聚氯乙烯PVC毕业设计.doc

河南城建学院本科毕业设计成绩评定 题 目：年产12万吨聚氯乙烯的合成工艺设计学 院： 化学与材料工程 专 业： 高分子材料与工程 姓 名： 学 号： 10 指导老师： 完成时间： 2014年5月20日 河南城建学院本科毕业设计 设计说明 设计说明聚氯乙烯(PVC)是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂消费量的29%左右，仅次于聚乙烯(PE)，居第二位。它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低等特点。本设计是年产12万吨聚氯乙烯(PVC)的合成工艺，确定了聚氯乙烯的聚合工艺为悬浮聚合生产工艺，采用容积为70m3，塔高为5000mm，塔径为4000mm的反应釜。在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算及设备选型。工艺设计不仅提高了产品质量和生产效益，而且使生产过程更加环保科学化。绘制了相应的设计图纸，包括工艺流程图、物料衡算图、主装备图等。关键词：聚氯乙烯(PVC)，悬浮聚合，物料衡算，热量衡算，聚合釜Design specificationPolyvinyl chloride (PVC) is the rapid development of synthetic materials at home and abroad in one of the five major thermoplastic synthetic resin, with its superior quality and competitive price, the characteristics of synthetic resin consumption accounted for about 29%, second only to polyethylene (PE), second.It has excellent resistance to chemical corrosion resistance, electrical insulation, smoldering, physical and mechanical properties, chemical resistance, light weight, high strength and easy processing, low cost, etc.The design is an annual output of 120000 tons of polyvinyl chloride (PVC) synthesis process, the production process of polymerization process of polyvinyl chloride for suspension. the volume is 70m3, height is 5000mm, the diameter of the column for 4000mm reactor.In determining the PVC production technology on the basis of material balance, heat balance and the equipment selection.Process design not only improves the product quality and production efficiency, but also make the production process more environmental science.Draw the corresponding drawings, including the process flow diagram, material balance diagram and main equipment figure, etc.KEY WORDS: PVC，Suspension polymerization，Material balance，Heat balance，Polymerizing potI河南城建学院毕业设计 目录 目 录设计说明IDesign specificationII1总论11.1概述11.1.1意义与作用11.1.2国内外的现状及发展前景11.1.3产品性质与特点11.1.4聚氯乙烯的主要用途21.1.5产品的生产方法概述31.2厂址选择31.3设计规模及原料与产品规格51.3.1设计规模51.3.2主要原料规格及技术指标51.3.3产品规格52工艺设计与计算72.1工艺原理72.2工艺条件影响因素72.3工艺路线的选择92.3.1工艺路线选择原则92.3.2聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线92.3.3工艺流程示意图102.4工艺配方和工艺参数112.4.1工艺配方112.4.2工艺参数112.5物料衡算122.5.1聚合釜122.5.2 