16700吨年PVC悬浮聚合工艺的设计说明

1、16700 吨 /年 PVC 悬浮聚合工艺设计 摘要 【本设计是悬浮法生产聚氯乙烯（年产 16700 万吨）的工艺初步设计。该设 计包括设计说明书和设计图纸两部分。设计说明书主要包括聚氯乙烯概述、制聚 氯乙烯工艺方案的选择论证、悬浮法制聚氯乙烯的流程说明、工艺流程中助剂的 选择及相关设备的选型等容，对悬浮法的工艺流程有一个较为详细的描述。设计 图纸则包括工艺流程图。】 关键词： 悬浮法; 聚氯乙烯 ; 工艺流程说明 Design of 16700 tons PVC suspension polymerization process ABSTRACT 【The design for the 16

2、700 tons of PVC polymerization process design throughout the design file is composed by two parts of the design specification and design drawings. In the design manual, a brief introduction of PVC production status, development trends, performance, and the main purposes highlighted by suspension pol

3、ymerization as the polymerization process production methods. In the design process, according to the requirements of the design task book to conduct a more detailed material balance and heat balance and the the polymerizer calculation process calculation and selection of equipment, a simple techno-

4、economic evaluation of the entire device . Drawing of the design drawings, design drawings including process flow diagram of the polymerization reactor assembly drawing】 KEYWORDS: PVC ,suspension polymerization process, production process 目录 第 1 章 概述 1.1 PVC 概述、发展状况及前景 4 1.2 聚合工艺实施方法 5 第 2 章 聚氯乙烯生产工

5、艺流程设计 10 2.1 聚氯乙烯生产工艺流程设计 10 2.1.1 聚氯乙烯生产工艺流程简述 10 2.1.2 聚氯乙烯生产工艺流程图 11 图 2.1.2-1 聚氯乙烯生产工艺流程 11 图 2.1.2-2 工艺流程方框图 12 13 第 3 章 物料衡算 3.1 主要工艺参数 13 3.1.2 车间物料衡算 15 3.2 釜数及投料系数的确定 15 18 第 4 章 热量衡算 4.1 热量衡算 17 4.2 循环冷却水用量 19 第 5 章设备工艺设计 20 5.1 机器设备选型的原则 20 5.2 反应釜 20 5.3 汽提塔 20 5.4 混料槽 20 5.5 离心机 21 结 论

6、22 辞 23 参考文献 24 聚氯乙烯 (PVC)是 5 大通用塑料之一 ,具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和 机械强度高等优异性能 ,广泛用于工农业及日常生活等各个领域, 尤其是近 年来建筑市场对 PVC 产品的巨大需求 ,使其成为具备相当竞争力的一个塑 料品种。 PVC 糊树脂自 20 世纪 30 年代开发以来 , 已有近 80 年的历史。目前全 世界 PVC 糊树脂总生产能力约 200 万吨 / 年,其中 ,西欧是 PVC 糊树脂生产 厂家最多、产量最大的地区。我国聚氯乙烯工业起步于上世纪 50 年代，仅 次于酚醛树脂是最早工业化生产的热塑性树脂，第一个 PVC 装置于 1958 年在锦西化

7、工厂建成投产， 生产能力为 3000 吨年。 此后全国各地的 PVC 装置相继建成投产，到目前为止，我国有 PVC 树脂生产企业 80 余家，遍 布全国 29 个省、市、自治区，总生产能力达220 万吨年 7075 万 t/a 。 PVC 树脂在我国塑料工业中具有举足轻重的地位，同时 PVC 作为氯碱工 业中最大的有机耗氯产品，对维持氯碱工业的氯碱平衡具有极其重要的作 用。 本设计针对 PVC 生产工艺在国外的发展状况、工艺选择、产品性质、 工艺流程及合成原理，相关的物料性质、物料衡算、能量衡算、设备选型、 管道设计、经济分析以及尾气和三废的处理作了较为详细的阐述，以理论 设计为基础，查阅了大

