PVC聚合毕业论文-聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计

1、 毕业设计聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计 *学生姓名： 学号： 环境与安全工程系安全工程系 部： 专 业： 指导教师： 二一五年六月 诚信声明 本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日 毕业设计任务书设计题目： 聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计 系部： 环境与安全工程系 专业： 安全工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标学生通过本次毕业设计，综合运用所学过的安全基础理论知识，了解氯乙烯的聚合工艺特点，运用安全检查表分析聚氯乙烯安全生产的重点危险源，选择性地对聚氯乙烯反应釜

2、的安全附件进行设计，如搅拌器、压力表、安全阀等，减少事故发生时的伤亡，通过设计能让学生在毕业后从事危化品安全管理工作、化工安全的设计打好基础。2主要任务 （1）聚合过程中的危险分析：根据聚合釜的类型和结构，及其聚合釜在聚氯乙烯聚合中的工艺特点，分析聚合过程中危险源、危险条件，设计聚合釜应达到的安全要求。 （2）搅拌装置的设计：按照聚氯乙烯放热反应的特点，对搅拌器的结构、桨叶的形状、尺寸和层数等进行设计。 （3）压力表的选择：参照氯乙烯聚合时的压力大小（设计压力为1.2 mpa左右），依据精密压力表（gb/t 1227-2002），选择压力表的类型、量程和精确度。 （4）安全阀的选用：根据工艺反

3、应时温度、压力、泄压气体的性质，依据国标安全阀一般要求（gb/t 12241-2005），选择安全阀的加载方式、开启方式和结构类型。3主要参考资料1 陈杰. 国内外聚氯乙烯工业生产技术进展j. 当代石油石化，2002, (3): 18-20.2 戴文权,杨春辉. 聚氯乙烯聚合釜技术进展j. 聚氯乙烯，2000, (5): 43-46.2 邴涓林,李承志. 2008年中国pvc产业动态及分析j. 聚氯乙烯，2009, (5): 1-3. 4 崔克清,陶刚. 化工工艺及安全m. 北京：化学工业出版社，2004: 356-367.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查找聚氯乙烯的概念、理化性质、

4、用途及国内外的发展现状2014年12月15日2015年1月10日2聚氯乙烯聚合方法的选择、聚合原料、工艺条件、工艺过程、工艺流程图2015年1月10日2015年1月23日3聚氯乙烯聚合釜的结构，聚氯乙烯聚合过程中的危险性、影响因素2015年3月10日2015年3月15日4设计聚合釜的搅拌器，选择合适的安全阀、压力表等安全附件2015年3月15日2015年3月31日5绘制聚合釜的装配图，完成初稿2015年3月31日2015年4月10日6完善和修正设计论文，准备毕业答辩2015年4月10日2015年6月22日审核人： 年 月 日xxxxxxxx聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计摘要：本课题主要是对悬

5、浮聚氯乙烯工艺中的聚合釜进行危险性分析，目的是对聚合釜的安全附件进行简单设计。在危险分析中，依据危险化学品目录（2015年版）对聚合釜反应的主要物料氯乙烯、引发剂和氮气进行危险辨识，分析聚合过程中可能导致事故发生的危险因素。运用安全系统工程方法，绘制聚合釜爆炸的事故树，对聚合釜的爆炸事故的最小割集、最小径集和结构重要度进行了计算。分析聚合釜存在的危险和不安全条件，提出了预防事故的主要措施和聚合釜应达到的安全要求，对聚合釜的部分附件进行安全设计。依据设计要求得到了以下结论：聚合釜的直径3300mm、筒体高度7600mm、聚合釜的壁厚200mm及聚合釜搅拌器类型。根据安全阀一般要求（gb/t 12

6、241-2005），结合工艺过程中的反应温度70、聚合反应压力0.75mpa、氯乙烯性质等条件，对安全阀进行了选型，选择的型号为a42x-25c；依据精密压力表（gb/t 1227-2002）和工艺条件确定了结构类型为弹簧式的压力表，1.6mpa的量程及级（2.5）的精确度。另外本课题还对聚合釜的一些监测仪表，如温度计和液面计进行了设计。关键词：聚合釜，危险分析，安全附件idesign of safety attachment for pvc polymerization reactorabstract: the design of safety attachment for pvc poly

