12万吨∕年聚氯乙烯聚合工段安全设计.doc

聚合釜辅助设备设计与选型摘 要随着社会生产力的不断提高，社会对聚氯乙烯PVC（polyvinyl chloride）的需求越来越大。聚氯乙烯生产具有工艺复杂、有害物质多、连续性强等特点，生产安全要求标准较高。本设计的主要内容为聚氯乙烯聚合工段的安全设计。比较几种制备PVC的生产方法，本设计选用悬浮聚合法。重点进行了聚氯乙烯聚合工段的物料、热量衡算，对聚合釜体以及聚合工段的附属设备和装置都进行了较为详细的安全设计，并对生产过程中可能出现的安全隐患进行了分析，提出了切实有效的解决方案。安全设计分析结果对于保障聚氯乙烯的正常安全生产具有显著意义。关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合；安全设计34AbstractAbstractWith the improvement of social productivity, the social demand for PVC (polyvinyl chloride) was growing. The production of PVC has the characteristics of complicated process, harmful substances, strong continuity, high standards of production safety requirements. The main contents of the design for safety design of PVC polymerization. The design selects suspension polymerization by comparing with several production methods. It mainly includes the material, the heat balance calculation of PVC polymerization section, and carried out a detailed design of security accessory equipment and analyzed device of polymerization kettle body and polymerization section, and the possible security risks in the production process, and put forward some effective solutions. Safety design analysis results have significant for the production safety of PVC. Keywords: polyvinyl chloride; suspension polymerization;safety design12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计目 录摘 要IAbstractII第一章 研究背景11.1 引言11.2聚氯乙烯的物化性质11.3聚氯乙烯生产发展状况11.4国内外聚氯乙烯生产研究现状21.5 课题的提出4第二章 工艺计算52.1 物料衡算52.2 热量衡算6第三章 聚合釜及辅助设备设计与选型103.1 聚合釜体积与台数的确定103.2 聚合釜选型103.3 夹套的设计123.4 搅拌装置设计133.5 支座及人孔设计153.6 主要计量槽及管道设计17第四章 安全装置设计204.1温度的控制204.2 超压泄放装置的设计204.3 紧急终止加料系统224.4 其它相关安全设施的考虑23第五章 危险因素分析及相关注意事项245.1 危险化学品的识别及中毒后的急救措施245.2危险因素分析及解决方法245.3聚合釜相关注意事项25第六章 三废处理26结 论27致 谢28参考文献29附 图3012万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计第一章 研究背景1.1 引言聚氯乙烯是由氯乙烯（Vinyl chloride，VCM），经过多种聚合方式生产的热塑性树脂，是五大热塑性通用树脂（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂）中较早实现工业化生产的品种，其产量仅次于VCM。