年产10万吨聚氯乙烯生产工艺设计毕业设计

材料科学与工程学院毕业设计方案聚氯乙烯(PVC)是一种热塑性合成树脂，有优良的电绝缘主要用于生产透明薄膜、塑料管件、各类板材等。其再加工产品在全球不同领根据设计任务书，本设计进行了年产10万吨聚氯乙烯(PVC)工艺的设计。在查阅、参考大量文献以及对以往部分车间设计的研究学习下，进行了科学的本设计计划采用悬浮聚合法生产聚氯乙烯，原料为氯乙烯单体以及混合用有机过氧化物和偶氮类引发剂、明胶分散剂和去离子水。结合所选择的生产工艺方案和产品生产实际情况，进行了有关物料和热量平衡的计算。安排每日三班次，每班8小时的生产强度，设计可达到日产303吨年产达10万吨的聚氯乙本设计也充分考虑到工作人员的工作环境以及工作安全性，尽可能将车间规划为安全的，绿色的，在工作人员遵守车间操作规程的情况下，工作更加安本设计由许春华副教授指导，在反应确定、生产流程安排等整个设计过程目录 2 21.1.1聚氯乙烯(PVC)概述与应用范围 21.1.2聚氯乙烯(PVC)改性品种 21.1.3聚氯乙烯(PVC)生产行业现状及发展前景 21.2聚氯乙烯(PVC)产品的分类和命名 21.2.1聚氯乙稀(PVC)产品分类 21.2.2聚氯乙稀(PVC)产品命名 21.3聚氯乙烯(PVC)生产方法I 2 21.3.2乳液聚合法 21.3.3本体聚合法 21.3.4溶液聚合法 21.4设计规模原料选择与产品规格 21.4.1设计规模 21.4.2主要原料规格及技术指标 2 2 22.1工艺原理 22.2工艺条件影响因素 22.2.1聚氯乙烯(PVC)聚合主要影响因素 2 22.3.1工艺路线选择原则 22.3.2悬浮法聚氯乙烯(PVC)工艺流程具体工艺路线 22.3.3工艺流程示意图 22.4工艺配方与工艺参数 22.4.1工艺配方(质量份): 2 22.5物料衡算 22.5.2物料衡算的方法与步骤 22.5.3物料衡算 22.6热量衡算 22.6.1热量衡算的意义和作用 22.6.2热量衡算 2 23.1选型原则 23.2关键设备选择与计算 23.2.2传热元件计算 2 23.3关键设备选用 23.4其它设备选择 23.5关键设备一览表 2 24.1车间设备布置原则 24.2车间设备平面布置原则 24.3车间设备立面布置原则 24.4车间操作人员安排 24.5车间平面布局图 2 25.1环境保护 25.2公用工程 25.2.1供水 25.2.2供电 25.2.3供暖 25.2.4通风 2 2 2是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均(OVC)聚物和氯乙烯(PVC)共聚物统称为氯乙烯树脂。聚氯乙烯(PVC)为无定形结构的白色粉末，支化度较小。工业生产的聚氯乙烯(PVC)分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加；聚氯乙烯(PVC)无固定熔点，80～85℃时开始软化，130℃时转变为粘弹态，160～180℃时则开始转变为粘流态。聚氯乙烯(PVC)有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度5~10kJ/m2,有优异的介电性能但对光和热的稳定性差，在100℃以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢并进一步自动催化分解，引起变色其物理机械性能也迅聚氯乙烯(PVC)非常坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低。聚氯乙烯(PVC)溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮一苯混合另外，聚氯乙烯(PVC)具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并具有较好聚氯乙烯(PVC)可通过模压成型、层合成型、注塑成型、挤塑成型、压延成型、吹塑中空成型等方法进行加工，所以聚氯乙烯(PVC)制品广泛用工业、农业、建筑业、电子电气、交通运输、电力、电讯通信业、包装业等各个领域。聚氯乙烯(PVC)的硬质制品甚至可代替金属制成各种工业行材，如门窗、管道、阀门绝缘板和防腐材料等，也可用做收音机、电话、电视机、蓄电池等外壳或家具、玩具等。