7、merization reactor is presented based on the risk factors analysis of the pvc craft in pvc suspension process. in risk analysis, the hazard identification of vinyl chloride, initiator and nitrogen in the reaction of the polymerization kettle was carried out according to the catalog of hazardous chem

8、icals (2015 edition), and the risk factors that may cause the accident of the polymerization process are found. then the fault tree of the explosive reactor is plotted by means of a safety system engineering, and the minimal cut sets, the minimal diameter sets and the structural importance of the ex

9、plosion accident are calculated. analyzing risk factors and unsafe conditions existing in polymerization reactor, preventive measures are proposed. safety of polymerization kettle attachments is designed according to these risk factors and safety requirement of polymerization kettle. according to th

10、e design requirements, the conclusions are as follows: the diameter of the polymerization kettle, the height of the cylinder body is 7600mm, the wall thickness of the polymerization kettle is 200mm , and the type of the agitator of the reactor. according to general requirements of the safety valves

11、(gb / t 12241-2005), with in the process of reaction temperature of 70 , the reaction conditions of polymerization pressure 0.75mpa, and vinyl chloride properties, the design determined the model of safety valve for a42x-25c. according to the precision pressure meter (gb / t 1227-2002) and process c

12、onditions of pvc, the design determined the type of structure for the spring type pressure table that thescale of 1.6mpa and and accuracy of grade iii (2.5) . in addition, a design scheme about the safety valve of some monitoring instruments, such as thermometer and liquid level meter , is put forwa

13、rd.key words: polymerization kettle, hazard analysis, safety accessoriesii目 录1 前言11.1 论文研究的目的与意义11.2国内外研究进展32 氯乙烯的聚合52.1聚氯乙烯聚合工艺52.2 聚氯乙烯聚合釜结构63 聚氯乙烯聚合釜的危险分析83.1 物料的危险分析83.2 聚合釜的危险性分析113.3 聚合釜的事故树分析124 安全附件的设计124.1 安全附件的概述154.2 搅拌装置的设计154.2.1 聚合釜的设计154.2.2 搅拌装置的设计要求174.2.3 搅拌装置的设计184.3 安全阀的选用194.4 压

14、力表的选择204.5 其他安全附件的设计215 结论23参考文献24致谢25iii1 前言1.1 论文研究的目的与意义聚氯乙烯 poly (vinyl chloride), 又叫pvc树脂 ，是日常生活中最常见的一种塑料之一，因为聚氯乙烯的的绝缘性、防腐蚀和耐磨损等优点，使得聚氯乙烯在我们的日常生活中随处可见，并被广泛应用于各行各业，比如我们平时穿的鞋子、使用的塑料袋、室内的电线、包装的容器，包括一些家具、家用电器、防护用品等好多物品都是依据聚氯乙烯材料的优良性能而设计制造的。聚氯乙烯的分子式为-ch2-chcl-n，是氯乙烯在一定的70左右、大约0.75mpa的条件下，由聚合引发剂过氧化二碳

15、酸双二-2乙基己酯或其他助剂参与的反应下聚合而成的一种树脂，主要的聚合工艺为悬浮聚合，目前全国80%的企业都使用这种工艺。但这种由氯乙烯单体聚合而成树脂热稳定性比较差，遇高温变软，影响其使用的机械性能。经过前人的不断研究和探索之下，人们在聚氯乙烯的生产过程中加入一定量的增塑剂，使得聚氯乙烯的性能得到了提高，弥补了聚氯乙烯的不足，这也使得聚氯乙烯在世界范围内得到了普遍使用，聚氯乙烯工业也迅速地发展起来。人们对聚氯乙烯产品的需求量越来越大，尤其是在国内，聚氯乙烯的需求量居世界第一位1。聚氯乙烯不断上升的需求量极大地促进了现代聚氯乙烯科学技术的进步，同时也使得聚氯乙烯相关工业得到迅猛的发展。但在聚氯

