年产7万吨pvc的氯乙烯合成设计毕业设计论文

毕业设计题目年产8万吨PVC的氯乙烯合成工段设计专业学生姓名班级学号指导教师指导单位专业负责人日期毕业设计题目年产8万吨PVC的氯乙烯合成工段设计题目类型工程设计题目来源生产毕业设计（论文）内容与技术要求设计内容1PVC的概述PVC的名称、物理、化学性质；国内外生产前景及其作用；本设计的目的及其意义2操作指标方案设计3PVC的生产原理及工艺流程4物料衡算和热量衡算5工业三废的处理基本要求对所涉及的化工生产过程单元操作的原理工艺参数流程影响因素及控制手段有一定的掌握。尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大；不造成环境污染；同时符合了国家工业安全与卫生要求。毕业设计（论文）进度2016年10月31日选毕业设计题目2016年11月1日11月8日查阅相关内容与整理资料；完成任务书2016年11月8日11月16日完成开题报告2016年11月16日11月28日查阅书写综述2016年11月28日12月2日完成毕业设计初稿，请指导老师审阅2017年4月5日5月5日对初稿进行审查、绘制工艺流程图2017年5月5日6月5日修改设计、完成毕业设计、准备预答辩和正式答辩参考资料1严福英聚氯乙烯工艺北京化学工业出版社，19902潘祖仁等塑料工业手册北京化学工业出版社，20003寥丙邹物理化学北京化学工业出版社，20004陈鸣德化工计算北京化学工业出版社，19905陈美娟化工原理北京化学工业出版社，20016朱炳辰反应工程北京化学工业出版社，19817邓云祥聚氯乙烯生产原理北京科学出版社，19828林师沛聚氯乙烯塑料配方设计指南北京化学工业出版社，2002I摘要聚氯乙烯是一种极重要的有机化工原料，是有机化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着树脂下属产品的开发，特别是聚氯乙烯类的推广应用，聚氯乙烯的需求大幅度上升。为了满足经济发展对聚氯乙烯的需求，开展了此8万T/A的聚氯乙烯项目。设计的主要内容是进行工艺论证，物料衡算和热量衡算等。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用氯乙烯为原料，利用悬浮聚合法合成PVC；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。关键词氯乙烯；聚合；PVCIIABSTRACTPOLYVINYLCHLORIDEPVCISONEOFTHEMOSTIMPORTANTORGANICCHEMICALRAWMATERIALS,ANDITISTHEBASICPRODUCTOFORGANICCHEMISTRY,WHICHPLAYSAVERYIMPORTANTROLEINTHENATIONALECONOMYINRECENTYEARS,WITHTHEDEVELOPMENTOFRESINPRODUCTS,ESPECIALLYTHEPOPULARIZATIONANDAPPLICATIONOFPOLYVINYLCHLORIDE,POLYVINYLCHLORIDEDEMANDHASINCREASEDSIGNIFICANTLYINORDERTOMEETTHEDEMANDOFECONOMICDEVELOPMENTFORPVC,THIS80THOUSANDT/APVCPROJECTWASCARRIEDOUTTHEMAINCONTENTOFTHEDESIGNISTHEPROCESSDEMONSTRATION,MATERIALBALANCEANDHEATBALANCETHISDESIGNINLINEWITHNATIONALCONDITIONS,ADVANCEDTECHNOLOGYANDEASY,ECONOMY,ENVIRONMENTALPROTECTIONPRINCIPLE,THEVINYLCHLORIDEPOLYMERIZATIONMETHODFORTHESYNTHESISOFPVCBYSUSPENSIONINADDITIONTOSTRICTLYCONTROLTHEDISCHARGEOFTHREEWASTES,MAKEFULLUSEOFWASTEHEAT,REDUCINGENERGYCONSUMPTION,TOENSURETHESAFETYOFPERSONNELANDHEALTHKEYWORDSVINYLCHLORIDEPOLYMERIZATIONPOLYVINYLCHLORIDEIII目录摘要IABSTRACTII1概述111聚氯乙烯的性质112聚氯乙烯的发展史113聚氯乙烯的用途214聚氯乙烯合成原料215设计的目的和意义22工艺流程设计321聚氯乙烯合成路线的选择4211溶液聚合法4215悬浮聚合法4215电石法工艺技术简介522主要设备的设计和选型6221主要设备6222主要管道管径选型623合成氯乙烯的设计条件6231催化剂的选择6232对原料气的要求8233生产条件的选择924聚氯乙烯工艺条件影响因素10241单体纯度10IV242引发剂10243水质与水量10244系统中的氧11245其他助剂11246聚合温度与压力113工艺流程1231聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线1232工艺配