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湖南化工职业技术学院毕业设计 毕 业 设 计10kt/a PVC聚合工段工艺设计学生姓名：李 仙学号200801020512系别：化学工程系班级：化工0814同组人：指导教师李志松老师设计时间2010.12目 录 目 录1摘 要.2Abstract4第一章 总论51.1概述.51.1.1课题的目的和意义51.1.2产品的基本性能61.1.3产品的应用状况及发展趋势.61.1.4有关设计参数91.1.5产品规格与质量指标91.2聚合方法简介及设计方法的确定.101.2.1聚合方法简述101.2.2本体聚合101.2.3乳液聚合111.2.4悬浮聚合11第二章 PVC聚合工艺142.1 聚合机理142.1.1自由基聚合机理142.1.2链反应动力学机理142.1.3成粒机理与颗粒形态152.2 防粘釜技术162.3工艺流程叙述172.3.1工艺过程简介172.3.2聚合系统18第三章 PVC聚合工艺计算193.1物料衡算193.1.1聚合釜物料衡算203.1.2出料槽物料衡算213.1.3汽提塔物料衡算223.1.4离心部分物料衡算243.1.5气流干燥部分物料衡算253.1.6沸腾干燥部分物料衡算253.1.7筛分包装部分物料衡算262. 1.8概念配方273.2聚合反应釜选型273.2.1聚合过程的影响因素283.2.2反应釜选型结果29第四章 “三废”的综合利用294.1电石渣浆综合利用及电石破碎除尘29 4.2汞（HgCl2）污染的防治304.3 VCM泄露的综合治理31心得体会.31致谢.32参考文献.33摘 要.10kt/a聚氯乙烯聚合工段工艺设计这是一个学科内的课程设计.其主体设计是一个年产12万t聚氯乙烯(PVC)反应工程中的聚合反应工段的设计.其中涉及到物料衡算,热量衡算,聚合反应釜的选型.结合所学的理论知识,我们也要对PVC一般聚合反应方式(悬浮聚合.本体聚合.溶液聚合.乳液聚合)进行对比分析.在此基础上,还要求我们绘制聚合反应工段的基本工艺流程图和主体聚合反应釜的装配图.经过这次实践,我们要进一步了解化工工艺生产的各个环节和实施步骤, 掌握化工设计的基本程序和方法,更要认识从实验室阶段到工厂大规模生产的转变过程.关键词：聚氯乙烯 悬浮聚合 反应釜选型.Abstract This is a subject in the curriculum design. Mainstay of its design is a 1,0000 t annual output of polyvinyl chloride (PVC) project in response to the polymerization section of the design, which involves the material balance, heat balance, the polymerization reactor selection. Combination of learning theory, we should also be of general PVC polymerization methods (suspension polymerization. bulk polymerization. polymer solution. Emulsion polymerization) were analyzed. On this basis, we also called for drawing section of the basic polymerization process And the flow chart of the main polymerization reactor of the assembly. As a result of this practice, we have a better understanding of chemical processes in the various segments of the production andimplementation of steps to master the basic design of chemical processes and methods, but also understanding of the processes from the laboratory to stage large-scale factory Changes in the production process. Key words ：PVC suspension polymerization reactor selection 5湖南化工职业技术学院毕业设计第一章 总论1概述.1.11课题的目的和意义.