16、乙烯生产的初期，技术还不够完善，工艺不够成熟，安全意识不强，这就使得好多聚合釜企业频繁地发生氯乙烯中毒、厂区爆炸等一系列的安全事故，尤其是在氯乙烯聚合工段，氯乙烯聚合属于高温高压的放热反应，且反应的物料氯乙烯不仅有毒，能致癌，而且易燃易爆。氯乙烯的泄漏不仅会造成人员中毒，而且很有可能在空气中形成爆炸性混合气体，发生空间爆炸。氯乙烯的聚合设备中物料的配比异常，或是混入杂质，又或是散热装置失效等，等有可能造成聚合釜内压力急剧升高，使得聚合釜破裂或爆炸，事故的发生条件非常复杂。聚合釜在聚氯乙烯工业中不仅关键，而且发生事故的风险大，存在危险因素比较多。在过去几十年，我国聚氯乙烯的生产工业不够完善，技术

17、不够成熟，聚氯乙烯爆炸事故时有发生。在聚氯乙烯聚合过程中聚合釜爆炸、氯乙烯泄漏、中毒等事故频繁出现。案例一：某厂聚合釜清洗后，未将冲洗水排净，就进行加料反应，导致聚合釜内压力升高超过设定压力，氯乙烯泄漏，聚合釜发生爆炸；案例二：某厂聚合釜反应过程中操作失误。未加入助剂进行反应，虽进行紧急排空处理，但由于聚合釜内的压力温度过高，聚合釜发生爆聚；案例三：1981年，某厂在聚合釜聚合过程未开搅拌器，使得氯乙烯单体未发散，产生了巨大的压力和热量，聚合釜发生严重变形，处理及时才没有发生伤亡；案例四：某厂聚合釜人孔盖忘关，导致厂房内充满氯乙烯气体，随后发生空间爆炸，造成六人死亡，七人受伤，事故后果严重。聚

18、氯乙烯工业生产中除了常见的悬浮工艺外，还有本体聚合、乳液聚合、和溶液聚合。目前的工艺技术条件相比之下，悬浮聚合工艺生产的聚氯乙烯均匀且产品质量较高，相比其他三种工艺，在工业生产的应用更为广泛，而其中的本体聚合工艺可能有着更广阔的发展前景2。科学技术的进步和发展，使得聚氯乙烯工业生产工艺得到不断的完善，技术也一步步走向成熟，发生事故的频率也大大的减少。目前，聚氯乙烯悬浮聚合工艺在工业生产中占主要地位。在聚氯乙烯工艺的进步的同时，工艺生产的管理更加完善，装置更加完备，操作更加安全，但在氯乙烯聚合的过程中，由于氯乙烯气体本身有毒且易发生爆炸，聚合反应又是高温高压的放热反应，一旦发生操作失误、搅拌装置

19、失效、反应的突然停止、安全阀失效等意外，就很有可能发生严重的事故、甚至是空间爆炸，其后果同样是巨大的、不可估计的。1991年，河北某工厂输送至至聚合釜的氯乙烯管道突然泄漏，引起厂内的两座储罐发生火灾爆炸，造成死亡6人、8人受伤；1996年，贵州某工厂氯乙烯泄漏，喷射时引起爆炸，厂房倒塌致死亡3人、重伤2人、轻伤4人；1999年，上海某工厂聚合釜在加入软水、助剂、氮气保压试漏后，投入氯乙烯单体后发现釜底阀泄漏，氯乙烯通过排水明沟扩散到附近干燥厂房，发生爆炸，冲击波致厂房倒塌，操作工4人死亡、8人重伤、3人轻伤；2005年，北京某工厂厂区接连发生两次断电，值班人员未能及时恢复聚合釜的动力，在对高温

20、高压的聚合釜进行紧急“卸压”后，由于聚合釜内压太大，聚合釜发生了爆燃，造成7人受轻伤。为了避免人为操作失误、反应异常、装置失效等原因所造成的事故，根据国家标准或行业要求对聚合釜聚合过程中的危险因素进行分析，重点对聚合反应过程中的物料、装置或设备、反应环境、反应条件等可能发生事故的作业进行危险分析，并对聚合反应的反应釜进行安全设计，设计聚合釜的搅拌装置，紧急停车装置，安全阀、压力表和温度计，通过设计这些安全附件，随时监控聚合过程中的温度、压力，及时释放聚合反应过程中的热量，及时泄放反应中的高压，一旦有温度过高、超压、氯乙烯泄漏等事件发生时，紧急报警，实施安全联锁，自动有效地控制反应的进程，使得聚

