年产20万吨聚氯乙烯合成工段的设计

1、摘 要 本设计是年产20万吨聚氯乙烯（pvc）车间合成工段初步设计，生产方法为悬浮聚合法。本文对聚氯乙烯的性质、用途，生产和应用进行了详细的概述，阐述了其在化学工业中的作用和地位。通过对溶液聚合法，悬浮聚合法，乳液聚合法的工艺比较，制定了一套后处理简单，产品质量好，杂质少，产品热稳定性好，产量占聚氯乙烯的90%的生产工艺。在确定聚氯乙烯生产工艺的基础上进行了物料衡算，热量衡算，设备选型等。 关键词：聚氯乙烯，氯乙烯，悬浮聚合法，物料衡算，热量衡算，聚合由于聚氯乙烯化学建材的需求量上升，使聚氯乙烯管材，管件，门、窗异型材，护墙板消费量继续增加。传统的聚氯乙烯电线、电缆以及包装市场也有了进一步的发

2、展。在聚氯乙烯产业结构方面，由于聚氯乙烯市场的国际化、新技术的发展以及国际竞争的加剧，产生了一批不同于20世纪 60年代的新一代跨国公司，进入了一种更高的跨国形势，使聚氯乙烯产品生产能力高度集中，成为21世纪国际经济活动中的一个突出特点，也使全球聚氯乙烯工业活跃起来。 目前我国聚氯乙烯市场的原料来源短期内还要依靠国内生产厂家供应解决。入世以后，中国聚氯乙烯市场竞争更加激烈，这正是我国聚氯乙烯行业的一个机遇，也是我们进行企业改造、扩大生产能力的一个极好的机会，要在提高生产规模、生产效率方面开展工作，努力形成生产的一体化。我们要在国内建设一批设备先进、技术水平高、具有经济规模和竞争能力的骨干企业，

3、稳定国内聚氯乙烯市场。要有意识地将国外在亚太地区的投资引进我们国内来，壮大我们的聚氯乙烯行业，减少西方大国在亚太地区扩大生产能力对我国市场造成的压力，同时要进一步提高我国聚氯乙烯行业的技术水平。因此制定了一套后处理简单，产品质量好，杂质少，产品热稳定性好，产量占聚氯乙烯的90%的生产工艺流程。确定了设备反应时所具备的相关条件后，并对流程中主要设备聚合釜进行了物料衡算，计算出设备反应时各物料的进量和相关参数，得出了一种合理简便的生产聚氯乙烯方法，从而对以后的生产具有重要意义。一、 总论（一）概述1. 聚氯乙烯的意义与作用聚氯乙烯（pvc）是国内外高速发展的合成材料中5大热塑性合成树脂之一，以其价

4、廉物美的特点，占合成树脂消费量的29%左右，仅次于聚乙烯（pe），居第二位。由于它具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、物理及机械性能、抗化学药品性能、质轻、强度高且易加工、成本低，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工，是一种能耗少、生产成本低的产品。因而聚氯乙烯（pvc）制品广泛用工业、农业、建筑、电子电气、交通运输、电力、电讯和包装及人们生活中的各个领域。pvc硬质制品可制成各种工业建材、门窗、管道、阀门绝缘板及防腐材料等。其轻质品可制成薄膜用以制作雨披、台布、包装材料以及农膜，还可制成人造革、电线、电缆等的绝缘层1。2. 国内外的现状及发展前景pvc广泛应用于工业、农业

5、、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。2006年我国pvc生产能力约为972万吨，产量为920万吨，净进口量达151万吨，消费年增长率在9.5左右。2007年全球pvc消费量约为3100万吨，2010年我国pvc树脂的需求量约为1100万吨。随着节水灌溉、建筑化学建材、包装、电子电气、汽车等行业对pvc需求的快速增长，未来几年我国对pvc的需求仍将保持较高的增长速度。2020年将达到2160万吨。预计到2020年全球pvc的需求量将达到4600万吨。聚氯乙烯按聚合方法分四大类：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2。3. 产品性质与特点 中文名称： 聚氯乙烯英文名

