年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计(DOC43页)

1、年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计（DOC 43页）北京化工大学毕业设计毕业设计题目 名称：年产12万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计函授 站：甘肃函授站专业：应用化工技术班级：甘化专131学生：郭亚 伟指导教师（职称）司文琴北京化工大学毕业设计目录摘要 1 关键词 1 第一章 设计说明书 2.1.1 设计项目 2.1.2 设计依据、生产规模、设计原则 2.1.2.1 设计内容 2.1.2.2 生产规模 2.1.2.3 设计依据 2.1.2.4 设计原则 2.1.3 厂址选择及建厂地区自然条件 2.1.3.1 地理位置及环境2.1.3.2 工厂用水情况3.1.3.3 供电 3.1.3.4 原料

2、供应 3.1.3.5 工厂所处自然条件 3.第二章聚氯乙烯工业发展概况3.2.1 聚氯乙烯工业的发展概况4.2.2 聚氯乙烯工业在国民经济中的作用 4.2.3 聚氯乙烯系列聚合物的性质5.2.4 聚氯乙烯制品的开发与应用技术5.第三章生产方法简介及设计方法的确定7.3.1 聚合方法简述7.3.1.1 本体聚合 7.3.1.2 溶液聚合 7.3.1.3 悬浮聚合 8.3.1.4 乳液聚合 9.3.3 产品的基本性能 1.1.3.4 有关设计参数1.2.3.5 产品规格与质量指标1.2.第四章物料衡算 1.4.4.1 聚合釜物料衡算1.44.2 出料槽物料衡算1.5.4.3 汽提塔物料衡算1.6.

3、4.4 离心部分物料衡算1.8.4.5 气流干燥部分物料衡算 184.6 沸腾干燥部分物料衡算 194.7 筛分包装部分物料衡算1.9.4.8 物料衡算总平衡 204.9 概念配方 2.2.第五章热量衡算 2.3.5.1 反应体系升温过程的热量衡算2.35.2 气提塔热量衡算2.6.5.3 列管式换热器热量衡算2.75.4 气流干燥塔热量衡算2.7第六章聚合反应釜选型3.1.6.1 聚合过程的影响因素 3.16.2 反应釜选型结果3.2第七章废水处理 3.3.7.1 废水的处理3.3.7.2 废水排放标准3.3.7.3 废水的处理方法 3.37.4 其他三废的处理3.4第八章生产工艺过程说明

4、3.5.8.1 工艺过程简介3.5.8.2 设备一览表3.6.总结 3.8.参考文献 3.9.致谢 4.0.北京化工大学毕业设计摘要本设计是一个年产12万吨聚氯乙烯（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。并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。关键词：聚氯乙烯；悬浮聚合；反应釜选型3第一章 设计说明书1.1 设计项目年产 12 万吨聚氯乙烯聚合工段工艺设计。1.2 设计依据、生产规模、设计原则1.2.1 设计内容：年产12 万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计1.2.2 生产规模：年产十二万吨聚氯乙烯年生产日 330 天；日生产

5、能力 120000/330=363.64吨/天1.2.3 设计依据：根据吉首大学化学化工学院毕业设计任务书所规定的课题“年产12 万吨聚氯乙烯聚合工段的工艺设计 ” 进行设计。1.2.4 设计原则 ：1) 以传统的聚合工艺流程为基础，保留原有的工艺流程的优点，剔除原有的不合理工艺。2) 采用近年来的新技术，完善传统聚合工艺，使其具有良好的可操作性和稳定性。3) 做好能源的综合利用，消除能源利用的不合理现象，使其具有良好的经济效益。4) 在工艺设计合理的同时，做好环境保护，一方面利用好物料，减少物料损失；另一方面减少环境污染，做好环境保护。5) 在工艺计算时，以各主要设备的进出物料、热量变化的明