聚氯乙烯(PVC)轻质品则可制成薄膜，加工制作雨披、桌布、包装材料、农膜等，其再加工产品可以制成人造革、电线、电缆聚氯乙烯(PVC)性脆，热稳定性差，不易加工。为了改善其性能，增加品种，可进行改性，改性的品种有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯(1)氯乙烯共聚物氯乙烯可以和乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯、偏二氯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯类等单体共聚，共聚物的产量占聚氯乙烯总产量的25%以下。(A)氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物采用悬浮共聚法，一般生产醋酸乙烯酯含量3%～5%和13%～15%的两个(B)氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物美国陶氏化学公司在30年代就研制成功了偏二氯乙烯含量在50%以上的氯用这种共聚物制得的薄膜无毒、透明，具有极低的透气性与透湿性，是极好的食品包装材料。这种共聚物也是一种优良的防腐蚀材料。由其制造的纤维称偏(C)丙烯-氯乙烯或乙烯一氯乙烯共聚物丙烯含量约10%的共聚物，用于吹塑成型和注射成型等。与氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相比，加工温度较低、且与热分解温度间隔大，熔体流动性好，无毒，透明。乙烯-氯乙烯共聚物，也是用悬浮法在75℃和压力1.2～96MPa下共聚而成，乙烯含量为4%～43%,具有高耐冲击性，高透明度和优良的加工性能，(D)氯乙烯接枝共聚物以乙烯一醋酸乙烯酯树脂为基材的氯乙烯接枝共聚物性、耐气候性和耐热性，适于作室外用建筑材料。用聚丙烯酸酯与氯乙烯的接(2)聚氯乙烯共混物好方法。用机械共混法使PVC与乙烯-醋酸乙烯酯树脂共混，能起到长效的增塑作用，改善冲击强度、耐寒性及加工性。聚氯乙烯与丁腈橡胶，氯化聚乙烯或ABS树脂共混，也可以显著改善韧性，耐寒性和加工性。与甲基丙烯酸甲酯一丁二烯一苯乙烯共聚物(见聚苯乙烯)的共混物，不仅冲击强度高，而且可以得到透明制品。聚氯乙烯共混物的研究与生产，品种不断增加，使用范围(3)氯化聚氯乙烯俗称过氯乙烯，简称CPVC,含氯量61～68%,氢原子没有全部被氯取代。白氯乙烷，耐热性比聚氯乙烯高20～40℃,耐寒性比聚氯乙烯约低25℃,不易燃水管使用。氯化聚氯乙烯的溶液有良好的粘合性、成膜性和成纤性，可用于胶粘剂、清漆和纺丝。胶粘剂主要用于粘接聚氯乙烯(PVC)板及其制品。清漆的漆膜能耐腐蚀、柔软、耐磨且剥离强度高，用它纺成的丝称过氯纶，对酸、(A)溶液氯化法将聚氯乙烯溶于氯苯或四氯乙烷，在衬铝或搪瓷的反应釜中，于光或自由基引发下，搅拌并通入氯气，在70℃下氯化，氯化过的氯化聚氯乙烯溶液经水将聚氯乙烯(PVC)悬浮于含二氯甲烷膨润剂的水或稀盐酸溶液中，在加压釜内通入氯气，于60℃下氯化，产物用乙醇沉淀出来。此法氯化时间短，但操作不易掌握，设备要求高，工业上较少采用。加工可分为各组分的混合、塑高速搅拌混合机均匀混合，再经挤出机塑化、切粒，即得到塑化好的粒料。这种粒料可以贮存待用或出售。粒料经挤出、吹塑、压延或注射成型加工为各种制品，也可以直接用混好的粉料(也称干混料)进行硬制品的加工。聚氯乙烯(PVC)广泛应用于工业、农业、建筑业、交通运输业、电力电讯、包装业等各个领域。2010年我国聚氯乙烯(PVC)生产能力约为1200万吨，产量为1100万吨，净进口量达近200万吨，消费年增长率在10.5%左右。随着节水灌溉政策、建筑用化学建材、包装业、电子电气业、汽车业等下游行业对聚氯乙烯(PVC)的需求急速增长，未来几年我国对聚氯乙烯(PVC)(PVC)的需求依然会保持较高的增长速度。2011年全球PVC消费量约为3500万吨，预计到2015年我国聚氯乙烯(PVC)树脂的需求量将达到近1500万吨，2020年将达到2160万吨。根据生产方法的不同，PVC可分为：通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交联PVC树脂。