8、量资料和书籍，力求与实际符合。 本设计的容是在 简要介绍聚氯乙烯发展状况及其性质、用途，工艺方法选择的基础上，重 点介绍了采用悬浮聚合法生产 PVC 的工艺过程，产量为年产 167000 吨。 设计的主要容有： 1. 产品及原材料说明； 2.生产方案的比较与选择； 3.物料 衡算与热量衡算； 4. 聚合釜计算； 5.附属设备的设计及选型；设计图纸包 括 1 工艺流程图； 1 反应釜装配图 由于经验不足，水平有限，设计中难免存在纰漏和不足之处，敬请指 导老师批评指正 第 1 章 概述 1.1 PVC 概述、发展状况及前景 聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料。自 1997 年以来， 聚氯乙 烯

9、的产量以 3%/a 速度递增。 2001 年，全球聚氯乙烯生产能力已达到 3 313 万 t ，消费水平比 2000 年略有增加，为 2882 万 t 。 2003 年 7 月全球约有 50 个国家、 150 个厂家生产聚氯乙烯，这一数据还在不断攀升4 。 2005 年全球产量达 3130 万吨，需求量达 3117 万吨。北美、欧洲 (包括俄罗斯 ) 和非洲、远东地区超过全球聚氯乙烯产量和需求量 4/5 ，悬浮聚合法树脂 占生产聚氯乙烯树脂 90% 以上， 2006 年世界聚氯乙烯产能 3562 万吨，实 际产量 3262 万吨，产量的增长主要来自中国。 2006 年我国 PVC 产业保持 快

10、速发展的态势，全年产能 1099 万吨，实际产量 864.1 万吨，整体供求关 系发生了较大的变化 5 。预计到 2010 年我国 PVC 树脂的需求量将达 1100 万吨， 2020 年将达到 2160 万吨。预计到 2010 年全球 PVC 的需求量将达 到 3490 万吨， 2020 年将达到 4600 万吨。 PVC 由氯乙烯 (VCM) 聚合而成，工业生产一般采用 4 种聚合方式：悬 浮聚合、本体聚合 、乳液聚 合(禽微悬 浮聚合 )、溶液 聚合。 其中悬浮法 PVC(SPVC) 树脂产量最高，占 80 ，其次是乳液法 PVC(EPVC) ，本体法 PVC(MPVC) 。VCM 悬浮

11、聚合是以水为介质， 加入 VCM 、分散剂、 引发剂、 pH 值调节剂等，在搅拌和一定温度条件下进行聚合反应； VCM 本体聚合 仅在 VCM 和引发剂存在下进行，无分散剂、表面活性剂等助剂； VCM 乳 液聚合在 VCM 、引发剂、 乳化剂、 H2O 以及其他助剂存在下进行 而 VCM 溶液聚合是在 VCM 、；引发和溶剂存在下进行，这种方法有溶剂回收和残 留污染问题，并且生产成本高，该方法已逐渐被悬浮法聚合或乳液法聚合 代。目前，生产 PVC 树脂主要采用悬浮法， 少量采用乳液法及本体法。 聚 氯乙烯自工业化问世至今，七十多年来仍处不衰之势，占目前塑料消费总 量的 29以上。到上世纪末，聚

12、氯乙烯树脂大约以3的速度增长。这首 先是由于新技术革命不断发展，产品性能也得到不断改进，促进用途市场 的拓宽；其次是制造原料来源广，制造工艺简单，产品质量好。在耐燃、 透明性及耐化学药品性能方面均较其它塑料优异。 从目前世界主要聚 氯乙 烯生产国来说，一般耗用占其总量的20 30 。特别是 60 年代以来，由 于石油化工的发展为聚氯乙烯工业提供廉价的乙烯资源，引起人们极大的 注意，因而促进氯乙烯合成原料路线的转换和新制法以及聚合技术不断地 更新，是聚氯乙烯工业获得迅速的发展。 我国 PVC 树脂的消费主要分为两大类，一是软制品，约占总消费 量的 37.o， 主要包括电线电缆、 各种用途的膜 （

13、根据厚度不同可分为压延 膜、防水卷材、可折叠门等 ）、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、 手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封件等。二是硬制品，约占总 消费量的 53.0 ，主要包括各种型材、管材、板材、硬片和瓶等。预计今 后几年我国 PVC 树脂的需求量将以年均约 6.4的速度增长， 到 2011 年总 消费量将达到约 1250 万吨，其中硬制品的年均增长速度将达到约 7.0 ， 而在硬制品中异型材和管材的发展速度增 长最快，年均增长率将达到约 10.1 。未来我国 PVC 树脂消费将继续以硬制品为主的方向发展。 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