位居世界第二位。 PVC具有良好加工性能，可以采取模压、层合、挤塑等方式进行加工。因此广泛应用于建筑、中空包装和薄膜、电气和电器产品、汽车工业、日用品、糊树脂等领域。其中最广泛的是建筑领域，约有一半的PVC应用在该领域。包括各种管材、房屋墙板、门框、阀门等。除此之外，PVC还用于中空包装和薄膜领域的化妆品、食品、农用薄膜、日用品和工业用品等的包装；电器和电气产品中的家用电器的外壳、插座、插头、电话线等；汽车工业中的织物涂层、人造革，汽车内部装饰品，如内衬、座椅套、车窗密封条等；日用品中的塑料鞋、唱片、箱包等5。1.2聚氯乙烯的物化性质聚氯乙烯的分子式为，是一种外观为白色粉末，聚合度n一般为50020000的无定形的线型、非结晶的聚合物。可溶于酮、氯烃类等溶剂，不溶于水、氯乙烯等。PVC塑料有较高的机械强度结晶度较小，约5%，透明性较好，电绝缘性与化学稳定性高；但抗冲击性能与耐温性差、热分解后产生氯化氢。相关物理性质如下：相对分子量：40600111600密度：1.351.45g/cm3热导率：0.1626W/(MK)软化点：7585成型温度：160190熔点：无明显熔点，在8090时开始软化，温度高于180时有流动性，约200以上完全分解。1.3聚氯乙烯生产发展状况国外对PVC的生产应用较早。随着1835年氯乙烯单体在法国被发现，PVC的生产相继在1928年到1933年，实现了PVC的本体聚合、乳液聚合、溶液聚合法的生产。直到1940年，美国Goodrich公司发明了悬浮聚合方法生产PVC，由于悬浮法生产的PVC具有质量好、性能优良、后序处理简单等特点且产品性能与工艺较乳液法好，因而成为了目前生产PVC主要的方法。研究背景而我国的聚氯乙烯工业起步较晚，于1958年在辽宁锦西化工厂建成第一套3千吨/年的PVC悬浮聚合法生产装置，后来又扩大了一倍，继而成为全国的一套标准生产工艺。再经过后来几十年的努力，发展迅速，特别是近几年来聚氯乙烯工业发生了很大的变化。20032010年这8年间我国PVC产能年增长率达到了21.82%，为五大热塑性通用树脂中增长较快的品种。其中据统计，至2006年年底，我国聚氯乙烯树脂产能已达1052万吨/年，位居世界第一。到2012年年底我国的PVC生产企业已超过百家 。随着国内技术不断地创新、不断地改进，聚氯乙烯生产装置已经实现了规模化、集约化、国产化，产品质量逐步提升，成本不断下降，使得近几年来PVC行业得到了迅速发展。根据中国氯碱工业协会统计，截至2013年6月底，国内PVC（含糊树脂）产能已经达到了2392万吨/年7。1.4国内外聚氯乙烯生产研究现状目前工业上生产聚氯乙烯的方法主要有：悬浮聚合法、乳液聚合法、本体聚合法、溶液聚合法7。（1）悬浮聚合法基本组分包括单体、水、引发剂和分散剂。在搅拌器的搅拌作用下，VCM单体、水、引发剂和水的混合溶液分散成单体小液滴，悬浮在水相中。由于单体小液滴中含有引发剂，继而在引发剂的作用将VCM单体聚合成PVC颗粒。VCM的聚合工段主要分为：无离子水和VCM的储存与加料、助剂的配制和助剂的储存与加料、聚合釜涂壁和废水汽提、聚合、VCM的回收、PVC浆液汽提六个工序。其中聚合是将冷、热去离子水、分散剂、缓冲剂和引发剂自动加入密闭状态下的聚合釜中，当转化率达到设定值时，再将终止剂自动加入聚合釜中，终止聚合反应，然后将PVC浆料动出料到单体回收罐。虽然聚合釜的操作有连续操作法和间歇操作法之分，但连续化操作仍处于研究阶段，目前尚不完善，因此目前主要采用的是间歇操作。