通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的；高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂；交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂。根据氯乙烯单体的获得方法来区分，可分为电石法、乙烯法和进口(EDC、VCM)单体法(习惯上把乙烯法和进口单体法统称为乙烯法)。根据聚合方法，聚氯乙烯可分为四大类：悬浮法聚氯乙烯，乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。悬浮法聚氯乙烯是日前产量最大的一个品种，约占PVC总产量的80%左右。四种聚氯乙烯的基本特性见表生产方法特性悬浮聚合法乳液聚合法本体聚合法不含金属离子，有良好的电绝缘性及热稳定性颗粒较细，含杂质较多，电绝缘性及热稳定性不及悬浮法含杂质极少纯度高。热稳定性和电绝缘性优于悬浮法含杂质极少纯度高，成本高，价格高。聚合物的分子量不高悬浮法聚氯乙烯按绝对黏度分六个型号：XS-1、XS-2……XS-6;XJ-型；国产悬浮法聚氯乙烯的特性请见表1.2.2。[4]产品型号绝对黏度平均聚合度聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n一般在500--20000范围内，其分子结构式如下：聚氯乙烯(PVC)按聚合方法分四大类：悬浮法聚氯乙烯(PVC),乳液法聚氯乙烯(PVC)、本体法聚氯乙烯(PVC)、溶液法聚氯乙烯(PVC)。本设计计划采用悬浮法生产聚乙烯。悬浮法(主要是水相悬浮法)生产的氯化聚氯乙烯(PVC)为非均质产品，溶解度相对于溶液法产品低，但热稳定性高，主要用于制造管材、管件、板材等14。使单体呈微滴状悬浮分散于水相中，选用的油溶性引发剂则溶于单体中，聚合反应就在这些微滴中进行，聚合反应热及时被水吸收，为了保证这些微滴在水中呈珠状分散，需要加入悬浮稳定剂，如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素等。引发剂多采用有机过氧化物和偶氮化合物，如过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈等。聚合是在带有搅拌器的聚合釜中进行的。聚合后，物料流入单体回收罐或汽提塔内回收单体。然后流入混合釜，水洗再离心脱水、干燥即得树脂成品。氯乙烯单体应尽可能从树脂中抽除。聚合时为保证获得规定的分子量和分子量分布范围的树脂并防止爆聚，必须控制好聚合过程的温度和压力。树脂的粒度和粒度分布则由搅拌速度和悬浮稳定剂的选择与用量控制。树脂的质量以粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表观密度、孔隙度、鱼眼、热稳定性、色泽、杂质含量及粉末自由流动性等性能来表征。聚合反应釜是主要或内冷排管、回流冷凝器等。为了降低生产成本，反应釜的容积已由几立方米、十几立方米逐渐向大型化发展，最大已达到200m。聚合釜经多次使用后要除垢。以聚乙烯醇和纤维素醚类等为悬浮稳定剂制得的聚氯乙烯(PVC)一般较疏松，最早的工业生产聚氯乙烯(PVC)的一种方法。在乳液聚合中，除水和氯乙烯单体外，还要加入烷基磺酸钠等表面活性剂作乳化剂，使单体分散于水相烷基硫醇作调节剂，碳酸氢钠作缓冲剂的。聚合方法有间歇法、半连续法和连聚合度较均匀，适用于作聚氯乙烯糊，制人造革或浸渍制品。乳液法聚合的配聚合装置比较特殊，主要由立式预聚合釜和带框式搅拌器的卧式聚合釜构成。聚合分两段进行，单体和引发剂先在预聚合釜中预聚1h,生成种子粒子，这时转化率达8%～10%,然后流入第二段聚合釜中，补加与预聚物等量的单体，继续聚合。待转化率达85%～90%,排出残余单体，再经粉碎、过筛即得成品。树脂的粒径与粒形由搅拌速度控制，反应热由单体回流冷凝带出。此法生产过溶液聚合法与乳液聚合法基本类似，在溶液聚合中，单体溶解在一种有机溶剂(如n-丁烷或环己烷)中引发聚合，随着反应的进行聚合物沉淀下来。溶液聚合反应专门用于生产特种氯乙烯与醋酸乙烯共聚物(通产醋酸乙烯含量在10-25%)。这种溶液聚合反应生产的共聚物纯净、均匀，具有独特的溶解性和在本设计中，采用传统悬浮聚合法生产聚氯乙烯。1.4设计规模原料选择与产品规格本设计规模为年产10万吨聚氯乙烯(PVC),年实际工作日为330天，日生产能力为303吨。