6、显点进行物料和热量平衡的计算。1.3 厂址选择及建厂地区的自然条件1.3.1 地理位置及环境厂址选择位于湘西州吉首市吉凤经济开发区内。 开发区于 2003 年筹建， 规划面积6.44 平方公里。园区对外交通十分便捷。距离吉首市火车客运站 11 公里，火车货运站4 公里；距离贵州省大兴机场 80 公里；距离张家界荷花机场 148公里。319、 209 国道、1828 省道贯通园区，园区东接长（沙）渝（重庆）高速公路，园区内客运货运可通达全国各大城市主要航空和水运港口。1.3.2 工厂用水情况采用工厂附近的万溶江水源。1.3.3 供电由吉首市电业局供应工业用电。1.3.4 原料供应原料电石采用泸溪

7、产， 由汽车运输到吉首。 氯化氢由配套氯碱工厂得到或由其他地方采购汽车运输到吉首，其他原料由厂家采购，由汽车运输到吉首。1.3.5 工厂所处自然条件1） 工厂地址状况： 地基为二类厂地土， 土质较好， 土层厚， 稳定， 无软弱下卧层，地质允许承载力（ fk ）为 150kpa. 。2）当地气象条件：年平均气温度17.3年最高气温40.8；年最低气温-3.8；年平均相对湿度78% ；年平均气压0.0867Mpa；年无霜期 210 天；年平均日照时数2079.2hr ；年平均蒸发水量1950mm ；年平均降雨量978.6mm；年平均风速2.9m/s；年最大风速22m/s。北京化工大学毕业设计第二章

8、 聚氯乙烯工业发展概况2.1 聚氯乙烯工业的发展概况20 世纪的 30 年代 50 年代是塑料工业迅速发展的时期。在此期间有许多合成塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯等形成工业化。自 1835 年法国化学家V.Regnault 首先发现了氯乙烯，于 1838 年他又观察到聚合体，这就是最早的聚氯乙烯。1920 年，德国研究聚氯乙烯已相当活跃，这时美国联碳化学公司与杜邦公司对氯乙烯聚合物的制备发表了专利。 这标志着氯乙烯及其聚合物的制造已进入实用技术阶段。1920 年，在美国的柏寨森(BURGHAUSAN) 的瓦克(WACKER) 公司制取聚醋酸乙烯，用它与氯乙烯共聚制得一种新材料。该材料易加工，且不再发

9、生分解因它具有内增塑性， 可用作涂料和硬模塑制品， 开辟了以内增塑的办法解决了聚氯乙烯的加工。 另一方面也为聚氯乙烯从共聚改性作出了开拓性的工作。 对聚氯乙烯发展起到积极的推动作用。又于 1932 年发现聚氯乙烯的低分子增塑剂。英国帝国化学公司于 1937 年采用高沸点液体如磷酸酯类增塑聚氯乙烯，得到了类似橡胶的物质，从而第一次打破了传统的橡胶市场，成为橡胶材料的代用品。聚氯乙烯自工业化问世至今，六十多年来仍处不衰之势。占目前塑料消费总量的 29% 以上。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，引起了人们极大的注意，因而促使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，

10、使聚氯乙烯工业获得迅猛的发展。2.2 聚氯乙烯工业在国民经济中的作用合成树脂是塑料工业的基本原料， 在一定条件下塑制成一定形状的材料， 在常温下它的形状不变，是材料工业的重要组成部分。作为热塑性塑料的原料之一的聚氯乙烯树脂， 在世界各国合成树脂的生产、 品种及消费上均处领先地位。我国也是如此，聚氯乙烯塑料制品居于各树脂及加工制品之主。这主要由于以下原因：( 1) 聚氯乙烯材料制品性能优良。有独特的使用功能。(2)以聚氯乙烯制取的合成材料可代替钢铁和木材使用，而且节能显著，每生产1立方米。通用塑料，其能耗为148.6千焦，而生产1立方米钢材能耗为356.7汉06千焦 (3)聚氯乙烯塑料不仅在建筑

11、、农业及包装工业上有着广泛的用途，在电子器件、交通运输、机械和人民生活等各方面，也均得到重用。2.3 聚氯乙烯系列聚合物的性质聚氯乙烯在常温下为白色粉末，比重为 1.3921.4不溶于水，汽油，酒精，氯乙烯，可 溶于酮类和氯姓类溶剂，无毒无臭。具有很高的化学稳定性和良好的介电性能。表1 质量标准 GB5761-93合温度/C/ (ml/g)K/PSG-148215414477 7518001650高级电绝缘材料SG-250514313674 7316501500电绝缘材料，一般软制 品SG-2530135 12772 7115001350电绝缘材料，农膜，塑 料鞋SG-456512611970

