年产5万吨PVC糊树脂工艺流程设计

课程设计(论文)的任务书大学教育研究室学号学生姓名专业(班)设计主题每年生产5万吨PVC膏树脂的工艺设计设计技术参数1、PS的年产量为5万吨2、乳液种子聚合方法制备；3 .聚合过程采用间歇的操作过程4、总转化率为97%99%。设计要求1、设计说明书用A4纸输出，文字数为600010000。2、工艺流程图用1号图纸手工制作，包括主要工艺流程、主要控制点和主要设备。 思路新颖，布局合理，设备选择正确，制图规范以国家标准为基础。工作量1、设计说明书的一部分(以工艺设计和材料平衡计算为主)。 笔迹整齐、格式规范、内容完整、有依据的课程设计说明书，充分地表现了自己的设计过程和结果。2、一张带控制点的PVC膏树脂的制造工艺流程图。工作计划12.20课程设计动员，指导教师提交课程设计任务书。 指导教师介绍课程设计的基本想法和方法。12.211.5学生查阅相关资料，制定设计进度计划。 设计计算、论证、情节。 制作设计说明书初稿，审查、校对、制作设计说明书。1.6学生提交设计说明书和图纸，指示教师进行审查，评定成绩，写设计总结。参考资料1、陈261姆聚合物合成技术设计北京化工出版社20042 .张洋聚合物合成技术设计基础北京化工出版社19813、赵德仁等.高分子化合物合成技术学M .北京：化学工业出版社4、JR进方等.化学工业设计M .华东理工大学出版社指导老师签名教室主任签字2012年1月4日每年生产5万吨PVC膏树脂的工艺设计摘要本文对年产5万吨PVC膏树脂的工艺设计，首先阐述了PVC的发展过程和现状、PVC膏树脂的制造方法、配方、设备原料等，然后分析了材料平衡图，阐述了种子乳液聚合生产聚氯乙烯膏树脂的原理，阐述了质量影响因素、工艺条件本文主要论述了材料平衡计算，也简要介绍了设备选定。 最后，根据计算结果制作了物料平衡表，并绘制了流程图。关键词： PVC、粘贴树脂、材料平衡计算、种子聚合目录摘要I1绪论11.1概要11.2 PVC糊树脂的制造方法21.2.1微悬浮法21.2.2乳液法21.2.3混合法21.3处方21.4设备选择31.5原料和产品的性能42材料平衡关系图43种子乳液聚合制备聚氯乙烯糊树脂的原理53.1氯乙烯聚合反应机理53.2氯乙烯种子乳液聚合造粒机理64相关数据资料65投入流量76材料平衡计算(只考虑参与反应的物质，忽略催化剂和杂质计算) 87制作物料平衡表，制作物料流图118设备选定128.1设备的选定128.2主要设备选择部13总结14参考文献151绪言1.1概要近半个世纪来，全球PVC膏树脂工业发展迅速，特别是近十年来，生产能力和产量飞跃增长，在亚洲地区特别增长。 目前世界PVC膏树脂总生产能力约为374.2万吨/年，亚洲总生产能力约为91.8万吨，占总生产能力的24.5%。 中国是PVC膏树脂工业发展最快的地区，2010年年生产能力为59.2-60万吨/年，约占世界总生产能力的13.4%，约占亚洲总生产能力的57.6%，是亚洲地区最大的生产国。 2008年，全球PVC膏树脂总产量约为309万吨，中国产量约为38万吨，约占全球总产量的12.3%。 生产能力和产量居世界第三位。 全世界PVC膏树脂的生产能力约占普通聚氯乙烯(简称PVC )总生产能力的4500万吨/年的8.7%。 2008年，中国PVC膏树脂销量约35万吨，进口量6.3万吨，出口量0.73万吨，外观消费量40.57万吨。 中国PVC膏树脂年消费量的40%经加工出口，进口的大部分经加工出口。 中国PVC膏树脂高级产品目前无法完全满足国内市场的需要，需要进口补充。 普通型PVC膏树脂市场整体呈饱和状态，市场供给超过需求。与以往的悬浮树脂相比，PVC膏树脂具有以下优点(1)加工设备便宜(2)模具简单廉价(3)可以做成特别的形状(4)发泡容易(5)产品受热次数少，可以少量、多品种生产。PVC膏树脂(PVC )是聚氯乙烯树脂中的大种类，与悬浮法树脂相比为高分散性粉体，粒度范围一般为0.12.0m (悬浮法树脂的粒度分布一般为20200m )。 PVC膏树脂于1931年开始在德国法本(IG Farben )工厂进行研究，1937年实现了工业生产。