1.4.2主要原料规格及技术指标用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99%以上，其他杂质的含量见下表。序号名称含量%1乙烯2丙烯3乙炔4丁二烯506二氧化合物7水80去离子水规格见下表。序号数值4硬度0表1-5产品规格序号纯度单体含量其它杂质备注精聚氯乙烯(PVC)优级品精聚氯乙烯(PVC)一等品精聚氯乙烯(PVC)合格品原料名称购买途径氯乙烯丙烯乙炔丁二烯去离子水杭州力科化工有限公司杭州力科化工有限公司上海佳杰特种气体吉益化工吉益化工上海沈氏环保科技有限公司爱康尼克公司2工艺设计与计算2.1工艺原理氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。聚合时所采用的引发剂为油溶性的偶氮类、有机过氧化物类和氧化还原引发体系。其反应迅速并且同时会放出大量的反应热。链增长的方工为头尾相连。聚合反应过程存在着很大程度的增长链向单体的转移，是影响产物相对分子质量的主要因素，这种链转移会随温度的升高而加快。聚氯乙烯(PVC)由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n一般在500--20000范围内，其分子结构式如下：氯乙烯的悬浮聚合是生产聚氯乙烯(PVC)的主要方法，这种方法具有操作简单，生产成本低，产品质量好，经济效益好，用途广泛等特点，比较适于大规模的工业生产。在树脂质量上，用悬浮聚合生产的聚氯乙烯(PVC)树脂的孔隙率提高了300%以上，经过适当处理后树脂中单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到0.0005%以下。另外，由于清釜技术和残留单体回收技术的发展，减少了开釜次数，进而减少了氯乙烯单体的释放量；采用烧结，冷凝或吸收方法汽提品和处理废气，从而进一步减少了氯乙烯单体的消耗。2.2工艺条件影响因素2.2.1聚氯乙烯(PVC)聚合主要影响因素(1)单体纯度用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度应在99.9%以上。所以生产原料对聚氯乙烯(PVC)质量很重要。氯乙烯中杂质的含量应尽可能低一些，其中脱盐水PH值最好近乎中性，在6.5至7.5之间，导率应小于2um/cm。乙炔参与聚合后，会形成不饱和键使产物热稳定性变坏，由于不饱和多氯化物存在，不但会降低聚合速率、降低产物聚合度还易产生支链，从而使产品性能变坏。反应中引发剂多采用有机过氧化物和偶氮类引发剂，其中有机过氧化物指的是过氧化二碳酸酯、过氧化酯类。它们既可以单独使用，也可以两种或两种以上引发活性不同的引发剂复合使用，引发剂复合使用的效果比单独使用更好，可另反应速度更均匀，操作更加稳定，产品质量好，同时加强了反映的安全性。引发剂的用量可以采用下式进行估算后，再通过少量实验进行微量调整，I(%)=N,M×10+/[1-exp(I:工业上引发剂用量(质量分数),%;工业生产中聚合的时间一般控制在5～10h,应用选择ty₂为2～3h的引发剂。如果采用复合型引发剂，最好是一种引发剂的ti₂为4～6h。工业常用分散剂主要有明胶、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和苯乙烯-顺丁烯二酸酐等。工业上常以纤维素类(如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素等)和醇解度75%～90%的聚乙烯醇作为主分散剂，以非离子山梨糖醇(如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等)作为辅助分散剂，也可两者进行复合使用。氯乙烯的悬浮聚合应使用去离子水，其规格要求如(表-去离子的规格)所示。尤其水中的氯离子、铁和氧等的含量应严格控制，其中氯离子若超过一定含量会造成树脂颗粒形成不均；水中的铁会降低树脂的热稳定性，并可能组织其水的用量与树脂的内部结构有关，紧密型树脂(以吸胶为分散剂)单体与水的质量比为1:1.1～1:1.3;疏松型树脂(以聚乙烯醇为分散剂)单体与水的质量比为1:1～1:2.0。由于氧对聚合有缓聚和阻聚作用，在单体自由基存在下，氧能与单体作用和产品的稳定性，因此从聚合角度以及安全角度考虑，应将各种原料中的氧和氯乙烯悬浮聚合时pH值应控制在7～8,即在偏碱性的条件下进行聚合。