该课题主要关于聚氯乙烯(PVC)反应工艺工程的聚合工段的设计.由于PVC合成路线丰富,合成技术的改进,树脂中氯乙烯单体含量的降低,价格低廉,在化学建材等领域中的用量日益扩大,其需求量增加很快. PVC树脂可以用悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合或溶液聚合四种基本工艺生产.通过对比四种生产工艺,本次课题主要采用悬浮聚合工艺进行设计生产.课题涉及到聚合反应的概念配方,通过查阅各方面的材料,并结合我们课程设计的课题确定对生产聚氯乙烯所使用的单体及助剂的选取和用量的设定.对整个反应体系的物料和热量的衡算,加深了我们对工业生产中物料反应的消耗,能量的转化过程的了解.通过计算对主体反应釜的选型,让我们了解到国内外各型号反应釜的性能和使用条件.通过这个课程设计,我们要对悬浮聚合工艺原理和工艺流程有更深入的了解和掌握,将课本理论知识联系到实际生产中.同时对聚氯乙烯由单体氯乙烯的自由基聚合原理,反应条件(如反应时间,引发剂,反应调节剂,PH范围,终止剂等)及对产品粗聚氯乙烯的提纯和后续干燥过程有更充分完善的掌握.1.1.2产品的基本性能聚氯乙烯是无定形的线型、非结晶的聚合物，基本无支链，链节排列规整。聚合度n的数目一般为50020000。聚氯乙烯树脂为白色粉末，相对密度约1.4。聚氯乙烯塑料有较高的机械强度，良好的化学稳定性。聚氯乙烯分子中含有大量的氯，使其具有较大的极性，同时具有很好的耐燃性。聚氯乙烯塑料有优良的耐酸碱、耐磨、耐燃烧和绝缘性能。但是对光和热的稳定性差。在不加热稳定剂的情况下，聚氯乙烯100时开始分解，130以上分解更快。受热分解出氯化氢气体，使其变色，由白色浅黄色红色褐色黑色。阳光中的紧外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后发脆。同时，上述良好的力学和化学性能迅速下降。解决的办法是在加工过程中加入稳定剂，如硬脂酸或其他脂肪酸的镉、钡、锌盐。聚氯乙烯的抗冲击性能差,耐寒性不理想，硬质聚氯乙烯塑料的使用温度下限为-15，软质聚氯乙烯塑料为-30。聚氯乙烯的透水汽率很低。硬聚氯乙烯长期浸入水中的吸水率小于0.5%，浸24小时为0.05%，选用适当增塑剂的软聚氯乙烯吸水率不大于0.5%。聚氯乙烯室温下的耐磨性超过普通橡胶。聚氯乙烯的电性能取决于聚合物中残留物的数量和各种添加剂。聚氯乙烯的电性能还与受热情况有关，当聚氯乙烯受热分解时，由于氯离子的存在而降低其电绝缘性。1.1.3产品的应用状况.PVC树脂可以采用多种方法加工成制品，悬浮聚合的PVC树脂可以挤出成型、压延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或压塑成型。分散型树脂或糊树脂通常只采用糊料涂布成型，用于织物的涂布和生产地板革。糊树脂也可以用于搪塑成型、滚塑成型、蘸塑成型和热喷成型。发达国家PVC树脂的消费结构中主要是硬制品，美国和西欧硬质品占大约2/3的比例，日本占55%；硬质品中主要是管材和型材，占大约7080%。PVC软制品市场大约占全部PVC市场的30%，软制品主要包括织物的压延和涂层、电线电缆、薄膜片材、地面材料等。硬质品PVC树脂近年来增长比软制品快。在全世界范围内一半以上的PVC树脂用于与建筑有关的市场，使PVC行业容易受到经济的波动影响。建筑领域是PVC树脂增长最快的市场，19861996年美国PVC树脂在建筑市场的增长率为6%/年，在其它市场中的增长率仅为1.4%/年。1986年美国PVC树脂在建筑市场中的分额为64%，1996年增加到73%，预计2001年将增加到76%，增长最快的用途是管材、板壁、和门窗等。近几年我国聚氯乙烯硬制品应用份额也有增长趋势，管材、型材和瓶类所占份额由1996年25%增长到1998年的40%，但至今我国聚氯乙烯的应用还是软制品的份额较多。1998年软制品占PVC总用量的51%（其中薄膜为20%，塑料鞋10%，电缆料5%，革制品11%，泡沫和单板等5%），硬制品占40%（其中板材16%，管材9%，异型材8%，瓶3%，其它4%），地板墙纸等占9%。聚氯乙烯塑料一般可分为硬质和软质两大类。硬制品加工中不添加增塑剂，而软制品则在加工时加入大量增塑剂。聚氯乙烯本来是一种硬性塑料，它的玻璃化温度为8085。加入增塑剂以后，可使玻璃化温度降低，便于在较低的温度下加工，使分子链的柔性和可塑性增大，并可做成在常温下有弹性的软制品。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、邻酯。