6、称： polyvinyl chloride polymer 简称： pvc熔点： 212导热率()： 0.16 w/mk 热容(c)： 0.9 kj/(kgk) 吸水率： 0.040.4%聚氯乙稀是一种无毒、无臭的白色粉末。电绝缘性优良，一般不会燃烧，但在火焰上能燃烧并放出hcl，若离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等3。聚氯乙稀具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度为20的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。

7、但其耐热性较差，软化点为80，于130开始分解变色，并析出hcl3。 聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n值一般在50020000范围内，其分子、结构式如下： 从产品分类看，pvc属于三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）中的合成树脂类，其中包括五大通用树脂，聚乙烯（pe）、聚氯乙烯（pvc）、聚丙烯（pp）、聚苯乙烯（ps）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（abs）树脂。4. 聚氯乙烯的主要用途 （1）pvc一般软制品 利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。（2）pvc薄膜 pvc与添加剂混合、塑化后，利用三

8、辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为压延薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。（3）pvc涂层制品 有衬底的人造革是将pvc糊涂敷于布上或纸上，然后在100以上塑化而成。也可以先将pvc与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片，再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑物的铺地材料。（4）pvc泡沫制品 软质pvc混炼时，加入适量的发泡剂做成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、凉

9、鞋、鞋垫、及防震缓冲包装材料。也可用挤出机制成低发泡硬pvc板材和异型材，可替代木材试用，是一种新型的建筑才材料。（5）pvc硬板和板材 pvc中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以制成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。（6）pvc其他制品 门窗有硬质异型材料组装而成。在有些国家已与木门窗铝窗等共同占据门窗的市场；仿木材料、代钢建材(北方、海边)；中空容器4。（二） 设计规模及原料说明与产品规格1设计规模设计规模为年产20万吨聚氯乙烯，年实际工作日为

10、330天，日生产能力为606吨。2原料说明氯乙烯的结构式为：ch2=chcl，在常温下是带有乙醚香味的无色气体，气体比空气重，在1214时为液体，沸点-13.9，易燃易爆（爆炸极限：3.626.4%），不溶于水，易溶于乙醚和四氯化碳。 能被空气中的氧所氧化成苯甲醚、甲醛及少量苯乙醇。主要用途：用作塑料原料及用于有机合成，也用作冷冻剂等。 氯乙烯的来源：一是乙炔电石法路线，二是联合法路线，三是乙烯氧氯化法。 而乙烯成为生产氯乙烯更经济、更合理的原料。实现了由乙烯和氯气生产氯乙烯的工业生产路线5,6。生产方程式如下： 2ch2=ch2+cl+1/2o2 2ch2=chcl+h2o 3. 产品规格产

11、品及副产品规格见表1。表1 聚氯乙烯产品规格序号纯度单体含量其它杂质h2oph备注精聚氯乙烯99%0.10.60.32.7-3.7优级品精聚氯乙烯98%0.11.00.92.5-3.8一等品精聚氯乙烯97%0.21.51.32.5-3.8合格二、工艺设计与计算工艺路线的选择即生产方法的选择。如果一种产品的生产只有一种定型的生产方法，那么在工艺路线上就无须选择；如果一种产品的生产有几种不同的生产方法，这就要对不同的工艺路线逐个进行分析研究，通过比较分析，从中找出一条符合实际的最好的工艺路线。工艺路线一经确定，即可进行工艺流程的设计，因此，工艺路线是工艺流程设计的依据。（一）生产方案的确定在工业化

12、生产氯乙烯均聚物时，根据树脂应用领域，一般采用4种方法生产，即本体聚合法、悬浮聚合法、乳液聚合法和溶液聚合法。1生产方法的介绍（1）本体聚合法：一般采用“两段本体聚合法”，第一段称为预聚合，采用高效引发剂，在6275下，强烈搅拌，使氯乙烯聚合的转化率为8%时，输送到另一台聚合釜中，再加入含有低效引发剂的等量新单体，在约60温度下，慢速搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。本体聚合氯乙烯单体中不加任何介质，只有引发剂。因此，此法生产的pvc树脂纯度较高，质量较优，其构型规整，孔隙率高而均匀，粒度均一。但聚合时操作控制难度大，pvc树脂的分子量分布一般较宽。（2）悬浮聚合法：液态氯乙烯单体以

