悬浮法生产聚氯乙烯流程设计

1、3000吨/年聚氯乙烯悬浮聚合工艺设计本设计为年产3000吨聚氯乙烯聚合工艺设计，整个设计文件由设计说明书和设计图纸两部分组成。在设计说明书中，简单介绍了聚氯乙烯的生产现状、发展趋势、性能和主要用途，着重介绍以悬浮聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中， 根据设计任务书的要求， 进行了较为详细的物料衡算和热量衡算和聚合釜计算， 对设备进行了工艺计算和选型， 同时对整个装置进行了简单的技术经济评价。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、聚合釜装配图。关键词：聚氯乙烯，悬浮聚合工艺，干燥，单体，生产工艺AbstractThedesignforthe3,000tonsofPVCpolym

2、erizationprocessdesignthroughoutthedesignfileiscomposedbytwopartsofthedesignspecificationanddesigndrawings.Inthedesignmanual,abriefintroductionofPVCproductionstatus,developmenttrends,performance,andthemainpurposeshighlightedbysuspensionpolymerizationasthepolymerizationprocessproductionmethods.Inthed

3、esignprocess,accordingtotherequirementsofthedesigntaskbooktoconductamoredetailedmaterialbalanceandheatbalanceandthethepolymerizercalculationprocesscalculationandselectionofequipment,asimpletechno-economicevaluationoftheentiredevice.Drawingofthedesigndrawings,designdrawingsincludingprocessflowdiagram

4、ofthepolymerizationreactorassemblydrawing.Keywords:PVC,suspensionpolymerizationprocess,dry,monomer,productionprocess前言错误！未定义书签第1章产品及原料说明错误！未定义书签产品性质及质量标准错误！未定义书签名称及其结构错误！未定义书签产品性能错误！未定义书签产品质量标准错误！未定义书签单体氯乙烯（VCM的|i质错误！未定义书签聚氯乙烯配方错误！未定义书签第2章聚氯乙烯生产工艺流程设计.错误！未定义书签聚氯乙烯生产工艺流程简述错误！未定义书签聚氯乙烯生产工艺流程操作步骤.错误！未定

5、义书签聚合单元错误！未定义书签汽提、干燥工序错误！未定义书签VC回收工序错误！未定义书签第3章物料衡算错误！未定义书签车间物料衡算错误！未定义书签主要工艺参数错误！未定义书签生产任务的计算错误！未定义书签投入单体的计算错误！未定义书签聚合釜的物料衡算错误！未定义书签聚合釜的生产计算错误！未定义书签第4章热量衡算错误！未定义书签聚合釜热量衡算错误！未定义书签参数设定错误！未定义书签混合热和搅拌热的考虑错误！未定义书签回流冷凝器热负荷的考虑错误！未定义书签物料带入聚合釜的热量错误！未定义书签聚合反应放出的热量错误！未定义书签物料带出聚合釜的热量错误！未定义书签反应过程需要加入的热量错误！未定义书签

6、加热水的用量：错误！未定义书签冷却水的用量：错误！未定义书签传热面积错误！未定义书签第5章设备工艺设计错误！未定义书签聚合釜的设计错误！未定义书签生产周期或生产批数错误！未定义书签根据年产量确定每批进料量.错误！未定义书签选择反应器装料系数错误！未定义书签计算反应器体积错误！未定义书签聚合釜壁厚的计算错误！未定义书签汽提塔错误！未定义书签混料梢错误！未定义书签离心机错误！未定义书签干燥器错误！未定义书签参考文献错误！未定义书签聚氯乙烯（PVQ是由氯乙烯单体（VCM均聚或与其他多种单体共聚而制得的合成树脂，聚氯乙烯再配以增塑剂、稳定剂、高分子改性剂、填料、偶联剂和加工助剂，经过提炼、塑化、成型加