这样可确保引发剂有良好的分解速率，;另分散剂更稳定，防止因产物裂解产生HCL从而造成悬浮液的不稳定，进而造成黏釜、清釜和传热困难，最终影响产品质量。因此需要加入水溶性碳酸盐、磷酸盐、醋酸钠等物质作为缓冲来调节在氯乙烯的悬浮聚合中，存在黏釜现象，不终产品的质量，而且人工清釜劳动强度大，会影响到工人健康，所以应采用一定措施防止黏釜现象的产生。在此采用加入防黏釜剂的形式解决上述问题。常用的防黏釜剂是可以在水相中加入水相阻聚剂如次甲基蓝、硫化钠等；或在釜民壁、搅拌器等设备上均匀喷涂一定量的水浴黑、亚硝基P盐或多元酚的缩合物等。若依然发现有黏釜现象，可采用高压(14.7～39.2Mpa)水冲洗法清洗。(C)泡沫抑制(消泡剂)消泡剂在此选用邻苯二甲酸二丁酯或(未)饱和的C₆~C₂o羧酸日油酯。(A)聚合温度氯乙烯悬浮聚合的温度高低决定了聚合产物相对分子质量的大小，因此必(B)聚合压力在反应温度下，氯乙烯有一定的蒸汽压力，只有在聚合末期，大最单体聚工艺路线的选择即生产方法的选择。许多轻化工产品生产的一个特点就是生产方法的多样化。所以应对不同的工艺路线逐个进行分析研究，通过比较分析找出一条符合实际的最优工艺路线，确定后即可进行工艺流程的设计。工艺在此本设计计划采用乳液悬浮法在引发剂作用下发生加成反应制取聚氯乙(1)聚合依次将分散剂、引发剂及其他助剂溶液加入聚合釜，再在聚合釜夹套内通入蒸汽和热水，当聚合釜内温度升高至聚合所需温度(50～58℃)后，改为通冷却水，控制聚合温度不超过反应温度的正负0.5℃。而当转化率达60～70%,会有自加速现象发生，此时反应加快，剧烈放热，此时应大量通入冷却水，待釜 (PVC)粒的疏松程度与泄压膨胀的压力有关，因此要根据不同要求控制泄压少量未聚合的氯乙烯单体则通过泡沫捕集器排入氯乙烯气柜，再次循环使用。而氯乙烯气体中带出的少量树脂在可在泡沫捕集器中捕集下来，流至沉降池作为次品处理。(2)碱处理将聚合物悬浮溶液送至碱处理釜，使用浓度为36%～42%的NaOH溶液进(3)树脂的干燥方法聚氯乙烯(PVC)树脂的干燥方法采用二段干燥法，即结合使用气流干燥管与沸腾床干燥器，其中气流干燥管用来脱除树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器用来脱除树脂内部结合水。由于物料再次停留时间很长，存在投资较大、热效率较差、费用较高等缺点，国内外工业生产往往会进行较大的改进，例如赫司特公司就采用MST旋风干燥器，其具有停留时间适用、热效率利用高等特(4)脱水与成品产物先在卧式刮刀自动离心机或螺旋沉降式离心机中进行过滤，再使用70～80℃热水洗涤两次。经脱水后的树脂含有一定量的水，此时再经螺旋输送器送入气流干燥管，以140～150℃热风进行第一段干燥，出口树脂的含水量将小于4%;再通入沸腾床干燥器中以120℃热风进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯(PVC)树脂。再经筛分、包装后入库。2.3.3工艺流程示意图离心分离槽离心分离槽旋风干燥床气提塔旋振筛碱处理釜浆料排放槽聚合釜聚乙烯引发剂助剂2.4.1工艺配方(质量份):去离子水氯乙烯悬浮剂(聚乙烯醇)引发剂(过氧化二碳酸二异丙醇)EHP过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)缓冲剂(磷酸氢二钠)消泡剂(邻苯二甲酸二丁酯)(1)聚合聚合温度聚合压力聚合时间转化率(2)碱处理NaOH浓度加入量温度时间50～58℃(依PVC型号而定)初始0.687～0.981Mpa聚合浆液的0.05%～0.2%(3)脱水紧密型树脂含水率疏松型树脂含水率(4)干燥第一段气流干燥管干燥干燥温度风速物料停留时间含水率第二段沸腾床干燥干燥温度计物料停留时间含水率2.5物料衡算2.5.1物料衡算的意义与作用物料衡算在化工计算中是最基本，最重要的内容之一，是进行化工计算的基础。在化学工程中，为导出某一过程的基本造工艺流程及设备，了解与控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益等都要进行物料的衡算。物料衡算广泛应用于生平衡计算，从而得到在正常生产情况下各种物料数量。