悬浮聚合法具有工艺简单、去热容易、温度易控制、产品纯度高、生产成本低等优点，但不易连续化生产。（2）乳液聚合基本组分包括单体、水、水溶性引发剂和乳化剂。用乳化剂将液态VCM单体分散成乳状液， VCM通过水层扩散到胶粒中，然后通过引发剂的作用使之聚合成PVC。聚合工艺分为连续式和间歇式。连续式聚合工段包括水相配制、聚合、乳胶脱气3个部分。而间歇式主要包括助剂的配制、水相PH调节、聚合、单体回收等工段。尽管乳液聚合具有连续生产、温度控制容易、除热容易、体系黏度低、分子量高等特点；但其工艺流程长，后序处理较困难、助剂多、生产成本高、树脂纯度低、应用领域受限。（3）本体聚合12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计以VCM单体为主体，在反应中添加少量引发剂进行聚合的方法。聚合工艺分预聚合和聚合两步，第一步是在预聚合釜中加入单体总量的1/21/3和相应引发剂并控制转化率在7%12%之间；第二步是在后聚合釜（一般为卧式反应釜）中加入其余单体和引发剂，控制总转化率为70%85%。本体聚合的主要优点无其它方法所需的水，而且颗粒质量较好、没有包覆膜；生产工艺简单、成本低。但聚合反应体系黏度很大，热量难除去，温度难控制，分子量分布宽。（4）溶液聚合应用较少，在反应器中先将VCM单体溶于有机溶剂，然后控制反应温度为40，通过引发剂的作用发生聚合反应。由于聚合物不溶于溶剂，从而随着反应的进行可以将产物从体系中沉淀出来，最后再除去溶剂，得到产品。此法聚合热量容易除去、聚合反应控制容易。但溶剂需回收、生产成本高、颗粒质量差。方法比较与选择表1.1 聚氯乙烯生产方法比较生产方法悬浮聚合乳液聚合本体聚合溶液聚合温度控制容易容易困难容易聚合速率较大大中等小分子量控制较困难容易困难容易聚合热除去容易容易困难容易生产成本低高低高使用情况约占聚氯乙烯生产的90%约占10%个别厂商使用极少使用生产特征不便连续生产可连续生产，但助剂太多，杂质难除去生产工艺简单，生产能力大，可连续化生产黏度低、纯度低由表1.1可以看出，从经济效益、化工安全与生产工艺综合上来看，悬浮法制备PVC较其他方法有生产工艺简单、散热与温度控制容易、生产成本低、经济效益好、适合大规模生产的优点。且目前悬浮聚合法约占到了世界PVC生产的90%。因此本设计采取悬浮聚合法生产PVC来研究聚氯乙烯聚合工段的安全设计。虽然聚合釜的操作有连续操作法和间歇操作法之分，但连续化操作仍处于研究阶段，目前尚不完善。因此，本设计采用间歇操作。氯乙烯悬浮聚合生产工艺如图1.1所示。研究背景图1.1 悬浮法PVC生产技术注：1单体计量槽； 2水计量槽；3聚合釜； 4单体回收罐；5混合釜； 6真空泵；7水分离罐； 8气柜；9压缩机； 10缓冲罐；11蒸馏塔 ； 12离心机；13旋转干燥机； 14旋风分离器。1.5 课题的提出 随着我国国民经济的提高，社会的不断进步，社会对安全生产和环境保护的呼声越来越高。因此对于有着易燃、易爆、腐蚀性强、有害物质多、生产过程连续性强、生产工艺复杂、迅速发展等特点的聚氯乙烯行业，在化工安全生产和环境保护方面提出了更高的要求。从事化工生产的工作人员必须通晓安全生产和环境保护的相关知识，否则不仅会给相关工作人员带来身体健康和生命的危险，而且还会给社会和企业带来无法估计的损失。因此，本设计在考虑聚氯乙烯聚合工段设计的同时，引入相关安全设计和环保措施，加强对安全生产和环保知识的学习。