13、水为分散介质，并加入适当的分散剂和不溶于水而溶于单体的引发剂，在一定温度下，借助搅拌作用，使其呈珠粒状悬浮于水相中进行聚合。聚合完成后，经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状pvc树脂。选取不同的悬浮分散剂，可得到颗粒结构和形态不同的两类树脂。国产牌号分为sg-疏松型（“棉花球”型）树脂；xj-紧密型（“乒乓球”型）树脂。疏松型树脂吸油性好，干流动性佳，易塑化，成型时间短，加工操作方便，适用于粉料直接成型，因而一般选用悬浮法聚合的疏松型树脂，作为pvc制品成型的基础原料。目前各树脂厂所生产的悬浮法pvc树脂，基本上都是疏松型的。（3）乳液聚合法：氯乙烯单体在乳化剂作用下，分散于水中形成乳液，再

14、用水溶性的引发剂来引发，进行聚合，乳液可用盐类使聚合物析出，再经洗涤、干燥得到pvc树脂粉末，也可经喷雾干燥得到糊状树脂。乳液法pvc树脂粒径极细，树脂中乳化剂含量高，电绝缘性能较差，制造成本高。该树脂常用于pvc糊的制备。因此，该法生产出来的树脂俗称糊树脂。（4）溶液聚合法：以甲醇、甲苯、苯、丙酮作溶剂，使氯乙烯单体在溶剂中聚合， 聚合得到的pvc树脂因不溶于溶剂而不断析出。此种pvc树脂不宜于作一般成型用，仅作为涂料、粘合剂，与乙酸乙烯酯等共聚时使用。是目前各种聚合方法中产量最少的一种方法7。2生产方案的确定以上几种方法尽管聚合工艺不同，但聚合反应机理相同，即都是自由基聚合。在四种方法生产

15、的树脂中，以悬浮法产量最大，而且由于悬浮聚合法设备投资和生产成本低，生产过程简单，应用领域宽，便于控制及大规模生产，产品适宜性强，是pvc的主要生产方式，生产量约占总量的80%。各种聚合方法的发展方向是逐步向悬浮聚合生产路线倾斜。四种聚合方法的比较如表2所示。 表2 四种聚合方法比较 本体聚合溶液聚合悬浮聚合乳液聚合聚合场所本体内溶液内单体液滴内 乳胶粒内温度控制 困难容易容易容易聚合速率 中等小较大容易分子量控制困难容易较容易容易生产特征 间歇生产可连续生产间歇生产可连续生产总之，这几种方法都是工业化的可行方法，但是从经济角度、产品质量、杂质多方面看，悬浮聚合法优于其它四种。即本设计选用悬浮

16、聚合法作为基本原理8。（二）工艺原理氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。聚合时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。反应迅速，同时放出大量的反应热。聚氯乙烯由氯乙烯单体通过自由基聚合而成，聚合度n一般在50020000范围内，其反应式为： （ch2=chcl)n=在树脂质量上，用悬浮聚合生产的pvc树脂的孔隙率提高了300%以上，经过适当处理的树脂其单体氯乙烯的残留量由原来的0.1%降到0.0005%以下。1工艺路线 （1） 聚合 悬浮聚合的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，

17、当聚合釜内温度升高至聚合温度（5058）后，改通冷却水，控制聚合温度不超过规定温度的正负0.5。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0.6870.981mpa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排入氯乙烯气柜，循环使用。被氯乙烯气体带出的少量树脂在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0.05%0.2%，用蒸汽直接加热至7080，维持1

18、.52.0h，然后用氮气进行吹气降温至65以下时，再送去过滤和洗涤。 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 聚氯乙烯树脂的干燥方法多是采用二段干燥法，即气流干燥管与沸腾床干燥器结合使用，其中气流干燥管脱除的是树脂上的表面非结合水，沸腾床干燥器脱除的是树脂内部结合水。（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，经螺旋输送器送入气流干燥管，以140150热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小于4%；再送入以120热风为载体的