通过物料衡算，在已知此外通过物料衡算不仅可算出原材料消耗数额，计算出生产过程所产生的热量变化，同时也为设备选型提供了依据，物料衡需根据计算任务画出物料流程图或物料衡算方框图。图应尽可能详尽，表明已流向，还有与计算有关的工艺条件(如温度，压力，流量，配比等)。在物料衡算中，有时会遇到较复杂的计算，围的方法，即衡算范围一经划定，便可假想成为一个独立体系，凡是通过边界就能方便的计算出单位时间的产品，中间产品以及三废产量的各股物料量。若,即由已知产品量反向计算算出其他各物料的量。倘若年产量在数值上太大，不方便进行计算，则可先假设按100千克或100摩尔原料出发进行计算，计算出产品产量后，与实际产量进行比较，求出相差的系、倍数，以此系、倍数乘以原假设量，即可得到各股物料的实际量。在此设计中，直接采用顺算法进行列表以描述和识别所有进入体系和离开体系的物料量。再表中列出已知量(1)聚合釜物料衡算悬浮剂(聚乙烯醇)引发剂(过氧化二碳酸二异丙醇)缓冲剂(磷酸氢二钠)消泡剂(邻苯二甲酸二丁酯)名称质量(千克/小时)2.17×10³千克/小时1.36×103千克/小时0.48千克/小时悬浮剂1.05千克/小时缓冲剂2.25千克/小时消泡剂0.05千克/小时名称质量(千克/小时)1.96×10³千克/小时聚氯乙烯(PVC):1.28×10³千克/小时25千克/小时0.005千克/小时悬浮剂1.05千克/小时缓冲剂2.25千克/小时消泡剂0.05千克/小时(2)碱中和釜物料衡算NaOH溶液浓度：NaOH溶液：聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯(PVC):转化率为20千克/小时名称质量(千克/小时)NaOH溶液32千克/小时溶剂水20千克/小时聚氯乙烯(PVC)1.28×10³千克/小时杂质0.02千克/小时聚合聚合釜精细化工生产一般应在规定的压力、温度和时间等工艺条件下进行，生产过程中包括化学和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。生产中一般无轴功或轴功相对较小，可以忽略不计，所以能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中所产生的化学热效应与物理变化热效应会使物料温度上升或下降，为保证生产过程在一定温度条件下进行则需要环境与生产系统有热量交换，对于新车间设计，热量衡算是基于物料衡算进行的，通过热量衡算，可从而确定传热剂消耗量，选择恰当的传热方式，计算传热面积。通过结合热量Q加热剂(或冷却剂)传给设备和物料的热量Q₆——热损失总热损失(Qs+Q₆)为反应热的10%水氯乙烯水水碱中和釜碱中和釜Cp₁=4.2×(100/146.3)+2.3×(46.3/146.3)=2.71利用Q₁+Q₂+Q₃=Q₄+Qs+Q₆(Q₂符号为负)可求得：水水Cp₁=2.7×(124.4/146.3)+2.9×(15/146.符号为负)可求得：(3)旋风干燥床热量衡算聚乙烯聚乙烯易挥发杂质水杂质旋风干燥床Cp₁=2.7×(131.7/146.3)+2.9×(10/146.3)+利用Q₁+Q₂+Q₃=Q₄+Qs+Q₆(Q₂符号为负)可求得：3.1选型原则设备的选择应首先考虑到工艺上的要求，争取做到技术先进，合理经济，即选用的设备能适应相关生产规模，并在此同时获得最大的产率，而且能适应不同产品的品种变化，并且确保相应产品的生产质量。另外整个工艺设备的设计选择也应尽量考虑到实际生产的劳动强度，在提高生产率的同时尽可能的降低原材料及相应公用工程(水，电，气)的单位消耗。[9另外，在工业生产中不允许使用不成熟或未经实际生产考核过的设备。所以在设计中所计划选用的设备不但要求具有可靠的技术性能，也必须考虑到设备材质的可靠性，这一点同时应用于国内国外不同厂商所生产的各类设备，特别对生产中的关键设备，一定要经过充分的调查、研究与对比之后，再作出恰当的选则。3.2关键设备选择与计算对于连续反应釜：φ:装料系数。(1)聚合釜的主要参数在此设计中，悬浮聚合氯乙烯将采用釜式聚合反应器，期中聚合釜的材质可选用复合钢板、全不锈钢或搪瓷。现代化工产业中聚合釜的选用趋势是大型化，国内普遍采用33m³复合钢板制聚合釜，而国外则采用的容积更大的聚合釜，普遍可达到近127m³容积的聚合釜。(2)聚合釜的传热反应釜的生产能力很大程度上依赖于其聚合的传热能力，其中聚合釜的传热能力可以用下式表示：式中：有以下三种途径可以提高传热能力：增大传热面积，提高传热系数以及增大传热温度差。