一般软质聚氯乙烯塑料所加增塑剂的量为聚氯乙烯的30%70%。聚氯乙烯在加工时添加了增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、填料之后，可加工成各种型材和制品。一般软塑料制品。利用挤出机可以挤成软管、塑料线、电缆和电线的包皮。利用注射成型的方法并配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋等。薄膜。利用压延机可将聚氯乙烯制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法生产的薄膜称为压延薄膜。也可以将聚氯乙烯的粒状原料利用吹塑成型机吹制成薄膜，用这种方法生产的薄膜称为吹塑薄膜。聚氯乙烯塑料薄膜上可以印花（如印制包装装潢图案和商标等）。薄膜的用途很大，可以通过剪裁、热合方法加工成包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以建造温室和塑料大棚，或者用作地膜。涂层制品。将聚氯乙烯糊状涂料涂敷在布或纸上，然后在100以上将它们塑化，就可制成有衬底的人造革。如果将聚氯乙烯软片用压延机直接压延成有一定厚度时，就制成无衬底的人造革，可压出各种花纹。人造革用于制造皮包、皮箱、沙发和汽车的座垫、地板革以及书的封面等。泡沫塑料。软质聚氯乙烯在混炼时加入适量的发泡剂，经发泡成型法可制成泡沫塑料，用做泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、坐垫和防震缓冲的包装材料，也可以用挤出机制成低发泡硬质板材，可代替木材作为建筑材料。利用热成型法可将聚氯乙烯制成薄壁透明容器，或用于真空吸塑包装材料。这种方法制成的片材也是优良的装饰材料。糊状制品。将聚氯乙烯分散在液体增塑剂中，使其溶胀和塑化成增塑溶胶，再加入乳液（一种胶粘剂）、稳定剂、填料、着色剂，经过充分搅拌，脱气泡后，可配制成聚氯乙烯糊状制品，可用浸渍法、浇铸法、搪塑法涂敷在各种制品表面，起保护（防腐蚀）、美化作用。硬管和板材。聚氯乙烯中加入稳定剂、润滑剂和填料，经过混炼之后，可用挤出机挤成各种口径的硬管、异形管、波纹管，用做下水管、引水管、电线套管或楼梯扶手。用压延法制成的聚氯乙烯薄片经重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材，它可以切割成所需形状，然后利用聚氯乙烯焊条用热空气流焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、通风管道和各种形状的容器、反应罐。门窗。它可用硬质聚氯乙烯异形材料组装而成，已经和木门窗、钢窗、铝合金门窗共同占领了建筑市场。中国聚氯乙烯工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为聚氯乙烯产品提供了广大的市场。在进入21世纪以后,我们要学习和借鉴国外的先进技术和发展模式,结合我国的具体情况,发展我国的聚氯乙烯工业。我们要发挥全行业的力量,克服前进过程中的各种困难,一定能够在较短的时间内赶上世界聚氯乙烯工业的先进水平4。1.1.4有关设计参数聚乙烯纯度99.5%；液体聚乙烯密度按0.85g/ml计；按间歇式悬浮法设计；全年按300d生产天数计算；聚合时间每釜5h；聚乙烯单程转化率80%；聚合配方为水油比1.5；过氧化类+偶氮类引发剂用量共0.05（对单体的质量百分数）；分散剂、热稳定剂等助剂共0.2%（对单体的质量分数）；聚合温度530.1；平均聚合度n=1250；聚合反应热；1540kg/kg；聚合体物表观，密度0.45g/ml; 1.1.5产品规格与质量指标本次设计的产品质量标准按照GB5761-93悬浮法生产的通用聚氯乙烯树脂标准生产的聚氯乙烯树脂属SG5型，其主要技术标准要求： 级别粘数ml/g杂质粒子数/个挥发物含量%表观密度g/m鱼眼数/个白度残留氯乙烯含量ppm优等品118-107160.40.4520748一等品118-107300.40.424010合格品118-107900.50.4-1.2生产方法简介及设计方法的确定.1.2.1聚合方法简述目前,世界上PVC的主要生产方法有4种:悬浮法、本体法、乳液法和微悬浮法。其中以悬浮法生产的PVC占PVC总产量的近90%,在PVC生产中占重要地位,近年来,该技术已取得突破性进展。1.2.2本体聚合 本体聚合生产工艺，其主要特点是反应过程中不需要加水和分散剂。聚合分2步进行，第1步在预聚釜中加人定量的VCM单体、引发剂和添加剂，经加热后在强搅拌(相对第2步聚合过程)的作用下，釜内保持恒定的压力和温度进行预聚合。