12、 6912501150一般薄膜，软管，人造革，高强度硬管SG-5580118 10768 6611001000透明硬制品，硬管，型 材SG-6618106 9664 63950850唱片，透明片，硬板，焊条，纤维SG-765595 8762 60850750吹塑瓶，透明片，管件SG-868586 7359 55750650过氯乙烯树脂2.4 聚氯乙烯的应用状况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

13、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。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

14、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80 85。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、令口酯。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、

15、填料之后，可加工成各种型材 和制品。1 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。2 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。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、充气玩具等。3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

16、，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。5 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，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等。5北京化工大学毕业设计第三章 生产方法简介及设计方法的确定3.1 聚合方法简述传统自由基聚合方法有本体、 溶液、 悬浮、 乳液聚合四种聚合方法【1】。 溶液聚合则是单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合， 可以包括淤浆聚合， 溶剂可以是有机溶剂或水。悬浮聚合一般是单体以液滴状悬浮在水中的聚合， 体系主要由单体、 水、 油溶性引发剂、分散剂四部分组成， 反应机理与本体聚合相同。 乳

17、液聚合则是单体在水中分散或成乳液状的聚合，一般体系由单体、水、水溶性引发剂、水溶性乳化剂组成，机理独特。3.1.1 本体聚合本体聚合是单体加有 （或不加） 少量引发剂的聚合， 可以包括熔融聚合和气相聚合。其产物纯净，后处理简单，是比较经济的聚合方法，多用于实验室研究，如单体聚合能力的初步评价、少量聚合物的试制、动力学研究，竞聚率测定等，所用的仪器有简单的试管、封管、膨胀剂、特制模板等。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、乙稀等气、液态单体均可进行本体聚合。不同单体的聚合活性、聚合物-单体的溶解情况、凝胶效应等各不相同，虽然都以本体聚合为名，但其动力学行为、传递特征以及聚合工艺可以差别很大。工业上本

18、体聚合可采用间歇法和连续法， 关键问题是聚合热的排除。 烯类单体的聚合热为 55-95KJ/mol 。聚合初期，转化率不高，体系黏度不大，散热当无困难，但转化率提高后，体系黏度增大，产生凝胶效应，自动加速，如不及时散热，轻则造成局部过热，使分子量分布变宽，影响到聚合物的强度；重则温度失控，引起爆聚。这一缺点使本体聚合的发展受到限制，但经反应器搅拌、传热的改善和工艺调整后，得到了克服，一般多采用两段聚合：第一阶段保持转化率较低， 10%-35% 不等，黏度较低，可在普通聚合釜中进行；第二阶段转化率较高，则在特殊设计的反应器内聚合。氯乙烯间歇本体沉淀聚合如下：本体法聚氯乙烯的颗粒特习惯与悬浮法树脂

19、相似，疏松但无皮膜，更洁净。本体聚合除散热、防粘外，更需要解决颗粒疏松结构的保持问题，多采用两端聚合来解决。3.1.2 溶液聚合溶液聚合体系黏度较低，混合和传热较易，温度容易控制，减弱凝胶效应，可避免局部过热。但是溶液聚合也有缺点： （ 1）单体浓度较低，聚合速率较慢，设备生产能力较低：（ 2）单体浓度低和向溶剂链转移的结果，使聚合物分子量降低；（ 3）溶剂分离回收费用高，难以除净聚合物中的残留溶剂。因此， 工业上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场合，如涂料、胶黏剂、合成纤维纺丝液、继续化学反应等。此外，溶液聚合有可能消除凝胶效应，有利于动力学试验的研究。自由基溶液聚合选择溶剂使，需注意下列