19、沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库9。聚合釜碱处理釜离心分离槽离心分离槽气提塔气提塔碱处理釜浆料排放槽浆料排放槽 去离子水 聚乙烯引发剂助剂 经筛分 包装后入库8。旋振筛旋风干燥床成品储存与包装 图1 聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程示意图图2 聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程图1-氯乙烯计量罐；2-去离子水计量罐；3、4、7-过滤器；5-多级水泵；8-聚合釜； 9-泡沫捕集器；10-沉降池；11-碱中和釜；12-离心机；13-料斗；14-螺旋输送器；15-气流干燥管；16、17、19、20-旋风分离器；18-沸腾床干燥器；21-振动筛2工艺流程示意图、工

20、艺流程图聚氯乙烯悬浮聚合工艺流程示意图、工艺流程图如图1、图2所示。3 工艺条件影响因素聚氯乙烯聚合时主要影响因素：（1）单体纯度 用于悬浮聚合的氯乙烯单体纯度在99.9%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值为6.57.5。乙炔参与聚合后，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。（2）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。 （3）分散

21、剂 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7590的聚乙烯醇为主分散剂，以非离子山梨糖醇，如一月桂酸酯、一硬脂酸酯、三硬脂酸酯等为助分散剂，两者进行复合使用效果也很好。 （4）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。 水的用量与树脂内部结构有关，紧密型树脂（以吸胶为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1:1.11:1.3；疏松型树脂（以聚乙烯醇为分散剂）的生产，单体与水的质量比为1:11:2.0。（5）系统中的

22、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-ch2-chcl-o-o-n，该物质易水解成酸类，破坏悬浮液和产品的稳定性。所以，无论从聚合的角度还是从安全的角度都应将各各原料中的氧和系统中的氧彻底清除干净。 （6）聚合温度 氯乙烯悬浮聚合温度的高低决定着聚合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合的温度。在实际生产中，一般控制在指定温度的正负0.5范围内，最好是控制在正负0.2范围内。（7）聚合压力 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，压力才明显下降10。4工艺参数的确定（1）聚合表3 聚合釜的工艺参

23、数聚合温度5058（依pvc型号而定）聚合压力初始0.6870.981mpa；结束0.2490.196mpa聚合时间812h转化率90（2）碱中和表4 碱中和釡的工艺参数naoh浓度3642加入量聚合浆液的0.050.2温度7080 时间1.52.0h （3）干燥 表5 气流干燥管、沸腾床干燥器的工艺参数第一段气流干燥管干燥第二段沸腾床干燥干燥温度140150120物料停留时间1.2s12min物料停留时间40.3 （三）聚合釜的物料衡算1物料衡算的方法与步骤（1）画物料流程图 根据计算任务画物料流程图或物料衡算方框图。画图的目的是为了物料衡算时分析问题，便于展开计算以及为建立方程式作好准备。

24、（2）确定衡算范围在物料衡算中，为了便于计算，常采用划定衡算范围的方法。衡算范围一经划定，便可假想成为一个独立的体系，凡是通过边界进入体系的物料属于输入项，凡是穿越边界离开体系的物料属于输出项。2物料衡算生产任务： 年产20万吨聚氯乙烯生产时间： 330天/年每天生产量： (200000吨1000)/330天=6.06105千克/天每小时生产量： (6.06105)/24=2.53103千克/小时（1）计算依据 去离子水、氯乙烯、悬浮剂（聚乙烯醇）、消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯)、缓冲剂（磷酸氢钠）和引发剂（过氧化二碳酸二异丙酯)。 由工艺参数可知，氯乙烯的转化率为90%，且年产聚氯乙烯为20万吨