混料槽152.5.3汽提塔162.5.4离心机172.5.5 旋风干燥器182.5.6 包装192.6热量衡算202.6.1聚合釜的热量计算202.7 设备的计算及选型242.7.1聚合釜242.7.2 混料槽272.7.3 汽提塔272.7.4 离心机272.7.5泵、鼓风机、过滤器283设计结果30参考文献31主要符号说明33致谢 35i河南城建学院毕业设计 总论 1总论1.1概述1.1.1意义与作用聚氯乙烯（PVC）是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一，以其价廉物美的特点，占合成树脂消费量的29%左右，仅次于聚乙烯（PE），居第二位。由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阴燃性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，是一种能耗少、生产成本低的产品。因而聚氯乙烯（PVC）制品广泛用于工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生活中的各个领域。聚氯乙烯（PVC）硬质制品可代替金属制成各种工业行材、门窗、管道、阀门绝缘板及防腐材料等，还可以做收音机、电话、电视机、蓄电池外壳及家具、玩具等。其轻质品可制成薄膜1用以制作雨披、台布、包装材料以及农膜，还可制成人造革、电线、电缆等的绝缘层。因此聚氯乙烯具有广泛的应用前景，所以聚氯乙烯的合成工艺需要进行深入的研究。由于电石法聚氯乙烯生产技术是一种传统工艺，从HCl气体合成、C2H2的生成、脱水，混合、预热到催化转化，工艺和设计都没什么改进。本设计目的在于添加了氯乙烯气相脱水工艺，根据既定的工艺路线和工艺条件，采用相关的单元过程及单元操作，设计出优化的工艺流程并根据工艺条件选择出合适的设备，以达到提高产品质量和生产效益的要求。本课题对传统电石法聚氯乙烯的设计进行改进，不仅提高了生产效率，提高了氯乙烯单体的产量和质量，延长了设备的使用寿命，减少物料的损失，而且使生产过程中更加环保科学化。1.1.2国内外的现状及发展前景聚氯乙烯（PVC）广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。2006年我国PVC生产能力约为972万吨，产量为920万吨，净进口量达151万吨，消费年增长率在9.5左右。随着节水灌溉、建筑化学建材、包装、电子电气、汽车等下游行业对PVC需求的快速增长，未来几年我国对聚氯乙烯(PVC)的需求仍将保持较高的增长速度。2007年全球PVC消费量约为3100万吨，预计到2020年我国PVC树脂的需求量将达到2160万吨。预计到20202年全球PVC的需求量将达到4600万吨。1.1.3产品性质与特点中文名称： 聚氯乙烯英文名称： Polyvinyl chloride polymer 简称： PVC玻璃转变温度: 87 熔点: 212导热率(): 0.16 W/mK 热容(c): 0.9 kJ/(kgK) 吸水率 : 0.04-0.4% 聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良，一般不会燃烧，在火焰上能燃烧并放出HCl，但离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片3、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度20的氢氧化钠）4、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80，于130开始分解变色，并析出HCI。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n一般在500-20000范围内，其分子结构式如下：从产品分类看，PVC属于三大合成材料(合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中的合成树脂类，其中包括五大通用树脂，聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、ABS树脂。1.1.4聚氯乙烯的主要用途1.PVC一般软制品利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。2.PVC薄膜PVC与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为压延薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜，所受热收缩的特性，可用于收缩包装。