方和工艺参数13321工艺配方13322工艺参数134工艺计算1541物料衡算15411聚合釜15412汽提塔18413离心机20414旋风干燥床21415包装2242热量衡算23421聚合釜的热量计算2343设备的计算及选型27431聚合釜27432混料槽29433汽提塔30434离心机30435泵、鼓风机、过滤器31（1）泵31V5工业三废的处理3451氯化汞触媒的产生中毒机理及处理34511氯化汞触媒的产生34512氯化汞中毒机理34513废HGCL2触媒的处理3452尾排氯乙烯外逸的产生中毒机理及处理34521尾排氯乙烯外逸的产生334522中毒机理35523对VC泄露的综合治理3553废水的处理35531废水排放要求35532废水的处理方法3554其他三废的处理36宁夏理工学院毕业设计11概述11聚氯乙烯的性质聚氯乙烯是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料，是含有少量结晶结构的聚合物。聚氯乙烯为无定形结构的白色粉末，支化度较小，相对密度14左右，玻璃化温度7790，170左右开始分解，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，物理机械性能也迅速下降，在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性1。12聚氯乙烯的发展史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VREGNAULT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。1872年包曼BAUMANN报导了氯乙烯的制备，并观察到在强烈阳光照射后，氯乙烯逐渐变成一种无定形的白色固体物。经历数十年直到1910年德国与美国研究了氯乙烯在紫外线和过氧化物存在下的聚合反应。1910年，OSTROMISLENSKY在进行氯乙烯研究时，也获得氯乙烯聚合物，称之为CAUPRENECHLORIDE。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。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。到上世纪末，聚氯乙烯树脂大约以3的速度增长。这首先是由于新技术不断采用，产品性能亦不断地得到改进，品种及牌号的增加，促进用途及市场的拓宽。其次是制造原料来源广、制造工艺简单。产品质量好。在耐燃性、透明性及耐化学药品性能方面均较其它塑料优异。又它是氯碱行业耗“氯”的大户，对氯碱平衡起着举足轻重的作用。从目前世界主要聚氯乙烯生宁夏理工学院毕业设计2产国来说一般耗用量占其总量的2030。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，使聚氯乙烯工业获得迅猛的发展。13聚氯乙烯的用途聚氯乙烯作为世界五大通用塑料之一，今年发展非常迅速，由于它综合性能优异，广泛应用于农业、工业、国防、人类日常生活等许多领域。聚氯乙烯树脂广泛地用于塑料加工行业，建材，轻工等行业。可用来加工成金属线包皮，薄片，板材，软管，管道配件，皮革，软质制品和玩具，也可用来加工成食品包装膜，包装盒，食品机药物装瓶，以及硬管，透明片，型木等。聚氯乙烯塑料在电子器件、交通运输、机械和人民生活等各方面，也均得到重用。14聚氯乙烯合成原料1835年法国人V勒尼奥用氢氧化钾在乙醇溶液中处理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世纪30年代，德国格里斯海姆电子公司基于氯化氢与乙炔加成，首先实现了氯乙烯的工业生产。初期，氯乙烯采用电石，乙炔与氯化氢催化加成的方法生产，简称乙炔法。以后，随着石油化工的发展，氯乙烯的合成迅速转向以乙烯为原料的工艺路线。1940年，美国联合碳化物公司开发了二氯乙烷法。为了平衡氯气的利用，日本吴羽化学工业公司又开发了将乙炔法和二氯乙烷法联合生产氯乙烯的联合法。1960年，美国陶氏化学公司开发了乙烯经氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，开发成以乙烯为原料生产氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速发展。乙炔法、混合烯炔法等其他方法由于能耗高而处于逐步被淘汰的地位。15设计的目的和意义当前高速发展的建筑行业的旺盛需求，也推动着中国聚氯乙烯产业的蓬勃发展。当今世界上，还没有一个地区或国家的聚氯乙烯产业，有像中国今天这样拥有一个广阔的应用市场和高速发展态势的局面展现于世人面前。原料和能源圆满解决之际，将是迎来巨头争霸之时。届时中国的聚氯乙烯无论是产量还是市场消费都会跃居世界第一位，中国的聚氯乙烯有着璀璨的前景。宁夏理工学院毕业设计3在这种形势下，国内有关企业除考虑采用先进技术对现有聚氯乙烯生产装置进行挖潜改造，扩大装置的生产规模，提高产量外，建议引进国外先进技术再新建几套生产规模在30万吨/年以上的大型聚氯乙烯生产装置，以从根本上缓解我国聚氯乙烯的供需矛盾，增强我国聚氯乙烯在国内外市场中的竞争力。