PVA 11.238kg 終止劑（ATSC）ATSC=I/2=10.83/2=5.41kg/釜出料（以釜為標準）出料中的PVC量：28.14842.30.850.99=19945.5kg損失的PVC量：28.14842.30.850.01=201.5kg未反應VCM：28.14842.30.15=3555.3kg脫鹽水：31.29984.7=30811.3kg回收VCM：28.14842.30.150.85=3022kg剩余VCM：3555.3

36、-3022=533.3kg（4）物料平衡表 表一 物料衡算表序號 品名 進料量（kg） 出料量（kg） 1 VCM 23702.3 回收3022 剩余533.3 2 PVC 19945.5 損失201.53 脫鹽水 30811.3 30811.34 4 注入水 9512.8 9512.85 EHP 10.83 10.836 ATSC 5.41 5.417 緩沖劑 8.30 8.308 分散劑 16.038 16.038 合計 64066.9783 64066.9782.1.2 混料槽（1）物料平衡圖： 圖2 混料槽物料平衡圖（2）已知數(shù)據(jù)：進料PVC：19945.5kg 收率 99.5%水、助

37、劑： 30811.3+9512.8+10.83+5.41+8.30+16.038=40364.678kg進料VCM 533.3kg 出混料槽VCM含量為7000ppm（3）計算：出料中的PVC量：19945.50.995=19845.77kg損失的PVC量：19945.50.005=99.73kg設出料中VCM為XkgX/(19845.77+40364.78+X)=700010-6X=422.68kg回收VCM：533.3-422.68=110.62kg（4）物料平衡表：表二 混料槽物料平衡圖序號 品名 進料量（kg） 出料量（kg）1 PVC 19945.5 19845.77 損失99.73

38、2 VCM 533.3 422.68 回收110.62 3 水、助劑 40364.678 40364.678 合計 60843.478 60843.4782.1.3汽提塔（1）物料平衡圖： 圖3 汽提塔物料平衡圖（2）已知數(shù)據(jù)：塔頂數(shù)據(jù)： 75 80 塔底溫度 ： t底=110出汽提塔的VCM為50ppm收率：99.5% 產(chǎn)量為5萬噸/年年工作時間數(shù)：8000h PVC含水量：0.3%（3）計算： PVC的進料量：每小時生產(chǎn)純干：5107（1-0.003）/8000=6231.25 kg/h考慮以下各步收率：汽提塔：99.5% 離心機：99% 沸騰床：99% 包裝：98.5%故汽提塔進料中含P

39、VCGPVC=6231.25/(0.9950.990.990.985)=6487.02 kg以PVC為基準 轉化系數(shù)6487.02/19845.77 水、助劑的量：水、助劑：（6487.02/19845.77）40364.678=13194.07kg/h VCM的量：VCM：（6487.02/19845.77）422.68=138.17kg/h 熱量計算：a.取塔頂溫度為80，塔底溫度為110對于VCM t平均=（80+100）/2=95VCM比熱Cp90=26.602cal/克分子Cp100=27.19cal/克分子用內(nèi)插法求得Cp95=26.896cal/克分子=0.4257kcal/kg

40、110VCM汽化熱HVCM=3034cal/克分子=48.5kcal/kg水的比熱Cp90=4.22J/kg Cp100=4.208KJ/kgCp95=4.214KJ/kg=1.007kcal/kgb、3atm大氣壓下求水蒸氣的焓及溫度（3atm=304Pa）水蒸氣的焓 H300kPa=2728.5KJ/kg H350kPa=2736.1KJ/kg 水蒸氣的溫度t300kPa=133.3 t350kPa=138.8分別用內(nèi)插法得H3atm=2729.1KJ/kg=651.98kcal/kg t3atm=133.7C、1atm大氣壓下 110水的焓=461.34KJ/kg=110.21kcal/

41、kg設蒸汽冷凝放熱量為Q放，通入蒸汽量為ykg/hQ放=y（651.98-110.21）=541.77y設物料吸收熱量為Q1 部分VCM氣化吸熱為Q2Q吸=Q1+Q2=Q放Q1=CpPVCWPVCt+CpPVCWVCMt+CpH2otCp=1.8422KJ/kg=0.44kcal/kgQ1=0.446487.02（110-80）+0.4257138.17（110-80）+1.00713194.07（110-80）=.09kcal/h設從塔頂回收xkg/hVCMQ2=48.5xQ吸=Q1+Q2=.09+48.5x=541.77y （1）汽提塔出料中VCM含量為50ppm（138.17-x）/64

42、87.020.995+13194.07+(138.17-x)+y=5010-6 （2） 聯(lián)立（1）（2）解得： x=137.13y=909.31出料中VCM：138.17-137.13=1.04kg/h 出料中PVC:6487.020.995=6454.58kg/h損失PVC:6487.02-6454.58=32.44kg/h（4）物料平衡表：表三 汽提塔物料平衡表序號 品名 進料量（kg） 出料量（kg）1 PVC 6487.02 6454.58 損失32.442 VCM 138.17 1.04 回收137.133 水、助劑 13194.07 13194.074 蒸汽 909.31 909.