当VCM的转化率达到8%-12%停止反应，将生成的“种子”送人聚合釜内进行第2步反应。聚合釜在接收到预聚合的“种子”后，再加人一定量的VCM单体、添加剂和引发剂，在这些“种子”的基础上继续聚合，使“种子”逐渐长大到一定的程度，在低速搅拌的作用下，保持恒定压力进行聚合反应。当反应转化率达到60%一85%(根据配方而定)时终止反应，并在聚合釜中脱气、回收未反应的单体，而后在釜内汽提，进一步脱除残留在PVC粉料中的VCM，最后经风送系统将釜内PVC粉料送往分级、均化和包装工序。1.2.3乳液聚合 氯乙烯乳液聚合方法的最终产品为制造聚氯乙烯增塑糊所用的的聚氯乙烯糊树脂（E-PVC），工业生产分两个阶段：第一阶段氯乙烯单体经乳液聚合反应生成聚氯乙烯胶乳，它是直径0.13微米聚氯乙烯初级粒子在水中的悬浮乳状液。第二阶段将聚氯乙烯胶乳，经喷雾干燥得到产品聚氯乙烯糊树脂，它是初级粒子聚集而成得的直径为1100微米，主要是2040微米的聚氯乙烯次级粒子。这种次级粒子与增塑剂混合后，经剪切作用崩解为直径更小的颗粒而形成不沉降的聚氯乙烯增塑糊，工业上称之为聚氯乙烯糊。1.2.4悬浮聚合 因采用悬浮法PVC生产技术易于调节品种，生产过程易于控制，设备和运行费用低，易于大规模组织生产而得到广泛的应用，成为诸多生产工艺中最主要的生产方法。 工艺特点：悬浮聚合法生产聚氯乙烯树脂的一般工艺过程是在清理后的聚合釜中加入水和悬浮剂、抗氧剂,然后加入氯乙烯单体,在去离子水中搅拌,将单体分散成小液滴,这些小液滴由保护胶加以稳定,并加入可溶于单体的引发剂或引发剂乳液,保持反应过程中的反应速度平稳,然后升温聚合,一般聚合温度在4570之间。使用低温聚合时(如4245),可生产高分子质量的聚氯乙烯树脂；使用高温聚合时(一般在6271)可生产出低分子质量(或超低分子质量)的聚氯乙烯树脂。近年来,为了提高聚合速度和生产效率,国外还研究成功两步悬浮聚合工艺,一般是第一步聚合度控制在600左右,在第二步聚合前加入部分新单体继续聚合。采用两步法聚合的优点是显著缩短了聚合周期,生产出的树脂具有良好的凝胶性能、模塑性能和机械强度。现在悬浮法聚氯乙烯品种日益广泛,应用领域越来越广,除了通用型的树脂外,特殊用途的专用树脂的开发越来越引起PVC厂家的关注,球形树脂、高表观密度建材专用树脂、消光树脂、超高(或超低)分子质量树脂等已成为开发的热点7。 悬浮法PVC的发展趋：在工业化生产PVC时,以悬浮法产量最大,悬浮法生产具有设备投资少和产品成本低等优点。各种聚合方法的发展方向是逐步向悬浮法聚合生产路线倾斜,一些过去采用其它方法生产的树脂品种已开始采用悬浮聚合工艺生产。自从乳液聚合法工业化以后,欧洲、日本在连续悬浮聚合工艺方面开展了大量的研究工作,目前尚未工业化生产,但连续法设备费用低,生产效率高,工艺难题少,已引起了各国科研院所和生产厂家的重视。另外,为进一步提高悬浮法生产的通用树脂和专用树脂的质量,提高产品的专用化、市场化水平,国外厂家在聚合工艺的工艺条件及配料体系等方面做了大量的研究工作,进一步提高了聚合转化率,缩短了聚合周期,提高了生产效率,同时也开发出一系列性能好、易于加工的PVC专用树脂如:超高(或超低)聚合度树脂、高表观密度树脂、无皮树脂、耐辐射树脂、医用树脂、耐热树脂等。可见,各种专用料的开发是悬浮聚合树脂发展的标志,是提高产品使用性能、开发新的应用领域的重要手段8。 四种聚合方法，各自的特点如表1所示：表1 本体聚合溶液聚合 悬浮聚合 乳液聚合 配方组成 单体、引发剂单体、引发剂 单体、引发剂、分散剂、水 单体、引发剂、乳化剂、水 聚合场所 本体内溶液内 单体液滴内 胶束和乳胶粒内 温度控制 困难容易 容易 容易 聚合速率 中等小 较大 大 分子量控制困难容易 较困难 容易 生产特征 不易散热,连续操作要保证传热混合,间歇操作生产板材,型材设备简单.散热容易,可连续生产,不易获得干燥粉末或颗粒状固体散热容易,间歇生产,有分离,洗涤,干燥等工序散热容易,可连续生产制粉状树脂时需凝聚,洗涤,干燥产物特性聚合物纯净,分子量分布宽糊状较纯净,可能含有少量分散剂留有部分乳化剂和其他助剂主要用途 浅色,硬质注塑品涂料、粘合剂 适合于注塑或挤塑树脂涂料、粘结剂 从表中可发现悬浮聚合有以下优势：(1)体系黏度低，传热和温度容易控制，产品分子量及其分布比较稳定；(2)产品分子量比溶液聚合的高，杂质含量比乳液聚合少；(3)后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单，生产成本也低，粒状树脂可直接成型。据统计，全世界80%的PVC树脂都是用悬浮聚合的方法生产的，因此本课题采用悬浮聚合的方法。第二章 PVC聚合工艺2.1 聚合机理2.1.1自由基聚合机理氯乙烯悬浮聚合反应，属于自由基链锁加聚反应，它的反应一般由链引发，链增长，链终止，链转移及基元反应组成。 