同时加大聚氯乙烯在树脂领域的应用开发力度，拓展产品用途方面，以化解未来的市场风险，促进我国的聚氯乙烯行业健康稳步发展。2工艺流程设计首先采用电石法合成氯乙烯得到氯乙烯单体。向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，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50左右，压力088122MPA，当转化率达到70左右开始降压，在压力降至013048MPA时即可停止反应。聚合完毕抽出未反应单体，料浆进行汽提，回收氯乙烯单体。汽提后的料浆进行离心分离，使聚氯乙烯含水25，再进入干燥器干燥至含水0304，过筛后即得产品。宁夏理工学院毕业设计421聚氯乙烯合成路线的选择211溶液聚合法溶液聚合是在聚合釜中氯乙烯单体在醋酸丁酯、丙酮等各种溶剂中进行聚合。这种方法有溶剂回收和使用时氯乙烯单体污染问题，并且生产成本高，所以仅适用于特殊用途3。212本体聚合法本体聚合工艺不以水为介质，也不加入分散剂等各种助剂，而只加入氯乙烯和引发剂，因此可大大简化生产工艺。由于本体聚合过程中物料状态是由低粘液相逐渐变成粘稠而最终形成粉料，所以聚合就被分为“预聚合”和“后聚合”两个过程，预聚合是在一个有剧烈搅拌的立式反应釜中进行，反应热靠反应釜冷却水套及回流冷凝器传出。氯乙烯转化率达到712时即将物料送入后聚合釜继续反应，后聚合釜是本体聚合的关键设备，在此物料经历从液相低粘度到糊状再到粉末相的转化。聚合反应结束后，对未反应的氯乙烯进行回收。离开聚合釜的物料是干粉，通过气流送到聚氯乙烯贮斗中，经多层振动筛分后产品送至称量包装机中包装。213乳液聚合法乳液聚合是生产糊树脂的方法，通常采用水溶性引发剂H2O2或K2S2O8等。把氯乙烯单体、水溶性引发剂、水、乳化剂及非离子型表面活性剂加入聚合釜中，在4055下聚合达到预定转化率8590时停止聚合反应，聚合物胶乳经喷雾干燥，即得产品。回收未聚合单体。214微悬浮聚合法微悬浮聚合工艺，首先将氯乙烯单体、无离子水、乳化剂、油溶性引发剂以及其它助剂按比例预混合均化，使含引发剂的氯乙烯均化成小液珠，然后将其均化料通入聚合反应釜，升温至聚合温度。待达到预定的转化率时停止反应，回收未聚合单体，聚合所得胶乳经喷雾干燥即得产品。215悬浮聚合法悬浮聚合是一种成熟的工艺，典型的悬浮聚合过程是向聚合釜中加入无离子水和悬浮剂，加入引发剂后密闭聚合釜，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50左宁夏理工学院毕业设计5右，压力088122MPA，当转化率达到70左右开始降压，在压力降至013048MPA时即可停止反应。聚合完毕抽出未反应单体，料浆进行汽提，回收氯乙烯单体。汽提后的料浆进行离心分离，使聚氯乙烯含水25，再进入干燥器干燥至含水0304，过筛后即得产品。就以上5种主要聚合工艺来讲，本体法具有工艺流程简单，装置占地面积小，同时基本上无废液排放，排气可以达到最低程度，因而环境污染少且产品质量好、纯度高，特别适用透明包装材料和电缆料等特点。乳液法是生产糊树脂的方法，工艺复杂、成本较高且树脂质量较差。而微悬浮法也是生产糊树脂的方法，和溶液聚合法一样只用于特殊用途。悬浮法则是一种相对最成熟的工艺，在目前世界聚氯乙烯生产中占有绝对的份额，且产品转化率最高，产品品种最多，容易适应市场。215电石法工艺技术简介氯乙烯是由乙炔与氯化氢在升汞催化剂存在下的气相加成的。反应机理CHCHCH2CHCL1248KJ/MOL。上述反应实际上是非均相的，分5个步骤来进行乙炔、氯化氢向碳的外表面扩散；乙炔、氯化氢经碳的微孔通道向外表面扩散；乙炔、氯化氢在升汞催化剂活化中心反应发生加成反应生成氯乙烯；氯乙烯经碳的微孔通道向外表面扩散。由乙炔工段送来的精制乙炔气，经乙炔砂封，与氯化氢工序送来的氯化氢气体经缓冲罐通过孔板流量计调节配比（乙炔/氯化氢1/10511）在混合器中充分混合，进入石墨冷却器，用35盐水间接冷却，冷却到142，乙炔氯化氢混合气在此温度下，部分水分以40盐酸排出，部分则夹带于气流中，宁夏理工学院毕业设计6进入串联的酸雾过滤器中，由硅油玻璃棉捕集器分离，然后混合气经石墨冷却器，由流量计控制进入串联的第一组转化器，在列管中填装吸附于活性炭上的升汞催化剂，在催化剂的作用下使乙炔和氯化氢合成转化为氯乙烯，第一组出口气中尚有2030未转化的乙炔，再进入第二级转化器继续转化，使出口处未转化的乙炔控制在3以下，第二组转化器填装活性较高的新催化剂，第一组则填装活性较低的，即由第二组转化器更换下来的旧催化剂即可。合成反应放出的热量通过离心泵送来的95100左右的循环水移去。粗氯乙烯在高温下带逸的氯化汞升华物，在填活性炭吸附器中除去，接着粗氯乙烯进入水洗泡沫塔回收过量的氯化氢。泡沫塔顶是以高位槽低温水喷淋，一次（不循环）接触得20盐酸，装大贮槽供罐装外销，气体再经碱洗泡沫塔，除去残余的微量氯化氢后，送至氯乙烯气柜，最后去精馏工段。22主要设备的设计和选型221主要设备乙炔砂封、HCL缓冲罐、混合器、石墨冷却器、多筒过滤器、石墨预热器、废酸贮罐、转化器、除汞器、石墨冷却器、泡沫水洗塔、碱洗塔。