20、两方面内容：（1）溶剂对聚合物活性的影响 溶剂往往并非绝对惰性， 对引发剂有诱导分解作用， 链自由基对溶剂有链转移反应。这两方面都可能影响到聚合速率和分子量。 （2）溶剂对凝胶效应的影响 选用聚合物的良溶剂时，为均相聚合，如浓度不高，可不出现凝胶效应，接近正常动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。不良溶剂的影响则介于两者之间。有凝胶效应时，反应自动加速，分子量也增大。3.1.3 悬浮聚合悬浮聚合是单体以小液滴状悬浮在水中的聚合方法。 单体中溶有引发剂， 一个小液滴就相当于一个小本体聚合单元。 从单体液体转变为聚合物固体粒子， 中间经过聚合物-单体粘性粒子阶段，为了防止粒子粘并

21、，需加分散剂，在粒子表面形成保护层。因此，悬浮聚合体系一般由单体、油溶性引发剂、水、分散剂四个基本组分构成，实际配方则较复杂。悬浮聚合的反应机理与本体聚合相同。 苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合的初始体系属于非均相，其中液滴小单元则属于均相，最后形成透明小珠粒，故有珠状聚合之称。另一方面，在氯乙烯悬浮聚合中，聚氯乙烯将从单体液滴中沉析出来，形成不透明粉状产物，故可称作沉淀聚合或粉状聚合。悬浮聚合的粒径为 0.05-2mm ，主要受搅拌和分散剂控制。聚合结束后，回收未聚合的单体，聚合物经分离、洗涤、干燥，即得粒状或粉状树脂产品。悬浮聚合有以下优点： （1）体系黏度低，传热和温度容易控制，产品分子

22、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。悬浮聚合的主要缺点是产物中多少带有少量分散剂残留物， 药生产透明和绝缘性能好的产品， 需除净这些残留物。综合悬浮聚合的优缺点，其工业应用还比较广泛。 80%聚氯乙烯、全部苯乙烯型粒子交换树脂和可发性聚苯乙烯、 部分与苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯用悬浮法生产。 有些单体的所谓 “悬浮聚合 ” ，如合成聚四氟乙烯、 丁基橡胶和乙丙橡胶的 “悬浮聚合 ” ，实质上都是沉淀聚合，只因为产物悬浮在介质中而得名。悬浮聚合多采用间歇法，连续法尚在研究之中。悬浮

23、聚合反应机理和动力学与本体聚合相同，需要研究的式成粒机理和颗粒控制。氯乙烯悬浮聚合过程大致如下：将水、分散剂、其他助剂、引发剂先后加入聚合釜中，抽真空和冲氮气牌氧气，然后加单体，升温至预定温度聚合。在聚合过程中温度压力保持恒定。后期压力下降0.1-0.2MPa ，相当于 80-85%转化率，结束聚合，如降压过多，将使树脂致密。聚合结束后，回收单体，出料，经后处理工序，即得聚氯乙烯树脂成品。3.1.4 乳液聚合简单地说，单体在水中分散成乳液状态的聚合，称作乳液聚合。传统或经典乳液聚合的基本配方又单体、水、水溶性引发剂和水溶性乳化剂四部分组成。乳液聚合有许多优点： （ 1）以水作介质，环保安全，胶

24、乳粘度低，便于混合传热、管道输送和连续生产；（ 2）聚合速率快，可在较低的温度下聚合，同时产物分子量高；（ 3）乳胶可直接使用，如水乳漆、粘结剂，纸张、织物、皮革的处理剂等。乳液聚合也有若干缺点： （ 1）需要固体产品时，乳胶需经凝聚、洗涤、脱水、干燥等多道工序，成本较高；（ 2）产品留有乳化剂杂质，难以完全除净，有损电性能等。乳液聚合的主要组分： 传统或经典乳液聚合体系由四大组分组成， 以单体 100份为基准，水150250，乳化剂25，引发剂0.30.5。工业配方则要复杂得多，这是因为：乳液聚合多半是主单体和第二、第三单体的共聚合；多数乳液聚合采用氧化-还原体系，往往主还原剂、 副还原剂甚