21、合釜能够有效地工作，能最大可能地避免事故的发生。1.2国内外研究进展近几十年内，不论是国内还是国外，在聚合釜方面均有很大的发展和进步。过去几十年，我国制造技术不够先进，国内的聚合釜基本上是从国外进口。随着聚氯乙烯在在世界范围内需求量的不断上升，以及各行各业的普遍应用，聚合釜的生产技术也不断提高3。我国最先研制成功的是锦西化工机械生产的30m3的聚合釜，后又在此基础上不断研发和改进，聚合釜的传热、传质能力得到不断提高，防粘釜技术在世界也不断领先于国外引进釜水平。整体来说，世界聚合釜技术在不断地进步，尤其是在釜体的大型化、传热效率的高效化、聚合过程中防粘技术方面有突破性的发展。我国投产的的聚合釜最

22、大容积为135m3，而世界最大的聚合釜为德国研制的200m3聚合釜4。但聚合釜的容积并非是越大越好，体积越大，聚合釜壁的耐压能力也要提高，聚合釜的壁厚必然要增大，影响聚合釜的传热，加大了投资的成本。目前世界聚合釜的发展趋势有聚合釜大型化、传热高效化和防粘釜技术的提高。聚合釜大型化。在聚合工艺中，由于大型聚合釜不仅耗能低，投资少，批次生产的产品性能稳定，更容易实现生产全过程的自动控制，聚合釜已逐渐由小向大发展。各国纷纷研制出较大的聚合釜，比较典型的是日本、美国和德国，其中德国研制的聚合釜最大，容积为200 m3。但经过不断地研究和经验的总结，发现聚合釜太大，不一定就会有高的效益5。反而，如果产量

23、较大的聚合釜在生产过程中出现问题，就会导致大量的原料的浪费，且聚合釜越大，对反应的耐压能力的要求也越高，釜壁就越厚，且反应的物料越多，风险性也就越大。经验发现，一般聚合釜容积在70 m左右的聚合釜总体效果更好，也更有优越的经济性和先进性。传热技术的提高。聚合釜聚合产量是否高效化，决定于聚合釜反应传热效率。聚合釜的传热效率越大，聚合釜内物料的反应效率也越高。传统的传热方式是使用搅拌器搅拌，增加搅拌器的搅拌速率，又或是增大夹套的传热效率，提高冷却水的冷却能力，降低夹套内冷却水温度。后来人们在冷却方式上不断地改进和创新，比如在聚合釜上安装釜底冷凝回流器，这种方式便利，使用普遍，得到广泛的应用。有的聚

24、合釜在聚合釜挡板，或者是在搅拌器中中也通入一定量的冷却介质，在物料反应的同时也能较快的进行传热，传热速率快，但使用的不够普遍6。还有一种方法是将聚合釜外壁的冷却夹套设置在聚合釜内，通过釜内夹套冷却，提高聚合釜的传热效率，成功的例子是半管式搅拌釜。要想提高聚合釜的传热效率，最简便的方法便是将聚合釜的冷却水用冷冻水代替。此外聚合釜传热的方法越来越多，有待人们发现和创新。防粘釜技术的不断提高。影响聚合釜生产效率的除了聚合釜的传热效率，聚合釜内物料的粘性也是影响聚合釜效率的重要因素。一些聚合釜由于聚合中的防粘性较差，物料积聚在聚合釜壁上，清洗麻烦，经常性的清釜不仅会使成本加大，影响聚合的反应效率，而且

25、由于反应物料和反应中大多数引发剂均具有一定的毒性，且易燃易爆，聚合釜内有害物质的浓度过高，会引发各种急性毒性，经常性的接触有毒物质，会导致人慢性中毒，影响人的身体健康，产生疾病，甚至死亡。聚合釜内物料积聚在聚合釜壁，一定条件下还有可能引发事故。目前，聚合釜的防粘釜技术有了很大的提高，通过在聚合釜内加入高效的防粘剂减弱物料的粘性，有的在将聚合釜的内壁进行抛光，有些厂家在抛光技术方面越来越先进，聚合釜能达到生产500600釜才需清洗一次的先进性7。甚至有的厂家的聚合釜已经发明了永不粘釜的先进技术。2 氯乙烯的聚合2.1聚氯乙烯聚合工艺目前，聚氯乙烯工业中发展较快、应用较为广泛的是悬浮聚合工艺，本课

