年產(chǎn)5萬噸聚氯乙烯聚合干燥工序初步工藝設(shè)計本科畢業(yè)論文(完整版)

　　

【正文】 到30萬噸/年，計劃到40萬噸/年，這意味PVC產(chǎn)能將由目前的22萬噸/年增加到36萬噸/年，齊魯公司將增加PVC能力10萬噸/年，廣州化工廠8萬噸/年乙烯法VCM/PVC項目已通過評審。特別是60年代以來，由于石油化工的發(fā)展為聚氯乙烯工業(yè)提供廉價的乙烯資源，引起人們極大的注意，因而促進氯乙烯合成原料路線的轉(zhuǎn)換和新制法以及聚合技術(shù)不斷地更新，是聚氯乙烯工業(yè)獲得迅速的發(fā)展。是應(yīng)用最廣泛的熱塑性樹脂，可以制造強度和硬度很大的硬質(zhì)制品如管材和管件、門窗和包裝片材，也可以加入增塑劑制造非常柔軟的制品如薄膜、片材、電線電纜、地板、合成革、涂層和其它消費性產(chǎn)品。1920年，德國研究聚氯乙烯已經(jīng)相當(dāng)活躍。設(shè)計圖紙包括1張帶控制點的物料流程圖；1張聚合釜設(shè)備圖；1張廠房平面布置圖。 Dryness 。本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）年產(chǎn)5萬噸聚氯乙烯聚合干燥工序初步工藝設(shè)計 摘 要：本設(shè)計為年產(chǎn)5萬噸聚氯乙烯聚合干燥工序的初步工藝設(shè)計，整個設(shè)計文件由設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙兩部分組成。 monomer。 本設(shè)計旨在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實踐，熟悉工藝流程、生產(chǎn)方案的選擇、設(shè)備的選型等，掌握工藝設(shè)計中的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的計算、選型，對參考文獻的查閱與學(xué)習(xí)等的方法。這時美國聯(lián)碳化學(xué)公司與杜邦公司對氯乙烯聚合物的制備發(fā)表了專利。硬質(zhì)制品目前占PVC總消費量的65～70％，今后PVC消費量進一步增長的機會主要是在硬質(zhì)制品應(yīng)用領(lǐng)域。1998年我國PVC產(chǎn)量和表觀需求量分別為160萬噸和317萬噸。近10年來我國聚氯乙烯生產(chǎn)通過技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)和消化吸收引進技術(shù)，使行業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)有了較大提高。然而，從19831998年我國聚氯乙烯樹脂需求增長趨勢看，90年代的需求增長率明顯高于80年代，90年代國內(nèi)需求滿足率明顯低于80年代。烯炔法投資較大，工藝復(fù)雜，成本也較高，存在也不久。懸浮聚合以其生產(chǎn)過程簡易，便于控制，便于大規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)品的適應(yīng)性較強，因此還是聚氯乙烯的主要的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)約占總量的80%。聚氯乙烯塑料不僅在建材、農(nóng)業(yè)及包裝工業(yè)上有著廣泛的用途，在電子器件、交通運輸、機械和人民生活等各方面。（2） 包裝袋上應(yīng)注明商標(biāo)、產(chǎn)品名稱、凈重、型號、批號、產(chǎn)品等級和生產(chǎn)廠名。⑷電性能PVC耐電擊穿，它對于交流電和直流電的絕緣能力可與硬橡膠媲美，其介電性能與溫度，增塑性，穩(wěn)定性等因素有關(guān)。聚合放熱量1554KJ/，聚合時的體積收縮率為35%，導(dǎo)熱系數(shù)﹕（㎡. ）液體導(dǎo)熱系數(shù)（20℃）（㎡.）。 乳液聚合： 乳液聚合是生產(chǎn)糊樹脂的方法，通常采用水溶性引發(fā)劑（H2O2或K2S2O8等）把氯乙烯單體、水溶性物質(zhì)、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入集合釜中進行聚合反應(yīng)。大規(guī)模生產(chǎn)時，即使降低引發(fā)劑濃度以減慢速率，有時還是不能很好的控制。