25、至络合剂并用； 乳化剂多由阴离子乳化剂与非离子表面活性剂混合使用；水相中还肯能有分子量调节剂 ,pH 调节剂等。乳液聚合的机理遵循自由基聚合机理， 大聚合速率和聚合度却可同时增加， 可见存在独特的反应机理和成粒机理。可将其聚合过程分为三个阶段：成核期或增速期、胶粒数恒定期或恒速期、降速期。通过对比以上四种聚合方法，各自的特点如表1 所示：9北京化工大学毕业设计表2四种聚合方法对比溶液聚合配方组成单体、引发剂单体、引发剂单体、引发剂、分单体、引发剂、乳化剂、散剂、水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困难容易较困难容易制生产特征不易散

26、热，连散热容易，可散热容易，间歇生散热容易，可连续生产制续操作要保证连续生产，不产,有分离，洗涤，干粉状树脂时需凝聚，洗传热混合，问易获得干燥燥等工序涤，干燥歇操作生产板粉末或颗粒材，型材设备状固体简单.产物特性聚合物纯净，糊状较纯净，可能含有留有部分乳化剂分子量分布宽少量分散剂和其他助剂主要用途浅色，硬质注涂料、粘合剂适合于注塑或挤塑涂料、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%

27、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。反应原理：在光，热或辐射能作用下，烯类单体有可能形成自由基而聚合.但由于C-C 键能大（3.48x K10R A2KJ/mol）,须在300400c高温下才能开始均裂形成自由基.这样高 的温度远超过了一般聚合温度.因此，氯乙烯聚合体系采用过氧化物或偶氮化合物作引发 剂,在聚合温度下，均裂成自由基，然后引发聚合反应的.整个聚合过程分为链引发，链增长, 链转移和链终止四个步骤.链引发 .引发剂受热时，链能较小的-o-o-键或-N=N-断裂而分解产生初级游离基：如偶氮二异 丁腈 （ABIN）.初级游离基一旦生成，很快作用于VC分

28、子激发其双键的冗电子使之分离为二个独 电子与其中一个独电子结合生成单体游离基.链增长 .在链引发阶段形成单体自由基,活性很高 ,如无阻聚物质与之作用 ,就能进攻第二个VC分子的冗键,重新杂化结合，形成新的自由基，如此循环下去，产生大量-（CH_2-CHCl-）- 单元的链自由基,这个过程叫链增长反应,这实际上是一个加成反应.这一链增长过程直到链终止,活性都不减弱,在瞬间（如 0.1 秒几分钟）即可达到分子量为十万的高聚物分子.在 PVC 的链增长反应中,结构单元VC 间的结合可能以”头-尾”和”头-头”两种形式存在 .经试验证明,主要以”头-尾”形式连接.原因是有电子效应和位阻效应两个方面：从

29、空间位阻方面看,-CH_2-较-CHCl-空间位阻小，所以有利于头尾连接.链转移 .在自由基聚合过程中,链自由基有可能从单体,溶剂 ,引发剂或大分子上夺取一个原子 （氢或氯）而终止,使这些失去原子的分子成为新的自由基,继续新链的增长.1,向单体VC 链转移- 形成端基双键PVC.2,向高聚物链转移- 形成支链或交联 PVC.此种链转移在转化率较高时（此时 VC 浓度较低 ）比较多 .链终止 .1,偶合链终止 形成 ” 尾尾 ”相连 PVC.2,歧化终止 形成端基双键 PVC.3.3 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500200

30、00。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

31、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。3.4 有关设计参数1 .生产周期300 天,7200-7000h/Y2 .反应温度56 （或者按实习收集数据）3 .反应时间4.5h4 .转化率85-90%（或者

32、按实习收集数据）5 .消耗定额VC 1.015-1.064t/T PVC6 .原辅材料：去离子水，单体氯乙烯（VC）,分散剂KH-21（聚乙烯醇）,分散剂（羟丙基甲基纤 维素HPMC）,反应调节剂（琉基乙醇），引发剂（偶氮二异庚月青）,引发剂EHP,过氧化二碳酸 （2-乙基）己酯，终止剂（丙酮缩氨基琉月尿），缓释阻垢剂（H-9）,其他助剂，碱液（30%）,盐酸，碳 酸氢铵,液氨等.7 .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SG 5 型，其主要技术标准要求：11北京化工大学毕业设计表3主要技术标准要求1别ml/g