222主要管道管径选型根据文献10，采用最经济管径的选择管道投资费用与克服管道阻力所消耗的动力费用有关，管径越大，管道的投资越大，但动力消耗可以降低；管径小，管道的投资降低，但动力消耗增加，因此，选择管径时，应将管道投资费用与动力消耗（即生产费用）同时考虑，并使二者费用之和最低，对于长距离管道或大直径管道应根据最经济管径选择；对于较小直径的管道，往往根据经验决定近似地估算经济管径。23合成氯乙烯的设计条件231催化剂的选择（1）载体活性炭用作催化剂载体的活性炭，一般是由低灰分的煤加工制成，并经750950高温水蒸气活化，以氧化或称“烧掉”成型后炭粒内部的挥发组分，使形成许多微细的“孔穴”和“通道”。因此，活性炭具有非常惊人的表面积，如宁夏理工学院毕业设计7利用低湿氮气吸附法或苯蒸气动态吸附法，可测得目前常用的活性炭其每克重量就有8001000M2的表面积，这一数值又称为活性炭的比表面积。活性炭的这一特性使它具有优异的吸附能力，被广泛地应用于气体或液体中微量杂质的吸附分离过程，各种有毒、有害气体的防毒面具以及催化剂的载体。（2）升汞在常温下是白色的结晶粉末，分子式HGCL2分子量27152，升华点302。在此温度下固态升汞可以直接升华变成蒸气态。升汞在水中具有一定的溶解度，且依温度上升而增加，升汞在水中的离解或称水解作用很小，只占溶解的升汞分子总数中的01，且水溶液实际上不导电，说明这种化合物为共价键的性质，升汞在水中的微量离解不产生HG2离子，而按独特的方式进行HGCL2CLHGCL纯的升汞粉末无载体活性炭时对氯乙烯合成反应并无活性，而一旦吸附于活性炭表面，由于两者的相互作用使对该反应有优异的活性和选择性，是迄今为止该化学反应最为理想的催化剂。工业生产中宜选用纯度99的升汞试剂作为催化剂的原料。（3）催化剂及其催化作用众所周知，催化剂是一种能改变化学反应速度而本身并不发生化学变化也不能改变化学反应平衡的物质，即当进行可进反应时，催化剂对两个相反方向的反应速度具有相同的效力。以乙炔与氯化氢气相合成氯乙烯的反应来说，在100180范围的热力学平衡常数是很高的，说明在上述温度下该反应如达到平衡，则有获得高收率氯乙烯产品的可能。但反应动力学实验证实，当无催化剂存在时，该反应在上述温度范围的速率几乎等于零，而以升汞的活性炭催化剂用于反应时，反应过程就大大地被加速，这时的平衡常数是很大的，催化剂与乙炔生成了中间络合物，再由中间络合物进一步生成氯乙烯，也即催化剂的存在改变了反应的历程机理和反应所需的活化能，以达到加速反应的效果。由于催化剂并不参加化学反应，而只是升华或中毒造成一些损失，所以1KG上述催化剂可合成1000KG以上的氯乙烯单体。目前，工业生产用催化剂，系以活性炭为载体，浸渍吸附812左右的升汞制备而成，这里的含汞量系指每100宁夏理工学院毕业设计8份活性炭干基合升汞812份（摩尔比）。如前所述，纯的升汞对合成反应并无催化作用，纯的活性炭也只有较低的催化活性，而当升汞吸附于活性炭表面后比表面积下降到600800M3/G，即具有很强的催化活性。232对原料气的要求氯乙烯合成反应对原料气乙炔和氯化氢的纯度和杂质含量均有严格的要求。（1）纯度如果原料气纯度低，使二氧化碳、氢等惰性气体量增多，不但会降低合成的转化率，还特使精馏系统的冷凝器传热系数显著下降，尾气放空量增加，从而降低精馏总收率。一般要求乙炔纯度985，氯化氢纯度93。（2）乙炔中磷、硫杂质乙炔气中的磷化氢、硫化氢等均能与合成汞催化剂发生不可逆的化学吸附，使催化剂中毒而缩短催化剂使用寿命。此外，它们还能与催化剂中升汞反应生成无活性的汞盐。工业生产采用浸硝酸银试纸在乙炔样气中不变色，作为检测磷、硫杂质地标准。（3）水分水分过高易与混合气中氯化氢形成盐酸，使转化器设备及管线受到严重腐蚀，腐蚀的产物二氯化铁、三氯化铁结晶体还会堵塞管道，威胁正常生产。水分还易使催化剂结块，降低催化活性，导致转化器阻力上升，使乙炔流量增高产生困难。此外，水分还易与乙炔反应生成聚合有害的杂质乙醛CHCHH222CH3CHO水分的存在还促进乙炔与升汞生成有机络合物，后者覆盖于催化剂表面而降低催化剂活性。一般，原料气含水分006，能满足生产需要。（4）氯化氢中游离氯氯化氢中游离氯的存在是由于合成中的氢和氯配比不当，或氯化氢气压力波动造成的，游离氯一旦进入混合器与乙炔混合接触，即发生激烈反应生成氯乙炔等化合物，并放出大量热量引起混合气体的瞬间膨胀，酿成混合脱水系统的混合器、列管式石墨冷凝器等薄弱环节发生爆炸而影响正常生产，因此必须宁夏理工学院毕业设计9严格控制。作为生产安全措施，一般借游离氯自动测定仪或在混合器出口安装气相温度报警器，设定该温度超过56时即关闭原料乙炔气总阀，作临时紧急停车处理，待游离氯分析正常时再通入乙炔气开车。正常生产中，应严格控制氯化氢中无游离氯析出。（5）含氧量原料气主要存在于氯化氢中中含量用较高时，将威胁安全生产、特别当合成转化率较差，造成尾气放空中含乙炔量较高时，氧在放空气相中也被浓缩就更有潜在的危险，系统中的氧能与活性碳在高温下反应生成一氧化碳和二氧化碳，使精馏系统出现问题。更值得注意的是，氧在精馏系统中能与氯乙烯单体反应形成氯乙烯过氧化物NH2CCHCLNO2HCH2OON后者与精馏系统中微量水分相遇时，会发生水解而产生盐酸，甲酸、甲醛等酸性物质,从而降低单体PH值，造成设备管线的腐蚀，则产生的铁离子则污染单体，最终还影响到聚合产品的白度和热稳定性。因此，原则上应尽量将原料气中含氧量降低到最低值甚至零。仅工业生产上由于电解槽以及氯气、氢气和氯化氢气体的输送处理系统难免将空气泄漏，故一般规定控制在05以下。