7、工成各种材料。在现代工业生产和人类生活中起着举足轻重的作用，因此PVC的生产和技术的改进越来越受到现代人的关注！本设计是以氯乙烯单体为原料，对年产能力为3000吨的PVC聚合工艺设计，以株化集团PVC厂为理论资料，并收集有关的化工设计资料作参考，按课程设计大纲和设计任务书的要求进行设计。本设计的内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3000吨。 设计的主要内容有：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；5.经济效益分析。设计图纸包括

8、1张工艺流程图；1张聚合釜装配图。本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，对参考文献的查阅与学习等的方法。由于设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处，敬请各位老师指评指正。第1章产品及原料说明产品性质及质量标准名称及其结构名称悬浮法聚氯乙烯树脂简称PVC(PolyinyChloride)分子式和结构式：分子式：-4-CH2CHCl 一一 n结构式为：HH_-C-C-nHCl其中n为平均聚合度，一般为350-8000分子量30000100000产品性能典型的

9、物理性质外观：白色粉末密度：-1.45g/cm表观密度：一0.65g/cm3比热容：一（g.C）热导率：（）颗粒大小：悬浮聚合60-150pm本体聚合：3080pm糊树脂：mm掺混：20-80”热性能无明显熔点85c以下呈玻璃态，85-175C呈弹态，175-190C为熔融状态，190-200C属粘流态，软化点：75-85C,加热到130c以上时变成皮革状，同时分解变色，长期加热后分解脱出氯化氢。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。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。老

10、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,形成玻基，共钝双键而变色。化学稳定性在酸，碱和盐类溶液中较稳定。耐溶剂性除了芳煌（苯，二甲苯），苯胺，二甲基酰胺，四氢吠喃，含氯炫（二氯甲烷，四氯化碳，氯化烯）酮，酯类以外，对水，汽油和酒精均稳定。机械性能聚氯乙烯抗冲击强度较高，常温常压下可达10MPa1产品质量标准PVC生产中所需主要原料的规格表1-1PVC的物理性能性能指标结晶数据/mm正交晶系，每个晶胞两个单体工业PVC单晶abc结晶度/%聚合后熔体密度（未复配）（g/cm3）总体晶体泊松比（硬PVC折射率玻璃化温度/c线膨胀系数（未增塑）

11、比热容/（J/gC）/C-1837X10-3硬PVC23c50c80c120C增塑的PVC(50份DOP23c52c80c120C热导率(未增塑)x10-4/J/(cm-s-C)20介电强度/(kv/mm)溶解度参数/(J/cm3)单体氯乙烯(VCM的性质(1)纯度：A%(wt)HCL含量：1ppm(wt)铁含量：1ppm(wt)水含量：60ppm(wt)醛含量：ppm(wt)压力为，温度为常温。VCM主要性质氯乙烯分子式为GH3C1,分子量，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，在空气中爆炸范围为4-22%,有毒，性质活泼，能起加成反应和易起聚合反应。沸点（）为

12、-139C,熔点为-159.7C。聚合放热量1554KJ/,聚合时的体积收缩率为35%导热系数：（M.）o液体导热系数：（20C）（nf.）。1表1-2VCM物理性质温度密度比热容Ckg/m3KJ/（kg.C）20505783770表1-3水的物理性质温度密度比热容导热系粘度普兰德Ckg/m3KJ/(kg._2入X10 x105/数C)w/(m.C)Pr10304057聚氯乙烯配方表1-4聚氯乙烯生产配方3投料量摩尔比质量/kg/kg原料名相对分子质量氯乙烯100软水200聚乙烯醇IPP（引发剂）_-3X10抗鱼眼剂防粘釜剂K 雨kN甘由于用量较少，故可忽略不计丙酮缩氨基硫月尿（终止剂）第2章

13、聚氯乙烯生产工艺流程设计聚氯乙烯生产工艺流程简述悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密封聚合釜，真空脱除釜内空气和溶于物料中的氧，然后加入单体氯乙烯之后开始升温、搅拌、反应开始后维持温度在50c左右，压力,当转化率达到70妞右开始降压，在压力降至时即可停止反应。聚合完毕后抽出未反应单体、 浆料进行气提， 回收氯乙烯单体。 抽出气体后的浆料进行离心分离，使氯乙烯含水25%再进入干燥器干燥至含水%过筛后即得产品。聚合釜中，使用表面张力和用量均较小的分散剂，聚合的中后期采用高速搅拌，有利于生成体积较大、表面膨胀、表皮多孔、内部疏松的树脂颗粒一一疏松型树脂。反之，则生成紧密型树脂