25、。配料的比（质量份）如表6所示：表6 配料的比（质量份）去离子水100氯乙烯5070悬浮剂(聚乙烯醇)0.050.5引发剂(过氧化二碳酸二异丙酯)0.020.3缓冲剂(磷酸氢钠)00.1消泡剂(邻苯二甲酸二丁酯)00.002（2）计算氯乙烯的质量设原料氯乙烯的质量为m/kg。已知：氯乙烯的转化率为90%，且年产聚氯乙烯为20万吨。由已知条件可得聚氯乙烯的质量为：m90%=20万吨=2108kg m=2108kg90%=2.22108kg （3）计算每个配料的质量设去离子水的质量为m1，悬浮剂（聚乙烯醇）的质量为m2，引发剂(过氧化二碳酸二异丙酯)的质量为m3，缓冲剂（磷酸氢钠）的质量为m4，

26、消泡剂（邻苯二甲酸二丁酯）的质量为m5。由（2）计算可得氯乙烯的质量为2.22108kg和原料的配比（质量份：单位/kg）可以计算出m1、m2、m3、m4、m5的质量。计算如下： m1:m=100:50=2:1 m1=2m=22.22108kg=4.44108kg m2:m= 0.5:50=1:100 m2=m100=2.22108kg100=2.22106kg m3:m=0.02:50=1:2500 m3=m2500=2.22108kg2500=8.89104kg m4:m=0.1:50=1:500 m4=m500=2.22108kg500=4.44105kg m5:m=0.002:50=1

27、:25000 m5=m25000=2.22108kg25000=8.89103kg （4）计算原料配料的总质量设原料的总质量为m，则有m=mm1m2m3m4m5= 6.688108kg （5）计算原料的总流量f 设原料的总流量为f，由（4）计算原料的总质量为m=6.688108kg计算可得： f=m(33024) h =6.688108kg(33024) h=8.44104kg/h （6）计算反应消耗氯乙烯的质量分数设反应消耗氯乙烯的质量分数为，由已知氯乙烯的质量m=2.22108kg，原料的总质量m=6.688108kg，所以： =mm=(2.22108kg6.688108kg)100%=3

28、3.1% （7）计算摩尔分数设 xf、xd、xw分别为氯乙烯原料、塔顶出料、塔底出料的摩尔分数，已知氯乙烯的摩尔质量为m0=62.5kg/mol, 聚氯乙烯的摩尔质量为m1取8104kg/mol，则： xf=/m0/m0(1-)/m1 =0.0053(0.00530.000008)=0.998 xd =(1-) /m0(1-) /m0/m1 =(1-0.9)/62.5(1-0.9)/62.5+0.9/8104=0.993 xw=/m1/m1(1-)/m0 =0.9/81040.9/8104 + (1-0.9)/62.5=0.00698 （8） 计算物料的流出量 釜顶出料 原料 釜底出料 图3

29、物料衡算图设聚合釜顶部出料流量为d，釜底的出料流量为w，根据 总物料横算式： f=d+w 和易挥发组分物料横算式：f xf =d xd +w xw 得： d=8.423103kg/h w=7.598104kg/h（9）消耗的碱量由计算知浆液量为w=7.598104kg/h，naoh的加入量是聚合浆液的加入量的0.050.2，所以naoh的加入量为：mnaoh=7.598104kg/h(0.050.2) =38kg/h1.52102kg/h（四）聚合釜的热量衡算1热量衡算的意义和作用精细化工生产一般在规定的压力、温度和时间等温度等工艺条件下进行，生产过程中包括：化学过程和物理过程，往往伴随着能量

30、变化。因此，必须进行能量衡算。能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中所产生的热会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度条件下进行则需要环境对生产系统有热量的加入或放出，通过热量衡算，可以确定传热设备的热负荷，即在规定时间中加入和移出的热量，从而确定传热剂的消耗量，选择合适的传热方式，计算传热面积。热量衡算和物料衡算相结合，通过工艺计算，可以确定设备的工艺尺寸，如设备的台数，容积，传热面积等参数。2热量衡算 在解决实际问题中，热平衡方程为： q1+q2+q3=q4+q5+q6 式中：q1各股物料带入的热量；q2加热剂（或冷却剂）传给设备和物料的热量；q3各种热效应，如反应热，溶解热等；q