233生产条件的选择（1）摩尔比提高原料气乙炔或氯化氢气的浓度即分压或使一种原料气配比过量，都有利于反应速度和转化率增加。但当乙炔过量时，易使催化剂中升汞还原为甘汞或水银造成催化剂很快失去活性，而当氯化氢过量太高，则不但增加原料消耗定额，还会增加已合成的氯乙烯与氯化氢加成生成1,1二氯乙烷副产物的机会。因此，宜控制乙炔与氯化氢摩尔比在1105110范围，实际生产操作中，应结合合成气中转化氯化氢及乙炔含量的分析值来实现摩尔比控制的。（2）反应温度提高反应温度有利于加快氯乙烯合成反应的速度，获得较高的转化率。但是，过高的温度易使催化剂吸附的氯化高汞升华而随气流带逸，降低催化剂活宁夏理工学院毕业设计10性及使用寿命；此外，在较高温度下，催化剂在乙炔气流中可收集到4570馏分的液体，属二氯乙烯类物质，而催化剂上的升汞被还原成甘汞或水银。因此，工业生产中尽可能将合成反应温度控制在100180范围。（3）空间流速空间流速是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量气体量习惯以乙炔量来表示，其单位为M3乙炔M3催化剂H。乙炔的空间流速对氯乙烯的产率有影响，当空间流速增加时，气体与催化剂的接触时间减少，乙炔的转化率随之降低。反之，当空间流速减少时，乙炔转化率提高，但高沸点副产物量也随之增多，这时生产能力随之减小。在实际生产中，比较恰当的乙炔空间流速为2540M3乙炔M3催化剂H。此时，既能保证乙炔有较高的转化率，又能保证高沸点副产物含量减少。24聚氯乙烯工艺条件影响因素241单体纯度用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99以上。生产原料对聚氯乙烯质量很重要。氯乙烯杂质含量应尽可能低一些，其中脱盐水PH值要近乎中性，为6575，导率应小于2UM/CM。乙炔应参与聚合后，形成不饱和键使产物热稳定性变坏。不饱和多氯化物存在，不但降低聚合速率、降低产物聚合度还容易产生支链，使产品性能变坏。242引发剂多用有机过氧化物和偶氮类引发剂，其中有机过氧化物为过氧化二碳酸酯、过氧化脂类，它们可以单独使用，也可以两种或两种以上引发活性不同的引发剂复合使用，复合使用的效果比单独使用好，其优点是反应速度均匀，操作更加稳定，产品质量好，同时使生产安全。引发剂过氧化类或者偶氮类引发剂用量共004（对单体的质量百分数），聚合时间每釜85H。243水质与水量氯乙烯悬浮聚合用水应是去离子，其规格要求如表去离子的规格所示。尤其水中的氯离子、铁和氧等的含量要严格控制，其中氯离子超过一定含量会造成树脂颗粒不均；水中的铁会降低树脂的热稳定性，并能终止反应。聚合时配方为水油比1216。宁夏理工学院毕业设计11244系统中的氧因为氧对聚合有缓聚和阻聚作用，在单体自由基存在下，氧能与单体作用生成过氧化高聚物【CH2CHCLOO】N，该物质易水解成酸类，破坏悬浮液和产品的稳定性。所以，无论从聚和的角度还是从安全的角度都应将各个原料中的氧和系统中的氧彻底清除干净。245其他助剂PH调节剂、防止粘釜剂、泡沫抑制剂、分散剂。246聚合温度与压力氯乙烯悬浮聚合温度的高低决定着聚和产物的相对分子质量大小，因此，当配方确定以后必须严格控制聚和的温度，聚合和温度控制在53。在实际生产中，一般控制在指定温度的正负05范围内，最好是控制在正负01范围内。并且，要确保温度控制平稳，要有降温处理手段，防止出现异常现象，一般采用大流量低温差循环方式。最好采用计算机数控联机质量控制系统。在聚合温度下，氯乙烯有相应的蒸汽压力，只有在聚合末期，最大单体聚合后，压力在明显下降。宁夏理工学院毕业设计123工艺流程31聚氯乙烯悬浮法具体工艺路线（1）聚合悬浮聚合封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内。然后，对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温度（5058）后，该通冷却水，控制聚和温度不超过规定温度的正负05。当转化率达6070，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。待釜内压力从最高06870981MPA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。未聚合的氯乙烯单体经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釜，用浓度为3642的NAOH溶液处理，加入量为悬浮液的00502，用蒸汽直接加热至7080，维持1520H，然后用氮气进行吹气降温至65以下时，再送去过滤和洗涤5。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）树脂的干燥方法通过在对树脂团粒进行减压干燥时使其加热到附着在树脂团粒上的水分或含浸的结合水可在短时间内蒸汽化的温度，从而缩短树脂团粒的干燥时间。可望协调成型机的成型时间与树脂团粒的干燥时间，从而可进行有效的成型作业。在利用减压干燥机构对向成型机供给的树脂团粒在希望的减压状态下进行除湿的树脂团粒干燥装置上，利用预热机构将向减压干燥机构供给的树脂团粒加热到树脂团粒不熔融且在减压条件下水分可蒸汽化的温度。