12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计第二章 工艺计算生产周期：330天,每天24小时，间歇操作，每天三批转化率：85%表2.1 生产配方物料名称VCM无离子水聚乙烯醇引发剂（IPP）抗鱼眼剂防粘釜剂NO（终止剂）相对分子量62.518.022600206.19用量较少，可以忽略投料比/kg11.80.00080.0004表2.2 相关技术指标项目内容技术参数项目内容技术参数聚合物处理损失率2%聚合率85%水相及聚氯乙烯溶液中溶解VCM量3%氯乙烯单体纯度99.95%聚合物含水量0.5%聚合度980表2.3 操作时间操作输料抽真空加热至60恒温聚合回收单体出料清釜合计时间（h）0.50.20.65.750.250.50.282.1 物料衡算已知聚氯乙烯的年产量为12万吨，设产品纯度为99.5%，VCM单体的转化率为85%，则每批生产聚合物的质量： 则每批投入的VCM单体的质量为： 则每批实际投入的VCM单体的质量： 工艺计算M4M1M5聚合釜助剂贮 槽M3M2图2.1 聚合釜物料平衡对每批助剂贮槽物料衡算每批M1（无离子水）的质量为： M2（聚乙烯醇）的质量为： M3（过氧化二碳酸二异丙酯）的质量为： 总计： M4（VCM），含杂质的量为：每批未反应的VCM单体：则M5的质量为：未反应的VCM单体+助剂+PVC+杂质助剂+ M4 因此物料衡算正确。表2.4 聚合工段物料衡算表 单位：kg/批物流号VCM单体水IPP聚乙烯醇PVC杂 质总计M1255528.835255528.835M2113.568113.568M356.78456.784M4141889.48470.980141960.464M5120606.061120606.0612.2 热量衡算由热量守恒定律可得其12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计系统内物料与环境的交换热量的和(热量输入为正，热量输出为负），KJ；因物料温度变化，系统与环境交换的热量（温度升高为正，温度降低为负），KJ；因物料发生各种变化，系统与环境交换的热量（热量输入为正，热量输出为负），KJ；因设备温度改变，系统与环境交换的热量（设升温为正，设降温为负），KJ；而物料质量，kg；、物料温度改变前后的温度，；物料的比热容，KJ/(kg.)；物料的聚合热，KJ/kg；各组分的质量，kg；各组分热容，KJ/(kg.)；物料的温度变化，；根据柯普定律 其中 基团的比热容，分子中同一元素的原子数化合物的分子量， 引发剂的热容可以根据表2.5计算。表2.5 Missenard法基团贡献值6基团贡献J/molK9.555.77.013.810.2因此，引发剂的比热容为：查相关资料可知：氯乙烯的比热容为：时 时 水的比热容为：工艺计算聚乙烯醇比热容为：聚氯乙烯的比热容为：氯乙烯的聚合热为： 表2.6 物料热容物料类别热容KJ/(kg)引发剂2.12水4.18聚乙烯醇1.67氯乙烯1.35 1.556聚氯乙烯0.9675由于反应釜中的物料属于低黏度流体，因此搅拌热忽略不计。（1）物料带入聚合釜的热量以0为基准，设进料温度为20，则物料带入聚合釜的热量为：引发剂带入的热量+氯乙烯单体带入的热量+水带入的热量+聚乙烯醇带入的热量因此，由可知（2）聚合反应放出的热量由每批生产聚合物的质量为，可得聚合反应放出的热量为：（3）物料带出聚合釜的热量：以0为基准，设物料流出聚合釜时的温度为60，由可知物料升温至60所需的热量为：（3）反应需加入热量由热量守恒可知进出系统的热量相等，因此反应过程中需加入的热量为（设热损失为10%）：损失热量12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计（4）加热水的用量:设热水的进口温度为99,出口温度为60。已知水由，可得水的质量为：（5）冷却水的用量：设冷却水的进口温度为5,出口温度为25。已知水则冷却水的质量为：表2.7 热量衡算表类别传入传出物料带入聚合釜热量Q12.588107KJ聚合反应放出热量Q21.850107KJ物料带出聚合釜热量Q38.464107KJ反应需加入热量Q6.529107KJ损失热量Q46.530106KJ加热水用量3.967105KJ冷却水用量2.209106KJ聚合釜及辅助设备设计与选型第三章 聚合釜及辅助设备设计与选型由第二章计算结果可得，每批进料量 : 3.1 聚合釜体积与台数的确定表3.1 物料相关数据物料名称氯乙烯引发剂聚乙烯醇水密度（kg/m3）0.9111031.081031.00021031.00103相对分子量62.5206.19260018.02质量(kg)141960.46456.784113.568255528.835摩尔数（mol）2.2711062.75410243.681.418107总的摩尔数：混合反应液密度每批物料处理量： 聚合釜的实际体积6为装填系数，一般由经验确定。