26、题根据悬浮法生产聚氯乙烯工艺，对聚合釜的安全附件进行设计。工艺反应流程分为以下四步：第一步：电石与水反应生成乙炔 cac2 + 2 h2o ca (oh)2 + c2h2第二步：氯气与氢气合成氯化氢cl2 + h2 2 hcl第三步：乙炔和氯化氢合成氯乙烯c2h2 + hcl ch2chcl第四步：氯乙烯聚合生成聚氯乙烯n ch2chcl -ch2chcl-n聚合工艺中主要包括乙炔发生、氯乙烯生成和氯乙烯聚合三个工段。聚合工艺流程如图2.1所示。1单体计量槽；2单体过滤器；3循环水泵；4聚合釜5出料槽；6浆料过滤器；7浆料泵；8沉析槽图2.1 氯乙烯聚合工艺流程图2.2 聚氯乙烯聚合釜结构在氯

27、乙烯悬浮聚合过程中，聚合釜是工艺中的关键设备。聚氯乙烯聚合釜主要由釜体、夹套装置、搅拌装置、传动装置、密封装置及安全阀、压力表等的相关附件构成。聚合釜的筒体及上、下封头三部分构成了聚合釜的釜体，氯乙烯在聚合釜体内进行聚合反应；夹套主要是为了氯乙烯聚合是的起始反应温度以及将聚合釜反应过程中的热量进行传递；搅拌装置是在搅拌轴提供动力的条件下，利用搅拌器将氯乙烯和其他反应助剂均匀地混合，使氯乙烯迅速聚合，提高反应速率，加快反应过程中的传热；在聚合釜内，氯乙烯的聚合对搅拌器的搅拌功率有一定的要求，这就要设置一定的搅拌速率，而决定搅拌器转动速率的便是传动装置，而搅拌装置是有相应的电动机和减速机组成的；典

28、型的聚合釜结构如图2.2。图2.2 聚合釜结构在氯乙烯的聚合中，由于氯乙烯的聚合对反应压力有一定的要求，且聚合的反应压力0.75mpa大于常压，这就要求聚合釜要有良好的密封性能，聚氯乙烯聚合釜除了设备本身法兰、管法兰等静密封构件外，还要有保证转轴密封的动密封装置。此外，为了保障聚合釜生产的安全可靠性，便于聚合釜的加料、观察、清理和维修，聚合釜体上除了需设置接管、人孔、视镜、支座等附件外，还应设置一定的安全附件，如安全阀、压力表温度计等安全附件8。3 聚氯乙烯聚合釜的危险分析3.1 物料的危险分析在氯乙烯聚合工艺中，物料是聚合过程中的主要危险因素之一。不仅聚合的原料氯乙烯具有易燃爆的危险特性，同

29、时聚合过程中生产的中间产物、产品和副产品等都具有易燃、易爆、有毒等的危险特性。一旦发生泄漏就可能引起爆炸。其次聚合时使用的助剂如过氧化二碳酸双二-2乙基己酯（ehp)不仅有毒，而且还具有易燃爆的特性，危险性较大9。聚合釜中涉及的危险物质有氯乙烯、ehp和氮气三种。3.1.1 氯乙烯表3.1 氯乙烯的物理化学性质分析表名称氯乙烯又乙烯基氯分子式c2h3clo2cas号79-11-8un号1086cn号21037火灾危险甲理化性质气味无色、有醚样气味的气体熔点（）-159.8沸点（）-13.4相对蒸汽密度（空气=1）2.15饱和蒸气压（kpa）346.53（25）临界温度（）142临界压力（mpa

30、）5.60引燃温度（）415爆炸上限%（v/v）31.0爆炸下限%（v/v）3.6危险特性遇明火高热可燃，受热分解产生有毒的腐蚀性烟气，与强氧化剂接触可产生化学反应备注级（中度危害）依据危险化学品目录（2015年版）氯乙烯在物理危险类别中属于稳定的易燃气体，氯乙烯是爆炸下限小于10%的气体，根据建筑设计防火规范（gb50016-2014)，氯乙烯属于甲类，易燃易爆，可与空气形成爆炸性混合气体，若遇到点火源极有可能形成严重事故的空间爆炸10。且氯乙烯气体有毒，聚合过程中由于各种原因使得氯乙烯泄漏，不仅污染环境，而且一旦被人体接触或吸入，就会出现一些列不良反应，更严重的会导致中毒、昏迷、损害身体健