利用这种旋风分离干燥器干燥的高度疏松聚氯乙烯树脂，干燥前含水量为30，干燥后的含水量下降到02以下。（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7080热水洗涤二次。经脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器流入气流干燥管，以140150热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量低于4；再送入以120热风为载体的旋风干燥床中进行第二段干燥，得到含水量小于03的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。宁夏理工学院毕业设计1332工艺配方和工艺参数321工艺配方去离子水100氯乙烯5070悬浮剂（聚乙烯醇）00505引发剂（过氧化二碳酸二异丙醇）00203EHP过氧化二碳酸（2乙基己酯）缓冲剂（磷酸氢二钠）001消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯）00002322工艺参数（1）聚合聚合温度5301（依PVC型号而定）聚合压力初始06870981MPA结束02490196MPA聚合时间85H转化率92（2）碱处理NAOH浓度3642加入量聚合浆液的00502温度7080时间1520H（3）脱水紧密型树脂含水率815疏松型树脂含水率1520（4）干燥第一段气流干燥管干燥干燥温度140150风速15M/S物料停留时间12S宁夏理工学院毕业设计14含水率4第二段旋风干燥床干燥温度计120物料停留时间12MIN含水率03宁夏理工学院毕业设计154工艺计算41物料衡算生产任务年产8万吨PVC；生产时间300天；氯乙烯单体转化率92；聚合时配方为水油比1216；引发剂过氧化类偶氮类引发剂用量共004（对单体的质量百分数）；助剂分散剂、热稳定剂等助剂共02（对单体的质量百分数）；411聚合釜（1）物料平衡图注入水回收VCM水助剂水PVCPVCVCMVCM终止剂终止剂损失PVC图聚合釜物料平衡图（2）已知数据聚合釜容积V70M装料系数072转化率X92水油比131收率995热负荷分布指数R1214（R取13）夹套传热系数K510KCAL/MHR宁夏理工学院毕业设计16挡板传热系数K946KCAL/MHR夹套进出口水温T17T212挡板进出口水温T17T215夹套传热面积F6818M挡板传热面积F18M注入水温度T20聚合温度T53假定釜回收的VCM占未反应单体的92（3）计算单体及水加入量计算单体密度60密度08363G/CM50密度08564G/CM根据内差法求出53时单体的密度53密度5360/50600856408363083638504KG/M50水的密度9881KG/M60水的密度9832KG/M用内差法求出53时水的密度539847KG/M设单体加入量为XM/釜水加入量为YM/釜釜容积V70M，装料系数072，水油比131列方程组XY70072（水Y）/单体X131解得X2381M/釜Y2676M/釜引发剂用量引发剂用量引发剂的理论消耗量取NR11MOL引发剂的半衰期LNA/TB式中A15108B45484T273155332615N0NR/（1E0693334/132）132MOL实际加入量EHP量（分子量346）13234685042381/1000000925KG/釜宁夏理工学院毕业设计17分散剂用量分散剂2395KG终止剂（ATSC）ATSCI/21094/2547KG/釜缓冲剂用量缓冲剂单体35/10000缓冲剂用量（35/10000）2381842370KG/釜出料（以釜为标准）出料中的PVC量23818504092099184419KG损失的PVC量238185040920011863KG未反应的VCM2381850400816198KG脱盐水26769847263506KG回收VCM2381850400809214903KG剩余VCM16198149031295KG（4）物料平衡表表聚合釜物料衡算表序号品名进料量（KG）出料量（KG）1VCM回余12952PVC184419损失18333脱盐水2635062635064EHP9259255ATSC5475476分散剂23952395合计554913554913宁夏理工学院毕业设计18已知数据进料PVC184419KG收率995水、助剂2635068854092554723952638927KG碱液129540518KG进料VCM1295KG出混料槽VCM含量为7000PPM出料中的PVC量1844190995183497KG损失的PVC量1844190005922KG设出料中VCM为XKGX/（1834972638927X）0007X31KG物料平衡表表混料槽物料平衡表序号品名进料量（KG）出料量（KG）1PVC184419183497损失9222VCM12953123水、助剂26389272638927合计538147538147412汽提塔（1）物料平衡图回收VCMPVCPVCVCMVCM水助剂水助剂蒸汽损失PVC图汽提塔物料平衡图（2）已知数据塔顶数据7580塔底温度T110宁夏理工学院毕业设计19出汽提塔的VCM为50PPM