3.PVC涂层制品有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上，然后在100摄氏度以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片，再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑物的铺地材料。4.PVC泡沫制品软质PVC混炼时，加入适量的发泡剂做成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出机基础成低发泡硬PVC板材和异型材，可替代木材试用，是一种新型的建筑才材料。5.PVC透明片材PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂，经混合、塑化、压延而成为透明的片材。利用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装，是优良的包装材料和装饰材料如月饼包装盒。6. PVC糊树脂将PVC分散在液体增塑剂中，使其溶胀塑化而成增塑溶胶，通常用乳液或微悬浮树脂，还需加稳定剂、填料、着色剂等，经充分搅拌，脱气泡后，配成PVC糊，再用进、浸渍、浇铸或搪塑等加工成各种制品。如衣架、工具手柄、圣诞树等。7.PVC硬板和板材PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状，然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。8.PVC其他门窗有硬质异型材料组装而成。在有些国家已与木门窗铝窗等共同占据门窗的市场；仿木材料、代钢建材(北方、海边)；中空容器。1.1.5产品的生产方法概述聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n一般在500-20000范围内，其分子结构式如下：聚氯乙烯按聚合方法分四大类：悬浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。本实验设计采用悬浮发生产聚乙烯。悬浮法(主要是水相悬浮法)生产的氯化聚氯乙烯为非均质产品,溶解度相对于溶液法产品低，但热稳定性高，主要用于制造管材、管件、板材等5。1.2厂址选择厂址选择是基本建设前期工作的重要组成部分，是根据国民经济建设计划和工业布局的要求，选择和确定工厂的建设位置。一个工厂厂址选择是否合理，将对建厂速度，建设投资，对项目建成后的经济效益，社会效益和环境效益的发挥，对轻化工业的合理布局和地区经济文化的发展具有深远意义，所以厂址选择是一项政策性和科学性很强的综合性工作。厂址选择的基本原则：厂址选择必须遵守国家法律法规，贯彻执行国家方针、政策，坚持基本建设程序，符合国家长远规划及行政布局、国土开发整治规划、城镇发展规划。从全局出发，正确处理工业与农业、城市与乡村、远期与近期以及协作配套等各种关系，并因地制宜，节约用地，不占或少占耕地及林地。注意资源合理开发和综合利用、节约能源、节约劳动力；注意环境保护和生态平衡、保护风景和名胜古迹；同时，还要做到有利生产、方便生活、便于施工，并提供有多个可供选择的方案进行比较和评价。厂址选择的一般要求6：1.场地地形：要满足生产工艺流程，运输要求和留有适当的发展余地。便于排除雨水，不受洪水，海潮的影响或大型水坝溃坝的威胁。2.区域地质和工程地质：要避开地震断层及大断裂交汇区和基本烈度高于八度（不包括八度）的地震区（若必须在地震区选厂时，应慎重选择对抗地震有利的地形）。3.水文地质：地下水最好对建筑材料无侵蚀性或具微侵蚀性，其水位最好低于地下结构深度。4.气象：必须考虑日照方向，方位对建筑物的排列影响5.资源、原料、燃料及产品销售：要求资源，原料，燃料来源可靠，质量符和要求。6.交通运输：厂址要求交通方便。7.给水排水：厂址宜靠近水源，保证供水的可靠性，并满足对水质，水量，水温的要求、8.动力供应：要求工业电源及其他动力来源可靠。9.生活区：有污染气体排放的工厂应位于生活区的下风方向，并与厂区有一定的防护地带。10.安全防护：要符合城市及区域规划，并满足人防的要求11.施工条件：应尽可能利用当地供应的建筑材料12.其他如必须满足当地航空站（机场），通讯设施（广播电台，电报台）和军工工程对间隔距离和技术上的要求，并取得有关部门同意7。厂址地下如有古墓，遗址或有地下建筑物，文物时，事先应征得文化部门的处理意见。1.3设计规模及原料与产品规格1.3.1设计规模本厂的设计规模为年产12万吨PVC，年实际工作日为300天。1.3.2主要原料规格及技术指标 用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99%以上，其他杂质的含量8如表1.1所示。表1.1 原辅材料规格序号名称含量1乙烯0.00022丙烯0.00023乙炔0.00024丁二烯0.000253-丁烯-3-炔06二氧化合物0.00017水0.058HCl0去离子水规格9如表1.2所示。表1.2 去离子水的规格序号项目数值1导电率/0.52pH值7.03氧含量,0.000014硬度05SiO2,06SO3,0.000017氯,08蒸发残留物01.3.3产品规格产品及副产品规格10见表1.3。