我国PVC糊状树脂的生产厂家约有20家，总生产能力约18万吨/年，占PVC树脂总生产能力的约10%，实际生产量约11万吨/年，约占PVC总生产量的7%。 其中生产能力2万吨/年的生产厂家有沈阳化工、湖南邹州化湘化工厂、天津化工厂、上海氯碱化工株式会社、安徽合肥化工厂4家。我国的PVC膏树脂产品总体上分为三种，第一种是普通型PVC膏树脂，主要用于人造皮革、水田靴、工具柄、壁纸、地板卷材等相对低级产品的制造。 由于生产技术容易掌握，国内很多生产企业都在生产。目前，全世界PVC糊树脂的总生产能力约为200万t/a。 其中西欧是PVC膏树脂制造商最多、产量最多的地区，西欧各国的PVC膏树脂生产能力已经达到70万75万t/a。 国外发达国家的PVC膏树脂生产企业大多采用乙烯法路线，规模大。 从生产方法来看，开发了乳液种子集聚法、乳液连续集聚法、乳液无种子集聚法、微悬浮聚合法、种子微悬浮法、乳液微混合法等。1.2 PVC膏树脂的制造方法中国膏PVC树脂的生产工序中，有以电磁铁为原料的工序，约占总生产量的65%的第二个是以VCM、EDC为原料的工序，约占总生产量的35%。 世界浆料PVC树脂的生产基本以VCM、EDC为原料工艺。 膏PVC树脂工艺主要有微悬浮聚合法、乳液聚合法和混合聚合法三种方法。1.2.1微悬浮法微悬浮聚合是一种制造PVC膏树脂的比较新的方法，于20世纪60年代中期工业化。 其流动是通过使vcm的一部分(5% )机械均匀化的方法形成稳定的乳状(粒径为1.0m左右)后进行聚合(必须选择油溶性的引发剂)。 用这种方法生产的PVC膏树脂流动性好，乳化剂使用量少，树脂的热稳定性和耐水性得到了改善。 该生产技术应特别注意以下影响因素：选择合适的复合乳化剂和颗粒改良剂体系，聚合系成分均匀化搅拌速度水和单体之比适当。1.2.2乳液法乳液聚合配方主要有VCM、水、水溶性引发剂和乳化剂。 乳液聚合对搅拌要求很严格，诱发作用在水相中进行，通常使用的引发剂是水溶性过硫酸盐。 一般来说，通过乳液聚合得到的胶乳的粒径小于0.2m，为了增大胶乳的粒径，正在开发将胶乳的粒径增大到1.0m左右的乳化种子聚合法。 在乳液聚合中，如果存在已经生成的高分子胶乳，就控制材料的配合和条件，原理上VCM仅在已经生成的胶乳粒子上聚合，不形成新的粒子，这样生成的高分子胶乳就像种晶一样，被称为“乳液种子聚合”。 的双曲馀弦值。 乳液聚合中乳化剂很重要，用量决定了引发剂的粒子数，对最终胶乳粒子的大小起着主要作用。 特别是在进行种子生成的情况下，使用高起始速度和低浓度乳化剂进行生产，可以使胶乳微粒的尺寸分布变窄。1.2.3混合法混合法PVC膏树脂的制造工艺主要是乳液聚合和微悬浮聚合为一体，加入反应过程中乳液聚合的种子和其他乳化剂、引发剂、各种助剂和VCM参加反应。 混合法是用C16和C18将直链醇和由十二烷基硫酸钠或月桂酸胺组成的乳化剂混合形成微小乳液，聚合反应主要在微小滴中进行。 乳液聚合后，加入种子使粒径整体呈双峰分布。本设计用乳液种子聚合法制造了PVC膏树脂。1.3处方溶剂：水单体：氯乙烯纯度99.98%以上乳化剂：乳化剂是将互不相容的油和水转换成不易分层的乳液的物质。 乳化剂通常是兼具亲水性极性基和疏水性(亲油)的非极性基两者性质的表面活性剂。诱发系统：诱发系统主要是油溶性或水溶性的诱发剂。 油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧系引发剂，偶氮系引发剂主要有偶氮二异丁腈、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等，水溶性引发剂主要有过硫酸盐、氧化还原有偶氮二异丁烯盐酸盐(V-50引发剂)、偶氮二异丁烯咪唑啉盐酸盐(VA-044引发剂)、偶氮二异丁烯咪唑啉(VA061引发剂)、偶氮二氰基戊酸引发剂等。1.4设备选择聚合釜容积：工业上的大生产采用问题悬浮法聚合釜容量一般为60107立方米。 我国已经开发了70立方米的聚合釜，样机已经在锦西化学工业机械厂开发。 本设计采用了76立聚合釜。 采用微机控制，提高批量间树脂质量的稳定性，且消耗额定低。传热方式：传热能力直接影响聚合反应的速度和产物的质量，也影响产量。 