收率995产量为8万吨/年年工作时间数7200HPVC含水量03（3）计算A取塔顶温度为80，塔底温度为110对于VCMT平均（80110）/295VCM比热CP9026602CAL/克分子CP1002719CAL/克分子用内差法求得CP9526605CAL/克分子04257KCAL/KG110VCM汽化热HVCM3034CAL/克分子485KCAL/KG水的比热CP90422KJ/KGCP1004208KJ/KGCP954214KJ/KG1007KCAL/KGB3ATM大气压下求水蒸气的焓及温度（3ATM304PA）水蒸气的焓H300KPA27285KJ/KGH350KPA27361KJ/KG水蒸气的温度T300KPA1333T350KPA1388分别用内差法得6H3ATM27291KJ/KG65198KCAL/KGT3ATM1337C1ATM大气压下110水的焓46134KJ/KG11021KCAL/KG设蒸汽冷凝放热量为Q放，通入蒸汽量为YKG/HQ放Y（6519811021）54177Y设物料吸收热量为Q1部分VCM气化吸收为Q2Q吸Q1Q2Q放Q1CPPVCWPVCTCPPVCWVCMTCPHTCP18422KJ/KG044KCAL/KGQ10441729873（11080）0425734756（11080）10073322473（11080）12365010KCAL/H设从塔顶回收XKGVCM宁夏理工学院毕业设计20Q2485X（1）Q吸Q1Q212365010485X54177Y（2）汽提塔出料中VCM含量为50PPM（312X）/1844190995352432735616XY50/1000000联立（1）（2）解得X3022Y231413出料中VCM3123022098KG出料中PVC18349709951825795KG损失PVC18349718257959175KG（4）物料平衡表表汽提塔物料平衡表序号品名进料量（KG）出料量（KG）1PVC1834971825795损失91752VCM312098回收30223水、助剂263892726389274蒸汽231413231413合计470843470843413离心机（1）物料平衡图PVCPVCVCMVCM水助剂水助剂水助剂损失PVC图离心机物料平衡图（2）已知数据宁夏理工学院毕业设计21收率99出料PVC含水量25助剂及少量VCM随母液排出，假设在这一步，助剂和少量VCM全部除掉（3）计算出料中PVC量18257950991807537KG损失PVC量1825795180753718258KG设出料含水XKGX/（1807537X098）25解得X602480KG排出水、助剂的量2638927231413602480226786KG（4）物料平衡表表离心机物料平衡表序号品名进料量（KG）出料量（KG）1PVC18257951807537损失182582VCM0980983水、助剂2638927602480排出226786合计446482446482414旋风干燥床（1）物料平衡图回收VCMPVC（25）VCMPVC（含水03）水损失PVC（2）已知数据收率99PVC含水量03含VCM5PPM（3）计算出料中PVC的量18075370991789462KG/H损失PVC的量1807537178946218075KG/H设出料中PVC含水量XKG，VCMYKG宁夏理工学院毕业设计22（1807537XY）003XY/（1789462XY）5/1000000解得X5423KGY021KG排出水6024805423597057KG回收VCM098021077KG（4）物料平衡表表旋风干燥床物料平衡表序号品名进料量（KG）出料量（KG）1PVC18075371789462损失180752VCM098021回收0773水6024805423排出597057合计24101152410115415包装（1）物料平衡图PVCPVC损失PVC（2）已知数据收率985损失PVC1789462（10985）26842KG得到的产品178946226842176262KG（4）物料平衡表表包装物料平衡表序号品名进料量（KG）出料量（KG）1PVC1789462176262损失268422VCM0210213水54235423合计17949061794906宁夏理工学院毕业设计2342热量衡算421聚合釜的热量计算夹套传热系数的校核已知数据釜内径T4000MM釜内壁厚333MM三叶后掠式桨叶直径D（04055）T夹套半管外径1143MM夹套冷却水温度T进7T出12碳钢层33MM不锈钢3MM粘釜物01MM水垢层02MM热量衡算取洪峰放热的数据，转化率为928（1）釡内壁给热系数I的计算IAM/DINREANPRBVISCAM/DIMND2/MACPMM/MBB/WC式中A悬浮液对壁面的传热膜系数；DI釡内径；D搅拌桨叶直径；N搅拌器转数；W壁温下流体的粘度；M，CPM，M，B分别为悬浮液在反应温度下的导热系数，恒压热容，密度和黏度9。