链引发 过氧化物引发剂受热后过氧链断裂生成两个自由基:初级自由基与VCM形成单体自由基。 链增长 单体自由基具有很高的活性，所以打开单体的双键形成自由基，新的自由基活性并不衰减，继续与其它单体反应生成更多的链自由基。 链终止 聚合反应不断进行，当达到一定的聚合度，分子链己足够长，单体的浓度逐渐降低，使大分子的活动受到限制，就会大分子失去活性即失去电子而终 止与其它氯乙烯活性分子反应。终止有偶合终止和歧化终止。 l)偶合终止 两个活性大分子自由基相遇时，两个自由基头部独立电子对配对形成共价键所形成的饱和大分子叫偶合终止。 2)歧化终止两个活性大分子自由基相遇时，其中一个自由基夺取另一个自由基上的氢原子而饱和，另一个高分子自由基失去一个氢原子而带有不饱和基团，这种终止反应的方式叫双基歧化终止。有时活性大分子自由基与金属器壁中的自由电子结合而终止，即形成粘釜。链转移 在氯乙烯聚合反应中，大分子自由基可以从单体，溶剂，一个氯原子或氢原子而终止，失去原子的分子将成为自由基，引发剂或大分子上夺取继续进行新的链增长反应。包括向单体的氯转移、向溶剂链转移、向引发剂链转移、向大分子。2.1.2链反应动力学机理 链反应动力学来看，根据转化率可分为三阶段： 转化率5%阶段。聚合反应发生在单体相中，由于所产生的聚合物数量甚少，反应速度服从典型的动力学方程，聚合反应速度与引发剂用量的平方根成正比，当聚合物的生产量增加后，则聚合速度由于kt降低而发生偏差。 转化率5%65%阶段。聚合反应在富单体和聚氯乙烯单体凝胶中间是进行，并且产生自动加速现象。其原因在于链终止反应主要在两个增长的大分子自由基之间进行，而他们在粘稠的聚合物单体凝胶相的扩散速度显著降低，因而链终止速度减慢，所以聚合速度加快，呈现自动加速现象。 转化率65%阶段。转化率超过65%以后，游离的氯乙烯基本上消失，釜内压力开始下降，此时聚合反应发生在聚合物凝胶相中，由于残存的氯乙烯逐渐消耗，凝胶相得粘度迅速增高，因此聚合反应速度仍继续上升，大到最大值后逐渐降低。当聚合反应速率低于总反应速率以后，使反应终止。2.1.3 成粒机理与颗粒形态关于氯乙烯悬浮聚合过程生成多孔性不规整的理论解释，认为成粒过程分为两部分；单体在水中的分散和发生在水相和氯乙烯水相界面发生的反应，此过程主要控制聚氯乙烯颗粒的大小及其分布。在单体液滴内和聚氯乙烯凝胶相内发生的化学与物理过程，此过程主要控制所得聚氯乙烯颗粒的形态。 在聚合反应釜中液态氯乙烯单体在强力搅拌和分散剂的作用下，被破碎为平均直径3040m的液珠分散于水相中，单体液珠与水相得界面上吸附了分散剂。当聚合反应发生以后，界面层上的分散剂发生氯乙烯接枝聚合反应，使分散剂的活动性和分散保护作用降低，液珠开始由于碰击而合并为较大粒子，并处于动态平衡状态。此时单体转化率约为4%5%。当转化率进一步提高，达到20%左右后，由于分散剂接枝反应的色深入，能够阻止粒子碰击合并，所以所得聚氯乙烯颗粒数目开始处于稳定不变的状态，因而此后的搅拌速度对于产品的平均粒径不再发生影响。最终产品的粒径在100180m范围，个商品牌号的粒径个有其具体范围，取决于生产的聚氯乙烯树脂用途、分散剂类型、用量和反应起始阶段的搅拌速度等参数。通常是使用的分散剂浓度高，则易得空隙率低（10%）的圆球状树脂颗粒，尤其是使用明胶作为分散剂是，其影响最为明显。由于地孔隙率树脂的反应结束后，脱除残存的单体较困难，而且吸收增塑剂速度慢，难以塑化所以逐渐淘汰。产品的平均粒径因不同用途而有所不同要求：用于生产软质制品的聚氯乙烯树脂平均粒径要求低些在100130m左右；用于生产硬质制品者要求在150180m范围；分子量较低的牌号则要求在130160m范围。此数据不能绝对化，因工厂生产条件的不同而有所不同。转移。2.2 防粘釜技术聚合釜的防粘釜是聚合生产中最重要的工序之一。防粘釜效果好的釜, 能有较好的传热系数, 能减少因此产生的塑化片。防粘釜一直是聚合生产的重要工作, 这方面得到了很大的发展。首先, 聚合釜的表面抛光质量有了很大的提高且内件简单化、圆滑化。其次, 通过专用的设备使用高效的防粘釜剂, 实行聚合釜自动喷涂防粘釜液和自动水冲洗釜。釜涂布与水洗设备分开, 釜内设置双伸缩头自动喷洗高压水枪, 设定双固定或者可伸缩涂布设备(如费阀,喷吐环等)。目前, 先进的防粘釜技术是冲洗、喷涂与高效防粘釜剂的结合体。整个防粘技术过程全部采用DCS自动操作。首先打开蒸汽进料阀喷入适量的蒸汽, 用泵将已配制成规定浓度的涂壁剂注入蒸汽管路, 借助蒸汽流速使其雾化进釜, 在釜壁形成一层均匀的疏油亲水膜, 在聚合过程中此膜有效地防止有机相与釜壁接触, 从而起到防粘釜的作用。