14、。聚氯乙烯生产工艺流程操作步骤聚合单元首先将加热到48c左右的去离子水由泵计量后加入到聚合釜中，分散剂配成一定浓度溶液，在搅拌下由泵经计量后加入聚合釜内（也可由人孔直接投入），其他助剂配制成溶液通常由人孔投加，然后关闭人孔盖，通入氮气试压及排除系统中氧气，或借抽真空及充入氯乙烯方法。最后将新鲜氯乙烯与回收后经处理的氯乙烯依一定比例（回收的VCMF总量的10%）,送入计量梢内计量，再经单体过滤器过滤后加入釜内，开启多级往复泵将引发剂计量后加入釜中。加料完毕后，于釜夹套内通入热水将釜内物料升温至规定的温度（57C）。当氯乙烯开始聚合反应并释放出热量时，夹套内改通冷却水以及时移除反应热，并使反应温度

15、控制在570.2C,直至反应结束。当釜内单体转化率达到85%Z上，这时釜内聚合压力为MPq由计量泵向釜内加入一定量的终止剂，未反应的氯乙烯单体经自压回收后，当压力降至Kpa时，将釜内浆料升温至70c左右,进行真空回收， 真空度为500mmHg-550mmHg最后浆料中的氯乙烯含量在700wg/g。然后进入放料操作。汽提、干燥工序由聚合釜排出的浆料，为降低残留在其中的氯乙烯和减少氯乙烯对环境的污染，用泵打入出料梢除去其中的大块物料，再将其送入汽提塔，在塔内与由塔底上升的蒸汽在塔板上进行逆流传质过程。该塔为真空操作，用真空泵维持塔顶的真空度，并以此来保证塔顶的温度。塔顶逸出的含氯乙烯气经冷凝，未凝

16、的氯乙烯含氧量在1%以下时，经真空泵送至氯乙烯气柜备用。塔釜之浆料含氯乙烯约400gg/g,经热交换器冷却后进入混料梢，再送往离心机进行离心分离。离心分离后PVCt饼含水量为23%-27%,经滤饼分散器机械分散并均匀地加入干燥器中进行干燥。干燥器内带有内加热和内冷却。第15室为干燥室，用热水盘管和热风干燥，第6室为冷却室。干燥后的氯乙烯树脂含水量为%经过筛除去大颗粒，再由气流输送至贮料仓，最后由包装单元进行包装。12VC回收工序V加收工序包括vet体回收至气柜、vet体压缩、精储等部分。自压回收的氯乙烯，经vet体洗涤塔以除去气体飞沫中夹带的PVQ然后经气体冷却器进入气柜，真空回收的VCM用回

17、收风机抽至气柜。由气柜出来的VC1体送至脱湿塔，用5c的冷冻盐水进一步冷凝，两个冷凝器所冷凝的V受至精储塔进行精储， 所得的精氯乙烯经过滤后， 按比例送入氯乙烯计量梢与新鲜氯乙烯混合供聚合使用，未凝的气体送至焚烧炉处理，塔釜的高沸物排放至塔底液罐中，加热以进一步回收部分氯乙烯。图2-1聚氯乙烯生产工艺流程第3章物料衡算车间物料衡算主要工艺参数产品类型：选用疏松型。聚合反应时间：5h聚合温度：570c操作周期：9h生产任务的计算年产3000吨聚氯乙烯，以300个工作日计，每年工作8000小时，假设各单元操作都连续进行，采用倒推法根据收率或损失率计算出原料投料，然后按单元操作顺序对各单元操作进行物