通常可取，本设计取0.8。则由为聚合釜体积 为聚合釜台数取则 由聚合釜的体积计算结果可知，可初步取国内聚合釜。3.2 聚合釜选型筒体内径2(一般反应釜的高径比)12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计设当，则可得因此可初步选取公称直径DN为的筒体，封头选取公称直径DN为的标准椭圆封头14。查表可得该封头相关参数如下：曲边高度 直边高度 内表面积 容积查表可得公称直径DN为的筒体的相关数据如下：1米高的容积 1米高的内表面积则筒体高度圆整后取筒体高度则高径比 符合条件。因此，可得聚合釜实际体积可求得聚合釜装填系数由此可见，聚合釜的尺寸设计合理。由可得其中圆筒壁厚，容器设计压力，MPa 圆筒内径，设计温度下筒体材料的许用应力，MPa焊接接头系数一般VCM聚合对应的蒸汽压力为1.5MPa。出于安全系数考虑，通常可以将悬浮法制聚氯乙烯聚合釜的最高工作压力定为2.5MPa。因此，取容器设计压力2.5MPa22。筒体材料15采用钢号为Q245R的钢材，查表得100下， 则，当钢板厚度为时，取钢板厚度负偏差，取腐蚀余量，则圆筒设计壁厚聚合釜及辅助设备设计与选型圆整后取，复验，因此取合理；该聚合釜筒体可用厚的Q245R钢板制造15。液压试验试验压力；试验压力温度下的材料许用应力，则液压试验时要满足的强度条件：圆筒有效壁厚，屈服极限，查表可知，Q245R的屈服极限因此，液压试验满足强度条件2。3.3 夹套的设计夹套选用U形夹套14由于筒体直径，则可取夹套内径夹套筒体高度夹套筒体高度，则选06Cr19Ni10为夹套材料，设计温度为100，查表可得许用应力设计压力为0.6 MPa，取腐蚀裕量，钢板负偏差由可得12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计圆整后取，复验。因此该夹套可用的06Cr19Ni10钢板制造。液压试验查表可知，0Cr18Ni9的屈服极限由以上数据可知，液压试验强度条件满足。 3.4 搅拌装置设计取搅拌器的直径，则可取搅拌器离釜底的高度为则可取搅拌轴的宽度则，取桨叶数取搅拌挡板数目为4，宽度。安装方式为紧贴着釜壁且垂直于釜壁。选取转速为。则搅拌功率：搅拌功率，功率数被搅拌介质的密度，搅拌器的直径，选择开启直叶涡轮式式搅拌器有折流挡板 查得从上面的计算可知，则 传热装置校核釜侧给热系数：聚合釜及辅助设备设计与选型釜侧给热系数，流体导热系数，聚合釜内径，聚合釜内液体密度，搅拌器转速，搅拌器直径，聚合釜内流体黏度，聚合釜内液体热容，聚合釜壁壁温下流体的黏度，已知物料物性参数如下：则 釜侧给热系数冷却水体积膨胀系数，冷却水的热容，夹套层中冷却水的密度，流体的导热系数，冷却水粘度，水侧壁上的温度，冷却水平均温度，12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计其中，设釜内侧壁温，聚合釜的导热强度，聚合釜的传热面积，夹套层钢或污垢层厚度，夹套层钢或污垢传热系数，其中0.048m和0.0003m分别是Q245R钢和污垢的厚度，50w/(m)和1.5w/(m)分别是06Cr19Ni10钢和污垢的传热系数。由传热系数的公式1传热系数，则根据总传热速率方程1传热面积，而因此，由于，因此该整套夹套搅拌器装置配备合理。由于反应过程要防止空气进入，所以要选择封闭式的搪玻璃反应釜10。3.5 支座及人孔设计支座查表可得1米该钢板筒体质量为4792kg聚合釜及辅助设备设计与选型则筒体质量标准椭圆封头质量反应物料质量 夹套质量已知夹套椭圆封头的直边高度为50mm，质量为1953.85Kg则设其它附件质量则粗略计算聚合釜总质量：由于聚合釜偏心载荷为0，且耳式支座位置靠近筒体中部。