年產20萬噸聚氯乙烯生產工藝設計方案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 沸騰床干燥器中進行第二段干燥，得到含水量小于 %的聚氯乙烯樹脂。再經篩分、包裝后入庫 [8]。 工藝流程示意圖 去離子水 聚乙烯 引發劑 助劑 工藝 配方和工藝參數 工藝配方（質量份） ： 去離子水 100 氯乙烯 50～ 70 懸浮劑（聚乙烯醇） ～ 引發劑（過氧化二碳酸二異丙醇） 0. 02～ EHP 過氧化二碳酸二（ 2乙基己酯） 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 旋振篩 緩沖劑（磷酸氫二鈉） 0～ 消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯） 0～ 工藝參數： ①聚合 聚合溫度 50～ 58℃（依 PVC 型號而定） 聚合壓力 初始 ～ 結束 ～ 聚合時間 8～ 12h 轉化率 90％ ②堿處理 NaOH 濃度 36％～ 42％ 加入量 聚合漿液的 ％～ ％ 溫度 70～ 80％ 時間 ～ ③ 脫水 緊密型樹脂含水率 8％～ 15％ 疏松型樹脂含水率 15％～ 20％ ④干燥 第一段氣流干燥管干燥 干燥溫度 140～ 150℃ 風速 15m/s 物料停留時間 含水率 ＜ 4％ 第二段沸騰床干燥 干燥溫度計 120℃ 物料停留時間 12min 含水率 ＜ ％ 物料衡算 物料衡算是化工計算中最基本，最重要的內容之一，是進行化工計算的基礎。在化學工程中，為了導出某一過程的基本方程式和建立數學模型，設計或改造工藝流程和設備，了解和控制生產操作過程，核算生產過程的經濟效益等都要進行物料衡算。物料衡算在生產和設計中都得到廣泛的應用。在工廠設計中，物料衡算是在工藝流程及工藝參數確定后即開始的一項化工計算工作。由此，設計工作從定性分析轉入定量計算。物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況進行平衡計算，從而得到在正常生產情況下各種物料的量。通 過物料平衡，在已知產品生產任務情況下，算出所需原材料，生成的副產品及廢物等的生成量；或者在已知原材料投放的情況下算出產品，副產品及廢物量。此外，通過物料衡算，不僅可算出原材料消耗定額，算出生產過程所需的熱量或冷量，同時為設備選型和計算提供依據，物料衡算的結果直接關系到生產成本和車間運輸量，對工廠技術經濟指標有舉足輕重的影響。 （ 1）原料，輔料，中間產物及產品的規格 （ 2）過程中單位時間內的物流量 （ 3）有關消耗定額 （ 4）有關轉化率，選擇性，單程收率 （ 5） 有關物理化學常數 根據計算任務畫物料流程圖或物料衡算方框圖。畫圖的目的是為了物料衡算時分析問題，便于展開計算以及為建立方程式作好準備。因此，這種圖要畫得相當詳盡，不但所有已知數據要標明在圖上，那些待求的未知數據（以恰當的符號表示）也應一并標明在圖上，還應畫出所有物料線，并包括每股物料的名稱，數 量，組成及流向，以及與計算有關的工藝條件（如溫度，壓力，流量，配比等）。 在物料衡算中，會遇到較復雜的計算。為了便于計算，常采用劃定衡算范圍的方法。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。 若作為計算基準的數量在流程中是已知的，如已知單位時間內原料投放量，則以此數據為基準，采用“順算法”，就能方便的計算出單位時間的產品，中間產品以及三廢的各股物料量。若已知產品量，而中間的計算步驟很多，很難一下子算出原料量，此時可采取“倒推法”，即由已知產品量從后往前反算出其他各股物料量。倘若年產量在數值上太大，計算起來不方便，則可先按 100 千克或100 摩爾原料（也可按任何別的方便的數量）出發進行計算。算 出產品產量后，與實際產量進行比較，求出相差的系數，以此系數分別乘以原假設量，即可得到各股物料的實際量。 輸出物料平衡表 此表用來描述和識別所有進入體系和離開體系的物料。表中列出了已知量和要求解的未知量，有時還列出經過導出和計算的有關數據。 生產任務： 年產 20 萬噸噸丙酮氰醇 生產時間： 330 天 /年 每天生產量： （ 202000 噸 1000） /330 天 = 105 千克 /天 每小時生產量： ( 105)/24= 103 千 克 /小時 1 聚合釜物料衡算 去離子水 純度 100% 氯乙烯 純度 99% 懸浮劑（聚乙烯醇） 97% 引發劑（過氧化二碳酸二異丙醇） 97% 緩沖劑（磷酸氫二鈉） 99% 消泡劑（鄰苯二甲酸二丁酯） 99% 轉化率： 93% （ 1）進料 去離子水： 103千克 /小時 氯乙烯： 103千克 /小時 引發劑： 千克 /小時 懸浮劑 千克 /小時 緩沖劑 千克 /小時 消泡劑 千克 /小時 （ 2）出料 去離子水： 103千克 /小時 聚氯乙烯： 103千克 /小時 氯乙烯： 50千克 /小時 引發劑： 千克 /小時 懸 浮劑 千克 /小時 緩沖劑 千克 /小時 消泡劑 千克 /小時 雜質： 千克 /小時 聚合釜進料量見表 22。 