18、料衡算。聚氯乙烯小时生产量（8000h）计：8000X+X100+08000=（kg/h）（以1小时为计算基准，以下计算中不再写h-1）聚合物转化率为83%83%x=x=(kg)即每小时要生产纯VCM产物气冷凝，精储等收率为%进入精储系统的VCM勺量：+%=(kg)+=(kmol)表2-1乙烯悬浮聚合操作周期工序设计值/min1、水相加料302、抽真空153、力口VCM154、加热到570C305、恒温聚合时间3006、回收单体607、出料308、清金60聚合周期540(9h)投入单体的计算投入单体的计算：投料系数为、金的体积为20mL在20摄氏度时，PVCM=911kg/m3pH2O=m3设

19、每次投入单体的质量为X则X/911+=20X以20吊金为例，每次投入单体。因转化率为90%,则反应得到树脂G=X90%=,回收时损失的VCMfe%则G=x%=放空时损失为%则G=x%=浆料损失为%则G=x%=汽提损失为%则G=x%=离心干燥损失为%则G=x%=原料VCM引发剂分散剂其他助精储时损失为%则G=x%=包装时损失为则G=x%=反应前物料G=,根据物料平衡原理:G=G1+G+,一+G=+=聚合釜的物料衡算金数及投料系数的台数的确定因为每台金年平均要工作8000小时，而每生产一次的周期为9小时，年投料量(VCM为吨，每金的出料量为吨，选择投料系数为，先用80m3的标准金，VVCM=X10

20、00/837=m33VK=xx1000/=m所需要金的台数为(+/(80 xX(8000/9)=台，取整数为3台。调整后的投料系数为实际的投料系数计算：(+/(80 x3X800)=可取每个金所需的VCM勺体积为：(3X(8000/9)=m每金所需的水的体积为：(3X(8000/9)=m3根据表1-2原料的配方得表3-2原料配方重量，kg聚合釜的生产计算以20m3金生产为例，分述如下：(1)投料投料温度为20C,单体，水，投料体积+=;空余(气相)体积=(2)升温升温到期60C,单体重度d依温度t变化d=得：20C时d=;57C时d=单体在57c时体积增加到：X=物料总体积：+=m3空余(气相

21、)体积：20-=(3)反应结束：转化率为90%树脂真实密度为kg/m3则此时树脂体积：x90%x=未聚合单体体积：x=物料总体积：+=空余(气相)体积:适量表3-3物料衡算汇总表损失损失率/%损失前的重量/t筛分干燥离心混料汽提出料聚合第4章热量衡算聚合釜热量衡算4.1.1参数设定Q设备或系统内物料与外界交换热量之和（传入热量为正，传出热量为负），KJ;Q由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ;Q由于物料发生各种变化，系统与外界的交换的热量（吸热为正，放热为负），KJ;Q由于设备温度改变，系统与外界交换的热量（设备升温为正，设备降温为负），KJ;Q设备向外界环境散失

22、的热量（操作温度高于环境温度为正，操作温度低于环境温度为负），KJ。根据热量守恒定律，得QT=Q+Q+Q+Q其中T2Q=WCdTTiQ2=W?Hr?x/MQ=2WGi?TmQ=x2A%i(Ti-T0)xt固体和液体热容可以采用柯普定律计算C(KJ/Kg.C)=xCaXn/M式中Ca基团的比热容，KJ/(Kg.C)n分子中同一元素的原子数M-化合物的分子量，Kg/Kmol单体的热容可以采用Missenard法基团贡献值冏计算表4-1Missenard法基团贡献值-CHO=C-C=O基团一CHO-一O贡献J/mol-K则IPP的比热为：C=x(X4+X2+X2+x2)/=KJ/(Kg.C)经查有关