表1.3 产品规格序号纯度单体含量其它杂质H2OPH备注精聚氯乙烯99%2.7-3.7优级品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%2.5-3.8合格精聚氯乙烯87%2.5-3.831河南城建学院毕业设计 工艺设计与计算 2工艺设计与计算2.1工艺原理氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。聚合时采用的引发剂为油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引发体系。反应迅速，同时放出大量的反应热。链增长的方工为头尾相连。聚合反应过程存在着严重的增长链向单体的转移，是影响产物相对分子质量的主要因素，这种链转移随温度的升高而加快。聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n一般在500-20000范围内，其分子结构式如下： 氯乙烯的悬浮聚合是生产聚氯乙烯的主要方法。具有操作简单，生产成本低，产品质量好，经济效益好，用途广泛等特点，适于大规模的工业生产。在树脂质量上，用悬浮聚合生产的PVC树脂的孔隙率11提高了300%以上，经过适当处理的树脂其单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到0.0005%以下。同时设备结构改进，大型化和采用计算机数控联机质量控制，使批次之间树脂质量更加稳定。另外，清釜技术和残留单体回收技术的发展，减少了开釜次数，进而减少了氯乙烯单体的释放量；采用烧结，冷凝或吸收方法汽提品和处理废气，进一步减少了氯乙烯单体的消耗。2.2工艺条件影响因素聚氯乙烯聚合时主要影响因素12讨论如下:1.单体纯度 用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99.9%以上。生产原料对聚氯乙烯质量很重要。氯乙烯杂质含量应尽可能低一些，其中脱盐水PH值要近乎中性，为6.5-7.5，导率应小于2um/cm。乙炔参与聚合后,形成不饱和键使产物热稳定性变坏。不饱和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低产物聚合度还容易产生支链，使产品性能变坏。2.引发剂 多用有机过氧化物和偶氮类引发剂，其中有机过氧化物为过氧化二碳酸酯、过氧化酯类。它们可以单独使用，也可以两种或两种以上引发活性不同的引发剂复合使用，复合使用的效果比单独使用好，其优点是反应速度均匀，操作更加稳定，产品质量好，同时使生产安全。引发剂过氧化类或者偶氮类引发剂用量共0.04%(对单体的质量百分数)，聚合时间每釜8.5h。 3.水质与水量 氯乙烯悬浮聚合用水应是去离子，其规格要求如表去离子的规格所示。尤其水中的氯离子、铁和氧等的含量要严格控制，其中氯离子超过一定含量会造成树脂颗粒不均；水中的铁会降低树脂的热稳定性，并能终止反应。聚合时配方为水油比1.2-1.6；4.系统中的氧 因为氧对聚合有缓聚和阻聚作用，在单体自由基存在下，氧能与单体作用生成过氧化高聚物-CH2-CHCL-O-O-n，该物质易水解成酸类，破坏悬浮液和产品的稳定性。所以，无论从聚合的角度还是从安全的角度都应将各各原料中的氧和系统中的氧彻底清除干净。5.其他助剂 ： a.pH调节剂 氯乙烯悬浮聚合的pH值控制在78，即在偏碱性的条件下进行聚合。这样可确保引发剂良好的分解速率，分散剂的稳定性防止因产物裂解时产生的HCL，造成悬浮液的不稳定，进而造成黏釜、清釜、传热的困难，并影响产品质量。为此需要加入水溶性碳酸盐、磷酸盐、醋酸钠等起缓冲作用的pH调节剂。b.防止黏釜剂 在氯乙烯的悬浮聚合中，存在着黏釜现象，它不但影响聚合的传热，也影响产品的质量。另外，人工清釜劳动强度大，条件恶劣，影响工人健康。常用的防止黏釜的方法有选择合适的引发剂；在水相中加入水相阻聚剂如次甲基蓝、硫化钠等；在釜民壁、搅拌器等设备上喷涂一定量的防黏釜剂，常见的防黏釜剂如水浴黑、亚硝基P盐，还有多元酚的缩合物等。一旦发现有黏釜现象，采用高压(14.739.2Mpa)水冲洗法清洗。c.泡沫抑制(消泡剂)邻苯二甲酸二丁酯、(未)饱和的C6C20羧酸甘油酯等。还有热稳定剂、润滑剂等。d.分散剂 工业常用主要有明胶、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、苯乙烯-顺丁烯二酸酐等。工业上常以纤维素类(如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等)和醇解度7590的聚乙烯醇13为主分散剂，以非离子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等为助分散剂，两者进行复合使用效果也很好。6.聚合温度与压力a 聚合温度 氯乙烯悬浮聚合温度的高低决定着聚合产物的相对分子质量大小，因此，当配方确定以后必须严格控制聚合的温度，聚合温度控制在53。