33、子数/含量度g/m/个烯含量个ppmSG118-107160.40.4520748一一等品118-107300.40.4240一105合格品118-107900.50.4-一一21第四章物料衡算4.1聚合釜物料衡算进入聚合釜内 VC单体Mi=19641.46kg去离子水的质量 M2=19641.46M.4/0.9017 1>.06=32325.53kg/B引发剂的质量M3=19.64kg/B终止剂的质量 M4=1.96kg/B调节剂的质量 M5=1.96kg/B防粘釜剂的质量 M6=19.64 kg/B分散剂的质量M 7=39.28 kg/B二次用水的质量M8=1050 kg/BM 1+

34、M 2+M 3+ - +M 8=53099.47 kg/B所生成的聚合物质量：19641.46溜0%< 99%=17500.54 kg/B损失 PVC 的质量：M 损=19641.46 >90%< 1%=176.77kg/B聚合物的混合溶液 M9=M（未转化的 PVC）+M 2+M 3+- +M 8+17500.54=53099.47 kg/B对聚合釜作全物料衡算得：Ml+M2+M3+ - +M8= M 9+ M 损出料槽Mu说明计算结果是正确的。计算结果整理成表得：表4计算结果整理进料kg/B出料kg/BVC19641.461964.15分散剂39.2839.28引发剂19

35、.6419.64调节剂1.961.96终止剂1.961.96防粘釜剂19.6419.64水32325.5333375.53二次用水1050PVC17500.54损失PVC176.77合计53099.4753099.474.2出料梢物料衡算图2出料槽物料出料槽中损失的 PVC 量为 M 损=19641.46>90%< 1%=176.77 kg/B因此出料槽中含 PVC 量为 17500.54-176.77=17323.77 kg/B由于出料槽中 VCM 含量为456.3ppm,过出料中VCM的量为：17323.77 456.3 10-6=7.90kg/B因此回收的 VCM 量 Mi0

36、=1964.15-7.90=1956.25 kg/B聚合物混合溶液M11包括分散剂等：82.48kg 水：33375.53kg VC 单体：7.90kgPVC:17323.77kg合计 M11=50789.68kg对出料槽做总物料衡算：M9=M 10+M 11+M 损=52922.70kg说明物料衡算结果是正确的。计算结果整理成表得：表5计算结果整理进料kg/B出料kg/BVC1964.157.90水33375.5333375.53分散剂等82.4882.48PVC17500.5417323.77回收PVC1956.25损失PVC176.77合计52922.7052922.704.3汽提塔物料

37、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：12 >107/(300 24)=16666.67kg/h产品中的含水量为0.3%,折合绝干树脂含量为：16666.67 0.997=16616.67kg/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：16616.67/0.94 0.98=17323.76kg/h以17323.76kg/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：33375.53 17323.76/17323.77=33375.51kg/h进入汽提塔

38、内的分散剂等为：82.48 17323.76/17323.77=82.48kg/h进入汽提塔内的VC单体为：7.90 17323.76/17323.77=7.90kg/h损失的 PVC 的量为：16616.67/0.94 001=176.77kg/h故出料中含 PVC 量为：17323.76-176.77=5001.2kg/h已知出料中VCM含量为13.6ppm,故出料中含PVC的量为：17146.99 13.6 10-6=0.23320kg/h求蒸汽冷凝量M13条件：进入汽提塔内的物料初始温度为 66C,汽提塔内压强为0.06MPa,在此压强下 水的沸点为86C,潜热为2293.9kj/kg

39、,水蒸气的比热容 A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：表6物料升温所需热量衡算Cp重量kg/ht初t末A tkj/(kg. C)吸热kj/h水33375.516680144.21962479.99VC7.906680140.84893.79PVC17323.766680141.764427827.58吸收的热量：水：33375.51 4.2 M4=1962479.99kj/hVC:7.90 >0.848 14=93.79kj/hPVC:17323.76 >1.76

40、4 14=427827.58kj/h又因为单体的扩散能为：(7.90-0.23320) /62.5 10-3X71=8709.48kj/h故所需的总热量：Q 总=1962479.99+93.79+427827.58+8709.48=2399110.84kj/h设汽的流量为V,则Q 总=2.31 (142-86) V+0.35V X2293.9=2399110.84kj/h故得 V=2573.53kg/h计算结果整理成表得：表7计算结果整理进料kg/h出料kg/hPVC17323.7617146.99水33375.5135949.04蒸汽冷凝2573.53分散剂等82.4882.48未反应的VC