则每个支座实际承受载荷重力加速度，取不均匀系数，支座数量,选4个支座。则查表知可选四个C7型耳式支座（Q345R，）14。人孔为了方便对釜进行清理与检修，可在聚合釜顶开一人孔。可选用公称压力为PN=2.5MPa的旋柄快开人孔（HG 215232005），人孔公称直径选定为DN=500mm。聚合釜及辅助设备相关技术参数如表3.2所示。12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计表3.2 聚合釜及辅助设备的技术参数公称直径Di,mm4000装填系数VT/VO0.778容器内公称压力，MPa2.5夹套公称直径Dj，mm4200夹套内公称压力，MPa0.6夹套材料06Cr19Ni10介质温度范围及容器材料0100，Q245R搅拌器公称直径DJ，mm2000搅拌轴转速r/min120电动机功率800KW支座形式C7型耳式支座轴密封机械密封搅拌器开启直叶涡轮式3.6 主要计量槽及管道设计相关设计数据如表3.3。表3.3 相关设计数据表物料名称质量（）密度（）氯乙烯141960.4640.911无离子水255528.8351聚乙烯醇113.5681.0002引发剂56.7841.08加热水3.9671050.9718冷却水2.2091060.9991 VCM计量槽圆整后，计量槽体积取2助剂计量槽圆整后，计量槽体积取聚合釜及辅助设备设计与选型3氯乙烯输送管道计算与选型输料时间：0.25h质量流量：体积流量：取（一般水及低粘度液体）由可得，管径查表可用的冷轧无缝钢管。则氯乙烯物料的实际流速：4助剂输料总管计算与选型输料时间：0.5 h质量流量：体积流量：取则管径查表可用的热轧无缝钢管。则助剂的实际流速：5出料管计算与选型输料时间：0.5h质量流量：体积流量：取则管径查表可用的热轧无缝钢管。则聚氯乙烯出料的实际流速：6冷却水输料管计算与选型输料时间：5.75h12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计质量流量：体积流量：取则管径查表可用的热轧无缝钢管。则冷却水的实际流速：7热水输料管计算与选型输料时间：0.6h质量流量：体积流量：选用与冷却水同型号的热轧无缝钢管则热水的实际流速 符合要求。 8管道安全附件的考虑在输料管上安装切断阀，用于紧急情况下切断物料添加，从而紧急终止反应的进行。管道具体参数如表3.411所示。表3.4 管道型号表序号名称型号材料流速1氯乙烯输料管1274.5mmQ3451.98m/s2助剂输料管1443.5mmQ3451.976m/s3出料管763.5mmQ3451.949m/s4热水输料管1144mmQ3452.8m/s5冷却水输料管1144mmQ3451.52m/s安全装置设计第四章 安全装置设计4.1 温度的控制在聚合釜不同部位安装温度检测仪表，保证聚合反应在设定的温度下进行。在DCS中将聚合釜的反应温度设为60（5）。该温度的控制主要分为三个阶段：1、升温阶段；2、过渡阶段；3、保温阶段。为了使聚合釜内的温度能够平稳安全地过渡到设定温度，可将过渡阶段的切换温度设为50。当聚合温度达到50时，可通过过度阶段的PID控制使聚合釜温度平稳安全地过渡到60（5）。然后通过保温阶段的常规串级控制方式，保持聚合釜温度为60（5）。串级PID控制如图4.121所示。TTT给定冷却水釜体温度夹套温度调节阀PIDPID测量变送测量变送图4.1 串级控制系统方块图4.2 超压泄放装置的设计常用超压泄放装置主要包括安全阀、爆破片和易熔塞三种。易熔塞主要为温度敏感型，只适用于一些小型容器。而安全阀和爆破片均为压力敏感型，但是安全阀的灵敏性、准确性、密封性都不如爆破片。因此本设计的超压泄放装置采用爆破片3。1爆破温度爆破温度是指爆破元件爆破时的壁温。本设计取爆破温度为100。