年產5萬噸聚氯乙烯聚合干燥工序初步工藝設計本科畢業論文(專業版)

　　

【正文】 w =1 則 αi= (ReS) (Pr) (181。 夾套的設計： 夾套直徑和高度的確定： 對于筒體的內徑Di=2650mm，夾套內徑Dj=Di+200 =2650+200 =2850mm 查文獻得：封頭體積VH=，表面積FH= 由下式確定高度： Hj= =()/ =圓整，得Hj=2920mm 夾套的材料和壁厚：選用0Cr18Ni9為夾套材料，設計溫度為150℃，查得許用應力[σ]t=137 MPa MPa，ф=由公式S=得： S=2850（2137）=取腐蝕余量C2=，鋼板厚度負偏差C1=，則 Sn=S+C1+C2=++=圓整后取Sn=7mm。根據熱量守恒定律，得 QT=Q1＋Q2＋Q3＋Q4 其中 Q1=Q2= W?Hr?x/M Q3=ΣWi CPi ?TmQ4=ΣAiαi (Ti－T0)t 固體和液體熱容可以采用柯普定律[5]計算 C(KJ/Kg.℃)=Can/M式中 Ca——基團的比熱容，KJ/(Kg.℃)n——分子中同一元素的原子數M——化合物的分子量， Kg/Kmol單體的熱容可以采用Missenard法基團貢獻值[6]計算表19 Missenard法基團貢獻值基團—CH3—CH——O—O=C—O—C=O貢獻J/mol℃25℃時，C2H3Cl的蒸發潛熱為：r1=（近似為平均蒸發潛熱）（1）原料液帶進的熱量：（2）塔頂蒸汽帶出的熱量：（3）塔底產品帶出的熱量：（4）回流液帶進的熱量：CC2H3Cl= kJ/kmol℃tF=30℃下：CC2H3Cl= kJ/kmol（3） 經料柱閥加入沸騰干燥器在100~120℃%，溢流物料再經文氏加料器吸入冷風管冷卻至40~50℃，經旋風分離器分離，加入滾筒篩篩去粗料（大于40目），進行包裝。這種轉移反應速率比VC單體快，但產生的游離基活性卻比較低，還使聚合速率變慢。則主鏈長度取決于鏈轉移與鏈增長速度之比例，即取決于鏈轉移常數Cm。 鏈轉移 在自由基聚合過程中，鏈自由基有可能從單體、溶劑、引發劑或大分子上奪取一個原子（氫或氮）而終止，使這些失去原子的分子成為新的自由基，繼續新鏈的增長。 初級游離基一旦生成，很快作用于VC分子激發其雙鍵的π電子使之分離為二個獨電子并與其中一個獨電子結合生成單體游離基。若包括精制、回收、干燥等后期處理工序在內，則各聚合過程的經濟性大體依下列順序遞減：懸浮聚合＞本體聚合＞微懸浮聚合＞乳液聚合。分子量﹕分子量﹕⑷反應終止劑名稱﹕RS1 （一種苛性鈉水溶液）配方﹕%% 雙酚A %結構式﹕ 分子量﹕⑸防粘釜劑的性質性質﹕是一種石油樹脂[環戊二烯基樹脂]與酚類化合物的混合物。（4）運輸時必須使用潔凈、有蓬的運輸工具，防止雨淋。[4] 聚氯乙烯的工業生產意義合成樹脂是塑料工業的基本原料，在一定條件下塑制成一定形狀的材料，在常溫下它的形狀不變，是材料工業的重要組成部分。聯合法以1，2二氯乙烷﹝EDC﹞裂解制取聚氯乙烯，并副產氯化氫，然后以氯化氫與電石乙炔再合成氯乙烯。PVC裝置，泰國正大集團在寧波的12萬噸/年在世界PVC總產量中均聚物也占大約90％的比例。本設計的內容是在簡要介紹聚氯乙烯發展狀況及其性質，用途，工藝方法選擇的基礎上，重點介紹了采用懸浮聚合法生產PVC及其干燥的工藝過程，產量為年產5萬噸。在設計過程中，根據設計任務書的要求，進行了較為詳細的物料衡算和能量衡算，對設備進行了工藝計算和選型，同時對聚氯乙烯生產過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關說明，對整個裝置進行了簡單的技術經濟評價。 設計者：陳英 2008年6月1日1 緒論 PVC的發展史上世紀的30年代到50 年代是塑料工業迅速發展的時期，在此期間有許多塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工業化。 國內外PVC生產技術概況聚氯乙烯自工業化問世至今，七十多年來仍處不衰之勢，占目前塑料消費總量的29％以上。但是與國外先進水平相比還存在很大差距，主要表現在生產技術落后，規模小，產品質量差，品種少，樹脂加工應用不協調等方面。幾種不同方法的原料及成本比較如圖1所示﹕表1 生產VC所用原料及成本（原料單位：磅/磅VC，價格單位：美分/磅VC）主要原料消耗生產方法乙炔法聚合法乙烯氧氯化法乙烷氧氯化法乙炔乙烯乙烷氯化氫氯氣原料成本 聚合方式的改進 氯乙烯聚合方法，仍然氯乙烯聚合方法仍然為傳統的溶液聚合，本體聚合，乳液聚合和懸浮聚合。不僅開發和推廣應用脫出氯乙烯單體技術、防粘釜技術和干燥技術，而且聚合釜大型化和生產控制自動化程度均有了極大提高。⑹化學穩定性在酸，堿和鹽類溶液中較穩定。 四種主要聚合工藝的特性比較：表4 四種主要聚合工藝的特性項 目懸浮法本體法乳液法微懸浮法工業類型生產能力/（萬噸/年）間歇20間歇10間歇5間歇5反應器/ m36133第一 第二138 563635635項 目懸浮法本體法乳液法微懸浮法類型效率/（t/a由于這些優點，懸浮聚合在工業上得到了廣泛的應用。