年產20萬噸聚氯乙烯合成工段的設計-wenkub

　

【正文】 氯乙烯市場競爭更加激烈，這正是我國聚氯乙烯行業(yè)的 一個機遇，也是我們進行企業(yè)改造、擴大生產能力的一個極好的機會，要在提高生產規(guī)模、生產效率方面開展工作，努力形成生產的一體化。確定了設備反應時所 具備的相關條件后，并對流程中主要設備聚合釜進行了物料衡算，計算出設備反應時各物料的進量和相關參數(shù)，得出了一種合理簡便的生產聚氯乙烯方法，從而對以后的生產具有重要意義。 PVC硬質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。 2021年全球 PVC消費量約為 3100萬噸， 2021年我國 PVC樹脂的需求量約為 1100萬噸。 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]。電絕緣性優(yōu)良，一般不會燃燒，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。 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 500～ 20210范圍內，其分子、結構式如下： 從產品分類看， 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）和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯（ ABS）樹脂。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。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。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質板材。 （ 二） 設計規(guī)模及原料說明與產品規(guī)格 1．設計規(guī)模 設計規(guī)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。 氯乙烯的來源：一是乙炔電石法路線，二是聯(lián)合法路線，三是 乙烯氧氯化法。 表 1 聚氯乙烯產品規(guī)格 序號 純度 單體含量 其它雜質 H2O PH 備注 精聚氯乙烯 ≥99% ≤ ≤ ≤ 優(yōu)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。 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(fā)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(fā)劑的等量新單體，在約 60℃溫度下，慢速攪拌，繼續(xù)聚合至轉化率達 80%時，停止反應。 （ 2）懸浮聚合法：液態(tài)氯乙烯單體以水為分散介質，并加入適當?shù)姆稚┖筒蝗苡谒苡趩误w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行聚合。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。該樹脂常用于 PVC糊的制備。是目前各種聚合方法中產量最少的一種方法 [7]。四種聚合方法的比較如表 2 所示。聚合時采用的引發(fā)劑為油溶性的偶氮類、有機過氧化物類和氧化還原引發(fā)體系。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(guī)定溫度的正負 ℃。未聚合的氯乙烯單體經泡沫捕集器排入氯乙烯氣柜，循環(huán)使用。 （ 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非結合水，沸騰床干燥器脫除的是樹脂內部結合水。 去離子水 聚乙烯 引發(fā)劑 助劑 圖 1 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程示意圖 圖 2 聚氯乙烯懸浮聚合工藝流程圖 1氯乙烯計量罐； 2去離子水計量罐； 7過濾器； 5多級水泵； 8聚合釜； 9泡沫捕集器； 10沉降池； 11堿中和釜； 12離心機； 13料斗； 14螺旋輸送器； 15氣流干燥管； 1 1 1 20旋風分離器； 18沸騰床干燥器； 21振動篩 聚合釜 漿料排放槽 堿處理釜 氣提塔 成品儲存與包裝 離心分離槽 旋風干燥床 經篩分 包裝后入庫[8]。氯乙烯雜質含量應盡可能低一些，其中脫鹽水 pH值為 ～ 。 （ 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，兩者進行復合使用效果也很好。 （ 5）系統(tǒng)中的氧 因為氧對聚合有緩聚和阻聚作用，在單體自由基存在下，氧能與單體作用生成過氧化高聚物 [CH2CHCLOO]n，該物質易水解成酸類， 破壞懸浮液和產品的穩(wěn)定性。 （ 7）聚合壓力 在聚合溫度下，氯乙烯有相應的蒸汽壓力，只有在聚合末期，最大單體聚合后，壓力才明顯下降 [10]。衡算范圍一經劃定，便可假想成為一個獨立的體系，凡是通過邊界進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。 已知：氯乙烯的轉化率為 90%，且年產聚氯乙烯為 20 萬噸。 計算如下： ① m1:m=100:50=2:1 m1=2 m=2 108kg= 108kg ② m2:m= :50=1:100 m2=m247。 2500= 104kg ④ m4:m=:50=1:500 m4=m247。 25000= 103kg （ 4） 計算原料配料的總質量 設原料的總質量為 M，則有 M=m＋ m1＋ m2＋ m3＋ m4＋ m5= 108kg （ 5） 計算原料的總流量 F 設原料的總流量為 F， 由（ 4） 計算原料的總質量為 M= 108kg 計算可得： F=M247。 108kg) 100%=% （ 7） 計算摩爾分數(shù) 設 XF、 XD、 XW 分別為 氯乙烯原料、塔頂出料、塔底出料的摩爾分數(shù) ， 已知氯乙烯的摩爾質量為 M0=, 聚氯乙烯的摩爾質量為 M1取 8 104kg/mol，則： XF=ω/M0247。 [()/+ 104]= XW=ω/M1247。能量衡算實質上是熱量衡算。℃ )； 乙烯的比熱為 (Kg℃ ) 2Cp =()+(15/)+()= KJ/(Kg 3．盡量采用國產設備 聚合釜 16