在实际生产中，一般控制在指定温度的正负0.5范围内，最好是控制在正负0.1范围内。并且，要确保温度控制平稳，要有降温处理手段，防止出现异常现象，一般采用大流量低温差循环方式。最好采用计算机数控联机质量控制系统。b 聚合压力 在聚合温度下，氯乙烯有相应的蒸汽压力，只有在聚合末期，大最单体聚合后，压力才明显下降。2.3工艺路线的选择2.3.1工艺路线选择原则工艺路线的选择即生产方法的选择。轻化工产品生产的特点之一就是生产方法的多样化。如果，一种产品的生产只有一种定型的生产方法，那么在工艺路线上就无须选择；如果，一种产品的生产有几种不同的生产方法，这就要对不同的工艺路线逐个进行分析研究，通过比较分析，从中找出一条符合实际的最好的工艺路线。工艺路线一经确定，即可进行工艺流程的设计，因此，工艺路线是工艺流程设计的依据。1.先进性2.可靠性3.结合国情，因地制宜综上所述，本设计采用悬浮法在引发剂作用下发生加成反应制取聚氯乙烯树脂。2.3.2聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线1.聚合 悬浮聚合的过程是先将去离子水用泵打入聚合釜中启动搅拌器,依次将分散剂溶液、引发剂及其他助剂加入聚合釜内。然后，对聚合釜夹套内通入蒸汽和热水，当聚合釜内温度升高至聚合温度(5058)后，改通冷却水，控制聚合温度不超过规定温度的正负0.5。当转化率达6070，有自加速现象发生，反应加快，放热现象激烈，应加大冷却水量。待釜内压力从最高0.6870.981Mpa时,可泄压出料,使聚合物膨胀。因为聚氯乙烯粒的疏松程度与泄压膨胀的压力有关，所以要根据不同要求控制泄压压力。未聚合的氯乙烯单体经泡沫捕集器排入氯乙烯气柜，循环使用。被氯乙烯气体带出的少量树脂在泡沫捕集器捕集下来，流至沉降池中，作为次品处理。2.碱处理 聚合物悬浮液送碱处理釜，用浓度为3642的NaOH溶液处理,加入量为悬浮液的0.05%0.2%,用蒸汽直接加热至7080,维持1.52.0h,然后用氮气进行吹气降温至65双下时,再送去过滤和洗涤。碱处理的目的：破坏残存的引发剂、分散剂、低聚物和挥发性物质，使其变成能溶于热水的物质，便于水洗清除。3.树脂的干燥方法 聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂内部结合水。这里的第二段干燥过程由于物料停留时间长，投资较大，热效率较差，费用较高，因此，国内外工业生产改进较大，如赫司特公司采用的MST旋风干燥床，具有停留时间适用、热效率利用好的特点。MST旋风干燥器在旋转流动中使热气体和固体树脂接触干燥树脂14。干燥器为一个垂直的圆柱形塔，其中用环形挡板分成若干个干燥室。将热气和湿树脂切向高速进入最下面的室A，在A室利用离心力将固体树脂颗粒与气体分离开来。粉粒在室A中旋转流动中通过挡板的中心开口流入上层B室。同时，亲的树脂进入室A，过一段时间后，这个室开始充满树脂，这时，树脂粒子开始经挡板的中心开口逸入室B，先是最细颗粒，最后是最粗的颗粒进入室B。返回锥形挡板的中心开口时，旋转的粉粒受离心力作用和固体粒子受室壁压力散开，在这里它们停止运动，返回锥形挡板的中心开口，这样进入下一个室。这时再次用旋转气流输送这些树脂颗粒。用这样的方法使树脂充满每一个干燥室。携带着树脂粉粒的气体离开干燥室的顶部输送到气固分离器。利用这种旋风分离干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯树脂，干燥前含水量为30%，干燥后的含水量下降到0.2%以下。4脱水与成品：在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中，先进行过滤，再用7080热水洗涤二次。经脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，以140150热风为载体进行第一段干燥15，出口树脂含水量小于4%；再送入以120热风为载体的旋风干燥床中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。2.3.3工艺流程示意图PVC制备的工艺流程详细如下图2.1： 碱液气流干燥管槽汽提塔混料槽离心机聚合釜去离子水 氯乙烯 引发剂 助剂旋风干燥床泡沫捕集器旋振筛腾成品储存与包装床干燥 器图2.1 PVC制备的工艺流程图2.4工艺配方和工艺参数2.4.1工艺配方 去离子水 100 氯乙烯 5070悬浮剂（聚乙烯醇） 0.050.5 引发剂（过氧化二碳酸二异丙醇） 0. 