14、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 赶上世界聚氯乙烯工业的先进水平。 1.2 聚合工艺实施方法 1.2.1 本体法聚合生产工艺 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%

15、停止反应， 将生成 的“种子”送人聚合釜进行第 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 PVC 粉料送往 分级、均化和包装工序。 1.2.2 乳液法聚合生产工艺 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-P

16、VC ），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。 1.2.3 悬浮法聚合生产工艺 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

17、。 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

18、 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。 本设计采用悬浮法 PVC生产技术。 1.3 产品原料及说明 1.3.1 产品性质及结构 PVC 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

19、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、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）、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 HCL。 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 50020000 围，其分子结构式如下： 分子式： CH2 CHCln 其中 n 为平均聚合度

20、， 一般为 350 8000 ，分子量为 30000 100000 1.3.1 产品性能 （ 1）典 型 的 物 理 性 质 外 观 白 色 粉 末 密 度 1.35 1.45g/cm3表 观 密 度 0.4 0.65g/cm3 比 热 容 1.045 1.463J/ （ g. ）热导率 2.1kW/ （ m.K）颗粒大小悬浮 聚合 60-150 m本体聚合 30 80 m糊树脂 0.1-2 m 掺 混 20-80 m。 （ 2）热性能：无明显熔点85以下呈玻璃态， 85-175 呈弹态， 175-190 为熔融状态， 190-200 属粘流态，软化点 75-85 ，加热到 130以上时变成皮

21、革状，同时分解变色，长期加热后分解脱出氯化氢。 （ 3）燃烧性能： PVC在火焰上能燃烧，并降解释放出HCl，CO和苯等 低分子量化合物，离火自熄。 （ 4）电性能： PVC耐电击穿，它对于交流电和直流电的绝缘能力可与 硬橡胶媲美，其介电性能与温度，增塑性，稳定性等因素有关。 （ 5）老化性能：较耐老化，但在光照（尤其光波长为270-310nm 时） 和氧化作用下会缓慢分解，释放出HCl ，形成羰基，共轭双键而变色 （6）化学稳定性：在酸，碱和盐类溶液中较稳定。 （7）耐溶剂性：除了芳烃（苯，二甲苯），苯胺，二甲基酰胺，四氢 呋喃，含氯烃（二氯甲烷，四氯化碳，氯化烯）酮，酯类以外，对水，汽 油

22、和酒精均稳定。 （8）机 械性能聚氯乙 烯抗 冲击 强度 较高 ，常温常压 下可 达 10MPa。 1.3.2 单体氯乙烯（ VCM ）的性质 纯度 99.98% （ wt ） HCL 含量 1 ppm （wt） 铁含量 1 ppm（ wt ） 水含量 60 ppm（ wt） 醛含量 5.0 ppm（ wt ） 压力 为 0.6MPa ，温度 为常 温。 VCM 主要 性 氯乙烯分子式 为 C2H3Cl，分子量 62.51 ，常温常压下为无色，带有甜香味气体，易燃易爆， 遇到空气可形成燃烧爆炸，在空气中爆炸围为 4 22%，有毒，性质活泼， 能起加成反应和易起聚合反应。 沸点（ 0.1MPa）

23、为-139 ，熔点为 -159.7 。 聚合放热量 1554KJ/kg.m ，聚合时的体积收缩率为35%。 导 热系数 0.17956J/（.S.K ）。 液体导热系数：（20）0.142J/（.S.K ） 第 2 章 聚氯乙烯生产工艺流程设计 2.1 聚氯乙烯生产工艺流程设计 2.1.1 聚氯乙烯生产工艺流程简述 氯乙烯单体和软水、引发剂及其他助剂加入聚合釜中，升温发生聚合 反应，反应结束后，将釜悬浮液送到碱处理槽，未反应氯乙烯从碱处理槽 排出，经泡沫捕集器送至气柜。将碱处理槽升温进行碱处理生成物，然后 将生成物送至离心机进行脱水和冲洗。脱水后的生成物经螺旋输送机送至 气流干燥器干燥，再经沸

24、腾床干燥器干燥，干燥好的树脂经滚筒筛过筛， 成品经计量包装送至仓库。 其主要操作流程如下： （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。然后，对聚合釜 夹套通入蒸汽和热水，当聚合釜温度升高至聚合温度（50 58）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 60 70，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。 待釜压力从最高 0.687 0.981Mpa 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