41、7.900.23320回收VC7.67损失PVC176.77合计53363.1853363.184.4离心部分物料衡算离心操作中 PVC 的损失量为：16616.67/0.94 001=176.77kg/h离心脱水后的湿物料中仍含有20%的水分，则含水量为：(17146.77-176.77) X.2/0.8=4242.56kg/h计算结果整理成表得：表8结果整理进料kg/h出料kg/hPVC17146.9916970.22湿物料含水4242.56母液含水35949.0431706.48分散剂等82.4882.48PVC损失176.77合计53178.5153178.514.5气流干燥部分物料衡

42、算气流干燥损失的 PVC 量为：16616.67/0.94 (X005=88.39kg/h贝U出料 PVC 量为：16970.22-88.39=16881.83kg/h已只气流干燥后的含水量为 5%,则含水量为：16881.83 05/0.95=888.52kg/h整理计算结果得：表9计算结果kg/hkg/hPVC16970.2216881.83水4242.56888.52PVC损失88.39脱走水分3354.04合计21212.7821212.784.6沸腾干燥部分物料衡算PVC损失量为：16616.67/0.94 0.005=88.39kg/h所以出料的PVC量为:16881.83-88.

43、39=16793.44kg/h出料物料中含水量为：16793.44 003/0.997=50.53kg/h整理计算结果得：表10沸腾干燥部分物料衡算物料名称进料kg/h出料kg/hPVC16881.8316793.44水888.5250.53PVC损失88.39脱走水分837.99合计17770.3517770.354.7筛分包装部分物料衡算绝干PVC损失量为：16616.67/0.94 0.01=176.77kg/h则包装入库的绝干 PVC树脂量为：16793.44-176.77=16616.67kg/h随着PVC树脂损失的相应的水的量为：176.77 >0.003/0.997=0.5

44、319kg/h整理计算结果得：表11筛分包装部分物料衡算kg/hkg/hPVC16793.4416616.67水50.5350.00PVC 损失176.77损失水分0.5317合计16843.9716843.974.8物料衡算总平衡(1)聚合釜及出料槽属于间歇操作，计算标准为kg/B,由前面计算结果可知：投入VC单体的量为19641.46kg/B,经过聚合釜及出料槽减压后的量为1964.15kg/B,出料为 7.90kg/B, PVC 的总损失为 353.54kg/B.由以上结果可得间歇部分物料总平衡表如下： 表12物料衡算总平衡物料名称进料kg/h出料kg/hVC19641.467.90水3

45、2325.5333375.53二次进水1050分散剂等82.4882.48PVC17323.77损失 PVC353.54回收 PVC1956.25合计53099.4753099.47(2)kg/h。由前面的计算结果可知，进入气提塔的VC的量为7.90kg/h,进过气提后VC单体的量降为0.23320kg/h, 气提塔内冷凝的水的总量为33375.51+2573.53=35949.04kg/h,离心后母液含水总量为31706.48kg/h, PVC 损失总量为 707.09kg/h。整理可得连续操作部分总物料平衡表如下：表13总物料平衡kg/hkg/hVC7.900.23320水33375.51

46、蒸汽冷凝水2573.53分散剂等82.4882.48PVC17323.7616616.67回收PVC7.67湿物料中含水50.00损失PVC707.09母液31706.48损失水4192.56合计53363.1853363.18整理以上结果，绘制物料平衡关系示意图如下:北京化工大学毕业设计4； 4 61kg水：闭町做PVG水叫0:13199.3咫 分都利鼻：62烟E11PVC水VG 11« ?5Kg VC: 10208 64kg 分散制:48 I3kjh；图3物料平衡关系示意图沸腾干 燥筛分包 装PVC成品4.9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）表14概念配方