23、资料知：氯乙烯的比热为：C3=(Kg.C)水的比热为：G=KJ/(Kg.C)聚乙烯醇比热为：G=KJ/(Kg.C)聚氯乙烯的比热为：G=KJ/(Kg.C)表4-2物料比热表(KJ/(Kg.C)物料种类比热KJ/(Kg.C)IPP氯乙烯水聚乙烯醇聚氯乙烯氯乙烯的聚合热为：mol=1534KJ/kg混合热和搅拌热的考虑由于溶质的量很少，混合热可忽略不计。搅拌设备中的物料为低黏度流体，搅拌热也可忽略不计回流冷凝器热负荷的考虑由于反应中严格控制反应温度恒定，冷凝器中的回流量极少，所以对冷凝器热负荷不予考虑。物料带入聚合釜的热量以0c的一批物料为基准，设进料温度为20C,则物料带入聚合釜的热量为：Q=x

24、x20+xx20+xx20+xx20=X107KJ聚合反应放出的热量以一批物料为基准，则聚合反应放出的热量为：Q2=X=X106KJ物料带出聚合釜的热量以一批物料0c为基准，物料流出的温度为60C,则物料升温所需要的热量为：Q=(X+X+X+X+X)x(60-0)=X107KJ反应过程需要加入的热量根据热量衡算进入系统的热量=出系统的热量，则反应过程所需加入的热量为(设热损失为10%)：?Q=(Q+Q-Qi)/(1-10%)=(x107+xx107)/90%=x107kJ加热水的用量：根据式：Q=mCpAT得m=Q/CPAT热水进口温度为99C,出口温度为60Co水CP=m=xi07/x39=

25、x105kg冷却水的用量：根据式：Q=mCpAT得m=Q/CPAT冷却水进口温度为29C,出口温度为26C。水CP=m=xi06/x3=x105kg表4-3整套装置的热量衡算表：传入热量传出热量(X105KJ)(x105KJ)物料带入聚合釜155的热量Q1聚合反应放出的热量Q2物料带出的热量Q3反应过程需要加入的热量Q4损失热量Q5加热水用量冷却水用量4342.02kg1.69kg传热面积最高热负荷QmaxQmax=330GR/t57c时Ti/2(EHP)=2hQmax=330乂1000 xx=平均温差t查表得热负荷分布指数R=t=(47-17)/In(47/17)=30总传热面积FF=Q/K

26、At=X1000/(200X30)=表4-4热量衡算汇总表物料带入热量Qi/(KJ/h)x105聚合热Q27J(KJ/h)x106搅拌热H/(KJ/h)586800物料升温吸热Q/(KJ/h)乂105物料带出热Q/(KJ/h)x105釜表面散热Q5/(KJ/h)X106冷却水带走热Q6/(KJ/h)X106循环水用量W/(KJ/h)x104第5章设备工艺设计聚合釜的设计生产周期或生产批数2Pd-1根据年产量确定每批进料量W=250556.5725kg/P选择反应器装料系数（|）=VJVT7（d取）YR反应液体积，吊VT反应器实际体积，吊计算反应器体积氯乙烯密度12pi=x103kg/m过氧化二

27、碳酸二异丙酯密度12p2=x103kg/m3聚乙烯醇密度12p3=x103kg/m3水密度12p4=x103kg/m算得pm=x103kg/m3%=W/pn=x103=266.748VT=313.821m3Vn=VT/HT3VTi=10=31.38m取聚合釜VN=32m3取D=2650mm则直边高H=5000mm每一米圆筒容积V=32/5=6.4m3釜体实际高度H=H+2XD/4=5+2X4=6.4m聚合釜壁厚的计算由公式15S=不得:式中：Pc一计算压力，取Pc=;D=2650mm巾二；设计温度为150cpm反应液混合密度,kg-m-3查8得16Mn碓150c的口t=170MPaS=x2650/(2X170X)=9.58mm取腐蚀余量C2=1.1mm,钢板厚度负偏差C=0.8mm,贝USn=S+G+C2=+=11.48mm圆整后取Sn=12mm复验Snx6%=12x=0.72mm0.7mm,故最后取G=0.7mm该聚合釜体可用12mm拿白116MnR钢板制造。因为内压要比外压大，所以按强度计算内筒的壁厚一定能满足外压稳定的要求。因此，本设计中未做外压的设计。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400