表 22 聚合釜進料量 名稱 質量（千克 /小時） 去離子水： 103千克 /小時 氯乙烯： 103千克 /小時 引發劑： 千克 /小時 懸浮劑 千克 /小時 緩沖劑 千克 /小時 消泡劑 千克 /小時 聚合釜出料量見表 23。 表 23 聚合釜出料量 名稱 質量（千克 /小時） 去離子水： 103千克 /小時 聚氯乙烯： 103千克 /小時 氯乙烯： 50千克 /小時 引發劑： 千克 /小時 懸浮劑 千克 /小時 緩沖劑 千克 /小時 消泡劑 千克 /小時 2 堿中和釜物料衡算 NaOH 溶液濃度： 36％ NaOH 溶液 ：聚氯乙烯 ： 100 溶劑水 ： 40 千克 /小時 聚氯乙烯： 103千克 /小時 轉化率為 % （ 1）進料 NaOH 溶液 ： 64 千克 /小時 溶劑水 ： 40 千克 /小時 聚氯乙烯： 103千克 /小時 雜質： 千克 /小時 （ 2）出料 NaOH 溶液 ： /小時 溶劑水 ： 40 千克 /小時 聚氯乙烯： 103千克 /小時 雜質： 23 千克 /小時 堿中和進料量見表 24。 表 24 堿中和釜進料量 名稱 質量（千克 /小時） NaOH 溶液 64千克 /小時 溶劑水 40千克 /小時 聚氯乙烯 103千克 /小時 雜質 千克 /小時 堿中和出料量見表 25。 表 25 堿中和釜出料量 NaOH 溶液 千克 /小時 溶劑水 40千克 /小時 聚氯乙烯 103千克 /小時 雜質 23千克 /小時 NaOH 溶液 千克 /小時 熱量衡算 精細化工生產一般在規定的壓力，溫度和時間等溫度等工藝條件下進行，生產過程中包括有化學過程和物理過程，往往伴隨著能量變化。因此，必須進行能量衡算。生產中一般無軸功或軸功相對較小，可以忽略不計。因此，能量衡算實質上是熱量衡算。生產過程中所產生的化學熱效應與物理變化熱效應會使物料溫度上升或下降，為了保證生產過程在 一定溫度條件下進行則需要環境對生產系統有熱量的加入或放出，對于新車間設計，熱量衡算是在物料衡算的基礎上進行的。通過熱量衡算，可以確定傳熱設備的熱負荷，即在規定時間中加入和移出的熱量，從而確定傳熱劑的消耗量，選擇合適的傳熱方式，計算傳熱面積。熱量衡算和物料衡算相結合，通過工藝計算，可以確定設備的工藝尺寸，如設備的臺數，容積，傳熱面積等參數。 在解決實際問題中，熱平衡方程為： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式中： Q1—— 各股物料帶入的熱量 Q2—— 加熱劑（或冷卻劑）傳給 設備和物料的熱量 Q3—— 各種熱效應，如反應熱，溶解熱等 Q4—— 各股物料帶走的熱量 Q5—— 消耗在加熱設備上的熱量 Q6—— 熱損失 水的比熱為 （ Kg ℃ ） 乙烯的比熱為 （ Kg ℃ ） 引發劑和助劑的平均的比熱為 （ Kg ℃ ） 總熱損失（ Q5+ Q6）為反應熱的 10% 氯乙烯 水 25 ℃ 水 18 ℃ 引發劑和助劑 聚乙烯 1Cp =（ 100/） +（ ） = KJ/（ Kg℃） 2Cp =（ ） +（ 15/） +（ ） = KJ/（ Kg℃） Q3= 124400 = Q1= 1Cp m t1 Q4= 2Cp m t2 聚合釜 Q5+ Q6= Q2 10% 利用 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（ Q2符號為負 ） 可求得 ： Q2= 聚乙烯 聚乙烯 18℃ 水 水 25 ℃ NaOH 溶液 雜質 1Cp =（ ） +（ 15/） +（ ） = KJ/（ Kg ℃ ） 2Cp =（ ） +（ 10/） +（ ） = KJ/（ Kg ℃ ） Q3= 73= Q1= 1Cp m t1 Q4= 2Cp m t2 Q5+ Q6= Q2 10% 利用 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（ Q2符號為負 ） 可求得 ： Q2=2999KJ 2 旋風干燥床熱量衡算 聚乙烯 聚乙烯 25℃ 水 水 40℃ 易揮發雜質 雜質 堿中和釜 旋風干燥床 1Cp =（ ） +（ 10/） +（ ） =（ Kg ℃ ） 2Cp =（ ） +（ 7/） +（ ） = KJ/（ Kg ℃ ） Q3= 4700= Q1= 1Cp m t1 Q4= 2Cp m t2 Q5+ Q6= Q2 10% 利用 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（ Q2符號為負 ） 可求得 ： Q2= 第 3 章 設備選型 選型原則 設備的選擇和計算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術上先進，經濟上合理，亦即選用的設備能與生產規模相適應，并應獲得最大的單位產量；能適