020.3EHP过氧化二碳酸（2-乙基己酯）缓冲剂（磷酸氢二钠） 00.1 消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯） 00.0022.4.2工艺参数聚合聚合温度 530.1（依PVC型号而定）聚合压力 初始0.6870.981Mpa 结束0.2490.196Mpa聚合时间 8.5h转化率 92碱处理NaOH浓度 3642加入量 聚合浆液的0.050.2温度 7080时间 1.52.0h脱水紧密型树脂含水率 815疏松型树脂含水率 1520干燥第一段气流干燥管干燥 干燥温度 140150风速 15m/s物料停留时间 1.2s含水率 4第二段旋风干燥器干燥温度计 120物料停留时间 12min含水率 0.32.5物料衡算生产任务：年产12万吨PVC；生产时间：300天；氯乙烯单体转化率92%；聚合时配方为水油比1.2-1.6；引发剂：过氧化类+偶氮类引发剂用量共0.04%(对单体的质量百分数)；助剂：分散剂、热稳定剂等助剂共0.2%(对单体的质量百分数)；2.5.1聚合釜（1） 物料平衡图 注入水 回收VCM 水 水 助剂 PVC PVC VCMVCM 终止剂终止剂 损失PVC 图2.2 聚合釜物料平衡图（2）已知数据聚合釜容积V有效=70m3装料系数=0.72转化率x%=92%水油比1.3 :1收率=99.5%热负荷分布指数 R=1.21.4(R取1.3)夹套传热系数K夹套=510Kcal/ m2 hr挡板传热系数K挡板=946Kcal/ m2 hr夹套进出口水温：t进=7 t出=12挡板进出口水温：t进=7 t出=15夹套传热面积：F夹套=68.18 m2挡板传热面积：F挡板=18 m2注入水温度t=20 聚合温度t=53假定聚合釡回收的VCM占未反应单体的92%（3）计算 单体及水加入量计算单体密度1660=0.8363g/cm3 50=0.8564g/cm3根据内差法求出53时单体的密度：53=(53-60) /(50-60)(0.8564-0.8363)+0.8363=850.4kg/ m3水的密度50=988.1kg/ m3 60=983.2kg/ m3用内差法求出53时水的密度：53=984.7kg/ m3设单体加入量为x m3/釡 水加入量为ym3/釡釡容积V有效=70m3，装料系数=0.72，水油比1.3 :1列方程组 x+y=700.72 (水53y)/(单体53x)=1.3:1解得：x=23.81m3/釡 y=26.76m3/釡 引发剂用量引发剂用量 引发剂的理论消耗量取Nr=1.1mol引发剂的半衰期17 ln1/2=A/T-B式中 A=15108 B=45.484 T=273.15+53=326.15Ln1/2=15108/326.15-45.484=0.2771/2=1.32hN0=Nr/(1-e0.69333.4/1.32)=1.32mol实际加入量EHP量(分子量346)：1.32346850.423.8110-6=9.25kg/釜 分散剂用量分散剂=23.95kg 终止剂(ATSC)ATSC=I/2=10.94/2=5.47kg/釜 缓冲剂用量缓冲剂=单体3.5/104缓冲剂用量=(3.5/104)23.81842.3=7.0kg/釜出料(以釜为标准)出料中的PVC量：23.81850.40.920.99=18441.9kg损失的PVC量：23.81850.40.920.01=186.3kg未反应VCM：23.81850.40.08=1619.8kg脱盐水：26.76984.7=26350.6kg回收VCM：23.81850.40.080.92=1490.3kg剩余VCM：1619.8-1490.3=129.5kg（4） 物料平衡表 表2.1 聚合釜物料衡算表序号 品名进料量(kg)出料量(kg)1 VCM 20248.0 回收1490.3剩余129.5 2PVC 18441.9损失186.33脱盐水26350.6 26350.6 4EHP 9.25 9.255ATSC5.47 5.476分散剂 23.95 23.95合计55491.3554 混料槽（1）物料平衡图 回收VCM PVCPVC VCMVCM 水助剂水助剂损失PVC 图2.3 混料槽物料平衡图（2）已知数据进料PVC：18441.9kg 收率 99.5%水、助剂： 26350.6+8854.0+9.25+5.47+23.95=26389.27kg碱液：129.540%=51.8kg进料VCM 129.5kg 出混料槽VCM含量为7000ppm（3）计算出料中的PVC量：18441.90.995=18349.7kg损失的PVC量：18441.90.005=92.2kg设出料中VCM为XkgX/(18349.7+26389.27+X)=700010-6X=31kg（4） 物料平衡表 表2.2 混料槽物料平衡表序号序号进料量(kg) 出料量(kg)1PVC 18441.9 18349.7损失92.22VCM 129.531.23水、助剂 26389.2726389.27合计53814.7 53814.7 2.5.3汽提塔（1）物料平衡图 回收VCM PVCPVC VCMVCM 水助剂水助剂蒸汽损失PVC 图2.4 汽提塔物料平衡图（2）已知数据塔顶数据： 75 80 塔底温度 ： t底=110出汽提塔的VCM为50ppm收率：99.5% 产量为12万吨/年年工作时间数：7200h PVC含水量：0.3%（3）计算a.