31、康，甚至死亡。且氯乙烯为致癌物，长期接触还会得肝血管病。氯乙烯的操作要严格遵守操作规程，避免事故的发生。氯乙烯的物理化学性质如表3.1所示。3.1.2 引发剂在氯乙烯局和过程中的反应物料为氯乙烯，且在氯乙烯的聚合时要加入一定量的引发剂，促使氯乙烯顺利聚合，工业中常用的引发剂为过氧化二碳酸双-2-乙基已酯，简称ehp。过氧化二碳酸双-2-乙基已酯的闪电小于零下38，毒性大，易燃易爆，且在35时极易发生分解，化学性质不稳定，反应活泼，还能与酸、碱，金属、还原剂等发生强烈的化学反应。因此引发剂也是聚合釜中危险性较大的物料，应给予重视，严格按照要求操作，将ehp储存于冷库中，避免操作失误。引发剂的物理

32、化学性质分析如表3.2所示。名称过氧化二碳酸双二-2乙基己酯简称ehp分子式c4h9ch(c2h5)ch2oocoocooch2ch(c2h5)c4h9火灾危险甲理化性质外观性状无色或淡黄色液体密度(g/cm3)0.964燃点() 400闪点()i(8)=i(9)i(2)= i(3)= i(4)= i(5)= i(6)= i(7)x10压力在聚合釜承受能力内温度调节系统正常x2+聚合釜正常ta2紧急处理系统正常泄压装置正常x1a1反应正常电脑控制失效加终止剂系统失效x9b2搅拌正常b1温度正常引发剂不过量x5x88c1冷却能力正常x4温控正常供电正常x7电机正常x6温度监控系统正常x3图3.2

33、 聚合釜成功树在聚合釜事故树中可以看出，聚合釜爆炸的与门事件比较少，或门事件比较多。因此在分析聚合釜爆炸事故时可以从事故树的最小径集入手。通过计算，由聚合釜爆炸事故的最小割集有13个，最小径集只有3个。因此聚合釜爆炸的因素较多，原因复杂，聚合釜发生事故的概率比较大。而预防聚合釜爆炸的方法比较少。主要是通过泄压装置，在聚合釜超压时进行泄压；也可以在聚合釜装置上设置的温度计、压力表等监控设备、及时监控聚合釜的温度、压力的变化情况，同时合理地设置聚合釜的搅拌装置，保障聚合釜搅拌装置的正常运行，避免在反应过程中搅拌装置突然停止产生爆聚现象；作业过程中应当严格按照操作要求作业，配料比正确，避免混入杂质；

34、设置自动报警装置，当反应发生异常时，能够及时报警；在聚合釜上安装紧急处理装置，在人为失误的情况下，计算机能够及时对反应的异常现象进行处理，定时地检查紧急处理系统是否正常；定期检查安全泄压装置是否合格，检验时间是否到期，一旦不合格要及时更换。而从结构重要度来看，控制安全泄压装置是比较有效和简易的方法，其次是紧急停车系统，最后是控制聚合反应的状况和条件。4 安全附件的设计4.1 安全附件的概述聚合釜的安全附件是为了保障聚合釜容器安全运行的监控仪表或设备，或是在聚合釜出现异常时能避免事故扩大的装置，这些设备主要包括安全泄压的安全阀、一次性泄压的爆破片、监测聚合釜反应压力的压力表、测量反应釜内物料液面

35、的液面计、测温仪表等，还有一些与安全附件串联或并联的紧急切断装置或安全联锁装置等在反应异常时及时处理的装置。在反应容器反应的过程中，首先是仪表的检测，通过对反应的监测，观察反应的状况，反应发生的条件，在有异常情况发生时，能够及时发现，避免事故的发生，起到提早预防的作用；在安全监测附件出现异常时，自动报警装置启动，自动报警可以通过声音、或是灯光等易引起人们警觉的感应来做出警报，自动报警一般会与一些安全自动控制装置联锁，比如紧急停止系统，紧急防护系统等，自动控制系统如果正常，相对于人的反应灵敏度更高，一旦自动防护装置失效，安全泄压装置就会起到最后的保护作用，将反应产生的异常气体释放13。4.2 搅