31、4各股物料带走的热量；q5消耗在加热设备上的热量；q6热损失；其中：水的比热为4.2kj/(kg)； 乙烯的比热为2.3kj/(kg)； 引发剂和助剂的平均的比热为2.7kj/(kg)； 总热损失（q5+ q6）为反应热的10%。聚合釜 聚乙烯 聚乙烯 25 水 水 58 引发剂和助剂 引发剂和助剂图4 热量衡算图=4.2(100/146.3)+2.3(46.3/146.3)=2.71 kj/(kg) =2.7(124.4/146.3)+2.9(15/146.3)+2.3(6.9/146.3)=2.7 kj/(kg) q3=10.54.3868124400=5468798.16kj q1=mt

32、1 q4=mt2 q5+q6=q210% 利用q1+q2+q3=q4+q5+q6（q2符号为负）可求得： q2=4974148.4kj 三、设备选型（一）选型原则1满足工艺要求设备的选择和计算必须充分考虑工艺上的要求，力求做到技术上先进，经济上合理，亦即选用的设备能与生产规模相适应，并应获得最大的单位产量；能适应产品品种变化的要求，并确保产品的质量；能降低劳动强度，提高劳动生产率；能降低原材料及相应的公用工程（水，电，气）的单耗；能改善环境保护，设备制造较易，材料易得，操作及维修保养方便。2设备成熟可靠作为工业生产，不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。设计中所选用的设备不但技术性能要可

33、靠，设备材质也要可靠。3尽量采用国产设备在设备选型时应尽量采用国产设备，这样不仅可以节约外汇，而且可以促进我国机械制造工业的发展。当然根据条件和可能，引进少量进口装置或关键设备也是必要的，但同样必须坚持设备先进可靠，经济合理11。（二）关键设备选择1聚合釜换热面积的计算（1）聚合釜的主要参数 氯乙烯悬浮聚合采用的是釜式聚合反应器。聚合釜的材质有复合钢板、全不锈钢和搪瓷三种。（2）聚合釜的传热 聚合的传热能力在相当程度上意味着釜的生产能力。聚合釜的传热能力可以用下式表示： q=katm 式中：q传热能力或传热速度/(kj/h)；a传热面积/ m2；k传热系数/w/(m2k)；tm传热温差/。由热

34、量衡算得冷却剂移走的热量 q2=4974148.46.9=34321623.96kj由q=katm 得： 提高传热能力的途径有三个：一是增大传热面积；二是提高传热系数；三是增大传热温度差。a. 传热面积 影响聚合釜传热面积的因素有聚合釜的高径和容积。高径比 高径比等于l/d。高径比越大，则釜的传热面积越大；l/d=1时，釜的传热面积最小。高径比的大小不仅影响釜的传热面积，还影响搅拌器的安装。当釜的容积小于30m2时，传热面积是主要矛盾，因此l/d应大些；当釜的容积大于30m2时，搅拌器是主要矛盾，因此l/d应小些。一般l/d在1.54左右。比传热面积 聚合釜的传热面积大小，随釜容积的增加而减小

35、。一般用单位体积的传热面积，即比传热面积a/v(m2/m3)表示。为此，当聚合釜的容积增大以后，但热面积不够时可采用釜内加冷管或d型挡板或釜顶冷凝器等来增加传热面积。注意加内冷管后对搅拌和黏釜都有一定影响，因此，能不加还是不加，或尽量少加。b. 传热系数 传热性能好的聚合釜传热系数一般可达465582w/(m2k)，甚至在689 w/(m2k)以上，搪瓷釜可以达349w/(m2k)以上。 2聚合釜的高度与直径的计算设聚合釜内径为do，筒高为h，高径比r=1，v=1.1m3 = do2 .h10 封头容积 do= 查压力容器与化工设备实用手册p256表2-2-6椭圆形封头尺寸do=1100mm，则封头直边高度h0=25mm，曲边高度h1=275mm，容积vo=0.198m3，所以： 通过对聚合釜的物料衡算、热量