25、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槽， 用浓度为 36 42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 70 80 ,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 聚氯乙烯树脂的干燥方法采用二段干燥法，即气流 干燥器与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥器脱除

26、的是树脂上的表面 非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂部结合水。 （ 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 70 80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器，以140 150热风为载体进行第一段干 燥，出口树脂含水量小于 4%；以 150160 热风吹送至旋风分离器组分离， 树脂含水降至 1% 左右；再送入以 120热风为载体的沸腾床干燥器中进行 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。 2.1.2 聚氯乙烯生产工艺流程图 图 2.1.2-1 聚氯乙烯生产工艺流程 图 2.1.2

27、-2 工艺流程方框图 第 3 章 物料衡算 3.1 主要工艺参数 1、产品类型：选用疏松型。 2、聚合反应时间： 5h 3、聚合温度 ：57 OC 4、操作周期： 9h 表 3.1-1 乙烯悬浮聚合操作周期 工序 设计值 min 1、水相加料 30 2、抽真空 15 3、加 VCM 15 4、加热到 570C 30 5、恒温聚合时间 300 6 、回收单体 60 7 、出料 30 8、清釡 60 聚合周期 540（9h） 5、年平均操作时数： 7200小时 6、转化率： 90%。根据要求生产的树脂牌号，氯乙烯单体的转化率选 定在 70% 95%围。工业上生产硬质 PVC塑料制品用树脂，转化率要

28、求大约 为 90%。 7、PVC粉体特性： 聚合度 1000，表观密度 0.55g/ml ，平均粒径 149 m，孔隙率 0.185ml/g 8、系统损失率 表 3.1-2 系统损失率 部位 损 失 率（ kg/kg 聚 合 物） 回收损失 0.25% 放空损失 0.51% 聚合浆料损失 0.03% 出料浆料损失 0.01% 汽提损失 0.1% 混料浆料损失 0.01% 离心损失 0.25% 干燥损失 0.13% 筛分 0.21% 精馏损失 3.5% 3.1.1 年投料的物料衡算 因为产品的最后产量为 16700 吨，由表 2.1 系统损失率可以计算出系统年 初 始投料量：筛分损失率为 0.2

29、1%则 筛分时产量为： 36000( 1-0.21% ) =16735.1 吨 干燥时损失率为 0.13% 则 干燥时产量为： 16735.1 ( 1-0.13% )=16756.9 吨 离心时损失率为 0.25%则 16756.9 ( 1-0.25% ) =16798.9 吨 离心时产量为： 混料时损失率为 0.01%则 16798.9 ( 1-0.01% ) =16800.6 吨 混料时产量为： 汽提时损失率为 0.1%则 16800.6 ( 1-0.1% ) =16817.4 吨 汽提时产量为： 出料时损失率为 0.01%则 出料量的产量为： 16817.4 ( 1-0.01% ) =1

30、6819.1 吨 聚合时损失率为 0.03%+0.25%+0.51% 则 聚合时 VCM投料量为： 16819.1 ( 1-0.03%-0.25%-0.51% )=16953 吨 因为聚合时的转化率为 90% 则 聚合时共投料量为： 36545.5/90%=18836.7 吨 3.1.2 车间物料衡算 投入单体的计算：假设投料系数为 0.8 ，釡的体积为 80m3， 在 57时， VCM=837 kg/m 3 H2O= 986.6kg/m 3 设每次投入单体的质量为 X ，则 X/837+ 1.8X/986.6=80 0.8 得： X=21197.7kg 以 80m3 釡为例，每次投入单体 2

31、1197.7kg 。 因转化率为 90%，则反应得到聚合物 G1=21197.7 90%=19077.9kg, 回收时损失的 VCM为0.25%，则 G2=19077.9 0.25%=47.7kg 放空时损失为 0.51%，则 G3=19077.9 0.51%=97.3kg 聚合损失 0.03%，则 G4=19077.9 0.03%=57.2kg 出料前的树脂重量为 G5= G1G2G3- G 4 =19037kg 3.2 釜数及投料系数的确定 因为每台釡年平均要工作 7200小时，而每生产一次的周期为9小时，年 投料量( VCM)为 18836.7 吨，每釡的出料量为 G1( 19 吨)，选