36、拌装置的设计氯乙烯的聚合反应装置一般为立式的聚合釜，搅拌桨的安装可以从聚合釜顶部插入，也可以从聚合釜底部伸入。底伸式的安装方式相对来说造价比较高，技术要求高，但考虑到聚合釜的设计大小为70 m3，为了使聚合釜的搅拌性能更好，搅拌装置更稳固，增加搅拌装置的使用寿命，因此采用底伸式将搅拌装置安装于聚合釜设备内，节约电能。在聚合釜散热的过程中，不仅要提高搅拌装置的传热效率，而且还要在聚合釜外侧安装有冷却水的夹套，提高聚合釜的冷却能力。因此设计搅拌装置的同时要考虑聚合釜的夹套结构。立式聚合釜的夹套有四种，整体夹套、型钢夹套、蜂窝夹套和半管夹套，其中整体夹套又分u型夹套和圆筒型夹套两种，聚合釜发生聚合的

37、反应温度小于300，设计压力小于1.6mpa，因此选用u型夹套14。4.2.1 聚合釜的设计氯乙烯在聚合过程中会释放出大量的热量，影响聚合釜的传热因素包括传热系数、换热面积和换热温差，在提高聚合釜的传热效率的同时，要考虑聚合釜的大小直径问题。聚合釜的釜型越大，为了提高聚合釜的耐压能力，也要提高聚合釜的壁厚。因此本课题设计为整体性能比较好的70 m3 的聚合釜。搅拌装置在聚合釜作业工程中起着极其重要的作用。依据机械搅拌设备（hg/t20569-2013)对聚合釜的搅拌装置进行设计。在设计搅拌装置的时候应根据聚合釜的条件进行设计，聚合釜的大小、物料的性质、聚合反应温度、压力等都是影响搅拌装置的重要

38、因素，因此，在设计搅拌装置的同时，也要对聚合釜进行一定的设计，确定聚合釜直径、高度和聚合釜壁厚等条件15。目前，国内使用的聚合釜主要有两种，一种是国内改进型33 m 聚合釜，另一种是日本信越公司的127 m聚合釜。但是美国原古德里奇公司70 m 聚合釜普遍来说相对其他聚合釜更经济，性能更优越。本设计将针对70 m的聚合釜的安全附件进行设计，其设计压力为1.4 mpa；设计温度为100 。反应温度为70 ，反应压力为0.75 mpa。聚合釜计算过程中的相关符号表示vg 罐体的公称容积； 装料系数；v 罐体的全容积；di 罐体直径；h 罐体高度；v0 封头容积；（1）罐体公称直径的计算氯乙烯的聚合

39、是一个非连续性操作，装料系数一般在0.60.85的范围内，本课取则罐体的公称直径 （式4.1）（2）罐体直径的确定悬浮聚合工艺中，聚合釜的高径比的范围为2.083.85，取 （式4.2）则罐体直径 （式4.3）将聚合釜的直径进行圆整，取聚合釜公称直径为3300mm。（3）计算筒体高度h依据聚合釜的直径，选取椭圆形封头，查得封头的容积为5.0463 m3。 （式4.4）将聚合釜的筒体高度进行圆整，取h为7600 mm。（4）核算将聚合釜的高径比进行核算 （式4.5）核算基本符合要求。4.2.2 搅拌装置的设计要求在聚合釜计算中，依据机械搅拌设备（hg/t20569-2013)，搅拌装置应满足以下

40、要求才能进行计算（1）直径比： （式4.6）聚合釜的直径，计算得，取夹套内径为3800mm。（2）壁厚与直径比：由公式（1）计算得 （式4.7），；取壁厚比： （式4.8）；取聚合釜的夹套封闭形式有两种：封口锥封闭和封口环封闭。封口锥的封闭相对比较复杂，通常聚合釜采用封口环封闭。对于封口环封闭的u型夹套的聚合釜，封口环的的厚度要求为；取 计算中的相关符号表示d1筒体内径，mm；d2夹套内径，mm；s1聚合釜筒体的实际壁厚，mm；s2夹套筒体的实际壁厚，mm；h0封口环的实际厚度，mm；4.2.3 搅拌装置的设计聚合釜搅拌器有钢制框式、浆式、涡轮式和推进式四种类型，在设计搅拌器的同时应分别依据化