+nCH2=CHClR—(—CH2—CH—)n+—CH2—C 向高聚物轉移——形成支鏈或交聯PVC： H H ︱ ︱—CH2—C而把引發劑濃度的改變做為調節聚合反應速度的手段。從樹脂質量上看，這些都不是理想之計，正確的辦法是在VC精餾時脫除。 聚氯乙烯配方[3]： 表10 聚氯乙烯生產配方原 料 名 稱相對分子質量摩 爾 比質 量/kg投 料 量/kg氯乙烯100軟水200聚乙烯醇IPP（引發劑）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 相關技術指標【1】表12 聚氯乙烯生產相關技術指標項目內容技術指標項目內容技術指標聚合物處理損失率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 相關控制指標[1]： 表13 聚氯乙烯生產相關控制指標項目內容技術指標項目內容技術指標新鮮單體貯槽液位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%循環水總管壓力溫度＜35℃溫度≤30℃分散劑壓力引發劑壓力聚合釜溫度≤60℃循環水壓力壓力≤1MPa溫度≤30℃年產5萬噸聚氯乙烯，以300個工作日計，每年工作7200小時，假設各單元操作都連續進行，采用倒推法根據收率或損失率計算出原料投料，然后按單元操作順序對各單元操作進行物料衡算： 生產能力G:年產5萬噸的聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯小時生產量（7200h）計：50000247。℃（5）冷卻劑從冷凝器帶出的熱量：（6）塔底產品從冷凝器帶出的熱量：（7）再沸器（全塔范圍列橫算式）設再沸器損失能量： （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℃。20= 順流程逐個設備展開計算：（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。水CP=m=107/39 =105kg 冷卻水的用量： 根據式: Q= mCPΔT 得 m=Q/ CPΔT冷卻水進口溫度為29℃,出口溫度為26℃。 確定攪拌轉速 n=120r/min 計算攪拌功率攪拌液體時，產生循環流量及克服流體摩察阻力所需的功率叫攪拌功率。/181。m3Cp=103 J/λ= W/μ=. SD= md= mN=120/60=2 r/sV封= m3Z=h封+(VRi—V封)/(D178。復驗，Sn6%=12= mm＞，故最后取C1= mm。（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）不發生反應= 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。℃ Cp=%+%= kJ/kmol40%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)物質的量（kmol）組成xf(%)物質的量（kmol）組成xd(%)物質的量（kmol）組成xw(%)C2H2C2H3ClC2H4Cl2∑：計算依據：R= td=20℃ tw=40℃ tF=30℃ XD=40%根據物料衡算可得：D: kmolW: kmolL: kmolV: kmoltd=20℃下：C C2H2= kJ/kmol（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，使聚合釜內升溫至50~60℃進行聚合反應。 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 原料中雜質的影響 反應體系中的各類雜質，不但影響反應速度，而且使產品質量下降，影響產品的耐寒、耐熱、耐旋光性能及透明度和加工性能。+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定作用。整個聚合過程分為鏈引發、鏈增長、鏈轉移和鏈終止四個步驟。大規模生產時，即使降低引發劑濃度以減慢速率，有時還是不能很好的控制。聚合放熱量1554KJ/，聚合時的體積收縮率為35%，導熱系數﹕（㎡. ）液體導熱系數（20℃）（㎡.）。（2） 包裝袋上應注明商標、產品名稱、凈重、型號、批號、產品等級和生產廠名。懸浮聚合以其生產過程簡易，便于控制，便于大規模生產、產品的適應性較強，因此還是聚氯乙烯的主要的生產方式，生產約占總量的80%。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年代國內需求滿足率明顯低于80年代。1998年我國PVC產量和表觀需求量分別為160萬噸和317萬噸。這時美國聯碳化學公司與杜邦公司對氯乙烯聚合物的制備發表了專利。 monomer。 Dryness 。1920年，德國研究聚氯乙烯已經相當活躍。特別是60年代以來，由于石油化工的發展為聚氯乙烯工業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換和新制法以