2爆破压力爆破压力主要有三个限制条件：（1），即设计爆破压力不应超过聚合釜的设计压力；（2）（3）爆破设计压力，设备设计压力，爆破片允许的最大爆破压力，爆破片允许的最小爆破压力，裕度系数，本设计采用正拱开缝型爆破片（因为适用于气液相且爆破片产12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计生的碎片很少，其）设备正常操作压力， 由，可确定爆破压力的最大允许区间为，初步取最大（最小）允许爆破压力的计算公式+制造范围上限值+爆破压力允差的正偏差制造范围上限值爆破压力允差的正偏差本设计按标准制造范围制造12，则由计算可知，。因此合理。因此，最终。因此可选定标准制造范围及作为订货依据。3泄放直径的确定满足的条件 爆破片的泄放能力，安全泄放量，其中泄放压力时的饱和温度，常温下06Cr19Ni10的传热系数，容器的受热面积，06Cr19Ni10的厚度，泄放压力下液化气体的潜热，查得；容器外径，容器内的最高液位，则安全装置设计额定泄放系数，取气体特性系数，查表爆破片的泄放面积，气体摩尔质量，压缩因子，容器设备内泄放气体的热力学温度，则取，则泄放直径。选择Inc（因康镍）爆破材料制造。4爆破片的安装可在聚合釜釜顶安装双爆破片（采用并联形式）和压力检测仪表（如图1所示），在DCS系统上控制釜内压力变化。若釜内压力高于2.39MPa，则实现自动报警或自动泄压19。4.3 紧急终止加料系统在聚合釜旁设立一个含有高压氮气钢瓶的终止剂加料系统。用于紧急状况下通过高压氮气钢瓶迅速将终止剂加入聚合釜中，从而终止反应的进行，防止聚合釜因爆聚而出现的危险2。12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计图4.2 安全装置示意图4.4 其它相关安全设施的考虑（1）聚合车间使用设有防爆强和泄爆面的框架结构。（2）在聚合釜车间安装检测有毒和可燃性气体的自动报警装置，一旦可燃性和有毒气体超过设定值，则可实现自动报警。（3）由于氯乙烯是属于易燃易爆的有毒性气体，因此聚合釜车间所有管道及设备都必须安装消除静电的接地装置，以防止因静电而造成的安全事故。同时厂房房顶还要安有避雷装置13。危险因素分析及相关注意事项第五章 危险因素分析及相关注意事项12万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计5.1 危险化学品的识别及中毒后的急救措施1、氯乙烯物性分子式为，无色有毒易燃易爆气体，有醚样气味。熔点为-159.7，沸点为-13.9，相对蒸汽密度（空气=1）为2.15，引燃温度为415。其爆炸极限为（体积）。微溶于水，溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂。其中长期接触和吸入可导致肝癌。应急措施皮肤接触：立即脱去污染的衣物并用清水和肥皂水对进行皮肤接触处彻底清洗，然后就医。眼睛接触：提起眼睑，用流动的清水或者生理盐水进行彻底冲洗，就医。吸入：立即脱离氯乙烯泄露现场转移到空气新鲜处。保持呼吸道畅通。如出现呼吸困难，给输氧。若出现呼吸停止，则应马上进行人工呼吸。就医。遇热源或火源燃烧：立即切断气源。若无法马上切断气源，则不许熄灭正在燃烧的气体。应用喷水冷却容器，或者用泡沫、二氧化碳灭火器将其熄灭。2、终止剂一氧化氮物性分子式为NO，熔点为-163.6，沸点为-151。微溶于水和硫酸。在空气中与氧气接触易形成红棕色的NO2，而NO2有较强的毒性会产生刺激作用。氮氧化物主要对呼吸道有损害。我国车间空气中允许的最高浓度为5mg/m3 NO2。由于NO具有较强的氧化性，当接触易燃物、有机物可着火燃烧。应急措施空气中浓度超标时，可做如下处理穿戴好自吸过滤式防毒面具(半面罩)、化学安全防护眼镜、透气型防毒服和防化学品手套。立即检修泄漏处。若不小心吸入，则应立马将中毒人员转移到空气清新处，并保证中毒人员呼吸道畅通。若出现呼吸困难，则应立即对其输氧。如呼吸停止，则马上对其进行人工呼吸。就医。5.2危险因素分析及解决方法1爆聚现象原因：分散剂用量过少，质量较差；加入的引发剂过多；无离子水过少；搅拌故障或电路故障。