47、名 称去离子水单体引发剂分散剂PH缓冲剂终止剂反应调节剂缓蚀阻垢剂用量1501000.040.250.060.020.00150.0020.002消泡剂25第五章 热量衡算5.1 反应体系升温过程的热量衡算升温阶段 :升温阶段是物料由25加热至56.2， 升温时间是0.5小时此阶段加热介质为饱和蒸汽，压力为0.4MPa ，温度为142。此阶段升温所需总热量是壶体及壶内物料升温达到聚合条件所消耗的热量。即 Q1+Q2+Q3=Q4其中Q1水升温数所需的热量（由于分散剂等含量甚微，故并入水中一起计算） 。Q2 VC 单体升温所需的热量。Q3 釜体升温所需的热量。Q4 蒸汽所提供的热量。已知条件如下表

48、：表 15 已知条件重量kg/ht初t末 tCp kj/(kg. C)水32325.532556.231.24.2VC19641.462556.231.20.848釜体66002556.231.20.504计算如下：Qi：无离子水(分散剂等)升温消耗热量Q仁qmiCpI t=32325.53/0.5 4.2 X(56.2-25) =8.47 »06kj/hQ2：单体升温消耗的热量Q2= qm2Cp2At=19641.46/0.5 0.848 义(56.2-25) =1.04 106kj/hQ3：聚合壶升温消耗热量Q3= qm3Cp3At=6600/0.5 0504 56.2-25)=

49、2.08 105kj/hQ4：蒸汽所提供能量Q4=Q1+Q2+Q3=8.47 X06 kj/h +1.04 106 kj/h +2.08 105kj/h=9.72 X06 kj/h恒温反应阶段：(1)求总传热系数K总传质系数K的倒数称为总热阻与分热阻有以下关系：1/K=1/a1+1/a2+Sd/ 入加 配分别代表釜内壁和釜外液膜给热系数 w/m 2k/代表釜壁导热部分的热阻，其中为厚度，为导热率。对于搅拌釜内壁给热系数可用下列准数方程计算：,2nd2 3 3600c g 1 x 0.14 、式中D为釜内径，d为搅拌叶直径，为1 C () 3(-)() 密Dw度， 为粘度，(nD2 / )为搅

50、拌雷诺数，为导热率，c为比热容，g为重力因子，(3600c g/ )为普兰特准数，w为近壁处粘度，系数c为常数，国产48m3釜经实验标核c=0.5,将D=3m,d=1212mm,0.6w/m k ,998kg /m3,1.5 10 2 Pa s , n 1.583r/s,流体 北京化工大学毕业设计被冷却时，(一)0,14=9,5代入以上数据得:w22八 0.6,1,583 1.212998x2/3 3600 0.5 1.5 10998、1/3 八”i 0.5 (2)()0.9531,5 10 12 k / 652.18w/m2 k0.6一 ，2.2083.95w/m k对于釜外壁给热系数2 ,

51、采用夹套内装设螺旋导流板。2可由以下准数方程计算:_ 0,8 _ 0.4de20,023Re Pr (1 1.77 -)deR式中de为螺距的当量直径，R为弯曲半径，因釜径较大，一般校正因子(1 1.77 de)的数据不大，因此可以取1.05,又因为水的导热系数0.65w/m k,螺距de=0.55,水的普兰特数Pr 3.54,水的流速u 2m/s,故代入以上数据得：C_ 0.650.55 2 1000、 0.80.42 ,2 0.023-( 6 )3.541.05 5198.68w/m k0.55550 10 反应过程Q入，KJ /釜Q出，KJ、釜Qi：VC升温吸收的热量1.04 106Q2:水、明胶等升温吸收的热量8.47 106Q3:设备升温吸收的热量2.08 105由于缝隙泄露一般的实测值约为计算值的80%,因此2/ 5198.68 80% 4158.94对于国产48m1/ 1 1/ 2/1/2083.95 1/4158.94 1/1230由物料衡算可知：VC的每批投料量Wb 19641.46kg/B ,总转化率x 0.90,反应时间不锈钢聚合釜而言，其釜壁热阻/ 一般为1 8.13 10 4.5h,高峰时反应速率是平均反应速率的1.5倍，聚合反应热 H 96.3KJ /mol ,反应温度T 56.2 C ,总传热系数k