为了达到较好的涂壁效果, 对于喷涂的蒸汽, 防粘釜剂的压力逐步优化, 对于防粘釜剂的量也根据釜的特点而定。涂壁完成后, 冷却一段时间使防粘釜剂更好地粘在釜上,之后用清洗水冲釜以彻底冲掉多余的防粘剂11。目前国内生产用的防粘釜剂主要有意大利黄, 美PVC国红, 英国蓝。经过实践, 意大利黄在防粘釜效果和对产品白度的影响方面有利于生产, 但价格较高。为了生产更高质量的聚乙烯，产品本设计采用意大利黄防粘釜剂。2.3工艺流程简述. 2.3.1工艺过程简介. 经破碎好的电石装进电石吊斗,送到发生器加料贮斗,经电石振动加料器加入发生器内.电石在发生器内遇水产生乙炔气,从发生器顶部逸出,顶部逸出的乙炔气经喷淋冷却后,分别进入汽柜或水环压缩机.经水环压缩机加压后进入第一第二清净塔,经清净后的乙炔气带有酸性,进入中和塔用碱液除去,中和塔出来的乙炔气,进入二台串联的列管冷凝器除去大量水分后经砂封与来自HCL工序的HCL经缓冲罐通过孔板流量计调节好配比在混合器内充分混合,接着进入石墨冷却器冷却,在进入多筒过滤器过滤,然后,经石墨钢制预热器预热后进入转化器. 通过列管中填装的吸附于活性炭上的Hg触媒转化为粗氯乙烯,然后进入精馏系统.粗氯乙烯经全凝器,尾凝器,冷凝液全部进入低沸塔,低沸塔釜加热器将冷凝液中低沸物蒸出,塔釜粗氯乙烯进入高沸塔,尾气冷凝器内未反应的气体经尾气吸附器回收一部分氯乙烯:高沸加热器将氯乙烯逸出,经塔板分离成粗氯乙烯,经塔顶控制部分回流,大部分粗氯乙烯进入成品冷凝器,被冷凝的氯乙烯经固体碱干燥器脱水进入单体贮槽,按需送聚合工序. 将合格的去离子水,VCM单体,分散剂,引发剂及其它助剂按配方要求精确计量后,由泵加入到经闪蒸真空防粘釜处理后的聚合釜中.用循环热水升温至指定温度后进行恒温反应,当最短反应时间,压力降到配方要求后加入终止剂终止反应.料浆由泵送至料浆贮槽,未反应的单体气经回收单体真空泵回收至气柜,去回收装置进行加压冷凝器回收. 来自料浆槽的PVC料浆经过滤器,料浆泵,螺旋板换热器由塔低排出的热料浆预热后,进入汽提塔进行受热汽提.塔低排出的热料浆经过同一换热器被进塔冷浆料冷却后至离心干燥工段. 由汽提塔出来的PVC料浆,以离心机分离大部分水后得到含水约20%25%的湿PVC糊,之后以螺旋输送器.破碎机打散后送到干燥床进行干燥.干燥好的PVC经振动筛筛选后进行气固输送入料仓.料仓里的PVC成品在包装口过磅,以扎口,缝袋,分析合格后入库,外销.)2.3.2聚合系统 聚合： 若聚合釜打开过釡盖，则需抽真空真空度为710mmHg柱，将缓冲剂加到脱盐水总管内，然后用脱盐水把缓冲剂带入到聚合釜。脱盐水启动后，加入VCM、开动搅拌，当脱盐水和VCM加完后，釜内温度应接近聚合温度，继续搅拌一定时间，使VCM液滴在水中形成，然后加入分散剂，继续搅拌一定时间，以保证分散体系形成，最后加入引发剂，使聚合反应开始。 聚合反应开始后，向挡板通入冷却水并达到最大流量，然后向夹套中通入冷却水，并保持反应温度，冷却水流量由计算机根据聚合釜上、中、下温度控制，同时计算机计算出反应放出的热量，并与聚氯乙烯聚合动力浮模型的理论计算值比较，计算出VCM到PVC的转化率。 聚合反应开始后，两股注入水应加入聚合釜，以保证釡内容积恒定，一股注入水来自聚合釜搅拌器的轴封衬套、另一股由釡顶注入。 聚合反应终点，可依据反应时温度或测定单体转化率及根据压力降来确定，通常按压力降来确定，当聚合反应到达终点时，定量的终止剂将自动加入到聚合釜内以终止聚合反应。出料结束后，用1.4Mpa的水冲洗后即可即可进行涂壁操作准备。第三章 工艺计算 3.1物料衡算.绘制物料平衡关系示意图如下：3.1.1聚合釜物料衡算1、聚合釜拟选用用13.5m3聚合釜（自重为3290千克）。进料按配方出料生成PVC的量 5000080%=4000 kg损失PVC量40001%=40 kg向沉析槽出料量4500-40=4460 kg去离子水的质量M2=50001.5=7500kg引发剂的质量M3=50000.05% =2.5kg助剂的质量M4=50000.2%=10 kg未反应VC量 5000-4000=1000 kg聚合釜二次出料用水量200千克/釜（操作规定）计算结果整理得物料衡算表1 物料名称 进料kg 出料kg VC 5000 1000 引发剂 2.5 2.5 助剂 10 10 水 7500 7500 二次用水 200 PVC 4000 损失PVC 40 合计 12712.5 12712.53.1.2出料槽物料衡算出料槽中损失的PVC量为M损=446080%1%=35.68 kg因此出料槽中含PVC量为4460-35.68=4424.32 kg聚合物混合溶液M3包括助剂等：10kg 水：7700kg PVC:4424.32kg合计M11=12134.32kg对出料槽做总物料衡算：M9=M10+M11+M损=12170kg说明物料衡算结果是正确的。