43、31 合計 20728.57 20728.572.1.4離心機（1）物料平衡圖： 圖4. 離心機物料平衡圖（2）已知數(shù)據(jù)：收率99% 出料PVC含水量25% 助劑及少量VCM隨母液排出，假設在這一步，助劑和少量VCM全部除掉（3）計算出料中PVC量：6454.580.99=6390.03/h損失PVC量:6454.586390.03=64.55kg/h設出料含水x/hx/6390.03x1.04=25% 解得：x=2130.36kg/h排出水、助劑的量：13194.07909.312130.36=11973.02/h（4）物料平衡圖表四 離心機物料平衡表序號 品名 進料量（kg） 出料量（kg

44、）1 PVC 6454.58 6390.03 損失64.552 VCM 1.04 1.043 水、助劑 13194.07+909.31 11973.02 2130.36（和PVC結合） 合計 20559 205592.1.5 沸騰床 （1）物料平衡圖圖5. 沸騰床物料平衡圖2已知數(shù)據(jù)收率99% PVC含水量0.3% 含VCM 5ppm3 計算出料中PVC的量：6390.030.99=6326.13/h損失PVC的量：6390.036326.13=63.09/h設出料中PVC含水量x/h， VCM y/h 6390.03xy0.003=x y/6326.13xy=5106解得：x=19.23/h

45、 y=0.032/h排出水：2130.36-19.23=2111.13/h回收VCM：1.04-0.032=1.008kg/h4物料平衡表表五 沸騰床物料平衡表序號 品名 進料量h 出料量h1 PVC 6390.03 6326.13 損失63.092 VCM 1.04 0.032 回收1.0083 水 2130.36 19.23結合水 2111.13合計 8521.43 8521.432.1.6 包裝1物料平衡圖表6 包裝物料平衡圖2已知數(shù)據(jù)： 收率98.5%3計算損失PVC：6326.1310.985=94.89h得到的產(chǎn)品：6326.1394.89=6231.24h核算：6231.2480

46、00=4.98萬噸4物料平衡表表六 包裝物料平衡表序號 品名 進料量（h） 出料量（h）1 PVC 6326.13 6231.24 損失94.892 VCM 0.032 0.0323 水 19.23 19.23合計 6345.392 6345.3922.2熱量衡算2.2.1聚合釜 夾套傳熱系數(shù)的校核 已知數(shù)據(jù)： 釡內(nèi)徑：T=3810 釡內(nèi)壁厚：3+33 三葉后掠式槳葉直徑：D=（0.40.55）T 夾套半管外徑：114.3 夾套冷卻水溫度：t進=7 t出=12 碳鋼層：33 不銹鋼：3粘釡物：0.1 水垢層：0.2熱量衡算取洪峰放熱的數(shù)據(jù)，轉化率為70% （1）釡內(nèi)壁給熱系數(shù)i的計算i =A(

47、m/T)(NRe)a(NPr)b(Vis)c = A(m/T)(mND2/m)a(Cpmm/m)b(b/w)c 式中: A:懸浮液對壁面的傳熱膜系數(shù)； T：釡內(nèi)徑； D：攪拌槳葉直徑； N：攪拌器轉數(shù)； w：壁溫下流體的粘度； m ，Cpm，m，b：分別為懸浮液在反應溫度下的導熱系數(shù)，恒壓熱容，密度和黏度。式中：A=0.37 a=1.04 b=0.33 c=0.14 懸浮液的密度懸浮體系各組分體積如下：（轉化率為70%）脫鹽水：31.29 m3注入水量：v=cw/12(1-2)= 70%28.14842.3(842.3-1400) (842.31400)=7.85m3VCM量：28.1430%=8.44 m3PVC量：28.1470%842.3/1400=11.85 m3則懸浮體系總體積：31.29+7.85+8.44+11.85=59.43 m3各組分體積分率： 水：x1=（31.29+7.85）/59.43=0.659 1=984.7 kg/ m3 VCM：x2=8.44/59.43=0.14