取塔顶温度为80，塔底温度为110对于VCM t平均=(80+110)/2=95VCM比热Cp90=26.602cal/克分子Cp100=27.19cal/克分子用内差法求得Cp95=26.605cal/克分子=0.4257kcal/kg110VCM汽化热18HVCM=3034cal/克分子=48.5kcal/kg水的比热Cp90=4.22kJ/kg Cp100=4.208KJ/kgCp95=4.214KJ/kg=1.007kcal/kgb、3atm大气压下求水蒸气的焓及温度(3atm=304Pa)水蒸气的焓 19H300kPa=2728.5KJ/kg H350kPa=2736.1KJ/kg水蒸气的温度t300kPa=133.3 t350kPa=138.8分别用内差法得H3atm=2729.1KJ/kg=651.98kcal/kg t3atm=133.7C、1atm大气压下 110水的焓=461.34KJ/kg=110.21kcal/kg设蒸汽冷凝放热量为Q放，通入蒸汽量为ykg/hQ放=y(651.98-110.21)=541.77y设物料吸收热量为Q1 部分VCM气化吸热为Q2Q吸=Q1+Q2=Q放Q1=CpPVCWPVCt+CpPVCWVCMt+CpHtCp=1.8422KJ/kg=0.44kcal/kgQ1=0.4417298.73(110-80)+0.4257347.56(110-80)+1.00733224.73(110-80)=1236501.0kcal/h设从塔顶回收xkgVCMQ2=48.5xQ吸=Q1+Q2=1236501.0+48.5x=541.77y (1)汽提塔出料中VCM含量为50ppm(31.2-x)/18441.90.995+35243.27+(356.16-x)+y=5010-6 (2) 联立(1)(2)解得： x=30.22y=2314.13出料中VCM：31.2-30.22=0.98kg 出料中PVC:18349.70.995=18257.95kg损失PVC:18349.7-18257.95=91.75kg（4） 物料平衡表 表2.3 汽提塔物料平衡表 序号品名进料量(kg)出料量(kg)1PVC 18349.7 18257.95损失91.752VCM31.2 0.98回收30.223水、助剂26389.27 26389.274蒸汽2314.132314.13合计 47084.3 470离心机（1） 物料平衡图 PVCPVC VCMVCM 水助剂水助剂水助剂损失PVC 图2.5 离心机物料平衡图（2）已知数据收率99% 出料PVC含水量25% 助剂及少量VCM随母液排出，假设在这一步，助剂和少量VCM全部除掉（3）计算出料中PVC量：18257.950.99=18075.37kg损失PVC量:18257.9518075.37=182.58kg设出料含水xkgx/(18075.37x0.98)=25% 解得：x=6024.80kg排出水、助剂的量：26389.272314.136024.80=22678.6kg（4） 物料平衡图表2.4 离心机物料平衡表序号品名进料量(kg)出料量(kg)1PVC 18257.95 18075.37损失182.582VCM0.98 0.983水、助剂26389.27 6024.80排出22678.6合计 44648.2 446 旋风干燥床（1） 物料平衡图 回收VCM PVC(25%) VCMPVC(含水0.3%) 水损失PVC 图2.6 旋风干燥床物料平衡表2已知数据收率99% PVC含水量0.3% 含VCM 5ppm3 计算出料中PVC的量：18075.370.99=17894.62/h损失PVC的量：18075.3717894.62=180.75/h设出料中PVC含水量x， VCM y (18075.37xy)0.003=x y/(17894.62xy)=5106解得：x=54.23 y=0.21排出水：6024.80-54.23=5970.57回收VCM：0.98-0.21=0.77kg4物料平衡表表2.5 旋风分离器物料平衡表序号品名进料量(kg)出料量(kg)1PVC 18075.37 17894.62损失180.752VCM0.98 0.21回收0.773水6024.80 54.23排出5970.57合计 24101.1524 包装1物料平衡图 PVC PVC 损失PVC 图2.7 包装物料平衡图2已知数据收率98.5%3计算损失PVC：17894.62(10.985)=268.42kg得到的产品：17894.62268.42=17626.2kg4物料平衡表表2.6 包装物料平衡表序号品名进料量(kg)出料量(kg)1PVC 17894.62 17626.2损失268.422VCM0.21 0.213水 54.23 54.23合计 17949.06 17949.06 2.6热量衡算2.6.1聚合釜的热量计算 夹套传热系数的校核 已知数据： 釡内径：T=4000mm 釡内壁厚：3+33mm 三叶后掠式桨叶直径：D=(0.40.55)T 夹套半管外径：114.3mm 夹套冷却水温度：t进=7 t出=12 碳钢层：33mm 不锈钢：3mm 粘釡物：0.1mm 水垢