32、择投料系数为 0.9 ，先用 80 m3的标准釡， V VCM=18836.7 1000/837=22505 m 3 V 水 =1.8 18836.7 1000/986.6=34366.4 m 所需要釡的台数为 (22505 +34366.4 )/(80 0.8 (7200/9)= 0.98台， 取整数为 1台。调整后的投料系数为 0.89 1 800)=0.89 可 实际的投料系数计算： (22505 +34366.4)/( 80 取 0.89 。 每个釡所需的 VCM的体积为： 22505 /(7200/9)=28.1 m 每釡所需的水的体积为： 34366.4 /(7200/9)=43.

33、0 m 根据原料的配方得： 表3.2-1 原料 VCM 水 引发剂 分散剂 其他助 剂 重量， kg 25319.7 42423.8 9.41 18.84 适量 反应釜体积为 80 m3 （ 1） 投料 投料温度为 20，单体 23544.8 911=25.85m 3， 3 水 42380.6 997.7= 42.48m 3， 投料体积 28.85+42.48=68.33m 3 ； 空余（气相）体积 =80-68.33=11.67m 3 （ 2） 升温 升温到期 57，单体重度 d依温度 t 变化 d=0.9471-0.001746t-0.00000324t 2 得： 20 时 d=0.910

34、 ； 57 时 d=0.83 在57时体积： 单体 23544.8 837=28.12m 3， 水 42380.6 986.6=42.96m 3， 物料总体积： 28.12+42.96 =71.08m 3 空余（气相）体积： 80-71.08 =8.92m （ 3） 反应结束： 转化率为 90%，树脂真实密度为 1.4 t/m 则此时树脂体积： 23544.8 90%（ 1-0.51%-0.25%-0.03% ）=21022.92kg 21022.92/1.4=15.02m 未聚合单体体积： 28.12 0.1=2.81m 3 物料总体积： 42.96+15.02+2.81=60.79m 空余

35、（气相）体积： 80-60.79=19.21m 第 4 章 热量衡算 4.1 热量衡算 设夹套热水温度为 62将聚合釜加热至 57 ；其热损失为 5%。 进入聚合釜的 VCM量 W W=每个釡所需的 VCM的体积 57下的 VCM的密度( 837kg/m 3) =28.13 837=23544.8 kg VCM比热容 C p20=1.352J/(g.K) Cp50 =1.53J/(g.K) 57 Cp57 =1.57J/(g.K) C 70 p70 =1.63J/(g.K) 20 10 30 水的参数 C 水20=(C水10+C水30)/2=4.182 J/(g.K) 2010 30 水 =

36、( 水 + 水) /2=997.7kg/m VCM聚合热 1540 KJ/kg 聚合搅拌功率 163KW 单体转化率 90% 设 VCM进料温度 20 聚合温度 57 基准温度 0 1、进入聚合釜的热量 Q入 A、单体带入热量 205 Q1=WCp20 .t 1=23544.8 1.352 20=6.37 105 KJ B、聚合反应热 Q2=W.90%.1540=23544.8 0.9 1540=3.26 107KJ C、搅拌热 H=163KW 7=163 3600 7 =4107600KJ 6 106 KJ D、单体升温吸热 Q3=W. Cp t=23544.8 (1.352+1.57)/2

37、 (57-20) =1.27 E、去离子水带入热量 Q4=W水C水20.t 1 =42380.6 4.182 20=3.54 106 KJ F、去离子水升温吸热 Q5=W水C水 t=42380.6 (4.182+4.175)/2 (57-20) =6.55 106 KJ 2、从釜带走的热量 Q出 A、有机物带出热量 Q6=WCpt=23544.8 1.57 57=2.11 106KJ B、釜表面散热 Q 7=5%Q入=5%(Q1+Q2+H+Q3+Q4+Q5)=2.44 106KJ C、去离子水带出热量 Q8=W水 C水t=42380.6 4.175 57 =1.01 107 KJ D、冷却水带