式中A037A067B033C014悬浮液的密度悬浮体系各组分体积如下转化率为70脱盐水2676M注入水VCW/121270267685041400850485041400735MVCM量238130714MPVC量2381708504/14001012M则悬浮体系总体积267673571410125137M宁夏理工学院毕业设计24各组分体积分率水X12676774/5137067219847KG/M3VCMX2714/5137013928504KG/M3PVCX31012/5137019731400KG/M3MXII067298470139850401971400105572KG/M3导热系数M的计算MC2CD2DCD/2CDDCD式中C，D分别为连续相和分散相的导热系数D为分散相体积分率转化率达92的氯乙烯悬浮聚合体系，有机粒子本身可看作聚氯乙烯分离氯乙烯中的悬浮体系，再由有机粒子在水中构成总的悬浮体系。APVC分散在VCM中的悬浮体系有机粒子的PVCVCMPVC1012/10127140586液态VCM导热系数公式21VCMAVCMCVCMVCM/M1/3其中VCM08504G/3CVCM038KCAL/KGM625A152PVC连1520850403808504/6251/301173KCAL/HRMPVC分014KCAL/HRM011732011730142058401173014/201173014058801173014013KCAL/HRMB有机粒子分散于水中的M水506478102W/M水606594102W/M内差法得水5306559W/M05639KCAL/HRMM0563920563901320139019605639013/205639013013901960563901303856KCAL/HRM悬浮液的比热CM53时CVCM038KCAL/KGCPVC044KCAL/KGC水504174KJ/KGC水604178KJ/KG宁夏理工学院毕业设计25内差法得C水534177KJ/KG0998KCAL/KG悬浮液各组分的质量分率VCM质量23810380448504338547KGH2O质量267673598473358812KGPVC质量23819214003066728KG总质量338547335881230667286764075KG各组分的质量分率XVCM338547/6764075005XPVC3066728/67640750453XH2O3358812/67640750497CMXICI0380050440453099804970714KCAL/KG其它参数的确定搅拌转数N975RPM釡内径T4000MM40M取桨叶直径D05T048401905M釡内壁给热系数10IIAM/TMND2/MACPMM/MBB/WC0370385638110463975601905230610310306707323061031033600038560333061038266103014159196KCAL/HRM2釡外壁给热系数02的计算00023/DEDE/08CP3600/041177DE/RJ式中DE螺槽的当量直径；RJ夹套的曲率半径；冷却水在夹套中的流速夹套冷却水流速的计算Q夹K夹F夹TM宁夏理工学院毕业设计26510804751938106KCAL/HRQ夹W夹CPTW夹为冷却水流量CP04212KJ/KGCP104191KJ/KG内差法得CP954192KJ/KG1001KCAL/KGW夹Q夹/CPT1938106/100112703872106KCAL/HR95下，H2099971KG/M3冷却水的体积流量为Q03872106/999713873M3/HR冷却水的流速体积流量/截面积Q/R/22741M/S螺槽的当量直径DE的计算DE4液体流过的面积/液体润湿周边431401/22/2/231401/20100611M夹套的曲径RJRJ01143/22381/20033000319696M冷却水的CP，9值CP951001KCAL/KG水9513319103MPAS05513102W/M105745102W/M内差法得955733102W/M493102KCAL/HRM釡外壁给热系数9000023493102/0061100611274199971/13319103103081001133193600103103/49310204117700611/1969658421784KCAL/HRM3釡壁热阻的计算碳钢层厚133MM145KCAL/HRM不锈钢层23MM215KCAL/HRM粘釡物301MM3014KCAL/HRM宁夏理工学院毕业设计27水垢厚402MM415KCAL/HRM/33/453/1501/01402/1510178095103HRM2/KCAL4夹套传热系数K91/K1/I1/0/1/1591961/58421784178095103解得K5423KCAL/HRM2510KCAL/HRM2综上热量衡算中的K取值510KCAL/HRM2是可行的。43设备的计算及选型431聚合釜（1）釡外型尺寸及内部构件辅助设备聚合釜体积查阅相关文献10，2000年以前采用的都是70M以下的聚合釜，现在国内PVC行业多采用70M的大型聚合釜，目前国外先进厂商有的采用更为大的聚合釜，例如100M,135M的聚合釜。因此按照过捏需求本次设计采用的是70M的聚合釜。由于VCM聚合过程中体积会减少，为了提高设备利用率，取聚合釜的装料系为072，则所需聚合釜的有效容积为VG70072504M釜体设计根据PVC聚合工艺，结合物料属于气液相物料，参10照下表27表27几种搅拌釜的长径比I值种类设备内物料类