(A)传热面积影响聚合釜传热面积的因素有聚合釜的高径与容积。其中，高径比等于L/D,则若其高径比越大(瘦长型),则反应釜的传热面高径比的大小不仅影响釜的传热而积，还影响搅拌器的安装。按日本日立公司的意见为：当釜的容积小于30m²时，传热面积成为主要阻碍，因此L/D应大于1,而当釜的容积大于200m²时，搅拌器将成为主要阻碍，因此L/D应小于4,综上所述，一般L/D应控制在1.5～4左右。聚合釜的传热面积大小随聚合釜容积的增加而减小。一般用单位体积的传热面积，即比传热面积用A/V(m²/m³)表示。如当L/D=1.2时，存在A=4.77V⁰.65关系，此时若将容积为14m³的聚合釜放大至容积为50m³·则比传热面积将下降到之前的37%。因此，若聚合釜的容积增大但传热面积不足时，可采用釜内加冷管、D型挡板或釜顶冷凝器等手段来增加传热面积。如国内80m³聚合釜内便安装有4组内冷管以及釜顶冷凝器，德国某200m³聚合釜未设置釜内冷管但是加入了少量挡板和釜顶冷凝器以增大其传热面积，但需注意的是，设置釜内冷管后将对搅拌和黏釜情况产生一定影响，因此应在传热面积足够的情况下尽量少的设置内(B)传热系数传热性能好的聚合釜传热系数一般可达到465～582W/(m²·K),甚至超过689W/(m²·K),搪瓷釜也可以达到349W/(m²·K)以上的传热系数。而当传热系数小于233W/(m²·K)时，则认为传热较差，应予以加强。影响传热系数的因素如下式所示：a₁为釜壁黏釜物层、不锈钢层、碳钢层、搪瓷a:为釜壁黏釜物层、不锈钢层、碳钢层、搪瓷层、水582～5820W/(m²·K)之间，主要由冷却水流动状况决定，传热性能良好的聚(一)聚合釜中物料情况。表3-1聚合釜中物料情况物料流量密度去离子水2.17×103千克/小时1.0×10千克/立方米氯乙烯1.36×10³千克/小时0.972×10³千克/立方米引发剂0.43千克/小时1.328×103千克/立方米悬浮剂1.05千克/小时1.110×10³千克/立方米缓冲剂2.25千克/小时1.328×10³千克/立方米消泡剂0.05千克/小时1.120×103千克/立方米=(4.35×10³/1.0×10³+2.72×10³/(二)碱中和釜中物料情况。表3-2碱中和釜中物料情况物料流量密度聚氯乙烯1.28×103千克/小时0.93×103千克/立方米水碱水杂质51.7千克/小时23.8千克/小时1.5千克/小时0.7972×103千克/立方米0.6876×10³千克/立方米2.12×10²千克/立方米设釜内径为Do,筒高为H,高径比r=1Do=1100mm,则封头直边高度ho=25mm,曲边高度h₁=275mm,容积取Do=1300mm,则封头直边高度ho=25mm,曲边高度h₁=325(4)釜壁厚计算参考《化工设备设计基础》,在此选用钢号0Cr18Ni9钢板，其标准为标准GB4237,再由《钢板许用应力》得：厚度δ(A)对于聚合釜其壳体在加工成形后(不包括腐蚀裕量)的最批小壁厚可由以下条件来确1、碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm2、高合金钢制容器不小于2mm因此δ=2mm参考《化工设备设计基础》钢板副偏差表3-13得：壁厚附加量因此其实际壁厚δ=δ+C=2+4=6mm(B)对于碱中和釜其壳体在加工成形后(不包括腐蚀裕量)的最小壁厚可由以下条件来确定：1、素钢和低合金钢制容器不小于3mm2、高合金钢制容器不小于2mm所以δ=2mm参考《化工设备设计基础》钢板副偏差表3-13得：壁厚附加量取C=4mm实际壁厚δ=δ+C=2+4=6mm(C)对于旋风干燥釜其壳体在加工成形后(不包括腐蚀裕量)的最小壁厚可由以下条件来确定：1、素钢和低合金钢制容器不小于3mm2、高合金钢制容器不小于2mm因此δ=2mm参考《化工设备设计基础》钢板副偏差表3-13得：壁厚附加量聚合釜，碱中和釜，旋风干燥釜三种釜器装置参考图为图3-1图3-2和图(1)换热面积的计算(A)聚合釜冷却剂减少的热量(B)碱中和釜碱中过程中减少的热量为：(C)旋风干燥釜旋风干燥过程中减少的热量为：(1)夹套高度V--罐体容积；10η--装料系数；Di--筒体内径；参考《化工设备机械基础》得：壳体直径在800mm~1800mm时，夹套直径取3.2.3搅拌器的选择(1)搅拌器的选择聚氯乙烯(PVC)原料及产品均为低黏度流体，所以可采用推进式搅拌器。