计算结果整理成表得： 物料衡算表2 物料名称 进料kg 出料kg 水 7700 7700 助剂等 10 10 PVC 4460 4424.32 损失PVC 35.68 合计 12170 121703.1.3汽提塔物料衡算从这一步开始到筛分包装为连续过程，因此，计算标准相应的转换为千克/小时。根据全年的生产任务和生产时间可以求出：每小时生产的PVC量为：1107/(30024)=1389kg/h产品中的含水量为0.3%，折合绝干树脂含量为：13890.997%=1385kg/h考虑到聚合釜内PVC的损失，则进入汽提塔内绝干树脂量为：1385/0.940.98=1444kg/h以1444kg/h为基准求出汽提塔进料中其他各组分相应的量：因此进入汽提塔内的水量为：77001444/4424.32=2504kg/h进入汽提塔内的助剂等为：101444/2504=5.77kg/h损失的PVC的量为：1385/0.94%0.01%=14.7kg/h故出料中含PVC量为：1444-14.7=1429.3kg/h求蒸汽冷凝量M13条件：进入汽提塔内的物料初始温度为66，汽提塔内压强为0.06MPa，在此压强下水的沸点为86，潜热为2293.9kj/kg，水蒸气的比热容向蒸汽的扩散能由蒸汽的潜热和显热提供，而且单体的扩散能为71kj/mol,假定在塔内有35%蒸汽冷凝，其余在塔顶冷凝。则物料升温所需热量衡算表如下：热量衡算表1 重量kg/h t初 t末 tCP kj/(kg.) 吸热kj/h水25046680144.2147235.2PV76435638吸收的热量：水：25044.214=147235.2kj/h PVC: 14441.76414=35638j/h故所需的总热量：Q总=147235.2+35638=182873.2kj/h设汽的流量为V，则Q总=2.31（142-86）V+0.35V2293.9=182873.2kj/h故得V=196kg/h计算结果整理成表得：物料衡算表3物料名称进料kg/h出料kg/hPVC14441429.3水25042700蒸汽冷凝196助剂等5.775.77损失PVC14.7合计4149.774149.773.1.4离心部分物料衡算离心操作中PVC的损失量为：1429.3/0.94%0.01%=15.2kg/h离心脱水后的湿物料中仍含有20%的水分，则含水量为：（1429.3-14.7）0.2/0.8=353.65kg/h计算结果整理成表得：物料衡算表4物料名称进料kg/h出料kg/hPVC1429.31414.1湿物料含水353.65母液含水27002346.35分散剂等5.775.77PVC损失15.2合计4135.074135.073.1.5气流干燥部分物料衡算气流干燥损失的PVC量为：1414.1/0.94%0.005%=7.5kg/h则出料PVC量为：1414.1-7.5=1406.6kg/h已只气流干燥后的含水量为5%，则含水量为：1406.60.05%/0.95%=74kg/h整理计算结果得：物料平衡表5物料名称进料kg/h出料kg/hPVC1414.11406.6水353.6774PVC损失7.5脱走水分279.67合计1767.771767.77注：空气量结合设备计算求得。3.1.6沸腾干燥部分物料衡算PVC损失量为：1406.6/0.94%0.005%=7.48kg/h所以出料的PVC量为：1406.6-7.48=1399.12kg/h出料物料中含水量为：1399.120.003%/0.997%=4.21kg/h整理计算结果得：物料平衡表6物料名称进料 kg/h出料kg/hPVC1406.61399.12水744.21PVC损失7.48脱走水分69.79合计 1480.61480.6注：空气量由设备计算求得。3.1.7筛分包装部分物料衡算绝干PVC损失量为：1406.6/0.94%0.01%=14.96kg/h则包装入库的绝干PVC树脂量为：1406.6-15.96=1390.64kg/h随着PVC树脂损失的相应的水的量为：14.960.003%/0.997%=0.0450kg/h整理计算结果得：物料平衡表7物料名称进料 kg/h出料kg/hPVC1406.61390.64水4.214.165PVC损失14.96损失水分0.0450合计1410.811410.813.1.8概念配方概念配方(此概念配方是一单体质量为基准的质量分数) 名 称用量去离子水150单体100引发剂0.05助剂0.23.2聚合反应釜选型32.1聚合过程的影响因素 氯乙烯悬浮聚合过程具有非均相自由基连锁反应机理,其链终止是以长链自由基向单体链转移为主要形式,致使聚氯乙烯树脂的平均分子量与引发剂用量和转化率基本无关,仅决定于反应的温度.