與乳液聚合相比，懸浮聚合物上吸附的分散劑量少，有些還容易脫除，產(chǎn)物含有較少的雜質(zhì)。整個聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止四個步驟。 鏈增長：在鏈引發(fā)階段形成的單體自由基，活性很高，如無阻聚物質(zhì)與之作用，就能進攻第二個VC分子的π鍵，重新雜化結(jié)合，形成新的自由基，如此循環(huán)下去， H ︱產(chǎn)生含有大量 —（CH2— C—）—單元的鏈自由基，這個過程叫做鏈增長反應(yīng)， ︱Cl這實際上是一個加成反應(yīng)。按頭尾連接時，氯原子與單電子連在同一個碳原子上，取代基對自由基有共軛穩(wěn)定作用。 ︱ ︱ ︱ ︱ Cl H H Cl H H H H ︱ ︱ ︱ ︱或： —C—C + C = C —CH2—CH2Cl+CH2=+一般溫度波動177。 表8 視比重和吸油量的影響型 號 聚合溫度℃ 視比重g/mL 吸油量%PVC—SG2 —51 — 25—27PVC—SG4 —55 — 22—23PVC—SG6 59—60 — 16—18PVC—SG7 61—62 — 14—16 原料中雜質(zhì)的影響 反應(yīng)體系中的各類雜質(zhì)，不但影響反應(yīng)速度，而且使產(chǎn)品質(zhì)量下降，影響產(chǎn)品的耐寒、耐熱、耐旋光性能及透明度和加工性能。同時，易被氧化。（懸浮聚合）操作步驟：（1）在清洗好的不銹鋼聚合釜中，打入軟水、聚乙烯醇、氯乙烯單體和引發(fā)劑過氧化二碳酸二異丙酯（IPP），抗魚眼劑，防粘釜劑，夾套通入蒸汽，使聚合釜內(nèi)升溫至50~60℃進行聚合反應(yīng)。a1(20h40%60%=C2H3Cl: =C2H4Cl2: (3)低沸塔物料衡算表 表14 低沸塔物料衡算表組分進料(F)餾出液(D)殘液(W)物質(zhì)的量（kmol）組成xf(%)物質(zhì)的量（kmol）組成xd(%)物質(zhì)的量（kmol）組成xw(%)C2H2C2H3ClC2H4Cl2∑：計算依據(jù)：R= td=20℃ tw=40℃ tF=30℃ XD=40%根據(jù)物料衡算可得：D: kmolW: kmolL: kmolV: kmoltd=20℃下：C C2H2= kJ/kmol℃ CC2H3Cl= kJ/kmol℃ Cp=%+%= kJ/kmol℃（5）冷卻劑從冷凝器帶出的熱量：（6）塔底產(chǎn)品從冷凝器帶出的熱量：（7）再沸器（全塔范圍列橫算式）設(shè)再沸器損失能量： （8）高沸塔熱量衡算表表 17 高沸塔熱量衡算表傳入熱量傳出熱量物料帶入的熱量冷凝器帶走的熱量塔頂餾出液帶出的熱量塔底殘液帶出的熱量再沸器傳入熱量再沸器損失能量合計 高沸塔冷凝器鹽水冷卻水消耗情況進口溫度：37℃； 出口溫度：12℃；查表得40%鹽水的比熱容：C鹽水= kJ/(kg℃) 高沸塔再沸器循環(huán)水消耗熱水由轉(zhuǎn)化器循環(huán)水進入加熱水進口溫度：99℃； 出口溫度：65℃；查得：99℃時：CH2O= kJ/(kg℃) 75℃時 CH2O= kJ/(kg℃)取 CH2O=(kg℃) 聚合釜物料衡算： 物料平衡示意圖[4 M1 R101 M5 V102 M7 T101V101 M6 M9 R102 V103 M2 M4 M3 M11 M10 E101 M12 M13M1—氯乙烯單體；M2—無離子水；M3—聚乙烯醇；M4—過氧化二碳酸二異丙酯（IPP）；M5—樹脂懸浮液； M6—未聚合氯乙烯；M7—聚氯乙烯溶液；M8—殘留單體；M9—料漿；M10—離心后的聚氯乙烯溶液；M11—水及剩余助劑；M12—水；M13—聚氯乙烯樹脂；R101—聚合釜；R102—氯乙烯單體氣柜；V101—助劑貯槽；V102—沉析槽； V103—旋風(fēng)分離器；E101—干燥器；T101—汽提塔； 生產(chǎn)過程發(fā)生的化學(xué)變化及方程式：在R101中引發(fā)劑引發(fā)單體進行核聚合，其反應(yīng)方程式如下： CH2=CH + CH2=CH [ CH2 CH ]n ︱ ︱ ︱ Cl Cl Cl 本設(shè)計生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量50000噸，年開工300天，每天生產(chǎn)兩批，后處理中聚合物損失率2%。