年產20萬噸聚氯乙烯合成工段的設計-文庫吧

【正文】 設計規模為年 產 20萬噸聚氯乙烯，年實際工作日為 330天，日生產能力為 606噸。 2．原料說明 氯乙烯的結構式為： CH2=CHCl，在常溫下是帶有乙醚香味的無色氣體，氣體比空氣重，在 12～ 14℃時為液體，沸點 ℃，易燃易爆（爆炸極限： ～ %），不溶于水，易溶于乙醚和四氯化碳。 能被空氣中的氧所氧化成苯甲醚、甲醛及少量苯乙醇。 主要用途：用作塑料原料及用于有機合成，也用作冷凍劑等。 氯乙烯的來源：一是乙炔電石法路線，二是聯合法路線，三是 乙烯氧氯化法。 而乙烯成為生產氯乙烯更經濟、更合理的原料。實現了由乙烯和氯氣生產氯乙烯的工業生產路線 [5,6]。生產方程式如下： 2CH2=CH2+Cl+1/2O2→ 2CH2=CHCl+H2O 3. 產品規格 產品及副產品規格見表 1。 表 1 聚氯乙烯產品規格 序號 純度 單體含量 其它雜質 H2O PH 備注 精聚氯乙烯 ≥99% ≤ ≤ ≤ 優級品 精聚氯乙烯 ≥98% ≤ ≤ ≤ 一等品 精聚氯乙烯 ≥97% ≤ ≤ ≤ 合格 5 二、工藝設計與計算 工藝路線的選擇即生產方法的選擇。如果一種產品的生產只有一種定 型的生產方法，那么在工藝路線上就無須選擇；如果一種產品的生產有幾種不同的生產方法，這就要對不同的工藝路線逐個進行分析研究，通過比較分析，從中找出一條符合實際的最好的工藝路線。工藝路線一經確定，即可進行工藝流程的設計，因此，工藝路線是工藝流程設計的依據。 （一）生產方案的確定 在工業化生產氯乙烯均聚物時，根據樹脂應用領域，一般采用 4種方法生產，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”，第一段稱為預聚合，采用高效引發劑，在 62～ 75℃下 ，強烈攪拌，使氯乙烯聚合的轉化率為 8%時，輸送到另一臺聚合釜中，再加入含有低效引發劑的等量新單體，在約 60℃溫度下，慢速攪拌，繼續聚合至轉化率達 80%時，停止反應。本體聚合氯乙烯單體中不加任何介質，只有引發劑。因此，此法生產的 PVC樹脂純度較高，質量較優，其構型規整，孔隙率高而均勻，粒度均一。但聚合時操作控制難度大， PVC樹脂的分子量分布一般較寬。 （ 2）懸浮聚合法：液態氯乙烯單體以水為分散介質，并加入適當的分散劑和不溶于水而溶于單體的引發劑，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行聚合。聚 合完成后，經堿洗、汽提、離心、干燥得到白色粉末狀 PVC樹脂。選取不同的懸浮分散劑，可得到顆粒結構和形態不同的兩類樹脂。國產牌號分為 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，干流動性佳，易塑化，成型時間短，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 PVC制品成型的基礎原料。目前各樹脂廠所生產的懸浮法 PVC樹脂，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，再用水溶性的引發劑來引發，進行聚合，乳 液可用鹽類使聚合物析出，再經洗滌、干燥得 6 到 PVC樹脂粉末，也可經噴霧干燥得到糊狀樹脂。乳液法 PVC樹脂粒徑極細，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 PVC糊的制備。因此，該法生產出來的樹脂俗稱糊樹脂。 （ 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 PVC樹脂因不溶于溶劑而不斷析出。此種 PVC樹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使用。是目前各種聚合方法中產量最少的一種方法 [7]。 2．生產方案的確定 以上幾種方法盡管聚 合工藝不同，但聚合反應機理相同，即都是自由基聚合。在四種方法生產的樹脂中， 以懸浮法產量最大，而且由于懸浮聚合法設備投資和生產成本低， 生產過程簡單， 應用領域寬， 便于控制及大規模生產，產品適宜性強，是 PVC 的主要生產方式，生產量約占總量的 80%。 各種聚合方法的發展方向是逐步向懸浮聚合生產路線傾斜。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 聚合場所 本體內 溶液內 單體液滴內 乳膠粒內 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 生產特征 間歇生產 可連續生產 間歇生產 可連續生產 總之，這 幾 種方法都是工業化的可行方法，但是從經濟角度 、產品質量、雜質多方面 看， 懸浮聚合法 優于 其它四種。即 本設計選用 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。聚合時采用的引發劑為油溶性的偶氮類、有機過氧化物類和氧化還原引發體系。反應迅速，同時放出大量的反應熱。 7 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～ 20210范圍內，其反應式為： （ CH2=CHCl)n= 在樹脂質量上，用懸浮聚合生產的 PVC樹脂的孔隙率提高了 300%以上，經過適當處理的樹脂其單體氯乙烯的殘留量由原來的 %降到 %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攪拌器 ,依次將分散劑溶液、引發劑及其他助劑加入聚合釜內。然后，對聚合釜夾套內通入蒸汽和熱水，當聚合釜內溫度升高至聚合溫度（ 50～ 58℃）后，改通冷卻水，控制聚合溫度不超過規定溫度的正負 ℃。當轉化率達 60～ 70％，有自加速現象發生，反應加 快，放熱現象激烈，應加大冷卻水量。待釜內壓力從最高 ～ ，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，所以要根據不同要求控制泄壓壓力。未聚合的氯乙烯單體經泡沫捕集器排入氯乙烯氣柜，循環使用。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 36％～ 42％的 NaOH溶液處理，加入量為懸浮液的 %～ %，用蒸汽直接加熱至 70～ 80℃，維持 ～ ，然后用氮氣進行吹氣降溫至 65℃以下時，再送去過濾和洗滌。 堿處理的目的：破壞殘存的引發劑、分散劑、低聚物和揮發性物質，使其變成能溶于熱水的物質，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合使用，其中氣流干燥管脫除的是樹脂上的表面