2电路故障解决方法：调整配方、检查是否是计算机系统出现的故障；若是搅拌故障或者是停电，则应迅速加入NO终止剂，防止可能因为爆聚而引发的高温高压的危险。3温度压力升高（1）原因：控制仪表出现故障，造成通水缓慢或者不及时；解决方法：迅速找到釜内温度压力升高的原因，加大聚合釜冷却水流量。（2）原因：冷却水压低，温度高解决方法：若公用工程系统故障，立应即通知车间、公司调度，提高循环水压、降低温度，根据此时生产情况减少引发剂加入量；核对流量计，检查流量计是否出现问题。（3）原因：出现严重粘釜现象，导致热量无法及时排出。解决方法：出料后进行清釜或者增加涂壁剂用量，降低冷却水温度；也可调节引发剂用量，控制反应温度加以预防。4聚合釜断冷却水检查冷却水供应系统，及时供应冷却水；若冷却水长期断水，则应根据釜温上涨情况向聚合釜中打入适量的的终止剂。若釜内温度压力上涨过快，则应使用终止剂加料系统迅速向聚合釜中加入终止剂并且停止加料迅速终止反应进行。5氯乙烯泄露若是小面积泄露，则应首先穿戴好个人防护品，检查泄漏点并对泄漏处进行及时的维修；若是大面积泄露，则应首先穿戴好个人防护品，设立警戒区，禁止一切能产生烟火的操作。迅速将泄漏区人员撤至上通风处，并对其进行及时隔离，严格限制出入，最大限度切断泄漏源。5.3聚合釜相关注意事项（1）聚合釜操作人员必须在聚合反应过程中密切关注釜压变化，防止出现满釜现象；除此之外，还应密切注意釜温、搅拌功率、冷却水量及仪表运行是否在正常的范围内，防止出现爆聚现象。（2）若遇到断电而备用电源无法供电或者其它情况而引起的搅拌停止，冷却水长时间断水，仪表失灵，应立即通过紧急终止剂加料系统向聚合釜中打入终止剂终止反应的进行。（3）聚合反应过程中，要严格控制相关工艺指标，禁止出现超温、超压现象。（4）由于PVC生产是属于间断性操作，因此相关操作人员在操作过程中要挺高警惕，注意力集中。不能因为忘记开关阀或者开错阀等，由于操作上的失误而造成的事故。要确保在操作过程中万无一失。三废处理第六章 三废处理“三废”主要是指生产中的废水、废气、废渣。氯乙烯聚合工艺主要是由助剂的配制、氯乙烯供料与回收、聚合、汽提、出料、干燥、包装等工序组成。由于本设计设计聚合反应的转化率为85%，因此还有大约15%的氯乙烯单体未反应。由于氯乙烯属于有毒有害气体，若不将其回收，则会对环境造成极大的污染。除此之外，氯乙烯聚合及聚合釜的清洗均采用无离子水水。若将这部分用过的水直接用污水管排放，不仅增加了聚氯乙烯的生产成本，浪费了水资源，而且也污染了环境。针对聚氯乙烯聚合工段的具体情况，可采取以下的废水和废气处理方式。（1）废水处理表6.1 废水排放标准表项目指标:化学耗氧量，指用强氧化剂氧化废水中有机物质所消耗的氧量。因此，可用表示废水中有机物质的含量。:悬浮固体，指可被过滤器截留的不溶物质。:氨氮，氨氮浓度越高，水体黑臭越明显，因此氨氮浓度越低越好。本设计产生的废水主要是含有悬浮物的废水，对于有悬浮物质的废水可采用混凝沉降法来处理。此法主要是利用混凝沉降设备使废水与一定量的混凝剂和助凝剂混合、反应，然后生成絮状物，最后沉降、分离而达到废水净化的目的。混凝剂采用聚合氯化铝，助凝剂为水玻璃。（2）废气处理氯乙烯聚合工段中主要的废气是氯乙烯。氯乙烯在常温常压下比空气重且微溶于水。对氯乙烯的处理主要分为以下几种方法：（1）、增加清理聚合釜的周期，尽量减小粘釜效应；（2）、使用沉析槽回收氯乙烯；（3）、在聚合釜开盖前使用高压水排气回收氯乙烯。（4）、氯乙烯单体可通过如图6.1进行回收再利用。 VCMVCM精馏塔水分离罐单体回收罐单体回收罐聚合釜图 6.112万吨/年聚氯乙烯聚合工段安全设计结 论聚氯乙烯作为全球产量第二的热塑性树脂，在生产生活中起着不可替代的角色。但其生产过程往往伴随着高温高压、易燃易爆的危险。因此，本设计通过对年产1.2105t聚氯乙烯聚合工段的安全设计来加强对化工安全知识的学习。整个聚氯乙烯聚合工段的安全设计，主要分为四大部分：工艺计算、设备选型、安全装置的考虑、危险