（3）V102沉析槽物料衡算：M6（未聚合氯乙烯）=12%= kg/批M7（聚氯乙烯溶液）：水=聚氯乙烯=聚乙烯醇（分散劑）不發(fā)生反應(yīng)= 過氧化二碳酸二異丙酯=水相溶解的氯乙烯單體及聚氯乙烯溶液中溶解的氯乙烯單體（反應(yīng)單體的5%）=5%= kg/批合計：M7=++++=M5=M6+M7= +=M5=M6+M7所以可知，對V102的衡算是正確的（4）T101汽提塔物料衡算：M8（殘留單體）=M9（料漿）：聚氯乙烯=水=聚乙烯醇（分散劑）=過氧化二碳酸二異丙酯=合計=+++=M8+M9=+=說明物料衡算是正確的。 回流冷凝器熱負(fù)荷的考慮由于反應(yīng)中嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度恒定，冷凝器中的回流量極少，所以對冷凝器熱負(fù)荷不予考慮。復(fù)驗，Sn6%=12= mm＞，故最后取C1= mm。 校核水壓實驗強度：≤式中PT==137/137=Se=SnC=71=6mm查得：σs=210MPa則 σt=（2850+6）/（26）==210= MPa由 σt＜所以水壓實驗強度足夠。m3Cp=103 J/λ= W/μ=. SD= md= mN=120/60=2 r/sV封= m3Z=h封+(VRi—V封)/(D178。/181。/181。)= ReS=ρnd2/181。 確定攪拌轉(zhuǎn)速 n=120r/min 計算攪拌功率攪拌液體時，產(chǎn)生循環(huán)流量及克服流體摩察阻力所需的功率叫攪拌功率。因為內(nèi)壓要比外壓大，所以按強度計算內(nèi)筒的壁厚一定能滿足外壓穩(wěn)定的要求。水CP=m=107/39 =105kg 冷卻水的用量： 根據(jù)式: Q= mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT冷卻水進口溫度為29℃,出口溫度為26℃。（6）對整個聚合工序做全物料衡算，進行校核。20= 順流程逐個設(shè)備展開計算：（1）V101助劑貯槽物料衡算： M1 (原料氯乙烯)=10= kg/批 M2（無離子水）=140247。℃ C C2H4Cl2= kJ/kmol℃（5）冷卻劑從冷凝器帶出的熱量：（6）塔底產(chǎn)品從冷凝器帶出的熱量：（7）再沸器（全塔范圍列橫算式）設(shè)再沸器損失能量： （8）低沸塔熱量衡算表 表15 低沸塔熱量衡算表傳入熱量傳出熱量物料帶入的熱量冷凝器帶走的熱量塔頂餾出液帶出的熱量塔底殘液帶出的熱量再沸器傳入熱量再沸器損失熱量合計進口溫度：37℃； 出口溫度：12℃。℃ Cp=40%+60%= kJ/kmol 聚氯乙烯配方[3]： 表10 聚氯乙烯生產(chǎn)配方原 料 名 稱相對分子質(zhì)量摩 爾 比質(zhì) 量/kg投 料 量/kg氯乙烯100軟水200聚乙烯醇IPP（引發(fā)劑）103抗魚眼劑由于用量較少，故可忽略不計防粘釜劑丙酮縮氨基硫脲（終止劑） 聚氯乙烯懸浮聚合操作周期[3]： 表11 聚氯乙烯生產(chǎn)操作周期操 作時 間 （h）水相加料抽真空加VCM加熱至60℃1持溫聚合7回收單體1出料清釜合 計12 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)【1】表12 聚氯乙烯生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)項目內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)項目內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)聚合物處理損失率2%聚合率83%水相及聚氯乙烯溶液中溶解VC量3%氯乙烯單體純度%聚合物含水量%聚合度700 相關(guān)控制指標(biāo)[1]： 表13 聚氯乙烯生產(chǎn)相關(guān)控制指標(biāo)項目內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)項目內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)新鮮單體貯槽液位30~70%回收單體貯槽液位≤70%壓力＜溫度0~30℃溫度＜25℃壓力0~ MPa無離子水貯槽液位60~80%循環(huán)水總管壓力溫度＜35℃溫度≤30℃分散劑壓力引發(fā)劑壓力聚合釜溫度≤60℃循環(huán)水壓力壓力≤1MPa溫