38、走热量 由 Q入 =Q出 得 Q9=Q1+Q2+H+Q3+Q4+Q5-Q6-Q7-Q8 =3.42 10 KJ 4.2 循环冷却水用量 设循环冷却水从 10升到 40 10时 Cp水 =4.194KJ/(kg. ) 40时 C p水=4.174KJ/(kg. ) C pm=4.183KJ/(kg. ) 75 W水=Q9/(Cpt)= 3.42 107/(4.183 30)=2.73 105kg V水= W水/ =2.73 105/996 =273.63m 3 因恒温时间为 300min ，假设冷却水主要在此期间通入， 则冷却水的流量： 273.63/(300 60)=0.015 m3/s 表

39、4.2-1 热量衡算汇总表 物料带入热量 Q1/ （ KJ） 6.37 105 聚合热 Q 2水/ （KJ） 3.26 107 搅拌热 H/（ KJ） 4.11 106 单体升温吸热 Q3/ （ KJ） 1.27 106 去离子水带入热量 Q4/（ KJ） 3.54 106 去离子水升温吸热 Q5/（ KJ） 6.55 106 有机物料带出热 Q6/ （KJ） 2.11 106 第 5 章 设备工艺设计 5.1 机器设备选型的原则 设备的选择和计算必须充分考虑工艺上的要求，力求做到技术上先进， 经济上合理，亦即选用的设备能与生产规模相适应，并应获得最大的单位产 量；能适应产品品种变化的要求，并

40、确保产品的质量；能降低劳动强度，提 高劳动生产率；能降低原材料及相应的公用工程（水，电，气）的单耗；能 改善环境保护，设备制造较易，材料易得，操作及维修保养方便。 设备选择时，要能完全满足上述方面的条件是相当困难的，但一定要参 照上述几个方面对拟采用个设备进行详尽地比较，并拿出最佳的方案来。 作为工业生产，不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。设计 中所选用的设备不但技术性能要可靠，设备材质也要可靠。对从国外引进的 设备，同样必须强调设备及其所采用材质的可靠性，特别对生产中的关键设 备，一定要在充分调查研究和对比的基础上，作出科学的选定。 5.2 反应釜 聚合釜是 PVC生产中的关键设备

41、， 聚合釜技术水平的提高保证了先进的 生产工艺得以实现。在小型釜时期，其容量为十几立方，釜体的材质是搪 瓷釜和不锈钢釜并存的，以釜壁光洁、粘釜较轻、造价低廉而优于不锈钢 釜。其后不锈钢釜的抛光技术有所改进，粘釜问题在应用了涂布、高压水 清釜技术后有所缓解，由于复合钢板造价低，易于加工，可向大型化发展， 并具绝对优势。 直筒长： 5000mm 长径比： 1.25:1 搅拌转速： 197250r/min 加水： 1127.16kg/min 80 m 3的聚合釡主要工艺参数如下： 体积： 80 m 3 径： 4000mm 电机功率： 2228 kW 加VCM： 1014.44kg/min 聚合釜的结

42、构特点如下： 1）采用二层三叶后掠式搅拌器。该搅拌器的设计是经过搅拌冷模 试验，运用搅拌放大技术进行的优化设计，从而保证了最佳的树脂产品质量 （ 颗粒型态与粒径分布 ） 和最低的能量消耗。 （ 2）良好的传热结构和传热能力为聚合釜可以达到高的生产强度提供了 可靠的保证。 （ 3）搅拌传动系统置于釜体下部，采用底伸式搅拌轴，运行平稳，检修 方便。 （ 4 ）轴封采用双端面机械密封，机封上部在釜物料和上密封面之间设 有连续注水通道， 有效地隔离物料与密封面的接触， 保证机封长期可靠运行。 （ 5 ）釜体表面采用复合电解研磨抛光，表面粗糙度Ra0.1 m，釜上还 配有喷淋涂釜装置，所以该釜的防黏釜问题已经得到很好的解决。 5.3 汽提塔 选用穿流式（无溢流管）的筛板的汽提塔。这种处理浆料的筛板塔，采 用无溢流管式大孔径筛板，筛孔直径选用20mm，筛板有效开孔率选用 11%。 为使浆料经处理后，残留单体降到400ppm以下，汽提塔设置 20块筛板保持板 间距离 300mm。为保证气液接触时筛板上泡沫高度的均匀，空塔气速在1m/s ， 筛板孔速 10m/s ，物料停留时间表 48分钟。 5.4 混料槽 采用搅拌型式的混料槽，耙齿与压缩空气组合由于转