而氯乙烯在聚合反应过程中,会释放大量热,每聚合1Kg氯乙烯释放出1507KJ的热量,这部分热量必须由夹套或内冷管中的冷却水及时的移走.因此说,聚合釜传热能力的大小,不仅影响到反应温度的控制以及产品的分子量(大小和分布).而且影响到聚合反应的时间以及生产能力.要加快釜的传热速率以提高生产能力,可以提高传热系数,增加总传热面积,和降低水温以扩大温差三方面来解决.由于釜夹套面积已定,釜容量愈大其单位容积传热面(F/V)就相对减小,过多内冷管的设置又影响到清釜操作和搅拌效果,因此提高F就受到了限制.水温方面则由于增加制冷费用,以及过低璧温对产品质量的不利影响,而仅在超大型釜中被采用.所以提高总传热系数K的办法,成为目前聚合釜保证生产能力的主要措施之一.3.2.2反应釜选型结果 由于设计任务量大，需要用多台反应器，为了便于设备的设计和制造，降低设备费用，可取每个反应器的体积相同，对于此反应可选用国产不锈钢聚合釜，因此以下确定需要反应釜的个数.日产量：Wd=1107=3.34104kg/d生产周期：=R+a式中一个生产周期的时间，h；R反应所需的时间，h；a投料、出料、升温等辅助操作时间，h。对于本反应，聚合釜 入料水15分VC15分搅拌10分升温20分反应5小时出料20分清釜置换等40分共计 7小时因此，R=5h，a=2h，=7h，装料系数=VR/VT，式中VR反应液体体积，m3，此搅拌壶反应器没有起泡式沸腾时，=0.7-0.8，此反应取=0.8。计算反应器体积及台数VR=Wd170.27/（m2470）=3.34104170.277/(9622470)=24.63m3 所以VT=VR/=24.63/0.8=30.79 m3为便于设备的设计与制造，降低设备费，可取每个反应器体积相同，对于此反应可选用国产13.5m3不锈钢壶，所需台数n=VT/V=30.79/13.5=2.28台因此可以取n=3台。第四章 第四章 “三废”的综合利用4.1电石渣浆综合利用及电石破碎除尘电石渣的综合利用电石渣浆是电石水解反应的副产物，由于含有大量的Ca(OH)2而具有强烈的碱性，并含有硫化物、磷化物及其他为量杂质，根据生产经验，每生产1t树脂可产生含固量7%15%的电石渣浆915t，或含固量50%的电石战约3t，因此，对电石渣浆的处理成为聚氯乙烯工厂处理“三废的关键。目前，多数工厂将发生器排除的电石渣浆经过一级沉降分离、板框压滤以后，得到含水40%50%的电石渣，大多利用其氢氧化钙组分，用途分别有：加煤渣制作砖块或大型砌块；作敷设地坪、道路的材料；工业或农业的中和剂；代替石灰水用于生产漂白液和漂白粉；代替石灰水用于生产氯仿；代替石灰水用于生产三氯乙烯；可用作锅炉的炉内脱硫剂；制纯碱；代替石灰用于生产水泥。值得注意的是近几年来电石法的超常规发展，也激发了电石渣制水泥的发展。从20世纪70年代的传统湿法窑生产技术发展到目前的预烘干干磨干烧工艺，已投产的生产线规模可达年产水泥熟料36万吨（年利用电石渣30万吨），年产水泥熟料78万吨（年利用电石渣65万吨）的生产线正在设计中。在电石渣浆的处理及应用上也取得了新的突破，如联合湿法与干法，以湿法的渣浆作为干法的水源，得到含量80%的的干渣，此法回避了湿法的渣浆处问题；将湿法的电石渣浆用增稠池浓缩到40%，用砂浆泵送至配料槽，配料砂岩、黏土送回转窑煅烧制水泥。电石渣浆上清夜的利用经澄清、冷却后，回用于发生器（国内不少企业已实现部分或全部回收利用）；作为锅炉尾气、硫酸尾气的炉外脱硫剂；用作氯化反应过程中含氯尾气的吸收剂溶液，并可获得有效氯5%的副产物漂白液；其他酸性废水的中和处理。电石粉尘的综合治理国内PVC生产企业对电石粉尘的污染治理大致有两种：一种为湿式除尘，即经除尘装置抽过来的含有电石粉尘的气流与从上到下的喷淋水逆流接触，除区气流中的电石粉尘，该法存在管道易结垢堵塞，产生二次污染及乙炔气的积聚可能等安全环保缺陷。另一种为干式除尘，即除尘装置抽过来的含有电石粉尘的气流经布袋除尘器过滤粉尘进行气固分离后，电石粉尘送水泥厂综合利用，气流对外排空，基本上能达到治理的标准。4.2汞（HgCl2）污染的防治氯化汞催化剂产生汞污染的原因在合成转化反应中，随着反应温度的升高（特别是160180以上时）HgCl2的升华很显著，或者热分解后变成汞蒸气升华，另外， C2H2过量也可将HgCl2还原为Hg或HgCl2，而Hg随气流夹带到后面的设备中，随水洗废水，碱洗废碱及精馏尾气中排出，造成汞排放污染环境。另外，抽装氯化汞催化剂时，水环泵的废水及氯化汞催化剂过筛时，筛下的粉尘中都含有一定量的无机汞。氯化汞催化剂的存放也存在一定的汞流失。汞污染的防治国内大多数厂家在粗氯乙烯气体进入水洗前，采用活性炭除汞，