41、工标准钢制框式搅拌器、浆式搅拌器、涡轮式式搅拌器和推进式式搅拌器进行设计。不同的桨叶形式会影响聚氯乙烯的产量、聚氯乙烯的质量和传热效果。推进式搅拌器比较节能，且在氯乙烯的悬浮聚合工艺中，聚氯乙烯的粘度较低，推进式搅拌器基本能够满足聚合釜要求16。推进式聚合釜搅拌器顶端的圆周速率为4.816，转速 800 r/min。聚合釜推进式搅拌浆叶的结构如图4.1所示： 图4.1 推进式搅拌桨结构图 (d为筒体直径）取 （式4.9）则取 （式4.10）则 （式4.11）取 （式4.12）搅拌装置中相关的符号表示dj桨叶宽度，mm；h桨叶距釜底的距离，mm；、桨叶的角度（图4.1）；d2空心搅拌轴直径，mm

42、；4.3 安全阀的选用 a 4 2 x 25 c阀体材料代号公称压力代号阀座密封面材料代号结构形式代号连接形式代号安全阀类型a图4.2 推进式搅拌桨结构图在聚合釜的安全附件中，安全阀是聚合釜保护装置的最后一道工序，因此安全阀在预防聚合釜事故中最后一道保护程序，一旦安全阀泄压失效，那么就意味着聚合釜事故的发生。安全泄压是利用氯乙烯在聚合釜中的压力，聚合釜压力超过安全阀的设置压力0.75mpa时，安全阀就会自动开启，对聚合釜中的多余压力进行泄放。当压力恢复到聚合釜的正常压力0.75mpa时，安全阀就能自动恢复使用。安全阀应当进行定时定期的检查，及时调整安全阀的泄放压力。在安装安全阀时应注意与聚合釜

43、直接相连，中间不能设置其他设备或装置，且安全阀的朝向应向下或者是向上开启，避免应高温高压物料喷出，伤害到操作工作人员。安全阀的调试应及时到有关的技术部门进行及时的更换修复。安全阀的型号编制如图4.2所示：安全阀的种类较多，按照安全阀一般要求（gb/t 12241-2005），弹簧式安全阀有封闭式和不封闭两种，当反聚合釜中的物料为有毒有害气体时，安全阀应选用封闭式，防止气体投入大气中造成环境污染或被人体吸入。弹簧式安全阀中还有一种是带散热片的，这种安全阀适用于聚合反应温度超过300的聚合釜，若是不安装散热片，聚合釜温度过高，超过安全阀的耐高温极限，安全阀损坏，造成隐患。弹簧式安全阀中的全启式安全

44、阀适用于反应压力较小的气体或液体，因为反应的压力较小，反应的压力不足以将安全阀开启，如果还选用微启式，安全阀不能够起到泄压的作用。注意的是，当反应物料剧毒，且腐蚀性很强时，安全阀必须选用波纹管。由于聚合釜聚合时的原料为氯乙烯易燃有毒气体，不允许泄漏至大气，应选用弹簧式封闭安全阀，又因为氯乙烯聚合时聚合釜的设定压力为1.2mpa，属于低压容器，安全阀选用全启式，且设定温度为100不超过300，所以不需要安装散热片。因此依据安全阀一般要求（gb/t12241-2005），安全阀选择的结构形式为封闭全启弹簧式安全阀，结构形式代号为2。安全阀的密封采用软密封，软密封的费用低，较易维修，密封性更好，允许

45、使用软密封常用软密封材料有丁腈橡胶、氟橡胶聚四氟乙烯、环氧树脂等。因氯乙烯聚合时聚合釜的设定温度为100，安全阀选用氟橡胶密封。依据安全阀一般要求（gb/t 12241-2005）安全阀密封的材料为橡胶，代号x。依据安全阀一般要求（gb/t 12241-2005），安全阀连接的形式有内螺纹、外螺纹、法兰、焊接、对夹、卡箍和卡套七种，除液体膨胀泄压安全阀外，化工生产中一般采用法兰连接的弹簧式安全阀或先导式安全阀，安全阀选用的连接形式为法兰，代号为4。安全阀选碳素钢材料，代号为c,且安全阀工称压力为2.5mpa。综上所述，安全阀选用a42x-25c。4.4 压力表的选择压力表是测量聚合釜内部压力的仪表，