大型聚合釜在国外采用体外回流冷却器，体内增设内冷管等除热手段。 近年来，美国good rich公司还开发了一种薄的不锈钢衬里聚合釜，提高釜壁的传热能力，并在不锈钢衬里与聚合釜套管之间设置支撑内衬的加强筋，以使薄壁能承受反应压力，该釜的结构使聚合釜的传热效率搅拌方式：搅拌能力是聚合釜的重要技术指标之一，搅拌能力直接影响传质、传热及树脂的粒态分布，最终影响产品的质量，但不同的技术方法对搅拌的要求不同。 以往，PVC聚合釜大多采用平桨和襟翼，搅拌效果不太理想。 随着搅拌技术的进步和搅拌试验手段的提高，我们有在PVC釜上安装更理想的搅拌器的条件。 大量搅拌实验研究证明，三叶后镜混合器的遗传效果好，循环和剪切性能适合PVC生产的需要，因此本设计在PVC生产中采用了三叶后镜混合器。干燥机：干燥机发展迅速，主要有气流干燥和流动化干燥两种方式。 我国的PVC工业生产最初使用了气流干燥器，随着聚合技术的发展，聚合生产能力提高，树脂产品也疏型发展，气流干燥器不能从生产能力和干燥效果等方面满足生产需求。 之后发展为气流干燥器、沸腾床干燥器和冷风冷却三级干燥技术。 但是，这样动力消耗大，产品质量不太好。 目前主要使用旋风干燥机和卧式内加热流化床。 旋风干燥机结构简单，投资少，现在使用了很多装置。 卧式内加热流化床的综合能耗低于旋风干燥机，主要有多室沸腾床和二段沸腾床两种。 但是，在生产中发现多室沸腾床的花板材料容易泄漏，根据品种的不同，切换很麻烦，生产能力有限。 两个流化床改善，操作稳定性好，产品牌号更换容易，生床花板生产能力大。本设计采用卧式内加热流化床。 离心分离机：对浆料进行离心脱水，得到含水率25%的聚氯乙烯。 由于PVC生产过程中需要大量的逻辑判断和离散控制，本设计采用开关式二位开关阀等二位控制组件来控制各种材料的输送和二位控制的电动机和水泵。燃气塔：汽提技术和设备也在改良汽提塔，向节能、高效的方向发展。 现在常用的汽提塔主要有溢流堰筛塔和无堰筛塔，有堰筛塔的热传递仅在筛上进行，在板间移动时只传递热传递，无堰筛塔在塔内一直传递，现在正在进行热传递。 因此，无堰筛板塔的效率比有溢流堰的塔高，无堰的筛板塔的塔盘设计也逐渐合理科学化，塔盘的厚度、开孔率在实践中逐渐优化，纳入设计体系中。 许多无堰筛选塔塔盘已经整体装卸，随着生产能力的提高，设备整体装卸不便，目前生产能力大的汽提塔塔盘，可以采用可拆卸的塔盘。 汽提塔塔顶操作压力也逐渐从微正压操作发展为微负压操作，塔顶材料的沸腾温度低，节约了蒸汽，提高了单体逃逸效率。 为了增强汽提效果，浆料在汽提后，利用重力作用进入闪光灯，进一步汽提、降温。 因此，本设计采用了无堰的筛板塔。1.5原料和产品的性能氯乙烯： CH2=CHCl分子量62.50，无色，容易液化的气体。 液体密度为0.912lg/cm3。 沸点-13.9。 凝固点-160。 从着火点472开始。 临界温度142。 临界压力55.2Pa。 难溶于水，溶解于乙醇、醚、丙酮、二氯乙烷中。 容易聚合，可以与丁二烯、乙烯、丙烯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、双甲酸酯、马来酸酯等共聚。 可以制造空气和爆炸性混合物，爆炸极限为3.6-26.4%。 遇到火或高温的话，有燃烧爆炸的危险。没有空气和水分的单纯氯乙烯稳定，对碳钢没有腐蚀作用。 有氧存在时，氯乙烯过氧化物生成水和盐酸腐蚀设备，过氧化物使氯乙烯自聚合。 长距离运输时加入阻聚剂氢醌。2品种平衡关系图图1是表示氯乙烯糊树脂制造材料的平衡关系的图3种子乳液聚合制备聚氯乙烯糊树脂的原理3.1氯乙烯的聚合反应机理氯乙烯乳液聚合是基于自由基加成聚合反应，其反应如下聚合反应活性中心是自由基，其自由基反应如下。a .通过连锁。 引起分解的游离基：生成自由基后，与胶束中的氯乙烯分子碰撞，激发氯乙烯双键上的电子，分离成两个独立的p电子，与其中一个p电子结合，生成单体的自由基b .连续增长。 单体自由基也很活跃，与其他氯乙烯分子碰撞时会生成低聚物基c .链转移剂结束。 活性链和引发剂很快相撞，彼此的活性消失了，结束了。迁移到单元：向高分子化合物转移：偶数和结束：歧化结束：3.2氯乙烯