D一叶轮外径mm(2)叶轮叶片螺距的确定(3)搅拌功率的计算p——液体的密度Kg/m³n——搅拌器的转速r/sD搅拌器的直径mμ液体的黏度Pa·SK功率准数校正总系数P₀——搅拌功率准数(4)搅拌轴直径的计算A——许用剪应力[t]变化的系数Ps轴上传递的功率kwn——轴转速r/sd轴最小直径(A)聚合釜搅拌器的选择(一)聚合釜搅拌器的选择(二)叶轮叶片螺距的确定(三)搅拌功率的计算 K——功率准数校正总系数P搅拌功率准数搅拌器的搅拌功率为(四)搅拌轴直径的计算(二)叶轮叶片螺距的确定(三)搅拌功率的计算搅拌器的搅拌功率为(四)搅拌轴直径的计算(C)深冷釜搅拌器的选择(一)深冷釜搅拌器的选择(二)叶轮叶片螺距的确定(三)搅拌功率的计算p——868Kg/m³K功率准数校正总系数(四)搅拌轴直径的计算(D)搅拌器样式选择搅拌器可根据实际情况选择不同样式，搅拌器样式例见图3-4。斜叶整体浆式在此，基于本反应中，反应釜内液体在反应时对搅拌仅有均匀搅拌的基本根据前节计算可知，反应釜与碱中和釜分别高度要求为0.95米与1.08米，体积分别为3.6立方米与4.15立方米，要求实际壁厚均为6毫米，反应釜中进设备名称生产厂家选用数量反应釜无锡市江南反应锅厂碱中和釜无锡市江南反应锅厂旋风干燥釜常州市邦华干燥设备有限公司表3-4反应釜、碱中和釜具体参数参数单位公称容量L实际容量L电热功率夹套容量L减速器型号反应釜碱中和釜参数单位内锅尺寸外锅尺寸电机功率搅拌速度反应釜碱中和釜表3-5旋风干燥釜具体参数参数型号水分蒸发量总功率收尘率占地面积高度单位%M旋风干燥釜流泵、塔底泵、循环泵、产品泵等不同泵种，其中石油化工泵的选择应满足其工艺所需的流量、扬程、压力、温度、气蚀余量等工艺参数指标，满足介质特1、综合考虑泵的流量。应按设计要求选择可以满足流量的泵种，并确保其与其他设备之间协调平衡，另外在确定泵的流量时也必须合考虑到其装置的富2、合理确定泵的扬程。在选族泵种时，泵的扬程应留有适当的余量，以应3、合理选择泵型。应综合考虑各设备之间的空间位置、管道形状以及所需设计选用泵类型与数量以及详细参数见表3-6,表3-7,表3-8。表3-6泵种类选择泵种功能生产厂家数量上海中成泵业制造有限公司离心泵输送物料总计4台表3-7计量泵型号与详细参数参数单位泵种类型型号流量压力直径计量泵转速通径行程电机功率整机重量表3-8离心泵型号与详细参数参数单位泵种类型型号流量扬程M转速离心泵功率吸入口直径吐出口直径表3-9关键设备一览表设备种类设备数量生产厂家设备型号反应釜无锡市江南反应锅厂碱中和釜无锡市江南反应锅厂旋风干燥釜常州市邦华干燥设备有限公司计量泵2台上海中成泵业有限公司离心泵2台上海莲盛泵业有限公司LHPU25/3A总计釜类设备泵类设备3台4台4车间布置设计根据地形、通风等条件进行合理的设备规划布局，有效的利用车间厂房的控制室和配电室应设置在生产区域的中心位置方便及时调度与处理紧急情应充分考虑车间整体与其他部门的相应位置做到安排紧凑、联系方便、尽含有毒性、腐蚀性介质的设备应尽可能集中安置并划以安全范围，保证工应设有安全通道以便事故或危险发生时工人能及时撤离危险区域，安全通车间平面布置应满足全厂总平面布置要求，应尽可能使每个车间的平面布置在总体上达到紧凑、整齐、协调。其次，车间平最大限度的满足工业生产以及设备维修的要求，即应符合生产流程、满足生产需要、便于工作管理、便于无聊运输、便于设备的安装与维护。第三，应严格保证生产安全，要妥善解决火险、爆险，防毒、防腐等方面的问题，符合国家为今后生产发展、产品改革、技术改造留有一定厂房的立面形式有单层、多层以及单、多层相结合等不同形式。多层厂房具有占地面积少但造价高的缺点，而单层厂房则占地面积较多不过造价成本较低。具体采用单层或多层设置应根据工艺生产的需要来确定。例如制碱车间的碳化塔较高，且操作岗位需安排在塔中部以便观处理察塔内情况，如此则应建设多层厂房，若设备可露天安置，厂房内部仅只需要安置泵或风机，则可设计表4-1车间人员安排表工段人员安排班次安排聚合2人/班*3班/天碱中和2人/班*3班/天清洗排污5人/班*3班/天成品处理5人/班*3班/天总计共42人车间平面布局如图4-1:旋风干燥床旋风干燥床卫生间碱中和釜图4-1车间布局图在进行工艺流程设计的同时，注重环境保护运用最新科研